计算机辅助工艺过程设计__CAPP

计算机辅助工艺过程设计—CAPP（ComputerAidedProcessPlanning）学生姓名：胡凯俊专业：车辆工程指导教师：宋新萍教授主讲内容前言、CAPP的发展历程一、CAPP的基本概念二、CAPP系统的分类和结构组成三、CAPP系统零件信息的描述与输入四、CAPP今后发展趋势CAPP的发展历程CAPP的开发是从60年代末开始的，世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年。我国最早进行此项研究工作的是同济大学，并与1982年成功研制了TOJICAPP系统，随后北京理工大学也研制出用于回转体零件的BITCAPP系统，包括北京航空航天大学也发布了BHCAPP系统。迄今为止，CAPP领域的研究得到了极大的发展，期间经历了检索式、派生式、创成式、混合式、专家系统、工具系统等不同的发展阶段，并涌现了一大批CAPP原型系统和商品化的CAPP系统。一、CAPP的概念1、基本概念指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程，即通过计算机输入被加工零件的原始数据，加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码，编程，绘图直至最后输出经过优化的工艺规程卡片。CAPP是随着产品设计和产品制造采用计算机辅助制造之后，作为中间环节，工艺工程的自动化亦应运而生，CAPP是联结计算机辅助设计(CAD）和计算机辅助制造（CAM）的桥梁。CAD/CAM集成系统实际上是CAD/CAPP/CAM集成系统，CAPP从CAD系统中获取零件的几何拓扑信息、工艺信息，并从工程数据库中获取企业的生产条件、资源情况以及企业工人技术水平等信息，进行工艺设计，形成工艺流程卡、工序卡、工步卡及NC加工控制指令，在CAD和CAM中起到纽带作用。MISCAPPCADCAMCAPM(含PPS)CAQ物料需求生产计划零件设计信息工艺评价物料需求资源信息加工过程信息质量信息注释：MIS:管理信息系统(ManagementInformationSystem)CAQ：计算机辅助质量管理（ComputerAidedQuality）CAPM:资本资产定价模型（CapitalAssetPricingModel）2、CAPP的功能从国内外发表的系统来看，他们主要包括以下几个功能：接收或生成零件信息，检索标准工艺文件，选择加工方法，安排加工路线，选择机床、刀具、夹具、量具等，选择装夹方式和装夹表面，优化选择切削用量，计算切削参数、加工时间和加工费用，确定工序尺寸和公差及选择毛坯，绘制工序图及编写工序卡，生成工艺文件，刀具路径规划和NC编程，加工过程的仿真。上述功能并不是所有CAPP系统都具备的，有些CAPP系统只具备其中某些功能。二、CAPP系统的分类和结构组成1、CAPP系统的分类（1）检索式CAPP系统（交互式）是针对标准工艺的，将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中，当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。特点：工艺过程设计简单，易于实现且稳定，但由于标准工艺数量有限，覆盖面小，因此应用范围较窄。（2）派生式CAPP系统（变异式）是利用零件的相似性来检索现有的工艺规程的一种软件系统。特点：以成组技术为理论基础，理论上比较成熟；应用范围比较广泛，有较好的适用性；在回转类零件中应用普遍；继承和应用了企业较成熟的传统工艺，但柔性较差；对于复杂零件和相似性较差的零件难以形成零件族。（3）创成式CAPP系统（生成式）是一个能够综合运用零件加工信息，自动能够为一个新零件创造工艺规程的系统。特点：通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程。具有较高的柔性，适应范围广。便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成。（4）基于知识的CAPP系统（CAPP专家系统）主要由知识库，数据库，推理机，解释模块，知识获取模块等组成。特点：接近人类思维，比较容易从人类专家那里获取专业领域的知识；模块是独立的，容易被用户检查，修改和扩充，易使系统从一种环境到另一种环境；容易添加一些解释功能；具有描述不确定知识的能力。（工作原理不一一展开，下页只给出派生式CAPP系统工作原理图）2、CAPP系统的结构组成（1）零件信息获取模块：有人机交互或CAD模型转换方式。（2）工艺决策模块：按预定的决策逻辑，进行比较、推理和决策加工工艺规程。（3）工艺文件管理与输出模块：包括工艺文件格式化显示和打印输出等。（4）人机交互界面：是用户的操作环境（如下图）。人机交互界面CAD系统零件信息库工艺数据库/知识库工艺文件库零件信息获取工艺决策工艺文件管理/输出（5）数据库：制造资源数据库工艺知识数据库制造工艺文件数据库典型案例库编辑工具库包含工艺设计多要求的工艺数据和规则，工艺数据比如加工加工方法、加工余量、切削用量、刀夹量具等；规则包括决策规则，加工方法选择，工序公布归并规则等。开始输入零件信息生成编码零件归族属于已有族？调入标准工艺路线修改？交互修改确定工艺路线工艺参数选择确定工艺规程打印？打印输出结束继续设计NNNNYYYY（派生式CAPP系统工作原理图）CAPPCAPPCAPPCAPP的结构组成及基本结构（动态图）注：CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关存放存放存放存放CADCADCADCAD系统系统系统系统完成的产品设完成的产品设完成的产品设完成的产品设计信息计信息计信息计信息存放企业加工设备、存放企业加工设备、存放企业加工设备、存放企业加工设备、工装工具等制造资源工装工具等制造资源工装工具等制造资源工装工具等制造资源的相关信息的相关信息的相关信息的相关信息存放产品制造工艺规存放产品制造工艺规存放产品制造工艺规存放产品制造工艺规则、工艺标准、工艺则、工艺标准、工艺则、工艺标准、工艺则、工艺标准、工艺数据手册、工艺信息数据手册、工艺信息数据手册、工艺信息数据手册、工艺信息处理的相关算法和工处理的相关算法和工处理的相关算法和工处理的相关算法和工具具具具…………存放零件族典型零件的存放零件族典型零件的存放零件族典型零件的存放零件族典型零件的工序卡、工步卡、工艺工序卡、工步卡、工艺工序卡、工步卡、工艺工序卡、工步卡、工艺流程图、加工参数流程图、加工参数流程图、加工参数流程图、加工参数…………，，，，供系统参考使用供系统参考使用供系统参考使用供系统参考使用存放存放存放存放CAPPCAPPCAPPCAPP系统系统系统系统生成的产品制生成的产品制生成的产品制生成的产品制造工艺信息，造工艺信息，造工艺信息，造工艺信息，供输出工艺文供输出工艺文供输出工艺文供输出工艺文件、数控加工件、数控加工件、数控加工件、数控加工编程和生产管编程和生产管编程和生产管编程和生产管理与运行控制理与运行控制理与运行控制理与运行控制系统使用系统使用系统使用系统使用存放工艺流程图、工序卡、存放工艺流程图、工序卡、存放工艺流程图、工序卡、存放工艺流程图、工序卡、工步卡等系统输入输出模工步卡等系统输入输出模工步卡等系统输入输出模工步卡等系统输入输出模板、手工查询工具和系统板、手工查询工具和系统板、手工查询工具和系统板、手工查询工具和系统操作工具集操作工具集操作工具集操作工具集…………7777、CAPPCAPPCAPPCAPP的结构组成及基本结构注：CAPP系统构成与开发环境、产品对象、规模的大小等因素相关控制模块控制模块控制模块控制模块：协：协：协：协调各模块的运调各模块的运调各模块的运调各模块的运行，实现人机行，实现人机行，实现人机行，实现人机间信息交流，间信息交流，间信息交流，间信息交流，控制产品设计控制产品设计控制产品设计控制产品设计信息获取方式信息获取方式信息获取方式信息获取方式零件信息获取零件信息获取零件信息获取零件信息获取模块模块模块模块：产品设：产品设：产品设：产品设计信息输入计信息输入计信息输入计信息输入工艺路线设计模块工艺路线设计模块工艺路线设计模块工艺路线设计模块：：：：加工工艺流程决策，加工工艺流程决策，加工工艺流程决策，加工工艺流程决策，生成工艺过程卡生成工艺过程卡生成工艺过程卡生成工艺过程卡工序决策模块工序决策模块工序决策模块工序决策模块：选：选：选：选定加工设备、定位定加工设备、定位定加工设备、定位定加工设备、定位安装方式、加工要安装方式、加工要安装方式、加工要安装方式、加工要求，生成工序卡求，生成工序卡求，生成工序卡求，生成工序卡输出模块输出模块输出模块输出模块：输出工艺流程卡、：输出工艺流程卡、：输出工艺流程卡、：输出工艺流程卡、工序和工步卡，工序图工序和工步卡，工序图工序和工步卡，工序图工序和工步卡，工序图…………工步决策模块工步决策模块工步决策模块工步决策模块：选择刀：选择刀：选择刀：选择刀具轨迹、加工参数，确具轨迹、加工参数，确具轨迹、加工参数，确具轨迹、加工参数，确定加工质量要求，生成定加工质量要求，生成定加工质量要求，生成定加工质量要求，生成工步卡及提供形成工步卡及提供形成工步卡及提供形成工步卡及提供形成NCNCNCNC指指指指令所需的刀位文件令所需的刀位文件令所需的刀位文件令所需的刀位文件三、CAPP系统零件信息的描述与输入零件信息描述要求:�描述应准确、完整，与实际生产要求相一致，适合计算机处理。�应简洁易懂，易于理解和掌握，便于输入操作。�数据结构要合理，利于提高处理效率，便于信息集成。零件信息描述内容:�零件几何信息：包括零件几何形状、尺寸、以及各几何元素间的拓扑关系；可从零件三维模型进行描述，也可将结构分解，对分解的型体或型面单元分别进行描述。�零件工艺信息：加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特性、热处理等。�生产管理信息：加工批量、生产周期等。1、基于成组技术的零件信息编码法（1）零件的编码应考虑的几种因素�零件类型（回转体、拉伸件等）�码的结构（树式a、链式b、分级结构或混合式c）如下图�代码所表示的详细程度�代码使用的数制（二进制、八进制、字母数字制、十六进制等）(2)编码系统�OPITZ系统——由德国阿亨工业大学OPITZ教授开发，非常著名。编码系统结构图�JLBM—1系统（由我国机械工业部研发）该系统具有15个码位，每一个码位从0～9的10个数码表示不同的特征项号。15个码位中，第一、二码位为名称类别矩阵(其中第一位为名称粗分类，如轮盘类、环套类、齿轮类、箱壳体类等，第二位为名称类别细分类，如垫圈片、环、套、螺母等是环套类的细分类)，用以描述零件的主要形状和功能；第三至第九码位为形状和加工码位，用以描述零件外部形状、内部形状、平面、曲面的加工及其他辅助加工；第十到第十五码位为辅助码位，用以描述零件的材料、毛坯、热处理、主要尺寸与精度。编码示例图2、型面特征描述法（1）型面特征类型�几何形状特征：一般是组成零件型面特征的几何单元。�拓扑特征或方位特征：用于表示各几何形状的顺序关系或位置关系。�精度特征：用于描述几何形状的尺寸公差，位置公差等信息。�材料特征：描述型面的材料及热处理信息。�其他技术特征。（2）典型的型面单元3、特征识别法通过分析CAD系统（一般为二维图形系统）所提供的结构化数据文件（如“*.dxf”文件），按一定的算法识别，提供CAPP系统能识别的工艺信息。该方法只能用于一些简单的、特定的零件。4、基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法CAD系统对零件造型是各种特征体素的拼装，并有可能赋予各特征体素有关的尺寸、公差、表面粗糙度等工艺信息，为CAD、CAPP、CAM提供统一的零件信息模型，为CAD/CAPP/CAM的信息集成创造条件。5、基于STEP的产品建模与信息输入法STEP用通用的数据结构规范对产品信息进行描述。只要各CAD系统对产品或零件的描述符合这个数据规范，其输出的信息既包含了几何信息，又包含了几何形状特征以及加工和管理等方面的信息，那么CAD系统的输出结果就能被其下游工程（如CAPP、CAM等系统）所接收和应用。目前STEP/PDES正在不断发展和完善之中。四、CAPP今后发展趋势随着CAD、CAPP、CAM单元技术日益成熟，同时又由于CIMS和I