機械CADCAM復(fù)習資料全

1、機械cad-cam復(fù)習資料全第一章cad/cam的定義、功能及應(yīng)用：cad定義：computer aided design(計算機輔助設(shè)計)的簡稱。計算機輔助設(shè)計是將人和計算機的最佳特性結(jié)合起來，輔助進行產(chǎn)品的設(shè)計與分析的一種技術(shù)，是綜合了計算機與工程設(shè)計方法的最新發(fā)展而形成的一門新興學科。 還可以定義為：工程技術(shù)人員以計算機為工具，用自身的專業(yè)知識，對產(chǎn)品進行幾何造型、分析計算、繪圖和編寫技術(shù)文件等設(shè)計活動的總稱。cad的功能：工程設(shè)計的過程包括設(shè)計需求分析、概念設(shè)計、設(shè)計建模、設(shè)計分析、設(shè)計評價和設(shè)計表示，cad的功能就是在工程設(shè)計的過程中起相應(yīng)的作用。cam（computer aided

2、 manufacturing）到目前為止還沒有明確的定義。是指計算機在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱，有廣義和狹義之分。廣義cam指利用計算機輔助完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中直接和間接的各種活動。包括工藝準備（計算機輔助工藝設(shè)計，工裝設(shè)計、制造，nc編程），生產(chǎn)作業(yè)計劃，物流過程的運行控制（物料加工、裝配、檢驗、輸送、儲存等生產(chǎn)活動）。狹義cam通常指數(shù)控程序的編制，包括刀具路線的規(guī)劃、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及nc代碼的生成。cad/cam技術(shù)在機械工業(yè)中的主要應(yīng)用有以下幾個方面：(1) 二維繪圖。(2) 圖形及符號庫。(3) 參數(shù)化設(shè)計。(4) 三維造型。(5) 工程分析。(6) 生成設(shè)計文檔

3、及報表。(7)數(shù)控加工舉例說明cad/cam系統(tǒng)硬件及軟件：系統(tǒng)軟件指操作系統(tǒng)和系統(tǒng)實用程序等，它用于計算機的管理、控制和維護。1操作系統(tǒng)。如windows 2000/xp/nt unix（工作站，微機）等。 2計算機語言及編譯系統(tǒng)。如basic、fortran、pascal、c/c+等，這些高級語言均有相應(yīng)的編譯系統(tǒng)。 3系統(tǒng)實用程序。支撐軟件 1、圖形處理軟件。負責cad的繪圖，如autocad。2、幾何建模軟件。pro/e等。 3、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。如foxbase，foxpro，工程數(shù)據(jù)庫等。計算方法庫：如解線性方程組優(yōu)化方法軟件 4、工程分析及計算軟件 有限元分析軟件：如ansys等機

4、構(gòu)分析及機構(gòu)綜合的軟件系統(tǒng)動態(tài)分析軟件。 5、文檔制作軟件。如wps，word等應(yīng)用軟件 應(yīng)用軟件是用戶為解決各類實際問題，在系統(tǒng)軟件的支持下而設(shè)計、開發(fā)的程序，或利用支撐軟件進行二次開發(fā)形成的程序，如模具設(shè)計軟件、電器設(shè)計軟件等。應(yīng)用軟件的功能和質(zhì)量直接影響cad/cam系統(tǒng)的功能和質(zhì)量。典型的cad/cam系統(tǒng)的硬件計算機主機、信息存儲設(shè)備（主要指外存、如硬盤、軟盤、光盤等）、圖形輸入設(shè)備（鍵盤、鼠標、掃描儀等）、圖形輸出設(shè)備（顯示器、繪圖儀、打印機等）及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、多媒體設(shè)備、數(shù)控機床、檢測設(shè)備、物流設(shè)備等組成。cad/cam系統(tǒng)的類型：1、檢索型cad/cam系統(tǒng) 檢索型cad/cam系

5、統(tǒng)主要用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及其零部件已實現(xiàn)標準化、系列化及模塊化的產(chǎn)品，它們的零部件圖及裝配圖已轉(zhuǎn)化為程序存儲于計算機中，在設(shè)計過程中，根據(jù)給出參數(shù)的具體數(shù)值按要求檢索出所需要的零部件圖，在計算機上裝配成產(chǎn)品圖，并對產(chǎn)品性能進行校核，滿足要求后，輸出所需的各種技術(shù)文件及圖紙。2、自動型cad/cam系統(tǒng)自動型cad/cam系統(tǒng)能根據(jù)產(chǎn)品性能規(guī)格要求在輸入基本參數(shù)后，不需人工干預(yù)，計算機能根據(jù)規(guī)定的程序，自動完成設(shè)計工作，輸出產(chǎn)品設(shè)計全部圖紙及技術(shù)文件，僅適用于設(shè)計理論成熟；計算公式確定；設(shè)計步驟及判別標準清楚；資料數(shù)據(jù)完備的產(chǎn)品。3、交互型cad/cam系統(tǒng) 在機械產(chǎn)品設(shè)計過程中，方案的決策及結(jié)構(gòu)布置

6、要完全實現(xiàn)自動化設(shè)計是非常困難的，有時也是不可行的，設(shè)計過程中往往需要設(shè)計人員的隨時參與，由此產(chǎn)生了交互型cad/cam系統(tǒng)。它充分發(fā)揮了人與計算機二者的長處，即：計算機的高速運算能力和嚴格的邏輯判斷及大量信息的存儲能力和設(shè)計人員長期積累的智慧和豐富的經(jīng)驗。交互型cad/cam系統(tǒng)在產(chǎn)品設(shè)計工作中具有較實用的價值，并且在實現(xiàn)上相對也容易一些。4、智能型cad/cam系統(tǒng)將人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)與普通cad/cam系統(tǒng)結(jié)合起來，便產(chǎn)生了智能型cad/cam系統(tǒng)。它主要由知識庫、推理機、實時系統(tǒng)、知識獲取系統(tǒng)以及人機接口等組成。智能型cad/cam系統(tǒng)可以對產(chǎn)品設(shè)計的全過程進行支持。cad/c

7、am技術(shù)的發(fā)展趨勢：1 集成化，提高集成水平是cad/cam系統(tǒng)發(fā)展的一個重要方向,必須在以下幾方面提高水平： 從傳統(tǒng)的實體造型到參數(shù)化特征造型的轉(zhuǎn)變 必須有自己統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫及其管理系統(tǒng) 解決好不同cad/cam系統(tǒng)間產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換問題 集成系統(tǒng)內(nèi)部應(yīng)該包括種類更多、功能更為完善的設(shè)計與制造應(yīng)用軟件 解決好網(wǎng)絡(luò)通信問題，使不同節(jié)點及不同地區(qū)的用戶能夠協(xié)同工作。2 網(wǎng)絡(luò)化提供多學科領(lǐng)域開發(fā)團隊的協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)支持跨部門、跨行業(yè)、跨地域的企業(yè)協(xié)作，提供數(shù)據(jù)共享、知識共享、資源共享。3 智能化現(xiàn)有的cad/cam技術(shù)在機械設(shè)計中只能處理數(shù)值型的工作，包括計算、分析與繪圖在設(shè)計活動中存在另一類符號推

8、理型工作 ，將人工智能技術(shù)，特別是專家系統(tǒng)的技術(shù)，與傳統(tǒng)cad/cam技術(shù)結(jié)合起來，形成智能化cad/cam系統(tǒng)是機械cad/cam發(fā)展的必然趨勢。4 標準化面向圖形設(shè)備的標準cgi ，面向用戶的圖形標準gks ,opengl，面向不同cad/cam系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換標準iges和step ，事實標準：catia與ug文件格式，dxf，x_t，set等。第三章幾何造型技術(shù)又稱為幾何建模技術(shù)，是利用計算機以及圖形處理技術(shù)來構(gòu)造物體的幾何形狀，模擬物體的動、靜態(tài)處理過程的技術(shù)。 這種技術(shù)能將物體的形狀及其屬性（顏色、材質(zhì)、精度）存儲在計算機內(nèi)，形成該物體的三維幾何模型，這個模型是對原物體的確切的數(shù)學描

9、述或是對原物體某種狀態(tài)的真實模擬。這個模型將為各種不同的后續(xù)應(yīng)用提供信息（例如：由模型產(chǎn)生有限元網(wǎng)格；由模型生成數(shù)控加工刀具軌跡，進行碰撞、干涉檢驗；vm；機床模型；刀具模型；夾具模型；零件模型）。幾何造型系統(tǒng)：通常把能夠定義、描述、生成幾何模型，并能交互地進行編輯的系統(tǒng)稱為幾何造型系統(tǒng)三維幾何造型在cad/cam中的應(yīng)用 三維幾何造型在cad/cam中主要應(yīng)用在設(shè)計、圖形、制造和裝配四個方面。 (1) 設(shè)計 能隨時顯示零件形狀，并能利用剖切來檢查諸如壁的厚薄，孔是否相交等問題。能進行物體的物理特性計算；如計算體積、面積、重心、慣性矩等。能檢查裝配中的干涉。能作運動機構(gòu)的模擬等等。 (2) 圖

10、形 產(chǎn)生二維工程圖，包括零件圖，裝配圖等。 (3) 制造 能利用生成的三維幾何模型進行數(shù)控自動編程及刀具軌跡的仿真。此外還能進行工藝規(guī)程設(shè)計等。 (4) 裝配 在機器人及柔性制造中利用三維幾何模型進行裝配規(guī)劃、機器人視覺識別、機器人運動學及動力學的分析等。特征造型的兩種方式 1、特征識別是根據(jù)已有的幾何模型進行相應(yīng)的特征識別，并加以定義，實現(xiàn)特征建模。有交互式和系統(tǒng)自動識別兩種方式。特征識別+特征提取 2、特征設(shè)計 基于特征的造型技術(shù)，由設(shè)計人員調(diào)用特征造型系統(tǒng)中的特征，通過增加、刪除和修改等操作建立零件特征模型。它所遵循的思想是利用具有工程意義與確定形狀的特征直接構(gòu)造零件模型。3.2三維幾何

11、造型系統(tǒng)的幾種模型 幾何造型系統(tǒng)發(fā)展至今，先后出現(xiàn)了線框模型、表面模型、實體模型、特征模型等，這幾種模型代表了幾何形體在計算機內(nèi)的不同存儲方式，本節(jié)從工程角度出發(fā)，介紹這幾種模型的原理與計算機表達3.2.1 線框模型 1、建模 線框模型是用頂點和棱邊表示三維形體，其棱邊可以為直線、圓弧、二次曲線及樣條曲線組成 。 它的計算機表示包括兩方面的信息：一類是幾何信息，記錄各頂點的坐標值，即頂點表；另一類是拓撲信息，記錄定義每條邊的兩個端點，即棱線表。實際物體是頂點表和棱線表相應(yīng)的三維映象。2、優(yōu)缺點優(yōu)點 結(jié)構(gòu)簡單，計算機內(nèi)部易于表達，繪制快速；物體的三維數(shù)據(jù)可以產(chǎn)生任意視圖，為生成工程圖帶來了方便。

12、缺點：有二義性，缺少表面輪廓信息，當形狀復(fù)雜、棱線過多時，會引起模糊理解。 在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中缺少邊與面、面與體之間關(guān)系的信息。從原理上講，此種模型不能消除隱藏線、計算物性、生成數(shù)控加工刀具軌跡、有限元網(wǎng)格剖分、物體干涉檢驗等，缺少拓撲信息，即邊與面、面與體之間關(guān)系的信息，因此不能構(gòu)成實體。3.2.2表面模型 表面模型也稱曲面模型，通常用于構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體，構(gòu)造時常常利用線框功能，先構(gòu)造一線框圖，然后用掃描或旋轉(zhuǎn)等手段變成曲面，也可以直接利用系統(tǒng)提供的許多曲面圖素來建立各種曲面模型。表面模型在計算機中的存儲與線框模型相比多了一個面表，記錄了邊、面間的拓撲關(guān)系。優(yōu)點： (1) 能實現(xiàn)消隱、著色、表面

13、積計算、二曲面求交、數(shù)控刀具軌跡生成、有限元網(wǎng)格劃分等。 (2) 擅長構(gòu)造復(fù)雜的曲面物體，如模具、汽車、飛機等表面。 缺點：(1) 缺乏面間的拓撲關(guān)系，依然不能構(gòu)成實體，有時產(chǎn)生對物體二義性理解。2) 操作比較復(fù)雜，要求操作者具備曲面建模的數(shù)學知識，因此要對操作者進行一定的培訓(xùn)。3.2.3 實體模型（solid model） 1、建模 實體模型與表面模型不同之處在于確定了表面的哪一側(cè)存在實體這個問題。用有向棱邊的右手法則確定所在面外法線的方向，如規(guī)定正向指向體外。如此只需將上圖的面表改為如下，即可確切地分清體內(nèi)體外，形成實體模型。2、優(yōu)缺點優(yōu)點：（1）包含的信息全面，不僅記錄了全部幾何信息，而

14、且記錄了全部點、線、面、體的拓撲信息。（2）無二義性?？梢韵[、剖切、有限元網(wǎng)格劃分、生成nc刀具軌跡。（3）可計算物理特性。實體造型包括兩部分：（1）體素定義和描述（2）體素間的布爾運算（構(gòu)成復(fù)雜實體的有效工具。3.3 三維實體表示方法 目前實體造型系統(tǒng)開發(fā)中使用的三維實體表示方法有許多，廣泛采用的兩種方法是幾何實體構(gòu)造法和邊界表示法。它們分別是早期和近期cad開發(fā)中三維形體表示的主要方法，其他表示方法還有掃描表示法、八叉樹表示法、基本體素表示法、空間分割法、實體參數(shù)表示法等。 3.3.1幾何實體構(gòu)造法 幾何實體構(gòu)造法（csg：constructive solid geometry）是用簡單

15、實體通過集合運算交、并、差構(gòu)造復(fù)雜實體的方法。是目前最常用的、最重要的一種三維實體表示方法。嚴格來說csg法是由簡單的正則集合經(jīng)過正則集合運算構(gòu)成復(fù)雜實體的方法。 用csg法構(gòu)造的實體模型在計算機中是通過用csg樹的形式加以表達的，通常采用二叉樹的形式加以描述。用csg樹表示一個形體是無二義性的，但一個形體可以有不同的csg樹表示，取決于使用的體素、構(gòu)造操作方法和操作順序。優(yōu)點： (1) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較簡單，信息量小，易于管理； (2) 每個csg都和一個實際的有效形體相對應(yīng)； (3) csg樹記錄了形體的生成過程，可修改形體生成的各環(huán)節(jié)以改變形體的形狀。缺點：(1) 不能進行形體的局部修改，如

16、面、邊、點等 (2) 直接基于csg表達形體，其組合運算及顯示效率很低。brep表示法的優(yōu)點： (1)表示形體的點、線、面等幾何元素是顯式表示、使得形體的顯示很快并且很容易確定幾何元素之間的連接關(guān)系；(2) 可對brep法的形體進行多種操作和局部修改 缺點： (1)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要大量存儲空間，維護內(nèi)部數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及一致性的程序較復(fù)雜； (2)對形體的修改操作較難實現(xiàn)。第6章 計算機輔助工程分析一、計算機輔助工程分析概述二、有限元法三、優(yōu)化設(shè)計方法四、仿真機械產(chǎn)品設(shè)計過程的一個重要環(huán)節(jié)是分析、計算，包括：（1）對產(chǎn)品幾何模型進行分析、計算；（2）通過應(yīng)力變形進行結(jié)構(gòu)分析；（3）對設(shè)計方案進行分析

17、，評價等。 傳統(tǒng)的分析方法一般比較粗略，尤其是結(jié)構(gòu)分析對象的模型往往經(jīng)過了較大的簡化，有時引入了難以令人置信的假設(shè)，致使有些分析結(jié)果不甚可靠。因此，這種傳統(tǒng)的分析方法只能用來定性地比較不同方案的好壞。近三十年來，由于計算機的應(yīng)用以及測試手段的不斷改進和完善，機械設(shè)計已由靜態(tài)、線性分析向動態(tài)、非線性過渡；由經(jīng)驗類比設(shè)計向最優(yōu)化過渡；由人工計算向自動計算、由近似計算向精確計算過渡，以適應(yīng)產(chǎn)品向高效、高速、高精度、低成本等現(xiàn)代化要求發(fā)展的需要。在這種前提下，將計算機引入工程分析領(lǐng)域，這是機械設(shè)計中的一場巨大變革。 利用計算機輔助工程分析的關(guān)鍵是在三維實體建模的基礎(chǔ)上，從產(chǎn)品的方案設(shè)計階段開始，按照實

18、際使用的條件進行仿真和結(jié)構(gòu)分析；按照性能要求進行設(shè)計和綜合評價，以便從多個設(shè)計方案中選擇最佳方案。因此，計算機輔助工程分析通常包括有限元法、優(yōu)化設(shè)計、仿真技術(shù)、試驗?zāi)B(tài)分析等方面。計算機輔助工程分析已成為cadcam中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。6.1.1 有限元法簡介 1、提出：1960年，美國clogh教授首次提出“有限元法”這個名詞。從此，有限元法正式作為一種數(shù)值分析方法出現(xiàn)在工程技術(shù)領(lǐng)域。2、有限元法的基本思想：先把原來是連續(xù)的物體剖分（離散）成有限個單元，且它們相互連接在有限個節(jié)點上(如圖所示)，承受等效的節(jié)點載荷，并根據(jù)平衡條件來進行分析，然后根據(jù)變形協(xié)調(diào)條件把這些單元重新組合起來，成為一

19、個組合體，再綜合求解。由于單元的個數(shù)是有限的，節(jié)點數(shù)目也是有限的，所以稱為有限元法。3、有限元法常用的單元類型：在采用有限元法對結(jié)構(gòu)進行分析計算時，依據(jù)分析對象的不同，采用單元類型也不同。常見的單元類型有：桿單元（如圖a）、梁單元（如圖b，c）、板單元（如圖d，e）、軸對稱單元（如圖f，g）、薄板彎曲單元（如圖h，i）、板殼單元（如圖j）、多面體單元（如圖k，l）等。用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析時，需要輸入大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)如果采用人工輸入，工作量大、繁瑣枯燥且易于出錯。當結(jié)構(gòu)經(jīng)過有限元分析后，亦會輸出大量數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)的觀察和分析也是一項細致而難度較大的工作。因此有限元計算程序應(yīng)具備前置處理和

20、后置處理的功能。 有限元前后置處理類型： （1）將幾何建模系統(tǒng)與有限元分析系統(tǒng)有機結(jié)合，在建模系統(tǒng)中將有限元的前后置處理作為線框模型、表面模型、實體模型的應(yīng)用層。即把幾何模型的幾何參數(shù)和拓撲關(guān)系等數(shù)據(jù)進行加工，自動剖分成有限元的網(wǎng)格，然后輸入有限元分析需要的其它數(shù)據(jù)，生成不同有限元分析程序所需的數(shù)據(jù)網(wǎng)格文件。 （2）單獨為某一個有限元分析程序配置前后處理功能程序，并把二者集成為一套完整的有限元分析系統(tǒng)，它同時具有批處理和圖形編輯功能。一、前置處理1、什么是前置處理？所謂前置處理是在用有限元法進行結(jié)構(gòu)分析之前，按所使用的單元類型對結(jié)構(gòu)進行剖分；根據(jù)要求對節(jié)點進行順序編號；輸入單元特性及節(jié)點坐標；

21、生成網(wǎng)格圖象并在熒光屏上顯示；為了決定它是否適用或者是否應(yīng)當修改，顯示的圖象應(yīng)帶有節(jié)點和單元標號以及邊界條件等信息；為了便于觀察，圖象應(yīng)能分塊顯示、放大或縮小。對于三維結(jié)構(gòu)的網(wǎng)格圖象需要具備能使圖象作三維旋轉(zhuǎn)的功能，等等。以上內(nèi)容一般稱之為前置處理，為實現(xiàn)這些要求而編制的程序稱為前置處理程序。2、前置處理程序的基本功能 （1）生成節(jié)點坐標 :可手工或交互輸入節(jié)點坐標；繞任意軸旋轉(zhuǎn)生成或沿任意矢量方向平移生成一系列節(jié)點坐標；在一系列節(jié)點之間生成有序節(jié)點坐標；生成典型圖、體的節(jié)點坐標；合并坐標值相同的節(jié)點，并按順序重新編號。（2）生成網(wǎng)格單元 :可手工輸入單元描述及其特征；可重復(fù)進行平移復(fù)制、旋轉(zhuǎn)

22、復(fù)制、對稱平面復(fù)制已有的網(wǎng)格單元體。（3）修改和控制網(wǎng)格單元 :對已剖分的單元體進行局部網(wǎng)格密度調(diào)整，如重心平移、預(yù)置節(jié)點、平移、插入或刪除網(wǎng)格單元；通過定位網(wǎng)格方向及指定節(jié)點編號來優(yōu)化處理時間；合并剖分后的單元體以及單元體拼合。 （4）引進邊界條件: 引進邊界條件，約束一系列節(jié)點的總體位移和轉(zhuǎn)角。 （5）單元物理幾何屬性編輯: 定義材料特性，對彈性模量、波松比、慣性矩、質(zhì)量密度以及厚度等物理幾何參數(shù)進行修改、插入或刪除。（6）單元分布載荷編輯 :可定義、修改、插入和刪除節(jié)點的載荷、約束、質(zhì)量、溫度等信息。 二、后置處理所謂后置處理，即將有限元計算分析結(jié)果進行加工處理并形象化為變形圖、應(yīng)力等值

23、線圖、應(yīng)力應(yīng)變彩色濃淡圖、應(yīng)力應(yīng)變曲線以及振型圖等，以便對變形、應(yīng)力等進行直觀分析和研究。為了實現(xiàn)這些目的而編制的程序，稱為后置處理程序。6.2 優(yōu)化設(shè)計1、設(shè)計變量設(shè)計中，可以用一組對設(shè)計性能指標有影響的基本參數(shù)來表示某個設(shè)計方案。其中有些基本參數(shù)可以根據(jù)工藝、安裝和使用要求預(yù)先確定，而另一些則需要在設(shè)計過程中進行選擇。那些需要在設(shè)計過程中進行選擇的基本參數(shù)被稱為設(shè)計變量。機械設(shè)計常用的設(shè)計變量有：幾何外形尺寸(如長、寬、高、厚等)；材料性質(zhì)；速度、加速度、效率、溫度等。機械優(yōu)化設(shè)計時，作為設(shè)計變量的基本參數(shù)，一般是一些相互獨立的參數(shù)，它們的取值都是實數(shù)。2、目標函數(shù) 定義：根據(jù)特定目標建立

24、起來的、以設(shè)計變量為自變量的、一個可計算的函數(shù)稱為目標函數(shù)，它是設(shè)計方案評價的標準。目標函數(shù)統(tǒng)一描述為：minf(x) f(x1，x2，xn)目標函數(shù)與設(shè)計變量之間的關(guān)系可以用幾何圖形形象地表示出來。如，單變量時，目標函數(shù)是二維平面上的一條曲線；雙變量時，目標函數(shù)是三維空間的一個曲面。3、約束條件為產(chǎn)生一個可接受的設(shè)計而對設(shè)計變量取值施加的種種限制稱為約束條件。約束條件一般表示為設(shè)計變量的不等式約束函數(shù)和等式約束函數(shù)形式。約束條件一般分為邊界約束和性能約束兩種。(1)邊界約束 又稱區(qū)域約束，表示設(shè)計變量的物理限制和取值范圍。 如在貯料箱設(shè)計中，可得邊界約束條件為： (2)性能約束 又稱性態(tài)約束

25、，是由某種設(shè)計性能或指標推導(dǎo)出來的一種約束條件。屬于這類設(shè)計約束的如零件的工作應(yīng)力、應(yīng)變的限制；對振動頻率、振幅的限制；對傳動效率、溫升、噪聲、輸出扭矩波動最大值等的限制；對運動學參數(shù)如位移、速度、轉(zhuǎn)速、加速度的限制等。這類約束條件，一般總可以根據(jù)設(shè)計規(guī)范中的設(shè)計公式或通過物理學和力學的基本分析導(dǎo)出的約束函數(shù)來表示。4、數(shù)值迭代計算方法數(shù)值迭代是計算機常用的計算方法，也是優(yōu)化設(shè)計的基本數(shù)值分析方法。它用某個固定公式代入初值后反復(fù)進行計算，每次計算后，將計算結(jié)果代回公式，使之逐步逼近理論上的精確解，當滿足精度要求時，得出與理論解近似的計算結(jié)果。用數(shù)值迭代法進行優(yōu)化設(shè)計，其基本思想是：在設(shè)計空間選

26、定一個初始點x（0），從這一點出發(fā)，按照某一優(yōu)化方法所規(guī)定的原則，確定適當?shù)姆较蚍较騭（0）與步長a（0）進行搜索，獲得一個使目標函數(shù)值有所改進的新設(shè)計點x（1），再以x（1）點作為新的始點重復(fù)上述過程。這樣依次迭代，可得x（2），x（3），x（k-1），x（k）x（k+1）等設(shè)計點、最后求出滿足設(shè)計精度要求的、逼近理論最優(yōu)點的近似最優(yōu)點x*。 例如：求x3x1=0的根 6.2.2 優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型建立數(shù)學模型是進行優(yōu)化設(shè)計的首要關(guān)鍵任務(wù)，前提是對實際問題的特征或本質(zhì)加以抽象，再將其表現(xiàn)為數(shù)學形態(tài)。建立數(shù)學模型的一般過程為：（1）分析設(shè)計問題，初步建立數(shù)學模型建立數(shù)學模型有三種途徑：1)抽象

27、理論數(shù)學模型 2)擬合近似數(shù)學模型 3)提煉數(shù)值仿真模型(2)抓住主要矛盾，確定設(shè)計變量 一般情況下，限制優(yōu)化設(shè)計變量的個數(shù)有利于設(shè)計問題數(shù)學模型的簡化。通常參照以往的設(shè)計經(jīng)驗和實際要求，盡可能地將那些對目標函數(shù)影響不大的參數(shù)取為常量。(3)根據(jù)工程實際，提出約束條件 約束條件是對設(shè)計變量的限制，這種限制必須要根據(jù)工程實際情況來制訂，以便使設(shè)計方案切實可行。約束條件的數(shù)目多，則可行的設(shè)計方案。(4)對照設(shè)計實例，修正數(shù)學模型 (5)正確求解計算估價方法誤差(6)進行結(jié)果分析，審查模型靈敏性6.2.3 優(yōu)化設(shè)計方法優(yōu)化設(shè)計方法的種類很多，根據(jù)討論問題的不同方面，有不同的分類方法。如根據(jù)是否存在約

28、束條件，可分為有約束優(yōu)化和無約束優(yōu)化；根據(jù)目標函數(shù)和約束條件的性質(zhì)，可分為線性規(guī)劃和非線性規(guī)劃；根據(jù)優(yōu)化目標的多寡，可分為單目標優(yōu)化和多目標優(yōu)化等。6.2.4 選擇優(yōu)化方法時應(yīng)考慮的因素 目前，優(yōu)化設(shè)計軟件已成為一種比較成熟的軟件產(chǎn)品。在cadcam中應(yīng)盡可能選用現(xiàn)成的優(yōu)化方法軟件，以節(jié)省人力、機時，盡快得到優(yōu)化設(shè)計結(jié)果，滿足cadcam的需要。需要考慮因素：n 優(yōu)化設(shè)計問題的規(guī)模，即設(shè)計變量數(shù)目和約束條件數(shù)目的多少。n 目標函數(shù)和約束函數(shù)的非線性程度、函數(shù)的連續(xù)性、等式約束或不等式約束以及函數(shù)數(shù)值計算的復(fù)雜程度。n 優(yōu)化方法的收斂速度、計算效率，穩(wěn)定性、可靠性，以及解的精確性。n 是否有現(xiàn)成

29、程序；程序使用的環(huán)境要求、通用性、簡便性、執(zhí)行效率、可靠程度等6.2.5 優(yōu)化設(shè)計的一般過程 機械優(yōu)化設(shè)計過程，一般可分為以下幾個階段： (1) 根據(jù)機械產(chǎn)品的設(shè)計要求，確定優(yōu)化范圍。(2) 分析優(yōu)化對象，準備各種技術(shù)資料。(3) 建立合理而實用的優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型。(4) 選擇合適的優(yōu)化方法。 (5) 選用或編制優(yōu)化設(shè)計程序。 (6) 計算機求解，優(yōu)選設(shè)計方案。(7) 分析評價優(yōu)化結(jié)果。 6.3 仿真 仿真 顧名思義，模仿真實的系統(tǒng)，意指通過對模擬系統(tǒng)的實驗去研究一個存在或設(shè)計中的系統(tǒng)。仿真的關(guān)鍵是建立從實際系統(tǒng)抽象出來的仿真模型。 1、 仿真的類型 仿真是在模型上進行反復(fù)試驗研究的過程。因為

30、模型有物理模型與數(shù)學模型，故仿真也有物理仿真與數(shù)學仿真（1）物理仿真 物理模型與實際系統(tǒng)之間具有相似的物理屬性，所以，物理仿真能觀測到難以用數(shù)學來描述的系統(tǒng)特性，但要花費較大的代價。根據(jù)仿真模型中物理模型占據(jù)的比例又分為半物理仿真和全物理仿真。半物理仿真的模型，有一部分是數(shù)學模型，另一部分是已研制出來的產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)，從而對產(chǎn)品整體性能和實際部件或子系統(tǒng)進行功能測試。全物理仿真的模型則全部是實物模型。（2） 數(shù)學仿真 又稱計算機仿真。即建立系統(tǒng)(或過程)的可以計算的數(shù)學模型(仿真模型)，并據(jù)此編制成仿真程序放入計算機進行仿真試驗，掌握實際系統(tǒng)(或過程)在各種內(nèi)外因素變化下，性能的變化規(guī)律。2

31、、計算機仿真的應(yīng)用類型(1) 系統(tǒng)分析和設(shè)計。例如柔性制造系統(tǒng)的仿真，在設(shè)計階段，通過模型仿真來研究系統(tǒng)在不同物理配置情況下和不同運行策略控制下的特性，從而預(yù)先對系統(tǒng)進行分析、評價，以獲得較好的配置和較優(yōu)的控制策略；系統(tǒng)建成后，通過仿真，可以模擬系統(tǒng)在不同作業(yè)計劃輸入下的運行情況，用以擇優(yōu)實施作業(yè)計劃，提高系統(tǒng)的運行效率。(2) 制成訓(xùn)練用的仿真器。 例如飛行模擬器、船舶操縱訓(xùn)練器、汽車駕駛模擬器等。這些仿真器既可以保證被訓(xùn)練人員的安全，也可以節(jié)省能源，縮短訓(xùn)練周期。 3、計算機仿真的特點(1) 以計算機為實驗環(huán)境，依賴實際系統(tǒng)的抽象仿真模型。(2) 計算機仿真結(jié)果是實驗解，而不是純粹的數(shù)學解

32、析或數(shù)值分析解。(3) 既能展示實際系統(tǒng)的模擬靜態(tài)，又能直觀表演系統(tǒng)的動態(tài)特性。 6.3.2 計算機仿真的一般過程計算機仿真的基本方法是將實際系統(tǒng)抽象描述為數(shù)學模型，再轉(zhuǎn)化成計算機求解的仿真模型，然后編制程序，上機運行，進行仿真實驗并顯示結(jié)果。其一般過程為： 1、建立數(shù)學模型2、建立仿真模型 3、編制仿真程序 4、進行仿真實驗 5、結(jié)果統(tǒng)計分析 6、仿真工作總結(jié) 計算機仿真的廣泛應(yīng)用具有十分重要的意義(1) 替代許多難以或無法實施的實驗(2) 解決一般方法難以求解的大型系統(tǒng)問題(3) 降低投資風險、節(jié)省研究開發(fā)費用(4) 避免實際實驗對生命、財產(chǎn)的危害(5) 縮短實驗時間、不受時空限制 6.3

33、.3 仿真在cad/cam中的應(yīng)用 仿真在cadcam系統(tǒng)中的應(yīng)用主要表現(xiàn)在以下幾個方面： (1) 產(chǎn)品形態(tài)仿真。 (2) 裝配關(guān)系仿真。 (3) 運動學仿真。 (4) 動力學仿真。 (5) 零件工藝過程幾何仿真。 (6) 加工過程仿真。 (7) 生產(chǎn)過程仿真。 第7章 計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計7.1 概述capp（計算機輔助工藝設(shè)計：computer aided process planning）是根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果進行產(chǎn)品的加工方法和制造過程的設(shè)計。7.1.1 capp技術(shù)及其發(fā)展概況1、工藝規(guī)程設(shè)計的任務(wù)工藝規(guī)程設(shè)計的主要任務(wù)是為被加工零件選擇合理的加工方法、加工順序、工、夾、量具，以及切削

34、條件的計算等，使能按設(shè)計要求生產(chǎn)出合格的成品零件。它所包含的主要內(nèi)容：(1)選擇加工方法和采用的機床、刀具、夾具及其它工裝設(shè)備。(2)安排合理的加工順序。(3)選擇基準，確定加工余量和毛坯，計算工序尺寸和公差。(4)選用合理的切削用量(5)計算時間定額和加工成本(6)編制包含上述所有資料的工藝文件 其核心內(nèi)容是選擇加工方法和安排合理的加工順序。2、capp的提出長期以來，傳統(tǒng)的工藝規(guī)程設(shè)計方法一直是由工藝人員根據(jù)他們多年從事工廠生產(chǎn)活動而積累起來的經(jīng)驗，以手工方式進行的。已不適應(yīng)當前產(chǎn)品品種多樣化、更新?lián)Q代日益頻繁的生產(chǎn)形勢。工藝規(guī)程設(shè)計主要是在分析和處理大量信息的基礎(chǔ)上進行選擇(加工方法、機

35、床、刀具、加工順序等)、計算(加工余量、工序尺寸、公差、切削參數(shù)、工時定額等)、繪圖(工序圖)以及編制文件等工作，而計算機能有效地管理大量的數(shù)據(jù)，進行快速、準確的計算和各種形式的比較、選擇，能自動繪圖和編制表格文件。這些功能恰恰適應(yīng)工藝規(guī)程設(shè)計的需要，于是出現(xiàn)了計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(computer aided process p1anning），簡稱capp這樣一種新技術(shù)。capp不僅能實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化，還能把生產(chǎn)實踐中行之有效的若干工藝設(shè)計原則與方法，轉(zhuǎn)換成工藝設(shè)計決策模型，建立科學的決策邏輯，把長期從事工藝設(shè)計工作的人的經(jīng)驗傳授給初參加工作的人，編制出最優(yōu)的制造方案。另外，capp也

36、是把cad和cam的信息連接起來，實現(xiàn)cadcam一體化，建立集成制造系統(tǒng)(computer integrated manufacturing systemcims)的關(guān)鍵性中間環(huán)節(jié)。3、capp的發(fā)展概況（1）國外 capp技術(shù)的研究和發(fā)展起源于20世紀60年代。1969年挪威推出了世界上第一個capp系統(tǒng)autopros，并于1973年商品化。它是根據(jù)成組技術(shù)原理，利用零件的相似性去檢索和修改標準工藝來制定相應(yīng)零件的工藝規(guī)程。美國于20世紀60年代末70年代初著手于capp的研究，并于1976年由cam-i公司推出了頗具影響力的automated process planning系統(tǒng)。這是

37、一種可在微型機上運行的結(jié)構(gòu)簡單的小型系統(tǒng)。 capp從60年代末開始研制，到目前雖只有幾十年的歷史，但已研制出很多capp系統(tǒng)，而且有不少系統(tǒng)已投入生產(chǎn)實踐使用。目前世界各國的capp系統(tǒng)主要用于回轉(zhuǎn)體零件，其次為棱柱形零件和板塊類零件，其它非回轉(zhuǎn)體零件應(yīng)用較少，而且多應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)類型。（2）我國從80年代初期起，我國一些高等院校和工廠在推廣和應(yīng)用成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，也開始研究和開發(fā)計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計系統(tǒng)。最早進行這項研究工作的是上海同濟大學，他們在1982年研制成功了tojicap系統(tǒng)，并通過了由國家教委組織的鑒定，并于1985年在國際cirp會議上正式發(fā)表。隨后北京理工大學也研制

38、出適用于車輛中回轉(zhuǎn)體零件的bitcapp系統(tǒng)，北京航空航天大學發(fā)表了bhcapp系統(tǒng)，還有些高等院校和工廠合作研制的capp系統(tǒng)也相繼獲得成功。7.1.2 capp系統(tǒng)的工作原理capp系統(tǒng)有兩種工作原理：派生法和創(chuàng)成法。 (1)派生法(variant)根據(jù)成組技術(shù)的原理將零件劃分為相似零件組，按零件組編制出標準工藝規(guī)程，并以文件的形式貯存在計算機中。當要為新零件設(shè)計工藝規(guī)程時，輸入該零件的成組技術(shù)代碼，由計算機判別零件屬于哪一個零件組，檢索出該零件組的標準工藝規(guī)程，再根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀特點、尺寸公差，進行編輯修改，獲得適合于該零件的工藝規(guī)程。通常調(diào)用標準工藝文件，確定加工順序，計算切削參數(shù)、

39、加工時間或加工費用都是由計算機自動進行的。(2)創(chuàng)成法(generative) 不以原有的工藝規(guī)程為基礎(chǔ)，在計算機軟件系統(tǒng)中，收集了大量的工藝數(shù)據(jù)和加工知識，并在此基礎(chǔ)上建立了一系列的決策邏輯，形成了工藝數(shù)據(jù)庫和加工知識庫。當輸入新零件的有關(guān)信息后，系統(tǒng)可以模仿工藝人員，應(yīng)用各種工藝決策邏輯規(guī)則，在沒有人工干預(yù)的條件下，自動地生成零件的工藝規(guī)程。目前用派生法原理生成工藝規(guī)程的力法已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)有的大部分capp系統(tǒng)都屬于這種類型。創(chuàng)成法原理目前還不完善，還沒有一個純粹的創(chuàng)成法capp系統(tǒng)出現(xiàn)。7.1.3 capp系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成capp系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)主要由零件信息的獲取、工藝決策

40、、工藝數(shù)據(jù)庫知識庫、人機界面、工藝文件管理輸出等五大模塊組成。7.2 零件信息的描述與輸入1、零件信息描述的內(nèi)容零件信息主要包括零件的幾何信息和工藝信息兩個方面內(nèi)容（1）幾何信息 所謂零件的幾何信息是指零件的幾何形狀、尺寸、以及各幾何元素間的拓撲關(guān)系，如零件表面的形狀、各表面間的相互位置等。零件的幾何信息實際上就是零件的圖形信息。（2）工藝信息 工藝信息是指零件的加工精度、表面粗糙度、零件材料、毛坯特征、熱處理要求、配合和嚙合關(guān)系等多種信息。2、零件信息描述的基本方法（1）零件分類編碼描述法 零件分類編碼描述法是基于成組技術(shù)原理，首先需制訂一套編碼系統(tǒng)，用該編碼系統(tǒng)根據(jù)零件的幾何形狀和工藝特征

41、對零件進行編碼處理，然后將這些零件編碼輸入計算機來粗略描述零件的形狀、尺寸、精度等信息。（2）形狀特征描述法 形狀特征描述法要求將組成零件的各個形狀特征按一定順序逐個地輸入到計算機中去，并按事先確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進行組織，在計算機內(nèi)部形成一種供capp作業(yè)調(diào)用的零件信息模型。（3）語言描述法 該方法是用一種能由計算機識別的語言來對零件信息進行描述。用戶首先用這種語言規(guī)定的詞匯、語句和語法對零件信息進行描述，然后通過相應(yīng)的計算機編譯系統(tǒng)對描述結(jié)果進行編譯，形成計算機能夠識別的零件信息代碼。（4）知識表示描述法 用人工智能中的知識表示方法來描述零件信息甚至整個產(chǎn)品的信息。（5）直接將cad作業(yè)結(jié)果作為

42、capp的輸入7.3 派生法capp系統(tǒng)7.3.1 派生法capp系統(tǒng)的工作原理派生法也叫做經(jīng)驗法、樣件法。在派生法capp系統(tǒng)中，零件圖樣按成組技術(shù)中的分類編碼系統(tǒng)進行編碼，用數(shù)字代碼表示零件圖樣上的信息。派生法capp系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)成組技術(shù)中相似性原理，如果零件的結(jié)構(gòu)形狀相似，則它們的工藝規(guī)程也有相似性。對于每一個相似零件組，可以采用一個公共的制造方法來加工，這種公共的制造方法以標準工藝的形式出現(xiàn)，它可以集中專家、工藝人員的集體智慧和經(jīng)驗及生產(chǎn)實踐的總結(jié)制訂出來，然后貯存在計算機中。當為一個新零件設(shè)計工藝規(guī)程時，從計算機中檢索標準工藝文件，然后經(jīng)過一定的編輯和修改就可以得到該零件的工

43、藝規(guī)程。7.3.2 派生法capp系統(tǒng)的研制過程1、零件編碼 首先將零件圖上的信息代碼化，即對已有的零件進行編碼，把零件的屬性用流行的數(shù)字代碼來表示，以使計算機容易識別。可以根據(jù)具體情況選用通用的分類系統(tǒng)，如jcbm、opitz、jlbm、kk系統(tǒng)等等，也可選用適合于本部門產(chǎn)品特點的專用分類系統(tǒng)。2、零件分組首先要確定相似性準則，即分組的依據(jù)。常用的分組方法有視檢法、生產(chǎn)流程分析法和編碼分組法。其中編碼分組法是應(yīng)用較為廣泛的一種方法，編碼分組法又可以分為特征數(shù)據(jù)法和特征矩陣法。3設(shè)計零件組的復(fù)合零件復(fù)合零件又叫主樣件，它包含一組零件的全部形狀要素，有一定的尺寸范圍，可以是實際存在的，也可以是假

44、想的。以它作為樣板零件，設(shè)計適用于全組的通用工藝規(guī)程。4、設(shè)計標準工藝規(guī)程標準工藝規(guī)程應(yīng)能滿足該零件組所有零件的加工要求，并能反映工廠實際工藝水平，盡可能是合理可行的。5建立工步代碼文件 標準工藝規(guī)程是由各種加工工序組成的，一個工序又可以分為多個操作工步，所以操作工步是標準工藝規(guī)程中最基本的組成要素。如車外圓、鉆孔、銑平面、磨外圓、滾齒、拉花鍵等。6建立切削數(shù)據(jù)文件capp所要處理的數(shù)據(jù)，其種類和數(shù)量都非常大，而且其中許多數(shù)據(jù)是和其它系統(tǒng)共享的。由于產(chǎn)品零件的品種繁多，零件形狀又十分復(fù)雜，涉及的加工要素很多，采用的加工方法也各種各樣，而所有的加工方法都必須要有切削數(shù)據(jù)(進給量、切削速度、切削深

45、度)，為此必須建立大量的切削數(shù)據(jù)文件。為了生成工藝規(guī)程，還必須要建立各種工藝數(shù)據(jù)文件。7、設(shè)計各種功能子程序由于capp系統(tǒng)中要應(yīng)用各種計算方法為此需預(yù)先將各種計算公式和求解方法編成各種功能子程序，如切削參數(shù)的計算，加工余量、工序尺寸公差的計算，切削時間和加工費用的計算，工藝尺寸鏈的求解，切削用量的優(yōu)化和工藝方案的優(yōu)化等。在系統(tǒng)運行過程中，如需要應(yīng)用某種計算方法，就可隨時調(diào)用。8、capp系統(tǒng)總程序設(shè)計上述各項準備工作完成以后，用一個主程序和界面把所有子程序連接起來，每一個單元功能可以采用模塊結(jié)構(gòu)形式，可以單獨調(diào)試和修改，再把各個功能模塊組合起來，就構(gòu)成capp系統(tǒng)的總程序。7.4 創(chuàng)成法ca

46、pp系統(tǒng)7.4.1 創(chuàng)成法capp系統(tǒng)的工作原理創(chuàng)成法capp系統(tǒng)不以標準工藝規(guī)程的檢索和修改為基礎(chǔ)，而是由計算機軟件系統(tǒng)，根據(jù)加工能力知識庫和工藝數(shù)據(jù)庫中加工工藝信息和各種工藝決策邏輯，自動設(shè)計出零件的工藝規(guī)程。有關(guān)零件的信息可以直接從cad系統(tǒng)中獲得。創(chuàng)成法capp系統(tǒng)能很方便地設(shè)計出新零件的工藝規(guī)程，有很大的柔性，還可以和cad系統(tǒng)以及自動化的加工系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)cadcam的一體化。7.4.2 創(chuàng)成法capp系統(tǒng)的開發(fā)過程 應(yīng)用創(chuàng)成式原理開發(fā)capp系統(tǒng)時，一般要做以下的工作： 1、確定系統(tǒng)的對象范圍：回轉(zhuǎn)體零件、非回轉(zhuǎn)體零件或其它類型的零件；2、確定零件信息描述方法：型面單元謂詞描述

47、、體素組合語言描述或其它描述方法；3、確定和建立工藝決策模型； 4、建立加工資源數(shù)據(jù)庫，包括機床、夾具、刀具、切削用量等各類工藝數(shù)據(jù)庫；5、設(shè)計系統(tǒng)主控模板、人機接口模塊、工藝文件的生成和輸出系統(tǒng)模塊。7.4.3創(chuàng)成法capp系統(tǒng)的工藝決策邏輯1、建立工藝決策邏輯的依據(jù)建立工藝決策邏輯一般應(yīng)根據(jù)工藝設(shè)計的基本原理、工廠生產(chǎn)實踐經(jīng)驗的總結(jié)、以及對具體生產(chǎn)條件的分析研究，并集中有關(guān)專家、工藝人員的智慧及工藝設(shè)計中常用的、并行之有效的原則，結(jié)合各種零件的結(jié)構(gòu)特征，建立起相應(yīng)的工藝設(shè)計邏輯。用創(chuàng)成法設(shè)計工藝規(guī)程時，計算機將根據(jù)輸入的零件特征的幾何信息和加工技術(shù)要求，自動選擇相應(yīng)的工藝決策邏輯，確定其加

48、工方法或者選擇已貯存在計算機中的某些工藝規(guī)程片斷，然后經(jīng)綜合編輯，生成所需的工藝規(guī)程。2、工藝決策邏輯的主要形式常用的是決策表和決策樹。近來也有采用專家系統(tǒng)和人工智能中的其它決策技術(shù)。(1)決策表 決策表是將一類不易用語言表達清楚的工藝邏輯關(guān)系，用一個表格形式來表達的方法，它是計算機軟件設(shè)計的基本工具。決策表的格式如右圖所示，它用縱橫兩組雙線將表分為四個區(qū)域，左邊分別為條件項目和決策項目，右邊分別為條件狀態(tài)和決策行動。右邊每一列即為一條決策規(guī)則。在決策表中，某一條件是真實的，則取值為t(true)或y(yes)，當條件是假的，則取值為f(false)或n(no)。條件狀態(tài)也可用空格表示，它表示

49、這條件是真是假與該規(guī)則無關(guān)，或無所謂。條件項目也可用具體數(shù)值或數(shù)值范圍表示，決策行動可以是無序的決策行動，用x表示，也可以是有序的決策行動，并給予一定序號。(2)決策樹 工藝決策樹是一個同決策表功能相似的工藝邏輯設(shè)計工具，是種樹狀樣的圖形，它由樹根、節(jié)點和分支組成。樹根和分支間都用數(shù)值互相聯(lián)系，通常用來描述事物狀態(tài)轉(zhuǎn)換的可能性以及轉(zhuǎn)換過程和轉(zhuǎn)換結(jié)果。分支上的數(shù)值表示向一種狀態(tài)轉(zhuǎn)換的可能性或條件。當條件滿足時、則繼續(xù)沿分支向前傳遞，以實現(xiàn)邏輯與“and”的關(guān)系；當條件不滿足時則轉(zhuǎn)向出發(fā)節(jié)點的另一分支，以實現(xiàn)邏輯或“or”的關(guān)系在每一分支的終端列出了應(yīng)采取的動作。所以，從樹根到終端的一條路徑就可以

50、表示一條類似于決策表中的決策規(guī)則。右圖為一個最簡單的決策樹。7.4.4 創(chuàng)成法capp系統(tǒng)中的工序設(shè)計1、工序內(nèi)容的確定和工步順序的安排在安排零件的工藝路線時，一般都分層次、分階段地考慮各個工序的加工順序。在工序設(shè)計中，主要根據(jù)零件形狀特征選擇加工基準，確定裝夾方式、安裝次數(shù)以及安排各個表面的加工順序等。2、工序尺寸和公差的計算 以零件圖上的最終技術(shù)要求為前提，首先確定最終工序的尺寸及公差，然后再按選定的加工余量推算出前道工序的尺寸，其公差則按該工序加工方法可達到的經(jīng)濟精度來確定。這樣按加工順序相反的方向，逐步汁算出所有工序的尺寸和公差。 3工序圖的自動繪制工序圖的自動繪制是capp研究領(lǐng)域中

51、難度較大的課題。其主要原因是與零件信息描述的完整性有關(guān)，也與零件的設(shè)計模型以及將設(shè)計模型如何自動轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)模型有關(guān)。目前，工序圖的自動繪制，僅對規(guī)則的回轉(zhuǎn)體零件可以實現(xiàn)，而對于復(fù)雜形狀的箱體零件還有待進一步研究開發(fā)。7.5 capp專家系統(tǒng)7.5.1 專家系統(tǒng)的組成專家系統(tǒng)的基本組成如右圖所示。其中核心部分是知識庫和推理機。知識庫存儲了從專家那里得到的關(guān)于某個領(lǐng)域的專門知識，對于capp專家系統(tǒng)，知識庫中存儲的應(yīng)是關(guān)于工藝過程設(shè)計知識，最主要的還是工藝專家的經(jīng)驗知識。推理機具有推理的能力，能根據(jù)事實和知識推導(dǎo)出所需求的結(jié)論。此外，專家系統(tǒng)還應(yīng)有數(shù)據(jù)庫、解釋部分、知識獲取與管理部分等。 (1)知

52、識庫 工藝知識庫是capp專家系統(tǒng)的核心。它包括兩類知識，一類是廣泛共有的知識，即已有的公認的工藝知識與常識；另一類是啟發(fā)性知識，也稱為探索性知識，它是在工藝設(shè)計中實踐積累和正確判斷的結(jié)晶。 (2)數(shù)據(jù)庫 用于存儲用戶輸入的有關(guān)零件原始數(shù)據(jù)和推理過程中得到的各種中間結(jié)果。 (3)推理機 推理機是一組計算機軟件程序，用來控制整個專家系統(tǒng)運行的軟件模塊。它采用一定的推理策略(如正向推理、反向推理等)，利用知識庫中的知識，并根據(jù)用戶輸入的數(shù)據(jù)進行推理，解決工藝過程設(shè)計中相關(guān)問題。 (4)解釋模塊 負責對專家系統(tǒng)推理結(jié)果作出必要解釋的一組程序，它使用戶了解專家系統(tǒng)的推理過程，使用戶容易接受推理結(jié)果。

53、(5)知識獲取模塊 知識的獲取是建立知識庫的一個重要步驟，也稱之為系統(tǒng)的學習功能。該模塊為建立知識庫、修改知識庫中原有的知識和擴充新知識提供了手段。 7.5.2 capp專家系統(tǒng)的工作原理capp專家系統(tǒng)由零件信息輸入模塊、知識庫、推理機三部分組成。其中知識庫和推理機是互相獨立的。capp專家系統(tǒng)是根據(jù)輸入的零件信息頻繁地去訪問知識庫，并通過推理機中的控制策略，從知識庫中搜索能夠處理零件當前狀態(tài)的規(guī)則，然后執(zhí)行這條規(guī)則，并把每一次執(zhí)行規(guī)則得到的結(jié)論部分按照先后順序記錄下來，直到零件加工達到一個終結(jié)狀態(tài)，這個記錄就是零件加工所要求的工藝規(guī)程。capp專家系統(tǒng)以知識結(jié)構(gòu)為核心，按數(shù)據(jù)、知識、控制三

54、級結(jié)構(gòu)來組織系統(tǒng)。7.5.3 工藝知識庫的建立工藝知識在專家系統(tǒng)個屬于過程性知識，它包括選擇決策邏輯(如加工方法選擇、工藝裝備選擇、切削用量選擇等)，排序決策邏輯(如安排加工路線、確定工序中的加工步驟等)，以及加工方法知識(如加工能力、頂加工要求、表面處理要求等)。一般都采用產(chǎn)生式規(guī)則來表示工藝決策知識。工藝知識庫是一個完整的規(guī)則集，它可以劃分為若干個規(guī)則子集。根據(jù)需要每個規(guī)則子集還可以劃分成若干個規(guī)則組。一般可包含以下幾個部分：1、加工方法的選擇 capp系統(tǒng)一般都采用逆向編程原理，首先確定能達到質(zhì)量要求的各個加工表面的最終加工方法，然后再確定其它的準備加工工序。2、工藝路線的確定工藝路線的

55、制定一般都是以劃分加工階段為依據(jù)，如基準加工、粗加工、細加工、精加工、表面處理、超精加工、檢驗等。并遵循先基準后其它、先粗后精等原則。劃分了加工階段以后，就可將同“加工階段中的各加工表面的加工，根據(jù)安裝方式，使用機床組合成若干工序，每個工序可以由若干個工步所組成。切削工步的加工順序和內(nèi)容也有一定的加工先后關(guān)系，都可用產(chǎn)生式規(guī)則描述。3、毛坯的選擇 毛坯選擇主要根據(jù)加工零件的材料、尺寸、技術(shù)條件和現(xiàn)有加工條件等。首先要確定毛坯的類型和毛坯加工的方法。4、裝夾方式的選擇7.5.4 推理機的控制策略推理機是專家系統(tǒng)的控制機構(gòu)，它規(guī)定了如何從知識庫中選用適當?shù)囊?guī)則，來進行工藝規(guī)程設(shè)計，只有在一定的控制

56、策略下，規(guī)則才能被啟用。 在capp專家系統(tǒng)中，一般都采用逆向搜索的方法即從零件加工的最終狀態(tài)開始，反向逐步選擇合適的加工方法，直至選出無需預(yù)加工的毛坯狀態(tài)為止，從而確定出加工計劃。具體做法是：推理機構(gòu)根據(jù)用戶提出的零件設(shè)計要求，選用適當?shù)囊?guī)則、確定出能滿足零件設(shè)計要求的最終加工方法和加工參數(shù)，并且給出這種加工方法所需的預(yù)加工的零件狀態(tài)，修改動態(tài)數(shù)據(jù)庫，把預(yù)加工的零件狀態(tài)作為新的要求再選用適當?shù)囊?guī)則，確定出適當?shù)募庸し椒ê图庸?shù)。 第8章 計算機輔助數(shù)控程序編制8.1 數(shù)控編程的基本概念8.1.1 數(shù)控機床的坐標系統(tǒng) 機床直線運動采用右手笛卡兒直角坐標系，其直線運動坐標軸分別為x、y、z，圍繞x、y、z軸的坐標軸定義為a、b、c軸。 z軸一般規(guī)定為平行于機床主軸方向。如果在機床上有多跟軸，則使用最多的那根軸線可定義為主軸。z軸的正方向規(guī)定為增大刀具和工件距離的方向。 x軸通常是水平的，且與工件的裝夾面平行，與z軸垂直。對于工件旋轉(zhuǎn)的機床，如車床的x軸沿工件的徑向，刀具離開工件旋轉(zhuǎn)中心的方向為x軸的正方向。對于刀具