第七章計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)

1、第七章第七章 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)7.1 概述概述 CAPP的提出 工藝設(shè)計(jì)是從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到產(chǎn)品制造之間的重要橋梁，也是機(jī)械制造企業(yè)生產(chǎn)技術(shù)工作的主要內(nèi)容。 機(jī)械加工工藝規(guī)程主要包括的內(nèi)容有：分析被加工零件；選擇毛胚；設(shè)計(jì)工藝過(guò)程；工序設(shè)計(jì)；編制工藝文件。手工制訂工藝規(guī)程存在的問(wèn)題：1) 由于工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、習(xí)慣和技術(shù)水平不同，對(duì)同一零部件產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)會(huì)存在差異，不利于工藝規(guī)程的標(biāo)準(zhǔn)化。2) 效率低下，存在大量的重復(fù)勞動(dòng)。3) 不能將工藝專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)集中起來(lái)加以利用。計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展為工藝設(shè)計(jì)的自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)。計(jì)算機(jī)能有效的管理大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的計(jì)算，并能

2、對(duì)各種形式的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和選擇，還能自動(dòng)繪制表格文件等等。計(jì)算機(jī)正是存在著這些優(yōu)勢(shì)，計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)便應(yīng)運(yùn)而生。 CAPP基本功能：1) 接收或生成零件信息2) 檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件3) 選擇加工方法4) 安排加工路線5) 選擇機(jī)床、刀具和夾具等6) 確定切削用量7) 計(jì)算切削參數(shù)、工時(shí)定額和加工費(fèi)用等8) 計(jì)算工序尺寸和公差，確定毛坯類(lèi)型和尺寸9) 繪制工序圖10)生成工藝文件11)刀具路徑規(guī)劃并生成NC代碼CAPP系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1) 零件信息的輸入模塊 2) 工藝規(guī)程的生成模塊 3) 工藝數(shù)據(jù)/知識(shí)庫(kù)模塊 4) 系統(tǒng)的控制和管理模塊 5) 工藝文件管理與輸出模塊CAPP系統(tǒng)的分

3、類(lèi)系統(tǒng)的分類(lèi)CAPP系統(tǒng)按照其工作原理可分為四類(lèi)：1) 派生式2) 創(chuàng)成式3) 混合式4) 專(zhuān)家系統(tǒng)CAPP系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)1) 集成化 2) 通用化 3) 智能化圖紙信息的描述與人機(jī)交互式輸入1) 分類(lèi)編碼描述法(GT法)與輸入 2) 語(yǔ)言描述與輸入法 3) 知識(shí)表示描述法4) 基于形狀特征或表面元素的描述與輸入法 7.2 CAPP系統(tǒng)零件信息的描述、輸入系統(tǒng)零件信息的描述、輸入和輸出和輸出圖紙信息的描述與人機(jī)交互式輸入1) 分類(lèi)編碼描述法(GT法)與輸入 2) 語(yǔ)言描述與輸入法 3) 知識(shí)表示描述法4) 基于形狀特征或表面元素的描述與輸入法 7.2 CAPP系統(tǒng)零件信息的描述、輸入和輸

4、出從CAD系統(tǒng)直接輸入零件信息1) 特征識(shí)別法2) 基于特征拼裝的計(jì)算機(jī)繪圖與零件信息的描述和輸入方法3) 基于三維特征造型的零件信息描述與輸入方法 4) 基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范的產(chǎn)品建模與信息輸入方法 圖形掃描及識(shí)別技術(shù)的輸入方式這種技術(shù)就是用圖形掃描儀將圖紙上的信息掃描輸入到計(jì)算機(jī)中，然后對(duì)掃描所得到的信息進(jìn)行一定的分析與處理，在計(jì)算機(jī)上還原出工程圖紙，并形成相應(yīng)的圖形文件，再將圖形文件進(jìn)行分析與識(shí)別，抽取出CAPP系統(tǒng)能識(shí)別的幾何形狀信息和加工信息。CAPP系統(tǒng)零件信息模型 運(yùn)用上述方法獲取了輸入零件的信息后，CAPP系統(tǒng)還需要建立一種數(shù)學(xué)模型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)描述這些信息。目前統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的

5、一種零件信息建模方法是基于特征的零件信息描述法，即特征建模法。CAPP系統(tǒng)的輸出1) 工藝規(guī)程的輸出2) 工序圖的輸出 3) NC代碼的輸出1. 基本原理傳統(tǒng)的單件批量生產(chǎn)模式所面臨的問(wèn)題或挑戰(zhàn)：1) 產(chǎn)品品種日益多樣化2) 產(chǎn)品具有更高的可靠性要求3) 需要加工的零件材料品種更為繁多4) 要求進(jìn)一步提高生產(chǎn)率、降低廢品率和降低材料消耗。5) 進(jìn)一步加強(qiáng)設(shè)計(jì)、制造等所有生產(chǎn)環(huán)節(jié)的聯(lián)系。成組技術(shù)GT(Group Technology)是一門(mén)生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)，研究如何識(shí)別和發(fā)掘生產(chǎn)活動(dòng)中有關(guān)事物的相似性，并將相似的事物歸成組。機(jī)械加工中的成組技術(shù)是指對(duì)相似的零件進(jìn)行識(shí)別和分組，相似的零件歸入一個(gè)零件組

6、或零件族，并在設(shè)計(jì)和制造中充分利用它們的相似點(diǎn)，以提高生產(chǎn)效率，并獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。7.3 成組技術(shù)2. 發(fā)展?fàn)顩r在機(jī)械加工領(lǐng)域，最先提出成組技術(shù)概念的人是俄國(guó)人S.P.Mitrofanor。50年代末60年代初傳入歐洲各國(guó)。60年代以后，日本、美國(guó)也積極的采用了成組技術(shù)，并取得很好的效果。目前，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，成組技術(shù)得到了更好的應(yīng)用。我國(guó)成組技術(shù)的應(yīng)用起源于60年代，并在80年代得到廣泛推廣。3. 成組技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用1) 成組工藝2) 成組生產(chǎn)單元的組織3) 成組技術(shù)在CAD中的應(yīng)用4) 成組技術(shù)在CAPP系統(tǒng)中的應(yīng)用 5) 成組技術(shù)在FMS中的應(yīng)用 4. 成組技

7、術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1) 有利于零件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，減少設(shè)計(jì)工作的重復(fù)。 2) 有利于工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化 3) 降低生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化生產(chǎn)計(jì)劃，縮短了生產(chǎn)周期。 4) 有利于CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)的集成。零件的分類(lèi)方法零件的相似性是零件分類(lèi)的基礎(chǔ)。零件的相似性有兩類(lèi)：設(shè)計(jì)性質(zhì)(如幾何形狀和尺寸等，圖7-1)方面的相似性和制造性質(zhì)(如加工工藝，圖7-2)方面的相似性。零件族是一些零件的集合，這些零件具有相似的幾何形狀和尺寸或在加工具有相似的加工步驟。 1. 視檢法(人工識(shí)別分組法)2. 編碼分類(lèi)法2.1 特征碼位法2.2 碼域法2.3 特征位碼域法013124279精度：內(nèi)外圓與平面毛胚原

8、始形狀：鍛件材料種類(lèi)：鋼(抗拉強(qiáng)度420MPa)最大直徑：160mmD250mm輔助加工孔：有分布要求的軸向孔平面加工：外平面內(nèi)部形狀：光滑或單向臺(tái)階帶功能槽外部形狀：?jiǎn)蜗蚺_(tái)階、無(wú)形狀要素零件類(lèi)別：回轉(zhuǎn)體零件L/D38) (表面粗糙度Rz1.6) (加工精度IT 6)THEN (推薦采用磨削加工方法) (要求預(yù)加工表面精度IT9，粗糙度 6.3)IF (加工表面為孔) (直徑9245mm) (直徑公差0.007) (表面粗糙度Ra1.6m) (直線度0.005mm) (圓度0.007mm) (平行度0.012mm) (位置度0.002mm) (長(zhǎng)徑比10)THEN (推薦采用精鏜工序) (切削

9、余量0.05mm) ( 要 求 預(yù) 加 工 表 面 的 公 差 為 0 . 0 5 m m ， 表 面 粗 糙 度Ra=12.5m)2. 工藝路線的確定零件表面的最終加工方法確定以后，為保證加工質(zhì)量，常需要安排一些準(zhǔn)備工序，如精加工之前的粗加工工序、熱處理程序等，并確定彼此之間的順序，這就是工藝路線的確定。工藝路線的制定一般都是以劃分加工階段為依據(jù)，如粗加工、半精加工、精加工和超精加工等，并遵循工序順序安排原則，如先基準(zhǔn)后其它、先面后孔、先主后次、先粗后精的原則。IF (加工表面為平面，面積較大) (要求較高的平面度和表面粗糙度) (與其他表面之間有尺寸關(guān)系)THEN (采用端銑刀精銑，且經(jīng)粗

10、銑一兩次)IF (加工表面為平面和平面上的孔) (平面和孔的精度要求一般) (平面和孔有一定垂直度要求) THEN (先加工平面，再以平面為基準(zhǔn)加工孔)主要包括工藝裝備的選擇、工序順序的安排、工序尺寸和公差的計(jì)算、切削用量的確定、工時(shí)定額和工藝成本的計(jì)算、工序圖的生成和繪制、工序卡片的編輯和輸出、工藝過(guò)程優(yōu)化以及材料、工裝等的統(tǒng)計(jì)。工藝決策中知識(shí)庫(kù)的建立 -工序設(shè)計(jì)部分1. 工序內(nèi)容的確定和工步順序的安排1)仍要堅(jiān)持基面先行，先面后孔，粗精分開(kāi)的原則；2)盡可能以最大切削深度進(jìn)行加工以減少走刀次數(shù)；3)對(duì)外表面以直徑最大或較大的臺(tái)階開(kāi)始加工，以保證工件的剛度；4)對(duì)內(nèi)表面從直徑小的臺(tái)階面開(kāi)始加

11、工，以保證工件的剛度。 2. 毛坯的選擇毛坯的選擇需要根據(jù)加工零件的材料、尺寸、技術(shù)條件來(lái)確定。IF (工件材料為碳鋼或合金鋼) (工件形狀為回轉(zhuǎn)體，最大長(zhǎng)徑比為7) (零件最大長(zhǎng)度為200mm)THEN (建議采用棒料，毛坯為單個(gè)加工)3. 加工余量的確定余量的選擇是確定工序尺寸、計(jì)算尺寸鏈和確定毛坯尺寸的基礎(chǔ)。余量的確定一般是在選擇好零件各表面要素的加工方法(或加工鏈)以后進(jìn)行，最常用的方法有3種，即分析計(jì)算法、經(jīng)驗(yàn)法和查表法。經(jīng)驗(yàn)法是按照工藝手冊(cè)上推薦的經(jīng)驗(yàn)推算公式來(lái)確定，手冊(cè)上一般推薦了各表面要素在每種加工方法后應(yīng)留下一種加工方法的余量值。IF (特征類(lèi)型：外圓柱面) (材料：普通碳素

12、鋼) (熱處理：無(wú)) (加工類(lèi)型：數(shù)控機(jī)床加工) (工件直徑為2070) (最高精度等級(jí)：6，最低精度等級(jí)：8) (最高粗糙度Ra：0.8，最低粗糙度：3.2) THEN (粗車(chē)，留余量：1.5；半精車(chē)，留余量：0.4；半精車(chē)，留余量：0.0) 4. 裝夾方式的選擇 IF (工件形狀為回轉(zhuǎn)體) (加工表面為雙向階梯表面） (最大長(zhǎng)徑比為3) THEN (建議采用三爪卡盤(pán)) 5. 切削用量的選擇IF (加工表面為圓柱面) (加工工序?yàn)橥鈭A車(chē)削) (工件材料為碳鋼或合金鋼) (工件直徑為2040)THEN (建議采用進(jìn)給量0.4)6. 工序尺寸和公差的計(jì)算現(xiàn)在已有多種計(jì)算機(jī)輔助求解工藝尺寸鏈的方法

13、，比如應(yīng)用圖解跟蹤法，圖論求解法和專(zhuān)家系統(tǒng)求解法等。7. 工序圖的繪制工序圖的繪制是一個(gè)動(dòng)態(tài)的形成過(guò)程。工序圖繪制的一般方法：1) 圖素參數(shù)法2) 特征參數(shù)法 基本概念 CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)是將人工智能(AI)技術(shù)應(yīng)用在CAPP系統(tǒng)中形成的專(zhuān)家系統(tǒng)，它突破了簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算，把經(jīng)驗(yàn)和推理結(jié)合起來(lái)，將邏輯思維和形象思維結(jié)合起來(lái)。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)以“邏輯算法 + 決策表”為主要特征，而CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)以“推理 + 知識(shí)”為主要特征。CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)主要由零件信息輸入模塊、知識(shí)庫(kù)、推理庫(kù)三部分組成，其中知識(shí)庫(kù)和推理庫(kù)是相互獨(dú)立的。7.6 CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)簡(jiǎn)介CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)的工作原理 CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)根

14、據(jù)輸入的零件信息頻繁地去訪問(wèn)知識(shí)庫(kù)，并通過(guò)推理機(jī)中的控制策略，從知識(shí)庫(kù)中搜索能夠處理零件當(dāng)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)行的規(guī)則得到的結(jié)論部分按照先后順序記錄下來(lái)，直到零件加工達(dá)到一個(gè)終結(jié)狀態(tài)，這個(gè)記錄就是零件加工所要求的工藝規(guī)程。專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：專(zhuān)家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：人機(jī)接口解釋系統(tǒng)推理機(jī)中間數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)庫(kù)知識(shí)庫(kù)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)用戶(hù)知識(shí)應(yīng)用專(zhuān)家 知識(shí)獲取 知識(shí)庫(kù):存放專(zhuān)家知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的特殊數(shù)據(jù)庫(kù)。 推理機(jī):控制、協(xié)調(diào)專(zhuān)家系統(tǒng)工作的一組程序,正向推理和反向推理 解釋系統(tǒng):解釋系統(tǒng)的推理結(jié)果，回答用戶(hù)問(wèn)題。 知識(shí)獲取系統(tǒng):將存儲(chǔ)在人類(lèi)專(zhuān)家頭腦中的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)提取出來(lái)，經(jīng)驗(yàn)證后轉(zhuǎn)存于系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù)中。 人機(jī)接口:人、機(jī)對(duì)話界面。 中間數(shù)據(jù)庫(kù):用于存放推理過(guò)程的中間結(jié)果或論據(jù)的臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)以知識(shí)結(jié)構(gòu)為核心，按數(shù)據(jù)、知識(shí)、控制三級(jí)結(jié)構(gòu)來(lái)組織系統(tǒng)，由于知識(shí)庫(kù)和推理機(jī)相互分離，因而系統(tǒng)具備很大的靈活性。當(dāng)生產(chǎn)環(huán)境有變化時(shí)，可以通過(guò)修改知識(shí)庫(kù)，加進(jìn)新規(guī)則，使之適應(yīng)新的要求，快速解決新的問(wèn)題。CAPP專(zhuān)家系統(tǒng)的知識(shí)庫(kù) 一般情況下，采用產(chǎn)生式規(guī)則來(lái)表示決策知識(shí)。每條規(guī)則是一個(gè)“條件行動(dòng)”產(chǎn)生式，其含義為：如果該“條件”滿足，就采取某個(gè)“行動(dòng)”。 主要特點(diǎn)：1) 與人的思維方式相近，比較直觀，容易收集和組織工藝專(zhuān)家的知識(shí)；2)規(guī)則彼此之間完全獨(dú)立，容易適應(yīng)各種情況，也容易檢驗(yàn)、維護(hù)