計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(CAPP)

1、、概述CAD的結(jié)果能否有效地應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，NC機床能否充分發(fā)揮效益， CAD與CAM能否真正實現(xiàn)集成，都與 工藝設(shè)計的自動化有著密切的關(guān)系，于是，計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(CAPP， ComputerAided Process Pla nning)就應(yīng)運而生，并且受到愈來愈廣泛的重視。工藝規(guī)程設(shè)計的難度極大，因為要 處理的信息量大，各種信息之間的關(guān)系又極為錯綜復(fù)雜，以前主要靠工藝師多年工作實踐總結(jié)出來的 經(jīng)驗來進行。因此，工藝規(guī)程的設(shè)計質(zhì)量完全取決于工藝人員的技術(shù)水平和經(jīng)驗。這樣編制出來的工 藝規(guī)程一致性差，也不可能得到最佳方案。另一方面熟練的工藝人員日益短缺，而年輕的工藝人員則 需要時間來積

2、累經(jīng)驗，再加上老工藝人員退休時無法將他們的經(jīng)驗知識”留下來，這一切原因都使得工藝設(shè)計成為機械制造過程中的薄弱緩解。CAPP技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展使利用計算機輔助編制工藝規(guī)程成為可能。對 CAPP的研究始于60年代中期，1969年挪威發(fā)表的第一個 CAPP系統(tǒng)AUTOPROS，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(biāo)準(zhǔn)工藝過程的形式形成相應(yīng)零件的工藝規(guī)程。 AUTOPROS系統(tǒng)的出現(xiàn)，引起世界各國的普遍重視。接著于 1976年，美國的CAM- I公司也研制出 自己的CAPP系統(tǒng)。這是一種可在微機上運行的結(jié)構(gòu)簡單的小型程序系統(tǒng)，其工作原理也是基于成組 技術(shù)原理。圖3-2-1為該系統(tǒng)的流程框

3、圖。CAPP系統(tǒng)從60年代中期開始研制，到目前為止，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。在已應(yīng)用系統(tǒng)中，針對回轉(zhuǎn)類零件的CAPP應(yīng)用比較成熟，而且多應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)類型。國內(nèi)則于 80年代開始這項研究，已開發(fā)出不少CAPP系統(tǒng)，有的CAPP系統(tǒng)在實踐中應(yīng)用取得良好的效果。二、CAPP系統(tǒng)的功能一個CAPP系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件；選擇加工方法；安排加工路線； 選擇機床、刀具、量具、夾具等；選擇裝夾方式和裝夾表面；優(yōu)化選擇切削用量；計算加工時 間和加工費用；確定工序尺寸和公差及選擇毛坯；繪制工序圖及編寫工序卡。有的CAPP系統(tǒng)還具有計算刀具軌跡，自動進行N

4、C編程和進行加工過程模擬的功能，有些專家認為這些功能屬于CAM的范疇。三、CAPP系統(tǒng)的分類按其工作原理來分，有 7種類型的CAPP系統(tǒng)（在分類方面有多種說法，在后面的章節(jié)中我們還會 接觸到一種分類方式，相互之間并沒有矛盾）。1檢索式CAPP系統(tǒng)這種CAPP系統(tǒng)常應(yīng)用于大批大量生產(chǎn)模式，工件的種類很少，零件變化不大且相似程度很高。檢索式CAPP系統(tǒng)不需要進行零件的編碼，在建立系統(tǒng)時，只需要將各類零件的工藝規(guī)程輸入計算機。一般情況下，只需要對已建立的工藝規(guī)程進行管理即可。如果需要編制新零件的工藝規(guī)程，將同類零件的工藝規(guī)程調(diào)出并進行修改即可。這是最簡單的CAPP系統(tǒng)。2、派生式CAPP系統(tǒng)這是一種

5、建立在成組技術(shù)基礎(chǔ)上的CAPP系統(tǒng)。首先對生產(chǎn)對象進行分析，根據(jù)成組技術(shù)原理（幾何形狀和工藝上的相似性）將各種零件分類歸族，形成零件組；對于每一零件族，選擇一個能包含該組中所有零件特征的零件為標(biāo)準(zhǔn)樣件，也可以構(gòu)造一個并不存在但包含該組中所有零件特征的零件為標(biāo)準(zhǔn)樣件；對標(biāo)準(zhǔn)樣件編制成熟的，經(jīng)過考驗的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程；然后將該標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程存放在數(shù)據(jù)庫中；當(dāng)要為新零件設(shè)計工藝規(guī)程時，首先輸入該零件的成組技術(shù)代碼，也可以輸入零件信息，由系統(tǒng)自動生成該零件的成組技術(shù)代碼；更具零件的成組技術(shù)代碼，系統(tǒng)自動判斷零件所屬的零件組，并檢索出該零件族的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程；然后根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)形狀特點和尺寸及公差，利用系統(tǒng)提供

6、的修改編輯功能，對標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程進行修改編輯，最后得到所需的工藝規(guī)程。派生式CAPP系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)容易建立，便于維護和使用，系統(tǒng)性能可靠、成熟等優(yōu)點，所以應(yīng)用比較廣泛。目前大多數(shù)實用型CAPP系統(tǒng)都屬于這種類型。3、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)與派生式CAPP系統(tǒng)不同，創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)中不存在標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，但是有一個收集有大量工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫和一個存貯工藝專家知識的知識庫。當(dāng)輸入零件的有關(guān)信息后，系統(tǒng)可以模仿工藝專家，應(yīng)用各種工藝決策規(guī)則，在沒有人工干預(yù)的條件下，從無到有，自動生成該零件的工藝規(guī)程。創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)理論目前尚不完善，因此還未出現(xiàn)一個純粹的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)。創(chuàng)成式 CAPP系

7、統(tǒng)的核心是工藝決策邏輯，這是人工智能、專家系統(tǒng)發(fā)揮作用的大好領(lǐng)域。所以，應(yīng)用專家系統(tǒng)原理的 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)將是今后研究的重點。4、半創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)從原理上看，半創(chuàng)成式 CAPP系統(tǒng)是派生式和創(chuàng)出式 CAPP原理的綜合。也就是說，這種系統(tǒng)是 在派生式CAPP的基礎(chǔ)上，增加若干創(chuàng)成功能而形成的系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既有派生式可靠成熟、結(jié)構(gòu)簡 單、便于使用和維護的優(yōu)點，又有創(chuàng)成式能夠存貯、積累、應(yīng)用工藝專家知識的優(yōu)點。這種系統(tǒng)非常 靈活，便于結(jié)合企業(yè)的具體情況進行開發(fā)，是一種實用性很強，很有發(fā)展前途的CAPP模式。5、廣義CAPP系統(tǒng)又稱綜合式CAPP系統(tǒng)或多元化CAPP系統(tǒng)，這種系統(tǒng)將傳統(tǒng) CAP

8、P系統(tǒng)的概念擴充到生產(chǎn)計劃 編制，車間調(diào)度和生產(chǎn)負荷平衡等領(lǐng)域，它同時還包括多種CAPP模式（檢索式、派生式、創(chuàng)成式），根據(jù)不同的生產(chǎn)情況，系統(tǒng)可以自動選擇適用的模式。6、CAPP開發(fā)平臺（見 CAPP系統(tǒng)的柔性化）7、智能CAPP系統(tǒng)四、CAPP系統(tǒng)的柔性化到目前為止，國內(nèi)外開發(fā)的 CAPP系統(tǒng)都是針對某一具體生產(chǎn)環(huán)境專門設(shè)計的、不具有通用性，也無法實現(xiàn)軟件的商品化。國外某公司曾與某大學(xué)合作，投資幾百萬美元，試圖開發(fā)完全通用的CAPP系統(tǒng)，雖然在某些局部技術(shù)上取得一些進展，但最終不得不宣告失敗?？梢姡壳凹夹g(shù)條件下， 開發(fā)完全通用的 CAPP系統(tǒng)幾乎不可能。而開發(fā)專用CAPP系統(tǒng)工作量大，開

9、發(fā)周期長、開發(fā)費用高，這種情況對于廣大工廠企業(yè)迫切希望采用CAPP技術(shù)的愿望極不適應(yīng)。因此，需要提高CAPP系統(tǒng)的柔性，建立一個 CAPP開發(fā)平臺，并提供眾多實用性二次開發(fā)工具，使開發(fā)平臺商品化。用戶在購得 開發(fā)平臺后，只需經(jīng)過不十分復(fù)雜的標(biāo)準(zhǔn)化的二次開發(fā)，即可得到符合用戶具體情況的、滿足用戶使 用要求的CAPP系統(tǒng)。為了實現(xiàn)通用的 CAPP開發(fā)平臺，應(yīng)在零件信息描述、工藝決策邏輯歸納等方 面進行努力：1零件信息描述的標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一化2、工藝決策邏輯的統(tǒng)一化、代碼化和開放性3、軟件設(shè)計的模塊化4、統(tǒng)一的工程數(shù)據(jù)庫五、派生式CAPP系統(tǒng)如前所述，派生式 CAPP是基于成組技術(shù)原理的，其功能框圖如圖

10、3-2-2所示。（一）零件編碼零件編碼的目的是將零件圖上的信息代碼化，使計算機易于識別和處理。常用的系統(tǒng)有Opitz、JLBM等系統(tǒng)、編碼分為手工編碼和計算機編碼兩種。手工編碼是由編碼人員根據(jù)編碼法則，對照零 件圖用手工方式編出各碼位的代碼。這種方式的效率低，勞動強度大，一致性差，容易出錯。計算機 輔助編碼采用人機對話的方式，由計算機提問，操作人員回答，對編碼系統(tǒng)的理解和判斷是由計算機 軟件自動完成的。這種系統(tǒng)明顯優(yōu)于人工編碼。（二）零件特征識別零件特征識別的目的是將輸入零件的代碼與存在計算機中的零件組相比較，確定零件所屬的零件 族，以便檢索出標(biāo)準(zhǔn)工藝。（三）工藝規(guī)程編輯器系統(tǒng)應(yīng)提供對工藝文件

11、進行編輯的功能，應(yīng)能方便地刪除、添加、修改標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程。修改包括 加工工藝路線（加工方法、加工路線等）和工序內(nèi)容（機床、刀具、夾具、量具、切削參數(shù)、加工尺 寸和公差）的修改以及加工時間和加工費用的重新計算。為此，系統(tǒng)應(yīng)有一個大型數(shù)據(jù)庫存放大量的切削數(shù)據(jù)。六、成式CAPP系統(tǒng)在創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中，由計算機模仿工藝人員的邏輯思維能力，以人機交互的方式或自動地進 行各種決策和計算。圖 3-2-3為創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的功能框圖。（一）零件信息描述創(chuàng)成式 CAPP 系統(tǒng)中零件的描述方法很多，最常用的有以下三種：1、型面描述法這種描述方法將零件視為由若干種基本型面按一定規(guī)律組合而成，而每種型面都可用一組

12、特征參 數(shù)來確定，型面種類及它的特征參數(shù)及型面間的關(guān)系可用代碼表示。例如，外圓柱面可以用直徑和長 度來確定，其描述為： CYLE/D , L1。另外，每種型面對應(yīng)著一組加工方法，可根據(jù)其精度和表面質(zhì) 量要求來確定。型面可以有三種：圓柱面，圓錐面及平面等基本型面；螺紋、花鍵、溝槽、齒形面等 復(fù)合型面；退刀槽、邊緣、臺階面、均布螺釘孔等型面域。2、元（體）素描述法元素是零件上可分解的最基本的三維幾何體，如圓錐體、圓柱體、六面體、圓環(huán)體及球體等。元 素描述法把零件看成是由若干種基本幾何體按一定位置關(guān)系組合而成。元素描述法往往更樂于為工藝 人員采用，因為它更符合工藝人員的習(xí)慣。但由于元素的加工最后都落

13、實在它們的表面形成上，所以， 型面描述法本質(zhì)上更合適些。3、從 CAD 數(shù)據(jù)庫獲取零件信息這種方法是利用中間接口或其他的傳輸手段，將零件的設(shè)計信息直接由CAD 數(shù)據(jù)庫傳給 CAPP 系統(tǒng)，用以進行工藝規(guī)程設(shè)計。采用這種方法可以省去工藝設(shè)計前對零件的二次描述，并可獲得完整的 零件信息，實現(xiàn) CAD/CAPP/CAM 的一體化。這種方法盡管目前還無法完全實現(xiàn)，但它是CAPP 零件信息獲取的最佳方法。（二）工藝決策邏輯 在創(chuàng)成式工藝設(shè)計系統(tǒng)中，決策邏輯是軟件的核心，它引導(dǎo)程序的走向。創(chuàng)成式系統(tǒng)就是決策邏 輯的應(yīng)用，它將工藝知識用決策表或決策樹的形式來表示。例如，某類零件半精加工的規(guī)則如下：（1）如果

14、加工精度低于 E級，則不精車；（ 2）如果加工精度高于 E 級，且 L/D>45 ，各圓留余量 5mm；低于E級T F F L/D>45 T F不精車X 留余量5mm X留余量4mm其中 L 表示零件總長度， D 表示零件最大直徑。用決策表表示以上加工規(guī)則，如表1 所示。在決策表中，T表示 真”，F(xiàn)表示 假”，“X表示動作，只有當(dāng)表中一例中所有條件都滿足時，動作才會發(fā) 生。可見，決策表由四個部分組成，依次為：條件項目、條件狀態(tài)、決策項目和決策行動。決策樹是和決策表類似的工具，是一個樹狀圖形，由樹根、分支和樹葉組成，樹根表示需要決策 的項目，分支表示條件，樹葉表示決策結(jié)果。對應(yīng)于決策表 1的決策樹如圖 3-2-4所示。（三）工藝設(shè)計專家系統(tǒng)在利用決策表和決策樹的 CAPP 系統(tǒng)中，工藝知識和決策邏輯都用程序設(shè)計語言編制在軟件程序 中，系統(tǒng)程序一旦編