计算机辅助工艺设计.

1、 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 第第1010章章 计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计(CAPP)(CAPP)10.1 10.1 概述概述10.1.1 CAPP10.1.1 CAPP的提出的提出 CAPP（Computer Aided Process Planning）是计算机辅）是计算机辅助工艺设计的简称。工艺设计是生产技术准备工作的第一步助工艺设计的简称。工艺设计是生产技术准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。 工艺设计必须分析和处理

2、大量信息，既要考虑产品设计工艺设计必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理以及批量等方图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理以及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信生产条件、加工成本及工时定额，甚至传统习惯等方面的信息。息。 工艺设计包括查阅资料和手册，确定零件的加工方法，工艺设计包括查阅资料和手册，确定零件的加工方法，安排加工路线，选择设备、工装（必要时还要设计工装）、安排加工路线，选择设备、工装（必要时还要设计工装）、切削

3、参数、计算工序尺寸、绘制工序图、填写工艺卡片和表切削参数、计算工序尺寸、绘制工序图、填写工艺卡片和表格文件格文件等工作。等工作。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 手工设计工艺规程存在以下几方面的问题：手工设计工艺规程存在以下几方面的问题： 1由于每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术由于每个工艺人员的经验有限，习惯不同，技术水平也不一样，所以由人工设计工艺规程一致性差、质量水平也不一样，所以由人工设计工艺规程一致性差、质量不易稳定、难以达到优化目标和不便于工艺规程的标准化不易稳定、难以达到优化目标

4、和不便于工艺规程的标准化 2手工设计工艺规程设计效率低下，存在大量的重手工设计工艺规程设计效率低下，存在大量的重复劳动。复劳动。 3手工设计工艺规程不便于计算机对工艺技术文件手工设计工艺规程不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。进行统一的管理和维护。 4手工设计工艺规程不便于将工艺专家的经验和知手工设计工艺规程不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。识集中起来加以充分地利用。 5当代机械制造领域中，由于新工艺新技术的飞速当代机械制造领域中，由于新工艺新技术的飞速发展，社会需求趋向多样化，显然，传统的手工工艺设计发展，社会需求趋向多样化，显然，传统的手工工艺设计方法已不能满

5、足上述要求。方法已不能满足上述要求。 高速发展的计算机科技为工艺设计的自动化奠定了基高速发展的计算机科技为工艺设计的自动化奠定了基础，于是计算机辅助工艺设计（础，于是计算机辅助工艺设计（CAPP）便应运而生。）便应运而生。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.1.2 CAPP10.1.2 CAPP的基本功能和作用的基本功能和作用 1 1CAPPCAPP系统的基本功能系统的基本功能 一个一个CAPP系统可以完成以下的基本功能：系统可以完成以下的基本功能： （1）自动选择毛坯和材料；）自动选择毛坯和

6、材料； （2）自动选择加工方法；）自动选择加工方法； （3）自动选择机床；）自动选择机床； （4）自动选择装夹定位方法；）自动选择装夹定位方法； （5）自动确定加工顺序；）自动确定加工顺序； （6）自动选择刀具量具；）自动选择刀具量具； （7）自动确定切削用量和方差；）自动确定切削用量和方差； （8）自动确定工时定额。）自动确定工时定额。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 2 2CAPPCAPP系统在系统在CAD/CAMCAD/CAM集成系统中的作用集成系统中的作用 在在CAD/CAPP/CAM集成

7、系统中，集成系统中，CAPP是连接是连接CAD与与CAM之间的桥梁和纽带。集成化的之间的桥梁和纽带。集成化的CAPP系统能直接接收系统能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件（必要的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件（必要时还可向时还可向CAD系统反馈有关工艺评价信息），并以工艺设计系统反馈有关工艺评价信息），并以工艺设计结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成NC程序程序，从而实现，从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。的集成。CAD、CAPP与与CAM之间的关系如图之间的关系如图10.1所示。图中，向右的箭头表示

8、信息传递所示。图中，向右的箭头表示信息传递，向左的箭头表示信息反馈。，向左的箭头表示信息反馈。 图10.1 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.1.3 CAPP10.1.3 CAPP的发展概况的发展概况 世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪威。他世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪威。他们从们从1966年开始研制，到年开始研制，到1969年正式发表了年正式发表了AUTOPROS系统系统。这是世界上第一个。这是世界上第一个CAPP系统，它是根据成组技术原理，利系统，它是根据成组技术原理

9、，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应零件的工艺用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应零件的工艺规程。规程。 在在AUTOPROS之后，之后，1976年美国年美国CAM-I公司也研制出了公司也研制出了CAPP系统。这是一种可在微型机上运行的结构简单的小型系系统。这是一种可在微型机上运行的结构简单的小型系统统 CAPP从从60年代末开始研制，到目前虽只有年代末开始研制，到目前虽只有30多年的历史多年的历史，但已研制出很多，但已研制出很多CAPP系统，而且有不少系统已投入生产实系统，而且有不少系统已投入生产实践使用。践使用。 在设计方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和创在设计

10、方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和创成式系统。成式系统。 从从80年代初期起，我国一些高等院校和工厂在推广和应用年代初期起，我国一些高等院校和工厂在推广和应用成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺规程设成组技术的基础上，也开始研究和开发计算机辅助工艺规程设计系统。计系统。 CAPP在设计方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和在设计方式上主要有两种不同的系统，即派生式系统和创成式系统。派生式（创成式系统。派生式（Variant）系统已从单纯的检索式发展成为今）系统已从单纯的检索式发展成为今天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选功能的系统，融合了部分天具有不同程度的修改、编辑和

11、自动筛选功能的系统，融合了部分创成式的原则和方法。创成式（创成式的原则和方法。创成式（Generative）系统的研究和开发始）系统的研究和开发始于于70年代中期，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。年代中期，而且很快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。近年来，这两类系统都在发展中不断改进提高和互相渗透，而且在近年来，这两类系统都在发展中不断改进提高和互相渗透，而且在传统软件技术继续应用的情况下，从传统软件技术继续应用的情况下，从80年代开始探索将人工智能年代开始探索将人工智能（AI）、专家系统技术等技术应用于）、专家系统技术等技术应用于CAPP系统的研究和开发，研系统的研究和开发，研

12、制成功了所谓基于知识的（制成功了所谓基于知识的（Knowledgebased）创成式）创成式CAPP系统系统或或CAPP专家系统。近几年来，有人将人工神经元网络技术、模糊专家系统。近几年来，有人将人工神经元网络技术、模糊推理以及基于实例的推理等用于推理以及基于实例的推理等用于CAPP之中，也有了提出之中，也有了提出CAPP系系统建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。还有人将传统派生统建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。还有人将传统派生法、传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了法、传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了所谓的混合式（所谓的混合式（Hybrid

13、）CAPP系统。系统。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.1.4 CAPP10.1.4 CAPP系统的基本结构和方案系统的基本结构和方案 CAPP系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类型如图型如图9.3所示：所示： 图图 10.3 CAPP系统分类系统分类 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.1.4 CAPP10.1.4 CAPP系统的基本结构和方案

14、系统的基本结构和方案 CAPP系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类型如系统从六十年代发展至今有很多类型，主要的类型如图图9.3所示：所示： 尽管尽管CAPP系统的种类很多，但其基本结构都离不开零件信息系统的种类很多，但其基本结构都离不开零件信息的输入、工艺决策、工艺数据的输入、工艺决策、工艺数据/知识库、人机界面与工艺文件输出知识库、人机界面与工艺文件输出/编辑等五大部分。编辑等五大部分。 1零件信息的输入零件信息的输入 零件信息是系统进行工艺设计的对象和零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，如何输入和描述零件信息是依据，如何输入和描述零件信息是CAPP最关键的问题之一。最关键的问题之

15、一。 2工艺决策工艺决策 工艺决策是系统的控制指挥中心。工艺决策是系统的控制指挥中心。 3工艺数据工艺数据/知识库知识库 工艺数据工艺数据/知识库是系统的支撑工具，它知识库是系统的支撑工具，它包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则。包含了工艺设计所要求的所有工艺数据和规则。 4人机界面人机界面 人机界面是用户的工作平台。人机界面是用户的工作平台。 5工艺文件管理与输出工艺文件管理与输出 一个系统可能有成百上千个工艺文一个系统可能有成百上千个工艺文件，如何管理和维护这些文件是既是件，如何管理和维护这些文件是既是CAPP系统的重要内容，也是系统的重要内容，也是整个整个CAD/CAPP/CAM集成

16、系统的重要组成部分。集成系统的重要组成部分。 10.1.5 CAPP开发的理论体系开发的理论体系1. CAPP的实际需求的实际需求 目前，国内计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。开发目前，国内计算机辅助工艺设计的应用还处于推广阶段。开发集成化的集成化的CAPP工具系统，以适应各种先进的生产模式对工艺设计工具系统，以适应各种先进的生产模式对工艺设计自动化的需求。自动化的需求。 我国企业对我国企业对CAPP系统开发还应注意以下几方面的问题：系统开发还应注意以下几方面的问题： （1）企业需要安装简便、人机界面友好的）企业需要安装简便、人机界面友好的CAPP系统。目前，系统。目前，CAPP系统日趋

17、复杂，企业在安装系统日趋复杂，企业在安装CAPP时，需要较长的时间进行时，需要较长的时间进行数据准备和系统的调试，这会挫伤用户的积极性。实践表明，企业数据准备和系统的调试，这会挫伤用户的积极性。实践表明，企业是难以接受半年以上的安装期的。同样，如果必须需要大量的培训是难以接受半年以上的安装期的。同样，如果必须需要大量的培训才能使用的才能使用的CAPP系统也是不受欢迎的。系统也是不受欢迎的。（2）开放性。多数系统采用）开放性。多数系统采用“黑箱式黑箱式”的设计方法，它们内部的的设计方法，它们内部的推理和算法对用户是封装的。这对于用户是不可知而且不可改变的。推理和算法对用户是封装的。这对于用户是不

18、可知而且不可改变的。当系统的解答与用户实际的经验不一致时，而此时系统的推理和决当系统的解答与用户实际的经验不一致时，而此时系统的推理和决策方法又不能被用户修改时，用户会失去对系统的信任。策方法又不能被用户修改时，用户会失去对系统的信任。（3）柔性。企业欢迎的）柔性。企业欢迎的CAPP系统应具有较好的柔性，能适应企业系统应具有较好的柔性，能适应企业不同的产品和生产要求，能满足不同的经营目标和生产计划方案。不同的产品和生产要求，能满足不同的经营目标和生产计划方案。 （4）CAPP系统要能协助企业进行数据的整理和计算机信息管理。系统要能协助企业进行数据的整理和计算机信息管理。（5）CAFP系统不一定

19、必须与系统不一定必须与CAD系统集成，因为系统集成，因为CAD/CAPP集集成的技术难度很大，此外，很多企业还没有开展成的技术难度很大，此外，很多企业还没有开展CAD的工作，但必的工作，但必须具有方便的零件信息输入方法。须具有方便的零件信息输入方法。（6）CAPP系统应能针对某一类零件比较快地在企业中使用。也就系统应能针对某一类零件比较快地在企业中使用。也就是说，目前我国对是说，目前我国对CAPP的应用还处于推广阶段，需要使企业的领的应用还处于推广阶段，需要使企业的领导更容易认导更容易认CAPP的作用。的作用。（7）CAPP系统要考虑国内企业的管理模式，如时间定额的确定。系统要考虑国内企业的管

20、理模式，如时间定额的确定。 上面论述了用户对上面论述了用户对CAPP系统的要求，可概括为：系统的要求，可概括为：（1）适应性。在系统安装运行运后，可以根据实际生产的背）适应性。在系统安装运行运后，可以根据实际生产的背景和拥有制造资源的情况，对景和拥有制造资源的情况，对CAFP所需的数据，知识和功能所需的数据，知识和功能进行必要的修改和扩充。进行必要的修改和扩充。（2）柔性。系统的结构是柔性的，数据的表达方法，知识的）柔性。系统的结构是柔性的，数据的表达方法，知识的表示方法以及用以实现一定要求的功能都能够根据应用环境表示方法以及用以实现一定要求的功能都能够根据应用环境的变化而动态地重新选择、组织

21、和构造。的变化而动态地重新选择、组织和构造。（3）开放性。系统的体系结构是开放的，不仅能够在）开放性。系统的体系结构是开放的，不仅能够在STEP标准基础上实现标准基础上实现CAPP系统所涉及的产品定义数据的交换和共系统所涉及的产品定义数据的交换和共享，进一步还能够实现享，进一步还能够实现CAPP系统的内部功能的交换。系统的内部功能的交换。10.1.6 企业应用企业应用CAPP过程中的问题和改进过程中的问题和改进 企业应用企业应用 CAPP 系统的情况最具代表性的有如下几种：系统的情况最具代表性的有如下几种： （1）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设

22、计的方式，CAPP 的的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光 CAPP 的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。 （2）部分企业在计算机技术和）部分企业在计算机技术和 CAD 的应用较为普及以后，工艺的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在 Word、Excel 或或 AutoCAD 上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用

23、计算机进行辅助工艺设计，因此，程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做也可称做 CAPP，但此类，但此类 CAPP 所生成的工艺规程是以文件的形式所生成的工艺规程是以文件的形式存在的，企业无法对工艺数据进行有效的管理和利用。存在的，企业无法对工艺数据进行有效的管理和利用。 （3）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的品化的 CAPP 系统，但由于企业对系统，但由于企业对 CAPP 的认识还存在一些误区，的认识还存在一些误区，所选系统具有很大的局限性，所选系统具有很大的局限性，CAPP 的应用还

24、不尽如人意。的应用还不尽如人意。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.2 CAPP系统零件信息的描述和输入系统零件信息的描述和输入 零件信息包括总体信息（如零件名称、图号、材料等）、结零件信息包括总体信息（如零件名称、图号、材料等）、结构形状、尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等构形状、尺寸、公差、表面粗糙度、热处理及其它技术要求等方面的信息。工艺设计的任务就是要根据这些信息，制定一个方面的信息。工艺设计的任务就是要根据这些信息，制定一个零件的制造过程。当工艺设计是由人工完成时，人用眼

25、睛看图，零件的制造过程。当工艺设计是由人工完成时，人用眼睛看图，并在头脑中还原图纸上表达的产品设计要求。在采用计算机进并在头脑中还原图纸上表达的产品设计要求。在采用计算机进行辅助工艺设计时，计算机同样要行辅助工艺设计时，计算机同样要“懂得懂得”零件图上的信息，零件图上的信息，否则计算机就不能进行工艺设计。然而，按照目前已达到的技否则计算机就不能进行工艺设计。然而，按照目前已达到的技术水平，计算机还不能直接术水平，计算机还不能直接“读懂读懂”零件图。这样就产生了零件图。这样就产生了CAPP所面临的第一个问题，也是最重要的问题，即所面临的第一个问题，也是最重要的问题，即CAPP系系统的零件信息输入

26、与计算机内部如何对产品或零件进行表达的统的零件信息输入与计算机内部如何对产品或零件进行表达的问题，其实质就是如何组织和描述零件信息，让计算机也能够问题，其实质就是如何组织和描述零件信息，让计算机也能够“读懂读懂”零件图。为此需要确定合理的数据结构或零件模型来零件图。为此需要确定合理的数据结构或零件模型来对零件信息进行描述。对零件信息进行描述。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.2.1 10.2.1 图纸信息的描述与人机交互式输入图纸信息的描述与人机交互式输入 1分类编码描述法（分类编码描述法（

27、GT法）与输入法）与输入 其基本思路是预先制其基本思路是预先制订一种订一种GT码，然后码，然后GT码对零件图上的信息进行编码，并将码对零件图上的信息进行编码，并将GT码输入计算机，这种码输入计算机，这种GT码所表达的信息是计算机能够识别的。码所表达的信息是计算机能够识别的。 2语言描述与输入法语言描述与输入法 该方法的关键是开发一种计算机能该方法的关键是开发一种计算机能识别的语言来对零件信息进行描述。用户首先用这种语言规定识别的语言来对零件信息进行描述。用户首先用这种语言规定的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后由相应的计算的词汇、语句和语法对零件信息进行描述，然后由相应的计算机编译系统对

28、描述结果进行编译，形成计算机能够识别的零件机编译系统对描述结果进行编译，形成计算机能够识别的零件信息代码。信息代码。 3知识表示描述法知识表示描述法 在人工智能（在人工智能（AI）领域，零件信息实）领域，零件信息实际上就是一种知识或对象，所以原则上讲可用人工智能中的知际上就是一种知识或对象，所以原则上讲可用人工智能中的知识描述方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。识描述方法来描述零件信息甚至整个产品的信息。 4基于形状特征或表面元素的描述与输入法基于形状特征或表面元素的描述与输入法 这种方法要这种方法要求将组成零件的各个形状特征按一定顺序逐个地输入到计算机求将组成零件的各个形状特征按一定顺序逐

29、个地输入到计算机中去，输入过程中、由计算机界面引导，并将这些信息按事先中去，输入过程中、由计算机界面引导，并将这些信息按事先确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成所谓的零件模型确定的数据结构进行组织，在计算机内部形成所谓的零件模型 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.2.2 10.2.2 从从CADCAD系统直接输入零件信息系统直接输入零件信息 1特征识别法特征识别法 特征识别法（特征识别法（feature ecognition）就是要）就是要对对CAD的输出结果进行分析，按一定的算法识别、抽

30、取出的输出结果进行分析，按一定的算法识别、抽取出CAPP系统能识别的基于特征的工艺信息。但存在以下几个难点：系统能识别的基于特征的工艺信息。但存在以下几个难点： （1）一般的）一般的CAD系统都是以解析几何作为其绘图基础上的系统都是以解析几何作为其绘图基础上的，其绘图的基本单元是点、线、面等要素，其输出的结果一般，其绘图的基本单元是点、线、面等要素，其输出的结果一般是点、线、面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息。要从这是点、线、面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息。要从这些底层信息中抽取加工表面特征这样一些高层次的工艺信息非些底层信息中抽取加工表面特征这样一些高层次的工艺信息非常困难。常困难。

31、 （2）在）在CAD的图形文件中，没有诸如公差、粗糙度、表面的图形文件中，没有诸如公差、粗糙度、表面热处理等工艺信息，即使对这些信息进行了标注，也很难抽取热处理等工艺信息，即使对这些信息进行了标注，也很难抽取这些信息，更谈不上把它们和它们所依附的加工表面联系在一这些信息，更谈不上把它们和它们所依附的加工表面联系在一起。起。 （3）目前）目前CAD系统种类繁多，即使系统种类繁多，即使CAPP系统能接收一种系统能接收一种CAD的系统输出的零件信息，也不一定能接收其它的系统输出的零件信息，也不一定能接收其它CAD系统的系统的输出的零件信息。输出的零件信息。 www.zg- www.skf- www.

32、skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 2 2基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和输入方法输入方法 这种这种CAD系统的绘图基本单元是参数化的几何形状特征系统的绘图基本单元是参数化的几何形状特征（或表面要素），如圆柱面、圆锥面、倒角、键槽（或表面要素），如圆柱面、圆锥面、倒角、键槽等。设计者在等。设计者在拼装各个特征的同时，即赋予了各个形状特征（或几何表面）的尺寸、拼装各个特征的同时，即赋予了各个形状特征（或几何表面）的尺寸、公差、粗糙度等工艺信息，其输出的信息也是以这些形状特征为基础公差、粗糙度等

33、工艺信息，其输出的信息也是以这些形状特征为基础来进行组织的，所以来进行组织的，所以CAPP系统能够接收。系统能够接收。 3 3基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法 这这种方法与上述基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和输入方种方法与上述基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和输入方法的基本原理和思路基本相同，只是在三维空间对零件进行特征造型法的基本原理和思路基本相同，只是在三维空间对零件进行特征造型比二维绘图难度更大，但这是实现机械制造比二维绘图难度更大，但这是实现机械制造CAD/CAPP/CAM集成的集成的一种趋势。一种趋势。 4 4基于产品

34、数据交换规范（基于产品数据交换规范（STEPSTEP等）的产品建模与等）的产品建模与信息输入方法信息输入方法 这个模型是用通用的数据结构规范来实现的。只要这个模型是用通用的数据结构规范来实现的。只要各各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点、线、面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息，又包含了包含了点、线、面以及它们之间的拓扑关系等底层的信息，又包含了几何形状特征以及加工和管理等方面信息，那么几何形状特征以及加工和管理等方面信息，那么CAD系统的输出结果系统的输出结果就能被其下游工程，如就能被其下游工程，如CAP

35、P、CAM等系统接收。等系统接收。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.2.3 10.2.3 图形扫描及识别技术的输入方式图形扫描及识别技术的输入方式 这种方法就是用图形扫描仪将工程图纸上的信息这种方法就是用图形扫描仪将工程图纸上的信息扫描输入到计算机中，然后对扫描所得到的信息进行扫描输入到计算机中，然后对扫描所得到的信息进行一定的分析与处理，在计算机上还原出工程图纸，并一定的分析与处理，在计算机上还原出工程图纸，并形成相应的图形文件，然后再对图形文件进行分析与形成相应的图形文件，然后再对图形文

36、件进行分析与识别，抽取出识别，抽取出CAPP系统能识别的几何形状信息与加系统能识别的几何形状信息与加工信息。工信息。 工程图形的扫描与识别技术最常用的研究方法有工程图形的扫描与识别技术最常用的研究方法有以下两种：以下两种： （1）图象级的处理方法。该方法致力于光栅图象）图象级的处理方法。该方法致力于光栅图象的编辑修改、压缩存储和管理图象文件等方面的研究的编辑修改、压缩存储和管理图象文件等方面的研究 （2）矢量化的识别处理方法。该方法的研究路线）矢量化的识别处理方法。该方法的研究路线是，寻求更为有效的矢量化方法，对扫描后的图象信是，寻求更为有效的矢量化方法，对扫描后的图象信息进行矢量化处理。息进

37、行矢量化处理。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.3 10.3 派生式派生式CAPPCAPP系统系统 派生式工艺过程设计系统也称检索式或变异式派生式工艺过程设计系统也称检索式或变异式工艺设计系统。根据零件信息的描述与输入方法不工艺设计系统。根据零件信息的描述与输入方法不同，派生式同，派生式CAPP系统又分为基于成组技术（系统又分为基于成组技术（GT）的派生式与基于特征的派生式的派生式与基于特征的派生式CAPP系统。系统。 10.3.1 10.3.1 基于基于GTGT的派生式的派生式CAPPCA

38、PP系统系统 1 1系统的基本工作原理系统的基本工作原理 这种系统用这种系统用GT码描述与输入零件信息。系统要码描述与输入零件信息。系统要预先对现有零件进行分组，得到所谓的零件族或样预先对现有零件进行分组，得到所谓的零件族或样件（可以是实现零件或虚构零件）；每个零件族或件（可以是实现零件或虚构零件）；每个零件族或样件有一通用的制造过程，即样件的标准工艺规程样件有一通用的制造过程，即样件的标准工艺规程 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 2系统的设计过程系统的设计过程 (1) 选择零件分类编码系统选择零

39、件分类编码系统 首先要选择或制订合首先要选择或制订合适的零件分类编码系统（即适的零件分类编码系统（即GT码）。码）。 (2) 零件分组零件分组 为了合理制订样件，必须对零件分为了合理制订样件，必须对零件分组。一个相似零件组就是一个零件族，一个零件组一组。一个相似零件组就是一个零件族，一个零件组一般包含了若干个相似零件，可以把每个相似零件组或般包含了若干个相似零件，可以把每个相似零件组或零件族用一个样件来代表。零件族用一个样件来代表。 (3) 样件的设计样件的设计 样件是一个零件组或零件族的抽样件是一个零件组或零件族的抽象，可见样件是一个复合零件，也可以说一个零件族象，可见样件是一个复合零件，也

40、可以说一个零件族矩阵就是一个样件。矩阵就是一个样件。 (4) 设计标准工艺规程设计标准工艺规程 标准工艺规程应能满足该标准工艺规程应能满足该零件组所有零件的加工要求，并能反映工厂实际工艺零件组所有零件的加工要求，并能反映工厂实际工艺水平，尽可能是合理可行的。水平，尽可能是合理可行的。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- (5) 标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法 标准工艺规程可以用工序代码和工步代码来表示。标准工艺规程可以用工序代码和工步代码来表示。不同的表达方式

41、其工艺规程的筛选方法是不同的，此不同的表达方式其工艺规程的筛选方法是不同的，此处介绍一种基于工步代码的工艺规程筛选方法。处介绍一种基于工步代码的工艺规程筛选方法。 1）工步代码）工步代码 为了便于对标准工艺规程以及工艺为了便于对标准工艺规程以及工艺规程的表达、存储，以及便于对标准工艺规程的调用规程的表达、存储，以及便于对标准工艺规程的调用与筛选，可用代码来表达工步内容，所形成的文件叫与筛选，可用代码来表达工步内容，所形成的文件叫工步代码文件工步代码文件 2）基于工步代码的工艺规程筛选方法）基于工步代码的工艺规程筛选方法 当计算机当计算机检索到标准工艺规程的某一工步时，只要根据工步代检索到标准工

42、艺规程的某一工步时，只要根据工步代码的第三位数值，查看该零件的码的第三位数值，查看该零件的JLBM-1编码中的这编码中的这一码位的数值是否在工步代码的第四位和第五位数值一码位的数值是否在工步代码的第四位和第五位数值范围内，如果在这一范围内，就在标准工艺规程中保范围内，如果在这一范围内，就在标准工艺规程中保留这一工步，直至将标准工步的所有工步代码筛选完留这一工步，直至将标准工步的所有工步代码筛选完毕为此。毕为此。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- (6) 建立切削数据文件建立切削数据文件 CAPP所要

43、处理的数据，其种类和数量都非常大，所要处理的数据，其种类和数量都非常大，而且其中许多数据是和其它系统共享的。为此必须建立而且其中许多数据是和其它系统共享的。为此必须建立大量的切削数据文件。为了生成工艺规程，还必须要建大量的切削数据文件。为了生成工艺规程，还必须要建立各种工艺数据文件立各种工艺数据文件 (7) 设计各种功能子程序设计各种功能子程序 由于由于CAPP系统中要应用各种计算方法，为此需预系统中要应用各种计算方法，为此需预先将各种计算公式和求解方法编成各种功能子程序，如先将各种计算公式和求解方法编成各种功能子程序，如切削参数的计算，加工余量、工序尺寸公差的计算，切切削参数的计算，加工余量

44、、工序尺寸公差的计算，切削时间和加工费用的计算，工艺尺寸链的求解，切削用削时间和加工费用的计算，工艺尺寸链的求解，切削用量的优化和工艺方案的优化等。量的优化和工艺方案的优化等。 (8) CAPP系统总程序设计系统总程序设计 上述各项准备工作完成以后，用一个主程序和界面上述各项准备工作完成以后，用一个主程序和界面把所有子程序连接起来，就构成把所有子程序连接起来，就构成CAPP系统的总程序。系统的总程序。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 3 3派生法派生法CAPPCAPP系统实例系统实例 (1) TO

45、JICAP系统系统 该系统用于生成回转体零件的工艺规程。工艺该系统用于生成回转体零件的工艺规程。工艺规程内容详细完整，有棒料规格或锻坯尺寸，机械规程内容详细完整，有棒料规格或锻坯尺寸，机械加工的工序及设备，各工序中的工步、刀具、切削加工的工序及设备，各工序中的工步、刀具、切削参数、加工尺寸、工步时间（机动时间加辅助时间参数、加工尺寸、工步时间（机动时间加辅助时间），以及工序时间、定额和工序加工费用等。并可），以及工序时间、定额和工序加工费用等。并可绘制出锻件图和车削工序图，是一个功能较完整的绘制出锻件图和车削工序图，是一个功能较完整的系统。系统。 该系统可转接夹具该系统可转接夹具CAD模块以生

46、成夹具数据，模块以生成夹具数据，经绘图仪绘制加工用的夹具。还可转接经绘图仪绘制加工用的夹具。还可转接NC模块，产模块，产生针对本厂数控机床用的数控程序。生针对本厂数控机床用的数控程序。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- (2) WLCAPP系统系统 WLCAPP系统是北京理工大学近年来为航天部某卫系统是北京理工大学近年来为航天部某卫星制造厂开发的派生法星制造厂开发的派生法CAPP系统。针对工厂产品零件的系统。针对工厂产品零件的具体情况，系统方案设计时采用一种分布式具体情况，系统方案设计时采用一种分布

47、式CAPP系统的系统的结构原理，由检索法、派生法、创成法等多种形式的结构原理，由检索法、派生法、创成法等多种形式的CAPP系统集成实现卫星零件的计算机辅助工艺设计。系统集成实现卫星零件的计算机辅助工艺设计。 WLCAPP系统是根据成组技术的相似性原理，将零系统是根据成组技术的相似性原理，将零件划分成若干个相似零件组，根据已有的零件工艺文件，件划分成若干个相似零件组，根据已有的零件工艺文件，进行总结归纳，编制出相似零件组的标准工艺规程，并以进行总结归纳，编制出相似零件组的标准工艺规程，并以文件形式贮存在数据库中。文件形式贮存在数据库中。 WLCAPP系统是针对工厂的生产实际、从实用角度系统是针对

48、工厂的生产实际、从实用角度出发而设计的。目前本系统所生成的工艺文件与原先用手出发而设计的。目前本系统所生成的工艺文件与原先用手工编制的文件比较，大大提高了零件工艺编制的速度。工编制的文件比较，大大提高了零件工艺编制的速度。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 10.3.2 10.3.2 基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统系统 1 1系统的主要思路系统的主要思路 (1) 用基于特征的零件信息模型来取代用基于特征的零件信息模型来取代GT码，用工序一码，用工序一工步二叉树（或其它模型）来描

49、述零件的工艺规程（包括标工步二叉树（或其它模型）来描述零件的工艺规程（包括标准工艺规程）准工艺规程）. (2) 用样件（或实例）分类索引树来取代零件分组。这种用样件（或实例）分类索引树来取代零件分组。这种分类索引树是动态的，用户可方便地创建实例分类索引树和分类索引树是动态的，用户可方便地创建实例分类索引树和对树进行维护和管理，如在树的任何一层自定义零件类和修对树进行维护和管理，如在树的任何一层自定义零件类和修改零件类等。改零件类等。 (3) 用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略，即对标准工艺规程进行自动筛选不再基于零件族矩选策略，即

50、对标准工艺规程进行自动筛选不再基于零件族矩阵，而是以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的阵，而是以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的标准工艺规程中自动匹配和筛选出当前零件的工艺规程。标准工艺规程中自动匹配和筛选出当前零件的工艺规程。 (4) 在样件的基础上增加了实例的概念。实例是系统中已在样件的基础上增加了实例的概念。实例是系统中已有的工艺规程及其相应的零件信息的集合。有的工艺规程及其相应的零件信息的集合。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 2 2实例的获取与表达实例的获取与表达 (1

51、) 实例的获取实例的获取 为了便于对实例的搜索和管理，一般只将有一定为了便于对实例的搜索和管理，一般只将有一定代表性的实例存入实例库中，而且为实例的管理和抽取制定了一定的代表性的实例存入实例库中，而且为实例的管理和抽取制定了一定的策略和算法。策略和算法。 (2) 实例的表达实例的表达 实例和样件的概念尽管不尽相同，但它们都包括实例和样件的概念尽管不尽相同，但它们都包括两方面的信息，即零件信息和与工艺信息，因此实例的表达方式与零两方面的信息，即零件信息和与工艺信息，因此实例的表达方式与零件信息和工艺规程的表达方式相同。件信息和工艺规程的表达方式相同。 3 3样件与实例的管理样件与实例的管理 此处

52、介绍一种基于特征的分类管理方此处介绍一种基于特征的分类管理方法来对样件或实例进行管理，并以此为基础实现对样件或实例的抽取法来对样件或实例进行管理，并以此为基础实现对样件或实例的抽取。该方法的关键是要对被管理的对象进行分类，并确定每类对象的属。该方法的关键是要对被管理的对象进行分类，并确定每类对象的属性，然后建立数据结构，用计算机来实现对这些分类对象的管理。性，然后建立数据结构，用计算机来实现对这些分类对象的管理。 (1) 零件分类索引树零件分类索引树 分类树是一动态数据结构，系统开发者已将分类树是一动态数据结构，系统开发者已将建立该树的数据结构，建立方法和维护方法用计算机软件的形式提供建立该树

53、的数据结构，建立方法和维护方法用计算机软件的形式提供给用户，即为用户提供了建立分类索引树和实例库的工具或平台，使给用户，即为用户提供了建立分类索引树和实例库的工具或平台，使用户可根据自己的实际需要方便地建立形式和内容各异的分类索引树用户可根据自己的实际需要方便地建立形式和内容各异的分类索引树，从而建立起自己的样件库与实例库，并以此为基础进行基于特征的，从而建立起自己的样件库与实例库，并以此为基础进行基于特征的派生式工艺设计。派生式工艺设计。 (2) 零件分类索引树的程序实现零件分类索引树的程序实现 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.

54、ntn- www.xunchi- 4 4样件与实例管理器样件与实例管理器 样件与实例的管理和维护是由样件与实例管理器完成样件与实例的管理和维护是由样件与实例管理器完成的，该管理器具有友好的管理界面。用户可以在此界面的的，该管理器具有友好的管理界面。用户可以在此界面的引导下方便地创建零件分类索引树，并可以在已创建的分引导下方便地创建零件分类索引树，并可以在已创建的分类索引树的任何一层自定义零件类或子类，也可以对已定类索引树的任何一层自定义零件类或子类，也可以对已定义过的类进行删除、更名与查看属性等操作，还可以对样义过的类进行删除、更名与查看属性等操作，还可以对样件或实例内容进行编辑修改。件或实例

55、内容进行编辑修改。 5 5基于特征的派生式基于特征的派生式CAPPCAPP系统的推理策略系统的推理策略 (1) 样件或实例的抽取样件或实例的抽取 以当前零件信息和实例分类索以当前零件信息和实例分类索引树为依据，可用两种方法抽取实例。引树为依据，可用两种方法抽取实例。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- 1）人机交互抽取法）人机交互抽取法 可分两步进行人机交互式的实例抽可分两步进行人机交互式的实例抽取：取： 人机交互搜索当前零件所属的零件类。计算相似性人机交互搜索当前零件所属的零件类。计算相似性系数系数

56、ks。相似性系数是用于衡量当前零件与有关样件或实例相。相似性系数是用于衡量当前零件与有关样件或实例相似程度的一个参数（具体计算方法后述）。似程度的一个参数（具体计算方法后述）。 2）自动抽取法）自动抽取法 自动抽取样件或实例亦分两步进行：第自动抽取样件或实例亦分两步进行：第一步，自动搜索当前零件所属的零件类。第二步，计算相似一步，自动搜索当前零件所属的零件类。第二步，计算相似性系数性系数ks。在计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例。在计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似性系数的相似性系数ks后，系统将自动取后，系统将自动取ks值最大的样件或实例为依值最大的样件或实例为依据进行

57、工艺设计。据进行工艺设计。 (2) 相似性系统相似性系统ks的计算的计算 相似性系数的计算方法有多种多相似性系数的计算方法有多种多样。此处给读者推荐一种计算相似性系数的方法，读者也可样。此处给读者推荐一种计算相似性系数的方法，读者也可以根据自己的实际情况在此基础上构造其它计算方法。以根据自己的实际情况在此基础上构造其它计算方法。 www.zg- www.skf- www.skf- www.nsk- www.fag- www.ntn- www.xunchi- (3) 样件（实例）推理样件（实例）推理 1）推理）推理 所谓样件（实例）推理是将零件的几何所谓样件（实例）推理是将零件的几何形状特征信息

58、和样件或实例的几何形状特征信息进行形状特征信息和样件或实例的几何形状特征信息进行比较和匹配，以决定样件工艺规程中哪些工序或工步比较和匹配，以决定样件工艺规程中哪些工序或工步被保留，哪些被删除。被保留，哪些被删除。 2）修正）修正 在推理完成后，所得到的工艺规程可能在推理完成后，所得到的工艺规程可能是不准确的和不完善的，还必须对其进行修正。是不准确的和不完善的，还必须对其进行修正。 修正内容修正内容 ：a. 按需要重新确定毛坯；按需要重新确定毛坯；b. 按需要按需要增加热处理工序；增加热处理工序；c. 按需要增加下料工序；按需要增加下料工序；d. 按需要按需要删除不合理的精加工工序；删除不合理的精加工工序；e. 按需要增加必要的精加按需要增加必要的精加工工序；工工序；f. 按需要对某些工序或工步的顺序进行调整按需要对某些工序或工步的顺序进行调整。 修正方法：修正方法：a. 用传统决策方法，用传统决策方法， b. 用