74CAPP系统的基本原理和方法cadcam课件

7.4CAPP系统的基本原理和方法

7.4.1派生式CAPP系统7.4.2创成式CAPP系统7.4.3综合式CAPP系统7.4CAPP系统的基本原理和方法7.4.1派生式CA7.4.1派生式CAPP系统派生式CAPP系统是利用成组技术原理,将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件，根据此样件建立典型工艺文件，存入工艺文件库中。当需设计一个新的零件工艺规程时,按照其成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的典型工艺，再根据零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需的工艺规程。派生式CAPP系统又可称作变异式、修订型CAPP系统。7.4.1派生式CAPP系统派生式CAPP系统1、派生式CAPP系统工作原理1、派生式CAPP系统工作原理2、派生式CAPP系统开发过程1)根据产品的特点，选择合适的编码系统。2)应用选定的零件分类编码系统对欲覆盖的零件进行编码。3)根据零件的编码和工艺过程，确定分类成组原则，并对企业所有零件分类成组，形成若干零件族，并建立零件族特征矩阵。4)为每个零件族设计一个假象的典型零件(主样件)，该零件应包含该族零件的所有特征。5)编制典型零件的标准工艺路线和相应的工序内容，并设计存储和检索方法。6)建立必要的工艺数据库或数据文件，以存储工艺数据和规范。7)进行系统总体设计，实现对标准工艺的存储、检索、编辑和结果输出。2、派生式CAPP系统开发过程3、派生式CAPP系统的特点1)派生式CAPP系统是以成组技术为理论基础，理论上比较成熟；2)派生式CAPP系统问世较早，应用范围比较广泛，有较好的实用性；3)主要适用于结构比较简单的零件，在回转类零件中应用尤为普遍；4)与常规手工工艺设计方法类似，继承和应用了企业较成熟的传统工艺，但系统的柔性较差；

5)对于复杂零件和相似性较差的零件，由于难以用编码描述，难以形成零件族，不适宜采用派生式CAPP系统。3、派生式CAPP系统的特点1)派生式CAPCAM-I系统是以成组技术为基础的系统，分类和编码方法由用户决定，如图是该系统的流程图。首先按选定的分类编码方法对待设计工艺的零件进行编码，并输入系统。利用零件分类码来检索它应隶属的零件族。每个零件族都有自己的特征矩阵，当零件分类码与零件族特征矩阵文件中某一矩阵所反映的码域相符时，便确认是该零件族的成员。据此调用该族零件的标准工艺，对标准工艺按要求进行编辑，完成工艺设计（如图）。最后，对每一工序有关的工艺参数进行选择和计算，如加工余量、切削用量等，按要求格式输出工艺设计结果。见教材P179。4、派生式CAPP系统实例——CAM-I系统CAM-I系统是以成组技术为基础的系统，分类7.4.2创成式CAPP系统

基本思想：是将人们设计工艺过程时用的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺规程。

创成式CAPP系统主要依靠逻辑决策进行工艺设计,可以定义为一个能综合加工信息、自动地为一个新零件制订出工艺过程的系统。即根据具体零件，系统能自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床选择、工具选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。7.4.2创成式CAPP系统基本思想：是将人1、创成式CAPP系统工作原理1、创成式CAPP系统工作原理2、工艺设计的决策方式

工艺设计是一项复杂的、多层次、多任务的决策过程（如图），且工艺决策涉及的面较广，影响工艺决策的因素也比较多，实际应用中的不确定性也较大。通常，机械制造工艺设计中的决策方式可以分为：数学模型决策(是通过建立数学模型并求解的决策方式，如工艺尺寸链的计算、切削参数得计算等)、智能思维决策(依靠人工智能的应用，建立CAPP专家系统来解决，如专用夹具设计、定位基准选择等)以及逻辑推理决策(如加工方法的选择、工序工步排序、刀具选择、机床选择等)。实现逻辑推理决策的工具有决策树、决策表两种形式。2、工艺设计的决策方式工艺设计是一项复杂的、多层次建立工艺逻辑决策的依据建立工艺决策逻辑一般应根据工艺过程设计的基本原理、工厂生产实践经验的总结以及对具体生产条件的分析研究，并集中有关专家、工艺人员的智慧及工艺过程设计中常用的并行之有效的原则。如各表面加工方法的选择，粗、细、精、超精加工阶段的划分，装夹方法的选择，机床、刀具类型规格的选择，切削用量的选择，工艺方案的选择等，结合各种零件的结构特征，建立起相应的工艺过程设计逻辑。还要广泛收集各种加工方法的加工能力范围和所能达到的经济精度以及各种特征表面的典型工艺方法等数据，作为文件贮存在计算机内。如图为各种孔加工的典型工艺方法表。建立工艺逻辑决策的依据建立工艺决策逻辑一般应根据工艺决策树或决策表

决策树或决策表（也称判定树、判定表）是传统的表达和实现逻辑决策的工具。是描述或规定条件与动作相关联的方法，即用来表示“如果(条件)那么(动作)”的决策关系。

决策树或决策表决策树或决策表（也称判定树、判定表）是决策树决策树是用树状结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系的方法。其中：拟采取的动作，亦即决策的结果放在终结点上。其他结点表示一次测试，分支表达一个条件是否满足，若满足，测试就沿着分支向前传送，以实现逻辑“与”（AND）的关系，若不满足，则转向出发结点的另一分支，以实现逻辑“或”（OR）的关系。

因此从根节点到终结点的任何一条路经都表达了一条决策规则。

决策树决策树是用树状结构来描述和处理“条件”决策表决策表是由四部分组成，左上区是条件说明，右上区是满足这些条件的各种可能的组合，表中用T或Y表示满足所在行的条件，空格表示该条件的真假与规则无关。下部就是结果（动作）。左下区是各种可能的行动，右下区是条件组合下采取的行动，该决策行动可以是无序的，用X表示，也可以是有序的决策行动，并给予一定的序号。因此，决策表右部的每一列就是一条决策规则。决策表的条件之间是“与”的关系，行动之间也是“与”的关系。决策表决策表是由四部分组成，左上区是条件说明，条件项目条件状态决策项目决策行动车削装夹方式决策表孔加工方法决策表1212条件项目条件状态决策项目决策行动车削装夹方式决策表孔加工方法机床选择决策表机床选择决策表决策树和决策表很容易改写为程序流程框图

参考决策树决策树和决策表很容易改写为程序流程框图参考决策树3、创成式CAPP系统开发过程确定系统的对象范围。设计零件信息描述方法确定和建立工艺决策模型。建立加工资源库，设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件的生成和输出模块。通常分为非回转体零件、回转体零件，或更小范围的某类零件。如回转体类零件又可进一步分为轴、盘、轮、套等。即使是轴类零件，也因产品不同而使其结构尺寸和加工方法有很大的不同。如机床主轴箱轴类零件与汽车变速箱轴类零件。一般多采用型面系统谓词描述、零件特征描述系统。零件信息描述还应考虑与计算机辅助设计的集成，如果有统一的数据交换标准，如STEP/PDES，应采用之，并能与零件信息描述系统集成；即工艺过程设计中各项工艺问题的决策方式，如零件加工时的定位夹紧方案选择、各加工表面加工方法的选择，以及加工顺序的排列等。如机床库、夹具库、刀具库、切削用量库等，以备在制订工艺过程时选用。3、创成式CAPP系统开发过程通常分为非回转体零件、4、创成式CAPP系统的特点1)通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程，无需人为的技术性干预。2)具有较高的柔性，适应范围广。3)便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成：4)由于系统自动化要求高，应用范围广，系统实现较为困难，目前只能简单地处理特定环境下的某些特定零件。

4、创成式CAPP系统的特点1)通过逻辑5、创成式CAPP系统实例——SIP系统SPI系统结构组成5、创成式CAPP系统实例——SIP系统SPI系统结构组成制造资源模块构成制造资源模块构成制造资源的描述制造资源的描述零件信息的构成零件信息的构成工艺决策过程工艺决策过程7.4.3综合式CAPP系统综合式CAPP系统也称为半创成式CAPP系统，它将派生式与创成式结合起来，即采取派生与自动决策相结合的工作方式。如需对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的标准工艺，然后根据零件的具体情况，对标准工艺进行修改，工序设计则采用自动决策产生、这样较好地体现了派生与创成相结合的优点。7.4.3综合式CAPP系统1、综合式CAPP系统工作原理1、综合式CAPP系统工作原理2.综合式CAPP系统实例——JTVCAPP系统JTVCAPP系统是以成组技术为基础，以单件、中小批量生产企业为应用对象，采用派生与自动决策相结合的工作方式，适用于回转体零件的综合式CAPP系统。它所用的编码系统为JLBM—1。在设计工艺时，每个零件的工艺路线都是通过检索它所属零件族的标准工艺，再根据零件的具体情况，对标准工艺进行删改选择而得到；每一工序的内容则是根据零件的输入参数经过创成得到。2.综合式CAPP系统实例——JTVCAPP系统JTVCAPP系统构成JTVCAPP系统构成八个功能模块：(1)主控模块(2)辅助编码模块(3)输入模块

(4)数据准备与工艺路线设计模块(5)工序设计模块(6)工序尺寸计算模块(7)编辑输出模块

(8)文件维护模块

九个数据文件：(1)分组矩阵文件(2)标准工艺文件(3)名称字典(4)机床文件

(5)加工余量文件(6)经济精度文件

(7)成组编码文件(8)图样数据文件

(9)工艺文件八个功能模块：九个数据文件：系统工作流程图系(2)数据推备根据表面组糙度、精度等级和几何尺寸，对需加工的型面进行分类、排序，按磨削表面、车削表面和非车削加工型面构造表示型面位置、加工顺序的数据结构，常用指针或二又树结构实现。(3)计算机辅助编码与自动编码

在工艺设计前，必须确定零件的成组编码。为此，配置了一个自动编码子系统，在零件信息输入后，可以自动生成零件的成组编码。

工艺设计准备在工艺设计之前，需进行下列准备工作：(1)零件设计信息的输入除零件的成组编码外，工艺设计过程还需要输入详细的设计信息(2)数据推备根据表面组糙度、精度等级和几何尺寸，对需工艺过程设计(1)工艺路线的确定一个零件工艺路线的最初形式就是它所属零件族的标准工艺路线(2)机床选择根据加工方法和标准工艺选择机床类型，根据零件的尺寸参数选择机床型号(3)工序设计工序设计包括确定工步操作内容和刀具、夹具、量具等。工序设计时，首先要提取当前工序的加工表面要素，然后对它们按一定的工艺决策逻辑进行整理排序，最后调出标准工序模块进行工序设计，产生详细的工序内容。(4)工序尺寸的获得工艺过程设计工艺设计结果的编辑和输出

如图是一轴承套零件，对该零件采用本系统编制的工艺过程见教材P163表6-8。工艺设计结果的编辑和输出零件族特征矩阵特征码位特征码位GT编码为301121530404343的零件，属于该零件组；GT编码为301121530404373的零件，不属于该零件组。零件族特征矩阵特征码位特征码位GT编码为3011工艺文件格式教材P147工艺文件格式教材P147典型(复合)零件的产生典型(复合)零件的产生特征矩阵矩阵描述是一种数字描述法，是将零件的特征用矩阵的形式来描述，其中码位可表示零件的名称类别、形状及加工、材料、毛坯形状、热处理、主要尺寸、精度等，码域则表示每一码位的特征分类，实际上是用一个二维数组来描述。这种矩阵描述便于计算机进行处理，因此应用比较广泛。零件的分类编码描述很容易转换为特征矩阵形式，其方法是先将零件编码转换为二维数组，然后再列成矩阵形式，如图，其中“1”表示有此特征，“0”表示无此特征。特征矩阵矩阵描述是一种数字描述法，是将零件的特零件特征矩阵零件特征矩阵标准工艺

上表是供飞机中的精密袖套和隔套类零件加工采用的标准工艺，表中工序代码用来表示工序加工内容所属的工种，如车、铣、刨、磨等，再加上因具体加工内容不同而设置的序号，如01，02，…，99等。如车削-03即为车削加工中的第三类工序，具体内容如下：车削→03：车一端面→钻中心孔→钻孔→铰孔(或镗孔)→车外圆→倒角一去各部锐边→切断→调头车另一端面→倒角→去锐边。标准工艺上表是供飞机中的精密袖套和隔套类零件加工艺设计任务树工艺设计任务树孔加工的典型工艺方法表孔加工的典型工艺方法表码域法码域法CAM-I系统流程图CAM-I系统流程图跳伞门用轴承的工艺过程

——参考标准工艺跳伞门用轴承的工艺过程

——参考标准工艺创成式CAPP系统亟待解决的问题：一、零件的所有信息必须要用计算机能识别的形式完全准确地描述；二、要收集大量的工艺决策逻辑和工艺规程设计逻辑，并以计算机能识别的方式存储；三、工艺规程的设计逻辑和零件信息的描述必须收集在统一的加工数据库中。要做到这三点，目前在技术上还有一定的困难。这是因为，零件图纸上的各种信息要完全准确地描述还存在困难；如何建立完善的工艺决策模型，使计算机能识别和处理还有待进一步解决；工艺过程的优化理论还不完善。所以目前完全创成式CAPP系统还不能实现。创成式CAPP系统亟待解决的问题：一、零件的所有信息必须要用7.4CAPP系统的基本原理和方法

7.4.1派生式CAPP系统7.4.2创成式CAPP系统7.4.3综合式CAPP系统7.4CAPP系统的基本原理和方法7.4.1派生式CA7.4.1派生式CAPP系统派生式CAPP系统是利用成组技术原理,将零件按几何形状及工艺相似性分类、归族，每一族有一个典型样件，根据此样件建立典型工艺文件，存入工艺文件库中。当需设计一个新的零件工艺规程时,按照其成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族的典型工艺，再根据零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到所需的工艺规程。派生式CAPP系统又可称作变异式、修订型CAPP系统。7.4.1派生式CAPP系统派生式CAPP系统1、派生式CAPP系统工作原理1、派生式CAPP系统工作原理2、派生式CAPP系统开发过程1)根据产品的特点，选择合适的编码系统。2)应用选定的零件分类编码系统对欲覆盖的零件进行编码。3)根据零件的编码和工艺过程，确定分类成组原则，并对企业所有零件分类成组，形成若干零件族，并建立零件族特征矩阵。4)为每个零件族设计一个假象的典型零件(主样件)，该零件应包含该族零件的所有特征。5)编制典型零件的标准工艺路线和相应的工序内容，并设计存储和检索方法。6)建立必要的工艺数据库或数据文件，以存储工艺数据和规范。7)进行系统总体设计，实现对标准工艺的存储、检索、编辑和结果输出。2、派生式CAPP系统开发过程3、派生式CAPP系统的特点1)派生式CAPP系统是以成组技术为理论基础，理论上比较成熟；2)派生式CAPP系统问世较早，应用范围比较广泛，有较好的实用性；3)主要适用于结构比较简单的零件，在回转类零件中应用尤为普遍；4)与常规手工工艺设计方法类似，继承和应用了企业较成熟的传统工艺，但系统的柔性较差；

5)对于复杂零件和相似性较差的零件，由于难以用编码描述，难以形成零件族，不适宜采用派生式CAPP系统。3、派生式CAPP系统的特点1)派生式CAPCAM-I系统是以成组技术为基础的系统，分类和编码方法由用户决定，如图是该系统的流程图。首先按选定的分类编码方法对待设计工艺的零件进行编码，并输入系统。利用零件分类码来检索它应隶属的零件族。每个零件族都有自己的特征矩阵，当零件分类码与零件族特征矩阵文件中某一矩阵所反映的码域相符时，便确认是该零件族的成员。据此调用该族零件的标准工艺，对标准工艺按要求进行编辑，完成工艺设计（如图）。最后，对每一工序有关的工艺参数进行选择和计算，如加工余量、切削用量等，按要求格式输出工艺设计结果。见教材P179。4、派生式CAPP系统实例——CAM-I系统CAM-I系统是以成组技术为基础的系统，分类7.4.2创成式CAPP系统

基本思想：是将人们设计工艺过程时用的推理和决策方法转换成计算机可以处理的决策模型、算法及程序代码，从而依靠系统决策，自动生成零件的工艺规程。

创成式CAPP系统主要依靠逻辑决策进行工艺设计,可以定义为一个能综合加工信息、自动地为一个新零件制订出工艺过程的系统。即根据具体零件，系统能自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床选择、工具选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。7.4.2创成式CAPP系统基本思想：是将人1、创成式CAPP系统工作原理1、创成式CAPP系统工作原理2、工艺设计的决策方式

工艺设计是一项复杂的、多层次、多任务的决策过程（如图），且工艺决策涉及的面较广，影响工艺决策的因素也比较多，实际应用中的不确定性也较大。通常，机械制造工艺设计中的决策方式可以分为：数学模型决策(是通过建立数学模型并求解的决策方式，如工艺尺寸链的计算、切削参数得计算等)、智能思维决策(依靠人工智能的应用，建立CAPP专家系统来解决，如专用夹具设计、定位基准选择等)以及逻辑推理决策(如加工方法的选择、工序工步排序、刀具选择、机床选择等)。实现逻辑推理决策的工具有决策树、决策表两种形式。2、工艺设计的决策方式工艺设计是一项复杂的、多层次建立工艺逻辑决策的依据建立工艺决策逻辑一般应根据工艺过程设计的基本原理、工厂生产实践经验的总结以及对具体生产条件的分析研究，并集中有关专家、工艺人员的智慧及工艺过程设计中常用的并行之有效的原则。如各表面加工方法的选择，粗、细、精、超精加工阶段的划分，装夹方法的选择，机床、刀具类型规格的选择，切削用量的选择，工艺方案的选择等，结合各种零件的结构特征，建立起相应的工艺过程设计逻辑。还要广泛收集各种加工方法的加工能力范围和所能达到的经济精度以及各种特征表面的典型工艺方法等数据，作为文件贮存在计算机内。如图为各种孔加工的典型工艺方法表。建立工艺逻辑决策的依据建立工艺决策逻辑一般应根据工艺决策树或决策表

决策树或决策表（也称判定树、判定表）是传统的表达和实现逻辑决策的工具。是描述或规定条件与动作相关联的方法，即用来表示“如果(条件)那么(动作)”的决策关系。

决策树或决策表决策树或决策表（也称判定树、判定表）是决策树决策树是用树状结构来描述和处理“条件”和“动作”之间的关系的方法。其中：拟采取的动作，亦即决策的结果放在终结点上。其他结点表示一次测试，分支表达一个条件是否满足，若满足，测试就沿着分支向前传送，以实现逻辑“与”（AND）的关系，若不满足，则转向出发结点的另一分支，以实现逻辑“或”（OR）的关系。

因此从根节点到终结点的任何一条路经都表达了一条决策规则。

决策树决策树是用树状结构来描述和处理“条件”决策表决策表是由四部分组成，左上区是条件说明，右上区是满足这些条件的各种可能的组合，表中用T或Y表示满足所在行的条件，空格表示该条件的真假与规则无关。下部就是结果（动作）。左下区是各种可能的行动，右下区是条件组合下采取的行动，该决策行动可以是无序的，用X表示，也可以是有序的决策行动，并给予一定的序号。因此，决策表右部的每一列就是一条决策规则。决策表的条件之间是“与”的关系，行动之间也是“与”的关系。决策表决策表是由四部分组成，左上区是条件说明，条件项目条件状态决策项目决策行动车削装夹方式决策表孔加工方法决策表1212条件项目条件状态决策项目决策行动车削装夹方式决策表孔加工方法机床选择决策表机床选择决策表决策树和决策表很容易改写为程序流程框图

参考决策树决策树和决策表很容易改写为程序流程框图参考决策树3、创成式CAPP系统开发过程确定系统的对象范围。设计零件信息描述方法确定和建立工艺决策模型。建立加工资源库，设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件的生成和输出模块。通常分为非回转体零件、回转体零件，或更小范围的某类零件。如回转体类零件又可进一步分为轴、盘、轮、套等。即使是轴类零件，也因产品不同而使其结构尺寸和加工方法有很大的不同。如机床主轴箱轴类零件与汽车变速箱轴类零件。一般多采用型面系统谓词描述、零件特征描述系统。零件信息描述还应考虑与计算机辅助设计的集成，如果有统一的数据交换标准，如STEP/PDES，应采用之，并能与零件信息描述系统集成；即工艺过程设计中各项工艺问题的决策方式，如零件加工时的定位夹紧方案选择、各加工表面加工方法的选择，以及加工顺序的排列等。如机床库、夹具库、刀具库、切削用量库等，以备在制订工艺过程时选用。3、创成式CAPP系统开发过程通常分为非回转体零件、4、创成式CAPP系统的特点1)通过逻辑推理，自动决策生成零件的工艺规程，无需人为的技术性干预。2)具有较高的柔性，适应范围广。3)便于计算机辅助设计和计算机辅助制造系统的集成：4)由于系统自动化要求高，应用范围广，系统实现较为困难，目前只能简单地处理特定环境下的某些特定零件。

4、创成式CAPP系统的特点1)通过逻辑5、创成式CAPP系统实例——SIP系统SPI系统结构组成5、创成式CAPP系统实例——SIP系统SPI系统结构组成制造资源模块构成制造资源模块构成制造资源的描述制造资源的描述零件信息的构成零件信息的构成工艺决策过程工艺决策过程7.4.3综合式CAPP系统综合式CAPP系统也称为半创成式CAPP系统，它将派生式与创成式结合起来，即采取派生与自动决策相结合的工作方式。如需对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的标准工艺，然后根据零件的具体情况，对标准工艺进行修改，工序设计则采用自动决策产生、这样较好地体现了派生与创成相结合的优点。7.4.3综合式CAPP系统1、综合式CAPP系统工作原理1、综合式CAPP系统工作原理2.综合式CAPP系统实例——JTVCAPP系统JTVCAPP系统是以成组技术为基础，以单件、中小批量生产企业为应用对象，采用派生与自动决策相结合的工作方式，适用于回转体零件的综合式CAPP系统。它所用的编码系统为JLBM—1。在设计工艺时，每个零件的工艺路线都是通过检索它所属零件族的标准工艺，再根据零件的具体情况，对标准工艺进行删改选择而得到；每一工序的内容则是根据零件的输入参数经过创成得到。2.综合式CAPP系统实例——JTVCAPP系统JTVCAPP系统构成JTVCAPP系统构成八个功能模块：(1)主控模块(2)辅助编码模块(3)输入模块

(4)数据准备与工艺路线设计模块(5)工序设计模块(6)工序尺寸计算模块(7)编辑输出模块

(8)文件维护模块

九个数据文件：(1)分组矩阵文件(2)标准工艺文件(3)名称字典(4)机床文件

(5)加工余量文件(6)经济精度文件

(7)成组编码文件(8)图样数据文件

(9)工艺文件八个功能模块：九个数据文件：系统工作流程图系(2)数据推备根据表面组糙度、精度等级和几何尺寸，对需加工的型面进行分类、排序，按磨削表面、车削表面和非车削加工型面构造表示型面位置、加工顺序的数据结构，常用指针或二又树结构实现。(3)计算机辅助编码与自动编码

在工艺设计前，必须确定零件的成组编码。为此，配置了一个自动编码子系统，在零件信息输入后，可以自动生成零件的成组编码。

工艺设计准备在工艺设计之前，需进行下列准备工作：(1)零件设计信息的输入除零件的成组编码外，工艺设计过程还需要输入详细的设计信息(2)数据推备根据表面组糙度、精度等级和几何尺寸，对需工艺过程设计(1)工艺路线的确定一个零件工艺路线的最初形式就是它所属零件族的标准工艺路线(2)机床选择根据加工方法和标准工艺选择机床类型，根据零件的尺寸参数选择机床型号(3)工序设计工