计算机辅助工艺过程设计

《机械CAD/CAM》讲稿第11讲抚顺广播电视大学郑红第6章计算机辅助工艺过程设计学习目标：计算机辅助工艺规程设计（CAPP）是通过向计算机输入被加工零件的几何信息和加工工艺信息，由计算机自动输出零件的工艺路线及工序内容等工艺文件的过程。通过本章内容学习要重点掌握成组技术的基本概念、OPITZ分类编码系统以及分类归组方法；了解CAPP的意义、发概况和工作原理；熟悉派生式CAPP系统和创成式CAPP系统的工艺决策及工艺过程设计的方法。成组技术(GT)，就是用科学的方法，在多品种生产中将相似零件组织在一起(成组)进行生产，以相似产品零件的“叠加批量”取代原来的单一品种批量，采用近似大批量生产中的高效工艺、设备及生产组织形式来进行生产，从而提高生产率和经济效益。成组技术是一门涉及多学科的综合性技术，其理论基础是研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它，即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。成组技术的核心问题是成组工艺。成组工艺与计算机技术、数控技术、相似论和方法论等结合才形成了成组技术。

6.1成组技术在机械加工中，成组工艺是把零件的几何信息(形状、尺寸、精度、表面粗糙度等)和工艺信息(材料、热处理、批量等)相近似的零件组成一个个零件族(组)，按零件族进行加工制造，从而减少了品种，扩大了批量，便于采用高效的生产方法，从而提高了劳动生产率和经济效益。

零件的相似性是实现成组工艺的基本条件。工艺相似性是指可采用相同的工艺方法进行加工，采用相似的夹具进行装夹，采用相似的量具进行检测等。零件分类编码系统是实施成组技术的重要手段，也是成组技术的重要组成部分。

成组工艺首先是对产品零件按零件分类编码系统进行分组分类，制订零件的成组加工工艺，然后设计成组工艺装备和制造成组加工生产线等。成组工艺的生产组织形式一般分为单机或生产单元、混合生产线和成组生产线或柔性制造系统等三大类。随着成组技术的不断发展，出现了用计算机对零件进行分类编码。成组技术被系统地运用到产品设计、制造工艺、生产管理等各个领域，形成了计算机辅助设计CAD、计算机辅助工艺过程设计CAPP、计算机辅助制造CAM，以及有成组技术特色的计算机集成制造系统CIMS。1．零件的代码在成组技术条件下，产品零件的代码是由2部分组成的，即零件的识别码和零件的分类码。(1)零件的识别码就是零件的件号或图号，识别码是惟一的。

(2)零件的分类码零件的分类码是在成组技术条件下提出的，可以反映出零件固有的功能、名称、结构形状、工艺、生产等信息；分类码对某种零件而言，并非惟一的，不同的零件可以拥有相同的分类码。在按成组技术组织生产时，必须同时将零件的识别码与分类码结合应用。

零件的分类编码是由代表零件的设计或制造的特征符号组成的，一般情况下，大多数分类编码系统是用数字来描述零件的几何特征和工艺特征，也就是零件特征的数字化。6.1.1零件分类编码系统①利用零件分类编码，可以得出零件频谱。反映了这个企业在产品设计、制造工艺和生产等方面的基本数据，它是企业据以进行生产合理化和制定技术改造方案的重要原始资料。②零件分类编码是实现设计——工艺标准化的基础。提高企业标准化水平。③零件分类编码提供了有效的检索手段。④零件分类编码系统的推广应用，有利于实现专业化生产。⑤零件分类编码系统的应用，有助于生产信息管理和使用的合理化。

2．零件分类编码的作用零件的分类编码，除了能对零件分类分组外，其主要功能还在于能搜集和检索有关零件从设计、加工工艺到制造各环节的信息。零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一般按以下3个方面的特征分类。(1)结构特征零件的几何形状、尺寸大小、结构功能和毛坯类型等。(2)工艺特征零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类型等。(3)生产组织与计划特征加工批量、制造资源状况和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。

3．零件分类的基本依据4．零件的分类系统分类系统是为了达到一定分类目的和要求而采用的相应分类原理、规划和步骤所构成的一个体系的总称。

(1)分类环节1)横向分类环节横向分类环节是较笼统的分类标志，所以它具有粗分类的作用。横向分类环节一般称为码位，其先后顺序安排上，应该先安排与设计检索有关的，然后安排与工艺有关的。2)纵向分类环节纵向分类环节是对其所属的横向分类环节进一步具体化的细化。纵向分类环节一般称为特征项，其先后顺序安排上，应遵循由简渐繁、由一般到特殊的原则。

(2)分类系统的结构形式根据分类环节数量的多少，零件的分类系统可分为多级和单级2种结构形式。详见教材表6—1(3)多级分类系统的结构

1)独立环节的分类系统——链式结构若系统内各横向分类环节之间彼此安全独立而互不相干，则这样的横向分类环节便是独立环节。由独立环节组成的分类系统一般称为链式结构，如图所示。横向分类环节用罗马数字表示，它们之间的关系用“-”表示。

若系统横向分类环节总数为N，每一横向分类环节所辖纵向分类环节数为Z，则链式结构的纵向分类环节总数为ZN。2)关联环节的分类系统——树式结构若系统中相邻横向分类环节之间有从属关系而互相关联，则这样的横向分类环节称作关联环节。它们之间的关系用“<”表示。由关联环节组成的分类系统一般称为树式结构，如图所示。

若系统横向分类环节总数为N，每一横向分类环节所辖纵向分类环节数为Z，系统中拥有的关联环节数为L，则树式结构的纵向分类环节总数为。

(3)多级分类系统的结构

(3)多级分类系统的结构

3)混合环节的分类系统——混合结构这种分类系统中的横向分类环节既有独立环节又有关联环节，因此属于兼有链式结构和树式结构的混合结构。不少实际的零件分类系统都由这种混合环节组成的。图所示即是此种分类系统。

若系统横向分类环节总数为N，每一横向分类环节所辖纵向分类环节数为Z，系统中拥有的关联环节数为L，则混合结构的纵向分类环节总数为(N-L)Z+。

5．零件编码系统的编码结构

零件分类编码大多采用表格形式，其结构和描述的信息如表所示。

零件分类编码系统对成组技术实施有重要作用，基本要求：①系统内各特征代码含义明确，无“多义性”；且结构应力求简单，使用方便。②标识零件几何形状的特征代码应具有永久性，以保持分类编码系统的延续性。③系统应能满足企业产品零件的使用要求，并为新产品发展留有余地。④系统要便于用计算机进行处理。⑤零件分类编码系统已有国标、部标，应尽量采用，不能满足时可建立本企业或部门的系统。

6．对零件分类编码系统的基本要求各国常用的机械加工零件分类编码系统列于教材表6-6中。要求重点掌握OPITZ分类编码系统。

7．常用机械加工零件分类编码系统8．OPITZ零件分类编码系统OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中，习惯上都称此为0PITZ系统。广泛应用于机械制造、设计及生产管理。

(1酱)系统献结构最早凤的OP寒IT阵Z系统格只有5位代码谨，也伍即目禽前所兆称的形状蛇码。为钉了完价善自难己的报系统悉，Op赠it究z教授拥在原扬来5位形括状码岸之后脂，又陈增补之了4位所谓滚的辅助静码。分类卧编码邮结果分类哨编码伍结果①系斤统的枪结构星比较跨简单渐，仅达有9微个横澡向分虽类环斩节，敌因此瓣便于沫记忆替和手暗工分性类。②系耗统的色分类绝标志清虽然脾形式学上偏贝重零竖件结净构特括征、团形状馆要素踢，但获是实典际上露隐含迫着工夕艺信鲁息。③虽拴然系恐统考患虑了叛精度耕标志互，但墓是由雕于零桥件的矮精度刺概念始比较蔬复杂日，它约既有阻尺寸签精度肿，又用有几满何形优状精殿度和隔相互劫位置天精度慰，所者以单声用一你个横侨向分扁类环呈节来惭表示蛇似嫌熄不够告。④系嫂统的拜分类藏标志浪尚欠州严密昆和准叫确。⑤从姐总体牌结构皆上看稀系统望虽属谁简单悠，但胜从局菠部结泡构上圈看仍蒸旧十吸分复馆杂。(2穿)系统忙特点成组退技术闸的基冒本原公理，帆是充驻分认葵识和捉利用励生产绝活动球中有服关事挡物客各观存犁在着挂的相欢似性串，以剑提高么生产注的效蚊益。奇因此链，按一冤定的增准则趣将有户关事祥物分够类成深组是盏实施朵成组超技术季的基供础。“组猪”一能般理谈解为贞具有娃某些砍共同消属性日的事柜物集皇合。堵成组昌技术满在研垒究零藏件分贫类时声，常和采用省“零令件族煌”这危一更害为形微象的哥概念瓦。可显以认梅为，市零件触族是值具有漏某些哭共同碌属性斧的零没件集腹合。萝采用渐不同最的相士似性桨标准朗，可铃将零跌件划姓分为元具有泰不同性属性验的零件件族形。例诉如根国据分达类的垒目的子要求葱，制院定相亲应的臂分类踏的相豪似性赵标准锦，可着将零寄件分牙类以庆组成救设计香族、浊加工徐族或陪管理斥族等近。目前羊应用惯的分贡类方纱法主搭要有视检帝法、生产扔流程拣分析抵法和编码件分类伴法等。6.就1.屡2脸零蠢件分喝类成惊组方锣法生产没流程回分析诸法是杨研究值工厂千生产半活动各中物听料流欠程客田观规贯律的古一种池统计氧分析仙方法韵。它征着重歇分析第生产浮过程期中从车原材倚料到考产品蚁的物劣料流立程，定研究酿最佳记的物料幅流程淘系统。一般承包括愁工厂披和车丧间的鼻生产猜流程仪分析河这2共个步匙骤，软而关身键的材一步贵是车碑间生坐产流校程分颗析。车间龄生产盾流程陡分析年的算收法很婆多，肆如关键镇机床梨法、顺序看分枝汁法、聚类恨分析嘉法及分枝邻-聚椅类法等。是它们鞭的算圆法复敌杂度识和取毙得的雅效果堂不尽酿相同利。1.想生产踩流程慨分析技法关键致机床腊法是笨根据清零件趟的加浪工工辟艺路抗线，凯分析业其使虹用的张关键顺机床满而进伶行分士组，治其分心组步译骤如拉下：①列她出各谷零件竖的工洲艺路封线，敢形成驱按工堆序所振用机快床排慈列的卖工艺只路线驴表。②分虫析关汉键机蜻床，香找出装基本叙零件何。③将可基本仁零件沙合并彼成零残件组绢，同个时也洗形成罢了机宽床组锋。④检术查各唉机床引的负摸荷率荣。(1魂)晶关键形机床很法顺序紧分枝仁法原竹理是将冰待分详类的真全部刃零件想按其主工艺除过程雄逐个举判别寺，使葬之归冶属于督相应饱的各锅级分滨枝组座，进蹈入各咸级分笔枝组甲的诸考零件却在工盈序(主要贝的)类型青、数智目和奶顺序急上完捕全一普致；逃然后僻，按什照一茶定的饶并枝悉原则榆把各外级分住枝组夺合并绳为零旁件种季数适招当的解加工耗族。用顺掀序分腔枝法惭对零习件分娘类包困括2个过容程：分枝杯过程和并枝瘦过程。(2降)顺志序分装枝法聚类周分析慰法是节用一订些数球学方底法来机定量溉确定兔零件扬之间底的相似撒程度，进疯行聚讽类成汁组。由于倾所用迹数学派方法神不同霜，有穿多种童不同代的聚窄类分闭析法粉：单链鸭聚类聚分析罗法，是通担过计写算零驻件之的间的躁相似混系数乳进行正聚类赚。循序罩聚类宗分析财法，是应用衰零件哀之间喊的相类似性酸进行懒聚合戒，需蚂要计典算每悲一对单零件诊之间炉的相表似系饶数，顽据此勇建立农一个侵原始烟相似弱系数碑矩阵翠。排序趋聚类埋分析稠法，是将竞零件-机床蛾矩阵慌按行炼列交风替排照序聚在合，朋最后羡得到芒零件波分类模成组钱。(3删)聚煎类分核析法编码晚分类革是根淡据零桑件的丙编码弦进行臭分类剧成组胃，并赔用特寺征矩渔阵形际式表晶示。妖在分翠类之遵前，忌首先泥需要等合理影地制阿定各趋零件摊族的煮相似洋性标耐准，组以便新将众控多的糊待分茎类零稻件进匪行分性选，摄使之括归属汽于相妇应的烦零件烟族。编码院分类命法实诸质就勒是让柳零件某编码拆与各厌零件侨族特煤征矩异阵逐咸个地步匹配槐比较拣，若技零件进编码挺与某摸一零扰件族置特征访矩阵筝相匹魄配，或则该故零件困就应闪归属问于此隶零件组族。合理达制定盗各零赶件族画相似拒性标输准是拿按编疮码分次类取醉得满获意结猛果的章关键皂。相似屑性标无准不冰能太绕高，柱要求叮过严拜，零熔件不抓易汇旬集成乌组；候也不缸能太扯低，勒过于鞋粗略惩，归盆属于薄同一拨组的应零件术种数宝太多内，差钥异太探大，秒也会追妨碍誉很好眉地利头用零怪件的善相似质性。制定感零件肺族相厅似性姜标准藏，有特征臂码位到法、码域闭法和特征低位码洗域法等3气种方混法。2.具编码厕分类技法(1没)特征弹码位甲法凡零挥件编名码中宁相应呈码位弊的代镇码相番同者竭归属匹于一企组的絮方法驰，称挎为特吗征码功位法求。(2月)码域偶法规定沈每一雅码位摔的码腰域(码值)，凡摇零件受编码出中每源一码苍位值蚊均在政规定吉的码刑域内休，则呆归属槐于一弱组，赴这种侮方法患称为努码域帐法。(3角)特征贵位码些域法这种咐方法轨是上悲述2种方贡法的币综合说，因浆而能龄兼备案二者志的特堆点，生即既秩能抓窃住零硬件分每类的每主要凡特征贺方面自，又则能适献当放匠宽其纠相似苹性要妥求，拍以得阀到满垒意的盈分类慰结果得。制定千零件番族相全似性均标准山的方济法编码爪分类尸法简配单易朗行，屿其关土键问宵题有友2个酷：①要应有一镜个合粉适的娘零件辽分类再编码击系统躺；②要辛制定印一个理合适庭的零匙件族依相似门性标鸣准。特别束是后助者，商对零尝件分陶类成弹组的钉影响厘很大鱼，制羡定时冈的难肤度也拼很大穴，可羽参考宣视检俭法、鼓生产卵流程访分析店法等腔的分伤类效昌果作总为依量据。6.狂2工叠艺设嘉计自制动化兽的意怖义和棚发展衰概况6.绳2.柱1阵计以算机勾辅助解工艺撕过程朽设计悬的意逆义(1润)代替翅了工捡艺设子计人供员的朗手工盘劳动(2抹)提高戚工艺查过程弄设计惨的质蛙量(3船)设计债周期岛短，稿效率碍高(4灯)有利稀于计强算机型集成境制造工艺凶过程禾设计蹄处于舱产品美设计足和制桌造的燥接口金处，刺需要躬分析富和处牵理大伟量信活息。乓各种葱信息斗之间决的关立系极旬为错亦综复拌杂：逝计算跨机辅洒助工既艺过谈程设嘴计是既计算僚机辅屠助设歉计和匙计算煎机辅爆助制光造之贺间的沉桥梁晌，同愉时又蜻是计枝划调鬼度、不生产仙管理傲等所误需信催息的哭交汇舰枢纽派。所男以它庙在计臣算机碗集成骑制造育系统梁中占镰有重梳要的稳地位卫。计算养机辅航助工裕艺过泊程设械计系丈统按初其工腹作原屡理主卫要可坛以分趁为3种型乳式，饱即检索南式、牵派生荷式和创成传式。这3种型怪式的裕基础首分别弄是零栏件工滴艺的3种类巴型：丽标准送工艺理、典浊型工霞艺、沉生成静工艺泽。本章皱将主洋要介化绍派鲜生式丝式和创燥成式2种系模统。6.简3极CA洽PP掌工作聋原理生产倘中有券不少河较简惯单的翅零件竹，其究工艺蝴是相锤对固立定的吨，长产时间歉没有诉变化风，这射样就渠形成或了标嗽准工蜂艺。妖标准妄工艺假经整娃理后购以代指号表慢示，非用时滴只要仓标明屋其工狱艺代杰号即忠可进祸行生潮产准骂备和品制造凳。标准闭工艺牧可减担轻工完艺人颂员的斥重复跑劳动始，提殃高效忆率。刃在计返算机覆辅助雕工艺城过程育设计弓时，脆利用检索塌式系万统即可连查出觉相应改工艺败。(1劫)标对准工匪艺机械秒零件姓种类秩多，向数量唉大，弓但可岛利用墙成组锹技术饺将其症分组苍、分薄类，另形成行零件赏族或吵零件随组。限同一之零件陕族的毫零件绝工艺淘过程傲虽有木差异沿，但爸基本治上是遵类似顷的。铁因此苦对每新个零减件族乏可以姐设计丢出一息个代仰表零槽件及级其工剖艺，沈称为醋典型荣工艺牺。犁一个潮零件剂根据互其分赠类编并码号春，首辞先查蛋出属赖于那碎个零斩件族莲，再钱找出腹该零俗件族踏的典杀型工巨艺，塑然后旧根据肾这个动零件垂的具甩体结夺构对佛典型幻玉工艺护进行仔修订饭，最紫后即败得到学该零萍件的怖加工已工艺旗过程供。在计殃算机批辅助功工艺届过程诉设计粒中，童可利眉用派生烘式系轿统，利渗用计誓算机班输入源零件并成组浓技术吐代码撑，判缓别属姿于哪铁个零涂件族蔑，检输索其励典型妥工艺麻，根展据零炭件结铸构进苗行修迹改，不最后迅输出仅成形牌的工倾艺过千程文隆件。(2零)典须型工步艺有些迅零件愿的工茶艺既经不属祖于标圈准工巾艺，蜓又不招属于尸典型己工艺龙，可汁直接野利用附计算丈机的迹工艺刃决策批系统扣生成鸦工艺松。它弹既不造像标未准工肺艺可假查询城，也这不像艺典型横工艺鲁可以营参考初。生成丝式工艺俭包含懂某类霜零件葡的全披部。奸计算兼机辅棵助工陪艺过杜程设桨计中惑的创成弄式系数统工作势复杂涂；效疗率低将。目吗前创名成法饮原理祥尚不穷完善矿，大宾部分伶系统稿只能恶叫“鹅半创宫成式恐”系乱统。(3律)生琴成工同艺零件卧信息旋输入燥是计谨算机偏辅助肆工艺呆过程肌设计控的第衡一步究。零热件信森息的欲描述留则是对计算朝机辅居助工脸艺过据程设若计的搞关键早。(1咬)零件尸信息助描述在计廊算机盲辅助卖工艺端过程肥设计接中，泊零件权信息王应包汇括2个方满面：池一是几何海信息，即李零件蜻的几纳何形攻状、善尺寸北、表捡面间做相互义位置乔等；问二是工艺眠信息，指喘零件骗材料馋、毛姑坯、叔加工禽精度造、热疤处理顷等及雕相应滨的技第术要损求。零件予信息挑描述以方法选很多所，从创描述猛零件捎的组矮成结蚂构来政看，柄有分退类法塘、型伸面法面、形驻体法贞等；首从所姐用描钥述工裂具来滤看，和有编既码描烂述、浆语言聚描述尤、数泳学描喊述等踢。在态同一堆个零域件的沸信息危描述窄中可盈用多目种描达述方淋法。6.虚3.搭1而CA求PP嗓的零蜜件信保息描绝述与知输入1)人机薄交互突式信撇息输培入计算客机能懒够准唐确无送误地石接受曾零件泉的信酿息并侧能描袜述、高检索齐、存奖储和惊处理拢这些盾信息嗓。通恢过手斯工或淹人机沫对话抽方式搭，将华零件垫的信冲息完屠整地启输入京到计奥算机派中。2)从C龙AD砖系统腾中提欠取零候件信煎息零件菜信息各描述捐在计芳算机呀集成依制造枣系统掀和并绒行工搞程中厘，需预遵守痕统一肉的数密据交根换标互准(冻ST刘EP律)和只产品辉数据乎管理间(P爷DM虹)等赵规定刻，数脉据格欢式和浆管理细应统协一。废在实斧现了沉CA拐D/循CA货PP帝/C帖AM隆一体羽化的问情况蕉下，拥可以鸟利用腥中间匆接口肌或其坐它传脚输方查式，聋将零休件的煤设计叮信息宋直接巴从C越AD腐系统察数据壮库中明提取志出来比，用诱到零构件工博艺过轻程设妥计中坛去，滤而不浸必通尖过零拉件信原息描墙述模茄块。(2袄)零件李信息辞输入派生努式又孩叫变学异式樱、样殊件法张等。喜它利岔用成说组技挺术中牛的零现件相债似性储原理类进行宝设计挪。如围果零筑件的垄结构错形状怖相似赞，则怪其工镜艺也得有相则似性顺。对符于每咸个零禁件族酱，可务以通丽过生嘉产实翻践和船工作储经验凯制订诸出一胶个典卵型工掏艺。括当设进计一凭个新段零件闹的工站艺时蚁，通航过检息索相朽似零兼件的典型凭工艺，经迫过编绿辑和哥修改躲而派孕生出糊一个椅该零服件的衰工艺固过程签。6.注3.奇2派阀生式探CA京PP前系统①对蒙设计话零件裤按所哥选分足类编翁码系升统进商行编手码，青完成恼对零亲件的肃描述虾；②利饥用输吗入模煤块输艳入零兵件的葵信息滤；③检债索及却判断猛新零敢件是搅否属抖于某诵零件休族，膜如属蓝于则省调出昌；④调强出该忘零件卧族的送典型木工艺芒过程轿，包迎括工耀艺路举线和饲各工惊序内愤容；⑤根河据输惊入的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