《计算机辅助设计与制造》课件第4章

第4章计算机辅助工艺设计4.1CAPP概述4.2成组技术4.3零件信息的描述与输入4.4CAPP系统设计简介

4.1CAPP概述

4.1.1CAPP产生的背景

计算机辅助工艺设计CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)是计算机在机械制造领域的一种应用。工艺设计是机械制造生产过程中技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。4.1.2CAPP的基本组成

下面根据CAPP系统的工作原理、产品对象、规模大小及差异来论述CAPP的构成。以下是一个CAPP系统一般的基本组成模块。

(1)零件信息输入模块：用以将零件的一些基本信息输入系统，诸如零件的图号、零件名称、材料、主要尺寸等。

(2)工艺过程设计模块：进行加工工艺流程的决策，产生工艺过程卡，供加工和生产管理部门使用。

(3)数控(NC)加工指令生成模块：根据工艺过程设计中提供的刀位文件，调用NC代码库中适用于具体机床的NC指令系统代码，产生NC加工控制指令。

(4)输出模块：可输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其他相关的文档。

(5)加工过程动态仿真：对所产生的加工过程进行模拟，检查工艺的正确性。4.1.3CAPP的基本类型

CAPP就其工作的原理，一般可以分为以下五类：

(1)变异式CAPP。

(2)创成式CAPP系统。

(3)综合式CAPP系统。

(4)交互式CAPP系统。

(5)智能式CAPP系统。4.1.4CAPP的基础技术

一个完善的CAPP系统，需要一些基础的技术支持，它们包括：

(1)成组技术GT(GroupTechnology)。

(2)零件信息的描述和获取。

(3)工艺设计决策机制。4.1.5CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用

从20世纪80年代后期开始，机械制造业向CIMS方

向发展，CAD/CAM的集成化是一个亟待解决的问题。

从某种意义上说，CAD/CAM系统集成实际上是CAD/CAPP/CAM系统集成。4.1.6CAPP的发展趋势

1. CAPP的集成化发展方向

集成化是CAPP的一个非常重要的发展趋势。这也就是前面提到的CAD/CAPP/CAM三者之间的集成。CAPP向前与CAD集成，向后与CAM集成。

2. CAPP的智能化趋势

目前，人工智能技术、专家系统技术在计算机领域已经成为比较成熟的技术。对专家系统而言，其各种知识表示方法、逻辑推理决策方法都达到了比较实用的程度。此外，CAPP系统本身的发展，特别是创成式系统的发展，使智能化成为了当前CAPP系统发展的一种趋势。

4.2成组技术

4.2.1成组技术概述

目前，成组技术GT(GroupTechnology)还没有一个统一的定义，可以从不同的角度和方面来理解。对于成组技术，国内外使用较多的一种定义是：将企业生产的多种产品、部件和零件，按照特定的相似性准则，进行分类归族，并在分类的基础上完成产品生产的各个环节，从而实现产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。4.2.2零件的分类编码及编码系统

1.零件的分类编码

在企业的生产过程中，工程图可以详尽地描述一个产品或零件的全部信息和数据，为制造者提供加工零件的全部工艺决策信息。但是，如果采用计算机来处理这些信息，计算机很难识别，必须要用计算机能够识别和处理的代码来描述这些信息。

2.零件分类编码系统简介

迄今为止，世界上已经有几十种用于成组技术的机械零件编码系统，但是无论采用何种零件编码系统，它们绝大多数都不能详尽地描述零件的全部信息，这是由零件的类别和结构的复杂性所决定的。比较通用的零件编码系统仍然在研究当中。

3.零件族

利用成组技术在研究零件分类时，一般采用零件族的概念。这里首先介绍一下零件族的概念。零件族是具有某些共同属性的零件的集合。

采用不同的相似性标准，可以将零件划分为不同属性的零件族。根据分类的目的和要求，制定相应的相似性标准，可以将零件分为设计族、加工族、数控族和管理族等。与工艺设计相对应的自然就是零件的加工族。各种零件族的相似性特征及应用见表4-1。

4.零件分类、编码和分类系统

成组技术的关键工作就是将零件分类归并成上述各种零件族。零件分类方法还在不断地研究和发展，目前和今后的一段时期里，编码分类方法仍会在生产中占据重要地位。

1)编码的目的

2)编码的作用4.2.3成组技术在工艺规程设计中的应用

1.编制机械加工工艺规程中存在的问题

长期以来，对多品种生产而言，编制零件工艺规程中存在两个主要问题：

(1)编制零件工艺工作的重复性。

(2)同类零件的工艺多样性。

2.工艺标准化和成组工艺

1)工艺标准化思想及典型工艺

2)成组工艺

3)成组工艺设计方法

4.3零件信息的描述与输入

4.3.1CAPP系统对零件信息描述技术的要求

简明、准确地描述零件信息，以适合计算机处理，并与实际生产应用相一致，是实现CAPP的前提条件，同时对于CAPP系统的输出质量和运行效率也具有决定性影响。

1.零件分类编码描述法

在早期的CAPP系统中，一般采用零件分类编码系统，输入零件的编码以及一些补充信息，用零件编码来粗略描述零件的形状、尺寸、精度等信息。

2.形面要素描述法

为了达到详细描述零件的目的，可以把一个零件看做由若干个基本的几何要素所组成，这些几何要素分为主要形面要素、次要形面要素和辅助形面要素。

3.图论描述法

图论描述法主要是利用图论的基本原理来描述零件的结构形状，即用节点来表示零件的形状要素，并将这些形状要素赋以固定代码。

4.面向零件特征要素法

面向零件特征要素法主要用来描述比较复杂的非回转体类零件。

5.拓扑描述法

从拓扑学的角度讲，三维零件包括有限数量的元素，如点、线、面，这些元素可以看成是一些单元，因此一个零件可以用一组单元来表示，这就是拓扑描述法。

6.直接与CAD系统连接

从20世纪80年代后期开始，计算机集成制造系统(CIMS)发展得很迅速，要求克服常规的零件信息描述方法中输入频繁、效率低的缺点，因此提出了将CAPP与CAD系统直接连接的方法，使得CAPP系统所需的各种信息直接来源于CAD系统，避免频繁的手工输入。4.3.3回转体类零件信息的描述与输入

1.基本方法

首先把零件的整体分解为若干个最基本的几何要素，分别对它们加以描述，再输入零件的热处理、形位公差信息，使得计算机识别这些方法，得到相应的加工方案。形面要素法最大的特点是对几乎固定不变的形面要素进行各种不同的组合，就可以描述各类零件形状。

2.形面要素的划分

在形面要素的划分中，应该结合具体产品的类型尽可能减少特征的数量，从而以较少的形面特征组成较多的产品类型，以达到简化操作、增加通用性的目的。划分的时候不一定过于详细和全面。4.3.4非回转体类零件信息的描述与输入

1.基于特征的信息分析

零件的图样信息包含两个方面，即零件的几何信息和工艺信息。零件的具体信息树如图4-1所示。图4-1零件的信息树示意图按照基于特征的造型方法来设计零件，是根据零件本身具有工程意义的体素(如孔、槽、相交面)来描述和构成零件。这种方法在设计时不仅能给出零件的结构信息和几何信息，同时也包含了制造和工艺信息。

图4-2是箱体类零件的特征分解图。图4-2箱体类零件的特征分解图

2.基于特征的方位描述原理及实现

基于特征的方位描述从以下两个方面来描述零件：一是描述零件各组成表面本身的几何信息(形状、尺寸等)和工艺信息(精度、表面粗糙度等)；二是描述各组成表面之间的相互位置关系与连接次序的拓扑信息。4.3.5CAPP系统的输出

1.工艺规程

工艺规程的内容一般包括表头信息和零件的加工过程描述两部分。表头信息一般包括零件名称、图号、材料(有时候还包括零件的成组编码等)。零件的加工过程描述包括较为详细的加工步骤叙述、工序尺寸、工具、切削参数和机床调整信息等。

2.工序图

一般来说，工序图应能清楚地表达被加工零件的类型、名称、定位基准、工序尺寸、对刀点等。对于形状比较简单的回转体类零件，工序图可以随着工艺过程的生成而逐步生成，也可以在工艺过程生成的同时生成数据文件，然后通过专门的CAD系统绘制出工序图。

4.4CAPP系统设计简介

计算机辅助工艺设计的目的就是要用计算机来自动地生成工艺，要求它能在读取零件加工信息后自动生成和输出