第6章 计算机辅助工艺设计

§6.1 概述
零件信息的描述与输入
零件信息的描述和输入是CAPP系统的重要组成部分。 零件信息常用的输入方式主要有人机交互输入和从CAD 造型系统提供的模型中直接获取两种方法。 零件信息主要包括零件的几何信息和工艺信息，还有生 产管理信息。
§6.1 概述
零件信息的描述方法
（1）零件分类编码描述法 是基于成组技术原理，方法简单，适用于变异式CAPP系统，无 法完整的描述零件的具体形状、尺寸、精度等信息，当码位很长时 编码效率低。又出现了柔性编码法。 （2）形状特征描述法 任何零件都由一个或若干个形状特征组成，如圆柱面、圆锥面、 螺纹、槽等，按一定顺序输入计算机。 根据零件特征，以具有明显的工程语义的实体来描述零件。在 许多CAPP系统中得到应用。 （3）直接从CAD系统获得零件信息 将CAPP与CAD系统直接相连，使CAPP所需的各种信息直接来源于 CAD系统。
CAPP技术的发展
1969年，挪威工业公司开发AUTOPROS系统，是最早的 CAPP系统。该系统以成组技术为基础把零件分类归并成族， 制定出各零件族相应的典型工艺过程，根据每个零件的具体 信息生成工艺规程，称为派生式CAPP。这类系统开发周期短、 费用低、易于取得实效，适用于中小企业。
20世纪70年代后期，创成式CAPP成为研究重点。采用一 定的逻辑算法，对输入的几何要素等信息进行处理，并确定 加工要素，自动生成工艺规程。
开目CAPP
§6.2 CAPP系统的工作模式
变异式CAPP系统
工作原理 变异式CAPP系统利用成组技术原理，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，即典型工艺规程，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规程，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 要的工艺规程。
§6.1 概述
CAPP系统的结构组成
人机交互界面
零件信息 获取
工艺决策
工艺文件 管理/输出
零件 信息库
工艺 数据库
工艺 文件库
§6.1 概述
CAPP系统的分类
CAPP系统目前常用的可分为变异式、创成式和综合 式三大类。 变异式（也叫派生式、修订型）：理论基础比较成熟， 应用也较成熟，目前已开发的大部分的CAPP系统都属于 这种类型。 创成式：利用创成原理开发应用系统困难较大，理论不 太完善。在已开发的大部分应用系统只是部分应用了创 成法原理。 综合式：也称半创成式CAPP系统，综合派生式CAPP和创 成式CAPP的方法和原理。
§6.1 概述
CAPP与先进制造系统的其他子系统的联系 MIS
CAD
CAPP
CAM
MAS
工装CAD
CAQ
CAPP与其他子系统的信息流
§6.1 概述
为现代制造系统集成提供技术桥梁 CAPP系统接受计算机辅助设计（CAD）系统的产品几 何拓扑、材料信息以及精度、表面粗糙度等工艺信息；向 CAD系统反馈产品的结构工艺性评价信息。 向计算机辅助制造系统（CAM）提供零件加工所需的 设备、工装、切削参数、加工过程以及反映零件切削过程 的刀具轨迹文件；同时接收CAM反馈的工艺修改意见。
§6.2 CAPP系统的工作模式
零件族的分类 怎样将大量的零件分类成组形成零件族，是成组技术要解 决的关键问题之一，通常有三种方法： １）直接观察法 是通过人工方式来识别零件进行分类成组的。这种方法 往往需要有实际经验的工程技术人员来完成，和人员的知识水 平关系密切，分类粗糙、不准确。 ２）分类编码法 是通过分类编码系统对零件进行分类。这种方法首先将 待分类的零件进行编码，利用编码所反映的零件特征来确定零 件的相似性，从而将零件进行分组。 ３）生产流程分析法 是通过对现有零件的加工工艺流程进行分析，把具有相 似或相同加工工序和加工工艺流程的零件聚合在一起构成零件 族（工艺族）。
§6.1 概述
CAPP技术现状
CAPP从上世纪60年代末期研制，到目前已研制 了很多CAPP系统，其中有不少的系统投入了实际使 用中。但目前世界各国的CAPP系统还主要用于回转 类零件、棱柱类零件和板块类零件的工艺设计，适 用于非回转类零件的CAPP系统很少，且多用于单件 小批量生产类型。
§6.1 概述
§6.2 CAPP系统的工作模式
零件分类编码 零件分类编码是指利用成组技术正确抽 出零件图纸中为制定工艺过程所必需的必要 信息。由代表设计或制造的特征符号组成。 符号代码可以是数字，也可以是字母，或两 者都有。
§6.2 CAPP系统的工作模式
编码结构 三种基本编码结构： （1）层次结构 后级符号的意义取决于前级符号的值。是一种树状结 构，也称单码结构。 （2）链式结构 码位上每个数字代表的含义是固定的，与其它各位的 码值无关，亦称多码结构。 （3）混合结构 层次结构和链式结构的综合应用。
§6.2 CAPP系统的工作模式
变异式CAPP系统
零件族 矩阵文件 典型 工艺文件 变异规则
应用程序
零件GT编码及 辅助信息输入
检索 零件族
检索典型 工艺
自Leabharlann Baidu 变异
加工参数 处理计算
工艺规程
格式化 输出
工艺规程
交互 编辑
§6.2 CAPP系统的工作模式
成组技术（Group Technology）
JLBM－1系统是原机械工业部开发的，一个十 进制15位代码的混合结构分类编码系统。结合了 Opitz系统和KK－3系统。
§6.2 CAPP系统的工作模式
JLBM－1系统的基本结构
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§6.2 CAPP系统的工作模式
Opitz系统和KK－3系统、JLBM－1系统都是 刚性编码系统。 柔性编码系统：是指分类编码系统横向码位 长度可以根据描述对象的复杂程度而变化。 柔性编码＝固定码＋柔性码 固定码描述零件综合信息，柔性码主要描述 零件各部分详细信息。 计算机自动柔性编码系统
§6.1 概述
国内CAPP研发与应用简介
国内多数采用变异式CAPP原理，目前国内尚没有 较成熟的、实用的创成式CAPP 系统供企业使用。 国内的CAPP软件： 1、机械加工工艺手册（软件版） 2、金叶CAPP 3、开目CAPP 4、天河工艺设计（TH-CAPP）
§6.1 概述
开目CAPP
§6.1 概述
§6.1 概述
CAPP系统
工艺卡
图纸
要解决上述两个主要问题的有效途径就是利用计算机来进 行工艺过程设计工作，即计算机辅助工艺过程设计CAPP。CAPP 就是利用计算机来完成工艺设计工作中的部分或全部工作，包 括拟定工艺路线、选择机床及工夹量具、计算切削用量、确定 工时定额等。 CAPP能迅速编制出完整而详尽的工艺文件，可以使工艺人 员从繁重的重复性工作中解脱出来，同时可很好地保证工艺的 一致性。
§6.1 概述
向工装CAD提供工艺过程文件和工装设计任务书。 向管理信息系统（MIS）提供工艺过程、设备、工装、 材料定额等信息 。同时，接收MIS的信息。 向制造自动化系统（MAS）提供各种加工工艺过程文件、 所需的工艺装备以及NC加工指令等信息。同时，接收MAS 的信息。 向质量保证系统（CAQ）提供工序、设备、工装、检测 等工艺数据，以生成质量控制计划和质量检测规程。同时 接收CAQ反馈的数据。
§6.2 CAPP系统的工作模式
变异式CAPP系统的主要功能模块
1、零件信息检索 2、零件信息输入 3、零件成组编码 4、典型工艺搜索模块 5、工艺编辑模块 6、工艺设计过程管理 7、工艺文件输出 8、CAPP相关工具
§6.2 CAPP系统的工作模式
变异式CAPP系统的特点和应用
是以成组技术为理论基础，理论上比较成熟； 变异式CAPP系统问世较早，应用范围较广，有较好的实 用性。 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。 与常规手工工艺设计方法类似，集成和应用了企业较成 熟的传统工艺，但系统的柔性较差。 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，不适宜采用变异式CAPP系统。
成组技术的基本原理是对相似的零件进行识别和分组， 将相似的零件划分在一起形成所谓的零件族，并在设计和 制造中充分利用这些相似特征，以获得所期望的技术经济 效益。 零件的相似性有两类：设计性质方面的相似性和制造 方面的相似性。它的应用不仅仅局限于机械加工领域，也 可用于产品零件设计、工艺设计、工厂设计、市场预测、 劳动量测定、生产管理等各个领域，是一项贯穿整个生产 过程的综合性技术。
CAPP的概念
计算机辅助工艺设计，即 Computer Aided Process Planning，简称CAPP，是通过计算机技术辅助工艺设计人 员，以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技 术过程，即工艺规程。 CAPP的广义概念：即CAPP的一头向生产规划最佳化及 作业计划最佳化发展，作为MRP-Ⅱ的一个重要组成部分； CAPP向另一头扩展能够与物流系统相联，生成NC加工控制 指令，以控制物流或加工过程。
§6.2 CAPP系统的工作模式
常用的分类编码系统
Opitz系统是一个十进制九位代码的混合结构分 类编码系统。它由德国亚琛（Aachen）工业大学 H.Opitz教授提出的，在成组技术领域是最著名的 分类编码系统。 KK－3系统是日本通产省机械设计研究所提出的 草案，是十进制21位代码的混合结构系统。
§6.1 概述
20世纪80年代中期，创成式CAPP系统的研究转向具有人 工智能的专家系统方面，这是CAPP未来的发展趋势。系统可 以模仿工艺专家的逻辑思维方式，利用专家的知识对非确定 性的工艺过程设计进行逻辑决策。目前，各国学者正致力于 专家系统的实用化和工具化。 目前，CAPP系统主要应用于零件的机械加工方面，但 已逐渐向其它工艺领域扩展，如热处理、锻造、焊接、冲压 和装配等，应用前景是广阔的。
第六章
计算机辅助工艺设计
§6 计算机辅助工艺设计 本章要点
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概述 CAPP系统的工作模式 基于知识的CAPP系统
§6.1 概述
CAPP的由来
长期以来，工艺过程设计工作都是采用手工方式逐件 进行零件工艺设计，工艺设计的质量在很大程度上取决于 工艺人员的个人主观因素。所以，工艺设计工作既富于极 大的灵活性，又缺乏慎密的科学性，带有很强的个人经验 色彩。 传统的工艺设计方法是逐件地设计企业自制基本零件 的工艺，这样设计得到的零件工艺称为单独工艺。传统的 设计设计方法带来了两个主要问题： 1）工艺设计工作的重复性 2）同类零件的工艺多样性
§6.2 CAPP系统的工作模式
零件族 将具有相似的几何形状结构和尺寸，或将具有相似的加 工步骤的零件聚集在一起，就可以构成零件族。零件族中的 零件，其相似性是主要的，不同之处只是少量的。根据相似 性可将零件族区分为设计族和工艺族。
几何形状相似的零件族
§6.2 CAPP系统的工作模式
工艺相似的零件族
§6.1 概述
CAPP发展趋势
早期的CAPP系统，以工艺卡片的检索为主（变异式 CAPP系统）。 创成式CAPP系统，半创成式CAPP系统。 80年代中期开始CAPP专家系统的研究工作。
CAPP的应用范围：工艺设计、工序设计、工装设计等。 CAPP的发展趋势：集成化、通用化、智能化。
§6.1 概述
§6.2 CAPP系统的工作模式
成组技术的优点： １）有利于零件设计的标准化，减少设计工作的重复性。 利用成组技术的相似性原理，在对零件进行分类成组的基础上， 可以将零件族存储起来。在设计时，检索出相似的零件族，经过编辑 修改而形成新的零件，这样不仅可以大大减少设计工作量，还可以最 大限度地利用已有的设计信息。 ２）有利于工艺设计的标准化。 在对零件进行分类成组时，是以工艺相似性为特征进行分类。 ３）有利于降低成本、简化生产计划、缩短生产周期。 成组技术可以使零件图的种类减少、结构相似性增加，零件工艺 规程数量减少，机床调整准备时间缩短，工艺装备种类减少、机床利 用率显著提高。统计表明，采用成组技术后，零件设计工作量减少50%， 零件图纸减少10%，车间面积减少20%，加工设备数量减少60%，原材料 费用降低40%，生产准备时间减少70%。