计算机辅助工艺规划

零件族的划分 – (1)零件编码（代码化）
将零件属性以数字代码表示 编码可以采用手工或计算机 计算机辅助编码是将零件信息输入经分类后生成零件
代码。
– (2)零件分组
确定相似性准则，根据零件特征相似性进行分组
典型(复合)零件的设计 和典型工艺过程的编制
典型零件又叫主样件，包含一组零件的全 部形状要素，有一定尺寸范围和工艺特征。
(1)典型(复合)零件的设计
– 为使典型零件覆盖整个零件族的结构和工艺特 征，应对这些特征进行频谱统计分析，频数大 的特征必须反映到典型零件中
– 品种少的零件族，以最复杂的零件为基础，再 添加其他特征；
– 品种多的零件族，先分成几个小零件族，再组 合成一个典型零件。
(2)工艺规程的编制：
– 典型工艺应满足该零件族所有零件的加工要求， 并反映工厂的实际工艺水平，尽可能合理可行。
精度0.2~0.3? Y
Y 精度>0.3? N
Y
精度<0.2? Y
N
N
Y
N
精度0.3~0.4?
Y
精度>0.4?
Y
N
精度<0.3?
直径<120?
N
Y N
Y
精度>0.4?
N 直径<260?
精度<0.4? Y
N
N
Y
N 精度>0.6?
Y
精度<0.6? N
回转体零件加工决策树
N
方案1 方案2 方案3 方案4
决策树
用树状结构来描述和处理“条件”与“动作”之 间的关系。
决策树由树根、节点、分枝组成，分枝上的数值 表示向一种状态转换的可能性或条件。条件满足， 动作沿分枝向前传递(AND);不满足则转向另一分 枝(OR)。每一分枝终点是方案，从树根到终端的 一条路径表示一条决策规划
容易建立和维护，较直观，便于扩展和修改，便 于编程
判别所在零件族，找出该族的典型工艺，进行修改， 输出工艺文件
生成工艺
– 不属于上述２种的零件工艺，可利用计算机工艺决策 系统生成工艺。
– CAPP系统包含某类零件的全部内容，创成式
6.3.1 CAPP的零件信息描述和输入
零件信息输入是基础，零件信息的描述是计算机 辅助工艺过程设计的关键。
零件信息描述
– 1966年挪威研制AUTOPROS，是世界上第一个 CAPP系统，用成组技术代码描述零件信息
– 美国等其他国家也研究CAPP系统并投入使用
国内：
– 20世纪80年代我国在应用推广的基础上，开始研究 CAPP系统
6.2.3 CAPP的经济效果
提高工作效率，加快设计速度，缩短生产准 备周期。
工艺规程； 6. 存储设计结果并输出。
6.3.3 创成式CAPP系统
根据所获得的零件信息，依靠系统的工艺 数据和决策方式自动生成零件的工艺规程， 又称生成式。
自动产生零件加工所需的各个工序和加工 顺序
自动提取制造知识，完成机床选择、工具、 夹具、量具的选择和加工过程最优化
通过应用工艺决策逻辑，模拟工艺设计人 员的决策
2）模糊逻辑
模糊逻辑又称模糊推理，它用模糊逻辑模 型进行多个相关因素的综合推理，处理模 糊的、不完全的甚至是矛盾的信息。
计算机辅助工艺过程设计所涉及的知识领 域经常有许多不确定性，利用模糊逻辑推 理决策是比较合适的方法。
3）神经网络
神经网络是研究人脑的工作过程，如何从 现实世界获取知识、运用知识的一门新兴 学科。
零件工艺的３种类型
– 标准工艺： （简单的，工艺相对固定的零件） – 典型工艺：（种类多、数量大的零件） – 生成工艺：不属于上述２种的零件工艺。
标准工艺：
比较简单的，工艺相对固定的零件 CAPP利用检索系统查出相应工艺
典型工艺：（种类多、数量大的零件）
– 可以用成组技术进行分组、分类，形成零件族的零件 – 对每个零件族设计出一个代表零件及其工艺 – 使用时可根据零件的具体结构对典型工艺进行修改 – CAPP系统利用派生式系统，输入零件成组技术代码，
有专家系统、模糊逻辑、神经网络等方法
1）专家系统
专家系统有知识库、推理机、数据库、知 识获取工具和用户输入输出接口等组成。
专家系统的工作过程：明确待解决问题， 提取知识库中相应的事实和规则，进行推 理，作出决策。
专家系统重在推理，不是检索、查找、搜 索、存储答案，而是存储进行推理的知识 和能力。
工序图的生成与绘制
工序图的生成与绘制是CAPP系统研制和开发的一个 关键性技术难题。是一种动态的过程。
当工件形状、尺寸改变时，相应的绘图信息参数也要 改变。
工序图实际上是结合零件图形信息和工艺信息过程。 从功能上看，工序图生成可分为信息转换、图形生成、
度和表面粗糙度。表6-31孔
加工顺序的安排
– 与加工质量、生产率和经济性有关 – 首先要考虑的是工艺基准面，尤其是定位基准，按粗精
加工原则进行 – 加工工序、热处理工序等按实际处理。
机床及工艺装备的选择
机床选择对加工质量、生产率、经济性均有很 大影响，与加工方法、切削力、切削功率、机 床利用率都有关系。
减少工艺设计费用，降低制造成本。表6-25 提高经济效益，应分为直接和间接的。
– 直接的表6-26 – 间接的体现在采用CAPP后，产品的信誉、市场
的占有率、返修率等指标
工艺设计的一致性、标准化，减少人为的计 算误差。
6.3 CAPP工作原理
CAPP系统按工作原理分：
– 检索式，派生式和创成式 – 它们的基础是零件工艺的３种类型
– 数学模型法是通过大量的实验参数建立数据库。包 括工件材料、刀具材料、刀具耐用度、冷却液等参 数。
– 切削用量选择时，先根据表面质量要求初选切削深 度和进给量；再按切削力的限制计算进给量，再刀 具寿命计算切削速度、切削功率。若计算结果不能 满足表面质量，修改进给量。直到满足加工精度、 表面粗糙度、刀具寿命。
(4)有利于计算机集成制造
– 产品设计、制造信息的接口完善，有利于 CAD/CAM 集成制造。
6.2.2 CAPP的发展概况
1946年第一台计算机出现后，人们不断地将计 算机技术引入机械制造行业，但与CNC和CAD 相比，CAPP涉及的可变因素多、随机性大、 数学模型难，长期手工编程。
国外：
– 数学模型分为：系统性数学模型、随机性数学模型、 模糊性数学模型
– 某些影响因素较多的复杂工艺设计，可采用模糊数学 的推理方式求解。
3 种决策数学模型
系统性数学模型
– 这类模型所对应的实体对象及其关系具有确定性， 可连续型、也可离散性，用函数、方程、矩阵、 网络图求解。
随机性数学模型
– 这类模型所对应的实体对象及其关系具有随机性， 用概率论、数理统计等方法进行描述和求解。
当有基准转换时，要进行工序尺寸换算，可通 过数学模型求解；
1）建立尺寸联系矩阵；反映毛坯尺寸、工 序尺寸、最终尺寸及其联系的数学模型。
2）建立尺寸链矩阵；便于计算机查找。
3）计算工序尺寸偏差
切削用量的确定
切削用量的三要素：切削速度v，进给量f，切 削深度ap.
通常采用数学模型法和查表法来决策。
– 零件信息包括两方面：几何信息和工艺信息 – 按组成结构分：分类法、型面法、形体法等（表6-27） – 从描述结构分：编码描述、语言描述、数学描述。
零件信息输入
– 人机交互式信息输入 – 从CAD系统中提取零件信息。这要求统一的数据交换
标准和数据管理规定。
6.3.2 派生式CAPP系统
利用成组技术中的零件相似性原理进行设计，通过 编辑、修改相似零件的典型工艺，派生出新零件的 工艺过程。也称变异法、样件法
制定工 艺流程
标确 识定 工毛 件坯 材类 料型 类 别
外内 部部 特特 征征 元元 素素
确定 毛坯 尺寸
选确 择定 表工 面艺 的流 各程 准内 备容 工 序
工序设计
工 机 选 通用 专用 工序 工
序 床 择 工夹 工夹 内容 序
规 选 装 量具 量具 设计 图
则 择 夹 选择 设计
设
方
规划
计
式
确定工序中各工 步的内容和次序
人工神经网络是人脑部分功能的某些抽象 简化的模拟。在不同程度和层次上模仿人 脑神经系统的信息存储、检索、处理等工 作，形成神经网络计算机。
形成智能CAPP
2.创成式CAPP系统的工序设计
从零开始由软件系统根据零件信息直接生成一个新 的工艺规程
切削表面加工方法的选择
– 将零件信息与工厂的加工能力信息进行匹配的过程 – 所谓加工能力的信息是指各种加工方法能达到的经济精
工步 设计
选择加 确定工 选择切 工余量 艺尺寸 削用量
工艺过程设计的决策方式主要有
– 数学模型决策 – 逻辑推理决策 – 智能思维决策
数学模型决策
– 建立数学模型并求解。
– 工艺过程设计中，以数值计算为主的问题可用这一方 式计算。
– 在表6-28中，加工工艺的工序间尺寸和余量计算；工时 研究和工时定额计算；生产周期设计；生产成本中的 材料成本、设备成本、加工维持费用和劳动工资计算 都可以使用数学模型决策方式。
计算机辅助工艺规划
6.2.1计算机辅助工艺过程设计的 意义
(1)代替工艺设计人员的手工劳动
– 传统工艺设计需要丰富经验，大多数是重复劳动。
(2)提高工艺过程设计的质量
– 人工编制工艺受个人经历、习惯、技术水平影响， 不稳定。
(3)设计周期短、效率高
– 计算机响应速度快、设计周期短，提高市场竞争、 降低生产费用。
– 对零件组内各零件的工艺要仔细分析、概括、 总结，要考虑各种因素并征求有关人员意见。
– 典型工艺要包含详细的工序内容。
– 以数据库的形式存放典型工艺，以便存储、检 索、编辑、百度文库出。
3. 工艺规程的生成和编辑
1. 对设计零件按所选分类编码系统进行编码， 完成对零件的描述；
2. 输入零件信息； 3. 检索并判断新零件属于的零件族； 4. 调出典型工艺，包括工艺路线和工序内容； 5. 对典型工艺进行修改编辑，生成新零件的
1. 工艺决策
工艺决策是一项复杂的多层次、多任务的 决策过程。如下图
涉及到选择、计算、规划、绘图以及文件 编辑等工作。
影响工艺决策的因素很多，涉及面广，实 际应用中不确定性较多。
计算机辅助工艺的核心是研究设计中各类 问题的决策规律和方法，探索计算机求解。
工艺设计任务树 工艺设计
确定毛 确定表面 坯类型 特征元素
模糊性数学模型
– 这类模型所对应的实体对象及其关系具有模糊性， 可用模糊集论与模糊逻辑等进行描述和求解。
逻辑推理决策
在工艺过程设计中，加工方法的选择、机床设备 选择、刀具选择以及工序安排等都可用逻辑决策。
常用决策数和决策表来描述或规定条件与结果相 关联的方法
表6-28中，加工工艺的结构工艺研究，工艺路线 设计，工艺方法选择、工艺装备的机床选择，刀 具选择，夹具选择、工厂车间的工作地设计、供 应计划的材料，生产设备，工艺装备和劳动力需 求、生产周期的节拍时间设计都可采用逻辑推理 决策。
方案1 方案2 方案3
方案4
方案1 方案2
方案3 方案1 方案2
方案3
决策表
1. 用符号描述事件之间逻辑关系的一种表格。 左上方是条件，左下方是动作右上方是条 件组合，右下方是决策动作。（如图6-19）
2. 分类：限定条件决策表，表6-29；扩展条 件决策表，表6-30，其条件只是辩识.
3. 性能：必须考虑决策的完整性、准确性、 冗余性、一致性。
机床选择是将CAPP内机床信息与零件信息、 加工信息相比较，作出决策。
工艺装备(刀具、夹具)的选择也是在零件信息、 零件加工方法信息和工艺装备数据库中的信息 比较后，作出决策。
没有现成的通用工装时，CAPP应设计专用工 装。
加工余量的确定通常用分析计算法、查表法和 经验法来进行。
工序尺寸及公差的确定：一般采用“由后向前” 的方法，先确定最终工序的尺寸和公差，再按 加工余量推算前道工序的尺寸，公差按每道工 序加工方法的精度来给出。
图6-19 决策表结构
条件组合
Ｃ１
Ｔ
Ｔ
Ｆ
条件 Ｃ２
Ｆ
Ｔ
Ｔ
Ｃ３
Ｆ
Ｆ
…
Ａ１
Ｘ
１
动作 Ａ２
２
Ｘ
…
决策动作
智能思维决策
有些决策需要工艺人员的经验和能力，可 使用计算机的人工智能系统，具有语言、 学习、推理、联想和解决问题的能力。
表6-28显示在加工工艺的定位基准选择，工 艺装备的专用机床、刀夹量具设计，工厂 布局设计、车间工段设计中应用智能思维 决策。