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1、第第9章计算机辅助工艺过程设计章计算机辅助工艺过程设计(CAPP)第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术 第二节计算机辅助工艺规程设计第二节计算机辅助工艺规程设计第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术成组技术原理成组技术原理 成组技术成组技术(GT)是一种将工程技术与管理技术集于一体的生是一种将工程技术与管理技术集于一体的生产组织管理方法体系，产组织管理方法体系，CAPP系统的研究和开发与成组技术密系统的研究和开发与成组技术密切相关。成组技术的实质是利用事物之间的相似性，将许多切相关。成组技术的实质是利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并利用大致相同
2、的方法具有相似信息的研究对象归并成组，并利用大致相同的方法来解决这一组研究对象的设计和制造问题。来解决这一组研究对象的设计和制造问题。近几年来，科学技术飞速发展，市场竞争日趋激烈，机械近几年来，科学技术飞速发展，市场竞争日趋激烈，机械产品更新速度越来越快，产品的品种增多，而每种产品的数产品更新速度越来越快，产品的品种增多，而每种产品的数量却不多，如何运用规模生产方式组织中小批量产品的生产，量却不多，如何运用规模生产方式组织中小批量产品的生产，一直是广为关注的重大研究课题。成组技术就是针对多品种，一直是广为关注的重大研究课题。成组技术就是针对多品种，中小批量的机械产品生产而发展起来的一种先进制造
3、技术。中小批量的机械产品生产而发展起来的一种先进制造技术。零件分类和编码是成组技术的两个最基本概念。根据零件零件分类和编码是成组技术的两个最基本概念。根据零件特征将零件进行分组的过程是分类特征将零件进行分组的过程是分类;给零件赋予代码则是编码。给零件赋予代码则是编码。对零件设计来说，由于许多零件具有类似的形状，可将它们对零件设计来说，由于许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族，设计一个新的零件可以通过修改一个现有同归并为设计族，设计一个新的零件可以通过修改一个现有同族典型零件而形成。族典型零件而形成。下一页 返回第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术对加工来说，由于同族零件要求
4、类似的工艺过程，可以组建对加工来说，由于同族零件要求类似的工艺过程，可以组建一个加工单元来制造同族零件，对每一个加工单元只考虑类一个加工单元来制造同族零件，对每一个加工单元只考虑类似零件，就能使生产计划工作及其控制变得容易些。所以，似零件，就能使生产计划工作及其控制变得容易些。所以，成组技术的核心问题就是充分利用零件上的几何形状及加工成组技术的核心问题就是充分利用零件上的几何形状及加工工艺相似性进行设计和组织生产，以获得最大的经济效益。工艺相似性进行设计和组织生产，以获得最大的经济效益。二、零件分类编码系统二、零件分类编码系统 对所加工零件实施分类编码是推行成组技术的基础，零件对所加工零件实施
5、分类编码是推行成组技术的基础，零件的分类编码就是由数字来描述零件的几何形状、尺寸和工艺的分类编码就是由数字来描述零件的几何形状、尺寸和工艺特征。这样，在采用计算机来处理这些信息时，就能识别和特征。这样，在采用计算机来处理这些信息时，就能识别和处理这些分类代码所描述的信息，在设计或选用一种编码系处理这些分类代码所描述的信息，在设计或选用一种编码系统时应满足以下要求统时应满足以下要求:(1)每项特征代码应有明确的含义，并必须保证代码意义的每项特征代码应有明确的含义，并必须保证代码意义的唯一性。唯一性。(2)系统的信息容量与特征项日足够。系统的信息容量与特征项日足够。(3)能满足企业内部各部门的要求
6、。能满足企业内部各部门的要求。上一页 下一页 返回第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术(4)结构紧凑，便于掌握，能适应计算机处理。结构紧凑，便于掌握，能适应计算机处理。至今为止，世界上已有几十种用于成组技术的机械零件编至今为止，世界上已有几十种用于成组技术的机械零件编码系统，应用最广的是奥匹兹码系统，应用最广的是奥匹兹(opitz)分类编码系统。该系统分类编码系统。该系统是是1964年原西德年原西德Aachen工业大学工业大学H.OPITZ教授领导开发的，教授领导开发的，很多国家以它为基础建立了各自的分类编码系统，如日本的很多国家以它为基础建立了各自的分类编码系统，如日本的KK-3
7、系统以及我国的系统以及我国的JLBM一一1系统。以下介绍我国的系统。以下介绍我国的JLBM一一1系统。系统。JLBM一一1系统是我国机械行业于系统是我国机械行业于1984年制定的机械零件编年制定的机械零件编码系统，该系统由名称类别码、形状及加工码和辅助码共码系统，该系统由名称类别码、形状及加工码和辅助码共15个码位组成，每一码位包括从个码位组成，每一码位包括从0到到9的的10个特征项号，详见个特征项号，详见图图9-1和和表表9-1、表表9-2、表表9-3、表表9-4、表表9-5。有了零件分类编码系统，就可以对零件进行编码，有了零件分类编码系统，就可以对零件进行编码，图图9-2给给出了两个零件的
8、编码示例。出了两个零件的编码示例。三、零件分类成组方法三、零件分类成组方法 上一页 下一页 返回第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术生产流程分析通常包含以下四方面的内容生产流程分析通常包含以下四方面的内容:(1)工了流程分析建立车间与零件的对应关系工了流程分析建立车间与零件的对应关系 (2)车间流程分析建立制造单元与零件的对应关系车间流程分析建立制造单元与零件的对应关系 (3)单元流程分析建立加工设备与零件的对应关系单元流程分析建立加工设备与零件的对应关系 (4)单台设备流程分析建立工艺装备与零件的对应关系单台设备流程分析建立工艺装备与零件的对应关系 根据以上对应关系，编制出最佳的
9、作业顺序，找出各个设根据以上对应关系，编制出最佳的作业顺序，找出各个设备组与对应的零件族。备组与对应的零件族。3.编码分类法编码分类法 根据编码系统编制的零件代码代表了零件一定的特征。因根据编码系统编制的零件代码代表了零件一定的特征。因此，利用零件代码就能方便地找到相同或相似特征的零件，此，利用零件代码就能方便地找到相同或相似特征的零件，形成零件族。代码完全相同的零件便可组成一个零件族，但形成零件族。代码完全相同的零件便可组成一个零件族，但这样会造成零件族数过多，而每个族内零件种数不多，达不这样会造成零件族数过多，而每个族内零件种数不多，达不到扩大批量，提高效率的目的。为此，应适当放宽相似性程
10、到扩大批量，提高效率的目的。为此，应适当放宽相似性程度。目前，常用的编码分类法有三种。度。目前，常用的编码分类法有三种。上一页 下一页 返回第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术(1)特征码位法。以加工相似性为出发点，选择几位与加工特特征码位法。以加工相似性为出发点，选择几位与加工特征直接有关的特征码位作为形成零件族的依据。例如，可以征直接有关的特征码位作为形成零件族的依据。例如，可以规定第规定第1,2,10,12,13等五个码位相同的零件划为一族，则编等五个码位相同的零件划为一族，则编码为码为151024301365533,152124301365543,1523132113555
11、33的的这三个零件可划为一族。这三个零件可划为一族。(2)码域法。对分类编码系统中各码位的特征码规定一定的码域法。对分类编码系统中各码位的特征码规定一定的码域作为划分零件族的依据。例如，可以规定某一族零件的码域作为划分零件族的依据。例如，可以规定某一族零件的第第1码位的特征码只允许取码位的特征码只允许取0,1，第，第2码位的特征码只允许取码位的特征码只允许取1,2,3等，凡各码位上的特征码落在规定的码域内的零件划为同等，凡各码位上的特征码落在规定的码域内的零件划为同一族。一族。(3)特征位码域法。这是一种将特征码域法与码域法相结合特征位码域法。这是一种将特征码域法与码域法相结合的划分零件族的方
12、法，选取特征性较强的特征码位并规定允的划分零件族的方法，选取特征性较强的特征码位并规定允许的特征码变化范围，以此为依据划分零件族。许的特征码变化范围，以此为依据划分零件族。上一页 下一页 返回第一节第一节CAPP系统的基础技术系统的基础技术四、成组加工工艺规程四、成组加工工艺规程 成组工艺不强求零件的结构形状必须完全相同，而只要一成组工艺不强求零件的结构形状必须完全相同，而只要一群零件的某道工序能在同一型号设备上、采用相同的工艺装群零件的某道工序能在同一型号设备上、采用相同的工艺装备进行少量的调整工作即能加工，便可归并成组，并在这道备进行少量的调整工作即能加工，便可归并成组，并在这道工序上加工
13、。如果有多个工序具有这种相似性，则可合并为工序上加工。如果有多个工序具有这种相似性，则可合并为成组工艺。成组工艺。编制成组加工工艺规程常用的方法有综合零件法和综合工编制成组加工工艺规程常用的方法有综合零件法和综合工艺路线法。艺路线法。1.综合零件法综合零件法 综合零件法是一种利用综合零件来设计成组工艺的方法。综合零件法是一种利用综合零件来设计成组工艺的方法。在一个零件族中，选择其中一个具有同族零件和全部待加工在一个零件族中，选择其中一个具有同族零件和全部待加工表面要素或特征的零件作为该族零件的代表零件，称为综合表面要素或特征的零件作为该族零件的代表零件，称为综合零件。综合零件可以是零件族内的一
14、个真实零件，也可以是零件。综合零件可以是零件族内的一个真实零件，也可以是人为综合的人为综合的“假想假想”零件。编制零件族成组加工工艺规程实零件。编制零件族成组加工工艺规程实际上就是编制该零件族内的综合零件的工艺规程，该工艺规际上就是编制该零件族内的综合零件的工艺规程，该工艺规程适合零件族内所有零件，只是有的零件可能没有其中一个程适合零件族内所有零件，只是有的零件可能没有其中一个工序工序(工步工步)或几个工序或几个工序(工步工步)。上一页 下一页 返回第二节计算机辅助工艺规程设计第二节计算机辅助工艺规程设计一、一、CAPP系统的功能及结构组成系统的功能及结构组成 1.CAPP系统的功能系统的功能
15、 CAPP (Cotnpuler Aided Process Planning)是应用计算机快是应用计算机快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动生成工艺速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动生成工艺文件的过程。文件的过程。LAPP能迅速编制出完整而详尽的工艺文件，大能迅速编制出完整而详尽的工艺文件，大大提高了工艺人员的工作效率，可以获得符合企业实际条件大提高了工艺人员的工作效率，可以获得符合企业实际条件的优化工艺方案，给出合理的工时定额和材料消耗，并有助的优化工艺方案，给出合理的工时定额和材料消耗，并有助于对工艺人员的宝贵经验进行总结和继承。于对工艺人员的宝贵经验进行总结和继承。
16、CAPP不仅能实现不仅能实现工艺设计自动化，还能把生产实践中行之有效的若干工艺设工艺设计自动化，还能把生产实践中行之有效的若干工艺设计原则及方法转换成工艺决策模型，并建立科学的决策逻辑，计原则及方法转换成工艺决策模型，并建立科学的决策逻辑，从而编制出最优的制造方案。从而编制出最优的制造方案。LAPP是连接是连接CAD和和CAM的桥的桥梁，是实现梁，是实现CAD/CAM以至以至CIMS集成的一项重要技术。集成的一项重要技术。CAPP系统一般具有以下功能系统一般具有以下功能:输入设计信息输入设计信息;选择工艺路线选择工艺路线;决定工序、机床、刀具决定工序、机床、刀具;决定切削用量决定切削用量;估算
17、工时与成本估算工时与成本;输输出工艺文件以及向出工艺文件以及向CAM提供零件加工所需的设备、工装、切提供零件加工所需的设备、工装、切削参数、装夹参数和反映零件切削过程的刀具轨迹文件等。削参数、装夹参数和反映零件切削过程的刀具轨迹文件等。下一页 返回第二节计算机辅助工艺规程设计第二节计算机辅助工艺规程设计2.CAPP系统的结构组成系统的结构组成 CAPP系统的种类很多，但其基本结构主要可分为如下五大系统的种类很多，但其基本结构主要可分为如下五大组成模块组成模块:零件信息的获取、工艺决策、工艺数据库零件信息的获取、工艺决策、工艺数据库/知识库、知识库、人机交互界面和工艺文件管理与输出，如人机交互界
18、面和工艺文件管理与输出，如图图9-3所示。所示。1)零件信息的获取。零件信息是零件信息的获取。零件信息是CAPP系统进行工艺过程设计系统进行工艺过程设计的对象和依据，零件信息常用的输入方法主要有人机交互输的对象和依据，零件信息常用的输入方法主要有人机交互输入和从入和从AD造型系统所提供的产品数据模型中直接获取两种方造型系统所提供的产品数据模型中直接获取两种方法。法。(2)工艺决策。工艺决策模块是以零件信息为依据，按预先工艺决策。工艺决策模块是以零件信息为依据，按预先规定的决策逻辑，调用相关的知识和数据，进行必要的比较、规定的决策逻辑，调用相关的知识和数据，进行必要的比较、推理和决策，生成所需要
19、的零件加工工艺规程。推理和决策，生成所需要的零件加工工艺规程。(3)工艺数据库工艺数据库/知识库。工艺数据库知识库。工艺数据库/知识库是知识库是CAPP的支的支撑工具，它包含了工艺设计所要求的工艺数据撑工具，它包含了工艺设计所要求的工艺数据(如加工方法、如加工方法、切削用量、机床、刀具、夹具、工时、成本核算等多方面信切削用量、机床、刀具、夹具、工时、成本核算等多方面信息息)和规则和规则(包括工艺决策逻辑、决策习惯、加工方法选择规包括工艺决策逻辑、决策习惯、加工方法选择规则、工序工步归并与排序规则等则、工序工步归并与排序规则等)。上一页 下一页 返回第二节计算机辅助工艺规程设计第二节计算机辅助工
20、艺规程设计在编制新的工艺规程时，首先根据输入信息编制零件的成组在编制新的工艺规程时，首先根据输入信息编制零件的成组编码，根据编码，识别它所属的零件加工族，检索调出该零编码，根据编码，识别它所属的零件加工族，检索调出该零件族的标准工艺规程，然后进行编辑、筛选而得到该零件的件族的标准工艺规程，然后进行编辑、筛选而得到该零件的工艺规程，产生的工艺规程可存人计算机供检索用。如工艺规程，产生的工艺规程可存人计算机供检索用。如图图9-4所示为派生式所示为派生式CAPP系统的工作原理图。派生式系统的工作原理图。派生式CAPP系统继系统继承和应用了企业较成熟的传统工艺，应用范围比较广泛。有承和应用了企业较成熟
21、的传统工艺，应用范围比较广泛。有较好的实用性，但系统的柔性较差，对于复杂零件和相似性较好的实用性，但系统的柔性较差，对于复杂零件和相似性较差的零件，不适宜采用派生式较差的零件，不适宜采用派生式CAPP系统。系统。2.创成式创成式CAPP系统系统 创成式创成式CAPP系统是一个能综合零件加工信息，自动地为一系统是一个能综合零件加工信息，自动地为一个新零件创造工艺规程的系统。如个新零件创造工艺规程的系统。如图图9-5所示，创成式所示，创成式CAPP系统能够根据工艺数据库的信息和零件模型，在没有人干预系统能够根据工艺数据库的信息和零件模型，在没有人干预的条件下，系统自动产生零件所需要的各个工序和加工
22、顺序，的条件下，系统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、刀具的选择和加工过程自动提取制造知识，自动完成机床、刀具的选择和加工过程的优化，通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程，的优化，通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程，自动创成新的零件加工工艺规程。自动创成新的零件加工工艺规程。上一页 下一页 返回第二节计算机辅助工艺规程设计第二节计算机辅助工艺规程设计综合式综合式LAPP系统也称半创成式系统也称半创成式CAPP系统，它综合派生式系统，它综合派生式CAPP与创成式与创成式CAPP的方法和原理，采用派生与自动决策相的方法和原理，采用派生与自动决
23、策相结合的方法生成工艺规程。如需对一个新零件进行工艺设计结合的方法生成工艺规程。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，对标准工艺进行自动修改，工序设计则采零件的具体情况，对标准工艺进行自动修改，工序设计则采用自动决策产生。其工作原理如用自动决策产生。其工作原理如图图9-6所示。所示。综合式综合式CAPP系统兼顾了派生式系统兼顾了派生式CAPP与创成式与创成式CAPP两者的两者的优点，克服各自的不足，既具有系统的简洁性，又具有系统优点，克服各自的不足，既具有系统的简洁性，又具有系统的快捷
24、和灵活性，有很强的实际应用性。的快捷和灵活性，有很强的实际应用性。上一页返回图图9-1 JLBM-1分类编码系统分类编码系统返回表表9-2回转类零件分类表回转类零件分类表(第第3第第9位位)返回表表9-3非回转类零件分类表非回转类零件分类表(第第3第第9位位)返回表表9-4材料、毛坯、热处理分类表材料、毛坯、热处理分类表(第第10第第12位位)返回表表9-5主要尺寸、精度分类表主要尺寸、精度分类表(第第13第第15位位)返回图图9-2 JLBM-1分类编码系统编码示分类编码系统编码示例例(a)回转类零件回转类零件锥套锥套 材料材料:45钢钢(锻件锻件);(b)非回转类零件非回转类零件-连接板连接板 材料材料:HT150返回表表9-7综合工艺路线法示例综合工艺路线法示例返回图图9-3 CAPP的系统构成的系统构成返回图图9-4派生式派生式CAPP系统的工作原理系统的工作原理图图返回图图9-6综合式综合式CAPP系统的工作原理系统的工作原理返回
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