機械CADCAM技術(shù)：計算機輔助工藝設(shè)計

機械CAD/CAM技術(shù)

山東理工大學(xué)機械工程學(xué)院

⑥第七寺"裳機輔助工藝就計

第一節(jié)成組技術(shù)

第二節(jié)CAPP系統(tǒng)的發(fā)展概況和工作原理

第三節(jié)CAPP系統(tǒng)零件系統(tǒng)的描述、

輸入和輸出

第四節(jié)派生式CAPP系統(tǒng)

第五節(jié)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

第六節(jié)CAPP專家系統(tǒng)簡介

，第一節(jié)成組技術(shù)(GT)

一、概述

1.成組技術(shù)的發(fā)展概況

1950年代：成組技術(shù)(GroupTechnology)概念

起源。

1959年;蘇聯(lián)科學(xué)家S.P.Mitrofanor在《成組技

術(shù)科學(xué)原理》一書中，正式提出“成組技術(shù)”一詞。

1960年，原西德和英國科學(xué)家開始對成組技術(shù)進(jìn)行深

入研究，以探討成組技術(shù)在生產(chǎn)中的實用性。

3

1963年，成組技術(shù)首先在原蘇聯(lián)應(yīng)用于實際生產(chǎn)并獲

得成功。

1970年，日本政府也開始在國內(nèi)推廣成組技術(shù)。

1970年代末，成組技術(shù)在美國得到廣泛接受和應(yīng)用。

到1995年，美國使用成組技術(shù)的企業(yè)達(dá)到了50%?75%。

由于成組技術(shù)的應(yīng)用可以使企業(yè)在當(dāng)今品種多、

中小批量生產(chǎn)、質(zhì)量要求高的制造環(huán)境中縮短生產(chǎn)周

期，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，加強企業(yè)的競爭力，

所以成組技術(shù)能夠如此迅速的得到推廣和應(yīng)用。

4

2.成組技術(shù)的基本原理

1）基本原理：

對相似的零件進(jìn)行識別和分組，相似的零件歸

入一個零件組或零件族，并在設(shè)計和制造中充分利

用它們的相似點，以獲得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。

2）零件的相似形

設(shè)計性質(zhì)（如幾何形狀和尺寸等）方面的相似

性和制造性質(zhì)（如加工工藝）方面的相似性。零件

的相似性是零件分族的基礎(chǔ)。

3.成組技術(shù)的定義

成組技術(shù)是一門生產(chǎn)技術(shù)科學(xué)和管理技術(shù)科學(xué),

研究如何識別和發(fā)展生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性,

并充分利用它把各種問題按它們之間的相似性歸類

成組，并尋求解決這一組問題相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案,

以取得所期望的經(jīng)濟(jì)效益。

6

3.成組技術(shù)的應(yīng)用

1）成組工藝

它不強求零件結(jié)構(gòu)類型和功能的同一性，而只要

幾種零件若有多個工序具有相似性，則可合并為成組

工藝。

2）成組生產(chǎn)單元的組織

車間內(nèi)機床布置形式以及相應(yīng)的生產(chǎn)組織形式按

成組技術(shù)的原理組織實施，即不管是單機，還是加工

單元、流水線，加工對象是針對于一組或幾組工藝相

似的零件，而不是只針對于一個零件。

7

3）成組技術(shù)在CAD中的應(yīng)用

成組技術(shù)大大提高了設(shè)計的繼承性，極大地減

少了設(shè)計人員的重復(fù)勞動。

4）成組技術(shù)在CAPP系統(tǒng)中的應(yīng)用

成組技術(shù)及其分類編碼系統(tǒng)對于CAPP系統(tǒng)，特

別是派生式CAPP系統(tǒng)的零件信息的描述和輸入、標(biāo)準(zhǔn)

工藝規(guī)程的檢索與修改以及工藝文件的管理和輸出都

有著重要意義。

8

5）成組技術(shù)在FMS中的應(yīng)用

成組技術(shù)與柔性制造技術(shù)是相輔相成的，柔

性制造技術(shù)推動了成組技術(shù)的發(fā)展，而在柔性制

造系統(tǒng)或柔性設(shè)備上采用成組技術(shù)將提高FMS的利

用率，使系統(tǒng)發(fā)揮更大的效益。

9

3.成組技術(shù)的優(yōu)點

?有利于零件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，減少設(shè)計工作的重復(fù)。

?有利于工藝設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，

A降低生產(chǎn)成本，簡化生產(chǎn)計劃，縮短了生產(chǎn)周期。

?有利于CAD系統(tǒng)與CAM系統(tǒng)連接，實現(xiàn)CAD/CAM系統(tǒng)

的集成。

10

零二、零件族

1、零件族用于工藝上的相似形

零件族是一些零件的集合，這些零件具有相似

的幾何形狀和尺寸或在加工具有相似的加工步驟。

同一族中的零件各不相同，但總有一些相似點使它

們成為同一零件族的成員。上圖和下圖表示兩個零

件族，上圖所示的零件族從幾何外形是相似的。下

圖所示的零件族具有相似的加工工藝，但外形上相

差較大。一般來說形狀相似的工件，工藝也相似。

11

.圖..T-1幾何影狀??相抽??的\解件族.

12

2、零件族用于車間的布置

如圖所示是一個傳統(tǒng)小批量加工車間布局圖。

按機床類型將車間布置為車床、銃床、鉆床和磨床

等若干個工段。在對一個零件進(jìn)行加工時，工件必

須在各個工段間來回運送，有時同一個零件需要多

次進(jìn)入同一個工段。這樣勢必增加工件的搬運工作

量和庫存量，導(dǎo)致制造周期延長，成本提高。

13

寸

如圖所示是按照成組工藝改造后的車間布局圖。

把機床劃分為一些單元，每個單元只承擔(dān)一個特

定零件族的生產(chǎn)。這樣不僅避免了上圖所示車間

布局的缺點，而且實現(xiàn)了流水線或自動線作業(yè)。

15

9

3、如何將零件組合成組

1）人工識別分組法（也稱視檢法）

這是一種最簡單、最經(jīng)濟(jì)的方法，它通過人工識

別各種零件的實物或圖樣、照片等，將它們劃分成相

似的零件族。這種方法往往需要有實際經(jīng)驗的工程技

術(shù)人員進(jìn)行，而且分類粗糙、不準(zhǔn)確。

17

2）零件分類和編碼分組法

這是三種方法中最復(fù)雜、最常用、最有效的一

種方法。它通過分類編碼系統(tǒng)對零件的各設(shè)計特征

或制造特征進(jìn)行編碼，然后利用所得編碼確定零件

得相似性，從而將零件分組。

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3)生產(chǎn)流程分析(Productionflowanalysis,

簡稱PFA)分組法

PFA法通過對零件現(xiàn)有加工工藝流程的分析,

把具有相似或相同加工工序和加工工藝流程的零

件作為一個零件族。

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三、零件分類編碼系統(tǒng)

零件的分類編碼是由代表零件的設(shè)計或制造

的特征符號組成的，一般情況下，大多數(shù)分類編

碼系統(tǒng)是用數(shù)字來描述零件的幾何特征和工藝特

征，也就是零件特征的數(shù)字化。

20

1.零件的代碼

在成組技術(shù)條件下，產(chǎn)品零件的代碼是由2部分組

成的，即零件的識別碼和零件的分類碼。

1）零件的識別碼

就是零件的件號或圖號，識別碼是惟一的。

21

2）零件的分類碼

零件的分類碼是在成組技術(shù)條件下提出的，可

以反映出零件固有的功能、名稱、結(jié)構(gòu)形狀、工藝、

生產(chǎn)等信息；分類碼對某種零件而言，并非惟一的,

不同的零件可以擁有相同的分類碼。

在按成組技術(shù)組織生產(chǎn)時，必須同時將零件的識

別碼與分類碼結(jié)合應(yīng)用。

22

2.零件分類的基本依據(jù)

零件分類是依據(jù)零件的各方面特征來進(jìn)行的，一

般按以下3個方面的特征分類。

1）結(jié)構(gòu)特征零件的幾何形狀、尺寸大小、結(jié)構(gòu)功能

和毛坯類型等。

2）工藝特征零件的毛坯形狀、加工精度、表面粗糙

度、加工方法、材料、定位夾緊方式，選用的機床類

型等。

3）生產(chǎn)組織與計劃特征加工批量、制造資源狀況

和工藝過程跨車間、工段及廠際協(xié)作等情況。

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k零件分類編碼系統(tǒng)的基本類型

零件分類編碼系統(tǒng)主要可分為三類：

A面向零件設(shè)計特征的分類編碼系統(tǒng)。這類系統(tǒng)適用

于設(shè)計部門進(jìn)行設(shè)計檢索和提高設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化。

?面向零件制造特征的分類編碼系統(tǒng)。這類系統(tǒng)適用

于生產(chǎn)部門進(jìn)行計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計、工裝設(shè)

計以及與生產(chǎn)有關(guān)的工作。

A面向零件設(shè)計和制造的分類編碼系統(tǒng)。這類系統(tǒng)綜

合了以上兩種系統(tǒng)的功能和優(yōu)點，是一種獨立的編

碼系統(tǒng)。

24

4、零件分類編碼系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1）獨立環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng)——鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)

若系統(tǒng)內(nèi)各橫向分類環(huán)節(jié)之間彼此安全獨立而

互不相干，則這樣的橫向分類環(huán)節(jié)便是獨立環(huán)節(jié)。

由獨立環(huán)節(jié)組成的分類系統(tǒng)一般稱為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，如

圖所示。橫向分類環(huán)節(jié)用羅馬數(shù)字表示，它們之間

的關(guān)系用表示。

25

。

O

O

O

2）關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng)——樹式結(jié)構(gòu)

若系統(tǒng)中相鄰橫向分類環(huán)節(jié)之間有從屬關(guān)系而

互相關(guān)聯(lián)，則這樣的橫向分類環(huán)節(jié)稱作關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)。

它們之間的關(guān)系用“V”表示。由關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)組成的分

類系統(tǒng)一般稱為樹式結(jié)構(gòu)，如圖所示。

27

3）混合環(huán)節(jié)的分類系統(tǒng)—混合結(jié)構(gòu)

這種分類系統(tǒng)中的橫向分類環(huán)節(jié)既有獨立環(huán)

節(jié)又有關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)，因此屬于兼有鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和樹式結(jié)

構(gòu)的混合結(jié)構(gòu)。不少實際的零件分類系統(tǒng)都由這種

混合環(huán)節(jié)組成的。圖所示即是此種分類系統(tǒng)。

29

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關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)

30

——獨立環(huán)節(jié)

5.OPITZ零件分類編碼系統(tǒng)

OPITZ系統(tǒng)是一個十進(jìn)制的9位代碼的混合結(jié)

構(gòu)分類編碼系統(tǒng)。它是由聯(lián)邦德國Aachen工業(yè)大

學(xué)H.Opitz教授領(lǐng)導(dǎo)的機床和生產(chǎn)工程實驗室開發(fā)

的，隨著這一系統(tǒng)的完善而被用于成組技術(shù)中，

習(xí)慣上都稱此為0PITZ系統(tǒng)。

廣泛應(yīng)用于機械制造、設(shè)計及生產(chǎn)管理。

31

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

最早的OPITZ系統(tǒng)只有5位代碼，也即目前所

稱的形狀碼。為了完善自己的系統(tǒng)，Opitz教授在

原來5位形狀碼之后，又增補了4位所謂的輔助碼。

32

InmIVV----VIvn-IX

—*零件類別碼—------------形狀及加工碼輔助碼

0

1

2

主材毛精

3

料坯

要

o4及原

:■

9，執(zhí)

5尺，?、、始

o|一

Q00

:總體形狀6處形

1

11寸

:總體形狀主要孔7理狀

9?…

*

0

公總體形狀98

9

92■??

oQO

…

?:

9：99*9

933

A-A01313Q0I]9

*"TITTY精度：內(nèi)外國與對面

|毛壞原嫡形狀：鍛件

材料種類：鐫(%V420MPa)

；一大直徑t160nnnVDW250mE

助加工」有不如建求的軸向孔

|平面加工，外平窗

內(nèi)部形狀：光滑或單向臺階擊功能博

|外加形狀：單向臺階,無形狀要素

零件類別：回轉(zhuǎn)體零件Z7D<0.b

零件材料：45鋼

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A-A000000BQE

料更：內(nèi)圓與平面

毛東原始形狀?即牛

材料稗類：灰鑄鐵

最大尺寸1400EmVAWM0mm

|?助加工：在一個方向上有分布要求的扎

|平面G工：相對的臺階平面

|主要孔與要轉(zhuǎn)面加工：有2個主孌平行孔

「體形狀原平疔,矩影，節(jié)有由惦潸成纓時造成的小第

零件名稱：支承板

零件材料：HT150i冬件類別：非回轉(zhuǎn)體零件從歸這3：川C24,扁平件

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2）系統(tǒng)特點

＞系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)比較簡單，僅有9個橫向分類環(huán)節(jié),

因此便于記憶和手工分類。

＞系統(tǒng)的分類標(biāo)志雖然形式上偏重零件結(jié)構(gòu)特征、

形狀要素，但是實際上隱含著工藝信息。

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A雖然系統(tǒng)考慮了精度標(biāo)志，但是由于零件的精度

概念比較復(fù)雜，它既有尺寸精度，又有幾何形狀

精度和相互位置精度，所以單用一個橫向分類環(huán)

節(jié)來表示似嫌不夠。

A系統(tǒng)的分類標(biāo)志尚欠嚴(yán)密和準(zhǔn)確。

?從總體結(jié)構(gòu)上看系統(tǒng)雖屬簡單，但從局部結(jié)構(gòu)上

看仍舊十分復(fù)雜。

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6、其它分類編碼系統(tǒng)簡介

1)JLBM-1零件分類編碼系統(tǒng)

JLBM-1系統(tǒng)是我國原機械工業(yè)部頒布的機械零

件分類編碼系統(tǒng)，后經(jīng)多次修訂，于1984年正式作

為我國原機械工業(yè)部的技術(shù)指導(dǎo)資料。它是在我國

第一個分類編碼系統(tǒng)JLBM系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，結(jié)合OPITZ

系統(tǒng)和KK-3系統(tǒng)的優(yōu)點并根據(jù)我國機床行業(yè)的具體

情況而發(fā)展起來的。適用于產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、

加工制造和生產(chǎn)管理等方面。

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下圖所示是JLBMT分類編碼系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，

其結(jié)構(gòu)與OPITZ系統(tǒng)基本相同，但克服了OPITZ系統(tǒng)

碼位少、分類標(biāo)志不全的缺點。該系統(tǒng)有十五個碼

位，每個碼位用0?9十個數(shù)字表示不同的特征項號。

在十五個碼位中，第一、二個碼位是名稱類別碼，

第三到九個碼位是形狀與加工碼，第十到十五個碼

位是輔助碼

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1>I口一回口臼回底回XI-XI-XN-XV

匚二形狀及加工碼-------->1輔相碼--------->

零件名稱類別碼

回轉(zhuǎn)體類零件形狀及加工碼

0主要尺寸

S

口

1t專外部形狀內(nèi)部形狀平面、曲3

k及力口工及加工面加工

O

基功功

213基

零

零

1內(nèi)

本

能

本

能輸成

件

件

毛

2平斯

形—

形

要

3:要

直

名

名

坯

—

—面熱精

狀

狀

素

素長

徑

稱

稱

9孔線原

或

類

類

4始

處

寬

別

別

5形

度

粗

細(xì)

E狀理度度

分

分非回轉(zhuǎn)體類零件形狀及加工碼

6J口

亨外部形狀及加工主孔及輔助

71O內(nèi)部加工

基平曲

外加工

主

1內(nèi)

面面

本

形

部

8|加

2>—

加加

形

要

加

工

—

工工

狀

素

工

919孔?可

40

@四、零件分類成組方法----編碼分類法

編碼分類是根據(jù)零件的編碼進(jìn)行分類成組，并用

特征矩陣形式表示。在分類之前，首先需要合理地

制定各零件族的相似性標(biāo)準(zhǔn)，以便將眾多的待分類

零件進(jìn)行分選，使之歸屬于相應(yīng)的零件族。

編碼分類法實質(zhì)就是讓零件編碼與各零件族特

征矩陣逐個地匹配比較，若零件編碼與某一零件族

特征矩陣相匹配，則該零件就應(yīng)歸屬于此零件族

41

合理制定各零件族相似性標(biāo)準(zhǔn)是按編碼分類

取得滿意結(jié)果的關(guān)鍵。相似性標(biāo)準(zhǔn)不能太高，要

求過嚴(yán)，零件不易匯集成組；也不能太低，過于

粗略，歸屬于同一組的零件種數(shù)太多，差異太大,

也會妨礙很好地利用零件的相似性。

制定零件族相似性標(biāo)準(zhǔn)，有特征碼位法、碼

域法和特征位碼域法等3種方法。

42

1）特征碼位法

凡零件編碼中相應(yīng)碼位的代碼相同者歸屬于一組

的方法，稱為特征碼位法。

2）碼域法

規(guī)定每一碼位的碼域（碼值），凡零件編碼中每一碼

位值均在規(guī)定的碼域內(nèi)，則歸屬于一組，這種方法稱

為碼域法。

3）特征位碼域法

這種方法是上述2種方法的綜合，因而能兼?zhèn)涠?/p>

的特點，即既能抓住零件分類的主要特征方面，又能

適當(dāng)放寬其相似性要求，以得到滿意的分類結(jié)果。

CAPP系統(tǒng)的發(fā)屣概況和工作原理

、工藝設(shè)計自動化的意義

1.工藝規(guī)程設(shè)計的任務(wù)

工藝規(guī)程設(shè)計的主要任務(wù)是為被加工零件選擇

合理的加工方法、加工順序、工、夾、量具，以及

切削用量的計算等，使能按設(shè)計要求生產(chǎn)出合格的

成品零件。

44

2.傳統(tǒng)的工藝規(guī)程設(shè)計方法

1）人工方式

2）逐件設(shè)計

3）工藝設(shè)計工作的重復(fù)性

例如，美國辛辛那提工廠生產(chǎn)的425種齒輪類

零件，原來需要377種不同的工藝規(guī)程，應(yīng)用成組

技術(shù)對齒輪和工藝規(guī)程進(jìn)行仔細(xì)分析后發(fā)現(xiàn)只用

71種標(biāo)準(zhǔn)工藝就可以生產(chǎn)全部425種零件。

45

3、利用計算機進(jìn)行工藝規(guī)程設(shè)計

計算機能有效地管理大量的數(shù)據(jù)，進(jìn)行快速、

準(zhǔn)確的計算，進(jìn)行各種方案的比較、選擇，能自動繪

圖和編制表格文件。CAPP不僅能實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化,

還能把CAD和CAM的信息連接起來，實現(xiàn)CAD/CAM一體

化，是集成制造系統(tǒng)的關(guān)鍵性中間環(huán)節(jié)。

46

■■

4、CAPP在CIMS中的重要作用

CIMS被認(rèn)為是未來機械制造工業(yè)的生產(chǎn)模式。

而CIMS的關(guān)鍵是信息的集成，而CAD和CAM的集成又

是實現(xiàn)CIMS的關(guān)鍵之一。在CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)

中，CAPP是連接CAD和CAM的橋梁和紐帶。理想的

CAPP系統(tǒng)能夠直接接受CAD系統(tǒng)的信息，進(jìn)行工藝設(shè)

計，生成工藝文件，并以工藝設(shè)計結(jié)果和零件信息

為依據(jù)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮笾锰幚砗?，生成NC代碼，從

而實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成。但由于CAPP發(fā)展的嚴(yán)

重滯后，能真正實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成的CAPP系統(tǒng)

還未出現(xiàn)。47

、國內(nèi)外CAPP的發(fā)展概況

世界上最早進(jìn)行工藝設(shè)計自動化研究的國家是挪

威。他們從1966年開始研制，到1969年正式發(fā)表了

AUTOPROS系統(tǒng)。這是世界上第一個CAPP系統(tǒng)，它是根

據(jù)成組技術(shù)原理，利用零件的相似性去檢索和修改標(biāo)

準(zhǔn)工藝來制定相應(yīng)零件的工藝規(guī)程。

美國在1976年推出了CAM-1'SAutomated

ProcessPlanning系統(tǒng)（簡稱CAM-1'SCAPP系統(tǒng)）。

目前世界各國的CAPP系統(tǒng)主要用于回轉(zhuǎn)體零件，

其次為棱柱體零件和板塊類零件，其它非回轉(zhuǎn)體零件

應(yīng)用較少，而且多應(yīng)用于單件小批量生產(chǎn)類型。

48

從80年代起，我國最早進(jìn)行這項研究工作的

是同濟(jì)大學(xué)，他們在1982年研制成功了T0JICAPP系

統(tǒng)，隨后北京理工大學(xué)也研制出適用于車輛中回轉(zhuǎn)

體零件的BITCAPP系統(tǒng)，北京航空航天大學(xué)發(fā)表了

BHCAPP,華中理工大學(xué)的開目CAPP,還有一些高校

和工廠合作研制的CAPP系統(tǒng)也相繼獲得成功。

軟件市場上的CAPP系統(tǒng)有開目CAPP、天河

CAPP、金葉CAPP、機械加工工藝手冊（軟件版）

49

'三、CAPP的優(yōu)點

A有利于工藝規(guī)程的合理化、標(biāo)準(zhǔn)化和最優(yōu)化

?提高工藝規(guī)程的設(shè)計效率

?可獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益

?有利于CAD/CAPP/CAM的集成CAPP是聯(lián)接CAD和

CAM的橋梁和紐帶，只有實現(xiàn)工藝設(shè)計的自動化，才

能真正實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的一體化。

50

多四.CAPP系統(tǒng)的工作原理

1.派生式(Variant)

根據(jù)成組技術(shù)的原理將零件劃分為相似零件組,

按零件組編制出標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程以及相應(yīng)的檢索方法

與邏輯，并以文件的形式貯存在計算機中。當(dāng)要為

新零件設(shè)計工藝規(guī)程時，輸入該零件的成組技術(shù)代

碼，由計算機判別零件屬于哪一個零件組，檢索出

該零件組的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計工藝規(guī)程。對標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程進(jìn)

行增刪、修改以及編輯后，形成該零件具體的工藝

規(guī)程。

51

2.創(chuàng)成式(Generative)

不以原有的工藝規(guī)程為基礎(chǔ)，在計算機軟件

系統(tǒng)中，收集了大量的工藝數(shù)據(jù)和加工知識，并

在此基礎(chǔ)上建立了一系列的決策邏輯，形成了工

藝數(shù)據(jù)庫和加工知識庫。當(dāng)輸入新零件的有關(guān)信

息后，系統(tǒng)可以模仿工藝人員，應(yīng)用各種工藝決

策邏輯規(guī)則，在沒有人工干預(yù)的條件下，自動地

生成零件的工藝規(guī)程

52

3.混合式(Hybrid)

以派生式為主的檢索——編輯原理，當(dāng)零件不

能歸入系統(tǒng)已存在的零件組時，則采用創(chuàng)成式原理

進(jìn)行工藝設(shè)計，或在工藝編輯時引入創(chuàng)成式的決策

邏輯原理。

53

4.基于知識的專家系統(tǒng)(ExpertSystem)

人工智能(AI)、專家系統(tǒng)技術(shù)等技術(shù)應(yīng)用

于CAPP系統(tǒng)的研究和開發(fā)，研制所謂基于知識的

CAPP專家系統(tǒng)。近幾年來，有人將人工神經(jīng)元網(wǎng)

絡(luò)技術(shù)、模糊推理以及基于實例的推理等用于

CAPP中，也有人提出了CAPP系統(tǒng)建造工具的思路,

并進(jìn)行了卓有成效的實踐。

54

目前用派生法原理生成工藝規(guī)程的方法

已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用十分廣泛，現(xiàn)有的大部

分CAPP系統(tǒng)都屬于此類型。創(chuàng)成法原理目前

還不完善，還沒有一個純粹的創(chuàng)成法CAPP系

統(tǒng)出現(xiàn)。

55

@五.CAPP系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

1.零件信息的輸入

零件信息是系統(tǒng)進(jìn)行工藝設(shè)計的對象和依據(jù)，在

計算機內(nèi)部必須有一個專門的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來對零件信息

進(jìn)行描述，如何輸入和描述零件信息是CAPP最關(guān)鍵的

問題之一。

2.工藝規(guī)程的生成

對標(biāo)準(zhǔn)工藝進(jìn)行檢索、調(diào)用、修改和編輯，生成

零件的工藝規(guī)程（派生法）；或者是以零件信息為依

據(jù)，按預(yù)先規(guī)定的順序或邏輯，調(diào)用有關(guān)工藝數(shù)據(jù)或

規(guī)則，進(jìn)行必要的比較、計算和決策，生成零件的工

藝規(guī)程并進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嫼托薷模▌?chuàng)成法）。

56

3.工藝數(shù)據(jù)/知識庫：

工藝數(shù)據(jù)/知識庫是CAPP系統(tǒng)的支撐工具，它

包含了工藝設(shè)計所要求的所有工藝數(shù)據(jù)（比如加工

方法、余量、切削用量、機床、刀具、夾具、量具、

輔具以及材料、工時、成本核算等多方面的信息）

和規(guī)則（包括工藝決策邏輯、決策習(xí)慣、經(jīng)驗等眾

多內(nèi)容，如加工方法選擇規(guī)則、排序規(guī)則等）。

57

4.系統(tǒng)的控制和管理：

負(fù)責(zé)對整個系統(tǒng)的控制與管理

5.工藝文件管理與輸出

管理和維護(hù)系統(tǒng)工藝文件既是CAPP系統(tǒng)的重要

內(nèi)容，也是整個CAD/CAPP/CAM集成系統(tǒng)的重要組

成部分。輸出部分包括工藝文件的格式化顯示、

存盤、打印等。系統(tǒng)一般能輸出各種格式的工藝

文件，有些系統(tǒng)還允許用戶自定義輸出格式，有

些系統(tǒng)還能直接輸出零件的NC程序。

58

斗）六.CAPP的功能

從國內(nèi)外發(fā)表的CAPP系統(tǒng)來看，它們主要包括以

下功能：

A接收或生成零件信息。

A檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件。

A選擇加工方法。

A安排加工路線。

A選擇機床、刀具和夾具等。

A確定切削用量。

59

?計算切削參數(shù)、工時定額和加工費用等。

A計算工序尺寸和公差，確定毛坯類型和尺寸。

A繪制工序圖。

A生成工藝文件。

＞刀具路徑規(guī)劃和NC編程。

A加工過程的仿真。

60

O第三節(jié)CAPP系統(tǒng)零件信息的

------------描述T入和輸出

CAPP系統(tǒng)中，零件信息要通過零件信息描述與輸

入把零件的幾何信息和制造信息轉(zhuǎn)化為計算機能夠識

別的代碼信息。零件信息是否描述準(zhǔn)確和完整對CAPP

系統(tǒng)的質(zhì)量和可靠性具有決定性用，為此需要確定合

理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或零件模型來對零件信息進(jìn)行描述。

CAPP系統(tǒng)零件信息輸入最理想的方法是直接從

CAD系統(tǒng)中提取，但目前該技術(shù)還不成熟。目前一些

較為成熟的零件輸入和描述方法仍將是CAPP系統(tǒng)主要

的輸入手段。

61

@一、圖紙信息的描述與人機交互式輸入

需要人對零件圖紙進(jìn)行識別和分析，即需要

人工對設(shè)計的零件圖進(jìn)行二次輸入。因為輸入過

程費時費力、易出錯，有時甚至還不如手工編制

快，所以在生產(chǎn)中工藝人員不大愿意使用這些方

法。

最理想的方法是，CAD系統(tǒng)進(jìn)行零件設(shè)計的過

程就是CAPP的零件信息輸入的過程，從而避免的

零件信息的二次輸入。

62

J二、從CAD系統(tǒng)直接輸入零件信息

1.特征識別法

對CAD的輸出結(jié)果進(jìn)行分析，按一定的算法識別、

抽取出CAPP系統(tǒng)能識別的基于特征的工藝信息。目

前這項研究只在較簡單零件的識別上取得了一些進(jìn)

展，對復(fù)雜零件的自動識別上則是一疇莫展，所以

被認(rèn)為是一個世界難題。

63

2.基于特征拼裝的計算機繪圖與零件信息的描述

和輸入方法

造型時采用基于特征的設(shè)計方法，設(shè)計者在拼

裝各個特征的同時，即賦予各個形狀特征的尺寸、

公差、粗糙度等加工信息，其輸出的信息也是以這

些形狀特征為基礎(chǔ)來組織的，所以CAPP系統(tǒng)能夠接

收。此方法關(guān)鍵是要建立基于特征的、統(tǒng)一的

CAD/CAPP/CAM零件信息模型。目前這種方法已用于

許多實用的CAPP系統(tǒng)中，被認(rèn)為是一種比較有前途

的方法。

64

3.基于三維特征造型的零件信息描述與輸入方法

4.基于產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范的產(chǎn)品建模與信息輸入方

法

實現(xiàn)CAD/CAPP/CAM的集成，最理想的方法是為產(chǎn)

品建立一個完整的、語義一致的產(chǎn)品信息模型，這個

模型是用通用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)規(guī)范來實現(xiàn)的，比如ISO的

STEP產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)、美國的IGES等。

65

%三、圖形掃描及識別技術(shù)的輸入方式

這種方法就是用圖形掃描儀將圖紙上的信息掃

描輸入到計算機中，然后對掃描所得到的信息進(jìn)行

一定的分析與處理，在計算機上還原出工程圖紙，

并形成相應(yīng)的圖形文件，再將圖形文件進(jìn)行分析與

識別，抽取出CAPP系統(tǒng)能識別的幾何形狀信息與加

工信息。

這種方法要解決兩個方面的問題：首先是工

程圖形的掃描與識別技術(shù)，其次是特征識別問題。

66

殛四.CAPP系統(tǒng)零件信息模型

向CAPP系統(tǒng)輸入零件信息后，CAPP系統(tǒng)內(nèi)部必

須用一種合理的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來組織這些信息，這就是

CAPP系統(tǒng)零件信息模型要解決的問題。

目前CAPP系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的一種零件信息建

模方法是特征建模法。這是一種符合工程實際應(yīng)用

的實用方法，它不同于一般CAD系統(tǒng)以圖形表達(dá)為

目的的零件模型。特征建模既適用于回轉(zhuǎn)體零件又

適用于非回轉(zhuǎn)體零件，而且同時適合CAD、CAPP與

CAM系統(tǒng)。

67

五.CAPP系統(tǒng)的輸出

1.工藝規(guī)程的輸出

工藝規(guī)程的格式，通常按企業(yè)的具體要求制訂。

2.工序圖的輸出

不同的用戶對工序圖提出的要求也不同，工序圖

的生成方法取決于具體情況。對于形狀較簡單的回轉(zhuǎn)

體零件，工序圖可以同工藝過程同時生成；也可以建

立專門的工序圖繪制模塊，通過各種CAD的繪圖方法

繪制工序圖。

68

3.NC代碼的輸出

工藝過程代碼文件是CAPP系統(tǒng)的基本輸出之一。

NC程序通常是由專門的NC程序生成模塊生成的。在

控制程序的引導(dǎo)下，NC程序生成模塊讀取工藝過程

代碼文件和加工數(shù)據(jù)文件后，生成NC代碼。一般在

此模塊中，還可進(jìn)一步讀取NC代碼，模擬顯示零件

的加工過程。

69

④第四節(jié)派生式CAPP系統(tǒng)

一.派生式CAPP系統(tǒng)的工作原理

根據(jù)成組技術(shù)中相似性原理，如果零件的結(jié)構(gòu)形

狀相似，則它們的工藝規(guī)程也有相似性。對于每一個

相似零件組，可以采用一個公共的制造方法來加工，

這種公共的制造方法以標(biāo)準(zhǔn)工藝的形式出現(xiàn)，它可以

集中專家、工藝人員的集體智慧和經(jīng)驗及生產(chǎn)實踐的

總結(jié)制定出來，然后貯存在計算機中。當(dāng)為一個新零

件設(shè)計工藝規(guī)程時，從計算機中檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件，

然后經(jīng)過一定的編輯和修改就可以得到該零件的工藝

規(guī)程.

70

根據(jù)零件信息的描述與輸入方法不同，派生式

CAPP系統(tǒng)又分為基于成組技術(shù)(GT)的派生式與基

于特征的派生式CAPP系統(tǒng)。前者用GT碼描述零件信

息，后者用特征來描述零件信息，后者是在前者的

基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。

71

二.派生式

CAPP系統(tǒng)的

工作流程

（如圖所示）

打印輸出

工藝文件

72

圖7-96K生忒OPP系統(tǒng)的工作流程

約二.成組工藝設(shè)計方法

1、復(fù)合零件法一樣件法

利用一種復(fù)合零件來設(shè)計成組工藝的方法，

復(fù)合零件可以是零件組中實際存在的某個具體零件,

也可以是一個實際上并不存在的而人為虛擬的一個

假想零件。此零件必須擁有同組全部待加工的表面

要素。按復(fù)合零件設(shè)計的成組工藝，能加工零件組

內(nèi)的所有零件。

73

【舉例】下圖表示一個零件組及其復(fù)合零件

74

圖5］等怦蛆及其復(fù)合零件

1一外氏柱面2-健槽3-功能HI4一平面5一輔助我

75

下圖是按上述復(fù)合零件設(shè)計所得的成組工藝,

以及組內(nèi)各零件的具體工藝。

76

Cl一李一雄*國仔2-?1頭.車另一筆外BB

XJ—次產(chǎn)X-就方頭平田2一站徑閭輔助孔

圖w核復(fù)合零件法設(shè)計攻組工君的例子77

2、復(fù)合路線法

在零件分類成組的基礎(chǔ)上，把同組零件的工藝

過程卡收集在一起，從中選出組內(nèi)最復(fù)雜、也最的

工藝路線為代表，再將此代表路線和組內(nèi)其他零件

的工藝路線相比較，經(jīng)過比較，可將此路線中沒有

的工序加入，最終得出全組零件的要求的成組工藝。

78

【舉例】

下圖是按復(fù)合路線法設(shè)計的某一非回轉(zhuǎn)體類

零件的成組工藝。圖中選擇了第二個零件的工藝路

線為代表路線。

79

本組零件圖工藝路線

XI-X2-Z-X

|選作&右路線:

k"-z-x_

XL-C-Z

D-D

X1-X2-Z

本組零件的復(fù)合工藝路線

XI-X2-C.Z-X

（在代表路線中補入所缺的X2工序）

XI-蛻一面X2-銃另一?面C'-車孔及其端面80

Z一頸鉆銃槽用孔或鉆輔助扎X一挑槽

圖5-5按復(fù)合路線法設(shè)計成組工藝的例子

輸?shù)谖骞?jié)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)

-.創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工作原理

計算機模仿工藝人員的邏輯能力，自動進(jìn)行各種

決策，選擇零件的加工方法，安排工藝路線、選擇

機床、刀具、夾具、計算切削參數(shù)和加工時間、加

工成本，以及對工藝過程進(jìn)行優(yōu)化。人的任務(wù)僅在

于監(jiān)督計算機的工作，并在計算機決策過程中作一

些簡單問題的處理，對中間結(jié)果進(jìn)行判斷和評估等。

81

創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)主要解決兩方面的問題，即零

件加工路線的確定（工藝決策）與工序設(shè)計。

零件加工路線的確定：

目的是生成零件工藝規(guī)程的主干，包括工序

和工步的確定、工序順序的安排以及各工序定位

和夾緊方案等。

工序設(shè)計：

主要包括工序尺寸和公差的計算、設(shè)備與工

裝的選擇、切削用量的確定、工時定額的計算以

及工序圖的生成等。

82

二創(chuàng)成

式?系

CA

統(tǒng)設(shè)P計P的

一般過程

工藝文件播出

83

圖”13創(chuàng)成式“PP系統(tǒng)的工藝決策過程

三、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的工藝決策

1、工藝決策的內(nèi)容

1）選擇加工方法

用創(chuàng)成式CAPP設(shè)計工藝規(guī)程時，計算機將根據(jù)

輸入的零件特征的幾何信息和加工技術(shù)要求，自動

選擇相應(yīng)的工藝決策邏輯，確定加工方法。

2）工藝路線的自動生成

按照一定的工藝路線安排原則，將已選擇好的

零件各表面要素的加工方法按一定的先后順序排列,

以確定零件的工藝路線。

84

2.工藝決策邏輯的主要形式

在目前國內(nèi)外的各種CAPP系統(tǒng)中，工藝過程決

策邏輯的表達(dá)方式用的最多的是決策表和決策樹。

現(xiàn)在隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，決策表和決策樹已成

為計算機軟件設(shè)計的基本技術(shù)工具。

85

舉例:

車削裝夾方法選擇：有下面的決策邏輯：

工件的長徑比〈4則采用卡盤

工件的長徑比＞=4,且〈16,則用卡盤+尾頂尖

工件的長徑比〉二16,則采用前頂尖+跟刀架+尾

頂尖

可以采用下面的決策表和決策樹表示

86

工件長徑比〈4TFF

4〈二工件長徑比〈16TF

/

卡盤+味頂尖

頂尖+跟刀架+尾頂尖

決策表

87

卡盤

卡盤+尾頂尖

卡盤+跟刀架+尾頂尖

決策樹

88

⑥第六節(jié)CAPP專家系統(tǒng)簡介

一、CAPP專家系統(tǒng)的工作原理

1.創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的缺點（一般系統(tǒng)）

核心的工藝規(guī)程生成模塊包括工藝設(shè)計知識和

決策方法，而且這些知識都使用計算機能識別的程

序語言編制在系統(tǒng)程序中。當(dāng)輸入零件的描述信息

后，系統(tǒng)經(jīng)過一系列的判斷，然后調(diào)用相應(yīng)的子程

序或程序段，生成工藝規(guī)程。

工藝翅程

信息箱入程序

89

2.CAPP專家系統(tǒng)

CAPP專家系統(tǒng)由零件信息輸入模塊、知識庫、

推理庫三部分組成，其工作原理如圖所示。

90

知識庫和推理庫是相互獨立的。CAPP專家系

統(tǒng)是根據(jù)輸入的零件信息頻繁地去訪問知識庫，

并通過推理機中的控制策略，從知識庫中搜索能

夠處理零件當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則，然后執(zhí)行這條規(guī)則,

并把每一次執(zhí)行的規(guī)則得到的結(jié)論部分按照先后

順序記錄下來，直到零件加工達(dá)到一個終結(jié)狀態(tài),

這個記錄就是零件加工所要求的工藝規(guī)程.

91

3、CAPP專家系統(tǒng)的特點

CAPP專家系統(tǒng)具有對話能力和學(xué)習(xí)能力，使計

算機真正模擬工藝人員進(jìn)行工藝設(shè)計

CAPP專家系統(tǒng)能處理多義性和不確定的知識，

可以在一定程度上達(dá)到模擬人腦進(jìn)行工藝設(shè)計，使

工藝設(shè)計中很多模糊問題得以解決。CAPP專家系統(tǒng)

能匯集眾多工藝專家的知識和經(jīng)驗，并充分利用這

些知識，進(jìn)行邏輯推理，探索解決問題的途徑和方

法，因而能給出合理完善甚至最優(yōu)的工藝決策。

92

⑥第七節(jié)CAPP的發(fā)展趨勢和存在的問題

一.存在的問題

1.CAPP的應(yīng)用問題

目前多數(shù)企業(yè)使用的系統(tǒng)存在功能少，應(yīng)用范圍

窄等缺陷，系統(tǒng)開發(fā)水平低，一般只承擔(dān)文檔處理

和數(shù)據(jù)檢索。

2.存在一些基本的沒有很好解決的問題

1）零件信息的描述和輸入

2）工藝知識的獲取和學(xué)習(xí)

3）制造公差的確定和基準(zhǔn)、夾具的選擇

4）各種工程數(shù)據(jù)庫的建立和維護(hù)

93

3.與其他系統(tǒng)的集成還有一定的難度

4.系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)還缺乏柔性和開放性。

工藝設(shè)計是一項個性很強的工作，各個企業(yè)由

于產(chǎn)品不同、零件批量不同、加工設(shè)備不同都直接

增加了CAPP系統(tǒng)的開發(fā)難度。目前CAPP系統(tǒng)的開發(fā)

與應(yīng)用環(huán)境的數(shù)據(jù)結(jié)合緊密，當(dāng)應(yīng)用環(huán)境改變時，

系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)卻難以隨之改變。因此，當(dāng)前的CAPP系

統(tǒng)還無法適應(yīng)制造企業(yè)多類型、多層次的需求。

94

.發(fā)展趨勢

1.集成化趨勢5

未來的CAPP系統(tǒng)除了與CAD和CAM集成之外，還應(yīng)

該與制造自動化系統(tǒng)(MAS)、管理信息系統(tǒng)集成

(MIS)o

95

在CIMS生產(chǎn)背景下：

1,接收來自CAD的零件的各種工藝信息，進(jìn)行工藝規(guī)

程設(shè)計，并向CAD反饋零件的工藝性評價；

2.向CAM提供零件加工所需的信息，并接收CAM反饋

的工藝修改意見；

3.向MIS系統(tǒng)提供工藝路線、設(shè)備、工裝、工時、材

料定額等信息，并接收MIS系統(tǒng)發(fā)出的技術(shù)準(zhǔn)備計劃、

設(shè)備負(fù)荷、刀量具信息等；

4.向MAS提供各種工藝規(guī)程文件以及工裝信息，接收

MA