《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造》課件第4章

第4章計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)4.1CAPP概述4.2成組技術(shù)4.3零件信息的描述與輸入4.4CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介

4.1CAPP概述

4.1.1CAPP產(chǎn)生的背景

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)CAPP(ComputerAidedProcessPlanning)是計(jì)算機(jī)在機(jī)械制造領(lǐng)域的一種應(yīng)用。工藝設(shè)計(jì)是機(jī)械制造生產(chǎn)過程中技術(shù)準(zhǔn)備工作的一個(gè)重要內(nèi)容，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)的紐帶，是經(jīng)驗(yàn)性很強(qiáng)且隨環(huán)境變化而多變的決策過程。4.1.2CAPP的基本組成

下面根據(jù)CAPP系統(tǒng)的工作原理、產(chǎn)品對象、規(guī)模大小及差異來論述CAPP的構(gòu)成。以下是一個(gè)CAPP系統(tǒng)一般的基本組成模塊。

(1)零件信息輸入模塊：用以將零件的一些基本信息輸入系統(tǒng)，諸如零件的圖號、零件名稱、材料、主要尺寸等。

(2)工藝過程設(shè)計(jì)模塊：進(jìn)行加工工藝流程的決策，產(chǎn)生工藝過程卡，供加工和生產(chǎn)管理部門使用。

(3)數(shù)控(NC)加工指令生成模塊：根據(jù)工藝過程設(shè)計(jì)中提供的刀位文件，調(diào)用NC代碼庫中適用于具體機(jī)床的NC指令系統(tǒng)代碼，產(chǎn)生NC加工控制指令。

(4)輸出模塊：可輸出工藝流程卡、工序卡、工步卡、工序圖及其他相關(guān)的文檔。

(5)加工過程動(dòng)態(tài)仿真：對所產(chǎn)生的加工過程進(jìn)行模擬，檢查工藝的正確性。4.1.3CAPP的基本類型

CAPP就其工作的原理，一般可以分為以下五類：

(1)變異式CAPP。

(2)創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)。

(3)綜合式CAPP系統(tǒng)。

(4)交互式CAPP系統(tǒng)。

(5)智能式CAPP系統(tǒng)。4.1.4CAPP的基礎(chǔ)技術(shù)

一個(gè)完善的CAPP系統(tǒng)，需要一些基礎(chǔ)的技術(shù)支持，它們包括：

(1)成組技術(shù)GT(GroupTechnology)。

(2)零件信息的描述和獲取。

(3)工藝設(shè)計(jì)決策機(jī)制。4.1.5CAPP在CAD/CAM集成系統(tǒng)中的作用

從20世紀(jì)80年代后期開始，機(jī)械制造業(yè)向CIMS方

向發(fā)展，CAD/CAM的集成化是一個(gè)亟待解決的問題。

從某種意義上說，CAD/CAM系統(tǒng)集成實(shí)際上是CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)集成。4.1.6CAPP的發(fā)展趨勢

1.?CAPP的集成化發(fā)展方向

集成化是CAPP的一個(gè)非常重要的發(fā)展趨勢。這也就是前面提到的CAD/CAPP/CAM三者之間的集成。CAPP向前與CAD集成，向后與CAM集成。

2.?CAPP的智能化趨勢

目前，人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)。對專家系統(tǒng)而言，其各種知識表示方法、邏輯推理決策方法都達(dá)到了比較實(shí)用的程度。此外，CAPP系統(tǒng)本身的發(fā)展，特別是創(chuàng)成式系統(tǒng)的發(fā)展，使智能化成為了當(dāng)前CAPP系統(tǒng)發(fā)展的一種趨勢。

4.2成組技術(shù)

4.2.1成組技術(shù)概述

目前，成組技術(shù)GT(GroupTechnology)還沒有一個(gè)統(tǒng)一的定義，可以從不同的角度和方面來理解。對于成組技術(shù)，國內(nèi)外使用較多的一種定義是：將企業(yè)生產(chǎn)的多種產(chǎn)品、部件和零件，按照特定的相似性準(zhǔn)則，進(jìn)行分類歸族，并在分類的基礎(chǔ)上完成產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。4.2.2零件的分類編碼及編碼系統(tǒng)

1.零件的分類編碼

在企業(yè)的生產(chǎn)過程中，工程圖可以詳盡地描述一個(gè)產(chǎn)品或零件的全部信息和數(shù)據(jù)，為制造者提供加工零件的全部工藝決策信息。但是，如果采用計(jì)算機(jī)來處理這些信息，計(jì)算機(jī)很難識別，必須要用計(jì)算機(jī)能夠識別和處理的代碼來描述這些信息。

2.零件分類編碼系統(tǒng)簡介

迄今為止，世界上已經(jīng)有幾十種用于成組技術(shù)的機(jī)械零件編碼系統(tǒng)，但是無論采用何種零件編碼系統(tǒng)，它們絕大多數(shù)都不能詳盡地描述零件的全部信息，這是由零件的類別和結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性所決定的。比較通用的零件編碼系統(tǒng)仍然在研究當(dāng)中。

3.零件族

利用成組技術(shù)在研究零件分類時(shí)，一般采用零件族的概念。這里首先介紹一下零件族的概念。零件族是具有某些共同屬性的零件的集合。

采用不同的相似性標(biāo)準(zhǔn)，可以將零件劃分為不同屬性的零件族。根據(jù)分類的目的和要求，制定相應(yīng)的相似性標(biāo)準(zhǔn)，可以將零件分為設(shè)計(jì)族、加工族、數(shù)控族和管理族等。與工藝設(shè)計(jì)相對應(yīng)的自然就是零件的加工族。各種零件族的相似性特征及應(yīng)用見表4-1。

4.零件分類、編碼和分類系統(tǒng)

成組技術(shù)的關(guān)鍵工作就是將零件分類歸并成上述各種零件族。零件分類方法還在不斷地研究和發(fā)展，目前和今后的一段時(shí)期里，編碼分類方法仍會(huì)在生產(chǎn)中占據(jù)重要地位。

1)編碼的目的

2)編碼的作用4.2.3成組技術(shù)在工藝規(guī)程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1.編制機(jī)械加工工藝規(guī)程中存在的問題

長期以來，對多品種生產(chǎn)而言，編制零件工藝規(guī)程中存在兩個(gè)主要問題：

(1)編制零件工藝工作的重復(fù)性。

(2)同類零件的工藝多樣性。

2.工藝標(biāo)準(zhǔn)化和成組工藝

1)工藝標(biāo)準(zhǔn)化思想及典型工藝

2)成組工藝

3)成組工藝設(shè)計(jì)方法

4.3零件信息的描述與輸入

4.3.1CAPP系統(tǒng)對零件信息描述技術(shù)的要求

簡明、準(zhǔn)確地描述零件信息，以適合計(jì)算機(jī)處理，并與實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用相一致，是實(shí)現(xiàn)CAPP的前提條件，同時(shí)對于CAPP系統(tǒng)的輸出質(zhì)量和運(yùn)行效率也具有決定性影響。

1.零件分類編碼描述法

在早期的CAPP系統(tǒng)中，一般采用零件分類編碼系統(tǒng)，輸入零件的編碼以及一些補(bǔ)充信息，用零件編碼來粗略描述零件的形狀、尺寸、精度等信息。

2.形面要素描述法

為了達(dá)到詳細(xì)描述零件的目的，可以把一個(gè)零件看做由若干個(gè)基本的幾何要素所組成，這些幾何要素分為主要形面要素、次要形面要素和輔助形面要素。

3.圖論描述法

圖論描述法主要是利用圖論的基本原理來描述零件的結(jié)構(gòu)形狀，即用節(jié)點(diǎn)來表示零件的形狀要素，并將這些形狀要素賦以固定代碼。

4.面向零件特征要素法

面向零件特征要素法主要用來描述比較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體類零件。

5.拓?fù)涿枋龇?/p>

從拓?fù)鋵W(xué)的角度講，三維零件包括有限數(shù)量的元素，如點(diǎn)、線、面，這些元素可以看成是一些單元，因此一個(gè)零件可以用一組單元來表示，這就是拓?fù)涿枋龇ā?/p>

6.直接與CAD系統(tǒng)連接

從20世紀(jì)80年代后期開始，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)發(fā)展得很迅速，要求克服常規(guī)的零件信息描述方法中輸入頻繁、效率低的缺點(diǎn)，因此提出了將CAPP與CAD系統(tǒng)直接連接的方法，使得CAPP系統(tǒng)所需的各種信息直接來源于CAD系統(tǒng)，避免頻繁的手工輸入。4.3.3回轉(zhuǎn)體類零件信息的描述與輸入

1.基本方法

首先把零件的整體分解為若干個(gè)最基本的幾何要素，分別對它們加以描述，再輸入零件的熱處理、形位公差信息，使得計(jì)算機(jī)識別這些方法，得到相應(yīng)的加工方案。形面要素法最大的特點(diǎn)是對幾乎固定不變的形面要素進(jìn)行各種不同的組合，就可以描述各類零件形狀。

2.形面要素的劃分

在形面要素的劃分中，應(yīng)該結(jié)合具體產(chǎn)品的類型盡可能減少特征的數(shù)量，從而以較少的形面特征組成較多的產(chǎn)品類型，以達(dá)到簡化操作、增加通用性的目的。劃分的時(shí)候不一定過于詳細(xì)和全面。4.3.4非回轉(zhuǎn)體類零件信息的描述與輸入

1.基于特征的信息分析

零件的圖樣信息包含兩個(gè)方面，即零件的幾何信息和工藝信息。零件的具體信息樹如圖4-1所示。圖4-1零件的信息樹示意圖按照基于特征的造型方法來設(shè)計(jì)零件，是根據(jù)零件本身具有工程意義的體素(如孔、槽、相交面)來描述和構(gòu)成零件。這種方法在設(shè)計(jì)時(shí)不僅能給出零件的結(jié)構(gòu)信息和幾何信息，同時(shí)也包含了制造和工藝信息。

圖4-2是箱體類零件的特征分解圖。圖4-2箱體類零件的特征分解圖

2.基于特征的方位描述原理及實(shí)現(xiàn)

基于特征的方位描述從以下兩個(gè)方面來描述零件：一是描述零件各組成表面本身的幾何信息(形狀、尺寸等)和工藝信息(精度、表面粗糙度等)；二是描述各組成表面之間的相互位置關(guān)系與連接次序的拓?fù)湫畔ⅰ?.3.5CAPP系統(tǒng)的輸出

1.工藝規(guī)程

工藝規(guī)程的內(nèi)容一般包括表頭信息和零件的加工過程描述兩部分。表頭信息一般包括零件名稱、圖號、材料(有時(shí)候還包括零件的成組編碼等)。零件的加工過程描述包括較為詳細(xì)的加工步驟敘述、工序尺寸、工具、切削參數(shù)和機(jī)床調(diào)整信息等。

2.工序圖

一般來說，工序圖應(yīng)能清楚地表達(dá)被加工零件的類型、名稱、定位基準(zhǔn)、工序尺寸、對刀點(diǎn)等。對于形狀比較簡單的回轉(zhuǎn)體類零件，工序圖可以隨著工藝過程的生成而逐步生成，也可以在工藝過程生成的同時(shí)生成數(shù)據(jù)文件，然后通過專門的CAD系統(tǒng)繪制出工序圖。

4.4CAPP系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡介

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)的目的就是要用計(jì)算機(jī)來自動(dòng)地生成工藝，要求它能在讀取零件加工信息后自動(dòng)生成和輸出