青科大第七章辅助工艺设计

2. 工艺路线的确定 零件表面的最终加工方法确定以后，为保证加工质量，常 需要安排一些准备工序，如精加工之前的粗加工工序、热处理程 序等，并确定彼此之间的顺序，这就是工艺路线的确定。
工艺路线的制定一般都是以划分加工阶段为依据，如粗 加工、半精加工、精加工和超精加工等，并遵循工序顺序安 排原则，如先基准后其它、先面后孔、先主后次、先粗后精 的原则。
7.4 派生式CAPP系统
派生式CAPP系统又称检索式CAPP系统。根据零件信息的描述与输 入方法不同，派生式CAPP系统可分为基于成组技术(GT)和基于特征的派 生式CAPP系统。

基于成组技术(GT)的派生式CAPP系统 1. 主要工作流程 首先根据零件的相似性划分相似零件组，再对零件组进行标准 工艺规程的编制，并确定相应的检索方法，最后以文件的形式贮存 在计算机中。当要为新零件设计工艺规程时，输入该零件的成组技 术代码，由计算机判别零件属于哪一个零件组，检索出该零件组的 标准工艺规程。对标准工艺规程进行修改后，形成该零件具体的工 艺规程。 通常情况下，调用标准工艺文件，确定加工顺序，计算切削 参数、加工时间或加工费用都是由计算机自动进行的。
从CAD系统直接输入零件信息
1) 特征识别法 2) 基于特征拼装的计算机绘图与零件信息的描述和输入方法 3) 基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法 4) 基于产品数据交换规范的产品建模与信息输入方法

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图形扫描及识别技术的输入方式 这种技术就是用图形扫描仪将图纸上的信息扫描输入到计算 机中，然后对扫描所得到的信息进行一定的分析与处理，在计算 机上还原出工程图纸，并形成相应的图形文件，再将图形文件进 行分析与识别，抽取出CAPP系统能识别的几何形状信息和加工信 息。
1) 顺序分支法 顺序分支法乃是将待分类的全部零件按其工艺过程逐个 的判别，使之归属于相应的各级分支组，进入各级分支组的诸 零件在工序(主要的)类型、数目和顺序上完全一致；然后，遵 循一定的并枝原则把各级分枝组合并为零件总数适当的加工族。
2) 聚类分析法 聚类分析法是一种数值分析方法，它是数据统计中研究物以 类聚的一种多元分析方法，即用某一数学统计量定量地确定样品之 间的亲疏关系，从而客观的将样品分类。 相似系数，即用来描述两个样品之间相似程度的统计量。该 系数的值将直接影响到样品的分类。
1. 选择加工方法 IF (加工表面为外圆柱面或外圆锥面) (工件材料为碳钢或合金钢) (表面要求淬火，HRC>38) (表面粗糙度Rz>1.6) (加工精度IT > 6) THEN (推荐采用磨削加工方法) (要求预加工表面精度IT9，粗糙度 6.3)
IF (加工表面为孔) (直径9～245mm) (直径公差≥0.007㎜) (表面粗糙度Ra>1.6µ m) (直线度≥0.005mm) (圆度≥0.007mm) (平行度≥0.012mm) (位置度≥0.002mm) (长径比≤10) THEN (推荐采用精镗工序) (切削余量0.05mm) ( 要 求 预 加 工 表 面 的 公 差 为 ± 0 . 0 5 mm， 表 面 粗 糙 度 Ra=12.5µ m)

CAPP系统的基本结构 1) 零件信息的输入模块 2) 工艺规程的生成模块 3) 工艺数据/知识库模块 4) 系统的控制和管理模块 5) 工艺文件管理与输出模块
CAPP系统的分类
CAPP系统按照其工作原理可分为四类： 1) 派生式 2) 创成式 3) 混合式 4) 专家系统

CAPP系统发展趋势 1) 集成化 2) 通用化 3) 智能化
7.3 成组技术
1. 基本原理 传统的单件批量生产模式所面临的问题或挑战： 1) 产品品种日益多样化 2) 产品具有更高的可靠性要求 3) 需要加工的零件材料品种更为繁多 4) 要求进一步提高生产率、降低废品率和降低材料消耗。 5) 进一步加强设计、制造等所有生产环节的联系。 成组技术GT(Group Technology)是一门生产技术科学，研 究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并将相似的 事物归成组。机械加工中的成组技术是指对相似的零件进行识 别和分组，相似的零件归入一个零件组或零件族，并在设计和 制造中充分利用它们的相似点，以提高生产效率，并获得更好 的经济效益。
在创成式CAPP系统中，计算机在收集大量的工艺数据和 加工知识的基础上，建立起一系列的决策逻辑，形成工艺数据 库和加工知识库。当输入新零件的有关信息后，系统可以模仿 工艺人员的思维，应用各种工艺决策逻辑规则，在没有人工干 预的条件下，自动地生成零件的工艺规程。

创成式CAPP系统设计的一般过程 1. 准备阶段 1) 明确开发的系统的设计对象 2) 对本类零件进行工艺分析 3) 搜集和整理各种加工方法的加工能力范围和经济加工精度等 数据 4) 收集、整理和归纳各种工艺设计决策逻辑或决策法则 , 这是 CAPP系统确定零件加工过程的关键和核心。

CAPP系统零件信息模型 运用上述方法获取了输入零件的信息后，CAPP系统还需要建立 一种数学模型和数据结构来描述这些信息。目前统中应用最广泛的 一种零件信息建模方法是基于特征的零件信息描述法，即特征建模 法。

CAPP系统的输出 1) 工艺规程的输出 2) 工序图的输出 3) NC代码的输出
7.2 CAPP系统零件信息的描述、输入 和输出

图纸信息的描述与人机交互式输入 1) 分类编码描述法(GT法)与输入 2) 语言描述与输入法 3) 知识表示描述法 4) 基于形状特征或表面元素的描述与输入 法
7.2

CAPP系统零件信息的描述、输入和输出
图纸信息的描述与人机交互式输入 1) 分类编码描述法(GT法)与输入 2) 语言描述与输入法 3) 知识表示描述法 4) 基于形状特征或表面元素的描述与输入法
2. 工艺决策逻辑的主要表现形式 1) 决策表
2) 决策树
3) 决策树与决策表之间的比较 (1) 决策树更容易建立和维护，可以直观、准确地表达复杂的逻辑关 系。而且决策表可以转换为决策树。 (2)便于扩充和修改，适合于工艺规程设计。 (3)便于程序的实现，其结构与软件设计的流程图相似。

工艺决策中知识库的建立 ---- 工艺过程设计部分
2. 发展状况 在机械加工领域，最先提出成组技术概念的人是俄国人 S.P.Mitrofanor。50年代末60年代初传入欧洲各国。60年代以后，日 本、美国也积极的采用了成组技术，并取得很好的效果。目前，随着 计算机技术和数控技术的发展，成组技术得到了更好的应用。我国成 组技术的应用起源于60年代，并在80年代得到广泛推广。

零件分类编码系统 1. 零件分类编码系统的基本类型 1) 面向零件设计特征的分类编码系统 2) 面向零件制造特征的分类编码系统 3) 面向零件设计和制造的分类编码系统
2. 零件分类编码系统的结构 1) 树式结构：除第一码位外，其它码位上符号的确切含义都要 根据前一码位来确定，码位之间是上下级关系，这种结构又称 单码或分级结构。 2) 链式结构：每个码位上的符号的含义是固定的，与其它码位 无关，也称为并列结构或矩阵结构。 3) 混合式结构：即将上述两种结构的组合，以其综合树式结构 和链式结构的优点，更好地满足设计和制造的需要。
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精度：内外圆与平面
毛胚原始形状：锻件
材料种类：钢(抗拉强度>420MPa) 最大直径：160mm<D<250mm 辅助加工孔：有分布要求的轴向孔 平面加工：外平面
内部形状：光滑或单向台阶带功能槽
外部形状：单向台阶、无形状要素 零件类别：回转体零件L/D<0.5
3. 生产流程法 生产流程法(Production Flow Analysis -PFA)是研究工厂生产 活动中物料流程客观规律的一种统计分析方法。它着重分析生产过 程中从原料到产品的物料流程，研究最佳的物料流程系统。这种方 法对零件的分组主要取决于对车间生产的流程分析。
3. 成组技术在机械加工中的应用 1) 成组工艺 2) 成组生产单元的组织 3) 成组技术在CAD中的应用 4) 成组技术在CAPP系统中的应用 5) 成组技术在FMS中的应用
4. 成组技术的优点 1) 有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。 2) 有利于工艺设计的标准化 3) 降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。 4) 有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统的集成。
1. 建立工艺决策逻辑的依据 建立工艺决策一般应根据工艺设计的基本原理、工厂生产实践 经验的总结，以及对具体生产条件的分析研究，并集中有关专家、 工艺人员的智慧及工艺设计中常用的、行之有效的原则，如加工方 法的选择、加工阶段的划分、工艺方案选择等方面的原则，结合零 件的结构特征，建立起相应的工艺设计逻辑。
2. 软件设计阶段 就创成式 CAPP 系统工艺决策的软件设计而言，主要任务就 是将准备阶段所搜集到的数据和决策逻辑用计算机语言来实现。 传统的做法是将各种工艺设计决策逻辑模型化和算法化。
创成式CAPP系统的工艺决策
研制CAPP系统是一件非常复杂的问题，它涉及到选择、计 算、规划、绘图、文件编辑以及数据库管理等工作。建立工艺决 策逻辑是其核心的问题。从决策基础来看，它又包括逻辑决策、 数学计算和创造性决策等方式。
第七章 计算机辅助工艺设计
7.1 概述
CAPP的提出
工艺设计是从产品设计到产品制造之间 的重要桥梁，也是机械制造企业生产技术工 作的主要内容。 机械加工工艺规程主要包括的内容有： 分析被加工零件；选择毛胚；设计工艺过程； 工序设计；编制工艺文件。
手工制订工艺规程存在的问题： 1) 由于工艺设计人员的经验、习惯和技术水平 不同，对同一零部件产品的工艺设计会存在差 异，不利于工艺规程的标准化。 2) 效率低下，存在大量的重复劳动。 3) 不能将工艺专家的经验和知识集中起来加以 利用。
计算机技术的迅猛发展为工艺设计的自动化 奠定了基础。计算机能有效的管理大量数据， 进行快速、准确的计算，并能对各种形式的数 据进行比较和选择，还能自动绘制表格文件等 等。计算机正是存在着这些优势，计算机辅助 工艺设计便应运而生。

CAPP基本功能： 1) 接收或生成零件信息 2) 检索标准工艺文件 3) 选择加工方法 4) 安排加工路线 5) 选择机床、刀具和夹具等 6) 确定切削用量 7) 计算切削参数、工时定额和加工费用等 8) 计算工序尺寸和公差，确定毛坯类型和尺寸 9) 绘制工序图 10)生成工艺文件 11)刀具路径规划并生成NC代码
2. 软件开发流程 1) 系统的需求分析 2) 系统的功能设计 3) 硬件和软件平台的选择 4) 系统详细设计 5) 编制系统规格说明 6) 程序编制 7) 编写程序文档 8) 程序测试与维护
3. 具体开发过程 1) 零件的分组编码 2) 设计零件组的复合零件 3) 标准工艺规程的制订 4) 确定标准工艺规程的表达与工艺规程筛选方法 5) 建立工艺数据和知识库 6) 软件设计
零件的分类方法 零件的相似性是零件分类的基础。零件的相似性有两类：设 计性质(如几何形状和尺寸等，图7-1)方面的相似性和制造性质(如 加工工艺，图7-2)方面的相似性。 零件族是一些零件的集合，这些零件具有相似的几何形状和 尺寸或在加工具有相似的加工步骤。
1. 视检法(人工识别分组法) 2. 编码分类法 2.1 特征码位法 2.2 码域法 2.3 特征位码域法

基于特征的派生式CAPP系统 主要特点： 1) 用基于特征的零件信息模型来取代GT码 2) 用样件分类索引树来取代零件分组 3) 用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略
TOJICAPP系统简介(图7-11)
7.5 创成式CAPP系统

创成式CAPP的系统原理 创成式CAPP就是让计算机模仿工艺人员的逻辑能力，自动 进行各种决策，选择零件的加工方法，安排工艺路线、选择机床、 刀具、夹具、计算切削参数和加工时间、加工成本，以及对工艺 过程进行优化。人的任务仅在于监督计算机的工作，并在计算机 决策过程中作一些简单问题的处理，对中间结果进行判断和评估 等。