CAPP.docx
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CAPP
电机制造CAPP系统
摘要
电机生产批量小，品种多，其工艺编制主要依赖于手工，工艺设计繁琐，规范性差，成熟的工艺知识及经验难以保存和借鉴，存在着工艺设计时间长、工艺设计重复性大等问题。
因此需要开发一套适合电机生产特点的CAPP系统，解决工艺设计的瓶颈问题。
基于此，辽宁石油化工大学和抚顺煤矿电机厂合作开发了DJ-1CAPP系统。
首先是工艺设计的标准化：
根据抚顺煤矿电机厂产品的特殊性及电机零件结构特点，自行设计一个具有一定针对性的13位分类编码系统；将主要生产零件编码，并根据相似性原理将零件分组；采用复合工艺路线法进行成组工艺设计并确定主样件。
在此基础上，编制工艺过程工序卡片，形成标准工艺。
然后是工艺库的建立：
以抚顺煤矿电机厂工艺文件为基础，将各零件组主样件图形及标准工艺生成工艺数据文件，以备软件调用。
最后是工艺设计的自动化：
以MicrosoftVisualStudio.NET2003为开发平台，开发出DJ-1CAPP系统应用软件。
本软件通过对零件的编码与检索，用户只需通过交互式输入，即可由系统自动生成加工工艺，并可根据零件特点，对工艺进行任意修改。
DJ-1CAPP系统采用检索式、派生式和创成式相结合方式，综合他们的优点，并在应用成组技术（GT）和人机交互方式作为补充的基础上开发出的一种面向电机生产制造的综合式系统。
该系统对电机零件加工工艺过程标准化、规范化具有积极的作用，具有较强的应用价值，对于电机生产企业实现工艺信息的集成管理，提高工艺设计的效率和质量，具有重要的意义。
关键词：
成组技术；计算机辅助工艺规程设计；零件分组；成组工艺设计
SystemofCAPPintheMotorManufactory
Abstract
Today,low-volumeproductions,morevarieties,tediousprocessdesign,andlackofstandardsismotors’manufacturingfeatures.Itisalongandrepetitiveprocessplanduringthecourseofmotorsmanufactory.So,itneedstodevelopasetofcharacteristicsfortheproductionofmotorCAPPsystemsandsolvethebottleneckproblemofprocessplan.
Therefore,LiaoningShihuaUniversityandFushunCoalMineMotorPlanthavedevelopedtheDJ-1CAPPsystems.First,itisthestandardizationofprocessplan:
accordingtoFushunCoalMineMotorPlantproductsparticularityandstructuralcharacteristics,todesignacertaintargeted13ClassificationandCodingSystem,tocodeformainparts,andinaccordancewiththeprincipleofsimilarpartstogroup,andusingcompositeprocessmethodandtocarryonGroupProcessplananddeterminetheprototypeparts.basedonthis,todrawupprocessprocessescardsandformastandardprocesses.
Second,itisestablishmentofprocessdatabases:
basedonprocessdocumentsoftheplant,Toformprocessdatadocumentswithprototypepartsgraphsandstandardprocessdocuments,andtoprepareforsoftwaretouse.
Finally,itistheProcessplanAutomation:
MicrosoftVisualStudio.NET2003forthedevelopmentplatformtodevelopaDJ-1CAPPsystemsapplicationsoftware.Throughencodingandretrievalofpartsinthesoftware,andinteractiveuserstoinput,cangeneratedautomaticallythesystemprocessing,andmaycarryonthecraftrevisesaccordingtothecomponentscharacteristic.
DJ-1CAPPsystemhasapositiveroleandstrongvalueformotorpartsmachiningprocessstandardization,andisofgreatsignificanceforenhancingtheefficiencyofprocessdesignandquality.
Keyword:
grouptechnology;CAPP;partsgroup;groupprocessplan
目录
摘要I
AbstractII
第一章绪论-1-
1.1CAPP概述-1-
1.1.1CAPP的基本概念-1-
1.1.2CAPP发展概况-1-
1.1.3CAPP系统类型-2-
1.2项目产生背景及资料收集-3-
1.2.1抚顺煤矿电机厂产品调研情况简介-3-
1.2.2传统工艺规程设计方法分析-4-
1.2.3CAPP系统在电机生产中的应用分析-5-
第二章基于成组技术的DJ-1CAPP系统工艺设计标准化过程开发-6-
2.1概述-6-
2.1.1成组技术简介-6-
2.1.2系统开发的思想及思路-6-
2.2DJ-1CAPP系统的构成-8-
第三章DJ-1零件分类编码系统-9-
3.1编码系统结构设计-9-
3.2DJ—1零件分类编码系统有关术语说明-17-
第四章电机零件编码-18-
第五章零件分组-21-
5.1分组码域的设计-21-
5.2零件分组及说明-28-
第六章成组工艺设计-30-
6.1电机机座成组工艺设计-30-
6.2电机前、后端盖成组工艺设计-32-
6.3电机轴成组工艺设计-34-
6.4小结-40-
第七章参考文献-41-
第一章绪论
1.1CAPP概述
工艺规程设计是机械产品制造过程技术准备工作中的一项重要内容。
它的主要内容是为被加工零件选择合理的加工方法，安排合理的加工顺序，选择机床、刀具、夹具和量具，选择合理的切削用量，计算时间定额和加工成本、劳动生产率及生产周期等。
工艺规程设计的合理与否将直接影响产品的质量和劳动生产率。
工艺规程设计是经验性很强且影响因素非常多的决策过程，随着机械产品市场的变化（多品种、小批量生产占主导地位），传统的工艺设计方法存在三个缺点，效率低、工艺规程缺乏一致性、传统的工艺方法不能有效地对大量的工艺文件及数据进行管理，也不利于有效利用本领域内专家的经验知识。
因此，传统的工艺规程设计已不能满足现代制造行业的需要，计算机辅助工艺规程设计的方法代替传统的工艺规程设计方法就成为必然的趋势。
1.1.1CAPP的基本概念
计算机辅助工艺规程设计（ComputerAidedProcessPlanning，简称CAPP），是利用计算机的信息处理和信息管理优势，采用先进的信息处理技术和智能技术，帮助工艺设计人员完成工艺设计中的各项任务。
例如，定位基础的选择，拟定零件的工艺路线，确定各工序的加工余量，计算工艺尺寸和公差，选择工装设备，确定切削用量，计算工时定额，编写各类工艺文件和作业计划，制定所需的相关数据，作为零件数控编程、生产管理与运动控制系统的基础信息。
1.1.2CAPP发展概况
国外CAPP的研究始于20世纪60年代后期，第一个CAPP系统是挪威1969年推出的AUTOPROS系统，1973年正式推出商品化AUTOPROS系统。
美国是20世纪60年代末70年代初开始研究CAPP的，并于1976年由CAM-Ⅰ公司推出的颇具影响力的CAM-Ⅰ′SAUTOMATEDprocessPlanning系统，成为CAPP的发展过程史的里程碑。
国内CAPP技术的研究是从80年代开始的，国内最早开发的CAPP系统是同济大学的变异式CAPP系统和北京航空航天大学的创成式CAPP系统。
国内外研究的重点有所差异，国外制造业的自动化进程开始的较早，程度也较高，相应的计算机辅助体系较为健全。
一方面，CAPP单项技术研究仍然保持对“自动化”和“智能化”的追求，使CAPP与CAM更加紧密，进而与CAM融合，成为CAM的一部分。
另一方面，CAPP技术的研究已经从面向零件的CAPP研究发展到面向产品、面向企业的工程规划研究。
因此国外CAPP的研究比较注重CAPP作为子系统，与其他计算机辅助环节的结合。
例如对CAPP在FMS与CIMS中的应用做了相对较多的研究。
就其类型而言，国外CAPP研究中用于创成（或半创成）机加工工艺的系统居多。
而国内由于工业自动化水平较低，因此CAPP的研究内容主要集中在CAPP的若干相关关键技术，如零件的建模与结构编码、CAPP开发工具、CAPP工艺生成的智能化方法等方面。
1.1.3CAPP系统类型
CAPP技术经历了从样件法、变异式、创成式、智能型CAPP系统等阶段的发展。
1.1.3.1样件法CAPP系统
样件法CAPP系统是最早采用的计算机辅助工艺规程设计方法，主要是充分利用GT在工艺规程设计上的应用，按相似的零件组（加工族）编制适用于这一组的工艺规程，这一组零件可以用成组技术的零件编码的码域（二进制的矩阵图）来表示，这样可以将每一组的码域与相应的工艺文件用计算机存储起来。
在生产技术准备中，新的零件GT编码后输入计算机，对原来存储的各码域进行检索，只要检索到与输入零件编码相匹配的码域，计算机就可以输出相应的工艺规程。
1.1.3.2变异式CAPP系统
有的资料上称为半创成法。
这一方法是根据样件法改进并提高计算机处理能力而来的。
由于样件法无法从一组工艺中挑选出需要的工序，确立每一工序的机床规格以及工装等，所以人们在样件法的基础上做了改进。
它可以根据输入零件编码所提供的信息来选择部分要素加工工序，选择每一工序的机床等，这样既减少了人机交互的干涉，又使工艺规程更加符合标准，并大大提高了计算机处理的速度。
但它还是以样件工艺为基础的，如果没有样件工艺，计算机无法生成新的工艺文件。
1.1.3.3创成式CAPP系统
创成式（也称生成式）CAPP系统是依靠输入零件图型及其加工要求等信息，并通过预先存入计算机系统数据库或知识库中的一系列与设计零件工艺有关的工艺决策规则，诸如确定毛坯类型、夹具、刀具、量具等，并充分利用计算机的逻辑判断功能而生成零件工艺的。
与此同时，根据输入的有关数据，利用计算机的运算功能，还可以计算出工序尺寸、加工余量、切削用量、时间定额等。
1.1.3.4智能型CAPP系统
智能型CAPP系统是按照人工智能的理论，建立一个计算机应用系统，能够按照工艺专业人员思维来进行零件的工艺设计，就要建立一个工艺专家系统。
首先是要建立知识库，把工艺人员的知识和经验装入计算机系统。
然后根据输入的图纸信息，利用知识库中存储的工艺知识，模拟人的思维进行逻辑推理，并进行决策，设计出与输入图样信息相匹配的工艺文件。
1.2项目产生背景及资料收集
本项目由辽宁石油化工大学与抚顺煤矿电机厂共同研发，研究对象为矿用隔爆电机。
抚顺煤矿电机厂是国家机械制造行业骨干企业之一，也是国内煤炭行业中最大的一家电机制造厂，产品主要为煤矿工作面采、掘、运、提升设备配套的隔爆电机，是一家传统的多品种，小批量的特殊电机制造厂。
该厂为多品种小批量生产，所以产品变化较大，工艺规程设计的工作量较大，经过调研及协商，由我院赵杰教授牵头，联合抚顺煤矿电机厂工程技术人员共同组成了课题组，研究开发针对电机生产的专用CAPP系统。
1.2.1抚顺煤矿电机厂产品调研情况简介
抚顺煤矿电机厂主要产品有YB系列隔爆电机、建筑机械用耐振电机、电动滚筒用电机、风机电机、Y系列电机和开关磁组调速电机等7大类15系列，单机容量为1.5～1000Kw，电压等级为380V、660V、1140V、3KV和6KV，各种安装形式，工作方式，冷却方式，绝缘等级，防护等级，适用各种环境各类型不同级别的电机，为石油、煤炭、化工、国防、冶金、建筑等工业部门提供一流的产品和服务。
通过多次调研，选择了具有代表性的13种隔爆电机作为研究对象，如表1.1所示：
表1.1：
典型矿用隔爆电机型号
序号
电机型号
1
YBRB－5.5（Ａ）
2
YBC４－300
3
YBSS－400（A）
4
YBC－400/420
5
YBSD－700/300－4/8
6
YBSS－315、YBSS－375
7
YBCS2－400
8
DMB－50S
9
YBCS－200
10
DZB－22
11
DYB－55
12
DZB－30
13
DYB－37/45
该13种电机外形结构为箱式及筒式两大类，其中筒式电机又分为底脚及法兰两种。
1.2.2传统工艺规程设计方法分析
传统的工艺设计方法，在工艺设计中存在以下问题：
（1）工艺设计的随意性
由于工艺方法的灵活性以及加工设备、工装等的随机性，在传统工艺设计中，往往以工艺设计人员经验为主，进行工艺路线、工艺规程等工艺文件的设计。
虽然在工艺文件的格式、部分工艺术语上贯彻了工艺标准化，但在工艺内容上却没有制定详细的标准或参考资料，还是以经验为主，且是随着人们的经历不同而变化的，因此造成了工艺设计因人而异。
另一方面由于人们记忆力的局限性，随着时间的变化，同一位工艺人员可能对相似的零件编制出不同的工艺路线和工艺规程，从而对组织生产、指导生产带来不良后果。
（2）工艺设计中大量的重复劳动
机械零件有70%～80%的相似性，相似零件的工艺路线和工艺规程也一定相似。
虽然以往国内外工艺专家提出过许多种利用相似性原理开展典型工艺、成组工艺的编制，但是由于种种原因没有很好推广，所以造成了工艺设计中大量的重复劳动，而且其中30%～40%都是比较简单的零件。
为了生产的需要，工艺设计人员也得进行重复性的工作，不但浪费时间，使工艺人员没有更多时间从事创造性劳动，而且也影响广大工艺人员的积极性。
重复劳动也同样存在于工装设计中。
1.2.3CAPP系统在电机生产中的应用分析
电机生产批量小，品种多，其工艺编制主要依赖于手工，工艺设计繁琐，规范性差，成熟的工艺知识及经验难以保存和借鉴。
存在着工艺设计时间长、工艺设计重复性大等问题。
因此需要开发一套适合电机生产特点的CAPP系统，解决工艺设计的瓶颈问题。
这一设计对于实现工艺信息的集成管理，提高工艺设计的效率和质量，具有重要的意义。
本项目开发的CAPP系统，注重了电机零件结构特点，以抚顺煤矿电机厂工艺文件为基础。
该系统对电机零件加工工艺过程标准化、规范化具有积极的作用，具有较强的应用价值。
第二章基于成组技术的DJ-1CAPP系统工艺设计标准化过程开发
2.1概述
DJ—1CAPP系统是针对电机生产开发的CAPP系统，同时系统具有一定的通用性。
系统为基于成组技术的派生式CAPP系统，可以通过调用典型零件工艺或已编制的相似工艺，在此基础上进行编制、修改，最后生成具有面向电机生产的机械加工工艺规程。
2.1.1成组技术简介
成组技术是一门基于解决多品种小批量生产所存在的种种问题而产生的生产技术应用性科学，它利用统计分析和相似性的理论，将分散的小生产汇集成较大的成组生产，把多品种转化为少品种，小批量转化成大批量，显著地提高了多品种多批量生产的经济效益。
成组技术的最初应用是在指导机械零件的制造工艺方面，把许多结构不同的零件按工艺相似性分类整理成零件族，设计出适合全族零件加工的成组工序，从而取得最佳的生产经济效益。
随着成组技术理论体系的完善，成组技术的应用不仅在制造工艺方面，而且在产品设计和生产组织管理方面也日益广泛，特别是与计算机技术的结合，使得成组技术的应用更加简单、实用。
成组技术是利用有关事物的相似性将相似的问题归类成组，并寻求解决这一组问题的最优方案。
在机械加工工厂中，应用成组技术将该厂产品中的被加工零件，按其结构形状、尺寸大小、材料及加工工艺的相似性进行分类成组，可达到扩大零件批量的目的。
在成组技术中，将零件归类成组是关键。
分类的合理与否直接影响到成组技术的效果，因此国内外对成组技术的分类方法十分重视。
随着计算机技术的发展，现已广泛采用电子计算机进行零件的分类。
为此，必须用数字化信息描述零件的结构形状、尺寸大小、材料、加工工艺、加工精度等特征。
成组技术的核心问题是按相似性将零件分类成组，并根据各个零件组设计主样件。
2.1.2系统开发的思想及思路
变异型CAPP系统的特点就是运用GT的原理，利用零件的相似性检索现有的工艺规程来生成新的零件加工工艺规程。
基于上述设计思想，在CAPP系统开发过程中主要应做如下几项工作：
1）根据产品的特点，选择（或设计）合适的编码系统；
2）制订辅助编码系统，以助于对已有零件的整理、分类；
3）按照编码系统对零件分类归族（组），按族选择出每族（组）的主样件，确立典型工艺路线和相应的工序内容；
4）确立各类工艺数据库；
5）进行系统总体设计。
许多国家针对不同的应用需要已开发了不同的分类编码系统。
阿亨工业大学的OPITZ教授在调查研究了26种机械产品、45000种零件的基础上研制了OPITZ系统，该系统主要是由5位主码和4位辅码构成，属于以链式结构为主的混合式刚性码结构。
主码中的前两位为树形结构，其它为链式结构，整个系统比较简单。
但OPITZ系统为科学地应用成组技术提供了工具，开创了零件特征数字化的新纪元。
成组技术应用的后起之秀日本提出了适合中小型企业的KC分类编码系统，紧接着又推出了适合大中型企业使用的KK一1，KK一2和KK一3分类编码系统。
其中KK一3系统是一个多码位、多功用的通用分类编码系统，它由21位码构成。
我国各个部门也分别研制了本行业的分类编码系统，如航空部研制的HFU系统，该系统主要由16位码位构成，适用于航空附件企业的设计、制造和管理。
以上各分类编码系统都有各自的优越性，但从信息集成的角来讲，还存在不足：
这些分类编码系统缺乏详细描述工程信息和几何形状信息的能力，系统特征项固定，结构呆板，代码冗余，不易扩充等。
根据抚顺煤矿电机厂产品的特殊性，初步确定自行设计一个具有一定针对性的分类编码系统DJ—1分类编码系统。
它由零件名称类别矩阵、形状及加工码、辅助码共13位码位组成，每位编码都用0一9的数字来表示零件的某项特性指标。
依据上述分类编码方案，开发出13位编码的计算机辅助编码系统，以抚顺煤矿电机厂的主导产品隔爆电机为基础，利用计算机辅助编码系统，把零件全部输入计算机进行编码、分类、归纳、推理、分组，总结出复合工艺路线，形成典型零件，编制出成组工艺。
系统的设计思路如图2.1所示：
图2.1电机生产CAPP系统设计思路
Fig.2.1DesignideasofCAPPsystemsofmotormanufactory
编制新工艺时，首先对新零件进行编码，将编码输入计算机后，在已有的主样件库中进行检索，若检索到相似的主样件，则调出其工艺，并作简单调整后输出即可。
若检索不到时就进行模糊搜索，模糊搜索时只对特征码位进行搜索，其余码位忽略，从而查找出更多的相似性工艺规程（由不同的编码确定），工艺人员根据图样浏览分析选择编码框中各不同编码对应的工艺规程进行设计、修改形成新的样件工艺，在输出的同时，将其工艺存入样件库中，对库进行扩充和维护。
设计交互式编辑系统，对工艺进行编辑修改，编辑中可以对表格中的各项进行工序的插入、删除、交换前后位置、其中某个工序的前后移动等编辑。
2.2DJ-1CAPP系统的构成
在系统设计中，遵循了软件开发的基本原理和方法，同时兼顾到系统的扩充和维护性，该系统为模块化设计。
见图2.2：
图2.2系统结构图
Fig.2.2Structuralpatternsofsystems
第三章DJ-1零件分类编码系统
零件分类编码系统是用字符（数字、字母或符号）对零件各种特征或属性进行描述、识别的一套特定规则。
根据分类编码系统制定的规则，用字符标识和描述零件就是对零件进行编码。
代表零件特征属性的每一个字符称为特征码。
经过编码，零件的特征被标成相应的特征码，这些特征码的有序组合便产生了零件的代码。
3.1.编码系统结构设计
通常，零件的几何形状、结构及其技术条件通过工程图样可以详细、完整地表达清楚，同时也提供了从制造到装配的基本信息。
然而，对许多决策过程，过多的信息反而使决策困难，GT的编码却可以构造一个零件模型而无需细节。
在构造DJ-1零件分类编码系统时，首先考虑的是零件编码系统的结构设计。
零件分类编码系统结构有三类：
①树式结构：
码位之间是递阶隶属关系；即除第一位码位内的特征码外，其后各码位特征含义都要根据前一位确定，因此，形成树状结构。
树式结构在码位数与链式相同时能包含大量的分类环节，但结构复杂，编码和识别代码均不方便。
②链式：
各码位的特征或属性具有独立含义，与前位或后位无关。
链式结构在相同的码位数时，所包含的特征信息量即分类环节总数比树式结构少，但结构简单，编码和识别代码比较方便。
③混合结构：
系统中部分码位为链式、部分为树式，故称混合结构。
混合结构利用了链式和树式两者的优点。
3.1DJ-1分类编码系统结构设计
DJ-1分类编码系统采用混合结构，由13位十进制代码组成，前7位（1～7码位）为主码，表示零件的类别及几何形状特征。
后6位（8～13码位）为辅助码。
用数字0～9分别表示零件的特征。
此编码系统的总体结构如图2.3所示。
图2.3DJ-1分类编码系统结构
Fig.StructuresofDJ-1classificationandcodingsystems
3.1.1DJ-1分类编码系统详细设计
（1）第一码位设计
DJ-1分类编码系统第一位编码为零件类别，第二～七位编码为形状要素，第八位编码为材料、第九位编码为毛坯原始形状，第十位编码为热处理，第十一、十二位编码为主要尺寸，第十三位编码为精度要求。
编码内容如下：
第一码位为零件类别。
0—6特征
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