生产系统学-4计算机辅助工艺设计.ppt

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生产系统学第四章第四章计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计第四章第四章计算机辅助工艺设计计算机辅助工艺设计第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成一、工艺过程设计的基本概念工艺过程设计是产品设计和制造之间的桥梁，它把产品的设计信息转化为制造信息。

SME定义：

“为了经济地和有竞争力地制造某一产品，对其加工方法进行系统的决策”。

第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成用IDEF0模型描述的工艺过程设计的主要功能和作用：

第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成完整的工艺过程设计可分为以下步骤：

完整的工艺过程设计可分为以下步骤：

（1）进行零件的描述，建立零件的信息模型；

（2）设计加工工艺方法和路线，选择机床或其他设备；（3）确定加工基准，选用或设计夹具；（4）设计加工工序和工步，选用或设计刀具；（5）确定加工余量和公差，确定加工工艺参数；（6）计算工时和加工费用；（7）设计检验方法，选择检验量具；（8）生成工艺规程、工夹具清单、机床调整卡片等。

n产品设计遵循国家制图标准，适用于所有企业n工艺方法多种多样，与零件形状、材料、批量有关，尤其在很大程度上取决于各企业的工艺习惯和设备条件n工艺过程设计很大程度上受工艺人员的个人经验的制约第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成工艺过程设计与产品设计的区别工艺过程设计与产品设计的区别第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计（ComputerAidedProcessPlanning-CAPP）的基本概念如下的基本概念如下图（图图（图4-24-2）所示。

）所示。

第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成实践经验明，CAPP给企业生产活动的各个方面都会带来经济效益，可使生产总成本降低10%左右。

据不完全统计，工艺过程设计给企业各种活动目带来的费用节省（%）如表4-1所列：

表4-1CAPP系统的效益工夹具费用12%工人工资10%工艺过程设计58%废品和返修10%材料利用4%制造过程费用6%第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成非货币形式的间接效益：

n提高效率n提高质量n面向市场n面向车间n数据共享第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成二、CAPP系统的组成1.零件描述其主要功能是把零件图纸或CAD系统的零件信息转化为生成工艺路线和进行工序设计所需要的数据结构；2.工艺路线生成按照一定的工艺设计逻辑（如典型工艺过程、决策树或决策表、产生式规则）生成加工该零件的工艺路线，确定加工工序的顺序；3.工序设计确定工序内的工步，选定机床设备和工夹量具，确定加工余量和工艺参数，计算切削用量和工时定额；4.工艺文件管理按照规定格式打印输出工艺路线单、刀具清单、毛坯需求单、工艺规程等，并与其它系统进行数据交换。

第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成CAPP系统的组成（图4-3）第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成具有实时优化功能的CAPP系统（图4-4）工艺路线、工时定额自动修订工艺路线自动调整资源利用分析工时统计分析工况数据采集生产调度设备负荷实际工时设备、工时作业计划编制动态CAPP系统图4-4面向车间的动态CAPP系统n能够根据设备负荷情况自动修改工艺路线，从而提高机床利用率;n能够按照工况数据采集系统提供的实际工时，进行统计和回归分析后，自动修改工时定额，使作业计划的安排更为合理，更符合生产实际情况，促使整个生产活动的效益和效率明显提高。

第一节第一节CAPPCAPP系统的基本概念和组成系统的基本概念和组成具有实时优化功能的CAPP系统:

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述一、描述方法零件信息描述是对零件实体的一种抽象，用数据和对数据的操作来表达零件，是构成CAPP系统的重要基础。

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述CAPP系统中，零件信息的描述都将涉及以下内容：

n零件的材料、物理性能以及毛坯形式；n零件表面的几何形状；n零件表面的尺寸和公差；n零件表面的几何精度和粗糙度；n零件各表面之间的连接关系；n零件各表面之间的形位公差关系。

确定表面加工的工艺方法判断表面的加工顺序和尺寸链、公差计算四种零件信息描述方法：

四种零件信息描述方法：

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n借助零件图号和成组编码检索n基于特征的零件信息描述n直接利用CAD系统的数据n建立集成的零件产品模型人机交互人机交互自动进行自动进行二、二、基于特征的零件信息描述法第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n根据第三章中的特征造型原理，采用基于形面特征的描述方法不仅包括了零件结构的功能和几何信息，同时也包括零件制造的工艺信息，因为形面特征是零件的功能、结构和制造工艺的几何载体。

n形面特征与加工方法往往是一一对应的，因此分析零件的特征组成，容易得出加工该零件的工艺方法和路线一根几何形状由六个外圆柱面构成的传动轴的例子一根几何形状由六个外圆柱面构成的传动轴的例子第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述几何形状?

轴承安装面齿轮安装面密封面传动轴面非功能面功能特征辅助特征退刀槽分割槽倒角圆角键槽中心孔允差和配合表面处理和粗糙度形状和位置精度加工方法+0.1A/0.01A磨削10050h7fRa=0.3Rc48淬硬工艺特征1.1.回转体零件的描述回转体零件的描述第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n以TOJICAP系统为例，说明回转体零件的形面特征描述过程。

nTOJICAP系统采用窗口技术，下拉式菜单，用户界面友好，描述过程清晰、输入操作极为方便。

n图4-6是工艺规程表头信息（主要是零件的管理信息）的描述屏幕。

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述工艺规程表头信息的描述1.1.回转体零件的描述回转体零件的描述第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n对回转体零件来说，形面特征信息的输入次序是可以先从右向左依次描述外部形面特征，再从左向右依次描述内部的形面特征，即采用逐段输入的规则。

n在每一段中，先描述主要形面特征（如外圆柱面，参见图4-7），再描述依附在该主要形面特征上的辅助形面特征（如外圆柱面上的环槽）。

n在描述形面特征的同时，还输入有关的加工工艺信息，如尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等。

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述外部主要形面特征（外圆柱面）的描述举例第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述外部辅助特征（拨叉槽）的屏幕描述举例第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n为了避免在输入时要求给出图纸上没有标出的轴向尺寸，系统将根据已输入的外部主特征，在屏幕上显示轴向尺寸的轮廓图，图上给出每一端面的编号，用户再按照零件图纸上标注的轴向尺寸及其公差值输入数据。

n系统将自动校验尺寸链的正确与否，如果缺少或多余轴向尺寸的信息，系统将提示。

如果输入数据正确，系统将计算每一特征的轴向尺寸，并在屏幕上显示按比例的图形，如图4-9所示。

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述在屏幕上显示按比例的图形2.2.箱体类零件的描述箱体类零件的描述第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n将箱体类零件看成为一个立方多面体。

把组成多面体的各包容表面定义为“方位面”，则可以把箱体类零件看成由每一方位面上的若干形面特征和特征集组成的空间集合。

n箱体类零件的形面特征是孔、面、槽三类主要形面特征和若干辅特征的组合。

n对于立方块状箱体类零件，一般只需要考虑六个方位面，即以它的最大包容立方体为基础，分为前、后、左、右、顶、底六个方位面。

n每个方位面具有独立的、描述用的参考坐标系，完整的零件有一个统一的坐标系。

特征在空间的位置首先由参考坐标系来确定，然后再通过坐标换算，叠加到统一坐标系中。

图4-10方位面5的参考坐标系和统一坐标系第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n基于特征的描述方法是通过统计分析将箱体类零件各方位面上的特征加以分类，按照递阶关系归纳出有代表性孔、面、槽、导轨等。

n如孔有直通孔、台阶孔、沉头孔、螺纹孔等，面有主平面、轮廓面、台阶面等，槽有键槽、形槽、燕尾槽等，并对每一形面特征赋以相应的代码。

n特征的划分取决于它的几何形状、功能和加工方法。

TOJICAP系统所采用的孔类形面特征如表4-2所列。

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述表表4-24-2孔类形面特征孔类形面特征基于特征的零件信息描述方法存在的不足：

基于特征的零件信息描述方法存在的不足：

第二节第二节零件信息的描述零件信息的描述n输入效率低：

人工输入影响了CAPP系统的总效率，这在箱体类零件描述中尤其明显n信息不全面：

缺少对非加工表面的描述，对于铸件难于确定装夹部位和绘制工序图工艺过程生成，包括工艺过程生成，包括工艺路线的确定工艺路线的确定以及以及工序工序和工步的设计和工步的设计两个部分。

按工艺过程的生成原两个部分。

按工艺过程的生成原理来划分，有四种不同的生成方法：

理来划分，有四种不同的生成方法：

第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成n检索法n派生法n创成法n专家系统一、检索法一、检索法CAPPCAPP系统系统第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成n检索法检索法实际上是工艺规程的技术档案管理和文字处理系统。

n检索法CAPP系统是事先把已有的零件工艺规程存贮在计算机中，使用时按图号或成组编码检索。

如果要编制新零件的工艺规程，可以通过人机交互方式，修改已有的相似零件的工艺规程，或借助文字处理系统人工重新编写。

n这是一种比较简单而实用的方法。

由于软件开发和维护的费用很少，检索法CAPP系统可以在任何一个中小企业中很快推广应用，并带来良好的经济效益。

二、派生法二、派生法CAPPCAPP系统系统第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成1.1.派生法的基本原理派生法的基本原理n以成组技术为基础，按照零件结构、尺寸和工艺的相似性，把零件划分为若干零件族，并将一个零件族中的各个零件所具有的形面特征合成为主样件（也叫复合零件）n根据主样件制定出反映本厂最佳制造方案的典型工艺过程，以文件形式存贮在计算机的数据库中n当编制新零件的工艺规程时，先判别出成组编码，识别它所属的零件族，调出该零件族的典型工艺，再自动搜索零件的形面特征和尺寸的数据，从典型工艺过程中挑选出需要的工序和工步，以及计算加工参数、工时和成本n派生法CAPP系统编制零件工艺规程的自动化和智能程度比检索法高得多。

这对产品相对稳定的各类企业很适用第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成2.2.主样件的设计主样件的设计一个零件族通常包含若干个零件，把这些零件的所有形面特征复合在一起的零件称为主样件。

第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成主主样样件件14253形面特征：

1外圆柱面；2键槽；3功能槽；4平面；5径向辅助孔12354零件简图工艺过程主样件车一端外圆调头车另一端外圆铣键槽铣方头平面钻径向辅助孔零件车一端外圆调头车另一端外圆铣键槽零件车一端外圆调头车另一端外圆铣键槽零件零件车一端外圆调头车另一端外圆钻径向辅助孔车一端外圆调头车另一端外圆铣键槽铣方头平面第三节第三节工艺过程的生成工艺过程的生成3.3.典型工艺过程的制定典型工艺过程的制定n典型工艺过程的适用范围制定的典型工艺过程必须能满足零件族内所有零件的加工，即零件族内任一个零件的加工工艺过程中的工序和工步都应包含在典型工艺过程之内。

n典型工艺过程的制定方法制定典型工艺过程应照顾本厂的工艺习惯和生产条件，但又必须是反映先进技术的制造方案，这样才能保证实现高效、优质和低成本的生产。

因此，要集