精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 第四章 计算机辅助工艺规划 第一节 概述 第二节 CAPP系统的基本原理 第三节 CAPP技术应用.

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精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 第四章 计算机辅助工艺规划 第一节 概述 第二节 CAPP系统的基本原理 第三节 CAPP技术应用

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 传统的狭义CAPP概念: Computer Aided Process Planning 完成工艺过程设计并输出工艺规程 CIMS环境下的广义CAPP: Computer Aided Production Planning 一方面向生产规划和作业计划最佳化发展 另一方面则向生成NC指令扩展 一. CAPP的概念

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 二. CAPP与CAD、CAM的关系 在CAD/CAM系统中 CAPP直接从CAD模块获取零件的几何信息、材料信息、 工艺信息等,以代替人机交互的零件信息输入,其输出是 CAM所需的各种输入信息。 在计算机集成制造系统中 CAPP接受来自CAD系统的工艺信息,并将产品的结构 工艺性评价信息反馈给CAD系统;CAPP向CAM提供加工零件 所需的设备、工装、切削参数、装夹参数、加工过程以及 反映零件切削过程的刀具轨迹文件,同时接收CAM反馈的 工艺修改意见。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 三.成组技术 1. 多品种、中小批量生产中存在的问题  批量法则 在大批量生产中,由于采用专用、高效和自动化的生产设 备,可以获得高的生产率,低的生产成本,短的生产周期; 而多品种、小批量生产则相反。  机床利用率 例: CA6140 车床,最大加工直径 φ400 ,实际加工 90 % 以 上工件直径不足 100mm ,机床利用率极低。  制造周期 在多品种、中小批量生产中,加工时间仅占生产时间的约 5 %,其余 95 %均为周转等待时间;加工时间中真正进行切削 的时间不足 30% 。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 ◆ ◆目前,单件小批量生产的产品占机械产品总数的 70 % 以上,并有继续增大的趋势。解决多品种、中小批量生产 的有效途径是采用 GT 。 5 % 95 % 调整、装夹、对刀、检测等 切削 30 % 70 % 加工时间 运输与等待时间 制造周期 加工时间 图 1-13 多品种、中小批量生产的时间分配

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 2. GT的客观基础 二次相似性 结构(形状、尺寸、精度…) 材料(材质、毛坯、热处理…) 工艺(加工方法、加工设备…) 一次 相似性  机械零件之间存在相似性 这种相似性主要表现在三个方面:  机械产品中各类零件出现有明显的规律性 正是由于70%左右的零件属于相似件,构成实施成组技术的客 观基础。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 标准件 复杂件相似件 20 ~ 25% 70% 5 ~ 10% 零件复杂程度 零件出 现频数 机械产品中不同复杂程度零件分布规律

精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 结构相似零件组 工艺相似零件组

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 3.GT定义  一般性定义:GT是一门生产技术科学,研究和发掘生产 活动中有关事物的相似性,并充分利用它,即把相似的问 题分类成组,寻求解决这一组问题的相对统一的最优方案, 以取得最佳效果。  机械制造领域中定义:将多种零件(部件或产品)按其 相似性分类成组,并以这些零件组(部件组或产品组)为 基础组织生产,实现多品种、中小批量生产的产品设计、 制造工艺和生产管理的合理化。  GT 被认为是一种 “ 制造哲理 ”— ( Manufacturing Philosophy ),是现代制造技术的一个 重要 理论基础。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 成组技术基本原理 产品 部件 零件 零件组 A BC A1A2A3B1B2C1C2C3C4  将多种零件按其相似性分类成组,人为扩大生产批量  重复使用原则:◆ 资源重复使用,降低生产成本; ◆ 作业熟练程度增加,提高生产率。 ◆ 作业熟练程度增加,提高生产率。 4.GT工作原理

精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 成组技术基本原理示意 产品 分解 归并 标准化

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 5.GT 发展简况 ★ ★ 20 世纪 50 年代,前苏联院士 Митрофанов 在其 著作“成组工艺科学原理”中首次提出“成组技术”。 ★ ★ 2 0 世纪 60 年代,西欧研究 GT 形成高潮,代表人物首推阿 亨工业大学 Opitz 教授,他所领导的小组进行了大量的调查研 究工作,为成组技术提供了重要的理论依据。 ★ ★ 20 世纪 70 年代,美国、日本接受成组技术,并迅速与计算 机技术联系在一起,使其得到更好的应用。 ★ ★ 20 世纪 80 、 90 年代, GT 与各种新的制造方式相结合,成 为现代制造技术的基础。 ★ ★ GT 发展过程:成组加工→成组工艺→成组技术→成组生产 系统

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 6.我国GT 发展简况 ★ ★ 20 世纪 50 末、 60 初学习苏联,首先在纺织机械行业试点实行, 有清华大学、西安交大等高校参与。 ★ ★ 20 世纪 70 末、 80 初,机械部推出 4 个试点单位,并组织制定 了两个编码系统( JCBM-1 , JLBM-1 ),对 GT 发展起到了推动 作用。 ★ ★ 20 世纪 80 年代中期后,计划经济向市场经济转轨,采用 GT 成为企业自发的行为。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 派 生 式 CAPP 工 作 原 理 1.工作原理: 利用零件相似性检索现有工艺的一种软件系统。要求先 对零件编码,根据编码确定所属零件族,调用该族零件标准工艺,经过编 辑修改,最终获得零件工艺规程。 一. 派生式 CAPP

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 零件族特征矩阵库

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 2.派生式CAPP开发过程 1)根据产品特点与生产情况,确定编码系统; 2)进行零件编码; 3)对零件分类,形成若干零件族,建立零件族特征矩阵库; 4)对各零件族构造 “ 典型零件 ” ; 5)编制 “ 典型零件 ” 标准工艺和相应的工序内容; 6)建立工艺数据库,存储常用工艺数据和规范; 7)编制系统程序,实现各功能模块。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 3. 派生式 CAPP 特点 1)以成组技术为基础,理论上比较成熟; 2)应用范围比较广泛,有较好的实用性; 3)适用于结构比较简单的零件,尤其回转类零件; 4)继承企业较成熟的传统工艺,但系统柔性度较差; 5)对于相似性较差的复杂零件,难以编码描述。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 二.创成式CAPP: 1.工作原理:根据零件模型和工艺信息,应用决策逻辑,模拟工艺人员决 策过程,自动创成加工工艺规程,完成机床刀具选择和工艺过程优化。 创 成 式 CAPP 工 作 原 理

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 2. 创成式 CAPP 开发过程 1)确定系统对象范围,是针对回转体零件还是非回转体零件; 2)确定零件描述方法,是型面单元描述还是体素组合语言描述; 3)确定和建立工艺决策模型,用决策表还是决策树; 4)建立加工资源数据库,包括机床、夹具、刀具、切削用量等; 5)设计系统主控模块、人机接口模块、工艺文件生成和输出模块。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 3.创成式CAPP特点 1)通过逻辑推理,自动决策生成零件工艺规程,无需人为 干预; 2)具有较高的柔性,适应范围广; 3)便于与CAD和CAM系统的集成; 4)系统实现较为困难,目前只能处理特定环境下的特定零 件。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 三.综合式CAPP : 1.工作原理:综合派生式CAPP采取派生与创成相结合的方法生成工艺 规程,即工艺设计采用派生法,工序设计则采用创成决策方法产生。

计算机辅助工艺规划 CAPP系统的基本原理 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 特点: 综合派生式与创成式CAPP两者优点,具有 系统简洁、快捷、灵活、实用性强的特点。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 四. 零件信息的描述与输入 1. 零件分类编码描述法 原理:基于成组技术原理,制订或选用一套编码系统, 对零件进行编码,通过编码实现对零件几何信息和工艺信 息进行描述的目的。 特点:简单易行,但零件描述粗糙,无法对零件形状、 尺寸、精度进行详细描述,没有足够信息进行决策。 应用:适用于派生式 CAPP 系统。目前 CAPP 系统很少单 独使用该方法。

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 2. 形状特征描述法 原理: 将零件形状特征按顺序输入计算机,按设定的数据结构进 行组织,形成供 CAPP 调用的零件信息模型。 优点: ①零件特征与加工方法相对应,便于推导加工工艺; ②零件特征包括尺寸、公差、粗糙度等信息,为工序设计、尺 寸链计算、工艺路线的安排提供了方便。 应用: 在众多 CAPP 系统中得到了应用。 回转体零件加工 二叉树结构表示

计算机辅助工艺规划 概述 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 3. 语言描述法 用计算机能够识别的语言对零件形状和工艺特征进行描 述,需要用户学习掌握所选用语言的词法和语法,描述过程比较繁琐。 4. 知识表示描述法 用人工智能中的知识表示方法来描述零件信息,包 括人工智能框架表示法、产生式规则法和谓词逻辑表示法等。 5. 直接将 CAD 作业结果作为 CAPP 的输入 将 CAPP 系统与 CAD 系 统直接相连,使 CAPP 操作所需的各种工艺信息直接来源于 CAD 系统,避免 繁杂和枯燥的手工信息输入。 在众多零件信息描述中,适合轴类零件的方法较多,箱体类 等复杂零件信息描述仍是一个薄弱环节。

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 一. CAPP专家系统的概念 专家系统:是一种求解问题的智能软件系统,它把人类专家 的经验和知识表示成计算机能够接受和处理的符号形式,采 用专家的推理和控制策略,处理和解决只有专家才能解决的 问题。 通常软件系统 = 数据 + 算法 专 家 系 统 = 知识 + 推理

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 二. 专家系统组成:

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 三. 专家系统特点 1.启发性 能使用判别性知识以及已确定的理论 知识进行推理; 2.透明性 能解释其推理过程; 3.灵活性 能把新知识不断加入已有知识库,使其 逐步完善和精练。

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 1.正向推理 从已知事实出发,按照给定控制策略,利用生产式规则 最终推断出结论。在CAPP系统中,由毛坯一步步推导出最终零件的 整个加工工艺过程。 正向推理机应具有的功能: 能够根据已知的事实,知道运用知识库中哪些知识; 能将推理后得到的结论存入数据库,并记录整个推理过程; 能够判断何时结束系统推理; 必要时向用户提问,要求用户补充输入所需的推理条件。 四. 专家系统推理方式 正向推理不足- 盲目推理,求解了许多与目标解无关的子目标;

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 2. 反向推理 先提出假设,然后反向寻找支持假设的证据。在 CAPP 系统中 ,由最终零件通过逐步加上加工余量,使之最终成为毛坯的推理过程。 反向推理机应具有的功能: 能够提出假设,并运用知识库中的知识判断假设的真假; 若为真,则记录使用了哪些知识(以备解释之用); 若为假,则系统应重新提出新的假设,再进行判断; 能够判断何时结束推理; 必要时能够向用户提出补充条件要求。 反向推理不足: 盲目选择目标,求解了许多假设的子目标。

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 3. 双向推理: 综合利用正向推理和反向推理优点,克服 其不足。 先根据事实库中一些原始数据,利用正向推理帮助人们 选择假设,再利用反向推理进一步证明这些假设是否成立 ,如此反复,直至最后得出结论。

专家系统开发语言: Lisp 、 Prolog 等智能型程序设计语言, 需逐个模块开发,开发效率很低。 专家系统开发工具 : 有骨架型、通用型、辅助型等。 EMYCIN 为最早、最常用专家系统开发典型工具,它是将 MYCIN 专家系统中有关传染病诊断知识和内容移走,剩下专家系统 “ 骨架 ” ( Shell ),包含不可缺少的推理机、知识获取、解释和控制功能模块, 被称之为基本 (Essential) 的 MYCIN ,即 EMYCIN 。 这样开发者仅需完成相关应用知识库的建立,便完成专家系统的开 发,大大缩短专家系统开发周期。

计算机辅助工艺规划 CAPP专家系统 精品课程 Digital Design and Manufacture 数字化设计制造 专家系统开发语言: Lisp 、 Prolog 等智能型程序设计语言, 需逐个模块开发,开发效率很低。 专家系统开发工具 : 有骨架型、通用型、辅助型等。 EMYCIN 为最早、最常用专家系统开发典型工具,它是将 MYCIN 专家 系统中有关传染病诊断知识和内容移走,剩下专家系统 “ 骨架 ” ( Shell ),包 含不可缺少的推理机、知识获取、解释和控制功能模块,被称之为基本 (Essential) 的 MYCIN ,即 EMYCIN 。 这样开发者仅需完成相关应用知识库的建立,便完成专家系统的开发, 大大缩短专家系统开发周期。