CAPP技术教学课件PPT.ppt

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1、CAPP技术,2,CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。 借助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。 CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。,3,目前大部分企业是将CAPP，作为编制工艺文件的软件平台。并且可以通过CAPP实现各类管理工艺文件的自动汇总，比如主要材料消耗定额

2、明细表,工艺路线表等等。 (1)编制电子工艺文件。 (2)管理电子工艺文件，可以实现对工艺文件进行自动签名。 (3)基于工艺知识数据库，简化编写工艺的难度。如运用典型工艺的概念。 (4)实现各类管理用工艺文件和各类报表的自动汇总，以满足工艺部门和其他部门的要求。,4,计算机辅助工艺设计,5,1成组技术的发展概况 1950年代：成组技术（Group Technology）概念起源。 1959年；苏联科学家S.P.Mitrofanor在成组技术科学原理一书中，正式提出“成组技术”一词。1960年，原西德和英国科学家开始对成组技术进行深入研究，以探讨成组技术在生产中的实用性。,第一节 成组技术（GT

3、）,一、 概述,6,1963年，成组技术首先在原苏联应用于实际生产并获得成功。 1970年，日本政府也开始在国内推广成组技术。 1970年代末，成组技术在美国得到广泛接受和应用。到1995年，美国使用成组技术的企业达到了50%75%。 由于成组技术的应用可以使企业在当今品种多、中小批量生产、质量要求高的制造环境中缩短生产周期，提高生产效率和产品质量，加强企业的竞争力，所以成组技术能够如此迅速的得到推广和应用。,7,1）基本原理： 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，以获得所期望的经济效益。 2）零件的相似性 设计性质（如几何形状和

4、尺寸等）方面的相似性和制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件的相似性是零件分族的基础。,2成组技术的基本原理,8,3成组技术的定义,成组技术是一门生产技术科学和管理技术科学，研究如何识别和发展生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它把各种问题按它们之间的相似性归类成组，并寻求解决这一组问题相对统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。,9,1）成组工艺 它不强求零件结构类型和功能的同一性，而只要几种零件若有多个工序具有相似性，则可合并为成组工艺。 2）成组生产单元的组织 车间内机床布置形式以及相应的生产组织形式按成组技术的原理组织实施，即不管是单机，还是加工单元、流水线，加工对象是针对于一组或

5、几组工艺相似的零件，而不是只针对于一个零件。,4成组技术的应用,10,3）成组技术在CAD中的应用 成组技术大大提高了设计的继承性，极大地减少了设计人员的重复劳动。 4）成组技术在CAPP系统中的应用 成组技术及其分类编码系统对于CAPP系统，特别是派生式CAPP系统的零件信息的描述和输入、标准工艺规程的检索与修改以及工艺文件的管理和输出都有着重要意义。,11,5）成组技术在FMS中的应用 成组技术与柔性制造技术是相辅相成的，柔性制造技术推动了成组技术的发展，而在柔性制造系统或柔性设备上采用成组技术将提高FMS的利用率，使系统发挥更大的效益。,12,有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。

6、有利于工艺设计的标准化， 降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。 有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统的集成。,5成组技术的优点,13,零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。同一族中的零件各不相同，但总有一些相似点使它们成为同一零件族的成员。上图和下图表示两个零件族，上图所示的零件族从几何外形是相似的。下图所示的零件族具有相似的加工工艺，但外形上相差较大。一般来说形状相似的工件，工艺也相似。,二、 零件族,1、零件族用于工艺上的相似性,14,几何外形相似,加工工艺相似,15,2、零件族用于车间的布置,如图所示是一个传统小批

7、量加工车间布局图。按机床类型将车间布置为车床、铣床、钻床和磨床等若干个工段。,16,在对一个零件进行加工时，工件必须在各个工段间来回运送，有时同一个零件需要多次进入同一个工段。这样势必增加工件的搬运工作量和库存量，导致制造周期延长，成本提高。,17,如图所示是按照成组工艺改造后的车间布局图。把机床（车床、铣床、钻床和磨床）划分为一些单元，每个单元只承担一个特定零件族的生产。这样不仅避免了上图所示车间布局的缺点，而且实现了流水线或自动线作业。,18,1）人工识别分组法（也称视检法） 这是一种最简单、最经济的方法，它通过人工识别各种零件的实物或图样、照片等，将它们划分成相似的零件族。这种方法往往需

8、要有实际经验的工程技术人员进行，而且分类粗糙、不准确。,3、如何将零件组合成组,19,2）零件分类和编码分组法 这是三种方法中最复杂、最常用、最有效的一种方法。它通过分类编码系统对零件的各设计特征或制造特征进行编码，然后利用所得编码确定零件得相似性，从而将零件分组。,20,3）生产流程分析（Production flow analysis，简称PFA）分组法 PFA法通过对零件现有加工工艺流程的分析，把具有相似或相同加工工序和加工工艺流程的零件作为一个零件族。,21,零件加工表,PFA分组表,22,三、零件分类编码系统,零件的分类编码是由代表零件的设计或制造的特征符号组成的，一般情况下，大多数

9、分类编码系统是用数字来描述零件的几何特征和工艺特征，也就是零件特征的数字化。,应用广泛的编码系统： 德国OPITZ 荷兰MICLASS 日本KK-3 中国JLBM-1,23,1零件的代码 在成组技术条件下，产品零件的代码是由2部分组成的，即零件的识别码和零件的分类码。 1)零件的识别码 就是零件的件号或图号，识别码是唯一的。,24,2)零件的分类码 零件的分类码是在成组技术条件下提出的，可以反映出零件固有的功能、名称、结构形状、工艺、生产等信息；分类码对某种零件而言，并非惟一的，不同的零件可以拥有相同的分类码。 在按成组技术组织生产时，必须同时将零件的识别码与分类码结合应用。,25,2零件分类

10、的基本依据,零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一般按以下3个方面的特征分类。 1)结构特征 零件的几何形状、尺寸大小、结构功能和毛坯类型等。 2)工艺特征 零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类型等。 3)生产组织与计划特征 加工批量、制造资源状况和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。,26,零件分类编码系统主要可分为三类： 面向零件设计特征的分类编码系统。这类系统适用于设计部门进行设计检索和提高设计标准化。 面向零件制造特征的分类编码系统。这类系统适用于生产部门进行计算机辅助工艺规程设计、工装设计以及与生产有关的工作。 面向零件设计和制造的分

11、类编码系统。这类系统综合了以上两种系统的功能和优点，是一种独立的编码系统。,3、零件分类编码系统的基本类型,27,OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中，习惯上都称此为0PITZ系统。 广泛应用于机械制造、设计及生产管理。,4OPITZ零件分类编码系统,28,1)系统结构 最早的OPITZ系统只有5位代码，也即目前所称的形状码。为了完善自己的系统，Opitz教授在原来5位形状码之后，又增补了4位所谓的辅助码 。,29,30,31,32,2)系统特点,系

12、统的结构比较简单，仅有9个横向分类环节，因此便于记忆和手工分类。 系统的分类标志虽然形式上偏重零件结构特征、形状要素，但是实际上隐含着工艺信息。,33,虽然系统考虑了精度标志，但是由于零件的精度概念比较复杂，它既有尺寸精度，又有几何形状精度和相互位置精度，所以单用一个横向分类环节来表示似嫌不够。 系统的分类标志尚欠严密和准确。 从总体结构上看系统虽属简单，但从局部结构上看仍旧十分复杂。,34,5、其它分类编码系统简介,1）JLBM-1零件分类编码系统 JLBM-1系统是我国原机械工业部颁布的机械零件分类编码系统，后经多次修订，于1984年正式作为我国原机械工业部的技术指导资料。它是在我国第一个

13、分类编码系统JLBM系统的基础上，结合OPITZ系统和KK-3系统的优点并根据我国机床行业的具体情况而发展起来的。适用于产品设计、工艺设计、加工制造和生产管理等方面。,35,下图所示是JLBM-1分类编码系统的基本结构，其结构与OPITZ系统基本相同，但克服了OPITZ系统码位少、分类标志不全的缺点。,36,该系统有十五个码位，每个码位用09十个数字表示不同的特征项号。在十五个码位中，第一、二个码位是名称类别码，第三到九个码位是形状与加工码，第十到十五个码位是辅助码。,37,第二节 CAPP系统的发展概况和工作原理,1工艺规程设计的任务 工艺规程设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法、

14、加工顺序、工、夹、量具，以及切削用量的计算等，使能按设计要求生产出合格的成品零件。,一、工艺设计自动化的意义,38,2传统的工艺规程设计方法 1）人工方式 2）逐件设计 3）工艺设计工作的重复性 例如，美国辛辛那提工厂生产的425种齿轮类零件，原来需要377种不同的工艺规程，应用成组技术对齿轮和工艺规程进行仔细分析后发现只用71种标准工艺就可以生产全部425种零件。,39,3、利用计算机进行工艺规程设计 计算机能有效地管理大量的数据，进行快速、准确的计算，进行各种方案的比较、选择，能自动绘图和编制表格文件。CAPP不仅能实现工艺设计自动化，还能把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM

15、一体化，是集成制造系统的关键性中间环节。,40,世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪威。他们从1966年开始研制，到1969年正式发表了AUTOPROS系统。这是世界上第一个CAPP系统，它是根据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标准工艺来制定相应零件的工艺规程。 美国在1976年推出了CAM-IS Automated Process Planning系统(简称CAM-IS CAPP系统)。 目前世界各国的CAPP系统主要用于回转体零件，其次为棱柱体零件和板块类零件，其它非回转体零件应用较少，而且多应用于单件小批量生产类型。,二、国内外CAPP的发展概况,41,从80年代起，我国

16、最早进行这项研究工作的是同济大学，他们在1982年研制成功了TOJICAPP系统，随后北京理工大学也研制出适用于车辆中回转体零件的BITCAPP系统，北京航空航天大学发表了BHCAPP，华中理工大学的开目CAPP，还有一些高校和工厂合作研制的CAPP系统也相继获得成功。 软件市场上的CAPP系统有开目CAPP、天河CAPP、金叶CAPP、机械加工工艺手册（软件版）,42,有利于工艺规程的合理化、标准化和最优化 提高工艺规程的设计效率 可获得良好的经济效益 有利于CAD/CAPP/CAM的集成 CAPP是联接CAD和CAM的桥梁和纽带，只有实现工艺设计的自动化，才能真正实现CAD/CAPP/CA

17、M的一体化。,三、CAPP的优点,43,1.派生式（Variant） 根据成组技术的原理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出标准工艺规程以及相应的检索方法与逻辑，并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设计工艺规程。对标准工艺规程进行增删、修改以及编辑后，形成该零件具体的工艺规程。,四CAPP系统的工作原理,44,2.创成式（Generative） 不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。当输

18、入新零件的有关信息后，系统可以模仿工艺人员，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,45,3.混合式（Hybrid） 以派生式为主的检索编辑原理，当零件不能归入系统已存在的零件组时，则采用创成式原理进行工艺设计，或在工艺编辑时引入创成式的决策逻辑原理。,46,4.基于知识的专家系统（Expert System） 人工智能（AI）、专家系统技术等技术应用于CAPP系统的研究和开发，研制所谓基于知识的CAPP专家系统。近几年来，有人将人工神经元网络技术、模糊推理以及基于实例的推理等用于CAPP中，也有人提出了CAPP系统建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。,

19、47,目前用派生法原理生成工艺规程的方法已经比较成熟，应用十分广泛，现有的大部分CAPP系统都属于此类型。创成法原理目前还不完善，还没有一个纯粹的创成法CAPP系统出现。,48,1. 零件信息的输入 零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，在计算机内部必须有一个专门的数据结构来对零件信息进行描述，如何输入和描述零件信息是CAPP最关键的问题之一。 2. 工艺规程的生成 对标准工艺进行检索、调用、修改和编辑，生成零件的工艺规程（派生法）；或者是以零件信息为依据，按预先规定的顺序或逻辑，调用有关工艺数据或规则，进行必要的比较、计算和决策，生成零件的工艺规程并进行适当的编辑和修改（创成法）。,五CA

20、PP系统的基本结构,49,3. 工艺数据/知识库： 工艺数据/知识库是CAPP系统的支撑工具，它包含了工艺设计所要求的所有工艺数据（比如加工方法、余量、切削用量、机床、刀具、夹具、量具、辅具以及材料、工时、成本核算等多方面的信息）和规则（包括工艺决策逻辑、决策习惯、经验等众多内容，如加工方法选择规则、排序规则等）。,50,4. 系统的控制和管理： 负责对整个系统的控制与管理 5. 工艺文件管理与输出 管理和维护系统工艺文件既是CAPP系统的重要内容，也是整个CAD/CAPP/CAM集成系统的重要组成部分。输出部分包括工艺文件的格式化显示、存盘、打印等。系统一般能输出各种格式的工艺文件，有些系统

21、还允许用户自定义输出格式，有些系统还能直接输出零件的NC程序。,51,从国内外发表的CAPP系统来看，它们主要包括以下功能： 接收或生成零件信息。 检索标准工艺文件。 选择加工方法。 安排加工路线。 选择机床、刀具和夹具等。 确定切削用量。,六CAPP的功能,52,计算切削参数、工时定额和加工费用等。 计算工序尺寸和公差，确定毛坯类型和尺寸。 绘制工序图。 生成工艺文件。 刀具路径规划和NC编程。 加工过程的仿真。,53,第三节 CAPP系统零件信息的 描述、输入和输出,CAPP系统中，零件信息要通过零件信息描述与输入把零件的几何信息和制造信息转化为计算机能够识别的代码信息。零件信息是否描述准

22、确和完整对CAPP系统的质量和可靠性具有决定性用，为此需要确定合理的数据结构或零件模型来对零件信息进行描述。 CAPP系统零件信息输入最理想的方法是直接从CAD系统中提取，但目前该技术还不成熟。目前一些较为成熟的零件输入和描述方法仍将是CAPP系统主要的输入手段。,54,需要人对零件图纸进行识别和分析，即需要人工对设计的零件图进行二次输入。因为输入过程费时费力、易出错，有时甚至还不如手工编制快，所以在生产中工艺人员不大愿意使用这些方法。 最理想的方法是，CAD系统进行零件设计的过程就是CAPP的零件信息输入的过程，从而避免的零件信息的二次输入。,一、图纸信息的描述与人机交互式输入,55,1特征

23、识别法 对CAD的输出结果进行分析，按一定的算法识别、抽取出CAPP系统能识别的基于特征的工艺信息。目前这项研究只在较简单零件的识别上取得了一些进展，对复杂零件的自动识别上则是一畴莫展，所以被认为是一个世界难题。,二、 从CAD系统直接输入零件信息,56,2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 造型时采用基于特征的设计方法，设计者在拼装各个特征的同时，即赋予各个形状特征的尺寸、公差、粗糙度等加工信息，其输出的信息也是以这些形状特征为基础来组织的，所以CAPP系统能够接收。此方法关键是要建立基于特征的、统一的CAD/CAPP/CAM零件信息模型。目前这种方法已用于许多实用的CAPP

24、系统中，被认为是一种比较有前途的方法。,57,3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 实现CAD/CAPP/CAM的集成，最理想的方法是为产品建立一个完整的、语义一致的产品信息模型，这个模型是用通用的数据结构规范来实现的，比如ISO的STEP产品数据交换标准、美国的IGES等。,58,这种方法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与加工信息。 这种方法要解决两个方面的问题：

25、首先是工程图形的扫描与识别技术，其次是特征识别问题。,三、 图形扫描及识别技术的输入方式,59,向CAPP系统输入零件信息后，CAPP系统内部必须用一种合理的数据结构来组织这些信息，这就是CAPP系统零件信息模型要解决的问题。 目前CAPP系统中应用最广泛的一种零件信息建模方法是特征建模法。这是一种符合工程实际应用的实用方法，它不同于一般CAD系统以图形表达为目的的零件模型。特征建模既适用于回转体零件又适用于非回转体零件，而且同时适合CAD、CAPP与CAM系统。,四CAPP系统零件信息模型,60,1工艺规程的输出 工艺规程的格式，通常按企业的具体要求制订。 2工序图的输出 不同的用户对工序图

26、提出的要求也不同，工序图的生成方法取决于具体情况。对于形状较简单的回转体零件，工序图可以同工艺过程同时生成；也可以建立专门的工序图绘制模块，通过各种CAD的绘图方法绘制工序图。,五CAPP系统的输出,61,3NC代码的输出 工艺过程代码文件是CAPP系统的基本输出之一。NC程序通常是由专门的NC程序生成模块生成的。在控制程序的引导下，NC程序生成模块读取工艺过程代码文件和加工数据文件后，生成NC代码。一般在此模块中，还可进一步读取NC代码，模拟显示零件的加工过程。,62,根据成组技术中相似性原理，如果零件的结构形状相似，则它们的工艺规程也有相似性。对于每一个相似零件组，可以采用一个公共的制造方

27、法来加工，这种公共的制造方法以标准工艺的形式出现，它可以集中专家、工艺人员的集体智慧和经验及生产实践的总结制定出来，然后贮存在计算机中。当为一个新零件设计工艺规程时，从计算机中检索标准工艺文件，然后经过一定的编辑和修改就可以得到该零件的工艺规程.,第四节 派生式CAPP系统,一派生式CAPP系统的工作原理,63,根据零件信息的描述与输入方法不同，派生式CAPP系统又分为基于成组技术（GT）的派生式与基于特征的派生式CAPP系统。前者用GT码描述零件信息，后者用特征来描述零件信息，后者是在前者的基础上发展起来的。,64,二派生式CAPP系统的工作流程(如图所示),65,二成组工艺设计方法,1、复

28、合零件法样件法 利用一种复合零件来设计成组工艺的方法，复合零件可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个实际上并不存在的而人为虚拟的一个假想零件。此零件必须拥有同组全部待加工的表面要素。按复合零件设计的成组工艺，能加工零件组内的所有零件。,66,【举例】 下图表示一个零件组及其复合零件,67,左图是按上述复合零件设计所得的成组工艺，以及组内各零件的具体工艺。,68,2、复合路线法 在零件分类成组的基础上，把同组零件的工艺过程卡收集在一起，从中选出组内最复杂、也最的工艺路线为代表，再将此代表路线和组内其他零件的工艺路线相比较，经过比较，可将此路线中没有的工序加入，最终得出全组零件的要求的成组工艺。,69,【举例】左图是按复合路线法设计的某一非回转体类零件的成组工艺。图中选择了第二个零件的工艺路线为代表路线。,