1、計算機輔助工藝規程設計教案學習目標：充分認識計算機技術在設計制造中應用的重要性，了解CAPP在CAD/CAM中的地位和作用；掌握CAPP的基本工作原理和工作過程；學習和理解CAPP 中零件信息描述方法；掌握不同類型CAPP系統的研制過程和關鍵技術；能夠設計和應用簡單的CAPP系統。學習內容：內容知識點學習要求建議自學學時概述CAPP的基本概念掌握4學時CAPP的基本組成CAPP的類型及其工作原理CAPP的作用與意義CAPP中零件信息的描述和輸入零件分類編碼的概念理解4學時成組代碼描述型面特征描述從CAD系統直接輸入零件信息CAPP的類型派生式CAPP系統應用4學時創成式CAPP系統CAPP專家

2、系統思考題      學習重點：CAPP的概念及工作原理。學習難點：型面特征描述；CAPP專家系統。學習建議：對比傳統工藝設計和計算機輔助工藝設計的過程，理解其功能和意義； 注意瀏覽參考書和期刊雜志中關于企業使用CAPP的示例，加深對本知識點的理解； 在學習過程中，認真分析課件中給出的應用示例，并積極參與本課件中的虛擬實驗。第一章CAPP的基本概念 計算機輔助工藝規程設計，即 Computer Aided Process Planning，簡稱CAPP，是通過計算機技術輔助工藝設計人員，以系統、科學的方法確定零件從毛坯到成品的整個技術過程，即工藝規程。 具體的說，

3、CAPP就是利用計算機的信息處理和信息管理優勢，采用先進的信息處理技術和智能技術，幫助工藝設計人員完成工藝設計中的各項任務，如選擇定位基準、擬訂零件加工工藝路線、確定各工序的加工余量、計算工藝尺寸和公差、選擇加工設備和工藝裝置、確定切削用量、確定重要工序的質量檢測項目和檢測方法、計算工時定額、編寫各類工藝文件等，最后生成產品生產所需的各種工藝文件和數控加工編程、生產計劃制定和作業計劃制定所需的相關數據信息，作為數控加工程序的編制、生產管理與運行控制系統執行的基礎信息。 CAD/CAM向集成化、智能化方向的發展及并行模式的出現都對CAPP提出了新的要求，因此產生了CAPP的廣義概念：即CAPP的

4、一頭向生產規劃最佳化及作業計劃最佳化發展，作為MRP-的一個重要組成部分；而另一頭則向自動生成NC指令擴展。1.1 CAPP的基本組成   CAPP系統的組成與其開發環境、產品對象及其規模大小等有關。 CAPP系統的工作過程與步驟（附圖）CAPP的組成與基本結構（附圖）控制模塊：協調各模塊的運行，實現人機之間的信息交流，控制產品設計信息獲取方式。 零件信息獲取模塊：用于產品設計信息輸入。 工藝過程設計模塊：進行加工工藝流程的決策，生成工藝過程卡。 工序決策模塊：選定加工設備、定位安裝方式、加工要求，生成工序卡。 工步決策模塊：選擇刀具軌跡、加工參數，確定加工質量要求，生成工

5、步卡及提供形成NC指令所需的刀位文件。 輸出模塊：輸出工藝流程卡、工序和工步卡，工序圖等各類文檔。 產品設計數據庫：存放有CAD系統完成的產品設計信息。 制造資源數據庫：存放企業或車間的加工設備、工裝工具等制造資源的相關信息。 工藝知識數據庫：用于存放產品制造工藝規則、工藝標準、工藝數據手冊、工藝信息處理的相關算法和工具等。 典型案例庫：存放各零件族典型零件的工藝流程圖、工序卡、工步卡、加工參數等數據，供系統參考使用。 編輯工具庫：存放工藝流程圖、工序卡、工步卡等系統輸入輸出模板、手工查詢工具和系統操作工具集等。 制造工藝數據庫：存放由CAPP系統生成的產品制造工藝信息，供輸出工藝文件、數控加

6、工編程和生產管理與運行控制系統使用。1.2 CAPP的類型及其工作原理 檢索式CAPP系統（附圖）工作原理 檢索式CAPP系統是將企業現行各類工藝文件，根據產品和零件圖號，存入計算機數據庫中。進行工藝設計時，可以根據產品或零件圖號，在工藝文件庫中檢索相類似零件的工藝文件，由工藝人員采用人機交互方式進行修改，最后由計算機按工藝文件要求進行打印輸出。派生式CAPP系統（附圖） 實現工藝設計自動化，必須要解決兩個主要問題:    實現零件圖樣信息代碼化。     要把工藝人員的經驗和技能系統化，理論化，代碼化。 工作原理 派生式CAPP系統

7、是檢索式CAPP系統的發展，是利用零件GT（成組技術）代碼（或企業現行零件圖編碼），將零件根據結構和工藝相似性進行分組，然后針對每個零件組編制典型工藝，又稱主樣件工藝。工藝設計時，首先根據零件的GT代碼或零件圖號，確定該零件所屬的零件組，然后檢索出該零件的典型工藝文件，最后根據該零件的GT代碼和其它有關信息對典型工藝進行自動化或人機交互式修改，生成符合要求的工藝文件。創成式CAPP系統（附圖）工作原理 依靠系統中的決策邏輯生成。收集了大量的工藝數據和加工知識，并以此規程為基礎，在計算機軟件基礎上建立一系列的決策邏輯，形成了工藝數據庫和加工知識庫。在輸入新零件的有關信息后，系統可以模仿工藝人員，

8、應用各種工藝決策邏輯規則，在沒有人工干預的條件下，自動生成零件的工藝規程。總結目前用派生法原理生成工藝規程的方法已經比較成熟，創成法原理目前還不完善，現在號稱創成法系統的只是在部分功能上應用創成原理，所以只能稱為半創成式的CAPP系統。1.3 CAPP的作用與意義 克服傳統工藝設計的不足，促進工藝技術的發展 大大提高工藝設計的效率和質量 將工藝設計人員從大量繁瑣、重復性的手工勞動中解放出來 提高企業工藝設計的規范化、標準化水平，促進工藝設計水平的提高 能有效的積累和繼承工藝設計人員的經驗，提高企業工藝設計的繼承性 為現代制造系統集成提供技術橋梁 與計算機輔助設計（CAD）系統之間的信息交流 與

9、計算機輔助制造（CAM）系統之間的信息交流 與生產管理系統（MIS）之間的信息交流 與制造自動化系統（MAS）之間的信息交流 與質量保證（CAQ）系統之間的信息交流第二章 CAPP中零件信息的描述和輸入 零件信息包括管理信息（又稱表頭信息，如零件名稱、圖號、所屬產品和部件）、結構形狀、尺寸、加工精度（尺寸公差、形位公差和表面粗糙度）、材料及熱處理及其它技術要求等方面信息，是工藝設計的對象和依據。 CAPP系統要求全面而正確的零件描述信息，同時要求形成邏輯層次分明和易于被計算機處理的結構，同時，如何描述和表達零件的工藝特征信息，便于檢索系統中已有的相似零件的工藝規程或生成新的工藝規程，這是CAP

10、P系統開發面臨的第一個問題，也是最重要的問題。 零件信息的輸入方法可采用人機交互式輸入或從CAD圖形數據庫中直接提取。在人機交互輸入法中主要采取成組技術代碼法（GT代碼法）或型面特征描述法。2.1零件分類編碼的概念 零件分類編碼是指利用成組技術正確抽出零件圖紙中為制定工藝過程所必需的必要信息。利用零件分類編碼來描述一個零件，可以在宏觀上描述零件而不涉及這個零件的細節。建立表示零件的編碼系統時必需考慮的幾種因素零件類型（回轉體、棱形體、拉伸件及板金件等）； 代碼所表示的詳細程度； 碼的結構：鏈式、分級結構或混合式； 代碼使用的數制（二進制、八進制、十進制、字母數字制、十六進制等）。 碼的結構樹式

11、結構（附圖） 鏈式結構（附圖） 混合式結構（附圖） 信息容量的概念 每個分類編碼系統都有一定的信息容量。所謂信息容量就是一個分類編碼系統所容納的零件特征信息總數量，它是評定分類編碼系統功能的重要參數。信息容量越大，零件就能描述得越詳細，系統信息容量取決于系統內碼位數量、項數和結構。2.2 成組代碼描述成組技術 成組技術，是挖掘和利用生產活動中的相似性的技術，通過分類成組，以便最大限度地獲取生產活動中的批量效益，在產品設計、工藝設計、加工制造及生產管理等方面都具有廣闊的應用前景。成組代碼 為了能對零件進行簡潔的描述并便于歸類成組，首先要根據成組技術原理制定GT編碼系統，根據一套特定的規則，用一組

12、順序排列的字符（一般是數字）對零件的各有關特征進行描述和標識。按照GT編碼的規則用字符標識零件特征的過程就是對零件進行編碼，這種代碼稱為成組代碼或GT代碼。成組代碼的局限性 GT代碼的缺點是零件的信息描述較粗略，特別是零件的幾何參數和工藝參數的定量描述不夠。為了克服這一局限性，有人采用擴大碼位取值、增加碼位，或采用分級的柔性碼結構等，能在一定范圍內彌補對有關參數定量描述的不足。但編碼系統的復雜性會有所增加，GT碼的生成和處理也會相應增加難度。2.3型面特征描述 這種方法可以對零件信息進行詳細描述，能將零件的所有設計信息都輸入計算機中，并能與加工方法等相對應，使CAPP系統取得零件全部與精確定量

13、的輸入數據，為工藝決策提供可靠依據。型面特征類型    幾何形狀特征：一般是組成零件型面特征的幾何單元。     拓撲特征或方位特征：用于表示各幾何形狀的順序關系。     精度特征：用于描述幾何形狀的尺寸公差、形狀公差、位置公差以及表面粗糙度等信息。     材料特征：描述型面的材料及熱處理信息。     其它技術特征：描述上述四大類特征尚沒有包括的技術特征參數。 型面特征描述的局限性 零件型面特征描述的信息量很大，需要人工逐個型面進行分析后把

14、信息逐條手工輸入，因此信息輸入的效率很低，過程十分繁瑣，而且容易發生錯誤，嚴重影響CAPP系統的效率。2.4 從CAD系統直接輸入零件信息直接從CAD的圖形數據庫中提取用于CAPP所需要的零件信息，是實現CAD和CAPP信息集成的理想方法。它可以省去人機交互信息輸入的工作，大大提高系統的運行效率，減少人工信息轉換與輸入可能出現的差錯，有助于保證數據的一致性。在這方面已進行過多方面嘗試，目前仍在進行研究和探索之中。特征識別法 通過分析CAD系統（一般是二維圖形）所提供的結構化數據文件（如“*.dxf”文件），按一定的算法識別，提供CAPP系統能識別的工藝信息，這無疑會克服手工輸入零件信息的種種弊

15、端。但實踐證明，該方法存在如下嚴重的局限性，只能用于一些簡單的、特定的零件。    從大量底層信息中提取加工表面特征這樣一些高層次工藝信息是非常困難的。     難于識別和應用諸如公差、表面粗糙度、熱處理等工藝信息的標注。 2.5 基于三維特征造型的零件信息描述與輸入方法 CAD系統對零件造型與繪圖的基本單元已不是底層的點、線、面，而是參數化的幾何形體或特征體素，如圓柱軸段、圓錐軸段、倒角、倒圓、孔、槽、凸緣、筋等，零件的定義是各種特征體素的拼裝，并有可能賦予各特征體素有關的尺寸、公差、表面粗糙度等工藝信息。毫無疑問，這種零件定義方法

16、難度大、對計算機系統要求高，但會大大方便產品設計者的構思與操作，特別是有可能為CAD、CAPP、CAM提供統一的零件信息模型，為CAD/CAPP/CAM的信息集成創造條件。基于產品數據交換規范（STEP）的產品建模與信息輸入方法 ISO的STEP產品定義數據交換標準以及與此相一致的在美國流行的PDES標準等是用通用的數據結構規范對產品信息進行描述。顯然，只要各CAD系統對產品或零件的描述符合這個數據規范，其輸出的信息既包含了點、線、面以及它們之間的拓撲關系等底層信息，又包含了幾何形狀特征以及加工和管理等方面的信息，那么CAD系統的輸出結果就能被其下游工程（如CAPP、CAM等系統）所接受和應用

17、。目前STEP/PDES正在不斷發展和完善之中。第三章CAPP的類型從工藝生成的基本原理來分析，系統可分為三大類型 派生式CAPP系統（Variant) 創成式CAPP系統（Generative)專家系統 (KB-Knowledge Based CAPP System）3.1派生式CAPP系統 研制過程1.零件編碼5.建立工步代碼文件2.零件分組6.建立切削數據文件3.設計零件組的復合零件7.設計各種功能子程序4.設計典型工藝規程8.CAPP系統總程序設計實例基于特征的CAPP系統是由北京理工大學機械工程與自動化學院為某廠研制開發的CAPP系統。該系統由零件描述、工藝編制、工藝數據、工藝輸出等

18、六個模塊組成。其中系統的工藝生成有派生式、交互式和創成式三種方式。此處主要針對學習內容，介紹派生式的相關工作模式。3.2 創成式CAPP系統主要內容零件描述方法 工藝決策邏輯 工藝決策過程 工序設計創成式CAPP系統主要解決兩方面的問題：工藝路線的確定 工序設計內容     生成工藝規程主干，即指明零件加工順序（包括工步與工序的確定）以及各工序的定位與裝夾表面。     工序尺寸的計算、設備與工裝的選擇、切削用量的確定、工時定額的計算以及工序圖的生成等。 關系    前者是后者的基礎，后者是對前者的補充。 創成式CAPP系統的設計階段準備階段1. 了解所開發的系統的設計對象；  2. 對本類零件進行工藝分析；  3. 收集和整理各種加工方法的加工能力范圍和經濟加工精度等數據  4. 收集、整理和歸納各種工藝設計決策邏輯或決策法則。軟件編程階段建立創成式CAPP系統的工作步驟1. 零件的建模；  2. 確定CAPP系統獲取零件信息的方式；3. 工藝分析和工藝知識總結；