工艺决策技术

1、世黃精度哽求低本身精度建求高CE2）钻FCA2)钻一（A3）钻孔（AI）231判定表与判定树CAPP的工艺决策方法分为三类：逻辑决策、计算决策和创造性决策。逻辑决策是指对于长期生产实践中积累的工艺经验进行了系统的总结，并且成为被人们广泛认可的确定性工艺知识。在具体应用时，可建立该应用范围内相应的决策规则，利用常规程序并根据逻辑推理便可实现工艺决策，而无需依赖工艺人员的创造性思维。目前，大部分创成型CAPP系统均是届于此类决策方法，它被广泛应用于零件表面切削加工方法选择、机床选择、刀具选择等。最常用的决策逻辑表达和实现方法便是判定表与判定树。在工序设计中还有许多决策具有较大的模糊性，需要十分灵活

2、的推理策略，如基准选择、装夹方案确定等，它们在很大程度依赖于工艺人员的经验及创造性思维，这样常规程序就暴露出极大的局限性，往往需要采用人工智能技术来实现决策。计算决策主要包括公式计算和查数据表，它主要用于能够建立数学模型和己具备较完善的经验数据的情况，如工序尺寸计算、切削用量选择以及时间定额计算、生产费用计算等。本节重点介绍逻辑决策方法。判定表与判定树是传统的表达和实现逻辑决策的工具。现以选择孔加工方法的决策逻辑为例，当用文字形式表达时，如果孔的精度要求低，则可用钻孔方法加工；如果孔的本身精度要求高，而且位置精度要求也高，则可用钻一撞加工；如果孔的本身精度要求高，但位置精度要求不高，则用钻一饺

3、加工。当用判定树形式表达时，如图213所示。当用判定表形式表达时，则如表21所示本身糟噴要求低E2J3判定列示例判定树由结点和分支组成，结点中没有前趋结点的称之为根结点，没有后继结点的称之为终结点，其它结点都有一个前趋结点和一个以上的后继结点。拟采取的动作，亦即决策的结果放在终结点上，其它结点表示一次测试，分支连接两个结点，表达一#2.1利定表示例TTT本身精屢要求低T本身欄庚要求高TT览置轻度魏求低T也賈精度要求高T粘孔JJJ纹孔JW孔J个条件是否满足。若满足，测试就沿分支向前传送，以实现逻辑“与”（AND）的关系；若不满足，则转向出发节点的另一分支，以实现逻辑“或”（oR）的关系。这样，从

4、根结点到终结点的任一条路径都表达了一条决策规则。判定树很容易改写为程序流程框图。图214是图213所示判定树对应的流程框图。判定表是由四部分组成（见表21），双横线的上部两个区域是条件，其中左上区是条件说明，右上区是满足这些条件的各种可能的组合，表中用T表示满足所在行的条件。双横线的下部是结果（动作），其中左下区是各种可能的行动，右下区是条件组合下采取的行动，用V表示。由此可见，判定表右部的每一列就是一条决策规则。判定表的条件之间是“与”的关系，行动之间也是“与”的关系。判定表可通过分解（分成若干子表）、合并（几个表合为一表）以及连接等方法，描述多层次联系的复杂决策逻辑。判定表的逻辑关系表达比

5、判定树更清晰，而且格式紧凑。判定表可以先转换成判定树，再写成程序。232工艺决策及推理机1工艺决策知识及其表示工艺设计是一项复杂的多层次、多任务的决策过程（图215。），而且其工艺决策涉及的面较广，影响工艺决策的因素也比较多，实际应用中的不确定性也较大。国内的研究习惯上把工艺决策分为加工方法决策和加工J帧序决策，而国外把刀具轨迹、加工过程的计算机模拟等也作为智能CAPP决策的一部分。通常工艺决策中的知识包括选择型决策逻辑（如毛坯类型及其尺寸的选择，加工方法的选择，机床及工、夹、量具选择，切削用量的选择等），规划型决策逻辑（如工艺路线安排、工序中加工步骤的确定等），以及加工方法知识（如加工能力、

6、加工限度、预加工要求等）这些知识适合用产生式规则表达。2工艺推理过程工艺过程设计的目标是产生工艺规程，而同一零件可以采用不同的加工方法达到设计要求，因而同一零件的工艺规程又可以不同。故工艺推理不宜采用目标驱动模式（反向推理策略），而适宜采用数据驱动模式（正向推理策略），即从零件的毛坯开始（此时工艺规程为空），根据零件的基本信息调用工艺决策知识逐步形成工艺规程，最终完成工艺设计任务。图216所示是工艺推理的基本过程。J艺设计S2J6工艺推理的搖斗竝程3。基于框架的推理控制根据工艺推理过程的特点，本节介绍一种面向加工表面对象的多级推理方式，一个框架表示一个加工表面对象，整个框架构成了完整的零件加工

7、表面对象树。在推理过程中，系统自顶向下搜索，遍历每个节点。这种推理方式是以框架推理为主导，规则推理为核心其它推理为辅的复合型推理模型，见图；2。17。推理系统在工、艺决策过程的控制下，驱动框架推理对每个框架进行识别和处理，并根据一汇needed侧面随时调用规则推理和辅助推理，完成工艺设计及工艺决策等相关任务，生成零件的加工工艺信息链（见图218，其中每个节点用一个框架描述），以便生成工艺卡、工序图及NC加工指令等时使用。丄推理过程解释栓块规则推理糊椎理据库接口数赋值/不等荒判别毛坯I序T工序2一岸11琴件工步1工步L匸步Ira2.18零杵的加丄i艺信息粧233工序决策1零件信息的分析与理解工序

8、决策是工序设计的重要内容。它首先要对零件信息进行分析与理解，也就是对零件切削表面进行识别，包括对其几何形状、尺寸公差、结构工艺性、技术要求等信息的分析研究。这些在人工设计中是由工艺员读图来完成的，可是在计算机辅助工序设计中成了一项关键技术。因为需要以计算机内部能够识别及处理的方式来描述零件信息，而且要能被CAPP系统所接收。处理的方式与描述的方式是紧密相关的，基于特征的产品建模技术的发展为零件工艺信息的计算机描述及处理提供了有效的途径。在特征与零件切削表面之间可以建立内在的联系，“形面要素”、“形体要素”、“加工特征”等实质上均可看作是对零件切削表面自身的信息以及各表面之间的组织关系的一种表达

9、。如果在零件信息的描述中采用了基于特征的方法，显然在工序决策时就能比较容易地根据特征识别结果来确认零件切削表面的信息，这正是当前CAPP系统普遍采用的一种方法。2各切削表面加工方法的选择加工方法选择实际上是将零件信息与企业的资源进行匹配的过程。同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度会有所不同。如果细心操作、精心调整，选择相应的切削用量，就可能得到较高的精度，但往往却会花费较多时间，增加了生产成本，因此，这里所指的精度是在正常的机床、刀具、工人等工作条件下，以合适的工时消耗所能达到的加工精度。表2.2表示了对于孔这样一种典型切削表面来说，各种加工方法可达到的精度（Jr）及表面粗糙度（及。

10、）。零件是由许多表面组成的，往往包含多种典型的切削表面（即加工特征），如外围、孔、槽、平面、成形表面等等。对于每一种典型切削表面均可列出类似于表2.2的各种加工方法所能达到的精度及表面粗糙度。因此，在识别或理解了零件切削表面的信息后，便可以根据具体情况，从表2.2或其它相应的表中选择最合适的加工方法。图2.19是外旋转表面加工链网络图，图2.20是孔加工链网络图，它们是选择典型加工方法的一种表达方法，从加工链网络图中可以看出达到同一加工要求可以有不同的加工链。在选择加工方法时，根据企业当时的资源（人、财、物、技术）条件的约束，寻求满足T、Q、C为目标的最优的加工链。同样，对于其它各种典型切削表

11、面，均可以图2.19、图2.20的方式列出其可能选择的典型加工方法，从图中亦可看出，加工方法的选择需要一系列的逻辑决策。典型的加工方法是指在分析、总结企业内各种生产工艺方法、各种生产经验和各种与加工有关的规范后，提出的带有指导意义的加工过程，它可以随着生产设备的更新、生产工艺的发展，甚至操作工人的改变而有所改变，还可能受到企业自身特点的影响，所以具有较大的灵活性；再者，上述加工方法的选择并不等同于“是非”选择，有的准则是模糊的，常会出现模棱两可的情况，这就是工序设计的非一致性。这些特点在计算机辅助工序决策时应该考虑到的。3.编排合理的加工顺序t1）基准的选择加工顺序是指工序的先后排列。它与加工

12、质量、生产率和经济性密切相关，安排加工顺序首先要考虑的因素就是工艺基准面，零件在加工时所用的工艺基准称为定位基准，定位基准是指零件在机床上加工时，它们被用来决定零件相对于刀具的位置。根据该基准面是否被加工过，定位基准又可分为粗基准和精基准。前者是指没有加工过的毛坯面被用作定位基准；后者是指已加工过的表面被用作定位基冶。当然，定位基准的选择是要遵循一定的原则的。一般来说，定位基准的选择原则可简要归纳为：1）定位基准应与设计基准重合。2）安装面与导向面应选择尺寸大者。3）便于夹紧，在加工过程中稳定可靠。Jfen孔如工巾咅粗如工方岳前倉R黑两底甘黑拥工方隹瞬am度CJFv9-ffl)WT和以上ir-

13、310-31，的20-SOiffljT一比扩礼ft!札童禅11-IJ11-159-115-2P1ST-越8-?6-7.J5-WO.tift-525mu住吆?L倂轧成冲札卜rtliBLQTH7LS5-50U2-2Jis硝堆8D.32-1JSft.M-0.J2ift半料輻II705-75-JG2.5-WDMT.為锄4tK*密舟9-PIq|d2L25-IBC-32-L25鮭ITfi味鈿曆IT5lfT6flrO.tU0.6半糊庭T6-IT7ff.32-.25图举7蛉韭釀我而加_进网络阁荊烟牢IT5-iT/iSjOJi-.25中等耕虞未洱以壹皿丹回血际超側工“简此能lT5ms凡阿口朋匮盘曲痒火盒図外蜃回

14、様丰育色金属悴団而晴密胁碎观缸械外匝血益厲卑眸坷喈刃卜睥|币IT7-JT8rtj0.63-2.5粗车iTil!TI2J?,10-au同样，对于其他各种典型切削表面，均可以图47、图4。8的方式列出其可能选择的典型加工方法，从图中亦可看出，加工方法的选择需要一系列的逻辑决策。典型的加工方法是指在分析、总结企业内各种生产工艺方法、各种生产经验和各种与加工有关的规范后，提出的带有指导意义的加工过程，它可以随着生产设备的更新、生产工艺的发展，甚至操作工人的改变而有所改变，还可能受到企业自身特点的影响，所以具有较大的灵活性；再者，上述加工方法的选择并不等同于“是”或“非”选择，有的准则是模糊的，常会出现

15、模棱两可的情况，这就是工序设计的非一致性。这些特点在计算机辅助工序决策时应该考虑到。3编排合理的加工顺序基淮的选择加工J顷序是指工序的先后排列，它与加工质量、生产率和经济性密切相关。安排加工J顺序首先要考虑的因素就是工艺基准面，零件在加工时所用的工艺基准称为定位基难，定位基准是指零件在机床上加工时，被用来决定零件相对于刀具的位置的基准。根据该基准面是否被加工过，定位基准又可分为粗基准和精基准。前者是指没有加工过的毛以上这些选择原则必须在实际应用中根据具体情况灵活掌握。有些原则，如定位基准与设计基准重合原则和基准单一原则，有时会发生矛盾，这时，必须凭借工艺知识，综合考虑实际加工的多方面因素，作出

16、合理优化的选择。制订加工顺序时，总是先安排精基准面的加工；然后采用精基准面定位来加工其他表面。如果有多个精基准，则必须在他们被使用之前加工完毕。可见，选定粗、精基准，使得加工顺序的安排具有了一个基本轮廓。（2）主要加工表面的安排零件的主要加工表面一般都是指精度或表面质量要求比较高的表面，它们的加工好坏对整个零件的质量关系较大，往往它们的加工工序也较多。因此，一般应以考虑主要表面的加工顺序为主干，再将其它表面的加工适当穿插其间。例如，箱体零件中，主轴孔、孔系和底平面一般是主要表面，所以应首先考虑他们的加工顺序。而其它的，如固定用的通孔和螺纹孔、端面和侧面，则可以适当安排，端面和侧面就可与底面、顶

17、面安排同一次装夹中进行加工；通孔、螺纹孔则可与主轴孔安排在同一次装夹中进行加工。在上述加工表面的安排中，通常应考虑“先面后孔”、“先粗后精”的排序原则。例如，固定用的通孔及螺纹孔的加工一般安排在它们所附着的平面加工完之后；又如，主轴孔的精度和表面质量的要求比较高，所以其粗精加工应该分开，主轴孔的精加工应安排在最后（手铰或精膛一浮动经）。（3）热处理工序与辅助工序的安排热处理工序可分为四类：一类是为了改善切削性能而进行的，如正火、调质及退火等，这类热处理工序应安排在切削加工之前；第二类是为了消除内应力而进行的，如时效处理，应安排在粗加工之后精加工之前；第三类是为了得到预期的物理机械特性，如渗碳、

18、渗氮、淬火等，这类热处理工序应安排在粗加工、半精加工之后精加工之前。表面淬火后，一般只能进行磨削加工；第四类是为了使表面耐磨耐腐蚀或美观，如镀铬、发兰等，一般都放在最后工序。辅助工序包括去毛刺、清洗、退磁及检验等。它们一般安排在关键工序的前后、转换车间的前后、加工阶段的前后（粗加工完精加工前或者精加工后精密加工前），或者零件全部加工完毕后。加工顺序的安排是一个比较复杂的问题。特别是对于普通机床，人为因素的影响大，灵活性也大，更应利用长期生产实践所积累的经验，结合具体情况，灵活掌握上述原则。4选择加工机床和相关的工艺装备加工机床的选择，对工序的加工质量、生产率和经济性都有很大影响。在进行机床选择

19、时，一般调出CAPP系统内预先建立的机床数据库，它提供机床规格及平均经济加工精度信息，使其与零件所选择的加工方法信息相比较，然后作出决策。一般可先按零件及其加工方法的要求作出初选，然后再根据选得的切削用量计算出切削力、切削功率进行校核，有的系统还可根据PPS（生产过程计划）对机床利用率情况进行适当的调整。工艺装备（刀具、夹具、量具）的选择与机床的选择有些类似，即同样需要根据零件信息和选择的加工方法信息去和预先建立在工装数据库中的信息相比较，然后作出决策。当没有现成的通用工装可利用时，CAPP系统就应提出专用工装设计的要求。在机械加工中，零件、机床、刀具与夹具组成的工艺系统，是一个相互联系、相互

20、影响的整体，因此，CAPP系统的决策机制应努力反映这种联系，并帮助工艺员得到从全局上比较优化的决策结果。234工艺尺寸确定工艺尺寸确定包含了加工余量的选择、工序间尺寸和公差的确定等内容。从机械制造工艺学的角度来看，加工余量值及工序间尺寸公差值对于机械加工的质量、生产率、成本均会产生影响，而且三者间还会互相影响。11加工余量的选择、加工余量由三部分组成：（1）上一工序的加工精度，它包括上一工序的加工尺寸公差（可由公差表中查得）和上一工序的位置精度（根据具体情况计算）。（2）上一工序的表面质量，因为上一工序加工后遗留下来的表面粗糙度和表面缺陷厚度（也可查表获得）应包含在本工序的余量中。（3）本工序

21、的安装误差，它包含定位误差和夹紧误差（可以根据具体情况计算或考查阅有关的资料获得）。各工序问余量之和便成为该表面的总余量。余量的组成部分中，既有系统误差，也有随机误差。在计算加工余量时可用概率法来综合分析，用分析计算法确定加工余量必须占有充分的资料及统计数据，计算也复杂。所以除了特别重要关键零件或大批量生产的少数情况外，目前大多数工厂采用查表与经验相结合的方法。查表法是根据企业多年来积累的资料，整理而得到的用于各种加工方法的加工余量表格，根据当前的加工方法、加工精度等直接从表格中查出工序间余量推荐值，它比较方便迅速i实用。有些工厂还将余量确定表纳入工厂标准之内。但正因为表格是通用的，无法考虑具

22、体情况，因此查得的余量值往往与实际情况有些距离，而且通用表格的整理本身也是一件非常不容易的事，基于这两个原因，由一些有经验的工程技术人员或工人根据经验对查表所得值进行修正，或者直接进行确定，这是目前大多数工厂仍在采用的方法。现举例说明查表法确定加工余量的过程。假设一个外围表面的工艺过程为粗车一半精车一淬火一粗磨一精磨一研磨。查阅工序手册得到：研磨余量为0.01mm,精磨余量为0.1mm,粗磨余量为0.3mm,半精车余量为1.Imln,粗车余量为4.5mm。相加后得总余量是6.01mm,可圆整为6mm,而把粗车余量定为4.49mm。2。工序间尺寸的计算一般采用“由后往前”的办法。先按零件图的要求

23、,确定最终工序的尺寸及公差,再按选定的加工余量推算出前一道工序的尺寸,而公差则是按本工序加工方法的精度来给出。当工序设计中存在基准转换（工艺基准与设计基准不重合）时,就需要进行工序尺寸换算,对于位置尺寸关系比较复杂的零件,这种换算也比较复杂。工序尺寸计算常用尺寸链分析计算方法,工序尺寸计算的工作流程如图2.21所示。在图2.21中，第二阶段是建立尺寸树，并由此组成设计尺寸链与余量尺寸链。第三阶段需进行尺寸校核,即校核设计尺寸公差能否得到保证。第四阶段需进行余量校核,即校核最小余量是否小于或等于零,公差校核可按组成环公差叠加。如上节所述,亦可按概率理论算出。如校核不通过,则重新调整工序尺寸公差或

24、余量值,当调整后校核仍迈不过时,则应显示出错信息,建议修改工序尺寸标注方法。第五阶段,是用邻接矩阵来计算工序尺寸值。235工艺参数决策工艺参数，又称为切削参数，一般是指切削速度V）、进给量（/）和切削深度（“”）。这些参数值的选择对于加工时间、切削表面的质量、加工精度、机床的选择以及加工费用等会产生直接的影响，而且很多约束条件又是互相制约的。所以，在进行工艺参数决策时，必须综合考虑多方面因素，努力求得各切削参数的优化组合。在CAPP系统中常用的方法是预先建立适应本企业的切削用量数据库以供决策时使用。目前，国外根据多年实验研究的积累，己出版了多种实用的机械加工数据手册，包含了适用于不同的机床、刀

25、具、零件材料、切削深度等条件的推荐的进给量和切削速度。这是人类共同的宝贵财富，可以提供很好的借鉴。同时，我国也由国家或有关部门推荐出版了各种机械加工手册、切削用量手册等，可以从中按需选取有关数据内容，做成数据库。有些工厂以本厂实践经验为基础，收集厂内操作工人在实际生产中的经验数据，经过分析整理，相对于各种刀具的寿命值规定出相应的切削速度、切削深度和进给量，并据此做成切削用量数据库。这种方法比较简便易行，但不够准确，局限性也比较大。第4章交互型CAPP系统本软件是为了配合机械加工工艺手册（软件版）而开发的计算机辅助工艺设计系统。本系统由西安交通大学CAD/CAM研究所开发。整个系统由两个CAPP

26、子系统组成：一为交互型CAPP系统；另一为变异型CAPP子系统。由于工艺设计随企业的资源不同，加工工艺习惯不一样，操作人员的水平不同，设计的加工工艺过程不尽相同，即使在同一企业内，不同的工艺设计人员也可能设计出不同的加工工艺过程，工艺设计的质量在很大程度上取决于工艺设计人员的技术水平。为了让用户更好地了解本系统并熟练地掌握使用系统，特编写本使用说明书，通过阅读本使用说明，您可以妓照使用说明提示的操作步骤，迅速了解和掌握本系统的使用，从而提高您编制工艺的效率。41系统开发背景随着科学技术的发展，为适应瞬息多变的市场需求及机械制造业信息化工程发展的需要，数字化系列手册（软件版）必将成为推动制造业信

27、息化工程广泛深入开展的核心基础支撑环境之一。为此，机械工业出版社在出版机械设计手册（软件版）的基础上，组织出版了其妹妹篇机械加工工艺手册（软件版），它是国家“十五”电子出版物规划项目之一。本软件是配合机械加工工艺手册（软件版）而研制的，本系统的原型是在企业已经使用的CAPP系统并证明其切实可用和使用效率较高的基础上，根据手册的需求精炼出的一个系统。众所周知，开发和推广应用CAPP系统可缩短工艺规程设计和生产准备时间，加快零件的制造周期，降低零件的生产成本，并可以提高工艺设计文档的质量。研制实用、可靠、运行效率高的CA卯系统已经成为机械制造业信息化工程的一个很重要的课题,而且一个具有智能导航的C

28、APP系统对工艺设计人员熟练程度的要求也比较低，即工艺经验较少的工艺人员也能借助于CAPP系统设计出高质量的工艺规程。由于工艺设计的多变性和对具体企业资源的依赖性、针对性强等原因，通用CAPP的发展远远滞后于CAD、CAM、CAE等软件的发展及应用。本产品以交互式CAPP为主，提供了针对企业的实际资源情况，建立适应本企业需求的工艺数据库（包括加工设备库、工装库、工时定额库、工艺术语库、切削用量库、材料库、毛坯库、工艺文件库等等）及实施CAPP的必须工具，力求减轻工艺人员的重复性劳动。交互型CAPP系统是通用CAPP系统中较容易实现的方案之一，按照不同类型的：艺需求，编制一个人机交互软件系统，工

29、艺设计人员根据系统进程的提示，进行人机交互操作，操作人员在系统的提示引导下，回答工艺设计中的问题，对工艺过程进行决策及输入相应的内容，形成所需的工艺规程。工艺人员在系统集成环境下，根据实际情况，一步步地完成工艺的编制。因此这种CA卯系统工艺过程设计的质量对人的依赖性很大，且因人而异。因而一个实用的交互型CAPP系统必须具有下列条件：1）具有支持工艺决策、工艺参数选择的基于本企业资源的工艺数据库，它由工艺术语库、机床设备库、刀具库、夹具库、量具库、材料库、切削参数库、工时定额库等组成。2）应有一个友好的人机界面，一个友好的人机界面必须具备下列功能。实时的人机交互，快速响应输入、输出，对操作人员有

30、及时提示及智能引导功能，对输入内容能详细检查，对不正确的内容明确指出其错误性质，指出其修改的回溯点及回溯路径。对整个系统的组成应一目了然，能方便地调用各功能模块，并能快速无阻碍地进行切界面布置合理，宜人悦目，整个系统要前后一致，规格统一，方便操作，用户掌握其个模块交互操作，就能举一反三。用户记忆量最小。图文配合适当，既不令人眼花缭乱，又使人感到形象直观。3）具有纠错、提示、引导和帮助功能。4）数据查询与设计程序能方便地进行切换，杏询所得数据能白动地插入设计所需地点。5）能方便地获取零件信息及工艺信息。6）能方便地与通用图形系统链接，获取或绘制毛坯图及工序图。42系统的体系结构421系统的总体结

31、构该系统以人机交互的方式来编制零件工艺。工艺人员在系统集成环境下，根据实际情况步步地完成工艺的编制。系统主要包括以下几个功能模块（图41）：交耳型CAPP系统j演示模块工艺数据库J11工艺设计摸块二具集-:L1系址的组威T艺站过程管題交密一丄艺编辑工艺文件输出1）零件信息检索工艺人员在编制零件工艺时，首先就要进行零件信息检索。在工艺人员输入零件图号后系统将检索零件信息数据库，并将检索出的零件信息显示出来，工艺人员可以编辑零件信息也可以交互地输入零件信息；如果没有检索到该零件，表示该零件信息没有建立，系统会给出提示。2）零件信息输入提供工艺人员一个交互输入零件信息的窗口。工艺人员可根据零件的具体

32、情况，输入诸如零件图号、零件名称、工艺路线号、产品、部件编号、材料牌号、毛坯类型、毛坯尺寸和设计者等基本信息。3）交互式工艺编辑提供工艺人员交互输入工艺内容和工步内容的窗口。工艺人员可以很方便地添加、删除、插入和移动工序。在工艺编辑过程中，工艺人员可以很方便地查询各种工艺数据，如机床、刀具、量具、工装和工艺参数等。4）工艺设计过程管理工艺编制完成后，应有一个工艺设计过程的管理过程。在系统中为4个步骤，即审核、标准化、会签和批准。5）工艺文件输出系统主要输出两种工艺文件，即工艺卡和工序卡。6）CAPP系统相关工具工艺设计过程管理分本系统主要提供了工艺数据建立及其管理系统和工艺尺寸链的计算两种工具

33、，用来建立适应本企业资源的工艺数据库及查询各种工艺数据和进行尺寸链的计算，尺寸链计算包括组成环的尺寸解算和封闭环的公差解算内部分。系统工作流程如图42所示。匸艺文丼输出r.g背和工序卡丄艺数据（机昧、工装和工艺拿数）檢背工艺.删除、添加、插入和榕韭匸艺弁捉存编耕结果.E艺设计过程竹理图4.2交型CAPP系统工柞流程图零件信息检扁交互武工艺編辑CAPP系统管录CAPP茶址吓始422系统的数据结构系统在数据结构上，采用关系型数据库来存放数据。零件信息、工艺信息、工步信息和其它工艺数据信息都存储在不同的二维数据表中，不同类型的数据表又存放在不同的数据库中。此外，系统提供了用户自定义工艺数据库接口，用

34、户可以根据自己单位的实际情况，定义自己的数据库，使系统具有了较好的适应性和可扩展性。在设计过程中，需要系统提供的数据信息有：U零件信息存放零件的基本信息，如零件图号、零件名称、材料牌号、部件编号、件数、毛坯类型和设计者等等。工艺路线号、产品编号、2）工艺信息存放工序的基本内容，如工艺路线号、工序代号、工序名称、工序描述、切削参数、工时和设备、工装等信息。3）工步信息工步是对工序的更为详细的描述，包括工步代号、工步内容、工艺路线号切削参数、工时和设备、工装等信息。4）表尾信息主要用来存放工艺文件的表尾信息，如编制、审核、会签、批准及其相关的时间等数据。5）用户信息用来保存用户的基本信息，如用户代

35、码、用户名称等。6）用户自定义数据库其内容应根据企业实际资源及工艺设计的要求而定，一般情况应包括：工艺术语库、机床库、刀具库、量具库、工装库、工时定额库和切削参数库等，用户自定义数据的建立使得系统具有更大的灵活性。上述提到的各种数据库有各自的数据结构，且它们之间是有联系的，为节约篇幅这里不对每种数据库的结构进行描述，只以零件信息和工艺信息为例，做一些简要介绍。零杵信息表的结构序号字段名称类型怅度(nrn)非空i兑明建性文本501PK2零件狀称丈木50F3文本50F码丈本15V5材料牌兮50F6毛坯类型文本50F7懿尺寸文本25Tg可制件数整型T9产品编巧文本56T产品窖称50FL倍用件2T1借

36、用图号文木50工艺倩息後的结构障号字廉名称娄型板度(mm)非空说明键性J工艺跻城号立本50rnif2工序代号整型TrK.3-工厚茗称文本?F4H序描述备注F5切削时阖单糟度F6轉助时间单炳度F7外拂标识文禾1T8外廊时间单精度F9机床代号文本50F10工裁代号50FH量具代时50F112刀捉代号文本,0F|13加工成*施币F14工时定额工序图甲精度二进制I零件信息数据和工艺数据存放在数据库中，由建立的关键字对它们进行检索。对零件信息而言，零件图号是关键字，它是唯一的。用户只要给出零件图号，系统就可以检索到该零件的零件信息，并显示给用户。零件信息表和工艺信息表是通过工艺路线号关联的，系统根据零件

37、图号检索到零件信息，然后再根据该零件的工艺路线号，去检索工艺信息表，就得到了该零件的工艺数据同理，其它工艺数据之间也存在这样的对应关系。4。3系统的工作过程和运行实例1)系统登录系统登录是整个系统的入口，用户在进入系统前都必须登录。系统有三种类型的用户工艺编制人员系统的主要使用人员，负责工艺的编制。审核人员包括审核、标准化、会签和批推人员。系统管理员负责整个系统的管理和维护，如用户管理、数据管理等。系统的登录窗口如图43所示。用户输入了正确的用户代码和密码后，就可以进入系统主窗口了。必要的时候，用户可以自己修改登录的密码。2）零件信息检索工艺人员登录系统后，要建立新零件、编制新工艺，或是对已有

38、的零件和工艺信息进行修改，都必须先进行零件信息检索。零件信息检索模块是登录到系统后，程序运行的一个入口。系统检索的窗口如图44所示。用户输入零件图号，然后单击“开始检索”按钮，系统就会检索零件信息库，并将检索出的零件的工艺路线号显示出来；如果系统没有检索到该零件的信息，系统会给出提示，询问用户是否建立新零件信息。检索到零件信息后，单击“进入零件信息”按钮，将调出零件信息输入窗口。单击“退出”按钮，将退出零件信息检索窗口。3）零件信息输入在零件信息输入窗口里，用户可以输入与零件相关的各种基本信息，如零件名称、工艺路线号、产品编号、产品名称、材料以及毛坯的信息等，零件信息输入窗口如图45所示。上图

39、中的零件是一个车床主轴，窗口中显示了该零件的主要信息。4）交互式工艺编辑工艺编辑模块是系统的核心部分，用户通过工艺编辑窗口，人机交互地输入零件的工艺内容。在工艺编辑窗口中，工艺人员可以很方便地添加、删除、插入和移动工序。此外系统将工艺数据的查询集成到编辑窗口中，工艺人员可以很方便地查询各种工艺数据，如机床、刀具、量具、夹具及切削用量等等。在编辑工艺的同时，用户可以很方便地在工序和工步编辑之间切换。交互式工艺编辑的窗口如图46所示。4.1概述第4章变异型CAPP系统变异型CAPP系统是利用零件的几何形状及加工工艺相似性来检索现有的典型工艺规程，根据零件技术要求，对己检索出的典型工艺进行编辑，从而

40、形成新的加工工艺规程，所形成的新的加工工艺规程经工艺设计人员确认是否可作为另一典型工艺存入典型工艺库中。变异型CAPP系统是建立在成组技术基础上，零件按照几何相似性或者工艺的相似性归类成族，建立该零件族的主样件及其典型工艺规程即标准工艺规程，它可以按照零件族的编码作为关键字存入数据库文件中，标准工艺规程的内容通常包括完成该零件族零件的加工所需的加工方法、加工设备、工具、夹具、量具及其加工J帧序等，其具体内容可根据企业对工艺规程要求的详细程度而定。而对一个新零件的工艺设计，就是按照其成组编码，确定其所属的零件族，检索出主样件的典型工艺规程，并对它进行编辑，最后按照规定的格式输出。4.2基于成组技

41、术的CAPP4.2.1变异型CAPP系统的基本工作原理变异型CAPP系统利用成组编码来描述零件信息。它首先要求对企业现有的所有零件进行分类归组，从而得到所谓的零件族及该零件族的主样件。对于每个零件族的主样件，有一个通用的加工制造过程，即主样件的典型工艺规程。同时，变异型CAPP系统还需要有存储、检索、编辑主样件的典型工艺规程的功能以及具有支持编辑典型工艺规程的各种加工工艺数据库，例如加工设备、刀具、量具、夹具、切削用量等数据库。在工艺设计的时候，变异型CAPP系统首先进行新零件的信息输入,并自动建立该零件的成组编码，然后以该成组编码为依据，确定该零件所属的零件族及该零件族的主样件。每一个零件族

42、的主样件对应一个典型的工艺规程，系统通过自身的匹配逻辑，找出适合于当前零件的典型工艺（有时不能完全配匹，可检索出一组相近似的工艺规程供设计人员选用），在此基础上进行编辑（添加、删除、调整、修改）就得到了当前零件的工艺规程，在经过审核批准后，即可输出供企业使用。4,2.2变异型CAPP系统的设计过程选择合适的事件分类编码系统在设计系统之初，首先要选择和制定适合于本企业的零件分类编码系统，用来对零件信息进行描述和对零件进行分族，从而得到零件族矩阵并制定相应的典型的工艺规程。目前，在国内外已有100多种编码系统在各个企业中使用，每个企业可以根据本企业的产品特点，选择其中的一种，或者是在某种编码系统基

43、础上加以改进，以适合本单位的要求。在选择结构时，主要以实用为主。零件的分类归族对零件进行分类归族，是为了得到合理的零件族及其主样件。把具有一定相似性朗零件划归到一起，就组成了一个零件族，每个相似零件或者零件族可以用一个样件来表示。该样件的制造方法，就是该零件族的公共制造方法，也就是所谓的典型工艺规程。在对零件进行分类归族时，有一个通用的规则就是族内所有的零件都具有相似性对于变异型CAPP系统而言，一个族内的零件必须要有相似的工艺规程。就相似性而言有两种考虑：有的用户可能要求把那些具有绝对相同加工工序的零件归入一个族中，这样，属于该族中的零件只需要对标准的工艺规程进行极少量的修改，就能得到零件的

44、工艺规程，但每个零件族的零件数量比较少；把能在同一台机床上加工的相似工艺的零件划归为一族,那么要得到每个零件的工艺规程，就需要对标准工艺规程进行较多的修改。这样，如何合理地划分零件族，是一个非常重要的问题，在我们研制变异型系统时，研制了一个统计分析软件，在零件信息输入后对成组编码进行统计分析，形成一个分族归类分布图，根据分族分布情况确定零件族及其主样件。3.祥件设计和标准工艺规程的制定主样件可以是一个实际的零件，也可以是一个虚拟的零件，它是对整个零件族的一个抽象综合。设计主样件是为零件族制定一个典型的工艺规程。在设计主样件之前，要检查各个零件族所包含零件的情况，通常一个零件族只有一个主样件。在

45、确定主样件时，应该以该零件族中最复杂的零件为基础，尽可能覆盖该族其它零件的几何特征及工艺特征，构造一个新的零件，从而就得到了一个主样件。零件族的典型工艺规程实际上就是主样件的加工工艺规程，主样件的工艺规程应该能够满足零件族中所有零件的加工工艺设计的要求。并能满足企业资源的实际情况及加工水平，以使典型工艺规程合理可行。在制定典型工艺规程时，一般是请有经验的工艺人员或是专家，对零件族内的零件加工工艺进行分析，选择一个工序较多，加工过程安排合理的零件的工艺路线作为基础，考虑主样件的几何及工艺特征，对尚未包括在基本工艺路线之内的工序，按合理的J顺序加到基本工艺路线中去，这样就得到了代表零件族的主样件的

46、工艺路线，即典型工艺规程。4工艺数据库的建立与维护变异型CAPP系统与其它类型CAPP系统一样，它是在完善的工艺数据库支持下而运行的。工艺数据库包括设备库、工装库、工时定额库、工艺术语库、切削用量库、材料库、毛坯库等等。由于各企业加工设备和工装不同、加工习惯不一样以及加工操作人员技术水平不同，故每个企业都应有自己的工艺数据库。因而系统应提供用户定义自己的工艺数据库的环境，以满足各企业不同的需求。为此，系统应提供一套建立和维护工艺数据库的工具，用户通过这个特定工具，建立自己的数据库，使得系统有了更好的适应性和灵活性。5软件设计CAPP系统开发的软件工程化CAPP系统的开发与其它软件开发一样，要按

47、软件工程的要求及步骤进行软件开发工作，并符合软件工程规范标准，软件工程规范及软件文档编制是工程化软件要求的集中体现，目前软件工程国家标准规范有：计算机软件开发规范(GB/r85661995)详细规定软件开发过程的各个阶段及每一阶段的任务、实施步骤、实施要求、完成标志及交付文档。计算机软件产品开发文件编制指南(GB856788)详细规定软件开发过程中应该产生的文档种类、数目和文档的编制形式、编制内容。计算机软件需求说明编制指南(GB938588)详细规定软件需求说明的内容及各自作用、质量、书写格式。计算机软件测试文件编制规范(GB938688)详细规定一组测试文件的种类、数目、书写格式、内容以及

48、各自的作用。计算机软件质量保证计划规范(GB/T1250490)详细规定在制订软件质量保证计划时应该遵循的统一的基本要求，它包括计划、评审、控制和验收等几个方面活动，并列出了编制大纲。计算机软件配置管理计划规范(GB/T1250590)详细规定软件配置管理计划的目录、章节内容等统一要求。这些要求涉及到标识软件产品项、控制和实现软件的修改、记录和报告修改的实现状态以及评审和检查配置管理工作等四个方面的实施计划。软件工程术语(GB/T11457)详细列举了软件工程中的常用术语定义、说明、英文译名等信息。计算机软件开发规范(GB856688)将软件生存周期划分成以下六个阶段：可行性研究与计划阶段确定

49、软件开发目标和总体要求，进行可行性分析，制订开发计划。这一阶段的任务是首先明确“要做什么”，明确软件的功能和目标以及大致规模；其次研究“是否能做”，探索要开发软件的难度、深度和广度，估算系统成本和效益，分析开展该项工作的可行性，包括技术、设备、人员以及市场可行性等方面内容。可行性研究的结果是决策者承接或中止该开发项目的重要依据。若研究结果项目可行，则还要制订开发计划。2）需求分析阶段进行系统分析，确定软件功能需求和设计约束。这一阶段的任务是弄清“必须做什么”。软件开发人员和用户密切配合，充分交流信息，真正准确地了解用户的具体要求，得出经过用户确认的系统逻辑模型，避免盲目急于着手设计的倾向。3）

50、设计阶段确定设计方案，包括软件结构、模块划分、功能分解以及处理流程。通常,设计阶段应分解为概要设计和详细设计两个步骤:概要设计的任务是解决如何做”，考虑多种可能的解决方案，并依据某种令人信服的标准或原则推荐及确定设计方案；然后，进行模块划分,也就是将软件系统按功能划分成许多规模适中的程序集,再将其按合理的层次结构组织起来。详细设计的任务是解决“如何具体做”把概要设计的抽象概括解决方案细化、具体化。4）实现阶段完成源程序的编码、编译、无语法错误的程序清单以及程序单元测试。这个阶段的任务是编制出正确的、可读性好的程序。开发人员选取适当的程序设计语言，把详细设计的结果翻译成可处理的执行程序，并认真调

51、试、检测每一个程序段。5）测试阶段实现系统总装测试、检查审核文档以及成果评价。这个阶段的任务是通过各种类型的考核发现问题、纠正错误，使软件达到预定的要求。总装测试是根据所确定的软件结构，把经过单元测试检验通过的程序段装配起来，在装配过程中进行必要的测试。同时要按需求分析阶段所确定的功能要求，由用户或用户委托第三方对软件系统进行验收，撰写测试分析报告，对软件产品作出成果评价。6）运行与维护阶段软件在运行使用中不断地被维护，要根据新提出的需求和运行中发现的问题进行必要的而且是可能的扩充和修改。通常有四类维护活动：改正性维护，诊断和改正运行中发现的软件错误。适应性维护，修改软件以适应环境的变化。完善

52、性维护，根据用户的要求改进或扩充软件的功能，使它更加完善。预防性维护，修改软件为将来的维护活动做预备。每一项维护活动结束，软件都有不同程度的改进，对于商品化软件来说，都会推出新的版本。这里不准备对整个开发过程作详细说明，仅对模块划分及模块设计作简单介绍，根据CAPP系统的特殊性，将整个系统划分成若干模块，如零件信息检索模块、零件信息输入模块、工艺编辑模块、典型工艺检索模块、工艺设计过程管理模块、工艺文件输出模块、用户管理模块、工艺数据查询模块、工艺尺寸链计算模块等。每个较大的模块还可以根据实际情况进行再细的划分。（2）模块程序设计模块划分之后，将这些功能模块划分成能够与程序序模块，包括详细工作

53、流程框图、算法和数据结构的确定以及规范和变量说明，有:1）细化功能模块根据功能模块所担负的任务进行规划。用一个程序块完成一个相应的进程，整个模块由若干程序块所组成。对程序块的运行及调用与被调用的关系也必须作出说2）程序块的说明对程序块的输入、输出和处理功能都应有详细的说明，最好具有单一的入口和出口。对程序块中的调用和被调用的关系也须有详细的说明。3）过程描述给出功能模块内的数据流和控制流，说明实现功能的过程。4）算法描述以简洁的方法达到求解目标，对所确定算法给予明确的描述。5）数据结构描述模块内部表格、栈、文件、变量的设置，给出数据结构图。6）各程序块间接口信息的描述包括参数的形式和调用关系等

54、。（3）模块组合联调联调就是将系统的各个模块联为一个有机的整体，通过系统的总控模块，调用各个子模块，来查看整体的运行效果。联调时，必要的情况下，可以对各个子模块进行补充和修改，以适合系统的整体运行。423变异型CAPP系统的工作过程变异型CAPP系统的工作过程如下:（1）按照系统选定的分类编码系统，对待加工的零件进行成组编码。（2）根据该零件的成组编码，确定该新零件是否包括在系统已经定义的零件族内。(3)如果该零件属于某一零件族，则调出该零件族的典型工艺规程，对其进行必要的修改就得到了待加工零件的工艺规程；如果新零件不属于任何零件族，则系统会给出提示。工艺设计过程管理。按照特定格式输出工艺文件

55、。4.3变异型CAPP系统的基本构成下面以一个实用的变异型CAPP系统为例，来说明变异型CAPP系统的基本构成。该系统包括的主要功能模块如下：零件信息检索根据用户输入的零件图号检索数据库，将检索出来的零件的工艺路线号和成组编码显示出来；如果该零件不存在，则系统会给出提示。零件信息输入工艺人员根据零件的具体情况，输入诸如零件图号、零件名称、工艺路线号、产品编号、材料牌号、毛坯类型和毛坯尺寸等基本信息。零件成组编码根据选定的零件分类编码系统，对零件进行成组编码。典型工艺搜索模块根据零件的成组编码，搜索典型工艺库，调出与当前零件相匹配的典型工艺。如果没有完全匹配的典型工艺，则系统会根据一定的筛选逻辑

56、，找出最接近的典型工艺供用户选择。工艺编辑模块提供用户一个集成的工艺设计环境，用户可以对调出的典型工艺进行编辑(其功能有增加和删除工序、插入工序、两工序相互对调以及补充和修改工序内容等等)，即得到当前零件的工艺规程。工艺设计的同时，用户还可以对每道工序的工步进行设计。工艺设计过程管理工艺设计完成之后，需要经过审核、标准化、会签和批准4个过程，经过批准后的工艺就可以产生工艺文件，如工艺卡、工序卡等，用于实际生产了。工艺文件输出生成最终的工艺文件，如工艺卡和工序卡。CAPP相关工具本系统主要提供数据查询、零件统计分析和工艺尺寸链的计算三种工具，用来查询各种工艺数据、统计零件成编码分类归族的情况和进

57、行工艺尺寸链的计算。尺寸链计算包括组成环的尺寸解算和封闭环的公差解算两部分。4.4变异型CAPP系统的工作过程和运行实例变异型CAPP系统的工作流程图如图4.1所示。1.系统登录系统登录是整个系统的入口，用来确定用户的类型。系统规定有三种类型的用户：(1)工艺编制人员系统的主要使用人员，负责工艺的编制。(2)审核人员包括审核、标准化、会签和批准等人员。工之玄件著出514.1喪片也GU叩霜轨T.外诡斤阳匸总戕计过程宵淫疽浪.标加化、售签刹批准ttfi艺，对典星工戏氓打燐改同补充CAPP甫址费录宰艸信息检窮字忤成组馮码系统管理员负责整个系统的管理和维护，如用户管理、数据管理等。系统的登录窗口如图4

58、2所示。2零件信息检索由用户输入零件图号，系统根据该图号检索零件信息库，将检索到的信息返回给用户。零件信息检索窗口如图43所示。如检索不到该零件，则进入零件信息输入模块。3零件信息输入如检索不到零件信息后，用户可以单击“进入零件信息”按钮，进入零件信息输入窗4成组编码系统采用的编码系统是原机械工业部颁布的几BM一1系统，用户利用如图4.5所示的界面，根据零件实际情况选择相适应的项目对零件进行编码。8.3它U成型CAPP系统创成型系统就其决策知识的应用形式来分，有常规程序实现和采用人工智能技术两种。前者把工艺决策知识利用决策表、决策树或公理模型等技术来实现；后者就是工艺设计专家系统，它利用人工智

59、能技术，综合工艺设计专家的知识和经验，进行自动推理和决策。关于智能型CAPP系统，在8.6节讲述。8.3.1基本原理和系统构成创成型CAPP系统可以定义为一个能综合加工信息自动地为一个新零件创造工艺规程的系统。在创成型CAPP系统中，工艺规程是根据工艺数据库的信息在没有人工干预的条件下创造出来的；根据零件模型，系统能自动产生零件所需要的各个工序和加工顺序，自动提取制造知识，自动完成机床选择、工具选择和加工过程的最优化；通过应用决策逻辑，可以模拟工艺设计人员的决策过程。按这个定义对创成型CAPP系统要求太高，它要求系统是完全创成的。为此，系统必须具备相当复杂的逻辑判断能力（图84），即识别和获取

60、工艺设计逻辑的能力；系统必须能将待进行工艺设计的零件用计算机易于识别的形式作清楚和精确的描述；必须能把获得的工艺逻辑和零件描述数据综合放入统一的数据库中；还须具备关于工厂中所有加工方法的专业知识和经验，具备有关的可能后续工序、可替代的加工方法以及相互矛盾或排斥的加工方法等方面的信息。因此，创成型CAPP系统的理论探索和应用实践都还在发展。由于工艺设计过程的复杂性，这种功能完全、自动化程度很高的创成式系统至今也没有开发出来。截止目前，所开发出来的号称是创成型的CAPP系统实际上也只是实现了部分创成，即在系统中包含有部分决策逻辑。尽管如此，由于创成型CAPP系统不需要过多的工艺储备就能生成新零件的