计算机辅助工艺设计课件.ppt

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1、6 计算机辅助工艺设计,2,6.1 计算机辅助工艺规程设计 6.1.1 CAPP的基本概念 6.1.2 CAPP系统的分类 6.1.2.1 派生式CAPP系统(Variant) 6.1.2.2 创成式CAPP系统(Generative) 6.1.2.3 CAPP专家系统(Knowledge Based CAPP System 6.1.3 CAPP系统的组成6.2 计算机辅助模具生产管理6.2.1 计算机在模具生产管理中的应用6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6 计算机辅助工艺设计（CAPP）,3,6.1.1 CAPP的基本概念,1.工艺规程设计的任务,6.1 计算机辅助工艺规程设计

2、,a.工艺规程设计主要任务： 为被加工零件选择合理的加工方法、顺序、工装、切削条件及参数等；,4,b.工艺规程设计主要内容有： 选择加工方法、机床和工装设备。 安排合理的加工工序； 选择定位基准、确定各工序的加工余量和毛坯，计算工艺尺寸和公差； 选用合理的切削用量； 计算工时定额和加工成本； 编写各类工艺文件等,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,5,2.传统工艺设计方法的缺点 经验积累 手工方式：查资料、手册 来进行工艺计算、绘 工序图、填写工艺卡片及表格。 不足之处： 人工编制，劳动强度大，效率低； 设计周期长； 经验性很强； 工艺设计优化、标准化很差。,6.1

3、.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,6,3.现代制造的特点,多品种、少批量,工艺设计任务增加,新的工艺设计方法,CAPP,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,7,4. CAPP的特点和原理,特点,原理,管理大量数据，快速计算，自动绘图、制表,工艺设计原则与方法,工艺设计决策模型,建立决策逻辑,最优化制造方案,CAD,CAM,CAPP,CIMS,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,8,用计算机生成工艺规程的基本原理是： 将经过标准化或优化的工艺或编制工艺的逻辑思想(工艺设计人员长期以来积累的知识和经验)通过CAPP系统

4、存入计算机。在计算机生成工艺时，CAPP软件首先读取有关零件的信息，然后识别并检索一个零件族的复合工艺和有关工序，经过删减和编辑(派生方式)或按工艺决策逻辑进行推理(创成方式)自动生成具体零件的工艺。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,9,假如计算机读取的零件信息中部分信息超出了计算机能识别处理的范围，即找不到零件对应的零件族，或不能用预先确定的逻辑生成工艺时，则计算机将无能为力，只能报错。 所以，计算机只能按CAPP软件规定的方式生成工艺过程，而不能创造新的工艺方法和新的加工参数。一旦新的工艺方法或新的加工参数出现，就必须修改CAPP系统中的某些部分，使之适应新

5、的加工制造环境。 实际上，这也是目前CAPP系统难以做到通用的主要原因。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,10,(1) 自动选择毛坯和材料； (2) 加工方法、加工设备、加工用量的选择； (3) 工序编排与工艺安排的决策； (4) 工艺尺寸换算，工时定额计算及NC编程等。 (5) 确定重要工序的质量检测项目和检测方法等。 CAPP在功能上被公认为是CAD和CAM的桥梁，是CAD/CAPP/CAM系统的核心。,5. CAPP的主要功能,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,11,CAPP的关键技术是：零件信息的描述 工艺设计过程的目标是制

6、定一个零件的制造过程。当用计算机辅助工艺过程设计时，首要的问题是零件描述。目前有多种零件信息输入计算机的方法。例如零件分类编码法，表面元素法、零件几何造型法和特征建模输入法等。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,12,零件分类编码： 是建立在成组技术（Group Technology ,简称GT）基础上的一种方法。利用成组技术编码来描述一个零件，其实质是用数字描述零件的几何形状、尺寸大小、材料和工艺特征，也就是零件特征数字化。 成组技术：将企业生产的多种产品、部件和零件，按照一定的相似性准则分类成组，并以这种分组为基础组织生产的全过程，从而实现产品设计、制造和生产

7、管理的合理化及高效益。 零件的相似性：是指零件所具有的各种特征的相似。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,13,6.CAPP系统的工作过程与步骤,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,14,1)控制模块协调各模块的运行，实现人机之间的倍息交流，按制产品设计信息获取方式。2)零件信息获取模块用于产品设计信息输人。3)工艺过程设计模块进行加工工艺流程的决策，生成工艺过程卡。4)工序决策模块选定加工设备、定位安装方式、加工要求，生成工序卡。5)工步决策模块选择刀具轨迹、加工参数，确定加工质量要求，生成工步卡及提供形成 NC指令所需的刀位文件。6

8、)输出模块输出工艺流程卡、工序和工步卡、工序图等各类文档。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,15,7)产品设计数据库存放有CAD系统完成的产品设计信息。8)制造资源数据库存放企业或车间的加工设备、工装工具等制造资源的相关信息。9)工艺知识数据库用于存放产品制造工艺规则、工艺标准、工艺数据手册、工艺信息处理的相关算法和工具等。10)典型案例库存放各零件族典型零件的工艺流程图、工序卡、工步卡、加工参数等数据，供系统参考使用。11)编辑工具库存放工艺流程图、工序卡、工步卡等系统输入输出模板、手册查询工具和系统操作工具集等。12)制造工艺数据库存放由CAPP系统生成的产

9、品制造工艺信息，供输出工艺文件、数控加工编程和生产管理与运行控制系统使用。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,16,7.CAPP的作用与意义克服传统工艺设计的不足，促进工艺技术的发展大大提高工艺设计的效率和质量； 将工艺设计人员从大量繁琐、重复性的手工劳动中解放出来； 提高企业工艺设计的规范化、标准化水平，促进工艺设计水平的提高；能有效的积累和继承工艺设计人员的经验，提高企业工艺设计的继承性。,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,17,7.CAPP的作用与意义 为现代制造系统集成提供技术桥梁与计算机辅助设计（CAD）系统之间的信息交流

10、与计算机辅助制造（CAM）系统之间的信息交流 与生产管理系统（MIS）之间的信息交流 与制造自动化系统（MAS）之间的信息交流 与质量保证（CAQ）系统之间的信息交流,6.1.1 CAPP的基本概念,6.1 计算机辅助工艺规程设计,18,6.1.2 CAPP系统的分类,从工艺生成的基本原理来分析，CAPP系统可分为以下三大类型： 6.1.2.1 派生式CAPP系统(Variant) 6.1.2.2 创成式CAPP系统(Generative) 6.1.2.3 CAPP专家系统(Knowledge Based CAPP System),6.1 计算机辅助工艺规程设计,19,6.1.2.1 派生式C

11、APP系统(Variant) 派生式CAPP系统是利用零件的相似性，即相似零件具有相似的工艺过程，采用零件分类编码及成组技术来实现的。 即将零件根据结构和工艺相似性分类成几个零件族，然后针对每个零件组编制典型工艺。 设计时根据零件的GT代码或零件的图号，确定该零件所属的零件组然后检索出该零件组的典型工艺文件，最后进行自动化或人机交互式修改，生成符合要求的工艺文件。 其工作原理框图如图6-2所示。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,20,图6-2 派生式CAPP系统工作原理,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,21,相似零件的集合称为零件

12、族,1)派生式CAPP系统易于开发和使用； 2)派生式CAPP系统的基础是零件族的划分； 3)派生式CAPP系统需要很好地制订每一族 零件的标准工艺规程。,派生式CAPP系统的特点,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,22,1) 派生式CAPP系统易于开发和使用 节约工艺过程设计时间可达90%，并能大大降低繁琐的手工劳动量。目前已开发使用的CAPP系统大多属于此类，该方法已经比较成熟。 2) 派生式CAPP系统的基础是零件族的划分 它不能为不属于现有零件族的新零件设计工艺规程；对于同一零件，从不同零件族修订出的工艺规程也不可能一致。所以修订式CAPP系统要充分利用成

13、组技术的成果，选用合适的分类编码系统。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,23,3) 派生式CAPP系统需要很好地制订每一族零件的标准工艺规程 标准的工艺规程应该是族内最复杂零件的工艺规程，或是综合族内所有零件几何特征的虚构零件的工艺规程。 标准工艺规程一般包括制造零件的工艺路线，所用的机床、刀夹量具、工时定额等。因此，派生式CAPP系统的开发准备工作量很大。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,24,6.1.2.2 创成式CAPP系统 (Generative) 创成式CAPP系统与派生式系统不同，它的生成并不是通过修改或编辑相似零件组

14、的工艺规程实现的，而是靠系统中的决策逻辑生成一个新零件的工艺规程。 其工作原理是：收集大量的工艺数据和加工知识，并以此规程为基础，在计算机软件基础上建立一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。 在输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，自动生成零件的工艺规程。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,25,6.3.2.2 创成式CAPP系统 (Generative) 其特点是比较先进的，但开发困难，仅在少数范围较窄、功能有限的系统中得到了实际应用。 目前实现完全创成式的CAPP系统还有困难，通常是将派生式和

15、创成式相结合，即综合利用这两种方法的优点，克服它们的缺点。 例如，存储一些经过生产实践验证的零件加工方法，同时又具有一定的工艺决策逻辑，考虑一部分加工表面理论上必然的加工顺序，然后把它们综合起来，形成一个工艺规程。这种系统称为半创成系统，也称为综合式CAPP系统。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,26,图6-3 创成式CAPP系统工作原理,其工作原理框图如下图6-3所示。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,27,6.1.2.3 CAPP专家系统 (Knowledge Based CAPP System ) CAPP专家系统是将人工智

16、能技术应用于CAPP系统中所形成的专家系统。以“推理+知识”为特征，包括知识库和推理机。其中，知识库是由零件设计信息和表达工艺决策的规划集组成，而推理机是根据当前事实，通过激活知识库的规则集，而得到工艺设计结果。 一般CAPP系统与CAPP专家系统的结构区别如下图。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,28,图6-4 一般CAPP系统与CAPP专家系统的结构,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,29,CAPP专家系统由零件信息输入模块、知识库、推理机三部分组成。其中知识库和推理机是互相独立的。CAPP专家系统根据输入的零件信息频繁地去访问

17、知识库，并通过推理机中的控制策略，在知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则，然后执行这条规则，并把每一次执行规则得到的结论部分按照先后顺序记录下来，直到零件加工达到一个终结状态，这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。,6.1.2 CAPP系统的分类,6.1 计算机辅助工艺规程设计,30,6.1.3 CAPP系统的组成,CAPP系统的基本结构由以下5大部分组成： 1.零件信息的输入 2.工艺决策 3.工艺数据库与知识库 4.人机界面 5.工艺文件的编辑与输出,6.1 计算机辅助工艺规程设计,31,6.1.3 CAPP系统的组成,6.1 计算机辅助工艺规程设计,32,零件信息的输入 零件信息是系统

18、进行工艺设计的对象和依据。计算机目前还不能像人一样识别零件图上的所有信息，所以，在计算机内部必须有个专门的数据结构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。工艺决策 工艺决策是系统的控制指挥中心，它的作用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、计算和决策后生成零件的工艺规程。,6.1.3 CAPP系统的组成,6.1 计算机辅助工艺规程设计,33,工艺数据与知识库 工艺数据与知识库是系统的支撑工具，它包含了工艺设计所要的所有工艺数据(如加工方法、加工余量、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

19、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)。 如何组织和管理这些信息并便于使用、扩充和维护，使之用于各种不同的企业和产品，是当今CAPP系统迫切需要解决的问题。,6.1.3 CAPP系统的组成,6.1 计算机辅助工艺规程设计,34,人机界面 人机界面是用户的工作平台，包括系统菜单、工艺设计的界面、以及工艺文件的显示、编辑与管理界面等。工艺文件管理与输出 一个系统可能有成百上千个工艺文件，如何管理和维护这些文件，既是CAPP系统的重要内容，也是整个CADCAPPCAM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

20、能输出各种格式的文件，有些系统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。,6.1.3 CAPP系统的组成,6.1 计算机辅助工艺规程设计,35,6.2 计算机辅助模具生产管理,6.2.1 计算机在模具生产管理中的应用 6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,36,6.2.1 计算机在模具生产管理中的应用,生产管理是对企业日常生产活动的计划，组织、准备和控制，是与产品制造密切相关的各项管理工作的总称。 传统的模具生产管理方法，花费大量人力、物力，效率低，透明性和正确性不高，严重阻碍了生产的发展。模具由于它是一种单独定货、个别设计、单件或小批量生产的产品，所以生产管理的工

21、作特别繁重，生产过程不易控制，生产过程组织比较困难。 计算机辅助生产管理是广义CAM的一个重要组成部分。,6.2 计算机辅助模具生产管理,37,模具生产由于其品种和工艺过程的多样性，用户定货、外购、外协交货期等众多环境条件的不确定性，以及生产计划和生产调度的动态性等因素，致使物料过程复杂多变，有关的信息处理，储存与传输频繁。而且模具生产管理所需要的大量数据及有关信息已在CAD、CAM、CAPP和GT过程中产生并存储在计算机中。因此，建立在上述大量工作基础上的计算机辅助模具生产管理工作，就显得十分必要。,计算机辅助模具生产管理的必要性,6.2.1 计算机在模具生产管理中的应用,6.2 计算机辅助

22、模具生产管理,38,图6-8 计算机辅助生产管理系统结构图,6.2.1 计算机在模具生产管理中的应用,6.2 计算机辅助模具生产管理,39,计算机辅助模具生产管理系统的设计包括三部分： 1）计算机辅助生产管理系统的硬件、软件和计算机终端之间通信网络配置的详细设计； 2）数据流图、数据库、数据文件及应用程序模块的设计； 3）模拟人工管理过程的计算机过程设计和可靠性设计等。,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,40,以计算机为中心，加上各种控制装置，如可编程控制器和终端设备等组成。控制对象就是各种加工设备和辅助装置。通过网络系统将它们连接起来，形成生产控制

23、系统的硬件环境。 根据生产控制系统处理的信息的任务和性质，生产控制系统软件主要由各部分模块组成。各软件模块的功能为：加工设备管理模块、运行控制模块、实时监控模块、动态调度模块、信息管理模块、通信功能模块。,生产控制的硬件,生产控制的软件,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,41,下面详细介绍三个模块 ： 物料需求计划MRP管理 库存管理模块生产 调度功能模块,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,42,（Material Requirements Planning ）是生产和采购产品所需各种物料的计划，它把生产计

24、划转换成生产产品的原材料、标准件、外构件和所需要零件的详细供应计划清单的计算机软件。 制造资源计划系统MRP-（Manufacturing Resources Planning），是面向离散制造型企业的管理软件。 MRP-在MRP系统的基础上，增加了生产能力计划、生产活动控制、采购和物料管理计划以及财务管理等功能，形成了一个综合的管理信息系统。,物料需求计划MRP,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,43,主要用于材料库、半成品、零件库及模具库的管理，可以作为大系统的一个模块，也可以单独开发和独立使用。功能：主要解决用计算机代替人的繁琐劳动，实现计算机

25、对数据记录的快速，有效处理。实现录入、修改、添加、查询、统计等操作，例如通过查询和统计，模具库可以给出模具使用、维修、周检、库存等情况的详细信息；对原材料库等可以给出库中原材料的种类和数量，标准件和常用件的库存情况，并能提出采购清单和急件清单等信息。,库存管理模块,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,44,生产调度功能模块任务是根据企业的生产计划及模具CAD/CAM数据库提供的器材清单，制定出工时安排表和按月按日编制动态的生产调度安排表。在这个模块中，主要解决各个待加工零件的加工调度安排。 在对零件排序时，首先根据日期原则，即要求完成日期在前的排序在前；然后是工序原则，即不同零件工序独立（机会均等），同一零件的工序关联（前道工序未完成，后道工序不得参加排序）；最后是工时原则，即工序工时长的优先。,生产调度功能模块,6.2.2 计算机辅助模具生产管理系统的设计,6.2 计算机辅助模具生产管理,45,思考题,1.简要分析CAPP系统的基本组成和功能。 2.叙述派生式CAPP系统、创成式CAPP系统的基本原理，并分析比较其异同。 3.试述计算机辅助生产管理系统的构成与作用。,Thank You !,