第四章CAPPN.ppt
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2012-2,第四章CAPP,1,第四章计算机辅助工艺规程设计,CAPP是CAD与CAM的中间环节,CAPPComputerAidedProcessPlanning,是通过计算机技术辅助工艺设计人员,以系统、科学的方法确定零件从毛坯到成品的整个技术过程,计算机辅助工艺规程设计,2012-2,第四章CAPP,3,2012-2,第四章CAPP,4,2012-2,第四章CAPP,5,2012-2,第四章CAPP,6,2012-2,第四章CAPP,7,2012-2,第四章CAPP,8,2012-2,第四章CAPP,9,2012-2,第四章CAPP,10,CAPP的作用、意义,大大提高效率和质量减轻劳动强度提高规范化、标准化水平提高企业工艺设计的继承性为现代制造系统集成提供技术桥梁,2012-2,第四章CAPP,11,常用的CAPP软件,CAXA工艺图表北航海尔网址:
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/,2012-2,第四章CAPP,16,CAPP的类型,派生式(Variant)创成式(Generative)综合式,2012-2,第四章CAPP,17,利用零件GT(成组技术)代码或企业现行零件图编码,将零件根据结构和工艺相似性进行分组,然后针对每个零件组编制典型工艺(又称主样件工艺)。
工艺设计时,首先根据零件的GT代码或零件图号,确定该零件所属的零件组,然后检索出该零件的典型工艺文件,最后根据该零件的GT代码和其它有关信息对典型工艺进行自动化或人机交互式修改,生成符合要求的工艺文件。
派生式,2012-2,第四章CAPP,18,依靠系统中的决策逻辑生成。
收集了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。
创成式,2012-2,第四章CAPP,19,目前用派生法原理生成工艺规程的方法比较成熟,创成法原理目前还不完善.CAPP专家系统正处于研究之中。
4.1派生法CAPP系统的工作原理,零件编码,零件分组,设计复合零件,设计标准工艺规程,建立工步代码文件,建立切削数据文件,设计各子程序,总程序设计,2012-2,第四章CAPP,20,将零件图上的信息代码化,以使计算机容易识别。
可以根据具体情况选用通用或专用的分类系统。
通用的如JCBM、Opitz编码系统(采用九位代码)编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种。
1、零件编码,2012-2,第四章CAPP,21,2012-2,第四章CAPP,22,2012-2,第四章CAPP,23,表一简易编码系统,2210,2012-2,第四章CAPP,24,2、零件分组,1、直接观察法2、编码分组法3、生产流程分析法,常用分组方法:
它是通过分析全部零件的工艺流程,主要根据零件的加工方法和所用设备来分组,而不是依据零件图样代码。
它划分零件组后还可得到加工该零件组的机床组。
生产流程分析法的目标是将那些需要一组相同或相似加工工序的零件归并成组,可以用排序聚类分析算法划分零件组。
首先要构造一个大的矩阵。
生产流程分析法,Mij,工序i,零件j,权指在按位记数法中,为了确定一个数的实际数值,对每一个位必须乘上一个因子,然后把它们相加起来。
这个因子称为权。
第一步,对每一列计算总权:
Wj=,例如,对二进制0111,可写成201+211+221+230=1+2+4+0,对十进制7834,可写成1004101310281037=4308007000,第二步,把它们按升序次序排列。
第三步,对每一行计算它们的总权:
Wi=,第四步,把它们按升序次序排序。
再重复进行上述步骤,直到自然处于升序状态,就可以确定相似零件组。
下图表示了排序聚类分析算法的整个过程。
a),b),用这种方法形成的零件组及其标准工艺文件,在对每个编制工艺规程时,只需要对标准工艺文件作少量的修改。
但这种方法仅对少数零件和少量工序时计算比较方便,若零件数量多,工件加工流程长,其使用就会受到限制。
随着计算机技术发展,这些困难正逐步得到解决,现在使用这种方法来分组的已逐渐多起来。
优缺点:
2012-2,第四章CAPP,35,复合零件(主样件),它包含一组零件的全部形状要素,有一定的尺寸范围,可以是实际存在,也可以是假想以它作为样板零件,设计适用于全组的通用工艺规程,3、设计零件组的复合零件,如图所示。
对于简单的零件组,零件品种数不超过100为宜;形状复杂的零件组,可以包含20种左右的零件。
复合零件不要过于复杂或过于简单,先分析全部零件图,取出形状最复杂的零件作为基础件,再把其它图样上不同的形状特征加到基础件上去就得到复合零件。
设计复合零件要注意的问题:
可先分成几个小的零件组,分别合成组合件。
然后再由若干个组合件合成整个零件组的复合零件。
对于零件品种数不多的零件组,对于零件品种数较多的零件组,2012-2,第四章CAPP,38,标准工艺规程应能满足该零件组所有零件的加工要求,并能反映工厂实际工艺水平,尽可能是合理可行的。
设计时对零件组内各零件的工艺要进行仔细分析、概括和总结,每一个形状要素都要考虑在内。
另外要征求有经验的工艺人员、专家和工人的意见,集中大家的智慧和经验。
4、设计标准工艺规程,即在分析零件组中零件的全部工艺路线后,选择其中一个工序最多,加工过程安排合理的零件工艺路线作为基本路线,然后把其它零件特有的、尚未包括在基本路线内的工序,按合理顺序加到基本路线中去,构成代表零件组的复合工艺路线。
有些单位采用复合工艺路线法,标准工艺规程是由各种加工工序组成的,一个工序又可以分为多个操作工步,所以操作工步代码随所采用的零件编码系统的不同而不同。
对于采用九位代码(JCBM或Opitz系统)的零件,可用五位代码表示一个工步。
其中:
前两位代码表示操作工步的名称。
第三位代码表示零件九位代码中需要这一操作工步的码位M,第四、第五位代码分别代表了需要这一操作工步的码位M上之最小数字和最大数字。
5、建立工步代码文件,2012-2,第四章CAPP,41,01粗车外圆11精车外圆21滚齿02粗车端面12精车端面22插齿03切槽13精车锥面23拉花键04钻孔14精镗内孔24拉键槽05钻辅助孔15加工内螺纹25磨齿06镗孔16磨外圆26钳工倒角07车外螺纹17磨端面27钳工去毛刺08粗车锥面18磨锥面28检验09铣平面19磨平面29渗碳淬火10倒角20磨内孔30磁力探伤等,前两位代码含义可规定如下:
例如代码为09412的工步,再如01216,,21544,JCBM代码的第四位上的数字是12,需要铣平面,例如代码为09412的工步,其含义是,前两位代码09,表示铣平面。
第三位代码为4,表示JCBM代码的第四位;后两位代码为1和2,代表JCBM代码的第四位上的数字是1至2,则都要铣平面。
再如01216工步代码,表示粗车外圆,零件第二位代码如是1至6,则都要粗车外圆。
工步代码21544表示滚齿,只有零件第五位代码是4时才要滚齿。
标准工艺文件用操作工步代码来表示,使得标准工艺文件的贮存和调用十分方便,也为筛选标准工艺规程提供了方便。
当计算机检索到某一工步时,只要根据工步代码第三位的数值,查看零件这一码位的数值是否在工步代码的第四位和第五位数值范围,如果在这一范围内,则保留这一工步,否则将删除这一工步。
2012-2,第四章CAPP,44,产品零件的品种繁多,零件形状又十分复杂,涉及的加工要素很多,采用的加工方法也各种各样。
而所有的加工方法都必须要有切削数据(进给量、切削速度、切削深度),为此必须建立大量的切削数据文件。
CAPP所要处理的数据,其种类和数量都非常大,而且其中许多数据是和其它系统共享的。
6、建立切削数据文件,为了生成工艺规程,还必须要建立各种工艺数据文件,如机床文件、刀具文件、夹具文件、加工余量文件、公差文件、分组矩阵文件、标准工艺文件、工步代码文件、工时定额参数文件、成本计算参数文件等。
另外在生成工艺规程过程中,临时生成的中间数据文件、工序图文件以及最终生成的工艺规程都必须要进行贮存,需要时还将随时调用。
对上述各种类型的数据文件,采用数据库管理系统,2012-2,第四章CAPP,46,由于CAPP系统中要应用各种计算方法,为此需预先将各种运算公式或求解方法编成各种功能子程序。
如切削参数的计算,加工余量、工序尺寸公差的计算,切削时间和加工费用的计算,工艺尺寸链的求解,切削用量的优化和工艺方案的优化等。
在系统运行过程中,如需要应用某种计算方法,就可随时调用。
7、设计各种功能子程序,2012-2,第四章CAPP,47,上述各项准备工作完成以后,用一个主程序和界面把所有子程序连接起来,每一个单元功能可以采用模块结构形式,可以单独调试和修改,再把各个功能模块组合起来,就构成CAPP系统的总程序。
8、CAPP系统总程序设计,CAPP系统的建立是一个劳动量很大的工作过程,特别是要建立庞大的工艺数据库,要花费很多的人力和时间。
开始时,可以建立各种数据文件,以后再逐步积累和完善。
2012-2,第四章CAPP,48,4.2创成式CAPP系统工作原理,零件信息描述工艺知识库建立工艺决策逻辑,2012-2,第四章CAPP,49,创成式CAPP系统的核心是构造适当的工艺决策算法。
常用的有决策树和决策表。
2012-2,第四章CAPP,50,2012-2,第四章CAPP,51,4.3CAPP的关键技术,零件信息包括管理信息(如零件名称、图号、所属产品和部件)、结构形状、尺寸、加工精度(尺寸公差、形位公差和表面粗糙度)、材料及热处理及其它技术要求等方面信息,是工艺设计的对象和依据。
零件信息的输入方法可采用人机交互式输入或从CAD图形数据库中直接提取。
在人机交互输入法中主要采取成组技术代码法(GT代码法)或型面特征描述法。
信息描述和输入,一、成组技术代码法,建立表示零件的编码系统时必需考虑的几种因素:
零件类型(回转体、棱形体、拉伸件及板金件等);代码所表示的详细程度;码的结构:
链式、分级结构或混合式;代码使用的数制(二进制、八进制、十进制、字母数字制、十六进制等)。
零件分类编码是指利用成组技术正确抽出零件图纸中为制定工艺过程所必需的必要信息。
利用零件分类编码来描述一个零件,可以在宏观上描述零件而不涉及这个零件的细节。
2012-2,第四章CAPP,53,一、成组技术代码法,成组技术是挖掘和利用生产活动中的相似性的技术,通过分类成组,以便最大限度地获取生产活动中的批量效益,在产品设计、工艺设计、加工制造及生产管理等方面都具有广阔的应用前景。
2012-2,第四章CAPP,54,二、型面特征描述,可以对零件信息进行详细描述,能将零件的所有设计信息都输入计算机中,并能与加工方法等相对应,使CAPP系统取得零件全部与精确定量的输入数据,为工艺决策提供可靠依据。
型面特征类型几何形状特征:
一般是组成零件型面特征的几何单元。
拓扑特征或方位特征:
用于表示各几何形状的顺序关系。
精度特征:
用于描述几何形状的尺寸公差、形状公差、位置公差以及表面粗糙度等信息。
材料特征:
描述型面的材料及热处理信息。
其它特征:
描述上述四大类特征尚没有包括的技术特征参数。
2012-2,第四章CAPP,55,二、型面特征描述,型面特征描述的局限性零件型面特征描述的信息量很大,需要人工逐个型面进行分析后把信息逐条手工输入,因此信息输入的效率很低,过程十分繁琐,而且容易发生错误,严重影响CAPP系统的效率。
2012-2,第四章CAPP,56,三、CAD图形数据库中直接提取体元素描述法,
(1)体元素是零件可分解的最基本的三维几何体,如圆柱体、圆锥体、六面体、圆环体、球体等。
体元素描述法把零件看成是由若干种基本几何体按一定位置关系组合而成。
(2)可以根据产品零件的结构形状特征,设计出一组体元素模型,以图形文件的形式贮存,还可以设计一组以基本体元素按一定位置关系组成的零件标准图形。
(3)当向计算机输入零件特征信息时,首先检索标准零件图形文件,调入内存,输入各体元素的具体尺寸信息,还可以对实际零件图形进行修改。
2012-2,第四章CAPP,57,(4)当检索不到可供利用的标准图形时,直接从体元素模型中调用所需的体元素,按零件实际尺寸信息和相互位置关系拼合零件图形,并将它们贮存在图形文件中。
(5)进行文件设计时,以体元素作为基本单元,每体元素都对应着一组加工方法,可根据加工精度、表面质量和零件材料选用加工方法。
(6)最后根据加工顺序优先级判别法和各体元素之间的相互位置关系,调整加工顺序,以获得完整的零件加工路线。
三、CAD图形数据库中直接提取体元素描述法,2012-2,第四章CAPP,58,直接从CAD的图形数据库中提取用于CAPP所需要的零件信息,是实现CAD和CAPP信息集成的理想方法。
它可以省去人机交互信息输入的工作,大大提高系统的运行效率,减少人工信息转换与输入可能出现的差错,有助于保证数据的一致性,有利于实现CAD/CAM的一体化,目前仍在进行研究和探索之中。
特征识别法基于三维特征造型的零件信息描述与输入方法基于产品数据交换规范(STEP)的产品建模与信息输入方法,三、CAD图形数据库中直接提取体元素描述法,2012-2,第四章CAPP,59,2012-2,第四章CAPP,60,上机作业7,以前的作业进行完善(4个模型及工程图、行为建模练习)风扇装配练习下载CAPP软件,熟悉软件操作,
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