【正文】 著又制定了“機械工業(yè)成組技術(shù)零件分類編碼系統(tǒng) 一 1).成組技術(shù)在改變多品種小批量生產(chǎn)的落后性方面所起的重要作用， 正被越來越多的企業(yè)所認識。第九節(jié)計算機輔助工藝過（規(guī)）程設(shè)計工藝規(guī)程設(shè)計是一種需要大量時間和經(jīng)驗的工作。長期以來，工藝規(guī) 程編制是由工藝人員憑經(jīng)驗進行的。如果由幾位工藝員各自編制同一個零 件的工藝規(guī)程，其方案一般各不相同，而且很可能都不是最佳方案。這是 因為工藝設(shè)計涉及的因素多，因果關(guān)系錯綜復(fù)雜。目前，在我國絕大多數(shù) 工廠還仍依賴工藝人員的經(jīng)驗來編制工藝規(guī)程，多半不規(guī)定工步和切削用 量，工時定額也憑經(jīng)驗來確定，十分粗略，缺乏科學(xué)依據(jù)，難以進行合理 的經(jīng)濟核算。隨著產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造中采用了計算機輔助手段(CAD和CAM)，作 為連接產(chǎn)品設(shè)計和制造的中間環(huán)節(jié)，工藝過程的設(shè)計也必須實現(xiàn)自動化才 能與之相適應(yīng)，計算機技術(shù)的發(fā)展為在工藝領(lǐng)域中實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化提 供了可能，而成組技術(shù)的實施為工藝設(shè)計自動化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。通過向 計算機輸入被加工零件的原始數(shù)據(jù)、加工條件和加工要求，由計算機自動 地進行編碼、編程直至最后輸出經(jīng)過優(yōu)化的工藝規(guī)程卡片的過程，稱為計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(Computer Aided Process Planning CAPP)。采用計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計不僅能減輕工藝人員的重復(fù)勞動并顯著提高工藝 設(shè)計的效率，而且將更可靠和更有效地保證了同類零件工藝上的一致性。 所以計算機輔助工藝規(guī)程設(shè)計(CAPP)在國內(nèi)外正引起越來越多的重視和研究，一些先進實用的系統(tǒng)在技術(shù)發(fā)達的國家中已得到廣泛的應(yīng)用，并取得 了很好的效果。CAPP最初的低級形式僅是用于工藝規(guī)程的檢索和管理，即利用計算機 來存取已有的單獨工藝，需要時向計算機查詢和檢索。在成組技術(shù)的基礎(chǔ) 上，CAPP逐步發(fā)展成能通過修改編輯功能而在已有的標準工藝過程基礎(chǔ)上 生成新的工藝過程。目前，世界各國又在致力于開發(fā)新的工藝設(shè)計系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)能直接輸入零件圖形和加工要求。通過系統(tǒng)的邏輯判斷功能，自 動地直接生成零件的工藝過程。但必須指出，正如在高度機械化、自動化 的工廠中，手工操作不能完全被取代一樣，在CAPP發(fā)展與普及時，手工 編程尚不會完全被取代?！瓀 CAPP的基本方法各國發(fā)展的CAPP系統(tǒng)很多，按照CAPP的基本原理和方法，基本上 可將它分為三種類型：樣件法（派生法)、創(chuàng)成法和綜合法（半創(chuàng)成法）。(）樣件法（派生法）派生法又稱檢索式CAPP系統(tǒng)，它是在成組技術(shù)基礎(chǔ)上，將同一零件 族中所有零件的形面特征合成為主樣件，再按主樣件制訂出反映本廠最優(yōu) 加工方案的工藝規(guī)程，并以文字形式存儲在計算機中，編制某零件的工藝 規(guī)程時，計算機根據(jù)零件的成組編碼標識它所屬零件族，再檢索和調(diào)用主 樣件工藝文件中的有關(guān)工序，根據(jù)具體零件特點進行一定修改，通過人工 編輯或由計算機進行一系列決策，幫助、代替人工編輯后輸出該零件的新 的工藝過程。這種系統(tǒng)比較簡單，在現(xiàn)有技術(shù)水平上容易開發(fā)，易于建立 生產(chǎn)上實用的系統(tǒng)。但它是以前人的經(jīng)驗為基礎(chǔ)的，而且所編制的工藝規(guī)程通常只限于特定的工廠和產(chǎn)品。新零件\編碼amp。 167。征矩5 編碼.第X零件組mm/零件組的形成零件組搜索翻畫工藝過程設(shè)計典型工藝檢索工藝過程設(shè)計\\ 文件典型工藝 文件圖184樣件法CAPP a)準備階段b)編制階段(二）創(chuàng)成法創(chuàng)成法是另一種類型的CAPP。它直接根據(jù)輸入的圖形和加工信息，生 成新的工藝規(guī)程。這種方法的主要特點是在計算機中并沒有予先存入“標 準工藝規(guī)程”，而是存儲了大量的各種各樣的邏輯原則和決策方法，當系統(tǒng) 輸入零件圖形后，計算機自動分析其幾何要素并進行邏輯判斷和決策，生 成新的工藝規(guī)程。還可與CAD或自動繪圖系統(tǒng)連接。創(chuàng)成式系統(tǒng)能完全擺 脫工藝過程對人的經(jīng)驗和知識的依賴，能保證相似零件工藝過程編制的高 度一致性乃至實現(xiàn)工藝過程的優(yōu)化，適應(yīng)生產(chǎn)條件的變化和技術(shù)的發(fā)展。(二）創(chuàng)成法利用對各種工藝決策制定的邏輯算法語言自動地生成工藝規(guī)程。創(chuàng)成 法只要求輸入零件的圖形和工藝信息，如材料毛坯表面粗糙度，加工精度要求等，計算機便自動地分析組成該零件的各種幾何要素，對每個幾何要 素規(guī)定相應(yīng)的加工要素(如加工方法、加工順序等邏輯關(guān)系)，以及各幾何要 素之間的邏輯關(guān)系(例如：先粗加工，后精加工；先加工定位摹準面后加工 其它表面等原則)。即由計算機按照決策邏輯和優(yōu)化公式，在不需要人工干 預(yù)的條件下制定工藝規(guī)程。由于組成復(fù)雜零件的幾何要素很多，每一種要素可用不同的加工方法 實現(xiàn)，它們之間的順序又可以有多種組合方案，因此，工藝過程設(shè)計歷來 是一項經(jīng)驗性強而制約條件多的工作，往往要依靠工藝人員多年積累的豐 富經(jīng)驗和知識作出決策，而不僅僅依靠計算。為此，人們將人工智能的原 理和方法引入到計算機輔助工藝過程設(shè)計中來，產(chǎn)生了 CAPP專家系統(tǒng)。 它不僅彌補了樣件法CAPP的不足，而且更符合實際，具有更大的靈活性 和適應(yīng)性。盡管如此，目前利用創(chuàng)成法來制定工藝過程尚局限于某一特定類型的 零件，其通用系統(tǒng)尚待研究。(三）綜合法以樣件法為主，創(chuàng)成法為輔，例如其工序設(shè)計用樣件法，而工步設(shè)計 用創(chuàng)成法等。此法綜合考慮廠樣件法和創(chuàng)成法的優(yōu)缺點，兼取兩者之長， 因此是很有發(fā)展前途的。(一）各種工藝信息的數(shù)字化1. 零件編碼的矩陣化首先，按照所選用的零件的分類編碼系統(tǒng)(如 JLBM — 1)，將本廠所生產(chǎn)的零件進行編碼。為了使零件按其編碼輸入計算機后能夠找到相應(yīng)的零件組(族)，必須先將零件的編碼轉(zhuǎn)換為矩陣。例如教 ，按JLBM1系統(tǒng)的編碼為25270 03004 67679。為了形成該零件的矩陣，首先需將該零件編碼的一維數(shù)組轉(zhuǎn)換成二維數(shù)組。這 個二維數(shù)組中的第一個數(shù)表示編碼的數(shù)位序號，第二位數(shù)表示該零件編碼 在該數(shù)位上的數(shù)， 一26所示。這個二維數(shù)組就可以用矩陣 來表示了。矩陣行的序號就是二維數(shù)組的第一個數(shù)，矩陣列的序號就是二 維數(shù)組的第二個數(shù)。矩陣中每一行和列的交點處就表示一個二維數(shù)組。由 “1”和“0”元素組成的反映零件結(jié)構(gòu)——工藝特性的矩陣稱為零件的特 征矩陣。2. 零件組特征的矩陣化將同一零件組內(nèi)所有零件的編碼都轉(zhuǎn)換成特 征矩陣，并疊加起來，—86b所示。3. 主樣件的設(shè)計零件組的特征矩陣雖顯示了該零件組的結(jié)構(gòu)——工 藝特征，但還不能表示零件組所具有的所有表面。為了使主樣件能更好地 反映整個零件組的結(jié)構(gòu)——工藝特征，需要全面進行結(jié)構(gòu)——工藝特征方 面的頻譜分析，頻數(shù)大的特征必須反映到主樣件上；頻數(shù)小的特征可以舍 去，使主樣件既能反映絕大部分特征，又不至于過于復(fù)雜。由于結(jié)構(gòu)特征包括形狀和尺寸，因此可從形面、尺寸及工藝特征三方 面進行頻譜分析(三相似原則)。例如，形面特征的頻譜分析是統(tǒng)計零件組中各種表面形狀出現(xiàn)的頻數(shù)。采用類似的方法也可對形面參數(shù)與加工工序進行頻譜分析。為了使主樣件不過于復(fù)雜或過于簡單，對于復(fù)雜零件，主樣件的覆蓋 面應(yīng)以20種左右為宜。對于簡單零件，應(yīng)以100種左右為宜。王彪 機械制造工藝學(xué)教案1) 零件形面的數(shù)字化如前所述，零件的編碼雖表示了其結(jié)構(gòu)一工藝特 征，但還不能表示零件的所有表面。而機械加工的工序工步，是必須針對 零件的每個具體表面的。因此必須將各種形狀的表面進行編碼，如圖1 一 85 中所標注的。2) 工序工步名稱的數(shù)字化為使計算機能按統(tǒng)一的方法調(diào)出工序和工 步的名稱，必須對所有工序工步按其名稱進行統(tǒng)一編碼。假設(shè)某一 CAPP 系統(tǒng)有99個不同工步，就可用1，2，…，99這99個數(shù)來表示這些工步的 編碼。有了零件各種形面和各種工步的編碼之后，就可用一個(NX4)的矩陣來 表示零件的綜合加工工藝路線，如圖1 一88所示。圖1 一88b是一個簡單零 件綜合工藝路線的示例。矩陣中的行是以工步為單位的，每一個工步占一 行?？偣げ綌?shù)就決定了矩陣的行數(shù)。矩陣中第一列為工序的序號，多工步 工序的工序號是相同的。矩陣中第二列為工序中工步的序號。第三列為該 工步所加工零件表面的形面編碼。如果該工步不是加工零件形面的操作， 則用“0”表示。第四列為該工步名稱編碼。實際零件的工藝路線雖然可以很復(fù)雜，但其原理是相同的。3) 工序工步內(nèi)容矩陣如圖1 一89所示，矩陣中的行以工步為單位，工 序總的工步數(shù)就確定了矩陣的行數(shù)。第三、四列是該工步所用機床和刀具 的編碼，對于某特定工廠來說，可以對該廠的機床和刀具統(tǒng)一進行編碼。 計算機可根據(jù)這些編碼到機床、刀具數(shù)據(jù)庫找所需要的各種數(shù)據(jù)。而機床 刀具的具體名稱，可由計算機打印出來。第七、八兩列分別為計算切削數(shù) 據(jù)、基本時間的公式編碼。因為不同性質(zhì)的工步，其計算公式是不同的。計算機根據(jù)指定的公式計算出切削數(shù)據(jù)與基本時間。第九列為該工步所屬 工序編碼。如果幾個工步在同一臺機床上連續(xù)完成，則它們屬于同一工序。一二三*四x m x m序成序?qū)偬柮炕蚬?個工序 工步或 序加工 的工步 工的的 步型總 號面編 編碼 碼—■■■ * ■三m五七八XXXXi用39。用39。X步步步步給吃于.于步序名所所量刀計計所號稱用用量n算屬編機.刀切基X碼床具削本序編編數(shù)時碼碼據(jù)間的的公公式式編編碼碼圖189工步內(nèi)容矩陣110 139。1 2 0 141 3 15 32 ?1 4 15 332 1 a 102 2 0 142 3 13 322 4 13 333 1 15 444 1 0 5.a) b)以上各種工藝信息的數(shù)字化方法，只是一種原理性介紹，對于每個具 體的CAPP軟件，還會有其各自的特點。圖188主樣件綜合加工工藝路線矩陣a)矩陣內(nèi)容fe)矩陣示例決策表和決策樹是常用的表示決策邏輯的方法。例如根據(jù)孔的直往和 各種公差要求，可將孔的加工方法選擇邏輯歸納成若千條規(guī)則，列成圖17 一20所示的決策表。決策表用十字線分成四個區(qū)域，左上部列出條件的名 稱(直徑彡12mm等)；左下部列出所有動作的名稱(如鉆孔等)；右上部列出 各種可能的條件組合，用T表示給定條件為“真”，F(xiàn)為“假”，右下部說 明當每一列所有條件都滿足時(即邏輯“與”）某項動作是否執(zhí)行，阿拉伯數(shù) 字表示動作順序。如其中第八列表示當孔的直徑大于12小于25mm，位置 度大于0. 05mm小于等于0。 25mm。，選擇時 加工方法為鉆一半精鏜一精鏜。王彪 機械制造工藝學(xué)教案 649直徑12mmTTTTFFFFFFFF12mm 直徑 25mmFFFFTiTTT*TFFF25mm〈直gj50nunFFFFFFFFF25mm直徑FFFFFFFFF位置度〇. 〇5romFFFFFTFF0? 05mm位置度0. 25mmFFFFTTFF〇? 25mm位置度TTFFTTFFFT公差0. 05mmFFTFFTTFFT0. 05mm公差0? 25mmFFFTFFFTF0. 25mm公差TFFTF?FFTFF鉆 孔111111111111鉸孔2i半精錘2222精 鍾23223323圖17—20孔加工決策表這樣的決策邏輯也可以用決策樹的形式來表示，如圖17—21所示。決,N,根外表麵E,E7公差N*E公嫠 0? 127mm EsE171。圖17—21決策樹A、N2—節(jié)點 A—表示一種工藝方案E分支，表示某種條件1鉆A!A*As圖17—乜決策樹在程序中的實現(xiàn)策樹由一個根和一些節(jié)點、分支組成。一棵決策樹可以轉(zhuǎn)換成一個計算機 流程圖，如圖17—22所示。計算機就是利用存儲在機內(nèi)的上述邏輯決策軟 件，進行邏輯判斷以生成新的工藝規(guī)程。從理論上講，創(chuàng)成法工藝設(shè)計系統(tǒng)是?個完備的高級的系統(tǒng)，它擁有工藝設(shè)計所需要的全部信息，在其軟件中包含著全部決策邏輯，因此使用 方便，無需準備階段。但是因為工藝過程涉及的因素較多，各種組合方案 和邏輯關(guān)系復(fù)雜，創(chuàng)成法CAPP系統(tǒng)要求計算機具有較大的存儲容量和計 算能力，建立這種系統(tǒng)的技術(shù)難度和工作量極大，目前完全自動創(chuàng)成式 CAPP通用系統(tǒng)還在研制中，它是CAPP的發(fā)展方向。在計算機機輔助工藝規(guī)程設(shè)計時，所需的信息和數(shù)據(jù)都以文件的形式 存儲在計算機的存儲器中，形成數(shù)據(jù)庫以備檢索和調(diào)用。數(shù)據(jù)庫中所存的文件可以歸納為以下幾部分：(1) 工藝規(guī)程組成文件。如工序、工位、工步等的名稱定義和內(nèi)容、各 種表面的典型加工工藝等。它們應(yīng)當有自己的代碼，以備存儲和檢索。(2) 機床和工藝裝備文件。如各種機床的型號規(guī)格、加工精度和范圍、 刀夾量具的名稱和規(guī)格及使用場合等。(3) 材料及其主要物理力學(xué)性能.(4) 加工余量、切削用量及時間定額的有關(guān)資料。(5) 有關(guān)加工成本的經(jīng)濟資料