CAPP入门介绍1

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CAPP入门介绍

第一节 CAPP的概念 +,b5NqC@ K
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　　CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-I于1976年推出的CAM-I’S Automated Process Planning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺过程设计已经成为公认的释义。 4LZW^aL@&
9 C% l, ?& ?+ F4 v4 Y2 s( C　　CAPP（computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。 &l9)"
　　计算机辅助工艺过程设计也常被译为计算机辅助工艺规划。国际生产工程研究会（CIRP）提出了计算机辅助规划(CAP-computer aided planning)、计算机自动工艺过程设计 (CAPP-computer automated process planning)等名称，CAPP一词强调了工艺过程自动设计。实际上国外常用的一些，如制造规划(manufacturing planning)、材料处理(material processing)、工艺工程(process engineering)以及加工路线安排(machine routing)等在很大程度上都是指工艺过程设计。计算机辅助工艺规划属于工程分析与设计范畴，是重要的生产准备工作之一。 KL#63
　　由于计算机集成制造系统(CIMS-computer integrated manufacturing system)的出现，计算机辅助工艺规划上与计算机辅助设计 (CAD-computer aided design)相接，下与计算机辅助制造（CAM-computer aided manufacturing）相连，是连接设计与制造之间的桥梁，设计信息只能通过工艺设计才能生成制造信息，设计只能通过工艺设计才能与制造实现功能和信息的集成。由此可见CAPP在实现生产自动化中的重要地位。 96|vX<*!=

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第二节 CAPP发展的背景 ZPvji,d
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2 i9 V) M. B$ H3 H& `. W　　工艺设计是优化配置工艺资源，合理编排工艺过程的一门艺术。它是生产准备工作的第一步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。以文件形式确定下来的工艺规程是进行工装制造和零件加工的主要依据，它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响，因此是生产中的关键性工作。工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件。 p7 4;XImO
+ u# l/ P7 D7 G( Q, `$ @　　工艺设计正处于产品设计和加工制造的接口处，必须分析和处理大量信息，既要考虑产品设计图样上有关零件结构形状、尺寸公差、材料及批量等方面的信息，又要了解加工制造中有关加工方法、加工设备、生产条件、加工成本及时间定额（工时定额），甚至传统习惯等方面的信息。由于各种信息之间的关系极为复杂，进行工艺设计时必须全面而周密地对这些信息加以分析和处理。 4E%23;R
　　企业工艺文件的形式多种多样，繁简程度也有很大区别，主要决定于生产类型。以机械加工为例：在单件小批量生产中一般只编制综合工艺过程卡，供生产管理和调度用。至于每一工序具体应如何加工，则由工人自己决定，对关键或复杂零件才制订较为详细的工艺规程。在成批生产中多采用机械加工工艺卡片。大批量生产中则要求完整和详细的文件，除工艺过程卡外，对各工作地点要制订工序卡片或分得更细的操作卡、调整卡以及检验卡等。各企业采用的工艺文件并无统一格式。 $&
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% G2 k; S0 r% p" F　　工艺设计的主要任务是为被加工零件选择合理的加工方法和加工顺序，以便能按设计要求生产出合格的成品零件，工艺设计的主要内容有： cZ0ew8E
; |7 G2 h" W5 O+ k3 N5 L, `/ U6 b　　◆ 根据产品图纸，分析产品零件的结构特点以及技术要求； i0eJ-MU(
　　◆ 了解产品生产的纲领及批量； (cG ?rLa[
, t  {! y5 q1 A7 p/ `8 E  _　　◆ 按企业的实际情况，具体确定机床设备、切削用量、工艺装备以及工时定额； 0x#0p7`
　　◆ 选择加工方法及采用的机床、刀具、夹具和其他工装设备等； R"L`"wOS
　　◆ 安排合理的加工顺序； 2B*BYF
　　◆ 选择基准，确定加工余量和毛坯，计算工序尺寸和公差； Y
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( _( M5 g* m: w- M- {& f　　◆ 选用合理的切削用量； !=*W#v8/l
8 l  J. E! I& ~  S　　◆ 计算工时定额和加工成本；  {MTd}O
* l+ q$ {0 Q  ~9 Y* d　　◆ 编制包含上述所有资料的工艺文件。 ':nK~,Y/
: [3 C. l0 Z+ [2 N; i　　工艺设计包含的内容和基本流程为：产品由设计部门产生设计图纸后，首先要转到工艺部门进行工艺审查，工艺审查的目的是了解设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理方法等方面的信息，对其进行工艺性（指所设计的产品在能满足使用要求的前提下，加工制造和维修的可行性和经济性）分析和审查。经过工艺审查后，工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的修改，此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。 #`Gr b=T#
　　在设计部门进行产品图纸修改时，工艺部门同时要做的是工艺总方案的设计及编写，此时的工艺文件是“工艺总方案”。 }/sjpI
　　修改后的设计图纸转到工艺部门后，工艺要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制，基于工艺规程，工艺人员要完成如“设备汇总”，“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工装申请，进行工装的设计。在此之后，制造部门及物资供应部门将以此为依据，进行物资供应及生产的组织、调度。在生产过程中，部分工艺规程的内容会有所调整和修改，相应的工艺汇总文件必须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。 @!bQMR?z
8 W6 I& M- i8 `5 ^  z5 O6 ]　　产品经试制、修改到最后定型。定型后的产品其图纸、工艺都要随之定型，定型后的工艺要进行分类归档。定型后的工艺是不能随意改动的，需修改时，除同设计部门一样需填写“工艺更改通知单”外，还要经过非常严格的审批。 }w|g=m
. v. l$ d( B& z/ n) J- v: z' ~& y8 o　　通常，产品都要经过如上的工艺设计过程，对于不同的企业，因其规模、企业性质等的不同，工艺设计的具体过程可能有所不同，但内容大同小异。在工艺设计过程中产生的许多重要的工艺文件对指导企业制造系统和物料供应系统的调度有着直接的影响。 %u~{

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传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备如下条件： （1） 丰富的生产经验； （2） 熟知企业的各种设备的使用情况； （3） 熟知企业内各种生产工艺方法； （4） 熟知企业内各种与生产加工有关的规范； （5） 熟知与生产管理有关的各种规章制度； （6） 能与有关各方保持友好协作。 +u)d_PW
7 _" J+ b% T5 d/ N' [　　具有丰富经验的工艺工程师，在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。 7~^4<3V
　　传统的工艺设计方式已经严重地阻碍了设计生产效率的提高，主要表现在下列各方面： {"S+hlMG+w
" F& @" {, p. _' f+ T8 n　　(1) 对工艺设计人员要求高：传统的工艺设计是由工艺人员手工进行设计的，工艺文件的合理性、可操作性以及编制时间的长短主要取决于工艺人员的经验和熟练程度。这样就不可避免的会导致工艺文件的设计周期和质量不易保证。因此，传统的工艺设计要求工艺人员具有丰富的生产经验。 9Q0=uJ=HP
. M6 T# y( z, Q/ w　　(2) 传统的工艺设计是人工编制的，劳动强度大，效率低，是一项繁琐重复性的工作。 ~XtNUjV
! Z7 ]: Y) W" {) |　　(3) 难以保证数据的准确性；工艺设计需要处理大量的图形信息、数据信息，并通过工艺设计产生大量的工艺文件和工艺数据；传统的设计方式需要人工处理图形及数据信息，由于数据繁多且很分散，因此，处理起来繁琐、易出错。 |M(+w}!o
$ J6 v7 V% D% q: s/ ^$ h! `　　(4) 工艺设计最优化、标准化较差，工艺设计经验的继承性亦较困难。设计效率低下，存在大量的重复劳动。由于每个工艺规程都要靠手工编写，光是花费在书写工艺表格上的时间就占30%左右，而工艺设计质量完全取决于工艺人员的技术水平和经验。当产品更换时，原有的工艺规程就不再使用，必须重新设计一套产品的工艺规程，既使新产品中某些零件与过去生产的零件相同，也必须重新设计。 -K i@yo
　　(5) 无法利用CAD的图形、数据，随着国家科委“甩图板工程”的实施，二维CAD技术在企业中的应用已很普及，各部门之间通过电子图档进行交流，然而由于工艺设计部门仍采用人工方式进行设计，这样就无法有效利用CAD的图形及数据。 'X'I9_:Mt
- J3 `) r1 L, J5 E1 d; S　　(6) 不便于计算机对工艺技术文件进行统一的管理和维护。 ($(|~8@~y1
　　(7) 信息不能共享，随着企业计算机应用的深入，各部门所产生的数据可以通过计算机进行数据交流和共享，如果工艺部门仍采用手工方式，其他部门的数据就只能通过手工查询，工作效率低且易出错；所产生的工艺数据也无法方便地与其他部门进行交流和共享。 7!191L7
　　(8) 不便于将工艺专家的经验和知识集中起来加以充分地利用。 1Ox RawM1
　　(9) 当代制造领域中，多品种小批量生产的企业大量增加，制造系统正逐渐从刚性（高效率的大批量生产模式）向柔性（高效率多品种小批量生产模式）转变，这要求将计算机贯穿于产品策划、设计、工艺规化、制造与管理的全过程。显然，传统的手工设计方式已不能满足上述要求。 Vj1F[wyKe
% {/ S+ n& \4 j　　(10)工艺设计工作贯穿于企业的整个生产活动中，在各个方面都充满着“个性”。工艺设计所涉及的因素不仅是大量的，而且是极其错综复杂的，如企业的生产类型、产品结构、工艺准备、生产技术发展等的影响，甚至受到管理体制的制约。上述因素中的任何变化，均可能导致工艺设计方案的变化。因此说工艺是企业生产活动中最活跃的因素，工艺设计对使用环境的极大依赖性就必然导致工艺设计的动态性。而传统的手工方式显然不能满足要求。

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计算机辅助工艺过程设计的基本原理正是基于人工设计的过程及需要解决的问题而提出的： 随着机械制造生产技术的发展及多品种小批量生产的要求，特别是CAD/CAM系统向集成化、智能化方向发展，传统的工艺设计的方法，已远远不能满足要求。计算机辅助工艺过程设计(CAPP)也就应运而生的，用CAPP代替传统的工艺设计克服了上述的缺点。它对于机械制造业具有重要意义，其主要表现如下： _rotL[{3
& }6 v: ~! ]' |# v3 X7 z　　(1) 可以将工艺设计人员从大量繁重的、重复性的手工劳动中解放出来，使他们能从事新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等等创造性的工作。 ~)@2D|
0 t2 Q: r% T* \' T　　(2) 可以大大地缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高产品在市场上的竞争能力。 EN91n]&2
6 h& g* |2 H" @" o/ |3 L/ _　　(3) 能继承有经验的工艺设计人员的经验，提高企业工艺的继承性，特别是在当前国内外机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下，它具有特殊意义。 2#OkzDGjKz
　　(4) 可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设计的最优化工作。 AYgOkYn#?G
　　(5) 为适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要和实现计算机集成制造系统(CIMS—Computer Integrated Manufacturing System)创造必要的技术基础。 QD  R]^<
　　(6) 工艺人员的工艺经验、工艺知识能够得到充分的利用和共享。 Wj
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　　(7) 制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库。 'i.4?$J
　　(8) 能充分利用标准（典型）工艺生成新的工艺文件。 正因为CAPP在机械制造业有如此重要意义，从60年代就开始对其进行研究，30多年来已取得了重大的发展，在理论体系及生产过程实际应用方面都取得了重大的成果。但是到目前为止，仍有许多问题有待进一步深入研究，尤其是CAD/CAM向集成化、智能化方面发展，追求并行工程模式，这些都对CAPP技术提出新的要求，也赋予它新的涵义。CAPP从狭义的观点来看，它是完成工艺过程设计，输出工艺规程。但是为满足CAD/CAM集成系统及CIMS发展的需要，对CAPP认识应进一步扩展，"PP"不再单纯理解为"Process Planning"，而含有"Production Planning"的涵义。此时，CAPP所包含的内容是在原有的基础上，向两端发展，向上扩展为生产规划最佳化及作业计划最佳化，作为MRPII的一个重要组成部分，并为MRPII提供所需的技术资料;向下扩展为形成NC控制指令。广义的CAPP概念就是在这种形势下应运而生的，也给CAPP的理论与实践提出了新的要求。按其工作原理来分，有6种类型的CAPP系统 |h"%0DYl
; R; F8 x8 e+ Y1、 检索式CAPP系统 Q;'Mx]Iia*
这种CAPP系统常应用于大批大量生产模式，工件的种类很少，零件变化不大且相似程度很高。检索式CAPP系统不需要进行零件的编码，在建立系统时，只需要将各类零件的工艺规程输入计算机。一般情况下，只需要对已建立的工艺规程进行管理即可。如果需要编制新零件的工艺规程，将同类零件的工艺规程调出并进行修改即可。这是最简单的CAPP系统。 H WUaXS N
2、 派生式CAPP系统
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, {3 O  O% S1 c1 }" ~# b这是一种建立在成组技术基础上的CAPP系统。首先对生产对象进行分析，根据成组技术原理（几何形状和工艺上的相似性）将各种零件分类归族，形成零件组；对于每一零件族，选择一个能包含该组中所有零件特征的零件为标准样件，也可以构造一个并不存在但包含该组中所有零件特征的零件为标准样件；对标准样件编制成熟的，经过考验的标准工艺规程；然后将该标准工艺规程存放在数据库中；当要为新零件设计工艺规程时，首先输入该零件的成组技术代码，也可以输入零件信息，由系统自动生成该零件的成组技术代码；更具零件的成组技术代码，系统自动判断零件所属的零件组，并检索出该零件族的标准工艺规程；然后根据零件的结构形状特点和尺寸及公差，利用系统提供的修改编辑功能，对标准工艺规程进行修改编辑，最后得到所需的工艺规程。派生式CAPP系统具有结构简单，系统容易建立，便于维护和使用，系统性能可靠、成熟等优点，所以应用比较广泛。目前大多数实用型CAPP系统都属于这种类型。
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3、 创成式CAPP系统 -kkN_j "
: e" |; |* G" q% L; U与派生式CAPP系统不同，创成式CAPP系统中不存在标准工艺规程，但是有一个收集有大量工艺数据的数据库和一个存贮工艺专家知识的知识库。当输入零件的有关信息后，系统可以模仿工艺专家，应用各种工艺决策规则，在没有人工干预的条件下，从无到有，自动生成该零件的工艺规程。创成式CAPP系统理论目前尚不完善，因此还未出现一个纯粹的创成式CAPP系统。创成式CAPP系统的核心是工艺决策逻辑，这是人工智能、专家系统发挥作用的大好领域。所以，应用专家系统原理的创成式CAPP系统将是今后研究的重点。 oJ Vf%>U
. L$ {7 d% Q3 }8 }4、 半创成式CAPP系统 ,mg/}p
从原理上看，半创成式CAPP系统是派生式和创出式CAPP原理的综合。也就是说，这种系统是在派生式CAPP的基础上，增加若干创成功能而形成的系统。这种系统既有派生式可靠成熟、结构简单、便于使用和维护的优点，又有创成式能够存贮、积累、应用工艺专家知识的优点。这种系统非常灵活，便于结合企业的具体情况进行开发，是一种实用性很强，很有发展前途的CAPP模式。 S\0ubM!&S
5、 广义CAPP系统 iW{U0?r
又称综合式CAPP系统或多元化CAPP系统，这种系统将传统CAPP系统的概念扩充到生产计划编制，车间调度和生产负荷平衡等领域，它同时还包括多种CAPP模式（检索式、派生式、创成式），根据不同的生产情况，系统可以自动选择适用的模式。 2
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* F( x1 ?5 G5 T5 e8 K6、 智能CAPP系统 CH 4 a~/
这是希望CAPP具有一定的人工智能，能够根据产品图纸和专家知识库进行工艺决策与优化，选择合适的加工工艺方案。智能CAPP是人们一直追求的理想CAPP模式，目前还处于研究之中。

htbst

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wythot

有谁用过呀,有视屏就好了,期待高手了