教学章节

第六章计算机辅助工艺过程设计

一、教学内容

CAPP的概念

二、教学目标

1.制造技术及先进制造技术的发展；

2.计算机辅助工艺规程设计概念的理解；

3.CAPP基本功能、原理、结构及设计方法等的学习。

4.了解成组技术、专家系统的概念

三、教学重点

1．计算机辅助工艺规程设计概念的理解；

2、CAPP基本功能、原理、结构及设计方法等理解

四、教学难点

CAPP基本功能、原理、结构及设计方法等理解

五、教学思路和方法

[教学思路设计]  综合运用讲授、演示，对比学习。

[教学资源]  多媒体课件

[教学安排] 100分钟

六、教学内容和过程：

详细教学过程和内容

一、新课导入（5～10分钟）

导入：现代机械制造业的重要性（列举生活中所见、所用产品）→先进制造技术

二、讲解与示范（65～90分钟）

（一）制造技术的发展

概念：制造技术是制造业为国民经济建设和人民生活生产各种必需物质所使用的一切生产技术的总和，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加价值的成品/半成品和技术服务的技术群。

1.发展方向

制造业生产规模：小批量、少品种大批量、多品种变批量。

制造业的资源配置：劳动密集、设备密集、信息密集、知识密集。

制造技术生产方式：手工━机械化━单板机自动化━刚性自动化━柔性自动化━智能自动化。

制造技术的发展，自18世纪以来，经过了6个阶段的发展过程。

工厂式生产（蒸汽机和工具机的发明）→电气技术的发展→内燃机的发明→

高质量生产、柔性生产→计算机集成制造系统→信息技术、人工技能技术、并行工程。

（二）先进制造技术的提出及特点

1.概念

先进制造技术是制造业不断吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务及至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

先进制造技术由多层次技术群构成，其中，计算机辅助设计与制造技术是现代化制造业中最先进、最有发展空间的前沿技术。

2.先进制造技术的特点

（1）先进制造技术的实用性

（2）先进制造技术的广泛性

（3）先进制造技术的动态特性

（4）先进制造技术的集成性

（5）先进制造技术的系统性

（6）先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁等基础制造技术它是从传统的制造工艺发展起来的，并与新技术实现了局部或系统集成。

（7）先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式。

3、我国制造业现状

用信息技术改造传统制造业，大力发展现代化的先进制造技术是我国经济发展的中心内容，也是我国的即定方针政策。

（三）计算机辅助工艺规程设计

1.CAPP概述

CAPP是计算机辅助工艺设计的简称。工艺规程设计是生产技术准备的第一步，也是连接产品设计与产品制造之间的桥梁。工艺规程是进行工装设计制造和决定零件加工方法与加工路线的主要依据，作为一种指导性文件对企业生产的正常运转起着至关重要的作用。工艺规程的基本任务是将产品或零件的设计数据转换成为加工指令。

2.人工制订工艺过程的缺点：

①工艺过程的多样性。

②效率低，时间长。

随着计算机在制造企业中的深入应用，通过计算机来辅助或自动进行工艺规程的设计已成为可能，计算机辅助工艺设计技术CAPP应运而生。

3.CAPP的基本功能

①自动选择毛坯和材料；

②自动选择加工方法；

③自动选择机床；

④自动选择装夹定位方式（基准和夹具）；

⑤自动确定加工顺序（工序、安装和工步）；

⑥自动选择刀具和夹具等。

⑦自动确定切削用量和制造公差；

⑧自动确定工时定额和加工费用等。

⑨自动确定工艺过程和工作文件（工艺过程卡、工序卡等）。

⑩自动确定刀具路径规划和NC编程以及加工过程的仿真。

上述功能并不是所有的CAPP系统都具备的，有些CAPP系统只具备其中的某些功能。另外，目前仅有少数CAPP系统能实现与CAD、CAM系统的连接。

4.CAPP的基本原理

①将零件的特征信息以代码或数据的形式输入计算机，并建立起零件信息的数据库；

②把工艺人员编制工艺的经验、工艺知识和逻辑思想以工艺决策规则的形式输入计算机，建立起工艺决策规则库（工艺知识库）；

③把制造资源、工艺参数以适当的形式输入计算机，建立起制造资源和工艺参数库；

④通过程序逻辑设计充分利用计算机的计算、逻辑分析判断、存储以及编辑查询等功能来自动生成工艺规程。

5.CAPP的基本结构

（1）零件信息的输入

零件信息是系统进行工艺设计的对象和依据，在计算机内部必须有一个专门的数据结构来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。

（2）工艺规程的生成

对标准工艺进行检索、调用、修改和编辑，生成零件的工艺规程（派生法）；或者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，生成零件的工艺规程并进行适当的编辑和修改（创成法）。

（3）工艺数据/知识库：

工艺数据/知识库是CAPP系统的支撑工具，它包含了工艺设计所要求的所有工艺数据（比如加工方法、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）。

（4）系统的控制和管理：负责对整个系统的控制与管理

（5）工艺文件管理与输出

管理和维护系统工艺文件既是CAPP系统的重要内容，也是整个CAD/CAPP/CAM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。系统一般能输出各种格式的工艺文件，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。

1、   CAPP的设计方法

（1）派生式（Variant）

根据成组技术的原理将零件划分为相似零件组，按零件组编制出标准工艺规程以及相应的检索方法与逻辑，并以文件的形式贮存在计算机中。

重点：成组技术

（2）创成式（Generative）

不以原有的工艺规程为基础，在计算机软件系统中，收集了大量的工艺数据和加工知识，并在此基础上建立了一系列的决策逻辑，形成了工艺数据库和加工知识库。

（3）混合式（Hybrid）

以派生式为主的检索——编辑原理，当零件不能归入系统已存在的零件组时，则采用创成式原理进行工艺设计，或在工艺编辑时引入创成式的决策逻辑原理。

（4）基于知识的专家系统（Expert  System）

人工智能（AI）、专家系统技术等技术应用于CAPP系统的研究和开发，研制所谓基于知识的CAPP专家系统。

2、   CAPP软件

如CAPP  Framework软件。

3、   CAPP发展趋势

（1）       集成化趋势

（2）       工具化趋势

（3）       智能化趋势