CAPP技术2CAPP（Computer Aided Process Planning） 是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利 用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的 功能来制定零件机械加工工艺过程。借助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效 率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化 等问题。 CAPP是将产品设计信息转换为各种 加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息 化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企 业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交 换的中间环节。 3目前大部分企业是将CAPP，作为编制工艺文 件的软件平台。并且可以通过CAPP实现各类 管理工艺文件的自动汇总，比如主要材料消耗 定额明细表,工艺路线表等等。(1)编制电子工艺文件。 (2)管理电子工艺文件，可以实现对工艺文件进 行自动签名。 (3)基于工艺知识数据库，简化编写工艺的难度 。如运用典型工艺的概念。 (4)实现各类管理用工艺文件和各类报表的自动 汇总，以满足工艺部门和其他部门的要求。4计算机辅助工艺设计第一节 成组技术第二节 CAPP系统的发展概况和工作原理第三节 CAPP系统零件系统的描述、输入和输出 第四节 派生式CAPP系统51成组技术的发展概况1950年代：成组技术（Group Technology）概念 起源。1959年；苏联科学家S.P.Mitrofanor在成组技 术科学原理一书中，正式提出“成组技术”一词。 1960年，原西德和英国科学家开始对成组技术进行深 入研究，以探讨成组技术在生产中的实用性。第一节 成组技术（GT） 一、 概述61963年，成组技术首先在原苏联应用于实际生产并获 得成功。 1970年，日本政府也开始在国内推广成组技术。 1970年代末，成组技术在美国得到广泛接受和应用。 到1995年，美国使用成组技术的企业达到了50%75% 。由于成组技术的应用可以使企业在当今品种多、 中小批量生产、质量要求高的制造环境中缩短生产周 期，提高生产效率和产品质量，加强企业的竞争力， 所以成组技术能够如此迅速的得到推广和应用。71）基本原理：对相似的零件进行识别和分组，相似的零件归 入一个零件组或零件族，并在设计和制造中充分利 用它们的相似点，以获得所期望的经济效益。 2）零件的相似性设计性质（如几何形状和尺寸等）方面的相似 性和制造性质（如加工工艺）方面的相似性。零件 的相似性是零件分族的基础。2成组技术的基本原理83成组技术的定义成组技术是一门生产技术科学和管理技术科学 ，研究如何识别和发展生产活动中有关事物的相似 性，并充分利用它把各种问题按它们之间的相似性 归类成组，并寻求解决这一组问题相对统一的最优 方案，以取得所期望的经济效益。91）成组工艺它不强求零件结构类型和功能的同一性，而只要 几种零件若有多个工序具有相似性，则可合并为成组 工艺。2）成组生产单元的组织车间内机床布置形式以及相应的生产组织形式按 成组技术的原理组织实施，即不管是单机，还是加工 单元、流水线，加工对象是针对于一组或几组工艺相 似的零件，而不是只针对于一个零件。4成组技术的应用103）成组技术在CAD中的应用成组技术大大提高了设计的继承性，极大地减 少了设计人员的重复劳动。 4）成组技术在CAPP系统中的应用 成组技术及其分类编码系统对于CAPP系统，特 别是派生式CAPP系统的零件信息的描述和输入、标准 工艺规程的检索与修改以及工艺文件的管理和输出都 有着重要意义。115）成组技术在FMS中的应用成组技术与柔性制造技术是相辅相成的，柔 性制造技术推动了成组技术的发展，而在柔性制 造系统或柔性设备上采用成组技术将提高FMS的利 用率，使系统发挥更大的效益。12 有利于零件设计标准化，减少设计工作的重复。 有利于工艺设计的标准化， 降低生产成本，简化生产计划，缩短了生产周期。 有利于CAD系统与CAM系统连接，实现CAD/CAM系统 的集成。5成组技术的优点13零件族是一些零件的集合，这些零件具有相似 的几何形状和尺寸或在加工具有相似的加工步骤。 同一族中的零件各不相同，但总有一些相似点使它 们成为同一零件族的成员。上图和下图表示两个零 件族，上图所示的零件族从几何外形是相似的。下 图所示的零件族具有相似的加工工艺，但外形上相 差较大。一般来说形状相似的工件，工艺也相似。二、 零件族1、零件族用于工艺上的相似性 14几何外形相似加工工艺相似152、零件族用于车间的布置如图所示是一个传统小批量加工车间布局图。 按机床类型将车间布置为车床、铣床、钻床和磨床 等若干个工段。16在对一个零件进行加工时，工件必须在各个工段间 来回运送，有时同一个零件需要多次进入同一个工 段。这样势必增加工件的搬运工作量和库存量，导 致制造周期延长，成本提高。17如图所示是按照成组工艺改造后的车间布局图 。把机床（车床、铣床、钻床和磨床）划分为一 些单元，每个单元只承担一个特定零件族的生产 。这样不仅避免了上图所示车间布局的缺点，而 且实现了流水线或自动线作业。181）人工识别分组法（也称视检法）这是一种最简单、最经济的方法，它通过人工识 别各种零件的实物或图样、照片等，将它们划分成相 似的零件族。这种方法往往需要有实际经验的工程技 术人员进行，而且分类粗糙、不准确。3、如何将零件组合成组192）零件分类和编码分组法这是三种方法中最复杂、最常用、最有效的一 种方法。它通过分类编码系统对零件的各设计特征 或制造特征进行编码，然后利用所得编码确定零件 得相似性，从而将零件分组。203）生产流程分析（Production flow analysis， 简称PFA）分组法PFA法通过对零件现有加工工艺流程的分析， 把具有相似或相同加工工序和加工工艺流程的零 件作为一个零件族。21零件加工表PFA分组表22三、零件分类编码系统零件的分类编码是由代表零件的设计或制造的特征符号组成的，一般情况下，大多数分类编 码系统是用数字来描述零件的几何特征和工艺特 征，也就是零件特征的数字化。应用广泛的编码系统： 德国OPITZ 荷兰MICLASS 日本KK-3 中国JLBM-1231零件的代码在成组技术条件下，产品零件的代码是由2部分组成的，即零件的识别码和零件的分类码。1)零件的识别码就是零件的件号或图号，识别码是唯一的。242)零件的分类码零件的分类码是在成组技术条件下提出的，可 以反映出零件固有的功能、名称、结构形状、工艺 、生产等信息；分类码对某种零件而言，并非惟一 的，不同的零件可以拥有相同的分类码。在按成组技术组织生产时，必须同时将零件的识 别码与分类码结合应用。 252零件分类的基本依据零件分类是依据零件的各方面特征来进行的，一 般按以下3个方面的特征分类。1)结构特征 零件的几何形状、尺寸大小、结构功能和毛坯类型等。2)工艺特征 零件的毛坯形状、加工精度、表面粗糙度、加工方法、材料、定位夹紧方式，选用的机床类 型等。3)生产组织与计划特征 加工批量、制造资源状况 和工艺过程跨车间、工段及厂际协作等情况。 26零件分类编码系统主要可分为三类： 面向零件设计特征的分类编码系统。这类系统适用 于设计部门进行设计检索和提高设计标准化。 面向零件制造特征的分类编码系统。这类系统适用 于生产部门进行计算机辅助工艺规程设计、工装设 计以及与生产有关的工作。 面向零件设计和制造的分类编码系统。这类系统综 合了以上两种系统的功能和优点，是一种独立的编 码系统。3、零件分类编码系统的基本类型27OPITZ系统是一个十进制的9位代码的混合结 构分类编码系统。它是由联邦德国Aachen工业大 学H.Opitz教授领导的机床和生产工程实验室开发 的，随着这一系统的完善而被用于成组技术中， 习惯上都称此为0PITZ系统。广泛应用于机械制造、设计及生产管理。 4OPITZ零件分类编码系统281)系统结构最早的OPITZ系统只有5位代码，也即目前所 称的形状码。为了完善自己的系统，Opitz教授在 原来5位形状码之后，又增补了4位所谓的辅助码 。293031322)系统特点 系统的结构比较简单，仅有9个横向分类环节，因 此便于记忆和手工分类。 系统的分类标志虽然形式上偏重零件结构特征、 形状要素，但是实际上隐含着工艺信息。33 虽然系统考虑了精度标志，但是由于零件的精度 概念比较复杂，它既有尺寸精度，又有几何形状 精度和相互位置精度，所以单用一个横向分类环 节来表示似嫌不够。 系统的分类标志尚欠严密和准确。 从总体结构上看系统虽属简单，但从局部结构上 看仍旧十分复杂。345、其它分类编码系统简介1）JLBM-1零件分类编码系统 JLBM-1系统是我国原机械工业部颁布的机械零 件分类编码系统，后经多次修订，于1984年正式作 为我国原机械工业部的技术指导资料。它是在我国 第一个分类编码系统JLBM系统的基础上，结合OPITZ 系统和KK-3系统的优点并根据我国机床行业的具体 情况而发展起来的。适用于产品设计、工艺设计、 加工制造和生产管理等方面。35下图所示是JLBM-1分类编码系统的基本结构， 其结构与OPITZ系统基本相同，但克服了OPITZ系统 码位少、分类标志不全的缺点。36该系统有十五个码位，每个码位用09十个数字表 示不同的特征项号。在十五个码位中，第一、二个 码位是名称类别码，第三到九个码位是形状与加工 码，第十到十五个码位是辅助码。 37第二节 CAPP系统的发展概况和工作原理1工艺规程设计的任务工艺规程设计的主要任务是为被加工零件选择 合理的加工方法、加工顺序、工、夹、量具，以及 切削用量的计算等，使能按设计要求生产出合格的 成品零件。一、工艺设计自动化的意义382传统的工艺规程设计方法1）人工方式2）逐件设计3）工艺设计工作的重复性例如，美国辛辛那提工厂生产的425种齿轮类 零件，原来需要377种不同的工艺规程，应用成组 技术对齿轮和工艺规程进行仔细分析后发现只用 71种标准工艺就可以生产全部425种零件。393、利用计算机进行工艺规程设计计算机能有效地管理大量的数据，进行快速、 准确的计算，进行各种方案的比较、选择，能自动绘 图和编制表格文件。CAPP不仅能实现工艺设计自动化 ，还能把CAD和CAM的信息连接起来，实现CAD/CAM一 体化，是集成制造系统的关键性中间环节。40世界上最早进行工艺设计自动化研究的国家是挪 威。他们从1966年开始研制，到1969年正式发表了 AUTOPROS系统。这是世界上第一个CAPP系统，它是根 据成组技术原理，利用零件的相似性去检索和修改标 准工艺来制定相应零件的工艺规程。美国在1976年推出了CAM-IS Automated Process Planning系统(简称CAM-IS CAPP系统)。目前世界各国的CAPP系统主要用于回转体零件， 其次为棱柱体零件和板块类零件，其它非回转体零件 应用较少，而且多应用于单件小批量生产类型。二、国内外CAPP的发展概况41从80年代起，我国最早进行这项研究工作的 是同济大学，他们在1982年研制成功了TOJICAPP系 统，随后北京理工大学也研制出适用于车辆中回转 体零件的BITCAPP系统，北京航空航天大学发表了 BHCAPP，华中理工大学的开目CAPP，还有一些高校 和工厂合作研制的CAPP系统也相继获得成功。软件市场上的CAPP系统有开目CAPP、天河 CAPP、金叶CAPP、机械加工工艺手册（软件版）42 有利于工艺规程的合理化、标准化和最优化 提高工艺规程的设计效率 可获得良好的经济效益 有利于CAD/CAPP/CAM的集成 CAPP是联接CAD和CAM的桥梁和纽带，只有实现工艺设计的自动化，才能真正实现CAD/CAPP/CAM的一体化。三、CAPP的优点431.派生式（Variant）根据成组技术的原理将零件划分为相似零