0 引言

　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是計算機技術(shù)的日新月異，零件的設(shè)計制造逐漸實現(xiàn)了自動化。而零件的工藝規(guī)程沒計還多數(shù)停留在手工編織階段。這樣既浪費時間，又增加了工藝人員的勞動強度。最重要的是工藝編制過程中好的經(jīng)驗無法得到傳承。近些年以來隨著技術(shù)的成熟以及企業(yè)的迫切需要，CAPP系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展。CAPP(Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝設(shè)計)是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。工藝設(shè)計是產(chǎn)品開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，也是連接工程設(shè)計和生產(chǎn)制造的橋梁和紐帶。CAPP的出現(xiàn)不僅提高了工藝編制的效率及質(zhì)量并將工藝人員從繁重的勞動中解放出來，還提高了工藝文件的一致性和繼承性。標(biāo)準化的工藝文件更加適合現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)與管理環(huán)境，方便企業(yè)應(yīng)用PDM，ERP等系統(tǒng)。

　　鑒于CAPP的諸多優(yōu)點我們提出基于典型工藝模板和特征尺寸反推原理的CAPP系統(tǒng)。該系統(tǒng)無需從CAD軟件中提取零件的特征信息，而是直接通過參數(shù)化的特征進行工藝卡片的繪制。典型工藝模板歸納并汲取了實際工程中已有的經(jīng)驗。新手在應(yīng)用這套系統(tǒng)的時候不存在陌生感，同樣編制出高質(zhì)量的工藝文件。

　　1 CAPP現(xiàn)狀

　　工藝是設(shè)計與制造的橋梁，工藝數(shù)據(jù)需要在企業(yè)各部門甚至企業(yè)之間進行交互和共享。作為工藝軟件的CAPP，其與其他軟件的集成一直是其重要的發(fā)展方向。進入20世紀90年代以來，隨著網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)庫，面向?qū)ο蠓椒ǎ植加嬎悖到y(tǒng)集成等計算機技術(shù)的全面發(fā)展，企業(yè)對CAPP提出了更高的要求，要求在其平臺上將設(shè)計信息及管理信息系統(tǒng)(如CAD、PDM、MRPⅡ)進行全面集成。但是全面集成所需要的技術(shù)難度高，各系統(tǒng)之間還無法實現(xiàn)真正的無縫集成。專家系統(tǒng)提出了基于人工智能的CAD和CAPP的集成，根據(jù)CAD系統(tǒng)中設(shè)計的零件圖形所提供的幾何信息、工藝信息和表頭信息等，在CAPP系統(tǒng)中生成零件相對應(yīng)的工藝流程和工藝文件。但是基于人工智能技術(shù)的CAPP系統(tǒng)還只停留在理論階段，應(yīng)用于實際生產(chǎn)的技術(shù)難度也較高，短期內(nèi)還無法應(yīng)用于實際生產(chǎn)。

　　現(xiàn)階段由于生產(chǎn)的迫切需要，國內(nèi)外已開發(fā)了許多CAPP軟件，如武漢的開目CAPP軟件，上海的斯普SIPM/CAPP軟件，美國HMS軟件公司的HMs——CAPP，美國CIMX公司的CS/CAPP系統(tǒng)等。CAPP應(yīng)用也逐漸普及，特別是國際著名的制造公司如：Boeing、Lockhead Martin、Airbus等在工藝與過程管理的集成及優(yōu)化方面，開發(fā)和集成了大量的CAPP軟件。這些系統(tǒng)功能完善，實際生產(chǎn)應(yīng)用中極大的縮短了新產(chǎn)品的開發(fā)周期。這些系統(tǒng)根據(jù)基本原理主要分為兩種：一種是基于CAD/CAPP系統(tǒng)的集成，零件的幾何特征是從CAD軟件中提取的。另一種是利用成組編碼技術(shù)實現(xiàn)特征輸入。而以上這兩種方法都不同程度上增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度和研發(fā)成本。中小型企業(yè)由于資金問題無法采用。同時，回轉(zhuǎn)體類零件(如軸類零件)由于其特征簡單，采用這些復(fù)雜的CAPP系統(tǒng)未必是最好的選擇。

　　本系統(tǒng)實現(xiàn)了CAD與CAPP的有效結(jié)合，以實用性為開發(fā)的目地，省去了CAD特征建模或是特征編碼的繁瑣，利用特征反推原理獲得的零件特征進行零件CAD圖的繪制，同時利用相似零件的典型工藝模板優(yōu)化得到具體零件的工藝模板。系統(tǒng)根據(jù)CAD圖和工藝模板實現(xiàn)工藝文件的自動生成。系統(tǒng)良好的人機界面為用戶提供了隨心所欲的編輯環(huán)境。

　　2 系統(tǒng)原理

　　典型工藝模板是根據(jù)已有經(jīng)驗的基礎(chǔ)上制定的，它包含了相似零件加工的所有典型工序。具體零件的工序只需將零件的特征與典型工藝模板進行對比，添加或刪除特定的工序即可得到具體零件的工序模板。對于典型工藝模板的保存，這里方法很多，可采用數(shù)據(jù)庫來進行存儲。典型的數(shù)據(jù)庫有ACCESS，SQL SERV—ER數(shù)據(jù)庫及My SQL等。考慮到軸類零件典型工藝模板比較簡單，我們將采用文本文檔來存儲。文本文檔存儲典型工藝模板無需安裝復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫，在程序設(shè)計時也無需考慮程序與數(shù)據(jù)庫的信息傳輸。文本文檔中我們用特定的模板編寫典型工序以及相關(guān)的信息，程序就會自動讀取工序內(nèi)容。

　　零件的基本信息用于填充工藝文件封面信息。參數(shù)化的特征信息由用戶直接輸入，根據(jù)典型工藝模板進行優(yōu)化后得到具體零件的工序。工序余量是根據(jù)加工單位的具體情況來預(yù)先設(shè)置。這里列出了所有軸類零件所需的加工工序如：粗磨外圓余量，精磨外圓余量，粗車端面，精車端面，粗銑平面，精銑平面等。系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的工序余量和總加工余量進行余量計算和優(yōu)化，然后將余量分配到各工序之中。加工信息由毛料計算模塊讀取，程序自動進行毛料計算并輸出毛料的單間產(chǎn)出及零件單件的用料。毛料計算關(guān)系到原材料采購，產(chǎn)品產(chǎn)出及車間管理等相關(guān)領(lǐng)域。

　　系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的參數(shù)化的特征信息自動繪制零件圖，然后根據(jù)工序余量進行工序尺寸反推。尺寸反推的基本原理為：研究當(dāng)前零件圖的特征，根據(jù)工序模板中對應(yīng)的工序及工序加工余量，刪除當(dāng)前工序涉及的特征元素并添加工序加工余量，這樣就可以的得到上一道工序的工序圖了。這樣根據(jù)尺寸反推原理就可以得到所有工序的工序圖了。公差采用系統(tǒng)內(nèi)置的企業(yè)標(biāo)準為依據(jù)。當(dāng)用戶點擊工序公差分配按鈕時系統(tǒng)自動的進行公差分配與優(yōu)化。

　　系統(tǒng)將工序圖及各種數(shù)據(jù)進行整合得到完整的工藝文件。零件工藝卡片的保存很好地體現(xiàn)了CAPP系統(tǒng)信息的繼承性和通用性，利于檢索和重復(fù)利用，便于信息在企業(yè)內(nèi)部或是相關(guān)企業(yè)之間進行流通。

　　系統(tǒng)的總體流程圖如圖1所示。

　　圖1 系統(tǒng)的流程示意圖

　　3 實例

　　銷釘雖然是一種簡單的零件，但其應(yīng)用廣泛，主要用于定位，也可用于聯(lián)接和鎖定，還可作為安全裝置中的過載剪斷元件。銷釘有圓柱銷和圓錐銷之分。銷釘主要特征元素包括主表面元素和輔助表面元素。其中主表面元素包括圓柱面，圓錐面，螺紋面等。輔助表面元素有斷面，倒角，中心孔等。圖2為系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的零件的特征信息(兩頭帶螺紋)自動生成的螺栓螺樁示意圖，下面就以螺栓螺樁為例進行說明。

　　圖2 螺栓螺樁

　　3.1 編制典型工藝模板

　　典型工藝模板包含了相似零件所有的典型工序。這里對不同銷釘?shù)奶卣餍畔⑦M行分析研究，提取典型工序之后我們編制了典型工藝模板。這里典型工序模板還包括對各工序的有關(guān)信息。

　　3.2 信息輸入

　　在零件基本信息對話框(圖3)中添加零件名稱、零件編號、零件材料、材料硬度和單位名稱等項。這些信息由對話框采集并最終被傳遞給工藝卡片。

　　(a)定義螺栓螺樁的特征及屬性值

　　(b)加工余量預(yù)設(shè)對話框

　　圖3 輸入零件基本信息對話框

　　用戶可在特征對話框中特征信息，程序根據(jù)用戶輸入的特征信息對比典型工序模板進行工序的添加，這樣就得到了具體銷釘?shù)墓ば蚰０濉D3a為“定義螺栓螺樁的特征及屬性值”對話框。

　　在工序余量對話框中，預(yù)設(shè)工序余量。圖3b為加工余量預(yù)設(shè)對話框。

　　加工信息對話框中包括毛坯尺寸、零件最大公稱尺寸、加緊長度、切刀厚度及平斷面總余量等。用戶根據(jù)實際情況進行設(shè)置。比如加緊長度35mm，切刀寬度3mm，平斷面總余量2mm等。這些數(shù)據(jù)將用于毛料計算當(dāng)中。

　　3.3 數(shù)據(jù)計算

　　程序根據(jù)上面的加工信息計算出一個毛料所做的零件數(shù)量和單件消耗定額。所獲得數(shù)據(jù)將顯示在工藝文件的毛料核算表中。

　　工序尺寸根據(jù)尺寸反推原理由零件尺寸逐步得到。如精磨外圓工序，假定當(dāng)前工序的特征尺寸是已知的，我們就可以根據(jù)前面優(yōu)化了的精磨外圓的工序余量計算出上一道工序零件的特征尺寸。由這些特征尺寸信息再進行公差選擇。這樣，我們就可以根據(jù)已知的零件尺寸一步一步地反推回毛坯圖。程序會根據(jù)所得的尺寸信息繪制工序圖顯示在程序界面中。

　　3.4 工藝文件生成及保存

　　根據(jù)上面自定義或是計算所得的信息，我們就得到整套的工藝文件了。圖4為工藝文件其中一張。用戶可根據(jù)需要進行保存，保存之后可在不同用戶之間進行傳輸并可隨時打印供車間加工使用。

　　圖4 銷釘?shù)墓に嚳ㄆ?/P>

　　4 結(jié)束語

　　本文介紹了面向軸類零件的CAPP系統(tǒng)的設(shè)計，并以銷釘類零件為例說明了工藝文件生成的過程。該系統(tǒng)利用零件圖繪制和工藝數(shù)據(jù)生成實現(xiàn)了CAD和CAPP的有效結(jié)合。這種結(jié)合使零件的制造信息和加工信息能夠統(tǒng)一起來，便于系統(tǒng)之間的集成(如CAPP系統(tǒng)跟ERP、MRP等系統(tǒng))。實際操作證明基于特征尺寸反推原理進行特征反推的方式極大的提高了工藝文件的生成效率。不但實現(xiàn)了工藝編制的自動化，利用良好的人機交互界面讀入信息還顯示了技術(shù)人員的主導(dǎo)作用。