计算机辅助工艺过程设计“课程报告.doc

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1、“计算机辅助工艺过程设计“课程报告题目：计算机辅助工艺过程设计的过去,现在和未来班级：学号：姓名： 成绩：加工工艺过程设计在单件、小批金属加工业中是一项常见的工作,这项工作是将工程图纸上的零件设计信息转化成为将零件由毛坯加工成成品所需的加士操作规程。首先必须确定零件的几何形面、尺寸、公差和材料要求,以便选择适当的工艺操作顺序和确切的机床(或工位)。诸如切削方法、切削速度、进给量、装夹工步以及夹具等等操作细节随之也要确定,而且还要计算标准时间和费用。然后,将生成的工艺规程以文件的形式,或者表示为费用预算单、工作流程(或操作)卡,或者表示为用于数控(N/C)设备的代码指令。工艺过程设计在工程设计和

2、车间生产中起着纽带作用,它是影响加工费用和效益的一个主要的决定性因素。 过去的十年里,在计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)的广阔领域中,在通过自动控制电脑化来提高设计和加工活动的生产率方面已经进行了许多努力并取得了不少成果。目前大部分有效的CAD和CAM系统都趋向于把注意力或者集中在自动设计/制图上,或者集中在数控设备的刀具行程控制上。只有对一些特殊的情况,比如铸造生产,CAD/CAM系统现在才能有效的将设计和制造功能结合起来。不幸的是,大部分的加工工艺过程设计活动或者是手工进行的,或者是使用独立的系统。工艺过程设计的技术进步的水平明显落后了,成了生产能力改善的一个主要障碍。手工

3、方法传统的手工方法包括是审核工程零件图纸和在了解工艺过程、机床性能、刀具、材料、相关费用以及车间习惯的基础上制订加工工艺规程和指令。这种方法深深地依赖生产分析人员的经拉来为类似零件开发可行、低耗和与设计相符的工艺规程。在某些情况下,这项工作包括检索和识别现存的相似零件的工艺规程,然后据此改编成新零件的工艺规程。工作规程或者别的“资料管理”方法常常被用来手工分类、贮存和整理这些资料。在另外一些情况下,经常由于某一零件的要求与零件族的不同,分析人员不得不为此零件制订一份单独的工艺规程。无论哪种情况,这项工作都是高度主观、劳动量大、耗费时间、单调繁冗和经常使人厌倦的。而且,这项工作还需要个人良好的教

4、育和丰富的生产车间的实际经验。尽管有这许多的要求和缺陷,但手工方法对一些只有少量工艺规程需要制定的小公司来说还常常是最好的方法。假如零件的数量和对工艺过程的选择较少的话,一个优秀的分析人员是能够制订出准确的、前后比较一致的和费用适宜的工艺规程来的。这种方法的优点是有较好的适应性,而且投人的费用较少。但当工艺规程的数量以及对这些规程的修改增多时,手工的工艺过程设计方法的局限性就实实在在地暴露出来了。这项工作的规模由于零件、刀具的数量等等原因能够轻易的变得很大以至于不能有效的进行管理,因而常常造成设计前后不一致而且还需要大量的时间。此外不管这项工作的规模如何,手工制订的工艺总是反映分析人员的个人经

5、验、爱好和偏见。由于传统的手工方法的局限性及其耗费,许多公司和研究人员己着眼于利用计算机的速度和一致性来帮助制订工艺规程。由于多不同努力的结果,计算机辅助工艺过程设计系统的两种型式交互式系统和创成式系统-一今天已经开发出来了。交互式工艺过程设计工艺过程设计的交互式方法是计算机辅助的手工式方法的延伸,也就是说,它是通过检索、识别和再现一个现存的相似零件的工艺并做针对新零件的必要的修改从而为新零件制定一份工艺流程。计算机通过提供一个数据管理、再现、编辑和快速打印工艺文件的有效系统来予以辅助。交互式系统需要已经开发了的并被储存在计算机系统中的标准工艺规程的一览表或“菜单”。工艺规程由工艺顺序和建立在

6、给出的一组工艺和设备能力基础上的操作细目构成。在一个反映了“零件族”所共有的相似几何特性的编码系统的基础上,所有的工艺规程都被分类、编码和储存起来。交互式系统还包括通过零件编码系统来检索已编过工艺的零件的软件,以便识别和再现任何现存的与这种零件“相匹配”的标准工艺。一旦再现出水,分析人员就依靠他的经验和生产方面的知识,通过一个可视的显示终端,或者接受或者编辑这个标准工艺。如果没有相似工艺存在,分析人员就必须从头制订一个新的工艺。一般来说,在绝大部分的零件都能完整地编码并分门别类地归人相似零件族的情况下,交互式系统是非常适用的。目前有两个可行的交互式系统,这两个系统成功地利用了成组技术基础编码系

7、统,从而达到了普遍使用所必需的标准化程度。第一个系统叫CAPP(计算机辅助工艺过程设计)系统,是在计算机辅助生产国际(CAM-1)的指导和资助下于1976年开发的。第二个系统叫MIPLAN系统,是由工业研究组织1976年提供的,这一系统最初是为了在通用电子公司的灯具设备管理中得到制订工艺规程的标准时间而开发和实施的。最近MIPLAN系统已经与一个计算机公司生产的计算机绘图系统结合起来,因此分析人员就能够制订出既考虑了文字规程又兼顾了零件、装卡和刀具运动轨迹的图形的带图形的工艺规程。1981年Shcaffer发表了一篇比较CAPP和MIPLAN系统的优秀论文。工艺过程设计的交互式方法有几个优点:

8、首先,计算机的数据管理、再现和文字编辑能力能够大大减少文件管理和手工抄写所耗费的时间以及所造成的单调乏味、使人厌倦的情况；其次,将零件按族编码和分类的必要性保证了“标准化的”.工艺规程将更加一致。但在另一方面,一旦新的设备和工艺成为可行时,现存的基础数据就必须由工艺设计人员用手工进行复查、修订和测试。此外,此系统用于分类编码和储存基础数据的费用和时间常常可视为一笔相当大的投资,在开始任何设计工作之前都需要进行认真的分析。不过,最大的缺点是:一位有经验的工艺设计人员被用来建立、保存、修订和经常编辑标准工艺规程。在决定最终设计的质量时,分析人员的知识和经验仍然是关键性的因素。事实上,计算机仅仅成了

9、辅助手工工艺过程设计活动的一种工具。创成式工艺过程设计工艺过程设计的创成式方法利用由决策逻辑、公式、技术规则和几何基础数据组成的自动的电脑化系统来唯一的确定使一个零件由毛坯变为成品的许多工艺决策。与交互式系统不同,创成式系统没有标准加工工艺被定义和贮存。相反的是,计算机随时为对一个零件自动地生成一份唯一的工艺卡,零件就被按此卡送去加工。创成式工艺过程设计系统基本上由二个主要部分构成。第一个组成部分是一个将物理形面和工程图纸上的技术要求变为计算机可以理解之数据的几何基础编码系统,编码系统为所有与表面有关的加工工艺确定了所有的几何形面、形面尺寸以及形位公差。编码系统不仅描述处于毛坯和成品状态的零件

10、,而且还必须通过每一种操作、每一工艺组中单个的机床、每一台机床上可用的刀具以及固定、装夹和转运零件所用的设备之加工零件的能力与工艺联系起来。事实上,编码系统使用一种普遍可理解的数据语言描述了加工过程的所有物理要素。一个典型的创成式系统的编码系统需要比在交互式方法中更多的细目。 创成式工艺过程设计系统的第二个组成部分是软件,其由将零件的几何条件与加工能力和可行性作比较的决策逻辑、公式和技术规则组成。它包括确定适当的工序,为每一工序选择设备,确定切削方法或别的从属于可用刀具和工装的工序细节,并且计算每一工序的准备工时和加工工时。软件常常能由数十或数百组独立的、通过一套通用的几何基础编码系统串联在一

11、起的程序组成。软件的一个附加部分是一个文本文件,其用来打印工艺卡和一份命令操作者执行计算机选择的方法的指令单。如果设备是数控的,那么让计算机生成必需的代码指令来控制刀具的运动和机床的运行常常是经济合理的。撇开使用的复杂程度不说,一个创成式系统的这一部分的设计和开发需要对每一可行的工艺过程的操作方法和加工能力有非常完整的了解。像交互式方法一样,工艺过程设计的创成式方法通过使包括制订加工费用预算、工艺流程和指令在内的手工活动自动化,带来许多有利条件,因而能生成结果更准确、一致和花费少的工艺。然而,创成式方法还有更多的优点,即它是全自动的,每次都能为一个零件生成一份全新的工艺卡。因此.除了由于新的设

12、备和工艺能力方面的原因而要在决策逻辑方面进行的主要修订外,这个系统不需人工干预其制订、保存、修订或生成一致的工艺规程。但是,设计和开发创成式工艺过程设计系统是一项有组织的工作,这项工作是复杂的,需要在时间、人力和计算机费用上长期的投资,而且创成式工艺过程设计系统的开发会被轻视为是对将设计和制造功能结合起来的未来之需要。因此,对设计系统的决策逻辑所涉及的工作和可行的策略有一个清楚的了解是重要的。工艺过程设计的未来1980年制造业工程师协会对计算机辅助工艺过程设计系统的未来做出了一个阿波罗预测。预测结果表明,到1990年美国有50%的零部件的加工工艺者将由计算机制订。大量因素有力地预示：对自动工艺

13、过程设计的需求将不断地增大。工资和设备价格的提高、训练有素的工艺设计人员来源的减少以及来自高生产率的工业行业的竞争仅是部分原因。此外,可靠且便宜的计算机硬件和更加“通用”的计算机软件将使自动工艺过程设计更易实现。这些例子中的一个是ALWalker所做的研究。他最近(1982年)研制了一个创成式设计软件,用一台苹果11计算机生成工艺和为一组卡盘机床提供N/C纸带(这个程序扩充了大公司的创成式系统)。由于使用面向工艺的方法和一种通用型的几何语言,所以把决策逻辑和与之相关的数据以模块方式设计和贮存,从而在仅有48K内存的微机上能完成零件、刀具和工艺的描述,虽然该系统目前明显地局限于一组机床,但这项研

14、究清楚地表明,创成式设计系统对大公司和小公司都是适用、有效的。虽然CAPP的未来尚不完全清楚,但未来的研究和开发工作主要目标是连接CAD和CAM,这一点则几乎是无可置疑的了。首先,这些工作将包括定义和建立加工工艺和技术的科学基础和理论这样的基础工作。要完成这些工作,又要认识到获得对加工工艺更普遍的了解和描述以及使零件与工艺相联系的通用几何语言的必要性。其次,过去对CAD和CAM系统的看法和要求需要加以修改。CAD系统旨在研究最终产品(或部件)及其性能,因而几乎不涉及制造领域(如果有的话,也很少)。同样地,CAM系统也仅考虑加工问题。最后户使用户间更兼容和更易传输的软件和数据库的开发是一个具有挑

15、战性且有价值的目标。显然,未来的工作将由各学科的共同努力来最佳地完成,包括来自学校和工业界的各种工程专业以及计算机科学。参考文献1 赵天奇、陈禹六企业过程设计和重构的可实施性评价J. 计算机集成制造系统-CIMS. 2001(03) 2 曹艳、雷体南基于智能手机的移动学习过程设计与实践J. 中国教育信息化. 2013(24) 3 钱碧波 基于活动链的敏捷虚拟企业产品过程设计J. 系统工程理论与实践. 2002(08) 4 李智晔基于网络环境的研究性学习模式及过程设计J. 黑龙江高教研究. 2004(09) 5 张曙、高汶栋回转零件计算机辅助工艺过程设计系统J. 机械设计与研究. 1984(03)