0 引言

　　隨著科學技術的發展特別是計算機技術的日新月異，零件的設計制造逐漸實現了自動化。而零件的工藝規程沒計還多數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驗無法得到傳承。近些年以來隨著技術的成熟以及企業的迫切需要，CAPP系統得到了長足的發展。CAPP(Computer Aided Process Planning，計算機輔助工藝設計)是指借助于計算機軟硬件技術和支撐環境，利用計算機進行數值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。工藝設計是產品開發的重要環節，也是連接工程設計和生產制造的橋梁和紐帶。CAPP的出現不僅提高了工藝編制的效率及質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。標準化的工藝文件更加適合現代企業生產與管理環境，方便企業應用PDM，ERP等系統。

　　鑒于CAPP的諸多優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。該系統無需從CAD軟件中提取零件的特征信息，而是直接通過參數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驗。新手在應用這套系統的時候不存在陌生感，同樣編制出高質量的工藝文件。

　　1 CAPP現狀

　　工藝是設計與制造的橋梁，工藝數據需要在企業各部門甚至企業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展方向。進入20世紀90年代以來，隨著網絡，數據庫，面向對象方法，分布計算，系統集成等計算機技術的全面發展，企業對CAPP提出了更高的要求，要求在其平臺上將設計信息及管理信息系統(如CAD、PDM、MRPⅡ)進行全面集成。但是全面集成所需要的技術難度高，各系統之間還無法實現真正的無縫集成。專家系統提出了基于人工智能的CAD和CAPP的集成，根據CAD系統中設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系統中生成零件相對應的工藝流程和工藝文件。但是基于人工智能技術的CAPP系統還只停留在理論階段，應用于實際生產的技術難度也較高，短期內還無法應用于實際生產。

　　現階段由于生產的迫切需要，國內外已開發了許多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系統等。CAPP應用也逐漸普及，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化方面，開發和集成了大量的CAPP軟件。這些系統功能完善，實際生產應用中極大的縮短了新產品的開發周期。這些系統根據基本原理主要分為兩種：一種是基于CAD/CAPP系統的集成，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實現特征輸入。而以上這兩種方法都不同程度上增加了系統的復雜程度和研發成本。中小型企業由于資金問題無法采用。同時，回轉體類零件(如軸類零件)由于其特征簡單，采用這些復雜的CAPP系統未必是最好的選擇。

　　本系統實現了CAD與CAPP的有效結合，以實用性為開發的目地，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化得到具體零件的工藝模板。系統根據CAD圖和工藝模板實現工藝文件的自動生成。系統良好的人機界面為用戶提供了隨心所欲的編輯環境。

　　2 系統原理

　　典型工藝模板是根據已有經驗的基礎上制定的，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，可采用數據庫來進行存儲。典型的數據庫有ACCESS，SQL SERV—ER數據庫及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雜的數據庫，在程序設計時也無需考慮程序與數據庫的信息傳輸。文本文檔中我們用特定的模板編寫典型工序以及相關的信息，程序就會自動讀取工序內容。

　　零件的基本信息用于填充工藝文件封面信息。參數化的特征信息由用戶直接輸入，根據典型工藝模板進行優化后得到具體零件的工序。工序余量是根據加工單位的具體情況來預先設置。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。系統根據預設的工序余量和總加工余量進行余量計算和優化，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出及零件單件的用料。毛料計算關系到原材料采購，產品產出及車間管理等相關領域。

　　系統根據用戶輸入的參數化的特征信息自動繪制零件圖，然后根據工序余量進行工序尺寸反推。尺寸反推的基本原理為：研究當前零件圖的特征，根據工序模板中對應的工序及工序加工余量，刪除當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。公差采用系統內置的企業標準為依據。當用戶點擊工序公差分配按鈕時系統自動的進行公差分配與優化。

　　系統將工序圖及各種數據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了CAPP系統信息的繼承性和通用性，利于檢索和重復利用，便于信息在企業內部或是相關企業之間進行流通。

　　系統的總體流程圖如圖1所示。

　　圖1 系統的流程示意圖

　　3 實例

　　銷釘雖然是一種簡單的零件，但其應用廣泛，主要用于定位，也可用于聯接和鎖定，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為系統根據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。這里對不同銷釘的特征信息進行分析研究，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)加工余量預設對話框

　　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的工序模板。圖3a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，預設工序余量。圖3b為加工余量預設對話框。

　　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。用戶根據實際情況進行設置。比如加緊長度35mm，切刀寬度3mm，平斷面總余量2mm等。這些數據將用于毛料計算當中。

　　3.3 數據計算

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

　　工序尺寸根據尺寸反推原理由零件尺寸逐步得到。如精磨外圓工序，假定當前工序的特征尺寸是已知的，我們就可以根據前面優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，我們就可以根據已知的零件尺寸一步一步地反推回毛坯圖。程序會根據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 銷釘的工藝卡片

　　4 結束語

　　本文介紹了面向軸類零件的CAPP系統的設計，并以銷釘類零件為例說明了工藝文件生成的過程。該系統利用零件圖繪制和工藝數據生成實現了CAD和CAPP的有效結合。這種結合使零件的制造信息和加工信息能夠統一起來，便于系統之間的集成(如CAPP系統跟ERP、MRP等系統)。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人員的主導作用。