轴类零件 CAPP系统的设计与实现

   1 引言
   
    轴类零件按结构形状可分为光轴、阶梯轴和曲轴3大类。轴类零件的加工方法通常有铸造、锻造及车削等等，一般对于复杂的重要主轴，大批生产时采用模锻件，单件小批生产，则采用自由锻。其机械加工工艺规程的编制是在生产实践和科学实验的基础上，依据科学理论和必要的工艺试验而制订的，是一个繁琐复杂的过程。工艺设计人员需要通盘考虑产品图纸、生产纲领、现场加工设备以及生产条件等多种因素，因此对设计人员的素质提出较高的要求。最初的工艺规程的制订是由工艺设计人员根据自己的经验并通过查阅各种设计资料手工进行，编制效率低，且编制结果因人而异，编制结果的科学性、规范性及传承性也难以保证。随着计算机技术的发展，计算机辅助工艺设计 (Computer Aided Process Planning，简称 CAPP)也得到了发展。
   
    CAPP产生于20世纪60年代，但在80年代以后才得到较大的发展，先后经历了派生式、创成式和专家系统等几个发展阶段。经过多年的研究与开发，目前国内外也有不少较为成熟的CAPP系统，如美国普度大学的APPAS及TIPPS，柏林工业大学开发的CAPSYS等，我国的有同济大学开发的TOJICAPP，华中理工大学的RCAP等。这些系统多数为检索式的CAPP，系统必须通过与用户大量的交互操作，才能最后生成符合要求的工艺卡片。
   
    系统的作用一是起到了电子技术手册的作用，系统中存储了各种相关手册供查询;二是起到了电子工艺卡片的作用，将原来用户必须在纸质的工艺卡片上填写的内容换到电脑上填写。其工艺规程的编制仍然少不了经验丰富的工艺人员，因此CAPP的出现并没有从根本上为企业解决工艺人员匾乏的问题。产生以上问题的主要原因就是系统的智能性难以实现，由于工艺规程的制订需要考虑的因素较多且很多需要借助于专家的经验，而这些经验很难形成计算机的智能系统。因此CAPP的发展一直落后于CAD和CAM的发展，成为计算机辅助技术在现代制造业中应用的一个瓶颈。本文通过常见的轴类零件，探讨了CAPP系统的设计与开发问题。
   
    2 轴类零件CAPP系统的功能规划
   
    系统采用模块化设计思想，按功能不同划分为4大模块，如图1所示。
   

    (1)零件信息输人模块:用于用户交互输入与零件相关的基本信息，比如:零件的CAD参数信息以及相应的加工信息等，这些信息是进行工艺设计的基础和推理依据。目前计算机还不能像人一样识别零件图纸所包含的各种信息，另外CAPP系统与其它机械 CAD软件在通讯上还存在一些障碍，CAD软件设计的结果还需要人工协助转化为CAPP系统能够识别的信息。
   
    (2)工艺设计专家系统:是 CAPP系统的主体及核心，其作用是以零件信息为基础，按既定的推理逻辑与顺序，推理、计算出相关的加工工艺路线和加工工艺参数。该模块编制水平的高低直接关系到设计结果的优劣，因此必须建立在工艺编制人员和锻造专家们长期积累的成熟经验及数据基础之上，并能最大限度地模拟工艺专家的智慧。本模块核心是知识库和推理机。
   
    (3)工艺文件管理模块:工艺规程制订后是以表格或卡片的形式确定下来，作为生产准备和施工的依据，这些表格或卡片统称为工艺文件。机械加工工艺规程卡片主要包括机械加工工艺过程卡片、机械加工工艺卡片和机械加工工序卡片3种类型。CAPP系统最终必须能够生成并输出完备的、标准的工艺文件。工艺文件管理模块的作用就是将工艺设计专家系统模块的设计结果输出成标准的工艺规程卡片，并可对已有的卡片进行查询、修改、保存、删除、打印以及输出等操作。
   
    (4)数据库及管理模块:是本系统的关键模块，也是系统完成功能的基础。它由两个相对独立的数据库系统即工艺知识库和工艺文件库组成。工艺知识库用于存放与工艺设计相关的各种资源及数据，比如设计的经验公式、设备及原材料情况、公差余量数据、材料的热处理信息等等;工艺文件库用于存放工艺文件的标准模板及成形的工艺文件。数据库管理用来对数据库中的数据进行合理的组织和管理，包括更新、查询数据和防止数据的意外丢失及破坏等功能。