在CAPP20多年的發展曆史中,發表的論文已有數百篇,但其（qí）中大（dà）多數是介紹某一特定的CAPP係（xì）統。在這些係統中（zhōng）大多數屬於派生式係統,隻（zhī）是最近幾年半創成式和創成（chéng）式係統才較多地開發出來。工藝（yì）設計自動化是當前CAPP研究熱點之一。本文（wén）針對滾動軸承的工（gōng）藝設計過程進行分析,給出一種實現工藝設計自動（dòng）化的方法。

      1     滾動軸承工藝設計的特點（diǎn）

      滾動軸承工藝設計（jì）具有以下幾個特點:

      (1)加工工藝相對簡單相對於（yú）其他機械產品,滾動軸承的產品結構相當簡（jiǎn）單,主要的結構就是4大件（jiàn）:內圈、外圈、滾動體和保持架,外（wài）形亦不複雜。這（zhè）4大件的加工工藝比較簡單,工藝種類不（bú）多,也（yě）不複雜。主要的（de）工（gōng）藝包括鍛造工（gōng）藝、材（cái）料定額工藝、車削工藝、磨（mó）削工藝、熱處理工藝、工裝設計、夾具（jù）設計和量具設計。

      (2)加工工藝相（xiàng）似度較高軸承從形狀、功能和結構來看相當簡單,並具有很大的相似性。但實際上其種類不少,從規格和品種來看卻非（fēi）常繁雜。所幸其係列化標準化程度高,生產工藝比較成熟（shú）和規範,同一係列的同一類軸承件,其工藝過程基本相同。

      (3)工藝設計過程簡單滾動軸承工藝設計最主要的（de）工作就是工藝參數的計算,並且所有參數都可以根據標準（zhǔn）或經驗公式和規則來確（què）定。工藝卡片模式統一化程度高。

      2     滾動（dòng）軸承工藝設計自動化

      2.1係（xì）統原理

      鑒於滾動軸承（chéng）工藝設計的特（tè）點（diǎn）,完全可以實現滾動（dòng）軸承的工（gōng）藝（yì）設計自動化。滾動軸承工藝設計的主要工作是工藝參數計算、工藝方案製定、設備選取、工裝的選用和工藝卡片的繪製。其（qí）中,工藝參數可以通過查表或者公式計算得到。而在滾動（dòng）軸承的工藝設計中,查表的規（guī）則（zé）種類不多（duō）,參（cān）數（shù）的計算公（gōng）式亦不複雜,所以實現把（bǎ）參數計（jì）算（suàn）的方法存儲到數據（jù）庫中並在使用時取出並進行（háng）計算的過程並不困難。滾動（dòng）軸承的加工（gōng）工藝方案種類不多,並且每種工藝方案的加工步驟都比較固定（dìng）,一般變化的（de）隻是加工的參數。加工（gōng）方案的選擇是根（gēn）據零件的結（jié）構（gòu）和外形尺寸（cùn）來進（jìn）行的。因此可以把所有的加工方案和（hé）選用規則（zé）存儲（chǔ）到數據庫中,並在適當的時候（hòu）根據規則來選取。設備的選取與加（jiā）工方案的選用比較類似,很容（róng）易建立（lì）加工設（shè）備和選用規則庫。工裝的選用是根據加工方案以及外形尺寸來確定的,所（suǒ）以可以建立工裝的選用關（guān）係庫來存儲工裝的選用規則。對於工藝（yì）卡片的（de）繪製,滾動軸承的工藝卡片種類（lèi）不多（duō）,並且每類卡片的形式比較固定,所以可以（yǐ）為（wéi）每類卡片製作一個模板,保存到模板庫中,然後在繪（huì）製的時候把工藝信息填到模板中相應的地方就可（kě）以得到完整的工藝卡片。

      綜上（shàng）所述,可以通過建立公式（shì）庫、規則庫（kù）以及（jí）模板庫的方法,把滾動軸承的工藝設計過程信息化（huà）。配合適當的公式（shì）計（jì）算和規則解析模塊,就可以實現滾動軸承工藝設計自動化。圖1為係統（tǒng）的原理圖。

      2.2工藝知識（shí）庫建立和使用

      公式（shì）庫、規則庫和模板庫（kù）統稱知識庫,是工藝設計自動化係統的核心部分（fèn）。知識庫的建立和（hé）使用是係統的關鍵。

      知識（shí）庫中的規則表示方式有很多種,IF-THEN規則就是一種常見的表示方式（shì）。這裏（lǐ）使用的方法為IF-THEN規則的擴展規則,使用與計算機高級語言（yán）兼容的表達式來（lái）定義。定義計（jì）算（suàn）公式使用的（de）是支持（chí）函數的四則運（yùn）算表達式,而定義規則使（shǐ）用的是邏輯（jí）表達式。同時,為了（le）方便（biàn）係統程序的處理,使用的參數（shù）變量的命名方法和一般高級（jí）語言的命名（míng）規則相同,而不是用中文來表示。使用與高級語言兼容的表達式,可以使用很多現（xiàn）有（yǒu）的表達式求值（zhí）庫來對知識庫（kù）進行（háng）處理,從而降低了開發的工（gōng）作量,也可以提高（gāo）知識庫的可（kě）讀性。

      例如,預先定義（yì）零件外徑的名稱為Dw0,鍛件（jiàn）外徑為dgDw0,鍛件（jiàn）外徑留量（liàng）為dgLLw,則在公式庫中,鍛件外徑（jìng）的計算公式為（wéi）Dw0+dgLLw。計算公式中可以包括常見的數學函數和自定義函數。利用自定義（yì）函（hán）數可以（yǐ）實現一些特殊的功能。例如（rú）把查表的規則分類,為每一（yī）類規則定義一個自定義函數。在某項數據需要查表的時候,隻需把相應的表名、列名和條件等信（xìn）息傳給相應的查（chá）表函數,就可以返回查表（biǎo）的結果。通過這種方法,可以把查表操作融合到（dào）計算公式中（zhōng）,方便知識庫的定義。把所有工藝參數的計算公式保存到公式庫中,在適當（dāng）的（de）時候把公式（shì）提取出來並求值,就可以得到所（suǒ）要的結果。並把結果保存到工（gōng）藝設計結果庫中,即可自（zì）動完（wán）成所（suǒ）有工藝參數（shù）的（de）計算。在待確定信息和（hé）確定方（fāng）法一一對（duì）應的時候,可以（yǐ）使用公式定義的方式定義到公式（shì）庫中。但如果某項信息在不同的條件下會有不同的（de）結果時,就要用到了規（guī）則庫。例如滾動軸承套圈鍛造工藝的工藝方案的確定,一（yī）般是根據套圈的外徑(Dw0)、內徑(Dn0)、厚度（dù）(B0)和重量（liàng）(Q0)來確定。這時可（kě）以為每一種（zhǒng）工藝定義一（yī）個（gè）適用條件和（hé）一個優先級（jí）。使用（yòng）條件（jiàn）為一（yī）條邏（luó）輯表達（dá）式,如果表達（dá）式的值為真的話,則表示該方（fāng）案適合使用。優先級是用來在有多個方案都滿（mǎn）足條件的時候優先采用的方案。表1為（wéi）示意的滾動軸承套圈的鍛工工（gōng）藝方（fāng）案選擇規則表。

      通過解析適用條件的邏輯表達式,即可自動確定應該采取的加工方案。

      模（mó）板庫中保存的是各種工藝卡（kǎ）片的模（mó）板。模板可（kě）以使用（yòng）各種格式的（de）文檔,如Word文檔或AutoCAD的DWG文檔。模板實（shí）際上就是一張空白的工藝卡（kǎ）片。把（bǎ）模板（bǎn）文檔和該（gāi）模（mó）板對應的使用條件保存（cún）到模板庫中（zhōng）,在需要輸出工藝卡片的時候,根據所（suǒ）要輸出（chū）的卡片的信息選擇合適的模板。並把已（yǐ）經設計好的工藝數據填入到模板中相應的地方,就可以得（dé）到所需的工藝卡片。這個過程也可以在不須人工幹預的條件下自動完成（chéng）。

      2.3係統結構

      係（xì）統（tǒng）是采用創成式原理進（jìn）行設計。當獲取到相應的零件（jiàn）信息之後,係統根（gēn）據存儲在數據庫內的工藝數據庫和工藝規則庫,應用各種工藝決策邏輯（jí）並自動生成該零件的工藝規程,同時（shí）也可（kě）通過人機交互的方（fāng）式對工藝規程進行編（biān）輯修改。係統總體（tǐ）框架如圖2所示。

      3     應用實例（lì）

      在西北軸承（chéng）集（jí）團的NXZ-CAPP工藝設計係統的開發（fā）過程中,充分利用（yòng）了這項（xiàng）技（jì）術,並取得了較好的效果。通過（guò）知識庫管理界麵定義和創建知識庫之後,係統根據從CAD中獲取的零（líng）件信息,自動創（chuàng）建零件的相應工藝設（shè）計任務。工藝人員通過向導的（de）模式,一步（bù）一步地完成各項工藝的設計。在設計（jì）的過程中,各項數據的（de）計算工作都是自動完成的,工藝人員可以看（kàn）到各項計算的結果,也可以手動修改（gǎi）各項結果。

      下麵通過具體的實例來說明關鍵技術的實現。以套圈的鍛工工藝（yì）為（wéi）例,圖3為工（gōng）藝設計流程圖。

      用表1中的工藝方案規則,方案"半胎膜自由鍛"和"0.5t錘（chuí）-Ф250輾環"都符（fú）合（hé）條件。但方案"0.5t錘（chuí）-<250輾環"的優先級較高,所以使用加工方案是/0.5t錘-<250輾（niǎn）環"。

      在（zài）計算很（hěn）多（duō）工藝數據的時候,除了要使用從CAD係統中（zhōng）得到的數據之（zhī）外,還要使用到其他工（gōng）藝（yì）設計的數據。所以計算的時（shí）候要根據先後順序來（lái）進行,先（xiān）計算都已知的工藝參數,再利用已（yǐ）經計算出來的工（gōng）藝參數去計算其（qí）他未知（zhī）的工藝參數。在建立知（zhī）識庫的時候（hòu）應（yīng）該指定參數的計算順序。例如鍛（duàn）件外徑的計算公式為Dw0+dgLLw,Dw0已知（zhī）,要計算就要先確定鍛件外徑留量dgLLw。而dgLLw是通（tōng）過查表得到的。得到dgLLw後,就可以計算鍛件外徑。

      4     結語

      本文針對滾動軸承（chéng）工藝設計的特點,探討（tǎo）了實現工藝設計過程（chéng）自動化的方法,並開發出了實用的CAPP係統。采（cǎi）用該係統,可以實現滾動軸承鍛工、材（cái）料定額、車加工、磨加工、熱（rè）處理（lǐ）和工裝等工藝的自動化設計,自（zì）動（dòng）完成工藝規程。應用工藝設計自動化,提高了工藝設計（jì）的效率,產生了良好的（de）經濟效益。不足之處是工藝（yì）知識庫是各（gè）個企業的秘密,需要為每個企業（yè）建立（lì）各自的（de）知識庫。