0 前言

     現代製造（zào）工業麵對（duì）的是一（yī）個結構複雜（zá）, 品種多（duō）, 批量小, 生產周期短和日益集成的生產環境。它要求從（cóng）產品（pǐn）設計開始就考慮到產品的製造（zào）、管理、銷售、使用和（hé）報廢, 即考慮到產品生命周期的全過程。因此根據柔（róu）性製（zhì）造( F lex ib leM anufacturing, FM )與計算機集成製造( Computer Integrated Manu facturing, C IM ) 的原理和並行工（gōng）程( C oncurrent Eng ineering, CE )的方法, 研究柔性化及集成化的計算機輔助工藝過程設計係統( ComputerAided Process Plann ing, CAPP)就顯得十分重要（yào）。

     它是CIMS的重要環節, 是連接計算機輔助設計( ComputerAided Design, CAD)和計算機輔（fǔ）助製造( ComputerA idedManufacturing, CAM )的橋梁和紐帶。本著實（shí）用、通用的基（jī）本原則, 我們開（kāi）發了CAPP /NC 編程（chéng）集成的NDCAPP係統。該係統主要應用於柔性製造單元上的箱體類零件加工, 能完成（chéng）包括零件信（xìn）息的描述（shù）和輸入、工藝過程的（de）生成和（hé）數控程序的自（zì）動（dòng）編製。由於CAPP和NC 編程都是製造工藝方麵（miàn）的問題, 信息上易（yì）於集（jí）成; 同時兩者大多是由工（gōng）藝技術人員開發的, 數據（jù）內（nèi）涵和格式易於統（tǒng）一, 因此兩者之間的集成（chéng）易於解決。

1 係（xì）統結構設計及主要功能（néng）模塊（kuài）

     1. 1 係統結構框圖如圖1所（suǒ）示

        1. 2 係統的主要模塊

        ( 1)控製模塊（kuài）。協調各（gè）模塊運行, 實現人機之間的信（xìn）息交流（liú）, 控製零件信息（xī）獲取（qǔ）方式。

        ( 2)零件信息獲取模塊。零件信息輸入可以有下列三種方式: 人機交互輸入; 來自集成環境下數據庫中統一的產品數據模型（xíng）; 在集成製造係統中, 零（líng）件的信息可由CAD 係統直接輸入（rù）。

        ( 3)工藝過程設計模塊。進行加工工藝過程的（de）決策, 生成工藝過（guò）程卡。

        ( 4)工序決策模塊。進行工序設（shè）計, 生成工序卡。

    在這（zhè）裏完（wán）成切削用量、加工（gōng）餘量、工序尺寸及其公差和時間定額等項工藝參數的計算。

        ( 5)工步決策模塊。劃分工步及提供形成NC 指令（lìng）所需的刀位文件。

       ( 6)工藝文件生成模塊。生成規定格式的工藝文件。

       ( 7) NC 加工指令生成模塊。根據工序內容、刀位文件, 所選用的NC 機床自動編製用於控製數控機床的NC加工（gōng）指令。

( 8)輸出模塊。可輸出工藝過（guò）程卡、工序卡和工序圖及NC 加工程序單等各類文檔, 並可利用編輯工具對現有文件進行修改後（hòu）得到所需（xū）的工藝文件。

       ( 9)加（jiā）工過程動態仿（fǎng）真模塊。可（kě）檢查工藝過程和NC指令（lìng）的（de）正確（què）性。

2 零件信（xìn）息描述

    零件信息描述是CAPP係統運行的前提條件。為提高CAPP 係統（tǒng）的柔性, 考（kǎo）慮（lǜ）到箱體類零（líng）件的特（tè）點, NDCAPP係（xì）統采用（yòng）基本實體+ 方位特征的零（líng）件信息描述, 該信息描述方法主要是為計（jì）算機處理零件信（xìn）息提供可靠基礎, 它（tā）不僅能滿足工（gōng）藝過程設計要求（qiú）, 而且為CAD /CAPP /NCP的集成奠定了基礎。

     工藝人（rén）員在進（jìn）行工藝過程設（shè）計時, 總是先從某個方向入手, 找出這個方向上的（de）各個表麵, 接著找出每個麵上有哪些型麵特征（zhēng）, 如幾個孔、幾個槽或幾（jǐ）個（gè）螺紋孔等, 然後針對（duì）這些（xiē）形狀（zhuàng）特征（zhēng）選擇加工方法並進行排序。在（zài）分析工藝人員推理過程的基礎上, 總結（jié）出/基本實體+ 方位（wèi）特征0的（de）零件信息描（miáo）述方法。這種方法是結合CAD 中實體造型的體素概（gài）念和特征（zhēng）造型的特（tè）征概念。基本實體是三維特征, 包括軸、盤、齒輪等回轉類零件和箱體、殼體、棱形體、閥體等非回轉類零件。在三維空間, 任（rèn）何一個實體各表麵按其法向所指的方向, 即為（wéi）方位。根（gēn）據方位理論, 將實體分解為若幹方（fāng）位麵, 如箱體類零件按其表麵所在方向的法向所指的情況, 有6個方位麵。零件的加工方向即為零件的（de）方位方向。將每（měi）個方（fāng）位麵分解為若幹操作麵, 用特征要素對操作麵上的型麵進行描述。特征是零件信息模型的核心部分。特征是指在製造時可（kě）識別的包含完（wán）整工藝信息的結構單元, 如特征總體信息、構（gòu）造信息、公差（chà）信息和工（gōng）藝信息等。它是一組與零件的描（miáo）述相（xiàng）關（guān）的信息（xī）集合。

     箱體類零件的基本型麵特征（zhēng）可（kě）分為以下幾種:

          ( 1)平麵。普通大（dà）平麵、軌跡大平麵、斜平麵、輪廓（kuò）麵、台階麵等。

          ( 2)組合孔（kǒng）。通孔、盲孔（kǒng）、螺紋孔（kǒng）、錐孔等（děng）。

          ( 3)槽與導軌（guǐ）。矩形通槽、T 型通槽、燕尾導軌、油槽等。

     一（yī）個零件上的特征往往不是孤（gū）立的, 存在著（zhe）某些關係。在（zài）機械零件中, 用特征（zhēng）間的（de）關（guān）係來表示形位公差, 即同軸度、平行度、垂直度、對稱度、位置度和跳動等。

3 工藝過程設計

      ( 1)選擇加工方法。工藝過程設計的第一步是為特征選擇（zé）加工方法, 它是安排加工路（lù）線和工序詳細設計的基礎。在長（zhǎng）期的生產實踐中, 何種形狀特（tè）征采用何種加工方法是固定的（de）。因此, 特征的定義與描述（shù）已為加工方法的選擇奠定（dìng）了基礎。NDCAPP係統采用加工鏈方法（fǎ）, 這種方法集中了工藝設計師們的智慧, 是（shì）一種（zhǒng）從長期實（shí）踐中總結出來的可行的方法, 且簡單方便,是一種在箱體類零件的加工（gōng）中廣泛應用的方法。

     ( 2)加工路線的確定。確定加工路線是CAPP係統中最為靈活的決策問題。箱體類零件的主要為平麵（miàn）、孔係和槽的加工。在信息描述和輸入過程中沒有反映各元素的相（xiàng）互鄰接（jiē）關係, 加上在柔性單元上加工的特殊性, NDCAPP係統加工路線確定的順序是: 先輪廓、平麵和槽, 後孔; 先粗後精分階（jiē）段進行。

    輪廓和平麵是由直線（xiàn）段（duàn）和圓弧段及方（fāng）程曲線（xiàn）、列表曲線所構成的表麵（miàn）。輪（lún）廓指的是與Z 軸平行（háng）的側（cè）平麵, 而平麵是（shì）指平行於XOY平（píng）麵的平麵。確定輪廓（kuò）和平麵（miàn）加工路線時應解決的問題為:

       1)構造輪廓和平麵的數據鏈表。係統按零件的描述順序一個麵一個麵（miàn）的依次進行處理, 將它們分（fèn）別組成一個環形的輪（lún）廓數據鏈和一個環形的平麵數（shù）據鏈。鏈（liàn）表的順序（xù）與加工路線呈對應關係;

       2)確定（dìng）加工起點和方向;

       3)選擇刀具的（de）切入點。

   確定孔加工路線的原則是:

       1)使換刀次數最少;

       2)使加工路線最短。

4 NC程序的（de）編製

        NDCAPP係統編製NC 程（chéng）序的基本原理是: 根據當前加工部位基本的（de）加工特征, 生成對應的加工指令及S、F和T 指令; 根據對當前加工部位的幾何形狀的描述, 生成坐標（biāo）指令。

    係統將編製NC程序工作分為兩個階段。第一是（shì）準備工作（zuò）階段, 即從（cóng）工藝文件中依次讀取每一個工（gōng）步（bù）,然後根據（jù）工（gōng）序內容及NC 編程所（suǒ）要求的參數取出相應（yīng）的數（shù）據, 再將這些數據進行坐標變換; 第二是NC 程序（xù）生成階段, 即依次（cì）取出每一工步所對應的NC 程序（xù）段,並根據有關數據對此程序段的變量進行賦值, 從（cóng）而（ér）得到該工步的NC 程序, 重複（fù）上述（shù）工（gōng）作直至（zhì）所有工步（bù）完成NC程（chéng）序的編製。在各工步間還配有可能存在的選刀（dāo）、換刀等輔（fǔ）助性工作, 其處理過程為: 首先判別下一工步是否采（cǎi）用同一（yī）把刀具（jù）, 若不是, 則發出選刀指令,然後安排本（běn）工序的加工。

        NC程序的（de）編製時, 坐標變換工作時必不可少的。由於CAPP係統的（de）需（xū）要, NDCAPP係統在進行零件描述時, 零件的各特征是采用統一的坐標係進行描述的。而確定裝夾方式後, 零件坐標係與機床坐標係往往（wǎng）是（shì）不一致的。因此, 應該根據零件的裝夾方式對各特征數據（jù）進行必要的坐標變換, 使其能與機床坐標係相一致, 這樣才能編出正（zhèng）確的NC 程序。並對NC 編出加（jiā）工控製指令進行語義、語法檢查, 還可以對其加工（gōng）過程進（jìn）行動（dòng）態仿真, 以檢查該程序的（de）正確性。加工過程動態仿真是一項（xiàng）十分重要的工作（zuò）。通過仿真, 可以檢查零件加工過程中可（kě）能存（cún）在（zài）的不合理（lǐ）現象和可能出現的幹涉和（hé）碰撞現象, 通過圖形和工藝（yì）參數的顯示, 形象直觀地仿真零件加工過程。

5 結論

     在現代製造（zào）係統中, CAPP係統無論（lùn）是作為一個獨立的係統還是作為C IMS 的一個子係統都具有極其重要（yào）的地位。開發一個實用（yòng）、高效（xiào）的CAPP 係統是實現（xiàn）集成的前提和（hé）關（guān）鍵。

     箱體類零件的信息描述之所以是個難點, 就在於其型（xíng）麵多(不少於6個) , 結（jié）構不統一（yī）, 幾何信息轉化為坐標（biāo）信息有一定的難度。本文所提（tí）出的/基本（běn）實體+方位特征0描述法較好的（de）解決了（le）箱體類零件的描述問題以及坐標尺寸（cùn）的（de）轉化問題（tí）。

    實現CAPP/NCP集（jí）成的關鍵在於兩個方麵: 一是幾何信息向（xiàng）坐標信（xìn）息的轉換; 另一個就是數據（jù）庫（kù）(包括（kuò）零件建（jiàn）模（mó）數據庫、機床數據庫、刀具數（shù）據庫、切削用量數據庫和NC 指令（lìng）數據庫等)的完善和高效。NCCAPP係統在（zài）這方麵（miàn）作了很好的嚐試, 並取得較好的效果。