在CAPP20多年的發（fā）展曆史中,發表的論文已有數百篇,但其中大多數是介紹某一特（tè）定的CAPP係統。在這些係統中大多數屬於派（pài）生（shēng）式係統,隻是最近幾年半創（chuàng）成式和創成式係統才較多地開（kāi）發出來。工藝設（shè）計自動化是當前CAPP研究熱點之一。本文針對滾動軸承（chéng）的工藝設計過程進行分析,給出一種實現工藝設（shè）計（jì）自動化的方（fāng）法。

      1     滾動軸（zhóu）承工藝設計的特點

      滾動軸承工藝設計具有以下幾個特點:

      (1)加工（gōng）工藝相對簡單相對於其他機械產品,滾動軸承的產品結構相當簡單,主（zhǔ）要的結構就（jiù）是4大（dà）件:內圈、外圈、滾動（dòng）體和保持架,外形亦不複雜。這4大件的加工工藝比較簡單,工藝種類不多,也不複雜。主要的工藝包括鍛造工（gōng）藝、材料定額工藝、車削工藝、磨削工藝、熱處理工藝、工裝設（shè）計、夾具設計和量具設計。

      (2)加工工藝相似度較高軸承從形狀、功能和結構來看相當（dāng）簡單,並具有很大的相似性。但實際上（shàng）其種類不少,從規格和品種來看卻非常繁雜。所幸其係（xì）列（liè）化標準化程度高,生產（chǎn）工藝比較成熟和規範（fàn）,同一係列的（de）同一類（lèi）軸（zhóu）承件,其（qí）工藝過程基本相同。

      (3)工（gōng）藝設計過程簡單滾動（dòng）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（suǒ）有參（cān）數都可以根據標準或經驗公式和規則來確定（dìng）。工藝卡片模式統一化程（chéng）度高。

      2     滾動軸承工藝設計自動化

      2.1係統原（yuán）理

      鑒於滾動軸承工藝設（shè）計的特點,完全可以（yǐ）實現滾動（dòng）軸承的工藝設計自動化。滾動軸（zhóu）承工藝設計的主要工作是工藝參數計算、工（gōng）藝方案（àn）製定、設備選取、工裝的選用和工藝（yì）卡片的繪（huì）製。其中,工藝（yì）參數可以通（tōng）過查表或者公式計（jì）算得到。而在滾動軸承的工藝設計中,查表的規則種類不多,參數的計算公式亦不複雜,所以實現把參數計算的方法存儲到數據庫中並在使用時取出並進行計算的過程並不困難。滾動軸承的加（jiā）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（jiào）固定,一（yī）般變（biàn）化的隻是（shì）加工的（de）參（cān）數。加工方案的選擇是根據零件的結構和外形尺（chǐ）寸（cùn）來進行的。因（yīn）此可以（yǐ）把所（suǒ）有的加工方案和選用規則存（cún）儲到（dào）數（shù）據庫中,並在適當的時候根據規則（zé）來選取。設備的選取與（yǔ）加工方案的選用比較類（lèi）似,很容易建立加工設（shè）備（bèi）和選用規則（zé）庫。工裝的選用是根據加工（gōng）方案以及外形尺寸來確定的,所（suǒ）以可以建立（lì）工裝的選用關係庫來存儲工裝的選用規則。對於工藝卡片的繪製（zhì）,滾動軸承的工藝卡片種類不（bú）多,並且每類卡片的形式比較固定,所以可以為每類卡片製作一個（gè）模板,保存（cún）到模板庫中,然後在繪製的時候把工藝信息（xī）填到模板中相應的地（dì）方就可以得到完整的（de）工藝（yì）卡片。

      綜（zōng）上所述（shù）,可以通過（guò）建立公式庫、規則庫（kù）以及模板庫（kù）的方法,把滾動軸承的工藝設計（jì）過程信（xìn）息化。配合適當的公式計算和規則解析模塊（kuài）,就（jiù）可以實現（xiàn）滾動軸承工藝設計自動（dòng）化。圖1為係（xì）統的原理圖。

      2.2工藝知識庫（kù）建立和使用

      公式庫、規則庫和模板庫統稱（chēng）知識庫,是工藝設計自動（dòng）化係統的核心部分。知識庫的建立和使用是係統的關鍵。

      知識庫中的規則表（biǎo）示方式有很多（duō）種,IF-THEN規則就是一種常（cháng）見的表示（shì）方式（shì）。這裏使用的方法為IF-THEN規則的擴展規則,使用與（yǔ）計算機高級語言兼容的表達式來定義。定義計（jì）算公式使用的（de）是支持函數的四則運算表達式（shì）,而（ér）定義規則使用的是邏輯表達式。同時,為了方便係（xì）統程序的處理,使用的參數變量的命名方法和一般（bān）高級語言的命名規則相同,而不是用（yòng）中文來表示。使用與高級語（yǔ）言兼容的表達式,可以使用很多現有的表達式求值（zhí）庫（kù）來對知識（shí）庫進行處理,從而降低了開發的（de）工（gōng）作量,也可以提高知識庫（kù）的可（kě）讀性。

      例如,預先定義零件外徑的名稱為Dw0,鍛件外徑為dgDw0,鍛件外徑留量為dgLLw,則在公式庫中,鍛件外徑的計算公式為Dw0+dgLLw。計算公式中（zhōng）可以包括常見的（de）數學函數和自定義函數。利用自定義函數可以實現一些特殊的功能。例如把查表的規則分類,為每一類規則定義一個（gè）自（zì）定義函（hán）數。在某項數據需（xū）要查表的時候,隻需把（bǎ）相應的表名、列名和條（tiáo）件等信（xìn）息（xī）傳給相應的（de）查表函數,就可以返（fǎn）回查表的結果（guǒ）。通過這種方法,可（kě）以把查表操作融合到計算公式中,方便知識庫的定義。把所有（yǒu）工藝參數的計算公式保存到（dào）公式庫（kù）中,在適當的時候把公式（shì）提取出來並求（qiú）值（zhí）,就可以得到（dào）所要的結果。並把結果保存到工藝設計結果（guǒ）庫中,即可自動完成（chéng）所有工藝參數的計算。在待確定信息和確定方法一一（yī）對應的時候,可以（yǐ）使（shǐ）用公式定義的方式（shì）定義到公式庫中。但如果某項信息在不同的條件下會有不同的結果（guǒ）時,就要用到了規則（zé）庫。例如滾動軸承套圈鍛（duàn）造工藝的工藝方案的確定（dìng）,一般是根據套（tào）圈的外（wài）徑(Dw0)、內徑(Dn0)、厚度（dù）(B0)和重量(Q0)來確定（dìng）。這（zhè）時可以為每一種工藝定義一個適用條（tiáo）件和一個優先級。使用條件為（wéi）一條邏輯表達式,如果表達式的值為真的話,則表示該方案適合使用。優先級是用來在有多個方案都滿（mǎn）足（zú）條件的（de）時（shí）候優先采用的方案。表1為示意的（de）滾動軸承套圈的鍛工工藝方案選（xuǎn）擇規則（zé）表。

      通過解析適用條件（jiàn）的邏輯表達式,即可（kě）自動確（què）定應該（gāi）采取的（de）加工方案。

      模板庫中（zhōng）保存的是各種工藝卡片（piàn）的模板。模板可以使用各種格（gé）式的文檔,如Word文檔或AutoCAD的DWG文檔。模板實際上就是一張空白的工（gōng）藝卡片。把（bǎ）模板文檔和該模板對應的使用條件保存到模板庫中,在需要輸出工藝卡片的時候,根據所要輸出的卡片的信息選擇合適的模板。並把已經設計好的工藝數據填入（rù）到模板中相應（yīng）的地方,就可以得到所需的工藝（yì）卡（kǎ）片（piàn）。這個過（guò）程也可以在（zài）不須人工幹預的條件下自動完成。

      2.3係統結構

      係統（tǒng）是（shì）采用創成（chéng）式原理進（jìn）行設計。當獲取到相應的（de）零件信息之（zhī）後,係統根據存儲在數據庫內的工藝數據庫和工藝規（guī）則庫,應用各（gè）種工藝決策邏輯並自動生成該零件的（de）工藝規程,同時也（yě）可通過人機交互的方式對工（gōng）藝（yì）規程（chéng）進行編輯修改。係統總體框架如圖2所示。

      3     應（yīng）用實例

      在西北（běi）軸承集團的NXZ-CAPP工藝設計係（xì）統的開發（fā）過程中,充分利用了這項技術,並取得了較好的效果。通過知識庫管理界麵（miàn）定義和創建知識庫之後,係統根（gēn）據從CAD中獲取的零件信息,自動創建零件的相應工藝設計任務。工藝（yì）人（rén）員通過（guò）向導的模式,一步一步地完成各（gè）項工藝的設計。在設計的過程中,各項（xiàng）數（shù）據的計算工作都是自動完成的,工（gōng）藝人員可以看到各項計算的結果,也可以手動修（xiū）改各項結果。

      下（xià）麵（miàn）通過具體的實例來說明關鍵技（jì）術的實現（xiàn）。以套圈的鍛（duàn）工工（gōng）藝為例,圖3為（wéi）工藝設計流程圖。

      用表1中的工藝方案（àn）規則,方案"半胎膜自由鍛"和"0.5t錘（chuí）-Ф250輾環"都符合條件（jiàn）。但方案"0.5t錘-<250輾環"的優先級較高,所（suǒ）以使用加工方案是/0.5t錘-<250輾環"。

      在計算很（hěn）多（duō）工藝數據的時候,除了要使用從CAD係統中得到的數據之外,還要使用到其他工藝設計的（de）數據。所以計算的時（shí）候要根據先後順序來進行,先計（jì）算都已知的（de）工藝參數,再利用已經（jīng）計算出來（lái）的工藝參數去計算其他未知的工藝參數。在建立知識（shí）庫的時候（hòu）應該指定參數的計算順序。例如鍛件外徑（jìng）的計算公式為Dw0+dgLLw,Dw0已知,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（duì）滾動軸承工（gōng）藝設計的（de）特點,探討了實現工藝設計過程自動化的方法,並開發出了實用的CAPP係（xì）統。采用該係統,可以實現滾動軸承鍛工、材料定額、車（chē）加工、磨加工、熱處理和工裝等工藝的（de）自動化設計,自動完成工藝規程。應（yīng）用工藝設計自動化,提高了工藝設（shè）計的效率,產生了良好的經濟（jì）效益（yì）。不足之處是工藝知識庫是各個企業的秘密,需要為每個企業建立各自的知（zhī）識庫。