在CAPP20多年的發展曆史中,發表的論文已有數百篇,但其中大多數（shù）是介紹某一特定的CAPP係統。在這（zhè）些係統中大多數屬於派（pài）生式係統,隻是最近幾年半創成式和創成式係統才較多（duō）地開發出（chū）來。工藝設計自動化是（shì）當前（qián）CAPP研究熱點之一。本文針對滾動軸承的工藝設計過程進行分（fèn）析,給出一種實現工藝設計（jì）自動化的方法。

      1     滾動軸承工藝設計的特點

      滾動軸承工藝設計具有以下幾個（gè）特點:

      (1)加（jiā）工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（dān）,主要的結構（gòu）就是4大件:內圈、外圈、滾動體和保持架,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（bú）複雜。主要的工藝包括鍛造工藝（yì）、材料定額工藝、車削工藝、磨削工（gōng）藝、熱處理工藝、工裝（zhuāng）設計、夾具（jù）設計和（hé）量具設計。

      (2)加工工（gōng）藝相似度（dù）較高軸承從（cóng）形狀、功能和結構來（lái）看相（xiàng）當簡單,並具（jù）有很大（dà）的相似性。但實際上其（qí）種類不少,從規格和品種（zhǒng）來看（kàn）卻非常繁雜。所幸其係列化標準化程度高,生（shēng）產工藝比較成熟（shú）和規範,同一係列的同一（yī）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工作就是工藝參數（shù）的計算,並且所有參數都（dōu）可以根據標準（zhǔn）或經（jīng）驗公式和規則（zé）來確定。工藝卡片模式統一化程度高。

      2     滾動軸承工藝設計自動化

      2.1係統原理

      鑒於滾動軸承工藝設計的特（tè）點（diǎn）,完全可（kě）以實（shí）現滾動軸（zhóu）承的工藝設計（jì）自動化。滾動軸承工藝（yì）設計的主要工作是工藝參數計算、工藝方案（àn）製定、設備（bèi）選取、工裝的選（xuǎn）用和工藝卡片的繪製。其中,工藝參數可以通過查表或者公式計算得到。而在滾動軸承的工藝設計中,查表的（de）規則種類不多,參數的計算公式亦不複雜,所以實現把參數（shù）計算的方法存儲到數（shù）據（jù）庫中並在使用時取出並進行計算的過程並不困難。滾動軸（zhóu）承的加工工藝方案（àn）種類不多,並（bìng）且每種工藝方案的加（jiā）工步驟都比較固定,一般變化的隻是加工的參數。加工方案的選擇是根據零件（jiàn）的（de）結構和外（wài）形（xíng）尺寸來進行的。因此可以把所有的加工方案（àn）和選用規則存儲到數據庫中,並在適（shì）當（dāng）的時候根據（jù）規則來選取。設備的選取與（yǔ）加工方（fāng）案（àn）的選用比較類似,很容易建（jiàn）立加工設備和選用規則庫。工裝的選用是根據加工方案以及外形尺寸來確定的,所以可以建立工（gōng）裝的選用關係庫來（lái）存儲（chǔ）工裝的選用（yòng）規則。對於工藝卡片的繪製,滾動軸（zhóu）承的工藝卡片種（zhǒng）類不多,並（bìng）且每類卡片的形式比較固定,所（suǒ）以可以為每類卡片製作（zuò）一個模板,保存到模板庫中,然後（hòu）在繪製的時（shí）候把工藝信息填到模板中相應的地方就可以得到完整的工藝卡片（piàn）。

      綜上所述,可以通過（guò）建立公式庫（kù）、規則庫（kù）以及模（mó）板庫（kù）的方法,把滾動軸承（chéng）的工藝設計過程（chéng）信息化。配合適當的（de）公式計算和規則（zé）解析模塊,就（jiù）可以（yǐ）實現滾動軸承工藝設計自動化。圖1為係統的原理圖。

      2.2工藝知識庫建立和使用

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

      知識庫中的規則表示方式（shì）有很（hěn）多種（zhǒng）,IF-THEN規則就是一種常見的表示方式。這裏使用的方法（fǎ）為IF-THEN規則的擴展（zhǎn）規則,使用與計算機高級語言兼容的（de）表達式來定義。定義計算公式使用的是支持函數的四則運算表達式,而定義規則使用的是邏輯表達式（shì）。同時,為了方便（biàn）係統程序的處理,使用的（de）參數變量的命名方法（fǎ）和一般高（gāo）級語言的命名規則（zé）相（xiàng）同,而不（bú）是用中（zhōng）文來表示。使用與高級語言兼容（róng）的表達式,可以（yǐ）使（shǐ）用很多現有的表達式求值庫來對知識庫（kù）進行處理,從而降（jiàng）低了（le）開發的工作量,也可以提高知識（shí）庫的可讀性。

      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（kù）中,鍛件外徑的計算公（gōng）式為Dw0+dgLLw。計算公式中可以包括常見（jiàn）的數學函數（shù）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（rú）把查表的規則分類,為（wéi）每一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、列名和條件等信息傳給相應的查表函數,就可以返回查表的結果。通過（guò）這種方法（fǎ）,可以把查表操作融（róng）合到計算公（gōng）式中,方便知識庫的定義（yì）。把所有工藝參數的計算公式保存到公（gōng）式庫中,在適當的（de）時（shí）候把公式提取出來並求值,就可以得（dé）到所要的結果。並把結果保存到（dào）工藝設計結果庫中,即可自動完成所有（yǒu）工藝參數的計算。在待確（què）定信息和（hé）確定（dìng）方法一一（yī）對應的時（shí）候,可以使用公式定義的方式（shì）定（dìng）義（yì）到公（gōng）式庫中。但如果某項信息在不同（tóng）的條件下會有不同的結果時,就要用（yòng）到了規則庫。例如滾動軸承套圈鍛造工藝的工藝方（fāng）案的確定,一般是根（gēn）據套（tào）圈的外徑(Dw0)、內徑(Dn0)、厚（hòu）度(B0)和重量(Q0)來確定。這時可以為每（měi）一種工藝定義一（yī）個適用條件和一個優先級。使用條件為一條邏輯表達式,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（àn）都滿足條（tiáo）件的時候優先采用的方案。表1為（wéi）示意（yì）的滾（gǔn）動軸承套圈的鍛工工藝方案選擇規則表（biǎo）。

      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（de）加工方案。

      模板庫中保存（cún）的是各種（zhǒng）工藝卡片的模板。模板（bǎn）可以使用各種格式的文檔,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片。把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（hòu）,根據所要輸出的卡片的信息選擇（zé）合適的模（mó）板。並把已經設計好（hǎo）的工藝數據填入（rù）到模板中相（xiàng）應的地方,就可以得到所需的工藝卡片。這個過（guò）程也可以在不須人工幹預的條件下自（zì）動完成。

      2.3係統結構

      係統是采（cǎi）用創成（chéng）式原理進行設計。當獲取到相應的零件信息之後,係統根據（jù）存儲在數據庫內的（de）工藝數據庫（kù）和工藝規則庫（kù）,應用各種工藝決策邏（luó）輯並自動生成該零件的工藝規程,同時也可通過人機交互的方式對工（gōng）藝規程進行編輯修改。係統總體框架如圖2所示。

      3     應用（yòng）實例（lì）

      在西北軸承集團的（de）NXZ-CAPP工藝（yì）設計係統的開（kāi）發過程中,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定義和創建（jiàn）知識庫之後,係統根據從CAD中獲取的零件信息,自動（dòng）創建零件的相應工藝設計任務（wù）。工藝人員通過向導的模式,一步（bù）一步地完（wán）成各項工藝的設計。在設計的過程中,各項數據的計算工作都是自動完成的（de）,工藝人員可（kě）以看到各項計算的結果,也可（kě）以手動修改各項結果。

      下麵通過具體的實例來說明關鍵（jiàn）技術的（de）實現。以套（tào）圈的鍛（duàn）工工藝為例,圖（tú）3為工藝設計流程圖。

      用表1中的工藝（yì）方（fāng）案規則,方案"半胎膜自由鍛"和"0.5t錘-Ф250輾環（huán）"都符合條件（jiàn）。但方案"0.5t錘-<250輾環"的優先級較（jiào）高,所以使用加工方案是/0.5t錘-<250輾環"。

      在計算很多工藝數據的時候,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數據。所以計算的（de）時候要根據先後順序來進行,先計算都已知的工藝參數,再利用已（yǐ）經計算（suàn）出來的工藝（yì）參數去計算其他未知的工藝參數。在建立知（zhī）識庫的時候應該（gāi）指定參數的計算順序。例如鍛件外徑的計算公式為Dw0+dgLLw,Dw0已知,要計算就要先確定鍛件外徑留量dgLLw。而dgLLw是通過查（chá）表得到的。得到（dào）dgLLw後,就可以計算鍛件外徑。

      4     結語

      本文（wén）針對滾動軸承工藝設計的特點,探討了實現工藝設計過程自動化的方法,並開發出了（le）實用的CAPP係統。采（cǎi）用該係統,可以實現滾動軸承鍛工、材料定（dìng）額、車加（jiā）工、磨加工、熱處理和工（gōng）裝（zhuāng）等工藝的（de）自動化設計,自（zì）動完成工藝規程。應用工藝設計自動化（huà）,提高了工（gōng）藝設計的效率,產生了良（liáng）好的經濟效益。不足之處是工藝知識庫是各個企業（yè）的秘密,需要為每個企業建立各自的知識庫。