在CAPP20多年的發展曆史中,發表（biǎo）的論文已有數百篇,但其（qí）中大多數（shù）是介紹某一特定的CAPP係統。在這些係統中大多數屬於（yú）派生式係統,隻是最近幾年半創（chuàng）成式和創成式係統才較多地開發出來。工藝設計自（zì）動化是當前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析（xī）,給出一種實現工藝設計自動化的方法（fǎ）。

      1     滾動軸承工藝設計的特點

      滾動（dòng）軸承工（gōng）藝設計具有以下幾個特點:

      (1)加工工藝相對簡單相（xiàng）對於其他（tā）機械產品（pǐn）,滾動軸承的產品結構相當簡單,主要的結構就是4大件:內（nèi）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（zhǒng）類不（bú）多,也不複雜。主要的工藝包（bāo）括鍛造工藝、材料定額工藝、車削工藝、磨削工（gōng）藝、熱處理（lǐ）工藝、工（gōng）裝設計、夾具（jù）設計和量具設計（jì）。

      (2)加工工藝相似度較高軸承從形狀、功能和結構來看相當簡（jiǎn）單,並具有很（hěn）大（dà）的相似性。但實（shí）際上其種（zhǒng）類不少,從規格和品種來看卻非常繁（fán）雜。所幸其係列化標準化（huà）程度高,生產工藝比較成熟和規範,同一係列的同一類軸承件,其工藝過程基本相同（tóng）。

      (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（shì）工藝參數的計算,並且所有參數都可以根據標準或經驗公式和規則來確定（dìng）。工藝（yì）卡片（piàn）模式統一化程度高。

      2     滾動軸（zhóu）承工（gōng）藝設計自動化

      2.1係統原理

      鑒於滾動軸承工藝設計的特點,完全可以實現滾動軸承的工藝設計自動（dòng）化。滾動軸承工藝設計的（de）主要工作是工藝參數計算、工藝方案（àn）製定、設（shè）備選取、工裝的選用（yòng）和工藝（yì）卡片的繪製（zhì）。其中,工藝參數可以通過查表或者公（gōng）式計（jì）算得到。而在滾動軸承的工藝設計中,查表（biǎo）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（zài）使用時（shí）取出（chū）並進行計算的（de）過程並不（bú）困難。滾動軸承的加工工藝（yì）方案種類不多,並且每種工藝方案的加工步驟都比較固定,一般變化的隻是加工的參數。加工方案的（de）選擇是根據零件的結構和外形尺寸來進（jìn）行的（de）。因此可以把（bǎ）所有的加工方案和選用（yòng）規則存儲到數據庫中（zhōng）,並（bìng）在適當的時候根據規則來選（xuǎn）取。設備的選取與加工方案的選用比較類（lèi）似,很（hěn）容易建立加工設備和選用規則庫。工裝（zhuāng）的選用是根據（jù）加工方案以及外形尺寸來（lái）確定的,所以可（kě）以建立工裝的選用關係（xì）庫來存（cún）儲工裝的選用規則。對於工（gōng）藝卡片的繪製,滾動軸承（chéng）的工藝卡片種類（lèi）不多,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模板,保存到模板庫中,然後在繪製的時候把工藝信（xìn）息填到模（mó）板中相應的地方就可以得到完整的工藝（yì）卡片。

      綜上所述,可以通（tōng）過建立公式（shì）庫、規則庫以及模板庫的方（fāng）法,把滾動（dòng）軸承的（de）工藝設計過程信（xìn）息化。配合（hé）適當的公式計算和規則解析模塊,就可以實現滾動軸承（chéng）工藝設計自動化。圖（tú）1為係統的原理（lǐ）圖。

      2.2工藝知（zhī）識庫建立和使用（yòng）

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

      知識庫中的規則表示方式有很多種,IF-THEN規則就是一種常見的表示方式。這裏使用的方（fāng）法為IF-THEN規則的擴展規則,使用與計算機高級語言兼容的表達（dá）式來定義。定義（yì）計算公式使用的是（shì）支持函數的四則運算表達式,而定義規則使用的是邏（luó）輯表達式。同時（shí）,為了（le）方便係統程（chéng）序的處理,使用的（de）參數變量的命名方法和一般高級語言的命名規則相（xiàng）同,而不是用（yòng）中文（wén）來表示。使（shǐ）用與高級語言兼容的表達式,可（kě）以（yǐ）使用很多現有的表達式求值庫來對知識庫進行處理（lǐ）,從而降低了開發的工作量,也可以提高知（zhī）識庫的可讀性。

      例（lì）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（liàng）為dgLLw,則在公（gōng）式庫中,鍛件外徑的計（jì）算公式為Dw0+dgLLw。計算（suàn）公（gōng）式中（zhōng）可以包括常（cháng）見的數學函數和自定（dìng）義函數。利用自（zì）定（dìng）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（yī）個自定（dìng）義函數。在某項數據需要（yào）查表的時候,隻需把相應（yīng）的表名、列（liè）名和條件等信息傳給相應的查表函數,就可以返（fǎn）回查表的結果。通過（guò）這種方法,可（kě）以把查表操作融合到計算公式中,方便知識（shí）庫的定義。把所有工藝參數的計算公式（shì）保存到公式庫中,在適當的時候把公式提取出來並求值,就可以得到（dào）所要的結果。並把結果（guǒ）保（bǎo）存到工藝設計結果庫（kù）中,即可（kě）自動完成所有工藝參數的計算。在（zài）待確定信息和確定方法一一對應的時候（hòu）,可以使用公式定（dìng）義的方式定義到公式庫中。但如果某項信息在不同的條件（jiàn）下會有（yǒu）不同的結果時,就要用（yòng）到了規則庫。例（lì）如滾動軸承套圈鍛（duàn）造（zào）工藝的工藝方案的確定,一般是根據套圈的外徑（jìng）(Dw0)、內徑(Dn0)、厚度(B0)和重量(Q0)來確定。這時可以為每一種工藝定義（yì）一個（gè）適用條件和一個（gè）優先級。使用條件為一條邏輯表達式,如果表（biǎo）達式的（de）值（zhí）為真的話,則表示該方案適合使（shǐ）用（yòng）。優先級是用來在有多個方案都（dōu）滿足條件的時候優先采用（yòng）的方案。表（biǎo）1為（wéi）示意的滾（gǔn）動軸承套圈的（de）鍛工工藝（yì）方案選擇規則表（biǎo）。

      通過解析適用條件的邏輯表達式,即可（kě）自動確定應（yīng）該采取的（de）加工方（fāng）案。

      模板庫中保存的是各種工藝卡片的模板。模板可以使用各種格式的文檔,如Word文檔或AutoCAD的DWG文檔（dàng）。模板實際（jì）上就是一張空白的工藝（yì）卡片（piàn）。把模板（bǎn）文檔（dàng）和（hé）該（gāi）模板對應（yīng）的使用條件保存（cún）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（kǎ）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（mó）板中相應的地方,就可以得到（dào）所需的工藝卡片。這個過（guò）程也可以在不須人工幹（gàn）預的條（tiáo）件下自動完成。

      2.3係統結構

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

      3     應用（yòng）實例

      在（zài）西北軸承（chéng）集團的（de）NXZ-CAPP工藝設計係（xì）統的開發過（guò）程（chéng）中,充分利用了這項技術,並取得（dé）了較（jiào）好的效果。通過知（zhī）識庫管理（lǐ）界麵定義和創建知識庫之後,係統根據從CAD中獲取的零件信息,自動創建零件（jiàn）的相應工藝設計任務。工藝人（rén）員通（tōng）過向導的（de）模式,一步一步地完成各項工（gōng）藝的設計。在設計的過程中,各（gè）項數據的計（jì）算（suàn）工作都是自動完成的,工藝人員可以看到各（gè）項計算（suàn）的結（jié）果,也可以手動修改（gǎi）各項結果。

      下麵通過具體的（de）實例來說明關鍵技術的實（shí）現。以套圈的鍛工工藝為例,圖3為工藝（yì）設計流程圖。

      用表1中的工藝方案規則,方（fāng）案"半胎膜自由鍛"和（hé）"0.5t錘-Ф250輾環"都符合條件。但方案"0.5t錘-<250輾環"的（de）優先級較高,所以使用加（jiā）工方案是/0.5t錘-<250輾環"。

      在計（jì）算很多工藝數據的時候,除了要使（shǐ）用從CAD係統中得到的數據之外（wài）,還要使用到其他工（gōng）藝設計的數據。所以計算（suàn）的時候要（yào）根（gēn）據先後順序來進行,先計算都已（yǐ）知的（de）工藝參數,再利用已（yǐ）經計算（suàn）出來的工藝參數去計算（suàn）其他未知（zhī）的工藝參數。在建立知識庫的時候應該指定參數的（de）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（xiān）確定鍛件外徑留量（liàng）dgLLw。而dgLLw是通過查表得到的。得到dgLLw後,就可以計算鍛件外徑。

      4     結語

      本文針對滾動軸承工藝設計的特（tè）點,探討了實現工藝（yì）設計過程自動化的方法,並開發出（chū）了實用的CAPP係統。采用該係統,可以實現（xiàn）滾動軸承鍛工、材料定額、車加工、磨加工、熱處理和工裝等工藝的自（zì）動化設計（jì）,自動完成工藝規程。應用工藝設計自動化,提高了工藝設計的效率,產生了良好的經濟效益。不足之處是工藝知（zhī）識庫是各個企業的秘密,需要為每個企業建立各（gè）自的知識（shí）庫（kù）。