在CAPP20多年的發展曆史中（zhōng）,發表（biǎo）的論文已有數（shù）百篇,但其中大多（duō）數（shù）是介紹（shào）某一特（tè）定的CAPP係統。在這些（xiē）係統中大多數屬（shǔ）於派生式係統,隻是最近幾（jǐ）年半創（chuàng）成式和創成式係統才（cái）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。本文針對滾動軸承的工藝設計過程進行分析,給出一種實現工藝設計自動化的方法。

      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)加工工藝（yì）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,主要的結構就是4大件:內圈、外圈、滾動體（tǐ）和保持架,外形亦不複雜。這4大件的加工工藝（yì）比較簡單,工藝種類（lèi）不多,也不複雜。主要的工藝包括鍛造工藝、材料定額工藝、車削工藝、磨削工藝、熱（rè）處理工藝、工裝設計、夾具設計和量具設計。

      (2)加工（gōng）工藝相似度較高軸承從形狀（zhuàng）、功能和結構來看相當簡單,並具有很大的（de）相似性。但實際（jì）上其種類不少,從規格和品種來看卻非常繁雜。所幸其係列化標準化程（chéng）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（yì）設計（jì）過程簡單滾動軸承工藝設計最主要的工作就是工藝參數的計算,並且所有參數都（dōu）可以根據標準或經驗公式和規則來確定。工藝卡片模式統一（yī）化程（chéng）度高。

      2     滾動軸承工藝設計自動化

      2.1係統原理（lǐ）

      鑒於滾動軸承工藝設計（jì）的特點,完全可以實現滾動軸承的（de）工藝設（shè）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、工藝方案製定（dìng）、設備選取、工裝（zhuāng）的選用和工藝卡片的繪製。其中,工藝參數可以通過查表或（huò）者公式計算得到。而在滾動軸承的工（gōng）藝設（shè）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（xiàn）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（de）過程並不困難。滾動軸承的加工工藝方（fāng）案種類不多,並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（de）參數。加工方案的選擇是根據零件的結構和（hé）外形尺寸來進行的。因此可以把所有的加工方案（àn）和選用規則（zé）存儲（chǔ）到數（shù）據庫中,並在適當的（de）時候根據規則來選取。設（shè）備的選取與（yǔ）加工方案的選用比較類似,很容易建立加工設備和選用規則庫。工（gōng）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（huì）製,滾動軸（zhóu）承的工藝卡片種類不多,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（bǎo）存到模板庫中,然後在繪製（zhì）的時候（hòu）把工藝信息填到模板（bǎn）中相應的地方就可以得到完（wán）整的工藝卡（kǎ）片。

      綜（zōng）上所述,可（kě）以通過（guò）建立公式庫、規則庫以及模板庫的方法,把滾動軸承的工藝設計過程信息化。配合適當（dāng）的公式計算（suàn）和規則解析（xī）模塊,就可（kě）以實現滾動軸承工藝設計自動化（huà）。圖1為係統的原理圖。

      2.2工藝（yì）知識庫建立和使用

      公式庫（kù）、規則（zé）庫和模板庫統稱知識庫,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（fāng）式有很多種,IF-THEN規則就是一種常見的表示方式。這裏使用（yòng）的方法為IF-THEN規則（zé）的擴展（zhǎn）規則（zé）,使用與計算機高級語（yǔ）言兼容（róng）的表達式來定義。定義計算（suàn）公式使用的是支持函數的四（sì）則運算表達式,而定（dìng）義規則使用的是（shì）邏輯表達式（shì）。同時,為了方便係統程序的處理,使用的參數變量的命名方法和一般高級語言的命（mìng）名規則相同,而不是用中文來表示。使用與高級語言兼（jiān）容的表達式,可以使用很多現（xiàn）有的表達式求（qiú）值庫來對知識庫進行處理,從而降低了開發的工作（zuò）量,也可以提高（gāo）知識庫的可讀（dú）性。

      例如,預先定義零件外徑的名（míng）稱為（wéi）Dw0,鍛件外徑為（wéi）dgDw0,鍛件（jiàn）外徑留量為dgLLw,則在（zài）公式庫（kù）中,鍛件外徑的計算公式為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（lì）用自定（dìng）義函數（shù）可（kě）以（yǐ）實現一些特殊的功能。例如把（bǎ）查表的規（guī）則分（fèn）類,為每一類規則定義一個自定義函數。在某（mǒu）項數據（jù）需要查表（biǎo）的時候,隻需把相（xiàng）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。通過這種方法,可以把查（chá）表（biǎo）操作融合到計算公式中,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（zài）適當的（de）時候把公（gōng）式提取出來並求值,就（jiù）可以（yǐ）得到所要的結（jié）果。並把結果保存到工藝設計結果庫中,即可自動完（wán）成所有工藝參數的計算（suàn）。在待確定信息和確定方法一一對應的時候,可以使用公式定義的方式定義到公式庫中。但如果某項信息在不（bú）同的條件下會有不同的結果時,就要用到了規則庫（kù）。例如滾動軸承套圈鍛造工藝（yì）的工藝（yì）方案的確定,一般是根據套圈的外（wài）徑(Dw0)、內徑(Dn0)、厚度(B0)和重量(Q0)來確定。這（zhè）時可以為每一種工藝定義一個適用條件和一個優先（xiān）級（jí）。使（shǐ）用條件為（wéi）一條邏輯表達式,如果表達式的值為真的（de）話（huà）,則表（biǎo）示該方案適合（hé）使用。優先級是用來在有多個方案都滿足條件的時候優（yōu）先采用的方案。表1為（wéi）示意的滾動軸承套圈的鍛工工藝方案選擇規則表。

      通（tōng）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。

      模板庫中保存的是各種（zhǒng）工藝卡片的（de）模板。模板可以使（shǐ）用各種格式的文檔,如Word文檔或AutoCAD的DWG文檔。模板實際上就是一張空（kōng）白的工藝卡片。把模板文檔和（hé）該模板對應的使用條件保存到模板庫（kù）中,在需要輸（shū）出工藝卡片的時候,根據所要輸出的卡片（piàn）的信息選擇合適的模板（bǎn）。並把已經設計（jì）好的工藝數據填入到（dào）模板中相應的地方,就可以得到所需的工藝卡片。這個過程也可以在不須人工（gōng）幹預的條件下自動完成。

      2.3係統（tǒng）結構

      係統是采用創成式原理進行（háng）設計（jì）。當（dāng）獲取到相（xiàng）應的零件信息之後,係統根據存儲在（zài）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並（bìng）自動生成該零（líng）件的工藝規程,同時也可通過人機交互的方式對工藝規程進行編輯修改。係統總體框架如圖2所示（shì）。

      3     應用實例

      在西北軸承集團的NXZ-CAPP工藝設計係統的開發過（guò）程中,充分利用了這項技術,並（bìng）取得了較（jiào）好的效果。通過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（de）零件信息,自動創建零（líng）件的（de）相應工藝設計任務。工藝人員通（tōng）過向導的（de）模（mó）式,一步一步（bù）地完成各項工藝的設計。在設計的過程中（zhōng）,各項數據的計算工作都是（shì）自動完成（chéng）的,工藝（yì）人員可以看到各（gè）項計算的結果,也（yě）可以手動修改各項結果。

      下麵通過（guò）具體的實例來說（shuō）明關鍵（jiàn）技術的實現。以套圈的鍛工工藝為例,圖3為工藝設計流程圖。

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

      在計算很多（duō）工藝數據（jù）的時候,除了（le）要使用從CAD係統中（zhōng）得到的數據之外,還要使用到其他工藝設計的數據。所以計算的時（shí）候要根據先後順序來進行,先計算都已知的工（gōng）藝參數,再利用（yòng）已（yǐ）經計算出來的工藝（yì）參數去計算其（qí）他未知的工藝參數。在建立知識庫的時候應該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（yào）計算就要先確定鍛件外徑留量dgLLw。而dgLLw是通過查表得到的。得到dgLLw後（hòu）,就可（kě）以計算鍛件外徑。

      4     結語

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