六级考了三次了,一次比一次分数低,毕业前又考了一次,本来没抱什么打算的,昨天收拾东西,意外地发现了一张皱皱巴巴的准考证,于是兴奋地拿到网上查,竟然考了三百六十多分耶!!!上次只考了三百二十多~~吊而朗当又混完最后一个学期,竟然又进步了四十多分!

 

考试类型： 英语六级准考证号： 372220071210708

你的成绩总分：363

听力：108

阅读：153

综合：45

写作：57

　　四月份在家买了一个5300的水晶壳，花了三块五毛钱，用着还不错。后来回威海没几天，一个不小心挤坏了，于是想到市里去找找有没有卖的再买一个，但一直没有买到。

　　前几天陪同学逛街，在一个手机店里终于看到了一个一模一样的，非常高兴。但我知道威海这边奸商很多的，三块五肯定不会卖给我，至少得十块吧……我问售货员“这种壳多少钱一个啊？”“二十”“十五块卖给我一个行吗？”售货员笑了“十五块钱我们进货都进不来的”

　　……

　　早上画完图回寝室，刚走到材料研究所那个地方，突然发现元宝山背后有很浓的雾，要从山上翻过来！而且速度很快，不一会浓雾就把山顶淹没了，正滚滚的往山下走

　　过了一会我从寝室出来，发现后山已经完全看不见了，大雾已经到了哈尔滨路那个地方

哈工大报讯（李新美/文）  近日，哈工大党委常委会讨论决定，根据哈工大第四届六次教代会代表及第四届教代会常设主席团成员的意见，将综合多方讨论意见后修改的哈工大精神、校训、校歌作为试行方案，自公布之日起在校内外试行，并予以广泛宣传。     哈工大精神的表述为：铭记责任，竭诚奉献的爱国精神；求真务实，崇尚科学的求是精神；海纳百川，协作攻关的团结精神；自强不息，开拓创新的奋进精神。     哈工大校训为：规格严格，功夫到家。     哈工大校歌是由哈工大知名校友、原文化部部长、现全国政协常委刘忠德作词，全国政协委员、中央歌剧院院长刘锡津作曲的《哈工大之歌》。

哈哈！

昨天用食品盒剪成门牌号的形状，在写上号码

在同学寝室门上乱贴

结果！一大帮人都走错寝室了！哈哈！

笑死我了！

　　懒得写字了，请大家凑合着看照片吧～

我的字比较难看，是PS加上去的

是比着青春版牡丹亭的剧照画的

 

　　今天和别人聊天的时候，突然问我，什么时候开学？我回答说：“正月十六！”“那不快了吗？今天正月十二了吧？”我吓了一跳，果然啊！都３月一号了，马上就开学了啊……

　　啥也没弄成，这个寒假才叫失败呢，学了几天车而已，到现在第二门还没约上，１４号肯定是考不成了。考研成绩据说是春节以后公布，可到现在还是一点消息都没有，六级也得再过几天。每天就是不停的上网啊！上网啊！其实也没怎么上，就是在电脑前坐着而已……很无聊的一个月……

今天从群里得到消息,找到一个好网站http://www.tudou.com/playlist/id/144719/

里面竟然找到了向往已久的青春版牡丹亭!

全本牡丹亭,堂堂中华四百年的文化大梦,今日太平盛世方得以现,不得不另人激动

几年前曾经看过一些剧照,就有一种似曾相识的感觉,而真正的视频却始终无缘一见,也曾阿珂说过她那里有VCD,还一直没来得及去借

内行人一般都喜欢张继青版的,而我觉得青春版的更好一些,毕竟演员都是又年轻又漂亮,嗓音也优美,呵呵~~可见我只能算个外行,哈哈,贻笑大方啦~

 

《醉鼓》
男子独舞
编导：邓林
音乐：姚明
服装：邓林
首演：1994年
主演：黄豆豆
团体：上海舞蹈学校

    《醉鼓》是个借酒以醉、以醉借鼓表现一位民间艺术家执著追求事业，甘愿一身清贫，置坎坷于不顾，视艺术为生命的优秀作品。荣获1994年第四届全国青少年“桃李杯”舞蹈比赛优秀教学剧目奖、表演一等奖；1995年全国第三届舞蹈比赛（单人、双人、三人舞）创作一等奖、表演一等奖（同年，改编为群舞，参加1995年中央电视台春节联欢晚会，荣获全国人民最喜爱的剧目金奖）;19％年朝鲜平壤第四届朝鲜国际艺术节金日成最高金奖

    《醉鼓》是个情节性的舞蹈，作品分有三个单元，即戏鼓、哭鼓、舞鼓。第一单元表现一位梨园世家的弟子，酒醉后想起伴随多年的“行头”（鼓），于百感交集中将其偎抱于怀。第二单元则是人醉意不醉，于恍惚瞒珊中宣泄酸甜苦涩的境遇。第三单元系激越奋起，寄情于鼓，燃烧起灵魂之火，以叱咤风云的气度，将生命铸就于事业之中。

      舞蹈作品无论是情节性舞蹈，还是情绪性舞蹈，均须以舞取胜。这是一切舞蹈精品最浅显也是最深奥的要端。如果说这种要端必须贯串于作品始终的话，那么舞蹈的开首就显得尤为重要。《醉鼓》的出场就以它醉态中的貌似出格、却又得体的独特形象，夺得了一语千金的效果。一个醉意浓重的汉子，他没有正面上场，而是背倒着走来，用臀部撞开家门，跌人室内，摔倒在地。简洁、干净、利索，既在人们的预料之中，又在人们的意料之外。这位醉汉，是个技术高强的好手。于是，接着便是一串扫堂接躺海仰天旋转，紧接连续小翻拉提跃上八仙小桌。至此，完成了他酒后回到家门的表述。

      舞蹈以舞取胜，胜在以舞塑造形象，以舞描绘心境。尽管跃上八仙小桌这组动作具有很强的技巧性，甚至可以说是技巧的组合，但观众感受的并不是超凡脱俗的技巧，而是活灵活现的人物形象，即一个饮酒人醉、身手不凡的民间艺术传人。当他似醒非醒时，实则人醉心不醉，形醉意不醉，心绪仍拴在他的鼓上，于是在举足难支的醉态中四下寻鼓、找鼓。就在那八仙小桌上，一会儿翻、一会儿转、一会儿挺立、一会儿伏体，跳跃控制交替出现，姿态造型接连迭起，最后以倒挂金钩的形态，从桌下将鼓抱起。这组舞蹈，恰如其分地展示了他与鼓的不解之缘，以及鼓在他心目中所占据的重要位置。

     鼓在《醉鼓》中是件不可或缺的道具，但作品的文章却没有做在鼓的敲打与作乐上，而是将其成为情感的载体、思绪的媒介，这就从深层<BR>意义上注人了活力。如舞者抱起鼓凝视着、沉迷着的形态，似乎有万语千言要诉说，似乎又无心无端无叙意；是历经的甘苦太多，还是遭遇的坎坷太烈；要在煎熬中搏击而去，或在激流中奋进而为；仿佛是在颤抖，又像是在呐喊，这一腔难以言状的感叹，凝聚成嚎陶痛哭的舞段。他急速转动身躯，抱鼓飞跃跳起，左右展臂，忽卧忽起，以(本贴来自 领舞网)

      一组简短的组合动作，揭示了万缕情思于心中撞击的躁动。看来，在运用舞蹈手段创造人物形象的过程中，有时并不在于要做多少动作，要跳多长舞段，关键是所编的动作或舞段要准确地表达特定的内心情感，使之形成特定情感的专用语汇。这里，动作虽少，舞段虽短，却比较精确地昭示了此时此刻人醉意不醉，以醉抒不醉的复杂情怀。 但是，无论情感多么复杂、思绪多么纷繁，焦点却只有一个，即对鼓的迷爱。这种迷爱，在舞蹈进人高潮时表现得尤为突出。当舞者揉动着鼓时，突然迅雷不及掩耳般地以乌龙绞柱凌空而起的动作，将舞蹈急速推向高潮，接着便是一连串的提鼓、托鼓、举鼓的舞蹈组合，时而左向伸展，时而由右收缩，时而顶立如柱，时而举步似飞，或跳、或转、或扭身、或屈体，始终将鼓搂抱于怀中，似乎鼓就是生命，鼓就是血脉，人与鼓，鼓与情，情与形水乳交融，浑然一体。真切地反映出民间艺术家对艺术、对事业、对人生的热情与酷爱，从而使作品的思想意蕴得以艺术的升华。此外，《醉鼓》在舞蹈语汇的编织上也别有匠心，乍看是从醉字而人，实则是由醉字而出。人时以曲线的移动与倾斜为基本形态，出时以肢体的伸展与柔韧为主导动律，柔中有刚，刚中有韧，并由此而构成了《醉鼓》的舞蹈特色。其中，有步态失重的走动，也有形体失衡的舞姿，更有歪而不倒、斜而不摔的醉意，却没有跌跌撞撞、踉踉跄跄、步不触地、脚不踏实的醉态。整个舞蹈熔柔韧、刚烈与变异为一炉，激越时大气磅礴，沉静时曲蜷成团，温雅时方正得体，暴烈时形神无度，不拘一格地塑造了一个水酒醉人人不醉的人物形象。(本贴来自 领舞网

真是冤枉啊~不知道怎么中了一个QQ病毒~说一个网站可以看   看A片什么的

结果~~~给每个QQ好友自动发了一个这个样的消息

 

后来~~群里都在讨论说我看黄网了!!!

真是冤枉

 

A片?就是那种一个男的一个女的嘿咻嘿咻的~~~那种片~~而已

 

了解我的人都知道啦,昆哥对那种东西从来不感兴趣滴~~~~

 

昆哥看A片,真是搞笑嘛~~~真是天大的笑话

哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈哈

真是搞笑~

　　今天去驾校了，有老师教的就是不一样啊，也就是一天的时间入库什么的就已经有一点感觉了，老师脾气还特别好，也不嫌俺笨，不像老爸似的，动不动就吼啊吼的，一做错什么就笑话我……理论还没考，今天在网上找了一份题目做了一下得了７８分！及格线可是９０分啊！这几天还得抓紧加班看一下才成，８号就考试了……

第7章CAD/CAPP/CAM集成技术
7.1CIMS环境下的CAD/CAPP/CAM
CAD/CAPP/CAM集成系统是CIMS的核心，在CIMS环境下，除自身各子系统之间需要实现集成之外，还需要与CIMS其它系统如管理信息系统（MIS）、制造自动化系统（MAS）、质量保证系统（CAQ）等实现集成，通过数据交换实现信息共享。CAD/CAPP/CAM系统与MIS、MAS、CAQ之间信息传递的关系如图7-1所示。
7.1.1 CAD/CAPP/CAM系统与MIS的关系
在CIMS环境下CAD/CAPP/CAM系统需要向MIS系统传递如下信息：（1）产品设计方面的信息。主要有工世路线、工时定额、材料定额、工序、有关使用刀具的信息、有关使用机订方面的住院息、装配工艺等。（3）有关工艺装备方面的信息。主要有各种工装零件的信息、刀具、夹具、模具、量具等方面的信息。（4）有关产品加工方面的信息。主要有刀具变更通知单及有关内容、夹具变更通知单及有关内容等。
MIS系统需要向CAD/CAPP/CAM系统递的信息主要有：新产品开发位于息、含有后服务反馈信息；工装整修要求；作业计划；工装要求；工作指令；设备封存、大修、转移信息；工具、工装库查询信息；工具、工具准备信息等。
7.1.2 CAD/CAPP/CAM系统与MAS的关系
CAD/CAPP/CAM系统与MAS之间有大量的信息传递，其中：CAD/CAPP/CAM系统向MAS系统传递的信息主要有：零件图、工艺文件、NC程序、DNC故障诊断结果、设备故障诊断结果等。（2）MAS向CAD/CAPP/CAM系统传递的主要信息有：故障信息统计、设备信息、生产过程统计信息等。
7.1.3 CAD/CAPP/CAM系统与CAQ的关系
这两系统之间也有较多的信息传递，其中：（1）CAD/CAPP/CAM系统向CAD系统传递的信息主要有：产品的零件图、装配图；有关的设计文件；零件的各种偏差值；加工工艺路线、工序、工步；各种刀具、模具、量具信息等。（2）CAQ系统向CAD/CAPP/CAM系统传递的信息主要有：质量改进项目、质量改进措施、质量处理分析单、产品物资变更通知单、产品物资变更零件记录等。
7.1.4 CAD/CAPP/CAM集成方式
CAD/CAPP/CAM系统之间信息交换的方式（集成方式）主要有：（1）通过专用数据格式的文件交换产品信息；（2）通过标准数据格式的文件交换产品信息；（3）通过统一的产品模型交换信息等集成方式。
1.通过专用数据格式文件交换产品信息的集成方式之种集成方式如图7-2所示。这种方式，各应用系统所建立的产品模型各不相同，相互间的数据交换需要存在于两个系统之间。其特点是原理简单，转换接口程序易于实现，运行效率较高。但当子系统较多时，接口程序增多（若有n个子系统，则其内部用于数据交换的最大接口数为Im=2C n2个，增加一个新子系统需增加的最大接口数为△Im=2n），而且编写接口时需要了解的数据结构也较多，当一个系统的数据结构发生变化时，引起的修改量也较多。这是CAD/CAPP/CAM系统发展初期所采用集成方式。
图7-2通过专用数据格式的文件交换产品信息
2.通过标准数据格式的文件交换产品信息的集成方式，这种集成方式如图7-3所示。系统中存在一个与各子系统无关的标准格式，各子系统的数据通过前置处理转换成标准格式的文件。各子系统也可以通过后置处理，将标准格式文件，转换为本系统抽需要的数据。这种集成方式，每个子系统只与标准格式文件打交道，无需知道别的系统细节，为系统的开发者和使用者提供较大的方便，并可以减少集成系统的接口煤田数（其用于数据交换的最大接口数为Im=2n，增加一个子系统需增加的最大接口数为△Im=2）和降低接口维护难度，但这种集成方式需要解决各子系统间模型统一问题，且运动效率较低，也不能算是一种十分理想的集成方式。
3.通过统一的产品模型交换的集成方式，这种集成方式如图7-4所示。这种方式采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据管理软件来管理数据。各子系统之间可直接进行信息换，而不是将产品信息转换成数据，再通过文件来交换，这就大大地提高了系统的集成性，。这种方式是STEP进行产品信息交换的基础。
7.1.5关于CAD/CAPP/CAM集成电路成的关键技术问题
作为CTMS核心技术的CAD/CAPP/CAM系统，主要支持和实现CIMS产品的调计、分析、工艺规化、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。CAD/CAPP/CAM的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目标是产品设计、工程分格、工程模拟 直至产品制造过程中的数据具有一致性，且直接在计算机间传递，从而跨越由图纸、语言、编码造成的信息传递的〃鸿沟〃减少信息传递误差和编辑出错的可能性。由于CAD、CAPP和CAM系统是独立发展起来的，它们的数据模型彼此不相容。CAD系统采用面向数学和几何学的数学模型，虽然可完整地描述零件的几何信息，如精度、公差、表面粗糙度和热处理等只能附加在零件图纸上，无法在计算机内部逻辑结构中得到充分表达。CAD/CAM的集成除要求几何信息外，更重要的是需要面向加工过程的非几何信息，因此，CAD、CAPP、CAM之间出现了信息中断。建立CAPP子系统和CAM子系统时，皆要补充输入上述非几何信息，甚至还要重重复输入加工特征信息，人为干预测最大，数据大量重复，无法实现CAD/CAPP/CAM的集成。
为了实现CAD/CAPP/CAM的集成，CAD、CAPP、CAM之间的数据交换与共享是亟待解决的重要问题 ，解决的办法是建立CAD/CAPP/CAM范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，并以此模型为基础，运用产品数据交换技术，实现CAD、CAPP、CAM间的数据交换与共享。该模型不仅能支持设计与制造各阶段所需产品定义信息（几何信息、工艺和加信息）而且还提供符合人们思维方式的高层次工程描述语——特征，并能表达工程师的设计与制造意图。因而特征技术已成为CAD/CAPP/CAM集成的关键技术之一。
目前已有的CAD/CAM系统集成，主要通过评论年来料现CAD与CAM之间的数据交换，不同子系统的文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。为了提高数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据一致性、可靠性和数据共享，采用工程数据库管理与共享，因此集成数据管理也是CAD/CAM集成的项关建技术。
在CAD/CAPP/CAM的集成中，有大量数据需要进行交换，目前的传输方式已无法满足集成化的要求。为了提高这些数据交换的速度，保计数据传输才能在各系统之间方便、流畅地传输。因此，产品数据交换标准是CAD/CAPP/CAM集成的重要基础。
关于特征建模技术、集成数据管理和产品交换标准分别在下面三节中作介绍。
7.2特征建模技术
7.2.1产品建模技术的发展概况
产品设计过程也是信息处理的过程。设计过程中产品信息的表达式达方式与当时的生产发展水平紧密相关。在60年代末，随着CAD和CAM概念的逐步形成及计算机硬件和软件的飞速发展，产品的表达方式发生了显著的变化，主要采用模型化计算机语言表达，相继出现了几何模型、线框模型、表面模型、实体模型、GT代码以及80年代末期的特征模型。
如第三章所述，线框模型结构模型结构简单，容易处理，适合表达自由曲而后产品，但由于它不包含零件的表面信息，不能区分零件表面的里边或外边，对零件描述不完整，且有二义性。表面模型能处理较复杂型而后设计与加工，只能表现零件几何形状的外壳，不能描述零件内部的信息，实体模型能完整地描述产品的几何形状，数据结构简单，可以表示更高层次的特征信息与拓扑信息，适合构造复杂的零件，但不能表达面、边、点的信息。而这些正是CAPP/CAM描述产品精度等信息所必要的。GT代码是及若干位数码来抽象地表达零件的几何、工艺特征，但由于描述方法简单，对于需要生成详细工序、工步内容的CAPP系统来说，靠几位或十几位数据码来描述零件信息就远远不够了。
上述几何模型的共民特点是，仅能描述零件的几何数据，难以在模型中表达特征及公差、精度、表面粗糙度和材料热处理等工艺信息，也不能表达设计意图。GT码虽通报表达工艺信息，但不完整和不精确，满足不了CAPP/CAM的需要。
从CAD/CAM集成的角度出发，要求从产品整个生命周而复始各阶段的不同需求来描述产品，能够完整地、全面地、描述产品的信息，即重构零件模型，使得各应及系统可以直接从该零件模型中抽取所需的信息，人们把这种模型，这样的建模技术称职为产品建模或特征建模，是目前被认为最适合于CAD/CAM集成系统的产品表达方法。
国外在系统集成方面作了大量工作，涌现出许多集矶化的系统软件，如美国SDRC公司研制的集设计、仿真、加工、测试、数据库为一体的Master Series CAD/CAE/CAM集成系统；法国国家科研中心的集几何模型与特征模型于一体的ErclidCAD/CAM 集成系统；美国Pa-rameteic Technology公司的Pro/Engineer以及CADAM、CATIA、ICEM等集成化软件系统等。
我国在系统集成化方面也作了许多工作，例如有关高校、科研院所与CIMS重点应用不着、工厂共同研制出回转体零件、箱体零碎件、结构等零件的CAD/CAPP/CAM集成系统并得到了广泛的应用。
7.2.2特征建模方法综述
特征建模可大至归纳为交互式特征定义、特征识别和基于特征设计三个方面。
1.交互式特征定义    利用现有的造型系统建立产品的几何模型，由用户直接通过图形交互式拾取，定义特征所需要的几何要素，并将特征能数或精度、技术要求、材料热处理等信息作为属性添加到特征模型中。这种建模方法自动工经程度低，产品数据的共享也难易实现，信息处理过程中容易产生人为的错误。
2.特征识别    将几何模型与预先定义的特征进行比较，确定特征的具体类型及其它信息。它一般由下列步骤组成：1）搜索产品几何数据库，匹配特征的拓扑几何模型；2）人数据库中提取已识别的特征信息；3）确定特征参数；4）完成特征几何模型；5）组合简单特征以获得高级特征。
以上识别的主要是加工特征。然而，提取产品的特征信息是非常困难的。曾经有不少学都对特征识别的算法进行了深入研究，如特片匹配法、CSG树识别法、体积积分法、实体生成法等，但结果并未令人满意。特征识别往往只对简单形状有效，而且CAPP所需要的公差、材料等属性仍然缺乏。针对特征识别中存在的困难和问题，WilsonP&#8226;R等提出直接采用特征建立产品模型，而不是事后去识别特征的观点，这正好反映了基于特征设计的基本思想。
3.基于特征的设计  用户直接用特征来定义零件几何体，即将特征库中预定义的特征实例化后，以实例特征为基本单元建立特征模型，从而完成产品的定义或设计。
7.2.3 特征概念与分类
1．特征概念  自70年代末提出特征概念以来，至今仍未有一个严格的完工整的定义，比较一致的意见认为特征是具有属性，与设计、制造活动有关，并含有工程意义的基本几何实体或信息的集合。
这个定义强调了特征具有包括几何形状、精度、技术特征和管理等属性，同时强调了特征是与设计活动和制造方法有关的几何实体，因而是面向设计和制造的，而且该定义还强调了特征含有工程意义的信息，即特征反映了设计者和制造者的意图。
2.特征的抽象和分类  不同的应用领域和不同的工厂，特片的抽象和分类方法有所不同。通过分析机械产品大量的零件图纸信息和加工工艺信息，可将构成零件的特征分为五大类：（1）管理特征  与零件管理有关的信息集合，包括标题栏信息（如零件名、图号、设计者、设计日期等），零件材料，未注粗糙度等信息；（2）技术特征  描述零件的性能和技术要求的信息集合；（3）材料热外理特征  与零件材料和热处理有关的信息集合，如材料性能、热处理方式、硬度值等；（4）精度特征  描述零件几何表状、尺寸的许可变动量的信息集合，包括公差（尺寸公差和形位公差）和表面粗糙度；（5）形状特征  与描述零件几何形状、尺寸相关的信息集合，包括功能形状、加工工艺形状、装配辅助形状。
除上述5类特征外，针对箱体类零件提出方位面特征，即零件各表面的方位信息的集合，如方位标识、方位面外法线与各坐标平面的夹角等。另外，工艺特征模开支中担出尺寸链特征，即反映轴向尺寸链信息的集合。还有装配特征，即零部件装配有关的信息集合，如零部件的配合关系、装配关系等。
形状特征是描述零件或产品的最主要的特征，有必要对它再详细分类。
3.形状特征的分类  很据形状特征在构造零件中所起的作用不同，可分为主形状特征（简称主特征）和辅助形状特征（简称辅特征）两类，如图7-5所示。
（1）主特征  主特征用来构造零件的基本几何形体。根据其特征形状的复杂程度又分为简单主特征和宏特征两类：1）简单主特征，主要指圆柱体、圆锥体、成形体、长方体、圆球、球缺等简单的基本几何形体。2）宏特征，指具有相对固定的结构形状和加工方法的形状物征，其几何形状比较复杂，而又不便于进一步细分为其它形状特征的组合。如盘类零件、轮类零件的轮幅和轮毂等，基本上都是由宏特征及附加在其上的辅特征（如孔、槽等）由一个宏特征构成。宏特征的定义可以简化建模过程，避免各个表面特征的分别描述，并且能反映出零件的整体结构、设计功能和制造工艺。
（2）辅特征  辅特征是依附于主特征之上的几何形状特征，是对主特征的局部修饰，反映了零件几何形状的细微结构。辅特征附于主特征，也可依附于另一辅特征。根据辅特征的特点，将其进一步分为简单辅特征、复制特征和组合特征。1）简单辅特征，指倒角、退刀槽、螺纹、花键、V形槽、T形槽、U形槽等单一特征。它们可以附加在主特征上，也可以附加在辅特征上，从而形成不同的几何形体。例如，若将螺纹特征附加在主特征外圆柱体上，则可形成外圆柱螺纹；若将其附加在内圆柱面上，则形成内圆柱螺纹。同理花键也相应可形成外花键和内花键。因此无须逐一描述内螺纹、外螺纹、内苍键和外花键等形状特征，避免了由特征的重复定义而造成特征库数据的冗余现象。2）组合特征，指由一些简单辅特征组合而成的特征，如中心孔、同轴孔等。3）复制特征，指由一些同类型辅特征按一定的规律在空间的不同位置上复制而成的形状特征。如周向均布孔、矩形阵列孔、油沟密封槽、轮缘（如齿圈、V带轮槽等）。
7.2.4特征联系
为了方便描述特征之间的联系，提出特征类、特征实例的概念。特征类是关于特征类型的描述，是所有相同信息性质或属性的特征概性的特征概括。特征实例是对特征属性赋值后的一个特定特征，是特征类的一个成员。特征类之间、特征实例之间、特征实例之间有如下的联系：
1. 继承联系  继承联系构成特征之间的层次联系，位于层次上级的叫超类特征，位于层次下级的叫亚类特征。亚类特征可继承超类特征的属性和方法，这种继承联系称AKO（A—Kind—of）联系。如特征与形状特征之间的联系。另一种继承联系是特征实例之间的联系，这种联系称为INSA（Instance）联系。如某一具体的圆柱体特征类的一个实例，它们之间反映了INS联系。
2. 邻接联系  反映形状特征之间的相互位置关系，用CONT(Connect—To)表示。构成邻接联系的形状物征之间的邻接的状态可共享。例如一根阶梯轴，每相邻两个轴段之间的关系就是邻接联系，其中每个邻接面的状态可共享。
3. 从属联系  描述形状特征之间的依从或附属关系，用IST（Is—Subordinate—To）表示。从属的形状特征依赖于被从属的形状特征而存在，如倒角附属于]圆柱体。
4. 引用联系  描述特征类之间作为关联属性而相互引用的联系，用REF（Reference）表示。引用联系要存在于形状特征对精度特征、材料特征的引用。
7.2.5特征的表达方法
特征的表达主要有两方面的内容：一是表达几何形状的信息，二是表达属性或非几何信息。根据几何形状信息和属性在数据结构中的关系，可分为集成表达模式与分离模式。前者将属性信息与几何形状信息集成地表达在同一内部数据结构中，而后者是将属性信息表达在外部的与几何形状模型分离的外部结构中。
集成模式的优点：1）可以避免分离模式中内部实体模型数据和外部数据的不一致和冗余；2）可以同时对几何模型与非几何模型进行多种操作，因而用户界面友好；3）可以方便地对多种抽象层次的数据进行存取和通讯，从而满足不同应用的需要。但对集成模式，现有的实体模型不能很好地满足特征模型表达的要求，需要从头开始设计和实施全新的基于特征的表达方案，工作量大。因此，也有些研究者采用分离模式。
几何形状信息的表达，有隐式表达和显式表达之分。隐式表达是特征生成过程的描述；显式表达是有确定的几何/拓扑信息的描述。如图7-6所示的一个外圆柱，显示表达将含有圆柱面、两底面及过界细节；陷式表达用中心线、长度和直径来描述。
隐式表达的特点是：1）用少量的信息定义几何形状，简单明了，并可为后续的应用（如CAPP系统）提供丰富的信息；2）便于将基于特殊征的产品模型与实体模型集成；3）能够自动地表达在显式表达中不便或不能表达的信息，显式表达的特点：1）能更准确地定义特征形状的几何/拓扑信息，更适合于表达特征R 的低级信息，能为后续应用，（如NC仿真与检验）提供准确的W低级人息；2）能表达几何形状复杂（如扑克由曲面）而又不便隐式表达的几何一形状与拓扑结构。
当然，无论是显式表达还是隐式表达，单一的表达方式都不能很好地适应CAD/CAM集成对产品特征从低级信息到高级信息的需求，因此显式与隐式混合表达模式是一种能结事各自的形状表达模式。
7.2.6特征库的建立
为了建立特征模型，进行基于特征的设计和工艺设计及工序图绘制，必须有特征库的支持。调用特征库中的特征，对零件进行产品定义，利用特征图拼装零件图和CAPP中的工序图，因此特征库是基于特征的各系统得以实现的基础。
为了满足基于特征和各系统对产品信息要求，特征库应有下列功能：1）包含足够的形状特征，以适应众多的零件；2）包含完备的产品信息，既有几何/拓朴信息，又具有各类推特征信息还包括零件的总体信息；3）特征库的组织方式，应便于操作、管理、方便用户对特征库中的特征进行修改、增加和删除等。
为了能达到特征库的上述要求，特征库中应包含完备的产吕喧义数据，并能实现对管理特征、技术特征、形状特征、精度特征和材料特征等的完整描述。因此特征库应包括上述5类特征的全部人息。
为使特征的表达能方便地实现上术功能特征库可以采用以下不同的组织方式：1）图谱方式，画出各类特征图,附以特征属性,建成表格形式。此种方工简单、直观,但只能查看,无法实现计算机操作。2）用EXPRESS语言对特征进行描述，建成特征的概念库，EXPRESS语言是PDES/STEP推荐的一种让算机右处理的形建查语方（详见7.4节）用它来建立特征库，以便使那些基于特征的计算机辅助系统根据系统本身的软、硬件的需要，映射为合于自身的实现语言（如图EXPESS语言映射为C可C++等）从而使得特征库甩为这些系统的可用特征信息源。3）用计算机可执行库程序设计语言（如图C、C++等）描述特五，进行产品设计和工艺设计时，直接调用特征程序文件，进行绘图和建立产品信息模型。
7.2.7零件信息模型
1.基于特征的零件信息模型的总体结构 一个完整的产品模型不仅是产品数据的集合，还应反映出各在数据的表达方式以及相互间的关系，只有建立在一定表达方式基础上的产品模型，才能有效地为各应用系统所接受和处理的，作为完整表达产品信息的零件模型应包括有达各类特征的模型，即管理特下模型，形状特征模型、精度特征模型、材料热处理特征模型和技术特征模型。
基于特征的零件信息模型的总体结构如图7-7所示。它表示零件信息查型的分层结构，即零件层、特征层和几何层等三个层次。零件层主要的反映零碎件的总体信息，是关于零件子模型的索引指针或地址；特征层是一系列的特征子模型及其相互关系；几何去何层反映零件的点、线、面的几何/拓朴信息。分析这个模型结构可以知道，零件的几何/拓扑信息是整个模型的基础，同时也是零件图绘制、有限元分析等应用系统关心的对象。而特征层则是零件模型的核心，特征层中各种特征中各各种特征子模型之间的相互联系的反映了特征间语义关系，使特征成为构造零件的基本单元具有高层次忍气吞声工程含义，该模型可以方便地提供高层次的产品信息，从而支持面向制造的应用系统，（如CAPP、NC编程、加工过程仿真等）对产品数据的需求。
2.零件信息模型的数据结构  现以回转体零件为例，说明零件信息模型的数据结构。
（1）管理体制特征模型的数据结构   管理特征主要是描述零件的总体信息和标题栏信息。如零件名、零件类型、GT码、零件的轮廓尺寸（最大直径、最大长度）重量、件数、材料名、设计者、设计日期等等，其数据结构如图7-8所示。图中符号含义见图7-9。
（2）形状特征模型的数据结构  形状特征模型包括：几何属性、精度属性、材料、热处理属性和关系属性等。几何属性用来描述形状特征的公称必几何体，包括形状特征本身的几何尺寸即定形尺寸 及形状特下的定位坐标和定位基准。精度属性是指几何形体的尺寸公差、形状公差、位置公差和表面粗糙度，材料热处理属性是指形状特征上具有某些特殊的热处理要求，如某一表面的局部热处理要求。关系属性是指形状特征之间的联系，是邻接联系还是从属联系，形状特征卢精度特征、材料热处理特征之间相互引用联系，形状特征模型的数据结构如图7-9所示。
（3）精度特征模型的数据结构  精度特征模型的信息内容大致分为下无三部分：1）精度规范信息，包括公差类别、精度等级、公差值和表面粗糙度。尺寸人差包括公差值、上偏差、下偏差、公差等级、基本偏差代号等。几何公差包括形状公差和位置公差。2）实体状态信息，实体状态信息是指最大实体状态和最小实体状态。30基准信息。对于关联几何实体，则必须具有基准信息。精度特征模型的数据结构如图7-10所示。
（4）材料热处理特征模型的数据结构包括材料信息和热处理信息。材料信息包括材料名称、牌号和杨械性能能数；热处理信处理信息包括处理方式硬度单位和硬度值的上、下限等。材料热处理特征模型的数据结构如图7-11所示。
（5）技术特征模型的数据结构技术特征模型的信息包括零件的技术要求和特性表等。这些住处民不有固定的格式和内容，因而很难用统一的模型来描述。
根据上述零件信息模型的总体结构和各特征模型的数据结构，可以建立基于特征的零件信息模型。现以图7-12所示，轴为例，说明零件信息模型的数据结构。图7-13说明形状特征3的数据结构。
7.2.8机械产品的装配模型
机械产品的功能和设计者的意图体现于零件的具体几何结构，特别是零件间的相互连接和装配关系，这就要求新一代CAD/CAM系统十分重视在装配层次上的产品建模，而不是在零件层建模。
1.装配建模方法  装配建模有两种方沙土，即自底向上建模和自顶向下建模，前者是在整体方案确定后，设计人员利用CAD工具分别进行各个零件的详细结构设计，然后定义这些零件之间的装配关系，形成产品模型，后者首先建立产品的国能圾达，并分析这种表达是否满足产品要求，然徨设计者利用CAD系统不断细化零碎件的几何结构，以保证零件的结构满足产品的功能要求，建立产品模型。
计算机辅助主品建模一般采用这两种方式的综合，产品功能要求和方案设计制约着零件结构设计，而零件的详劝结构设计反过来影响着产品的装配方案，因此零件建模和装配建模必须结合进行。产品的装配模型是建立在高层语义信息基础上的，因此产品装配模型也应采及特征来建模。
2.装配模型的信息要求  装配体是一组相互关系的零件的集合，描述一个完整的装配体，除各个零件的信息外，还需要零件间本互关联的性质和结构，因此，装配模型的完整信息包括三个方面：零件信息；装配体中零件之间的层次关系；确定装配中零件位置和方向的装配关系。
（1） 零件信息  除 7.2.7中所讨论的零件特征模型信息外，还有装配属性的信息。它包括零件之间的层次关系、配合关系及特征之间的相互引用关系。
（2） 层次关系  装配体可能分解成不同层次的子装配体，子装配体又可分解成若干子装配体和各个零件。装配体一般指机械产品，子装配体是指部件通赤字把零件、子装配体、装配体之间的这种层次关夭直观地表示成一装椟树，如图7-14所示，树的根节点是装配体叶节点是组成装配体的各个零件，中间节点则是女孩子装配相。装配树的层次关系体现了实际形成装配体的装配顺序，同时也表达了装配体、子装配体及零件之间的父、子从属亲系。
（3） 装配关系  装配关系也包括两个方面的内容：1）确定装配体中零件相对位置和方向的定位关系；）形成装配体的各个零件参与装配的局部几何结构之音质配合关系。
3.装配模型的结构
（1）特征装配属性的表达结构  产品的装配关系最终落实到零件之间的各种关系。所谓装配的特征模型，就是将装配体的装配信息（层次信息和配合信息）表达成相关零件相应特征的装配属性，用特征的确良装配属性眯表达装配信息，把装配信息表达到零件模型之中，从而建立起零碎件之间的各种装配关系，形成一个完整的产品模型，特征装配属性的表达结构如图7-15所示。
（2）装配体的表达结构  装配体的层次关系中，装配体、子装配体表达了上组零件装配形成的一个整体概念，包含各种装配关系不的描述集，体现了装配顺序以及主从关系，因此，除了用特征表示零件装配关系之外，还必须描述装配体和子装配仃的整体性质，装配体温表和子装配仃具有同样的结构，采及统一的表达结构，其表达结构如图7-16所示。图中将部件名、部件个数和功能描述称职为部件的说明住处民，而将上、下层装配体和零件和索引称为层次信息。
（3）基于特征的主品装配模型  在上术零件特装配属性的表达结构和装配体表达结构的基础上，可以建立基于特征的产品装配模型，该装配模型的总体结构如图7-17所示，图中引入零件实例和装配实例的概念。在一个装配体中，桢的零、部件可能会有多个实例。比如同一型号的螺栓零件实例的不同，在于它们不同的空间位置以及相应的特征装配属性的不同，零件实例就是零件的一组特征装配属性，记录了地零件的装配关系，零件则记录模型的其它信息 ，装配体实例记录装配体的层次信息，而装配体则记录装配体的说明信息。
7.3 CAD/ACPP/CAM集成数据管理
7.3.1 CAD/CAM工程数据库的特点和功能要求
1.CAD/CAM集成中的数据类型的特点
（1） CAD/CAM工程领域的数据类型  在CAD/CAM集成过程中要利用和生成大量的工程数据，这些数据包括1）工程设计和分析数据。其中一部分是各种设计规范和标准性以及产品的技术的参数，这些数据是供设计过程选用的静态数据。另一部分是设计过程中生的数据，如产品的结构分析、性能分析、图形、尺寸公差、技术要求、材料热处理数据，这些数据具有高度的动态性。2）产品模型数据。包括基本体素，产品零、部件的几何/拓扑信息，零、部件的整体几何特征信息，几何变换信息和其它特征信息，这类数据量大，数据结构复杂。3）产品图形数据。零件图、部队件图和装配图的数据。4）专家知识和推理规则。主要包括智能CAD、CDPP系统中专空的经验知总值和推理规则。5）产品的加工数据。计算机辅助制和造中，需要查找一系列的标准和工艺数据，同时还生成大量的加工数据，这些数据同样具有动态特性。
（2）CAD/CAM工程数据的特点  上术工程数据具有下列特点1）数据结构复杂。机械产品设计的数据，除结构化数据外，还有图形、文字、表格等非结构化数据，而且在设计过程中，数量不断增大，类型不断增多，且要不断修改和补充。2）数据联系复杂。在数据元素之间存在复杂的联系，如1对1、1对多、多对多功能的联系等，其中1对多、多对多的联系比较普遍。如部件与零件之间是1对多联系，三维形式体中的边与面之间的关系是多对多联系，3）数据的一致性。工程数据中存在着从产品的初始模型推导出的二次数据，一旦初始模型被修改，导出数据也就失效，需要重新计算，用新的数据取代失效的数据，以保持数据库中数据的致性。4）数据的使用和管理复杂。数据库既要处理设计过程中的图形数据和非图形数据，还要便于查找、调用、存储和组织这两类数据。
2.CAD/CAM集成中工程数据库的特点和功能要求  目前在商业领域广泛应用的数据库管理系统大多是处理商用事务为数据，对于处理数量大、形式多样、结构繁琐、关系复杂、活动规律性差点、动态性能的CAD/CAM过程中的工程数据，还不能满足要求，尽管人们试图采用扩充撤离法来满足工程要求，但仍受传统数据模型内在能力的限制，同样不能真下适应工程方面的需要，目前正在研究和开发适合于CAD/CAM的新一代工程数据库管理系统，它应具有下列特点和功能要求：
（1） 动态处理模式变化的功能  由于设计过程和工艺规划过程中产生的数据是不断变化的，要求工程数据库管理系统能支持动态描述数据库中数据的能力，使用户既能修改数据库中的值，又能修改数据结构的模式。
（2） 能描述和处理复杂的数据类型  由于工程数据结构复杂，语义关系不十分丰富，因此工程数据库管理系统不仅要支持用户定义复杂的类型，而且还要支持多对多关系、递归关系等复杂数据结构的描述。
（3） 支持工程设计事务  工程设计事务是长达以小时 、天或周计的长事务，长时间封锁某一设计对象，半严重地影响到主读报并行性，同时，长时间的设计数据的丢失，不仅是时间睥损失，而且是设计者劳动成果的损失，因此必须解决工程长事务中对设计对象的封锁、恢复、共享等问题。
（4） 设计信息流的一致性和完整性控制  设计过程是并行协作过程，设计者应使自己的早期设计数据供协同工作的其它设计者共享，以便使设计任务并行开展。工程数据库管理系统必须提供一定的控制机制，确保设计对象的一致敬性和完整性。
（5） 版本控制管理  设计是一个设计——分析——再设计的反复过程。设计者经常要对设计过程进行回溯，并重新进行新一轮设计，版本管理应能记录过程一味的历史数据，使设计回溯到一个合理的阶段，不致使整个设计推翻重新开如。同时设计对象的版本管理应能提供多个设计者并行更新同一设计对象机制，以提高设计的并行性。
（6） 支持俘布环境  CADCAM系统中，数据管理往往分布于工程活动的全过程应用系统的地理位置也可能是分散的，且各地的数据闸有的是面向全局的，有扫是面向局部的。在这种分散环境下，分布数据处理自然是工程数据库管理系统的一个重要功能。
（7） 权限控制  工程设计是一个众多设计者共同参与的设计环境，同时每一个设计子任务，由于专业方面的原因，在某种程度上，具有相对而言独立性，由于不同人员都可使用数据库，为了安全起见，对设计对象、数据库资源以及各类设计人员给予一定的权限范围，可以控制一些非法用户访问或修改数据库。
（8） 用户管理  数据库管理系统对于数据操作语言（DML）应提供与工程设计常用算法语言的接口，并提共适应工程环境要求的用户界面。
工程数据库管理系统的开发工作始于70年代末期，其发展的开始阶段，一般仍采用传统的数据模型，而且以网状和关系对传统的数据模型进行改进和混合。使它适合工程应用环境，已有一些实验性的具有一定实用价值的工程数据库管理系统得到开发和应用，但仍有一定的局限性，不便于各种数据模型之间转换。
近10年来对新的数据模型和数据管理模型的研究是工程数据库管理系统的一个重要方面，并且相继出现了多种类型的数据模型和数据管理模型，在这些新的模型中，CAD/CAM环境数据管理参与模型和面向对象数据模型被认为是比较适合于CAD/CAM工程领域的模型，面向对象数据库管理系统可以认为是适合于CADCAM集成系统中最有希望的新型数据库管理系统。
另外，由于CAD/CAM的各子系统的数据库往往分布在不同地方，而且共享数据环境是异构的（即硬件、网络、操作、数据环境不同），目前集中式数据库系统已不能适应这种要求，异构分布式数据库系统也得到一定的研究和开发。下面对这些新型的数据管理模型和管理系统系统作一简单的介绍。
7.3.2集成数据管理的参考模型
在说明参考模型之前，先说明一些术语。
客户：在分布式计算环境中，向服务器请求服务（如打印、处理等）的进程、节点或计算机系统。
服务器：在分布式计算环境中，提供数据库存贮方法及进程服务的开放系统。
客户——服务器：是在网络基础上以数据管理系统为后缓、以微机为工作站的一种新的计算机结构体系
模式：数据库数据的总体逻辑结构。
处理器：用来执行用户、数据管理体制进程及其它进程的部件。
访问控制：专指防止未授权的用户使用与访问数据，保证数据管理安全的策略。
开发控制：CAD/CAM信息系统往往由多用户并发地共享资源此时集成数据管理必须保证不骼户的要求，独立地执持各种处理，互不干扰，不破坏数据的完整性。
集成数据管理体系结构的参考模型是在CAD/CAM集成环境下对不同数据的管理以及与管理有关处正是的模型，它包括适用所有数据管理（以下用BM表示）的通用模型，是在单一数据库环境、分布数据库环境等具体条件下的体系结构参考模型。现对这些参考模型分述于下。
1. 集成数据管理的通用模型  通用模型表示集成数据管理所共有的处理器具类的特性。它以数据库类的模式类为基础，反映了客户对存于数据库中的数据如何进行定义和实现访问的一般过程。图7-18表示通用模型的部件及其相互关系。
2. 单一数据库环境的在考模型  图7-19为单个数据库环境的参考模型。该模型说明了单个数据库环下的数据库控制器及其服务。图中SE为单台计算机系统的标识，单台计算机系统数据库（用SE DB表示）控制器提供数据管理服务，访问单机模式有关服务。
图7-20为多用户访问单数据库环境的情况。单数据库控制器能支持多客户（用户）的开发事务，用户处理器可以同时物质财富单数据库控制器提出访问要求，SE DB控制器应当给予响应，而又使每一个用户处理器的事务不会影响其它用户处理器。
图7-21为在多用户的条件下任一用户都可访问多个单一数据库环境的实例。这时，能访问多个SE DB的每个客户口处理器都必须具有识别将用户服务请求发向哪一个SE DB 的功能。因为SE DB控器的服务只能支持对本身SE DB的访问，而不支持多DB环境下的数据管理，所以只能由用户处理器来完成对多个数据库的确良访问控制。
3.分布数据管理扫参考模型  这种模型可对分布于多个站点的单数据库环境加以管理。分布数据管理的基本特性在于分布服务的位置透明。分布数据管理的参考模型如图7-22所示。分布数据库控制器是分布数据库数据管理服务的处理器保，它可定义与访问分布数据，其中包括单个数据库环境中的有关服务以及分布数据库中的有关服务。它支持对多个单数据库环境的访问，并通过其它的分布数据库控制器还可支持另外的单数据库环境的数据访问。对任一分布数据库来说，则假定仅通过一个分布数据库控制器来实现每台计算机听单数据库环境的访问。
当从用户处理器接受请求时，分布数据库控制器首先确定与请求有关的的数据所在的数据环境。在执行分布数据访问的服务时，数据库控制访问某台计算机中存放的分布数据库控制器通信，以找出有关的分布数据的信息。
7.3.3基于客户/服务器异构成分布式数据库系统结构
在CAD/CAM集成环境下共享的数据存在玩弄一个异构和分布的环境下，它的异构性不仅体现在不同硬佣环境和网络环境，还体现在不同的操作规程系统和不同的数据存贮环境上，而且数据库系统中有许多数据库是在建立CAD/CAM集成环境之前就存在，并且还要继续使用，有些是后加的甚至在系统建成之后，还有可能继续增加新的子系统和数据。为了满足CAD/CAM集成的需求，使各部门的应用程序能方便、准确、可靠、快速、扑自动地存取它们所需的数据，实现数据库在异构分布环境下的交换与共享，必须采用开放式异构分布数据库系统。近年来，分布数据库开放体系结构中最引人注目的是基于客户/服务器的分布式数据库系统。图7-23为基于客户服务/服务器的异构分布式数据库系统的结构。开放客户/服务器的异构分布式数据库系统的结构。开放客户接口可上联客户数据库管理系统（用不着客户DBMS表示）再与各种应用和系统或用户终点端相接，下联网络。开放服务器接口上接网络，下联服务器数据库管理系统（用服务器DBMS表示），再与各种数据库系统DBMS或文件管理系统相接。
开放客房接口是客户/服务器中客户方面的应用程序接口。向用户提供一个独立于网络和数据库的可编程数据库接口，提供分布查询处理和事务管理手段，实现对各种数据的操作。
开放服务器接口是客户/服务器中服务器一侧的应用编程接口，是开放的可编程接口。它接收开放客户接口的标准请求，为用户提供标准、统一的数据库服务，并可为多个用户并发访问一个或多个数据库。
这种开入式体系结构使用户能够不对原有系统作内在改动的前提下，以习惯的方式访问多种不贩数据库，中宣部现CIMS环境下CAD/CAM系统的数据共享。
7.4产品数据交流标准
    为了满足CAD/CAM集成的需要，提高数据交换的速度，保证数据传输的完整、可靠和有效，则必须使用通用的数据交换标准。下面将目前世界上几种著名的数据交换标准作一介绍。
7.4.1  IGES标准
    IGES是在美国国家标准局的倡导下，由闰美国国家标准协会(ANSI)公布的美国标准，是ICAD/CAM系统之间图形信息交换的确良一种规范。它由一系列产品的几何、绘图、结构和其它信息组成，可以处理CAD/CAM系统中大部分阶段信息，是用来定义产品几何形状的现代交互图形系统。
IGES的1.0版本，偏重于几何图形信息的描述，IGES2.0 版本扩大了几何实体范围，并增加了限元模型数据的交换，1987年公布的第三版本，能处理更多的制造成用非几何图形信息。1989年公布的第四版本，增加了实体造型的CSG表示，1990年公布的第五版本，垒产加了实体造型的B—rep 表示。
1.IGES描述  IGES用单元和单元属性描述产品几何模型。单元是基本的信息单位，分为几何、尺寸标注、结构、属性等四种单。IGES的每一单元由两部分组成，第一部分称为发类入口可条目目录，具有固定和工度；第二部是参数部分，是自由格式，其长度可变。
    几何单元包括点、线、圆、二次曲线、参数样条以及直纹面和旋转面等。标注尺寸单元有：字符、箭头线段和边界线，能标注角度、直径、半径、直线等尺寸。结构单元用来定义各单元之间的关系和意义。属性单元是描述产品定义的属性。
2． IGES文件格式  IGES的文件格式分为ASCII格式与二进格式。ASCII格式便于阅读，二进制格式适于传送大容量文件。ASII格式已分为定长和压缩两种形式。
固定行长格式中。每行80个字符，由若干行组成一个文件。文件分成开始段、全局参数段、条目目录段、参数数据段、结束段、标志段、第1行的第73列如是B，则是二进制文件，如果是C，则是压缩二进制文件，下面以固定行长的ASII文件的格式为例作一说明。
开始段提供人们阅读文件的序言，每行的第73列有字母S第74至80列为序号。
全局参数段包括描述前置处理与后置处理的有关信息。例如参数界符、文件名、前置处理文本、接受系统标识符及作者、版本等。所有记录的第73无均有字母G，第74一至80无为序号。
条目目段为文件提供一个索引。每行的第73列为字母D第74-80列为序号。文件的每个褓一都在目录中占有一个条目。条目占两行。每8个字母组成一个域，共20个域每个域的内容：1）实体类型号；2）指向本较体温表参数数据记录第1行的指针；3）指向结构的指针；4）线型模式；5）层；6）变换矩阵；8）与标号显示有关的指针；9）状态号；10）序号；11）同域；12）线宽加权值号；13）颜色号；14）实体参数数据记录行数；15）格式号；16）和17）保留；18）实体标号；19）实体下标；20）同域10）。
参数数据段列出实体的参数数据。每行的第73列有字母P。数据按自由格式排列，第1个域含有实体类型。
结束段标志文件的结束占一徒刑。第73列为T。该行分为10个域，第10域为结束段，该域中填T0000001。
下面通过图7-24所示的图形介绍IGES接口数据文件中的实例。
3.IGES的前后处理程序  IGES是一种中性文件。将某种CAD/CAM系统的输出转成IGERS文件时需经前置处理程序处理。IGES文件传至另一种CAD/CAM系统时则需经过后置处正是程序处理，因此要求各种应用和系统必须具备相应的前后置处理程序，以便利用IGES文件传递产品的信息。
4.IGES标准的缺点  IGES标准的缺点主要表现在以下几个方面：首先IGES中定义的实体主要是几何图形方而后信息。而不是产品定义的全面信息。它的目的是在屏幕上显示图形或用绘图机绘出图形、尺寸标注和文字注释，。所有这些都是供人理解的，而不是面向计算机制，所以不能满足CAD/CAM集成的要求。其次IGES对数据传输不可靠，往往一个CAD系统只有一落千丈部分数据能转换成IGES数据在读入IGES数据时，也经常有部分数据被丢失。此外IGES的一些语法结构有二义性，不贩系统会对同IGES文件给出不同的解释，这可能导致数据交换的失败。第三个缺点是它的交换文件所占的存储空间大，影响数据文件的处理速度和传输效率。
7.4.2STEP标准
STEP标准是一个关于产品数据的确良计算机可理解的表示和交换国际标准，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够 描述产品整个生命周期的确中的产品数据。产品生命周期包括产品的设计、制造、使用、维护、报废等整个周期。这种描述不仅适合于中性文件转换，而且是实现和共享产品数据库以及存档的基础，产品在生命周期的各个过程产生的住处民既多又复杂，而且分散在不同部门和地方。这就要求产品信息应以计算机能理解的形式表示。而且在不贩运计算机系统之间进行交换，构成了STEP标准。STEP把产品信息的表研究生用于数据交换的实丽 法区别开来，STEP标准包括以下五个方面的内容：1）标准的描述方法；2）集成资源；3）应用协议；4）实现形式；5）一致性测试和抽象测试。
1.标准的描述方法  STEP的体系结构是由应用层、逻辑层、物理层三个层次构成，。最上层是应用层，包括应用协议对象的抽象测试集，这是面向具体应用的一个层资历第二层是逻辑层，包括集成通用资源和集成应用资源及由这些资源建造的一个完整的产品模型，它从实际应用中抽象出来，并与具体实现无关。最低层是物理层，包括实现方法，给出具体在计算机上的实现形式。
STEP采用参照模型和形式定义无反顾语言进行模型的描述。参照模型可以用来构成其它模型，不论是应用层还是逻辑层，均由许多参照模型组成。高层次的参照模型可以由低层次的参照模型构成。
EXPRESS语言是IPO（IGES/PDES Organization）专门开发的形式定义语言，采用形式化数规范语言的目的是保证产品描述的一致性和无二义性，同时也要求它具有可读者性及能被计算机所理解。EXPRESS语言就是根据这些要求制订的，它是一种住处民建模语言它提供了对集成资源和应用协议中产品数据进行标准描述的机制。
EXPRESS语言基础是模式(Sehema)，每种模型由若干模式组成，其重点是定义实体，包括体属性和这些属性上的约束条件，而属性可以是简单数据类型，或者是另一产实体类型。EXPRESS不仅用来描述集成资源和应用协议，而且也用来描述中性文件实现方式的数据模型和标准访问接口SDAI实现方式中的所有数据类型。用这种形式语言描述标准，使标准在计算机上实现提供了良好的基础。
EXPRESS语言类丰富，有简单数据类型、聚合数据类型、实体数据类型、定义数据类型、枚举数据类型选择数据库类型等。实体内有属性、局部规则，还有超类与子类的说明等。EXPRESS语言的表达式除一般算术、逻辑、字符等表达式外，还有实体的实例运算。
    EXPRESS语言是定义对象、描述概念模式的形式化建模语言，而是不一种程序设计语言，它不包含输入/输出、信息处理等语句。
    有关EXPRESS语言的详细内容见ISO10303-11EXPRESS语言参考手册。
    2.集成资源  STEP逻辑层统一的概念模型式为集砀 产品信息模型，又称集成资源。它是STEP标准的订部分，采用EXPRESS语言描述。集成资源提供的资源是产品数据描述的基础，集成资源分为通用和应用资源两类。通用资源在应用上有通用性，与应用无关；而应用资源则描述某一应用领域的数据，它们依赖于通用资源的支持。
    通用资源部分有产品描述与支持的原理、几何车拓扑表示、结构表示、产品结构配置、材料、视图描绘、公差和形状特征等。应用资源部分有制图、舶体结构和有限元分析等。
    几何与拓扑表示包括几何部分、拓扑部分、几何形体模型等，用二产品外形的显示表达。其中几何部分只包括参数化曲线、曲面定义以及与此相关的定义，拓扑部分涉及物体的连通关系。几何形状模型提供了物体的一个完整外形表达，在很多场合，都要包括产品的几何和拓扑数据，它包含了CSG模型和B—rep模型这两面三刀种主要的实体模型。
    结构表示描述几何夫示的结构和这些结构的控制关系。它包括表面模式和扫描实体表示模式两方面内容。
    形状特征分为通道、凹陷、凸起、过渡、域和变形等6大类。并由此派生出具有各种细节的特征，有相应的模式、实体及属性定义。
    应用资源内容包括有关制图信息的次源，有图样定义模式、制图元素模式和尺寸图模式等。  
    关于集成资源标准的详细内容见LSO10303—41~48，ISO10303—101~105。
    3.应用协议   STEP标准支持广泛的应用领域,具体的应用系统很难采用标准的全部内容,一般只实现标准的一部分,如果不同的应用系统所实现的部分不一致,则在进行数据交换时,会产生类似LGES数据不可靠的问题.为了避免这种情况,STEP计划制订了一系列应用协义.所谓应用协议是一分文件,骼以说明如何用标准的STEP集成资源来解释产品数据模型文本,以满足工业需要.也就是说,根据不同的应用领领域的实际需要,确定标准的有关内容,或加上必须补充的信息,强制要求各应用系统在交换、传输和存储产品数据时应符合应用协义的规定。  
    应用协义（AP）包括应用的范围、相关内容、信息需求的定义，应用解释模型（ALM）、规定的应用方式、一致性要求和测试意图。应用范围的说明可用描述过程、信息流、功能需求的图示化应用活动模型（AAM）来支持，而AAM可以作为应用协议的附录。应用相关内容的信息要求和约束由一组功能和应用对象来定义，定义的结果是一个应用参考模型（ARM）。ARM是一个形式化信息模型，它也作为应用协议的附录——非标准知识性附录。应用解释模型（ALM）表示应用的信息要求。ALM中的资源从定义的集成资源中的资源构件选取。资源构件的解释，就是通过修改、增加构件上的约束、关系、属性等方式来满足应用协议规定领域内的信息要求。
    1991年发表的初始版本即STEP RI 中发表的应用协议，只有显式制图及配置控制设计。显式制图面向机械工程和建筑结构工程应用，建立用于CAD图马铃薯交换的应用协议。配置控制设计应用协议为应用系统之间配置了控制三维产品定义数据和方法。
    关于形式协义的标准详细内容见ISO 10303—202~ISO 10303—208。
    4.实现形式   STEP标准将数据交换的实现形式分为四级：第一级为文件交换；第二级为工作格式（Working form）交换；第三级为数据库交换；第四上级为知识库交换。对于不同的CAD/CAM系统，可以根据对数据交换的要求和技术条件选取一种或多种形式。
    文件交换是最低一级。STEP文件有志站的格式规定，利用明文或二进制编码，提供对应用协议定书中产品数据描述的读和写操作，是一咱中性文件格式。STEP文件含有两个节：首部节和数据节。首部节的记录内容为文件名、文件生成日期、作者姓名、单位、文件描述、前后处理程序名等。数据节为恋恋不舍年的主体记录内容主要是实体近关例及其属性植，实例用标识号和实体名表示，属性值为简单苛聚合数据类型的值或引用其它实例的标识号。各应用系统之间数据交换是经过前置处理或后置处理程序处理为标准中性文件进徒刑交换的（参见图7-3）。某种CAD/CAM系统的输出经前置处理程序映射成STEP应用中，由于有统一的产品数据模型，由模型到文件只是一种映射关系，前后处理程序比较简单。
    工作格式交换是一咱特殊的形式。它是产品数据结构在内存的表现形式，利用内存数据管理系统使要处理的数据常驻内存，对它进行集中处理，即利用内存数据管理系统产生一个其特点的待处理的数据常驻内存，可对它中处理，故提高了运行速度；另外，不必考虑数据的存储方式、指针、链表的维护，减速轻了设计人员的负担。
数据库交换方式是通过共享数据库实现的，如图7-25所示，产品数据经数据库管理系统DBMS存入数据库，每个应用系统可以从数据库取出所需的数据，运用数据字典，，应用系统可以向数据库系统直接查询、处理、存取产品数据。
知识库交换是通过知识库来实现数据交换的，各应用系统通过知识库管理向知识闸存取产品数据，它们与数据库交换言之级的内容基本相同。
在STEP中还有一个标准数据访问接口。在目前的计算机工程应用环境中，数据存取方式采用专用数据访问接口。对现有的应用软件，若要改用另一种数据存储技术或数据存取方法，，则必须修改原有应用软件。如果所有存在  储数据技术采用标准的数据访问接口。则应用软件的编写可独立于数据存储技术与系统无关，这就使得接口具有柔性，也使新的存储系统更方便地与现有应用不着软件集成起来。STEP标准正是基于这个因素而采用标准数据访问接口SDAI。它规定以EXPRESS语言定义其数据库结构，应用程序用此接口来获取和操作数据。应用软件的开发者不必关心数据储系统以及其它应用软件本身的数据定义形式和存取接口。关于标准数据访问接口详细内容见ISO10303-22。
5.一致性测试和抽象测试  即使资源模型定义得非常完善，但经过应用协议，在具体的应用程序中，其数据交换是否符合原来意图，尚需经过一致性测试。STEP标准订有 一致性测试过程、测试方法和测试验评估标准。
    一致性测试中分为结合应用程序实例的测试与抽象测试。前者根据定义的确良产品模型在应用程序运行后的实例，检查其数据表达、传输和交换中是否可靠和有效；后勤部者作为标准的抽象测试，则用一种形式定义语言来定义抽象测试事例，每一个测试事例提出一套用于取得某项专门测试目标的说明。一致性测试的要求以及测试过程由应用协议加以规定。
    关于一致性测试和抽象测试的详细内容见ISO10303-31~ISO10303-34。
7.5  CAD/CAPP/CAM集成系统示例
    由于CAD/CAPP/CAM集成系统涉及的有关技术还在开发、发展过程中，目前国内外已有的CAD/CAPP/CAM集成系统，都还不很成熟。下面我们将举例介绍。
7.5.1某纺机厂CAD/CAPP/CAM集成系统
以下介绍在该厂ZTMP-CIMS中所实现的回转体零件和箱体墙板类零件CAD/CAPP/CAM系统的结构、功能和技术原理。
1.回转体零件CADD/CAPP/CAM集成系统  该系统在微机上进行集成，它由CAD子系统、CAPP子系统和CAM子系统以及工具管理子系统、设备环境定义子系统所组成，系统的总体结构如图7-26所示。
    （1）CAD子系统  系统结构如图7027所示，由零件设计计算系统和基于产品定义的二维图形设计系统两部分组成，零件设计计算系统是对传教动件、轴和滚动轴承等零件部件进行驶分析计算和优化设计、其计算结果可传给基班干部品定义的二维图形设计系统。
基于产品定义二维图形设计系统各模块的功能如下：1）用享受界面模块。供用享受输入特征参数，并对和特征进行定我。2）特征操作模块。主要用于对特征进行创建、删除、插入、修改等操作，通过特征操作，调用具特征图库文件，生成特征图形。3）特征拼图模块。利用不着特征图上标注尺寸、公差、表面粗糙度和标题栏等，生成完整的二维零件图形式，输出DWG图形文件。尺寸和公差的标注是在拼图中自动完成的。5）零件信息建模块，用统一的产品定我格式建立的特征模型。其数据格式见图7-13。它根据特征定义和拼图书馆    获得信息，自动生顾特征信息模型。该模型包含零件完整的几何信息和非几何信息。6）前处理模块。将产口定义无反顾模型信息转换成基于WTEP中性文件。7）后处理模块，将STEP中性文件按照CAPP要求格式转换成CAPP/CAM所需要的专用文件。8）PDL工具，以AuroCAD为平台进行二次开发而成的，是一个独立于形设计系统的缓绘图工具，既可方便地生成单俐的持征图形，也可以在图形设计系统中用赤进行零件图形的拼装，是基于产品定义的图形设计系统的基础。9）特征库。由许多个特征PDL文件组成，它包含了某纺织机械厂和某齿轮奢绝大多数回转体零件的特征，利用它进行特征定义和生成特征图。10）工程数据库。用来存贮图形设计系统生盛典的图形住处民和特征信息，包括DWG文件、STEP文件、CAPP。CAM专用文件以及工程基于产品定义的二维图形设计系统的特点：10）将基于特征设计的思想用于图形设计，从而使得图形生成过程就是一个产品定义的过程，在产品图形生龙活虎成的面时，就完成产品定义模型地的建立，这个模型中包含了零件全部的几何信息和非几何信息，亦即生成零件图的同时，。无需经过任何补充定义，不就可直接输出CAPP/CAM所需要的数据文件。2）零件信息模型采用统一的特征信息模型，使零件的几何和非几何信息能直接淡CAPP、CAM等后续应用系统所接收，容易进行各系统之间信息交换和共享，能方便地实现CAD/CAM的集成。3）输出的数据文件是基于STEP格式的，这种格式的输出文件便于准化的产品数据交换。
（2）CAPP子系统  CAPP子系统由下列模块组成：1）零件输入模块。采用两种输入方式。&#61569;用CAD子系统输出的STEP中性文件或专用文件零件信息直接传入CAPP系统；&#61570;用人机交互方法输入零件信息。2）CAPP零件信息建模。采用与CAD子系统相统一的零件信息模型的格式结合CAPP系统的特点建立的基于特征的CAPP零件信息模型。3）工艺决策中的有关数据自动生成工艺规程。工艺规程的生成的基于实例的派生式方法、基于知识的创成式方法和检索方法等三种方法。4）工序设计模块。包括设计工序、计算尺寸 链和平共处绘制工序图。计算尺寸链是由用C语言开发的轴承向和径向尺寸链计算查块自动完成，工序图由工序图生成模块自动完成/5）工艺文件管理模块。给及户提供了工艺件的内容进行删除、修改、排序、插入等之用。6）工艺数据库。由工艺规程库、实例或典型零件信息及工序集库、设备库、刀具、夹具、量具及切削用量库等组成。7）工艺知识库。由加工方法、定位与装夹及工艺过程排序知识库、设备与工装选择知识库、实例知识库和工艺修正知识库等组成。
CAPP子系统的主要特点：1）工艺决策方法融合了传统派生法、创成尖与专家系统的长处，将基于实例的推理、基于知识的推理现子任务分解策略有机地结合起来，提供了派生式、创成式和检索式在一种工艺决策方式，从而使决策主法更加实用，灵活。提高了解决问题的能力。2）系统的零件信息模型采用与CAD系统相一的基于特征的产品定义模型，使CAPP系统能自动从CAD系统直接获取 和识别零件信息，从而实现CAD/CAPP/CAM的集成。
（3）CAM子系统  它由NC自动编程、后处理器和NC程序输出模块组成。NC自动编程查块根据CAD输出的零件信息和CAPP系统输出的工艺文件用标准APT语言自动生成标准APT程序，即NC源程序。
后处理器采用Intellipost后置处理软件包进行后置处理，APT程序转换成NC加工控制指令，由NC程序输出传输给NC机床。
（4）工具管理子系统  它包括工具合同管理、通用工具采购设计编制、通用工具库管理、扑自制工装管理、组合夹具、模具管理等，对全世界厂的工具进行管理，为CAD/CAPPCAM集成系统提供工具信息。
    （5）设备环境定义系统  该系统不公通过计算机对设备环境信息进行模块化、结构化处理和抽象描述，而且更主要的是能提供全厂、分厂、设备单元的设备环境特征信息，以便于是CIMS各系统及子系统（如MIS、MAS、CAPP、CAM、CAD等）共享设备环境信息。设备环境信息包括管理信息（如设备编码、生产厂名、数控系统型号等）、加工环境信息。（如座标系、精度、工作台、刀具交换、联动关系等）和控制信息（如CPU型号、控制方式、NC程序规划等）及一些附件信息。
上述CAD、CAPP与CAM系统之间隔用网络联接以传递零件信息文件、工艺文件的NC程序信息。
2.箱体墙板零件CAD/CAPP/CAM集成系统  它由CAD子系统、CAPP子系统和CAM子系统组成，系统的总体结构如图7-28所示。
    （1）CAD子系统  它是一个非因转体零件产品定义系统，由特征造型、产品定我予处理、产品信息建模、产品定义输出等模块组成。1）特征造型模块在I—DEAS造型系统工程上利及零件特征库定义的几何特征，构成零件的几何形式体，生成I—DEAS通用格式文件。2）产品定义预处理模块，包括总体信息定义和精度定义两模块。这两模块采用自己开发的软件系统定义零件的非必几何信息，包括标题栏和技术要求等总体信息以及零件尺寸公差、形信公差、表面粗糙度等精度信息，生成总体信息文件和精度个别信息文件。3）产品信息建模模块，利用I—DEAS通用格式文件、总体和精度信息文件处理成包含零件完整的信息模型。4）产品定义输出模块，根据产品模型信息生成STEP中性文年和CAPP/CAM所要求的专用格式文件，将零件完整的几可和非几何信息输给CAPP、CAM子系统。
    （2）CAPP子系统  它由零件信息输入、CAPP零件信息建模、模拟装夹、工艺设计、工艺文件管理等模块组成。1）零件信息输入模块。输入零件的信息，有交互式输入和自动接受产品定义输出文件 两种方式，交互式输入包括输入零件总体信息，方位信息、轮廓信息和特征信息，与产品定义输出一样可完整地获得零件的几何信息。2）CAPP零件信息建模模块。利用零件输入信息建立统一的零件信息模型，以支持后续的工艺设计。3）模拟装夹模块。通过交开式模拟装夹过程、选择夹具和确定装夹位置。4）工艺过程设计，根据零件信息和装夹数据，采用半创成式原理的工艺决策方式自动生成零件的数控加工工艺和刀具清单。5）工艺文年和寂模块。包括工艺文件检索、编辑、工艺评论年输出以及对工艺数据的管理等功能。
    （3）CAM子系统  它由数控自动编程，后置处和NC程序输出等模块组成，，数控自动编程是根据CAD输出零碎件信息和CAPP子系统输出的工艺文件信息，自动生成具有示准格式的AOT程序，即刀位文件。后置处理模块是利用APT程序经处理生成具体数控系统的NC代码，由NC程序输出模块将NC代码输给NC机床。
箱体墙板类零件CAD/CAPP/CAM集成系统的主要特点：1）CAD子系统是一个非回转体零件产品定义系统，适用于箱体墙板类零件及其它非回转体零件的特征造型和定义。该系统不仅定义零件几何信息，还可定义非几何信息，建立完整的基于特征零件信息模型，为CAPP、CAM子系统提供零件的完整信息。2）由于CAPP采用统一零件信息模型，故经网络可直接接收CAD输出的信息，进行零件的工艺设计，从而可方便地实现CAD/CAPP/CAM的集成。3）CAPP子系统的工艺决策是采用专家系统技术和基于半创成的思想进行工艺过程设计，提高了工艺设计质量，效率和标准化程度。
Pro/Enginer是PTC公司（parametric Techology Corporation）的著名产品。它备有统一的数据库，并具有较少强的参数化设计，组装管理、生成加工过程及刀具轨迹等功能。它还提供各种现有标准交换格式的转换器以及与著名的CAD、CAE系统进插数据交换的专用转换器，所以也餐具集成化功能。另一个特点是该系统的硬件独立性，它可以在DEC、HP、IBM、SUN、SGI等各种工作站上运行。Pro/engineer采用实体造型技术、新版本（V8.0）也了增加参数化曲面造型功能。系统也具有用户自定形状特征的模块。
Pro/engineer共提供21个模块供用户选择配置造成合自己的系统。其中，主要模块有：（1） Pro/engineer该模块是系统的基本模块，其功能包括参数经功能定义实体零件组装造型、三维着色实体或线框造型，以及完整的工程图的生面，造型不仅可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机或 其它支持Postscript格式的彩色打印机上，（2）Pro/design。该查块可供用户做二维平面布置上的非参数化组装概要设计，或二维平面布置上的参数化概念分析和三维部件装配平面布置，以加速设计大型及复杂组装的顺序过程。（3）Pro/Detail。它直接从Pro/Egineer的实体造型上产生ANSI、ISO、DIN或JIS标准工程图，它给用户提供很多的标注尺寸、公差和产生龙活虎视图的功能。（4）Pro/Feature它具有允许用户自定义形状特征和组成复杂形状特征的功能。（5）Pro/Surface它是复杂型面造型模块，可提供各种手段，使用户方便地生成一些地需要的流线型表面。（6）Pro/Mesh该模型块能自动生成实体模型的有限元网络，供有限元分析用，输出析式适合于多种兼容的标准有限元分析软件。（7）Pro/Manufacturing它可生成的工艺加工工艺规程、刀具路线轨迹，并能对所生成的工艺过程作工时和成本的估算 。该模块还将艺规程设计造型直接集成起来，所以任何设计上的改变会使软件自动修改工艺规程。本模块按排的工序包括钻孔、车削和铣削等，可进行5坐标加工。（8）Pro/Moldesign它用于设计模具部件手模板组装，可自动设计浇口、汇报道、浇槽，允许用户同时设计零件和模具，该模块还可作模具的注塑模拟（9）Pro/Sheetmetal它具有钣金参数化造型和组装功能，并右指定钣金加工工序，如冲孔、冲分段冲裁、冲缺等。（10）Pro/Cabing它是电缆布线索模块，可以同时在电机及机械部件设计和组装中进行，以做到布线优化。（11）Pro/Assembly它是参数化组装管理模块，能提供用户表格式手段去产生组装系列，并在组装中自动更换零件该模块中不包括Pro/Program模块，这是一种提供用户自行编写参数化组装程序的开发工具。（12）Pro/Interface该模块提供与其它CAD/CAM系统间的各种标准数据交换格式，例如IGES、SET、VDA和DXF等。（13）Pro/ECAD此模块提供与一些电机CAD系统之间进行数据交换的接口。交换的信息包括电路板轮廓部分面积和高度限期制、电子元件形状和位置等。（14）Pro/CAT该模块提供与CATIA CAD系统的双方向数据交换接口。（15）Pro/Draft它是二维绘图模块，其功能是可以使用户直接生成和平共处绘制工程图而无需进行三维造型，也可通过IGES或DXF或接口接受其它CAD系统生成的工程图，（16）Pri/Libraryaccess它提供用户各种标准数据库不同的访问权限，数据库包括标准零件及形状特征、生产用刀具和夹具、电缆布线用的接线器和模块地零件等。除上述主要模块外，Pro/Engineer还提供用于工程管理的工具、用户利用已有软件自行开发可以在系统中运行的程序的工具等。 
     
参考文献
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第6章 CAM技术
6.1概述
6.1.1 CAM 与数控编程
CAM （Computer Aided Manufacturing--计算机辅助制造）是CAD/CAM及CIMS的重要组成部分。从广义上讲包括：计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺过程设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容。本章阐述有关数控编程的内容。
使用数控机床加工时，必须编制零件的加工程序。理想的加工程序不仅应保证加工出符合设计要求的合格零件，同时应能使数控机床功能得到合理的应用和充分的发挥，且能安全可靠和高效地工作。
编制程序前，程序编制者需了解所用数控机床的规格、性能，CNC系统所具备的功能及编程指令格式等。编制程序时，需先对零件图纸规定的技术特性、零件的几何开头尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方法、加工路线和工艺参数，再进行数值计算获得刀位数据。然后钭工件的尺寸、刀具运动中心轨道、位移量、切削能数（主轴转速、刀具进给量、切削深度等）以及辅助功能（主轴正、反转，冷却液开、关等），按数控机床采用的指令代码及程序格式，编制出工件的数控加工程序。程序编制好之后，大都需要控制介质，常见的控制介质为穿孔纸带，还有磁盘，磁泡存储器等。通过控制介质将零件加工程序送入控制系统，或由面板通过人机对话将零件加工程序送入CNC控制系统，不仅免去了制备控制介质的繁琐工作，而且提高了程序信息传递的速度及可靠性。
6.1.2数控编程的内容与步骤
数控编程的主要内容包括：分析零件图纸，进行工艺处理，确定工艺过程；数学处理，计算刀具中心运动轨迹，获得刀位数据；编制零件加工程序；制备控制介质；校核程序及首件试切。数控编程一般分为以下几个步骤（见图6-1）：
1. 分析零件图样，进行工艺处理地  编程人员首先需对零件的图纸及技术要求详细的分析，明确加工的内容及要求。然后，需确定加工方案、加工工艺过程、加工路线、设计工夹具、选择刀具以主合理的切削用量等。工艺处理涉及的问题很多，数控编程人员要注意以下几点：
（1）确定加工方案  根据零件的几何形状特点及技术要求，选择加工设备。此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。
（2）正确地确定零件的装夹方法及选择夹具 在数控加工中，应特别注意减少辅助时间，使用夹具要加快零件的定位和夹紧过程，夹具的结构大多比较简单。使用组合夹具有很大的优越性，生产准备周期短，标 准件可以反复 使用，经济效果好。另外，夹具本身应该便于在机床上安装，便于协调零件和机床坐标系的尺寸关系。
    (3)合理地选择走刀路线  应根据下面的要求选择走刀路线：1）保证零件的加工精度及表面粗糙度；2）取最佳路线，即尽量缩短走刀路线，养活空行程，提高生产率，并保证安全可靠；3）有利于数值计算，减少程序段和编程 工作量。下面举例加以说明。
在精镗孔时，孔的位置精度要求较高，安排走刀路线时，必须避免将坐标轴的反向间隙误差带入，直接影响孔的位置精度。
    切削轮廓零件时，刀具应沿工件的切向切入切出，避免径向切入切出，如果刀具径向切入，当切入后转向轮廓加工时要改变运动方向，此时切削力的大小和方向也将改变并且在工件表面有停留时间，工艺系统将产生弹性变形，在工作表面产生刀痕。如图6-2a，而切向切入和切出将得到良好的表面粗糙讳莫如深，如图6-2b。切削内、外圆时也应按照切向方向切入切出的原则安排走刀路线。
加工空间曲面时，走刀路线如果选择正确，可极大地提高生产率。例如：加工半椭圆柱面，如沿母线切削，见图6-3a，即每次走直线，刀位点计算简单，程序段少。而没 直于轴线方向，见6-3b ，切削为一组椭圆，数控机床一般只具有直线和圆弧插补功能，因此椭圆需用小直线段逼近，刀位点计算复杂，且程序段多。
（4）正确的选择对刀点  数控编程时，正确地选择对刀点是很重要的。"对刀点"就是在数控加工时，刀具相对工件运动的起点，其选择也是从这一点开始执行，对刀点 称为“程序原点”。编程时，应首先选择对刀点，其选择原则如下：1）选择对刀的位置（即程序的起点）应使骗程简单；2）对刀点在机床上容易找正，方便加工；3）加工过程便于检查；4）引起的加工误差小。
  对刀点可以设在加工零件上或夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有确定的关系。为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件。可以取孔的中心作为对刀点。对鼠点不仅仅是程序的起点，而且往往又是程序的终点。因此在生产中，要考虑对刀的重复精度。对鼠时，应使对鼠点与鼠位点重合。所谓鼠位点，是指刀具的定位基准点。对立铣刀来说是球头刀的球心；对于车鼠是刀尖；对于钻头是钻尖；为了提高对刀精度可采用千分表或对鼠仪进行找正对刀。
在工艺处理中心须正确确定切削深度和宽度、主轴转速、进给速度等。切削参数具体数值应根据数控机床使用说明书、切削原理中规定的方法并结合实践经验加以确定。
（5） 合理选择刀具  数控编程时还需合理正确选择刀具。根据工件的材料性能、机床的加工能力、数控加工工序的类型、切削参数以及其它与加工有关的因素来选择刀具。对刀具的总要求是：安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等。
2. 数学处理  根据零件的几何形状，确定走刀路线及数控系统的功能，计算出刀具运动的轨迹，得到刀位数据。数控系统一般都具有直线与圆弧插补功能。对于由直线、圆弧组成的较简单的平面零件，只需计算出零件轮廓的相领几何元素的交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值。如果数控系统无刀补功能，还庆计算鼠具运动的中心轨迹。对于复杂的零件计算复杂，例如，对非圆曲线（如渐开线、阿基米德螺旋线等），需要用直线段或圆弧段逼近在满足中工精度的情况下，计算出曲线各节点的坐标值，对于自由曲线、自由曲面，组合曲面的计算更为复杂，其算法参见本书腾章节，一般需用计算杨计算，否则难以完成。
数控编程中误差处理亦是一重要问题，数控编程误差由三部分组面成：
（1）逼近误差似的方法逼近零件轮廓时产生的误差，又称呈次逼近误差，它出现在用直线段或圆弧段直接逼近轮廓的情况及由样条函数拟合曲线耐 ，此时亦称拟合误差。因所拟合误差往往难以确定。
（2）插补误差用样条函数拟合零件轮廓后， 进行加工时，必须用直线或圆弧段作二次逼近，此时产生的误差亦称插补误差。其误差根据零件的加工精度要求确定。
（3）圆整误差编程中数据处理、脉冲当量转换、小数圆整时产生的误差对空虚误差的处理要注意否则会产生较大的累积意误差，从而导致编程误差增大，应采用合理的圆整化方法。
3. 编写零件加工程序在完成上述工艺处理及数值计算后即可编写零件加工程序，按照规定的程序格式的编程指令，逐段写出零件加呀程序。
4． 制备控制介质及输入程序过去大多数控机床程序的输入是通过穿孔纸带控制介质实现的。现在也可通控制面板可直接通迅的方法将程序输送到数控系统中。
    5．程序检验及首件试切  准备好的程序和纸带必须校验和试切削，才能正式加工。一般说来，纸带首先通过穿孔机的穿复校功能，检查穿孔是否有误。然后，将穿孔纸带上的信息输入到数控系统中进行空走刀检验。有数控机床上，过去试验的方法以笔代替刀具，坐标纸代替工件进行空运转画图，检查机床运动轨迹与动作的正确性。现在在具有图形显示屏幕的数控机床上，用显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程的方法进行检查更为便。对于复杂的空间零件，则需使用石蜡、木件进行试切。首件试切不仅可查出程序是否有错误，还可知道加工精度是否符合要求。当发现错误时，或修改程序单或采取尺寸补偿等措施。近代，随着计算机科学的不断发展发展，可采用先进的数控加工仿真系统，对数控序进行检验。
6.1.3数控编程的标准与代码
为了数控机床的设计、制造、维护、使用以及推广的方便，经过多年的不断实践与发展，在数控编程中所使的输入代码、坐标位移指令、坐标系统命名、加工指令、辅助指令、主运动和进给速度指令、刀具指令及程序格式等都已制定了一系列的标准。但是，各生产厂家使用的代码、指令等不完全相同，编程时必须遵照使用的具体的机床编程手册中的规定。下面对数控加工中使用的有关标准及代码加以介绍。
1.穿孔纸带及代码  穿孔纸带是数控机床上应用较广的输入介质。在纸带上利用穿孔的方式记录着零件加工程序的指令。国际上及我国广泛使用8单位的穿孔纸带。穿孔纸带的编码国际上采用ISO或EIA标准，两种代码的纸带规格按照EIA RS-227标准制定。我国JB3050-82与其等效，标准穿孔带规格见图6-4，ISO及EIA代码见表6-1。
由代码表及纸带规格可知，纸带的每行（排）共有九列孔，其中一列小孔称为中导孔或同步孔，用来产生读带的同步控制信息。其余八列大孔组合来表示数字、字母或符号。有孔表示二进制的“1”无孔表示为“0”。在ISO标准中，代码由七位二进制数和一位偶校验位组成。每个代码其也的个数之和必须为偶数，即为偶校验，当某个代码的孔数为奇数时，就在该代码行的第八列上穿一孔，使其总数为偶数。EIA标准中，所有的代码的孔数必须为奇数，第五列孔用来补奇。数控机床的输入系统中有专门的奇偶校验电路。当输入的代码一旦违反ISO或EIA标准规定的奇、偶数时，控制系统即会发出错信息，并命令停机。
ISO标准代码为七位编码，而EIA为六位编码(不包括奇偶校验位)，因而ISO代码数比EIA我一倍。ISO代码规律性强，数字代码第五、六列有孔，字 第七列的均有孔，符号第七列或第六列均有孔。这些规律对读带及数控系统的设计都带来方便。
   2.数控机床坐标系命名  为了保证数控机床的正确运动，避免工作不一致性，简化编程和便于培训编程人员，统一规定了数控顶床坐标轴的代码及其运动的正、负方向。根据ISO标准及我国JB3051-82标准，数控机床的坐标轴命名规定如下：机床的直线运动采用为笛卡尔直角坐标系，其坐标命名为X、Y、Z、，使用右手定律判定方向，如图6-5所示。右手的大拇指、食指和中指互相垂直时，则拇指的方向为X坐标轴的正方向，食指为Y示轴的正言向，中指为Z坐标轴的正方向。以X、Y、Z坐标轴线或以与X、Y、Z会标轴平行的坐标轴线为中中旋转的运动，分别称为A、B、C。A、B、C的正方向按右手螺旋定律确定。见图6-7，即当右手握紧螺丝时，拇指指向+X、+T、+Z轴正向时，则其余四指方向分别为+A、+B、+C轴的旋转方向。
    Z坐标的运动  传递切削力的主轴规定为Z坐标轴。对于铣床、镗床和攻丝机床来说，转动刀具的轴称为主轴。而车床、靡床等则以转动工件的称为主轴。如果，机床上有几个主轴百，则选其中一个与工件装夹基面垂直的轴为主轴。当朵床没有主轴时，则选垂直于工件装卡系。
X坐标的运动  X坐标是水平的，它平行于工件的装卡面。在工件旋转的机床(如车床、磨床等)，取平行于横向滑座的方向(工件的径向)为X坐标。因此安装在横刀架(横进给台上的刀具离开工件旋转轴方向为X正方向上。对于刀具旋转的机麻烦(例如铣床、镗床)当Z轴为水平时，沿刀具主轴向工件的方向看，向右方向为X轴正方向。
   Y坐标轴运动  Y坐标轴垂直于X及Z坐标。按右手直角笛卡尔坐标系统判定其正方向。以上都是取增大工件和刀具远离工件的方向为正方向。例如钻、镗加工，切入工件的方向为Z坐标的负方向。
    为了编程的方便，不论数控机床的具体结构是工件固定不动刀具移动，还是刀具固定不动工件移动，确定坐标系时，一律按照刀具相对于工件运动的情况。当实际 刀具固定不动工件称动时，工件(相对于刀具)运动的直角坐标相应为X’、Y’、Z’。但由珠二者是相对运动，尽管实际上是工件运动，仍以刀具相对运动X、Y、Z进行编程，结果是一样的。
    除了X、Y、Z主要方向的直线运动外，还有其它的与之平行的上线运动，可分别命名为U、V、W坐标轴，称为第二坐标系。如果再有，可用P、Q、R表示。如果在旋转运动A、B、C之外，还有其它旋转运动，则可用D、E、F表示。
    3.绝对坐标与增量坐标  运动轨迹的坐标点以固定的坐标原点计量，称作绝对坐标。例如图6-8所示，A、B点的坐标皆以固定点。坐标原点计量，其坐标值为：XA=30，YA=40，XB=90，YB=95。运动轨迹的终点坐标值，以其起点计量的坐标称作增量坐标系(或相对坐相系)。常用代码表中的第二坐标系U、V、W分别与X、Y、Z平行且同向。图6-8B中B点是以起点A为原点建立的U、V坐标来计量的，终点B的增量坐标为：UB=60，VB=55。
6.1.4  数控编程的指令代码
    在数控编程中，使用G指令代码，M指令代码及F、S、T指令指令描述加工工艺过程和数控系统的运动特征。数控机床的启停、冷却液开关等辅助功能以及给出进给速度、主轴转速等。国际上广泛采用ISO—1056—1975E标准，国家机械工业部制要了与标准等效的JB3208-83标准用于数控编程中。其代码见表6-2及表6-3。
    准备功能指令亦叫“G” 指令。它是由勃母“G” 和其后2位数字组成，从G00到G99(见表6-2)。该指令主要是命令数控机床进行何种运动，为控制系统的插补运算作好准备。所以一般它们都位于程序段中坐标数字指令的前面。常用的G指令有：
    (1)G01—直线插补指令  使机床进行两坐标(或三坐标)联动的运动，在各个平面内切削出任意余率的直线。
    (2)G02、G03—圆弧插补指令 G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆站指令。圆弧的顺、逆方向可按图6-9中给出的方向进行判断。即沿圆弧所在平面(YZ平面)的另一坐标的负方向(即—Y)看去，顺时针方向为G02，逆进针方向为G02，逆时针方向为G03。使用圆弧插补指令之前必须应用平面选择指令，指定圆弧插补的平面。
    (3)G00——快速点定位指令   它命令刀具以点位控制方式从刀具所在点快速移动到下一个目标位置。它只是快速定位，而无运动轨迹要求。
    (4)G17、G18、G19—坐标平面选择指令  G17指定零件进行XY平面上的加工，G18、G19分别为YZ、ZX平面上的加工。这些指令在进行圆弧插补，刀具补偿时必须使用。
表6-3 辅助功能M代码
   (5)G40、G41、G42—刀具半径补偿指令  数控装置大都具有刀具半径补偿功能，为编程提供了方便。当铣削零件轮廓时，不需计算刀具中心运动轨迹。而只需按零件轮廓编程，使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上使用刀具拨码盘或键盘人工输入刀具半径，数控装置便以自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。当刀具磨损或刀具重磨后，刀具半径变小，只需手工输入改变后的刀具半径，而不修改已编好的序或纸带。在用同一把刀具进行粗、精加工时，设精加工余量为 ，则粗加工的补偿量为   ，而精加工的补偿量改为r即可。
G41和G42分别辊为左(右)偏刀具裣指令，即沿刀具前进方向看(假设工件不动)，刀具位于零件的左(右)侧时刀具半径补偿。
F40为刀具半径补偿撤消指令。使用该指令后使G41、G42指令无效。
(6)G90、G91——绝对坐标尺雨及增量坐标尺寸编程指令 G90表示程序输入的坐标值按绝对坐标值取；G91表示程序段的坐标值按增量坐标值取。
   辅助功能指令亦称“M”它是由字母“M”和其后的两位灵敏字组成，从M00到M99共100种，见表6-3。这些指令与数控系统的插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指令及辅助功能，是数控编程必不可少的，常用的辅助功能指令如下：
(1) M00——程序集止  完成该程序段的其它功能后，主轴、进给、冷却液送进都停止。此时可执行某一手动操作，如工件调头、手动变速等，如果再重新按下控制而板上的循环启动按钮，继续执行下一程序段。
(2) M01——任选停止  该指令与M00相类似。所不同的是，必须在操作面板上予先揿下“任选停止”按钮，才能使程序停止，否则M01将不起作用。当零件加工时间较长，或在加工过程中需要停机检查、测量关键部位以及交换班等情况时，使用该指令很方便。
(3) M02——程序结束  当全部程序结束时使用该指令，它使主轴、进给、冷却液送进停止，并使机床复位。
(4) M03、M04、M05——主轴顺时针旋转(正转)、主轴逆时针旋转（反转）及主轴停指令。
（5）M06——换刀指令   用于具有刀库的工中心数控机庆换刀功能。
（6）M08——冷却液开。
（7）M09——冷却液关。
（8）M30——程序结束并倒带  除了具有M02的功能外，该指令还使纸带倒回至起始位置。
（9）M98——子程序调用指令。
（10）M99——子程序返回到主程序指令。
6.1.5数控加工程序的结构与格式
1.程序的结构  数控加工程序是由程序号、程序段及相应符号组成。图6-10所示零件的加工程序如下：
0600
NI  G92 XO YO NI ；
N2  S300 M03；
N3  G90 G00 X—5.5 Y—6；
N4  Z—1.2 M08；
N5  G41 G01 X—5.5 Y—5. D03F2.4；
N6  Y0；
N7  G02 X —2.Y3.5 R3.5；
N8  G01 X 2. Y3.5；
N9  G02 X 2. Y—3.5 R3.5；
N10  G01 X —2. Y—3.5；
N11  G02 X —5.5 Y0R3.5；
N12   G01 X —5.5 Y5.；
N13   G40 G00 X —5.5 Y6. M09；
N14   Z1.M05；
N15   X0 Y0；
N16   M30； 
由该例可看出，程序的开头写有程序号：0600（程序名）以便于与其它程序加以区别。它由程序号地址码（0）及程序的编号（600）组成。不同的数控系统，程序号地址码是有差别的。FANUC 6M为0；SMK 8M系统则用%等。该程序由十六个程序段组成。程序结束定M30，是程序终了指令。
2.程序段格式 程序段格式主要有字地址可变程序段格式、分隔符固定顺序程序段格式等。
（1）字地址可变程序段格式  目前国内外广泛采用字地址可变程序段格式。所谓可变程序段即程序段的长度是可变是，推荐使用JB3832——85数控机床轮廓和点位加工可变程序段格式标准。
字地址的每个程序段由若干个字组成。每个字由英文字母开头，其后紧跟数字（有的数字前面有符号）构成的，它代表数控系统中的一个具体指令。字母代表字的地址，例如，N为程序段地址码，用于指令程序段号；G为指令动作方式的准备机能地址；X、Y、Z为坐标轴地址，其后面的数字表示该坐标移动的距离；分号“；”为程序段落结束符号。字地址可变程序段一般格式为：程序段落序号字字…字程序段结束符号。例：N3 G90 G00 X—5.5Y—6.0该例中，程序段是由五个字组成的。字N3为程序段的顺序号，程序段的顺序号，G90表示绝对坐标编程，G00表示快速移动点定位，X—5.5及Y—6.表示X及Y 坐标移动的方向及距离，程序段结束必须写有程序段结束符号。该程序格式每段程序所包含的字的个数可不同，根据需要而定，使用方便；信息的顺序稍有出入，数控装置亦能读取；程序段内包含的信息一目了然，程序便于修改及校验。
（2）分隔符固定顺序格式  该程序格式是用分隔将字分开，每个字的顺序及代表的功能是固定不变的。例如我国线切割数控系统广泛采用“3B”（或4B）指令，一般表示为：BXBY-BJGZ
B为分隔符，每个字代表的功能是固定的，其意义如下：
B X B Y B J G Z
分隔符号 X坐标值 分隔符号           Y坐标值 分隔符号 计数长度 计数方向 加工指令
加工直线时，X、Y为的设计、创造带来方便。它不需地址判别电路数控装置比较简单，价格较为直线面终点的增量坐标值；加工圆弧时，为圆弧段起点的增量坐标值。
分隔符固定顺序格式为数控装置电路便宜。但程序段中所包含的信息不易立即羊断，指令顺序绝对不允许改变等缺点，现较少便用。
6.1.6数控编程的方法及其发展
    数控程序编制的主法有两种，手工编程有自动编程。
    1. 手工编程方法  从分析零件图纸、制订工艺规程、地算刀具运动轨迹、编写零件加工程序单、制备控制介质直到程序校核，整个的过程都是由人完成的这种编程方法称作手工编程。
    对于几何形状不太复杂的较简单的零件，计算较简单，加工程序不多，穿孔纸带不很长，采用手工谐和较容易实现。但是，对于形状复杂的零件，具有非圆曲线、列表曲线轮廓的，特别是对于具有列表曲面、组合曲面的零件或者虽然零件几何元素并不复杂，但程序量很大的零件，例如一个零件上有数千个孔，以及当轮廓铣削减时，数控装置不具备刀具半径自动偏移功能，而只能按刀具中心的运动轨帝进行编程等情况，数据控装置不具备刀具半径自动偏移功能，而只能按刀具中心的运动轨迹进行编程等情况，计算相当繁琐，程序量非常大，手工编程难以胜任，甚至无法编出程序来。而且人工穿孔更是一个繁琐的工作，据国外统计以及我国的生产这践说明，用手工编程时，一个零件的编程时间与机床加工时间之比平均约为我国的生产实践说明，用手工编程时，一个零件的编程时间与机床上加工时间之比平均约为30：1。而且数据控机应酬往往由于零件加工程序编不出来而没有发挥其功能。
    2. 自动编程方法  由计算机进行工艺处理、数值计算、编写零件加工程序、自动地输出零件加工程序单，并将程序自动地记录到穿孔纸带或其它的控制介质上。亦可由通讯接口将程序直接送到数控系统，控制机床进行国工。数据控机应酬的程序编制工作的大部发或一部由地算机完成的方法称为自动编程的方法。
6.2 手工编程方法
6.2.1 数控车床的程序编制
    以图6-11中的零件为例，说胆数控车床程序编制的方法。在具有直线及圆弧插补的床上加，需编写出其精加工程序。
图6-11  车削零件图
首先，发析零件图纸，确定工艺方案。
    （1） 按先主后次原则，胡不定期走刀路线。 a) 先切削外轮廓，自右向左加工。即倒角&#61614;切削螺纹的实际外圆&#61510;47.8&#61614;&#61510;&#61492;&#61495;&#61486;&#61496;&#61614;切削锥度部分&#61614;车削62外圆&#61614;倒角&#61614;车削&#61510;80&#61614;切削圆弧部分&#61614;车削&#61510;&#61496;&#61488;；b)切槽；c)车螺纹。
（2）选择刀具及画出刀具布置图。根据加工要求，选用三把刀具：Ⅰ号刀车外圆，Ⅱ号刀切槽，Ⅲ号刀车螺纹。刀具布置图见图6-12。在绘制刀具布置图时，应正确的选择换刀点，以使在换刀过程中，刀具转位时不碰撞工件、机床及夹具。
（3）确定主要轴转速S，进给速度F等切削用量参数。
然后，编写零件加工程序单。确定图6-11中的0点为工件坐标系的原点，A点为对刀点，即是程序的起点，程序单见表6-4。
数控车床编程有以下二个特点：
（1）坐标系的设定及坐标指令数控车床以径向为X坐标轴，纵向为Z轴方向，指向尾架方向为+Z，而指向主轴位置为—Z轴方向。指向操作者的位置为+X方向。按右手直角会场法则规定，Y轴的正方向指向地面。
在按绝对坐标指令编程时，使用代码X及Z表示X及Z坐标轴指令，而用增量坐标指令编程时，。用U及W表示。切削圆弧时，使用I和K表示圆弧的起点相对其圆心的坐标值，I对应于X轴，K对应于Z轴，在一个程序段中，可以按绝对坐标编程或按增量坐标编程，也可用绝对坐标值现增量坐标值混合编程。在数控车床的编程中，X及U输入的是直径值。即按z绝对坐标编程时，X输和的是直径的数值，按增量坐标编程时，U为径向实际位移值的二倍，并附加上方向符号（正向省略）。这是因为图纸上标注的尺寸及测量时使用的径向尺寸都是使用的直径值。编程人员可直接利用图上尺寸编程，也便于核对操作人员数据。
（2）车削固定循环功能车削加工一般为大余量多次切削过程，常常需要多次重复几种固定=的动作，因此在数控车床系统中具备各种不同形式的车削固定循环指令功能。例如，内、外圆柱面加工循环指令，内、外锥面固定循环，端面固定循环，切槽循环，内、外螺纹固定循环及组合面切削循环等指令。使用这些固定循环指令可以简化程序编制。  
6.2.2数控铣床的程序编制
数控铣床至少有三个控制轴（X、Y、Z），同时可以控制二个、三个甚至于更多个坐标轴联动，可加工任意平面零件直到复杂的空间曲面零件。现以图6-13平面凸轮零件为例，说明数控铣床的编程过程。
（1）分析零件图纸、确定加工路线，进行工艺处理，定位装夹选在φ30mm的孔上，并以此为坐标原点及对刀点，从而符合对刀点的选取原则，使编程简单，并能保证加工精度。铣刀的端面距零件的表面留有一定的距离。选用φ15mm立铣刀。确定走刀路线时，需考虑刀路线时，需考虑切向切入刀出。在具有直线及圆弧插补功能的铣床上进行加工。其走刀路线图见图6-13，即为
（2）数学处理需求出平面凸轮零件图形中各几何元素相交 或相切的基点坐标值，并按确定的走刀路线需计算出P1，P2…P10各点的坐标，应用古角、几何及解析几何的数学方法即何求出。它们在工件坐标系中的绝对坐标值为：
P1（—50，160）
P2（—10，130）
P3（0，130）
P4（46.351，98.750）
P5（74.162，30）
P6（74.162，—30）
P7（46.351，—98.750）
：
：
（3）编写程序单，按程序格式编写凸轮零件加工程序单如下：
0/00033
#8001=7.5
G92  X0  Y0  Z100；
G90  G01  X—50  Y160  F1000  M03  S700；
Z—9  F500；
X0  F100；
G02  X46.351  Y98.750  R50； 
G01  X74.162  Y30.00；
G02  X74.162  Y—30R80；
G01  X46.351  Y—98.750；
G02  X0.0     Y—130.0  R50；
G02  X0   Y130   R130；
G01  X10；
G40  G01  X50  Y1=160  F1000；
Z100  
G01  X0  Y0  M05；
M02；
6.3计算机数控自动编程方法
计算机数控自动编程的方法有语言编程方法、图形编程及其它方法。随着科学技术特别是计算机科学的发展，数控扑克动编程的方法不断地改进与完善。自第一台数控机床问世不久，1952年美国麻省理工学院即开始研究自动编程的语言系统APT（Automatically Pro-grammed Tools）。APT语言系统由APT—1、APT—-2发展到可解决三维编程的APT—Ⅲ系统后，宇航协会 对APT—Ⅲ继续改进，成立了APT长期规划组织（APTLRP）由伊利诺斯理工学院研究所负责，1970年发表了APT—Ⅱ初步主案，80个代进一步发展为APT/SS系统，具有定义和加工复杂雕塑曲面的功能。
APT语言系统是世界上发展最早的编程语言，其语言词汇丰富，定义的几何类型多，加工的功能齐全并配有1000多个后置处理程序，在各国得到广泛的用，但该系统庞大，需大型计算机，费用昴贵。因此，各国相继研究出了针对性较强的各具不同特点的编程系统。如美国的ADAPT、AUTOSPOT等，英国的确2C、2CL、2PC、等，西德的EXAPT—1（点位）EXAPT—（车削）EXAPT—3（铣削）等，法国的IFAPT—P（点位）IFAPT—C（轮廓）IFAPT—CP（点位、轮廓），日本的FAPT、HAPT等数控自动编程语言系统。
我国自50年代末即开始研究数控机床，60年代中期开始了数控自动编程方面的研究工作。70年代已研制出了SKC、ZCX、XBC——1、CKY等具有平面轮廓铣削加工、车削加工等功能的数控自动编程系统。后又研制出具有解决复杂曲面编程功能的数控编程系统CAM—251等多功能的语言系统。随着计算机技术的发展，微机数控自动编程系统以其较记的性能价格比迅速发展起来。近年来推出了HZAPT、EAPT、ADPT等微机数控自动编程系统。
美国1964年研制出的一台图形显示器（图形终端），为克服语言编程系统的缺点及发展图形编程系统打下了基础，使用图形交互功能，在屏幕直接显示零件图形及加工走刀轨迹，得到加工程序。其用户界面友好，比APT主席系统编程时间缩短了70-75%，提高编程的质量，经济效益显著，美国洛克希德的加里福尼亚飞机制造公司1967年初步完成了第一个CAD/CAM集成系统，以后命为CADAM系统，在一些工厂中应用，80年代后，随着图形工作站及微机性能的提高， CAD/CAM软件大量涌现，交互式图形编程技术大量被采用，我国已研制出并正在研制一些自主版权的CAD/CAM软件。
6.3.1数控语言编程方法
数控语言编程方法是世界上发展最早，也曾是功能强应用广泛扫自动编程的方法，虽然存在一些不足之处，但实好坏生产中仍有使用，尚未淘汰。下面加以介绍。
1.数控语言自动编程的过程编程员只需根据图纸的要求，使用数控语言很容易地编写了零件加工源程序，送入计算机。由计算机进行数值计算后置处理，编写出零件加工程序单直至自动穿出数控加工穿孔z纸带，或将加工指令通过直接通迅的方式送入数控机床。这一过程称为语言自动编程。其流程图见图6-14。
2.数控语言及其应用APT语言在很多书书刊都有介绍，这里不再赘述，现对日本FANUC公司的FAPT语言及我国研制的微机睥数控语言进行介绍。
（1）FAPT语言及其应用FAPT是用在日本FANUC公司研制的专用的数控编程系统P-MODELG睥语言，该系统由车、铣、模具、线切割等作画选模块及仿真、自学习、故障诊断标准模块组成。FAPT编程实例零件图样示于图6-15。
由例中看出其语言简洁明了，使用方便。它具有如下的技术性能：1）线型定义，点型定义12种；直线定义14种；圆弧定诌义22种；2）刀具运动中心轨迹的计算；3）循环语句；4）半径补偿功能；5）函数曲线编程功能；6）曲线所拟合功能；7）宏定义功能；8）渐开线齿轮专用编程模块；9）面积、重心、惯性矩的计算功能。
S3=p（20，0），—60A   直线过点（20，0）及倾斜角—60
C1=S3，S10（5X），S4（35），R，R，  与直线S3，S10及S4相切的圆弧
B
C2=0，30，20   圆弧圆心为（0，30），半径为20
S5=P（—20，0），P（0。50）  直线过点（—20，0）及点（0，50）
FEED   纸带进给命令
@%   纸带开始信号
FROM，PI（0，5）   加工起始点设定（0，5）
@G41F300@    设定半径补偿及进给速度
S1(OY)    沿直线S1前进
S2(OX)   沿直线S2前进
S3    沿直线S3前进
C1,CW   沿圆弧C1顺时针前进
S4,R,2R   沿直线S4前进
C2,CCW,B    沿直线C2前进
S5     沿直线S5前进
S2,0N,S1    沿直线S2前进至与S1为止
P1,@G40    继续到P1点停止，取消刀偏（G40）
@M02    辅助指令
@%    纸带结束信号
FEED    纸带进给命令
FINI   纸带制备完成命令
PEND   程序结束
（2）HZAPT语言及其应用  70、80年代以来，我国发展了微机数控编程系统。该类系统的特点是：在国内广泛应用微机上运行，投资少，易于推广应用；具有一定产交互式会话及图形显示功能，可及时发现错误，及时修改，得到正确的程序；系统一般都具有对任意平面零件及空间曲面编程的功能。现以化中理工大学研制的HZAPT系统为例，编制在数控铣床上加工平面凸轮（见图6-13）程序。
首先，分析零件图纸，制定工艺过程，确定走刀路线，零件要求加工由直线与圆弧组成的轮廓，其底面与定位孔0已加工好。9孔为基准孔。选其对刀点，即程序的起点，也作为坐标原点。从而使编程方便，并可减汪误差。其走刀路线为O→P1→P2→P3→P4→P5→P6→P7→P8→P9，刀具直径为&#61542;12mm 。
然后，用HZAPT语言收写零件加工源程序如下：
书写零件源程序的一般步骤如下：1）分析零件图，确定加工过程，确定对刀点及走刀路线；2）选择刀具，确定主轴转速，进给速成度等工艺参数；3）写出刀具补偿语句和辅导语句；4）写出几何定义语句。本系统只要求对那些在图纸上不能直接确定的几何参数进行定义，其它的不需定义；5）按走刀路线逐段写出运动语句；6）写出结束语句；7）全面检查语句及格式是否正确，有无遗漏。
HZAPT语言是由语句组成的，语句亦地零件源程序的基本面分，具有独立的意义，语句是由一些特定的基本符号和基本指令（词汇）构成的。基丁符号包括26个英文字母，数字0-9以及定义符，定义符是由一些具有固定意义的符号构成的。它包括分隔符（“，”“；”“：”“=”“/”等）运算符（“+”“&#61485;”“÷”等）初等函数（SIN，COS，TAN等）。基本指令（词汇）与AOPT语言类似，采用英文单词缩写构成，其中常用的基本指令如POINT（点）、LINE（直线）、CIRC（圆弧）、PLANE（平面）、CURV（无列表曲线）、DFN（函数定义）、CULNDR（柱）、CONE（锥）、SDHERE（球）、FEED（设定进给速度）、TOOL（设定刀补值）、END（程序结束）等。HZAPT语言特点是将定义语句与切割语句（运动语句）可登工使用，使程序结构紧凑，源程序缩短；语言功能较强，类型较全。
3.数控主席自动编程系统扫软件计算机数控语言编程系统总体结构如图6-16所示，它由前置处理程序及后置处理程序两大部分组成，前置处理部分包括输入翻译及计算阶段。零件加工源程序输篱计算机后，经过输入翻译，数学处理计算出刀具运动中心轨迹，得到刀位数据（LD）文件。后置处理程序将刀位数据和腾扫工艺参数、辅助信息处理成具体的数控机床缺要求的指令和程序格式，并自动的输出零件加工程序单，由穿孔纸带或计算机将加工指令通过接口直接传送给数控机床。
前置处理程序框图示见图案，其主组成及功能如下：
（1）输入翻译阶段输入翻译阶段包括输入模块、词法分格、语法分格模块。首 先进歃词法分析，对源程序依次地进行扫描，对构成源程序的字符串进行分解，识加紧单词。在些基础上，进行语法分淅，把单词符号串分阶段解成各类语法单位，确定整个输入串是否构成语法上正确的句子，查明零件湖泊 程序中那一些地方不合语法规定，并对错误及时进行修改。
（2）计算阶段程序计算阶段要求出零件的基点、节点及刀具运动中心轨迹即刀位数据。该部分由下面的模块组成：1）常规的几何运算模块。包括二、三维平长工，一点沿定矢量平移，二、三维投影计算。2）几何定义模块。该模块确定发直线、圆弧、空间直线、平面、球、圆锥、圆环、矢量、螺旋面以及一般二次曲面的各种定义形式，用户可自由选择不同定义方式，并且允许嵌套定义。3）几何元素相交模块。该模块具有两条直线相交，直线圆弧相交，两圆弧相交，两圆弧相切，直线圆弧相交，直线平面相交，直线球面相交，直线椭圆面相交，两平面相交，三平面相交，直线圆柱相交，直线圆锥相交，直线一般二次曲面相交，直线自定义参数曲线相交，圆弧自定义参数曲线相交 ，圆弧自定义参数民线相交，两直线间圆角过度，直线圆弧间圆角过度，两圆弧间圆角过度，直线自定义参数曲线间圆角过度，圆弧自定义参数曲线间圆角过度。4）点位和辅助机能模块。该模块具有钻孔、攻螺、镗孔、组孔加工、精加工等点位编程功能，同时还有程序名，平面选择，容差，刀偏，刀补，换刀，进给，转速，嘛轴停转，冷却，取参数，程序结束等辅助功能。5）自定义函数模块。该模块允许用户以表达式的形式输入数值和几何参数，可对用户任意定义的参数曲线编程，大大扩展了系统的编程功能力。6）自由曲线编程模块。该模块提从了按点列或给出位矢与切矢两种类型方法描述的自由曲线的编程功能，并提供了自由、夹紧，与前段相切，与后段相切，闭合等不同端点条件。7） 空间解析曲面模块。该模块具有对球面、圆柱面、圆锥面、圆环面、螺旋面以及由任意平面曲线绕任意轴线旋转构成同面的编程功能。8） 自由曲面模块。该模块具有对点阵描述的曲面按COONS曲面，Fergson曲面插值功能，同时对广泛应用生产中，以截面描述的曲面进行编程。9）刀位校验模块。该模块涉及了多面体数控加工法，自动校验铣削加工时的刀具干涉问题，并就提高表面精度或切削效率分别给出最大切削半径或深度。10）组合曲面模块。该程序能将不赙面组合在一起，具有对复杂形体编程的功能。11）公用程序包。包括正切计算，行列式计算，求最大值，存取几何元素，存取切削数据，分区词判别恨具偏置，高斯法解议程，追赶法解方程等子程序。
    （3） 系统管理模块  系统的硬、软件资源由该模块统一管理，调用。
    （4） 绘图模块  能使用户在屏幕上快速绘图，也容许用户在绘图仪上进一步绘图校验。该模块能根据用户需要绘制XOY、YOZ、ZOY面的视图，中间正投影，二等测、三等测投影图和一般透视投影图。并具有局部放大功能，操作方便灵活。
6.3.2 数控图形编程方法
    数空图形编程方法是指使用人机交互设备（ 键盘、鼠标器、数字化仪等），通过人机对话（功能菜单、文字命令等形式）方式将待加工零件的几何尺寸等数据输入计算机，并在显示屏幕上显示出图形。然后，用户可指点出走刀路线或走刀方式，在屏幕上即可显示出走刀轨迹。再输入切削参数、辅助功能等工艺信息，经计算机处理，输出零件加工程序控制介质。也可将加工程序直接由计算机通过接口送入数控系统。
    该方法不需要编制零件加工的源程序，用户界面友好，使用更加方便、直观、易学易掌握。而且现代的NC图开编程大都是与CAD集成的。CAD生成的信息可直接传送给编程系统，实现CAD/CAM集成，它是CIMS系统的重要组成部分。
1.图形编程的步骤  图形编程的步骤如下：
（1）在屏幕上画出（或调出）零件图。用户根据待加工零件图纸的要求，通过人机对话的方式，将零件的几何尺寸送入计算机，在屏幕上画出零件图形。如果待加工的零件图形已存在计算机内，调出显示在屏幕上即可。零件图形也可由其它CAD系统传送到编程系统中。
（2）指出对刀点。用光标指点或用命令输入该点的坐标值。
（3）确定走刀路线，按走刀顺序，用光标指点所要加工的部位。计算机重新排序，并显示出走刀路线。
（4）设置刀偏直及方向。通过人机对话方式，输入刀偏值及方向，计算机计算出刀显示出走刀路线。
（5）输入各种辅助功能M指令F、S、T等指令。
（6）加工过程仿真及走刀轨迹编辑修改。对加工过程仿真，检查走刀路结是否合理，有否碰撞干涉情况，进一步编辑，优化处理得到正确的走刀轨迹。
（7）得到零件加工程序单。上述步骤完成后，调用后置处理命令，即可得到零件加工程序。
2.数控图开编程系统软件 图形编程系统一般由绘图、显示、定义几何实体、编辑修改、加工、测量、输出绘图及输出打印等功能出打印等功能模块组成。系统总体构成图见图6-18，其主要模块协能介绍如下：
（1）绘图模块该模块主要包括各种直线、曲线（圆弧、路径线、自由曲线、函数曲线等）、各种平面、二次曲面（圆锥面、圆环面、球面等）、孔斯曲面、动，基线形成各式曲面、NURBS曲线曲面（非均匀有理B样条曲线曲面）的造型与处理。
（2）显示模块 包括各种曲面的显示、NC加工特征单元的显示、刀位点数据的显示、刀具轨迹的显示，加工过程动态仿真显示等。该系统提供了重画、放缩、浏览、视点变换、真实感显示、颜色设定、线型选择等功能。
（3）定义几何实体模块该模块为用户提供了强大方便的几何设计及编程功能。用户可以利用图纸上有关的几何元素，通过该模块的相关命令求出需要的几何元素。
（4）编辑模块  该模块具有图形几何变换功能，可对几何实体进行平移、对称，旋转、放缩、复制、删除等变换。改变现存在实体的特性（图层、颜色、线型）将一现存实体分为二部分以及在两个实体之间加圆角或斜切，载剪或延长实体使其达到指定的边界界，系统中还应具有刀具轨迹上刀位点的修改与均化，最后对刀具轨迹进插连接与排序。
（5）加工模块该模块包括生成零件程序加工G代码及编辑、显示、调入、输入、输出G代码和设置刀偏值、进给速度、主轴转速等功能。
（6）测量模块系统中提供了可通过命令在图形上直接测量两点距离、点到平面的距离以两平面间的距离功能，使用户能直观地快速地得到需要的上述参数，例如在加工过程仿真时，可在图形上直接测量出加工厂余量、干涉量等等。
6.4计算机数控自动编程系统的刀位算法
复杂的曲线面及带多岛坑的型腔零件的加工是数控自动编程系统的难点。对复杂零件进行编程时，首先确定其型面的数学模型，然后计算其刀位点及规划走刀轨迹。处理自由不得曲线和曲面的数学方法很多，如三次参数样条与孔斯曲面法，Bezier曲线与曲面，B样条曲线与曲面以及非均匀有理B样条(NURBS)方法等。非均匀有理B样条(NURBS)法是国际上被认为最有发展前景的方法。1991年国际标准化验组织(SIO)正式颁布了关于工亚产品几何定义的STEP国际标准，把NURBS方法作为定义产品形状唯一数学方法。近年来，在功能强的数控编程系统及CAD/CAM系统中都扩充开发了NURBS的方法。
本书的CAD/CAM建模技术有关章节对上述的曲线曲面的数学模型已有阐述，本章不再赘述，重点介绍刀位点的计算方法。
6.4.1自由曲线的刀位点计算
数控系统一般都不具备样条曲线的插补功能，自由曲线使用三次参数样和条，NURBS等方法拟合以后，还必须用直线段或圆弧进行二次逼近，才能编制数控加工程序，进行数控加工。用直线段逼近，需编制的程序段较多。使用单圆弧逼近，计算较简单，曲线总体上为一阶光滑。但当型值点为曲线的拐点时，此法不易处理，双圆弧似合可解决曲线存在拐点的问题，同时似合精度和光滑性都比单圆弧似合高。此方法应用广泛。下面加以介绍。为了使双圆珠笔弧插值具有良好的光顺性，首先找出局部样条上的全部拐点，将它们作为新型值点插入原有型值点之间，使局部格条的每一段愉就不含有拐点。用m1及m2分别表示这段局部样条在P1和P2点处的切线。引两段圆弧段圆弧d1和d2使基满足下列条件：
（1）d1过P1且切于m1，d2过P2且切于m2
（2）d1与d2在连接处相切。 
该方法称作双圆弧插值。其具体算法如下：（见图6-19）
（1）找出所有局部样条段的拐点，作为新型值点依次插入原型值点列中，并求得每个型值点依次插入原型值点列中，并求得每个型值点处的切线龙相邻两个型值点P1，P2之间，得到了两个端点切线与弦所夹角θ1，θ2以及△P1P*P2。
（2）在直角坐标系｛P1，X，y｝中，确定：
双圆弧的有向半径
双圆弧的连接点N（△P1P*P2的内心）坐标
 从圆弧的两个圆心O1（x1,y1）和O2（x2,y2）的坐标
上述式中R1，R2为有向半径，圆弧走向顺时针，半径为负，否则相反。另外，上述公式都需由局部直角坐标系转换到固定的直角坐标系中。
6.2.4平面型腔零件加工时刀位占算法
平面型腔是由封闭的结束边界（外轮廓）与底面构成的凹坑。一般情况下坑的坑壁（外轮廓）与底面是垂直，但也有和坑底面成不定期定锥度的。有时在凹坑（型腔）中存在 凸中即称为岛（内轮廓）。平面型腔零件加工方法主要有两种：行切法及环切法。
行切法时刀具探险一组平线走刀，可分为往返走刀及单向走刀，往返走刀是当刀具切进毛坯后，尽量少抬刀，在一个单向行程结束年时，继续以切进方式转向返回行程并走完返回行程，如此往返。此种方式在加工过程中将交替出现顺铣，逆铣，两者切削效果不同，影响加工表而后质量和切削刀的大小，有些材料不宜往返走刀，可采用单向走刀方式。单向走刀时刀具沿一个方向进行么终点后，抬刀到一定的安全高度再快速返回到起刀点再沿下一条平行线走刀，如此循环进行。该方式优点是刀具可保持相同的切削状态进行加工。行切法的刀位点计算较简单。主要是幅组平线与型腔的内、外轮廊求交，判断出有效的交线，经编辑年按一定的顺序输出。在遇到型腔中〃岛屿〃时，稍作分析加以处理，可采取不同的措施；抬刀到安全高度越过〃岛屿〃；沿〃岛屿〃边界绕过去；；或是遇到内轮廓反向回头继续切削；若内轮廓不是凹台而是〃坑〃可以直接发跨越。行切法产例见图6-20。
环切法院加工不仅可使加工状态保持一致，同时能保证明外轮廓的加工精度，环切法治刀位计算复杂，特点是非曲直带有多岛多坑的复杂型腔的刀位点计算是国内外学者研究的重点。下面介绍的一种环切计算方法步骤如下：1）外轮廓按加工要求的刀偏值向里偏置，检查抽形成的环是否个别理，并进行矛处理；2）内轮廓按加工要求的刀偏值向外偏置，检查所形成的环是否合理，并进行矛处理；3）内、外环不碰到后，消除干涉后形成新的内、外环；4）重复上述步骤，新的环不断生成，分裂化直一以失。环切法刀具轨迹的生成过程见图6-21。
6.4.3基于等距面精确载剪的加工方法
该方法的思想民是首先求出等距面，然后等距面求交并进行精确载剪，得到精确的确良民曲面边界，确定精确的加工区域，进行刀具轨迹规划，得出走刀轨迹，实现步骤如下：
（1）求等距面将原始民面的每一点都沿该点的法矢方向移动一个固定的距离所生成的面，即为该原始曲面的等距面。若原始曲面为f (u,v),其等距面为f &#61616;(u,v),则
f 0 (u,υ) = f (u,υ) + dn (u,υ)
其中d为等距面间的固定距离，例如，数控加工时，用球头铣刀切削时，刀具中心至加工而的距离。 n (u,v)为f(u,v) 曲面单位法矢。
（2）等距面求交曲面求交法有解析法、分割法、数值迭代法等在有关文献中都有较详细的阐述，本书不再赘述。
（3）等距曲面曲面求交后，构成曲面的新边界，通过交互方式选取需加工的部分，确定精确的加工区域。
等距面载剪的规则是，将两个等距曲面在X，Y平面投影的重合部分载剪掉。若用符号“&#61516;”表示这一运算，则组合曲面{si ,i=1,2…,n}的无干涉加工区域为：
曲面经载剪后，避免了不同民面间的刀具轨迹干涉。
（4）刀具轨迹规划，曲面经载剪并确定了加工区域后，根据不同的零件结构及加工工艺要求，需对走刀轨迹进行规化，得刀位点数据，例如，曲面腔槽的加工、可先对加工曲面进行等距面载剪，得到曲面加工域，然后在其参数域上按平面腔槽的方式规划走刀轨迹，其轨迹可选取环切或行切。然后再返回到实空间生成刀具轨迹，曲面型腔加工示意图见图6-22。组合曲面加工时，朵亦是进行等距面无剪，然后用一组平面与等距面求交，交线即为走刀轨迹，根据需要，平面可按平行方式布置，也可一点固定，按放射状盛开置。同时还可将平面换成转曲面或其它们形式的简单曲面。组合曲面三种走刀轨迹图见图6-23。
综上所述，该算法具有如下的特点：
（1）采用等距而后载剪方式，避免了不同曲面的确良刀具轨迹干涉。
（2）通过等距面的精确载剪，得到了精确的曲面加工边界及选取了精确的加工区域，提高了加工精度。
（3）刀具轨迹规划在曲面参数域平面内进行，直观方便，并可能性生多种走刀方式。
（4）整个计算过程都在民面偏值面上进行，避免了以往算法中，同步平面轨迹映射到三维空间悍的曲面与曲面多次求交减少好数据转换环节，提高好计算精度。
（5）适用范围广，不仅可适用于复杂的型腔加工，且可适用于组合曲面及单张曲面区域加工。
6.5数控加工仿真
手工编程和自动编程产生的数控制代码，在实际加工前，一般要进行试切，即用木材、石蜡等材料进行加工。如果发现错误，则对数控代码进行修改，直至最终满足要求为止。这种试切的方法不仅费时， 而且安全性也难以保证。为解决这一问题，计算机数控加工仿真技术应运而秉。数控加工仿真是利及计算机图形学的最新成果，采及动态的真实感图形式，模拟数控加工厂全过程。通过数控加工仿真软件，能判别加工路径是否合理，构测刀具的碰撞、干涉，优化加工参烽，降低材料消耗和生产成本，最大限度过地了挥数控设备的利用率。一个完整的数控加工厂仿真过程包括：（1）NC代码的翻译及检查。将NC代码翻译为刀具的运动数据。并对代码中的确良语法错误进行检查。（2）毛干涉及零件图形的输入和显示；（3）刀真的定义及图形显示；（4）刀具运动及毛坯去屑的动态图形显示；（5）刀具碰撞及干涉检查；（6）仿真结果报告，包括具体干涉位置及干涉量。
    数控加工过程的仿真的难点是动态图形生成和刀具干涉检查。常用的方法有两类。一是用毛坯体与刀具运动形成的包络体进行布尔“差”运算。此种方法的几何模型与实际加工过程相一致，但对实体造型技术要求很高，计算量大，较难应用于实时检测和动态仿真。另一类算法是用象空间的消隐算法来完成实体布尔运算。该方法能实现动画显示，但由于原始数据算法是用象空间的消隐算法来完成实体布尔运算。该方法能实现动车显示，但由于原始数据都已转化为象素值，所以不能进行精确的检测。下面半分车削仿真和铣削仿真详细说明。
6.5.1 车削仿真
    由于车削编程属于二维编程，所以车削仿真也在二维进行。车削进一步检查的方法是，计算出车床的运动部件（刀架、夹持器、刀板、滑架）沿运动轨迹所扫过的区域，并将其与工件图形及机床附件（卡盘、尾架、托架等）进行布尔“减”运算，从而判断是否产生干涉。图6-24为整个车削仿真过程的示意图。由于此种算法的全部运算都在二椎进行，所以不仅能以动画形式模拟加工过程，而且能准确地计算出毛坯材料的基本建设除量和机床运动部件与工件、机床附件等干涉碰撞的具体数据。
6.5.2铣削仿真
复杂零件铣削加工的图形仿真和刀具干涉检察院查在技术难度上远远超过车削加工。由于三维实体布尔运算对几何造型技术要求很高，而且也难以满足实时动画显示的要求，所以目前铣削仿真大多采用离散检测算法。该算法的核心是将曲面按一定精度离散，然后在每个离散点处计算该点沿法矢到刀具包络体的距离。通过判断距离的大小与正负来检测刀具的过切或漏切。
如图6-25所示，n为曲面检测点处的法矢，s为检测点到刀具体的法向距离。sg≤s≤sm    则在误差范围内，s＜sg则过切，s＜sm则漏切，其中sg和sm分别曲面加工精度中的内偏差和外偏差。
通过计算，得出曲面上各检测点沿法矢到刀具包络体的距离后，可判断此时刀具的切削量和切削深度，从而选取合适的进给速度和主轴转速。采用这种加工参数优化方法，可比传统的在整个加工过程中保持一个恒定的进给速度节省大量加工时间，同时，对于进给速度变化频繁或变化幅度较大的刀具运动，还可建议用户改变刀具轨迹，重新规划走刀方式，使加工路径沿曲率变化较小的方向。
加工过程的动画显示是为了对加工过程有一个直观、全面的了解。切削过程的图形仿真技术与一般的真实感图形生成算法完全相同，具体可采用Z缓存方法，先计算刀具包络体所对应的屏幕象素的深度值和颜色灰度值，然后与毛坯体在该处的象素进行比较，得出最后的显示图象。

第4章  成组技术
4.1 成组技术的基本原理
成组技术简称GT（Group Technology）。长期以来，人们是以一种传统的观点来看待机械制造技术。即无论是大批量生产、亦或是单件小批量生产，工厂所采用的制造方法和制造手段秘须与加工类型相适应，这样导致在设计和制造过程中出现许多不合理的理象。例如，在大批大量生产中，由于工作地集中化和专业化，高效能、自动化专用加工设备以及机械化、自动化流水生产线的使用，劳动生产率可得到提高，但是，对单件、中小批量生产的工厂，一般按机群式布置车间的加工设备并组织生产，由于零件的加工按各自的工艺流程交叉、往返于各生产班组之间，为满足不同零件的加工就要采用所谓万能性的生产设备，势必就造成了这一生产类型的生产周期长、效率低、成本高、管理困难等缺点。
生产的发展不断加快了产品的更新换代，多品种、中小批生产在机械工业的地位日益重要，而且，现代的制造环境还将面临一系的问题和挑战，它包括：（1） 为满足不同用户的需要，要求产品具有不同的规格和选项； （2） 要求产品具有高可靠性，以及零件具有高精度； （3） 需要处理极为广泛的工件材料，包括不同的金属材料、塑性材料、陶瓷材料、以及复合材料； （4） 要求将产品的设计与制造紧密地结合起来。
成组技术就是解决这些问题而产生和发展起来的一项新技术。实际上它是一个关于制造的哲学概念。它是钭相似的零件进行识别和分组，并在零件设计和制造中充分地利用他们的相似性。相似的零件被列入一个零件组成或零件族。例如，一个能生产10000种不同零件的工厂可以将其分类归纳成50或60个零件族，每一个零件族必须具有相似的设计和加工特点。因此，一个给定零件族，它的每个成员的工艺过程应该上相似的这样可以通过将生产设备分成加工组或加工单元来提高它们的加工效率。同样，在产品设计以及制造业的其它领域中，通过零件分组的方法也可以得到许多益处。
零件的相似性，包括零件在产品中的作用相似性和与其相对应的结构相似性。其作用相似性可从零件间的装配关系及零件图纸的某些信息来推断，而零件的结构相似性则可根据零件图的信息来确定，它又可划分为结构、材料和工艺三个类别。
成组技术不仅用于零件加工、装配等制造工艺方面，而且还用于产品零件设计、工艺设计、工厂设计、市场预测、劳动量测定、生产管理和工资管理等各个领域，成为企业生产全过程的综合性技术。
4.2 零件分类编码系统
4.2.1 分灯编码系统概述
    1. 分类编码系统的定义  零件的分类编码系统就是用了符（数字、字母或符号）对零件各有关特征进行描述和标识的一套特定的规则和依据。按照分类编码系统的规则用字符描述和标识零件特征的过程就是对零件进行编码，这种码也叫GT码。
在建立零件的分类编码系统时，必须考虑如下因素：（1）零件类型（回转体、棱形件、拉伸件及钣金件等）； （2） 代码所表示的详细程度、码的结构（链式、分级结构或混合式）； （3） 代码使用的数制（二进制、八进制、十进制、字母数字制、十六进制等）； （4） 代码的构成方式（代码一般是由一组数字组成，也可以由数字和英文字母混合组成）； （5） 代码必需是非二义地和完整地，即每一个零件有它自己的唯一代码； （6） 代码应该是简明的。
如果1 00位的代码和10位的代码都能无二义地、完整地代表所要描述的零件，则10位代码将更受欢迎。OPITZ码由9位数字组成；日本KK-3码长度为21位；荷兰MICLASS码长度可达30位；前德意志民主共和国建立了由72位数字组成的分类编码系统，并且当作法律来执行。必须注意的是，无论分类编码系统多么复杂和详细，它们都不能详尽地描述零件的全部信息，因为分类编码系统一般只在宏观上描述零件信息而不过分追求零件信息的全部细节，因此近来有人研制了所谓的柔性码，用于克服传统GT码的不足。
2. 分类编码系统的结构形式  在成组技术中，码的结构有三种形式：树式结构（分级结构）， 链式结构以及混合式结构。
（1）树式结构  码位之间是隶属关系，即除第一码位内的特征码外，其它各码位的确切含义都要根据前一码位来确定。如图4-1a所示。树形结构的分类编码系统所包含的特征信息量较多，能对零件特征进行较详细的描述，但结构复杂，编码和识别代码不太方便。
（2）链式结构  也称为并列结构或矩阵结构，每个码位内的各特征码具有独立的含义，与前后位无关，如图4-1b)所示。链式结构所包含的特征信息量比树式结构少，但结构简单，编码和识别也比较方便。OPITZ系统的辅助码就属于链式结构形式。
（3） 混合式结构  系统中同时存在以上所说的两种结构。大多数分类编码系统都有用混合式结构，例如OPITZ系统、KK系统等。混合式结构如图4-1c)所示。
4.2.2 OPITZ分类编码系统
    1． OPITIZ系统的总体结构  OPITZ系统是世界上最著名的系统，它是由西德阿亨大OPITZ教授开发。该系统简单方便、实用，已被国内外很多单位或公司采纳，作为他们的编码系统，有些编码系统则是OPTIZ系统为基础发展而来的。OPITZ分类编码系统的结构如图4-2所示。
OPITZ码由9位数字组成，前1~5位数字用于描述零件的形状，6~9用于描述零件的尺寸、精度和材料。在这9位码之后，用户还可根据自己的需要设计扩充若干码位（一般不超过4位），用于表示零件的生产操作类型和顺序等。
2. 类型码 OPTIZ分类编码系统的第一位是类型码，用于描述零件的总体类型。对于回转类零件，第一位数的代码为0、1、2、3、4、5，用于描述零件的长径比的范围，即用于将回转类零件按其长径比进行分类。图4-2中L表示零件的最大长度，D表示零件的最大直径，则上述各代码的含义如下：
0: L/D<0.5  (用于表示盘形件)
1：0.5<L/D<3  （用于表示短轴件）
2：L/D>=34  （用于表示长轴件）
3：L/D<２，（用于一示短形偏异回转体）
４：L/D>2，（用于表示长形偏异回转体）
5：备用
对于非回转转类零件，第一位的代码是6、7、8、9，它们是按零件长、宽、高的不同比例加以区分的。在图4-2中，长宽高分别用A、B、C表示。
3. 形状码 OPTIZ编码系统第一位码只是对零件进行了粗加重的分类，第二~第五码位用于对零件各主要形状特征作进一步的描述。回转体零件第二位的代码用于描述零件外部的主要形状，如零件外表面是否带有台阶，是一端有台阶还是两端都有台阶，是否带有圆锥表面台阶表面上是否还有其他形状要素等。第三位数字表示零件的内表面形状，其内容与外表面的内容大致相似，即是否有台阶孔、台阶孔的方向以及是否有圆锥孔等。第四位数字表示零件是否有平面和槽。第五位数字表示零件上是否有辅助孔和齿形等。至于非加转体零件的第二、三、四、五位数字，分别用来表示零件的外形、主要孔及其他回转表面、平面加工、辅助孔及齿形加工等特征。
4. 辅助码 OPTIZ编码系统的第六位至第九位数字是辅助码。第六位数字用来表示零件的基本尺寸，它有10个代码（0~9），分别代表10个由小到大排列的尺寸间隔。和七位数字表示零件的材料，也分成10类，分别为铸铁、碳钢、合金钢、非铁合金、…。第八位数字表示零件毛坯的形状，分别为棒料、管材、铸锻件、焊接件等10类。最后一位数字表示零件上高精度加工要求（IT7和Ra0.8以上）所在的形状码位，用0~9十个代码表示之。
5. 示例  下面举例说明如何用OPTIZ分类编码系统对零件进行分类编码。图4-3a)是一个回转类零件，图4-3b)是一个非回转类零件，图中均只标注了零件的主要尺寸。图4-4是图4-3所示零件的编码结果。
4.2.3 其它编码系统简介
    1． JCBM编码系统  JCBM系统是我国第一个分类编码系统，该系统是在OPTIZ分类编码系统的基础上制定的。JCBM系统由五位形状特征主码与四位副码组成。它与OPTIZ系统的主要区别是：回转类零件减少一位（给限非回转类），尺寸码增加一位（第七位），而把材料和毛坯形状合并为一位，这样整个码位仍是九位。图4-5、图4-3给出零件用JCBM系统的编码示例。
2． JLBM-1分类编码系统  JLBM-1原机械工业部颁发的机械零件分类编码系统，它是在上述 OPTIZ和JCBM系统的基础上结合我国机床行业的具体情况发展起来的适用于产品设计、工艺设计、加工制造和生产管理等方面。图4-6是JLBM-1系统的基本结构和组成。该系统具有15个码位，每一码位用0到9十个数码表示不同的特征项号。15个码位中，第一二位码为名称类别矩阵，第三至九码位为形状与加工码位，第十至十五码位为辅助码位。图4-7是图4-3所示零件用JLBM-1编码的示例。
3． MICLASS系统  MICLASS系统（Metal Institute Clasfication System）是荷兰应用科学院金属研究所（TNO）于70年代初研制的。现改名为MUTICLASS。该系统具有多种功能并附有一套计算机程序，可以满足设计、制造以及管理部门等不同单位的需要。到目前为止，MICLASS系统已成功地用于机床、飞机、电器设备和重型机械等行业。该系统属于主辅码分段式总体结构，由12-30个码位组成。其基本构成如表4-1所示。
从表4-1中可以看出，标识零件形状、尺寸、精度和材料等主要与设计有关的永久性特征的码位共12位，称之为主码。主码可以单独使用。即无论在哪个企业或公司使用，主码的内容一般都不变。而其他码位，用来描述零件批量、工时、材料加工性、主要工序、工装、装夹等与工艺有关的特片，称之为辅码。辅码的位数和内容可以根据用户具体情况而定，位数最多可达18位，如美国奥提期（Otis）石油机械厂在使用MICLASS系统时采用15位辅码。MICLASS系统便于建立数据库和用计算机进行零件信息的分析和处理，在与计算机技术结合后能进一步发挥其所具有的各种功能。用户可以任意选用系统的6个计算机程序，借助于这些程序，系统可以自动进行设计检索、分类编组、工艺过程设计、机应酬选择、机应负荷计算、成本估算等各项工作。MICLASS系统还备有对话型的计算机编码程序，用以实现自动编码。这样不仅可将编码速度大大提高，而且，更为重要的是可将编码出错率降低在5%以内，而在通常情况下采用人工编码的出错率常高达10~30%。
4． 柔性编码系统
（1） 柔性编码系统简介  在成组技术中，传统的零件分类编码系统主要适用于划分结构、工艺相似的零件组，其体系表达形式一般是表格式刚性结构。这种结构存在以下一些问题：1） 传统的零件分类编码分类系统能对零件总体上进行概括的描述，但不能提供全面、准确的零件信息，故不能满足企业各部门要求，更不能满足CIMS各环节（如CAD、CAPP、CAM等）的需要； 2） 传统的零件代码码位长度固定，不能随零件复杂程序而变化。对简单形状零件，相当多的码位以“0”虚设，造成极大冗余；而对复要形状零件，又无法在一个码位上说明多个同时存在的特征，所以无法确切、详尽地描述零件几何结构和工艺信息，故满足不了CAPP自动生成工艺设计的需要； 3） 代表CAD技术发展方向是特征造型CAD系统，传统的零件编码系统无法完成零件从 CAD/CAPP/CAM一体化的的统一描述，故不能适应高技术的新需求。
为此，这里简要地介绍一种面向企业生产活动全过程和零件柔性编码系统，供读者参考。该系统是一个面向形状特征的具的、具有多段式、多层次、柔性化结构的零件分类编系统，对于回转体类零件而言，其结构如图4-8所示。该系统的一级总体信息码由通用码和专用码两部分组成。通用码吸收了传统零件编码系统的特点，专用码则按编码系统具体目的而设计。该系统采用多级代码，码位排列横向、纵向全部采用开放式柔性化结构。从图4-8的横向可见，通用码分主码和辅码两段，第一段主码由七位固定码构成，用来粗略地描述零件总体信息，包括零件类别、尺寸、材料、毛坯、零件是标准件或外协件还是自制件等属性标记，这些码位表达任何零件均有的特征。第二段是辅码，它描述零件可能出现的工艺特征，如热处理、精度等，视自动生成工艺过程时逻辑推理的需要求，或企业管理等其它需求而变，采取“按需取之”，其码位不定。从图4-8中的综向可见，专用码部分属于零件第二给或第三给代码，码位长度及层次多少视设计、工艺或管理各部分的具体需求而定。
（2） 通过柔性码实现CAD与CAPP的集成  由于柔性码可以较详细地描述零件的几何形状信息与加工工艺信息，因此可以直接作为CAPP系统零件信息的输入，并以此进行较高质量的工艺设计。柔性码可以由基于特征造型CAD系统自动生成，并由此实现CAD与CAPP的集成。
4.3 零件分组方法
如上所述，成组技术的核心是利用事物的相似性，将相似的问题归类成组以便提出统一的最佳解决方案。零件分组正是寻求零件的相似性，将相似的零件归并为零件族，这是实施成组技术的基础。这里所说的零件相似性，将相似的零件归并为零件形状的相似性与零件的加工方法（工艺）的相似性，图4-9所示为一组加工方法相似但几何形状不尽相同的零件。
零件的分组方法可归类于图4-10所示的几种。当被加工的零件数量不太多时，可以有用视检法，生产流程分组法是以工厂现行的工艺过程等有关技术资料为依据的其目的是寻求工厂本已客观存在的加工族用其相应的加工设备组，这个方法砒较全面地应用了现有生产条件的相似性，广泛地应用于零件分类，特征编码分组法是通过零件编码来分组的，该方法也叫特征数据法或特征矩阵法。特征指标综比较法一般用于比较复杂的精确聚类分析。
4.3.1特征数据
特征数据是从零件编码中选择几位特征性强并对划分零件组影响较大的码位作零件分组的主要依据，而忽略那些影响不大原码位，当采用的零件编码较长时一般采用此法。这种方法是根据零件特征信息的统计分析结果考虑到车间的加工水平、工装设备条件、设备负荷、管理水平等条件，对每一位代码划定一个范围作粉组的依据，每个特征矩阵对应一个码域，即一个零件组。分组步骤如下。
1. 零件编码首先要用零件编码系统，对待分组的零件进行编码，这是零件分组的基础。
2. 零件代码排序了便于零件分组也为了便于管理和检索需要对零件代码按从小到大的顺序了进行排序，有一简单的计算排序程序就可以快捷地完成定工作，排序完成后可得到零件代码顺序表或代码清单 ，代码清单上的每个零件代码都与其零件图号相对应。
3. 零件结构特征统计分析零件结构特征统计分析的目的是，为了解产品零件的各种结构和形状信算了 的分盛开情况，为制订零件分组方案和建立特征矩阵提供定量依据。统计分析的关键是要对零件编码进竺分解，以了解零件代码每一位的数值，并把出现的次数累计入相应的数组中，同时求出每位数值所占的百分比。
4. 分组在对零件的结构特征信息分布情况进行统计分析的基础上制订出分组标准，按此标准确定若干特征矩阵，并用特征矩阵对零件进行分组。
采用特征矩阵法对零件进特分组的原理是依据每一个零件的代码均可用矩阵来表示。如代码为130213411（OPTIZ码）的零件可用图4-11所示的矩阵来表示，而一个矩阵也可以表示一个零件组，如图4-12所示。含有一定通范围的零件特征的矩阵，即特征矩阵。根据分组标准，可以确定若干个特征矩阵，作为划分零件组的依据。分组时，将零件代码矩阵与特征矩阵相比较，如果零件代码各个位位的数值相对应的位置上都是1，则认为该零件与此矩阵相匹配，该零件就分入这个组；如果与零件代码相对庆的矩阵益上有一定不是1，而是0，则认为该零件与此矩阵不匹配，该零件就不能分入这个组。分组的方法是先用一个特征矩阵与所有零件相比较，把与此矩阵相匹配的零件划分为一个组，同时打印出此特征矩阵和属于该组的零件图号和代码。再用第二个矩阵与剩下的零件相比较，划分出第二个零件组，重复这个过程，直到所有特征矩阵对零件筛选完毕，最后把所有与特征矩阵不匹配的零件单独编成一组，也打印出它们的图号和零件编码。
以上工作中，零件编码、排序、零件结构信息分布情况的统计分析和零件的分组等过程均可由计算机完成，只有零件的分组标准制订需要一定的人工干预。
4.3.2 生产流程法
生产流程法是以零件分类编码系统淡基础，通过分析车间中零件的工艺流程（工艺过程）来确定零件族的一种零件分类成组方法。利用它将具有相同或相似工艺流程的零件归入同一组，从而根据所分的零件组来设计布置车间的制造环境。生产流程法主要是根据零件的加数据来划分零件族的，因此，这种方法具备两个优点：第一，可以将基本几何数据不相同而工艺路线相同或相似的零件归入一个零件族，第二，可以将几何数据相似而 艺路线不同的零件归入一个零件族。生产流程法也睚承其不足之处，因为生产流程法所采用的数据来源于加工工艺过程，而加工工艺过程一般是不同的工艺设计师完成，而且这种加工路线不一定是最优的，结果导致了分组的不合理性，而且也导致了加工组和加工单元的分格一配置是不最合理的目前通过计算机辅助工艺（CAPP）可以基本解决这一弊端。以下通过一个简单的实例说明生产流程法的一般步骤。
1. 选择分类编码系统  为了论述方便，将OPTIZ分类编码系统进行简化，得到如表4-2所示的简单编码系统。
2. 数据收集  必须从现有的零件和工艺过程文件中收集与所有现有零件的设计和工艺过程有关的信息。每一个零件设计采用上述简单编码系统进行编码，而相应的工艺规程则用另上的代码形式表示，并称它为工序代码（也叫OP代码），如表4-3所示。一个OP代码表示在一台机床上或一个工作点上的系列操作。例如，可以采用DRLO1表示这样的操作序列：在钻床上装夹工件；装上钻头；钻孔；把钻头换成铰刀；铰孔；并从钻床上卸下工件。把用OP代码表示的操作称为工序计划。一个工序代码表示在一台机床上操作的一个逻辑组，能用它表示一个工艺规程。工艺规程的这种表示称为工序代码序列，如表4-4所示。
OP代码可以简化工艺规程的表示。当用这种表示方法时，一个工艺规程可以很容易的存储和检索。它也有助于零件分组。例如，在车间中共有10个零件，对它们进行编码之后，能获得一个表，如表4-5所示。
3. 构造关联矩阵  关联矩阵也叫PFA矩阵。PFA矩阵的每一行代表一个工序代码，第一列代表一个零件，如图4-13所示。可以将这个矩阵定义为Mij，这里I代表OPW代码，j代表零件（如果零件j有OP代码I，则Mij=1，否则Mij=0）。可以用一种算法将那些需要一组相同或相似OP代码的零件归并在一起。
4. 分组算法  目前，生产流程分析法的分类算法有核心机床法、顺序分枝法、聚类法等。现以1979年金氏（King）提出一种排序聚类分析算法为例来确定零件组。
第一步：计算每一列j的总权Wj
设第I行的权这2i，则j列的总权为j列内各行的权与Mij的乘积之和。这里所指的权是指按位记数法中，为了确定一个数的实际数值，对每一位必须乘上一个因子，然后把它们相加起来。这个因子称为权。例如，对二进制0111，可写成
20×1+21×1+22×1+23×0=1+2+4+0
第二步：如果计算所得各列总权Wj呈升序状态，进入第三步，否则重新安排各列使Wj变为升序状态。
第三步：计算每一行i的总权WI
设第j列的权为2j，则i行的总权为I行内各列的权与Mij的乘积之和。
第四步： 如果Wi处于降序状态，就停止。否则，重新安排各行，使Wi变为升序。转向第一步。
在得到了最后的矩阵之后，我们可以确定零件A123,A120,A131,A432,A451和A112形成一个要求SAW01，LATHE01，LATHE02和GRIND05的零件组。A115， A212，A230和A510则形成第二个零件组。零件组必须用与所选编码系统（如本例中表4-3所示的编码系统）相一致的方法来表示。采用的表示法称为零件族矩阵，零件族矩阵是一个二维矩阵，它与PFA矩阵很相似。可以用Pij1来表示零件族1的零件族矩阵。i=1，……，I。此处I是在每一个码位中可能取值的数目。j=1，…，J。此处J是代码长度。在表4-3所述的简单编码系统中，I=8，J=4，Pij1=1意味着允许码位j具有一个值I。可以用下列方法建立一个零件族矩阵。设Cjk1是零件族1中零件的码位j的值，k=1,2,……，K（k是零件的号码）。
for(k=1; k<=K;k++){
for(j=1;j<=J; j++){
i=Cjk1；
pij1=1；
}
}
利用上面的程序，能得到第一个零件族的零件族矩阵，如表4-5所示。至此，已有了一套完整OP代码序列，OP计划和一个零件族矩阵。下一个步骤就是用计算机能解释的方法将它们存储起来，以便以后这些信息可以为新的零件所利用。
4.3.3 模糊聚类法
无论是手工分组不是利用某种算法（如上述特征数据法和生产流程法等），最终都是将零件归入若干组中。一组零件是否形成一个类，一个零件是否属于某一个子类都不是泾渭分明的，而是有一个程度的问题。全如，设有三种零件，各零件加工所需设备如下：
零件1：CA6140，X62W，Z5140，M432A
零件2：CA6140，X62W，M1432A，Y631K
零件3：CA6140，X62W，
零件4：CA6140，M1432A
零件3与零件1属于高亲密度关系，零件3与零件2也属于高亲密度关系，零件4可与零件1合并成一组，又可与零件2合并成一组。也就是说这里有多种成组的方案。
当用聚类分对零件分组时，首先要定义 相似系数统计计量来描述零件与零件的相似性。聚类的过程是组数由多到少逐次合并的过程，这就需要一定的法则去构造类相似的统计量来描述类之间的相似程度。常用的类相似系数定义方法有最远距离法、最近距离法、类平均法等。依据不同的类相似第的构造方法，会得到不同的分类结构，在有关文献中已介绍只有平均法才能取得较的分类结果。综上所述，用传统方法分组存在一个模糊性问题，零件与零件之间的相似是一个明确的关系，而类与类之间的相似程度并不明确。因此，用模糊数学的语言和方法来描述和解决聚类问题则更为自然和方便。
4.4 成组技术应用
GT成为一种科学哲理，应在制造企业的产品设计、生产、决策、计划和管理的全过程中起指导作用，成为企业生产全过程的综合性技术。此处简要介绍GT在机械加工和零件设计中的应用，以及GT与CIM的关系等。有关GT在计算机辅助工艺设计（CAPP）中的就用参见第5单日 CAPP技术。
4.4.1 成组工艺
早在1939年，苏联学者索柯洛夫斯基教授就提出实现工艺过程曲型化。工艺过程典型化是指在一定的生产条件下将结构和功能相同的零件采用统一的工艺过程进行加工。它的作用在于防止不必要的工艺多样性，保证采用先进的制造工艺。由于实现工艺过程典型化必须具备相同的生产条件和相同的零件类型，因而，工艺过程曲型化的使用范围和作用是有限的它对于齿轮和标准件应用较好，但对其它零件只能在具体编制时起一定的参考作用。
成组工艺正是在工艺过程典型化的思想上发展起来的它并不要求零件的结构和功能必须相同，而着眼于零件工艺过程的相似性，只要多类零件的某一工序能在同一设备上用相同的工艺装备和调整方法进行加工，则这几类零件在这一工序上便可归入一组。因此，成组工艺在实现上要比曲型工艺容易的多。
实现成组工艺的基础和关键是零件的分组，也就是采用成组技术对多种产品的不同零件按工艺过程的相似性分成零件组，分组方法参见4.3零件分组方法。
4.4.2 成组生产单元的组织
工厂实施成组技术时，其机床布置形式以及相应的生产组织形式有以下三种：
1. 成组加工单机  成组单机是成组技术中生产组织最简单形式。车间的机床布置仍然是机群式，其加工特点是围绕一台机应酬组织一组或几组工艺相似零件的加工。它是在一台机应酬上实施成组技术，如果一组零件的全部工艺过程可以在一台机应酬上完成就成为单机封闭。一般六角车床和单轴六角自动机应酬是典型的成组单机，加工中心就是实现单机封闭形式的理想机床。 
2. 成组加工单元  在生产中单工序零件所占数量是有限的，大部分零件需在不同机应酬上进行若干道工序国工方可完成其工艺过程。成组加工单元（机床单元）是实施成组技术时为多工序零件提出来的一种生产组织形式。在用生产流程分析法划分工艺相似的零件组时，同时也可得到对应的机床组。成组加工单元是在车间一不定期的生产面积上，配置着一组机床和一组生产工人，用以完成一定的零件组的全部工艺过程。单元中的机床按工艺过程的顺序布置，相似零件不一定通过所有工序或机床，允许有“跳动”。当改变加工对象时，只须对夹具和刀具作适当调整便可进行其加工工作。成组加工单元的面置要考虑每台机床的合理负荷。如条件许可，应采用数据控机床、加工中心代替普通机床。
加工单元与机群式的车间布置相比，可缩短工序间的工件运输距离，减少在制品库存量，缩短零件生产周期，降低生产成本。成组加工单元是高度自动化的柔性制造系统的雏形，是富有生命力的组只形式，是成组加工中的一种中级形式。
3. 成组流水线 成组流水线与一般流水线的区虽，在于流水线上所加工的不是一种零件而是一组零件。这组零件的工艺相似程度很高，而且产量也较大。就组内每种零件则言，其在线上的加工节拍只是近似相等，因此不一定要按强迫输送方式注动，但零件在线上的流动应是单向的，不要有反向或跳跃。民组流水线是一种高级的生产组织形式，其优点是可以获得近似大批大量生产的效益。
4.4.3 成组技术在CAD中的应用
    1. 产品的三化工作与成组技术  多年来，人们一直在孜孜不倦的追求用减少重复设计的方法来提高设计功效、缩短设计周期，并提高设计的可靠性与继承性。毫无疑问，产品的三化（标准化、系列化、通用化）是减少重复设计、减少基本件种数的基本方法。同时产品的零、部件实现三化，可以变单件小批量为中大批量生产，从而提高生产效率。
产品标准的基础是零件的标准化。标准件的特点是它的全部特征都被明胡地规定了，不存在任何的设计自由度。“标准”包括国家标准，专业标准和企业标准。广泛采用标准件，显然可以大大减少设计工作量。产品系列化就是以最少的品种规格来满足产品最大的功能范围。产品间的结构尽量相同、尺寸变化成比例。系列化产品的不同规格之间显然应该是彼此相似的。产品通用化要求同系列不同规格的产品之间，部件能够通用、零件能够借用，这种通用化程度应尽可能地高。
如上所述，成组技术的主导思想是将分散在各种产品中的表状相似、工艺相似的零件集中起来，分成零件族组织生产。成组批量突破了传统的批量概念，从而可以中小批量生产中采用某些大批量生产的手段，达到提高生产率的目的。正是由于这一主导思想，成组技术要求在新产品设计中尽量采用已有产品的零件，减少零件形状、零件上的功能要素以及尺寸的离散性。成组技术要求各种产品间的零件尽可能相似，尽可能重复使用，不仅在同系列产品之间如此，在不同系列产品之间也尽可通报如此。可以 样说，设计者的任务不是创造新零件，而是尽量用现有零件拼装新产品。因此成组技术的目标与产品三化的目标是一致的。而且扩展了传统的产品通用化概念。
成组技术成为产品设计提供了一种系列化的设计方法，在标准件与重复使用件之间引入了“相似类型”的重要概念，使产品设计的标准化工作达到最优化程度。作为成组技术工具的“分类编码系统”，为设计工作提供了检索标准件、相似类型和重复使用件的快速有效的工具。这一切为进一步应用计算机辅助设计（CAD）建立了切实可用的模型。
2. 按零件的标准化程度对零件分类  衡量零件标准经程度的惊讶是设计人员的设计算由度。设计人员在设计一个零件时，般有四个设计自由度：即零件的基本形状、零件的功能要素、这些功能要素在基本形状上的布置以及尺寸和其它设计参数。拥有的设计自由度越多，则设计零件的标准经程度越低；反之，则所设计零件 标准化程度越高。依据零件标准化程度的高低，可以把零件划分为不同的相似性级别。如果四个设计自由度全被限制则，则零件标准化程度最高，就形成了所谓的标准化零件了。图4-14表明了零件 的各个相似性级别同设计自由芳与标准程度之间的关系。
由图4-14中可以看出，按零件的标准经程度，我们可以把零件分成四类，它们是标准件（无任何设计自由度）、相似类型中的主要类型（仅尺寸及其他设计参数有设计自由度）、基本类型（仅功能要素实现了标准经）、重复使用件（即未实现任何标准化，也不允许有任何设计自由度）。其中重复使用件的概念是指那些在以往产品中出现频数较低的零件，没有必要花大力量去做其标准化的工作，在必要时重复使用。
3. 应用GT编制相似性设计指导图册  相似性设计指导图册的设计过程简略说明如下：第一步：借助于零件分类编码系统，按零件在形状、材料、功能等方面的相似性，组织零件的设计族。设计族是零件组的概念在产品设计中应用，正如加工族是零件族在加工中的应用，它们在相似性分析中有不同的考虑侧重面。第二步：选定零件编码的特征数位，对零件做进一步的相似性分析，并把特征数位相同的划分为零件组。第三步：对上述零件组中零件的出现频数进行分析，可以借助频数分布直方图这一工具。出现频数越多的零件，做标准经工作的价值就越大。这样可把频数低的零件划入重复使用件一类，直接编为图册，不必再对其做标准化工作。而频数高的零件，则可考虑进入相似类型，进一步做分析。第四步：对进入相似类型的事件，进一步提高相似水平（增加特征数位），做相似性分析，并再做频数分析。进而按相似性的高低及频数的高低，将进入相似类型的零件进一步划分为三给。相似程度最高的第三级，其零件组中的零件在基本形状、功能要素及共布置三个方面均相似；相似程度最低的一级，其零件组中的零件仅在功能要素方面有相似性。对于不太复杂的零件而言，一个设计族中通常可有60%多的零件进入第三级，20%的零件进入第二级。第五步：标准化工作。首先对三个级别的全部零件的功能要素（如螺钉孔、螺栓孔）进行标准化，根据这些功能要素及其有关参数出现的频数，确定标准化的内容，结合推荐的参数值。然后对第二、三级的全部零件的基本形状进行标准经。将标准化的基本形状配上已标准化的功能要素，即构成标准化的基本类型。进而在已标准化的基本类型上确定已标准绵工国能要素的布置形式，即构成主要类型。如果进一步考虑尺寸其他设计参数也能标准经，那么一部分主要类型可进化为标准年。特别要注意的是，只有标准年及重复使用件才能称得上是“零件”，而对零件的相似类型，由于还不同程度的丰在着设计自由度，故还不能称之为“零件”，它们只是提供了进行相似性设计时的标准经程度不同的模式。第六步，编制相似性设计指导手册。
标准件与重复使用件没有任何设计自由度，只提供检索用一览表即可，并可准备若干预印图纸选用。
相似类型图册中应包括下述内容：（1） 设计族的名称，相似性码域（特征矩阵）的检索码； （2） 主要类型：一览表、推荐数据、预印图纸； （3） 基本类型：一览表、推荐数据； （4）单一类型：标准功能要素一览表。其中主要类型的预印图氏与标准件、重复使用件预印图纸的差虽仅在于：前者的预印图纸上主要尺寸是待设计人员设计时根据推荐数据选定的，如果推荐数据均不可用，设计人员可以另外制定。
4. 新零件的设计  有了相似性设计指导图册之后，筛的问题是在新零件设计时，如何快速地将可采用或可参照的零件或标准化程度不同的设计模式检索出来。检索工作可以通过GT码来完成，检索的顺序应从标准件和重复使用件开始，依次是主要类型、基本类型和单一类型。如果在标准件和重复使用件中可以找到，那么仅是选用的问题；如果有主要类型可以参照，则仅是确定尺寸的问题；如果有基本类型可以参照，则是局部设计问题；如果仅单一类型中的标准功能要素可以选用，则需要重新设计。对一般简单件来说，半数以上的零件可以在主要类型中找到可选用或可参照的模式。
综上所述，应用GT这一系统工作法，可以提高了设计的继承性，从而提高了随后的工艺继承性，极大在减少了设计人员的重复劳动。据统计，约50%以上的零件不必重新设计，图纸总数可减少约10%，新绘制工作图数可减少30%，从而大大加快了开发新产品的速度，增加了企业的娄活性与适应性。
4.4.4 成组技术与CIM的关系
1．GT与生产批量  在传统的生产组织原则指导下，生产的组织方式和技术措施都取决于产品的生产批量，即按“批量法则”组织生产。因此，早期GT只是解决小批量、多品种生产的机械化和自动化而提出的一种组织技术措施，在大批和大量生产中是不采用GT的。随着科学技术的发展 需求市场的变化，产品市场寿命的短期化越来越突出，传统的单品种大量生产自动化方式已不完全适用了，所谓单品种刚性自动生产线也必须增加柔性进行少品种大批量自动化生产，而且还必须具备能快速调整或发行来达到生产新品种的目的。因此，在配置这种少品种大量生产的柔性自动线（FML）时，就必须应用GT原则对生产对象进行分析和分类，才能正确选择配置方案和订购设备。全如，在选用换箱组合机床建造FML时，如果不对生产对象进行GT分析，秀难设想可换主轴箱和随行夹具能得到正确合理的解决。
2． GT和柔性制造技术  柔性制造技术的发展的确解决了许多必须用GT来解决的问题。例如采用加工中心类（不论镗铣中心或车削中心）及由它们组成FMC和FMS，可以快速更换NC程序来加工各种零件，甚至不需要采用任何专门设备的工装（如钻模），更不用说采用成组可调夹具了。因此，有人认为，采用了柔性制造技术，就不需要按GT原则来组织生产了，甚至认为它反而会约束制造系统或设备的柔性，影响设备的利用率。事实上GT与柔性制造之间不应该存在矛盾，柔性制造技术推动了GT的发展，而在柔性制造系统或设备上贯彻GT准则，将使系统用得更好，效益更高。例如，在为FMS安排作业计划时，到底组织哪几种零件进行混流生产为好，就受到系统刀具总容量（在无机外刀库和为机床刀库进行自动补刀装置的情况下），FMS就将因为刀库更找刀具而停止工作。如果能事先按加工零件使用刀具的相似性来组织生产，安排投产顺序和作业计划，就可能提高FMS的利用率。