机械制造工艺与机床夹具第8章.ppt

机械制造工艺与机床夹具,第八章 计算机辅助工艺设计与现代制造技术 第一节 成组技术及其在工艺中的应用 第二节 计算机辅助工艺过程设计 第三节 现代制造技术,第一节 成组技术及其在工艺中的应用,能够改变多品种、中小批量生产企业的落后状况、提高生产率、又能充分利用设备，降低产品成本的有效办法，就是利用成组技术。,一、成组技术的基本概念 复杂而多样的事物或信息中，有许多问题具有相似性，利用把相似问题分组的办法，就能够使复杂问题得到简化，从而找出可以解决这一组问题的同一方法或答案，并节约时间和精力。,相似的零件可以归并成设计族。一个新零件可以通过修改一个现有的同族零件而形成。综合零件是包含一个设计族的所有设计特性的零件。,二、成组生产的组织形式 成组加工系统有如下形式： 成组单机是在机群布置的基础上发展起来的，它是把一些工序相同 或相似的零件族集中在一台机床上加工。 成组生产单元是指一组或几组工艺上相似零件的全部工艺过程，由 相应的一组机床完成，该组机床即构成车间的一个封 闭的生产单元。 成组生产流水线是成组技术的较高级组织形式。它与一般流水线的 主要区别在于生产线上流动的不是一种零件，而是 多种相似零件。 这三种形式是介于机群式和流水线式之间的设备布置形式。,三、成组技术中的零件编码 零件分类编码的基本原理 分类是一种根据特征属性的有无，把事物划分成不同组的过程。 编码能用于分类，它是对不同组的事物给予不同的代码。 成组技术的编码，是对机械零件的各种特征给予不同的代码。 代码必须是：不含糊的；完整的。 代码应该是简明的，目前使用的成组技术编码系统中有三种不同类型的代码结构： 层次式（单元码）每一代码含义都由前一级代码限定； 链式（矩阵式）码位上每一数字都代表不同的信息； 混合式层次式与链式的混合。,奥匹兹分类编码系统,奥匹兹代码采用混合式代码结构。但除第一位数字外，更像一种链式结构。 几何码可表示以下几类零件：回转体件、平板件、长零件、立方体件 使用尺寸比来划分这些形状：长度/直径比用来划分回转零件、长度/宽度比以及 长度/高度比则用来划分非回转零件 奥匹兹几何码采用5位十进制数，分别代表零件种类、基本形状、回转表面加 工、平面加工、辅助孔、轮齿以及型面加工 第六位代码代表主要尺寸（直径或边长） 第七、八、九位分别代表材料类型、原材料形状、精度,JLBM-1分类编码系统,零件的编码方法 编码方法有手工编码和计算机辅助编码两种。 手工编码是编码人员根据分类编码系统的编码法则，对照零件图用手工 方式逐一编出各码位的代码。 计算机辅助编码是以人机对话方式进行的，一种是问答式对话，一种是 选择式对话。根据计算机屏幕显示的“菜单”，用键盘选择对应项的 号，就能实现零件的逐步编码。,四、成组技术中零件组（族）的划分 目前零件的分类成组有以下几种方法： 视检法由有经验的工艺师根据零件图样或实际零件及其制造过程， 直观地凭经验判断零件的相似性，对零件进行分类成组。 生产流程分析法首先可根据每种零件的工艺路线卡，列出工艺路线 表。 编码分类法可分为特征码位法（选择几位与加工特征直接有关的码 位作为形成零件组的依据）和码域法（对特征码位上的 数据规定某一范围，而不是要求特征码位上的数据完全 相同）。,五、制订成组工艺过程 零件分类成组后，便形成了加工组，下一步就是针对不同的加工组制订适合于组内各零件的成组工艺过程。有两种方法： 复合零件（主样件）法它包含一组零件的全部形状要素，有一定的尺寸范围，它可能是加工组中的一个实际零件，也可以是假想零件。以它作为样板零件，设计适用于全组的通用工艺规程。 复合路线法从分析加工组中各零件的工艺路线入手，从中选出一个工序最多、加工过程安排合理并有代表性的工艺路线。,第二节 计算机辅助工艺过程设计,一、计算机辅助工艺过程设计的基本概念 在常规的生产系统中，工艺规程是由工艺品员制定，审查一个新零件（零件图），然后确定生产它的合适过程。 工艺员的经验对于所制订的工艺规程正确与否至关重要。但存在下面一些问题： 经验需要相当长的时间去积累； 经验往往是近似的而不是严密的知识； 经验不能直接应用于新的工艺过程。 存储加工能力信息的一种传统方法是把它印刷成手册。自动化的工艺过程设计是解决上述问题的另一种更有效的方法。,CAPP不仅能实现工艺过程 设计自动化，还可把生产实践 中行之有效的若干工艺设计原 则及方法转换成工艺设计决策 模型，并建立科学的决策逻辑， 从而编制出最优的制造方案。 具有如下优点： 可以降低对工艺人员的技能 要求； 可以减少工艺过程设计时间； 可以减少工艺过程设计费用； 可以编出一致性更好更精确 的工艺规程； 可以提高生产率。 正在研究的计算机辅助工 艺过程设计方式有两种： 修订式和创成式,二、修订式CAPP系统 修订式CAPP系统的基本概念 修订式工艺过程设计系统利用零件的相似性来检视现有的工艺规程。 通常修订式工艺过程设计系统有两个工件阶段： 准备阶段对现有零件，利用成组技术的分类编码系统 进行编码、分类，接着把它们划分成零件族，建立一个零件 族矩阵，为每个零件族准备好那些标准工艺规程。,生产阶段根据该零件的设计要求，工艺过程设计员可以修改这个标准工艺规程，以形成一个适合于此零件的工艺规程。,零件族的建立与特征矩阵 把需要相似工艺过程的那些零件归并成同一个零件族。 生产流程法 为便于描述工艺过程和以工艺分析为基础建立零件族，通常采用一种工序代码，用以表示每一道工序或几道工序的工艺操作。,分类编码法 利用成组技术中所述的特征码位法和码域法已可以为零件划分零件族，但为了便于应用计算机进行存储和检索，通常还需使用“特征矩阵”来描述零件或零件族的特征。 为了适应计算机的运行，标准工艺规程的内容均需确定一定的代码。,数据库结构 实际应用的修订式工艺过程设计系统，所需要的信息量是相当大的，它要存储和检索成千上万的零件及工艺规程。 有三种方法可用来建立数据库： 层次式、网络式、关系式 修订式系统的数据库需要三种类型的数据文件： 零件族矩阵文件； 标准工艺规程文件； 工序代码文件。,搜索过程 修订式系统的本质是为相似零件检索标准工艺规程。 搜索的结果是检索到用一组工序代码表示的标准工艺规程。 工艺规程编辑及参数选择 在工艺规程发到车间之前，需要对标准工艺规程进行某些修改，同时必须将加工参数加入到这个工艺规程中。有两种类型：一是在数据库中对标准工艺规程自身的编辑；另一个是零件工艺规程的编辑。,三、创成式CAPP系统 创成式CAPP系统的基本概念 创成式CAPP系统是由计算机软件系统，在没有人工干预的条件下，根据加工能力知识库和工艺数据库中可利用的工艺信息，及各种工艺决策逻辑，自动设计出零件的工艺规程。 创成式设计方法有下列优点： 能很快地生成一致性很好的工艺规程； 设计新零件将和设计现有零件的工艺过程一样容易； 具有和自动设计系统及自动制造系统相连接，实现CAD/CAM一体化的潜在 可能性。,成功地实现创成式系统，要求在下列关键问题上取得进展： 零件的信息必须用计算机能够接受的形式完全准确地描述； 必须使计算机识别和获取零件的工艺决策逻辑和工艺规程设 计逻辑； 工艺规程设计逻辑和零件信息描述数据必须合编入统一的加 工数据库中。 将修订式和创成式互相结合，综合采用两种方法的优点，这种系统称为半创成系统。这种系统可能更为实用。,正向设计和反向设计 在创成式工艺过程设计中，系统必须定义一个初始状态，以达到最终状态（目标）。 反向设计原理在已开发的创成式CAPP系统中得到了较多的应用。,初始状态是毛坯，经过一定的加工方法和顺序，最终加工出目标要求的零件形状，这称为正向设计。,从零件的最终几何形状和技术要求开始分析，反向选择合适的加工顺序，每一次加工均可看作是一个填充过程，直至获得毛坯，这称为反向设计。,零件信息描述 成组编码法 型面描述法把零件视为由若干种基本型面按一定规则组合而成，每种型面都可用一组特征参数给予描述。 基本型面：圆柱面、圆锥面及平面等。 复合型面：螺纹、花键、沟槽、滚花及齿形面等。 型面域：把零件上类似的型面合并为同一类别。 下图所示描述系统的层次数为n，任一型面的代码为C，则,所谓零件信息描述就是要把零件的几何形状和技术要求转化为计算机能够识别的代码信息。,直接从CAD系统的图形数据库中获取零件信息。 CAD信息描述与转换方法： 线框造型用线元素相互连接来表述零件形状的方法。 表面造型特点在于描述零件表面几何形状特征。 1)平面 2)板状柱面 3)直纹曲面 4)旋转曲面 5)扫描曲面 6)网格曲面,实体造型在计算机内部，以实体来描述现实世界的物体。可以采用不同的物体生成原理进行实体造型。如：体素法、平面轮廓扫描法、综合定义法等。,创成式CAPP系统的决策逻辑 决策逻辑确定了如何选择各种加工 方法。 决策树 优点： 决策树容易建立和维护，且比较直观， 决策树便于编程，其结构与软件设计 的流程图相似。,决策表 用符号来描述事件之间的逻辑依存关系的表格。,决策表一般是用两条粗线或双划线分成四个区域，矩阵的每一列可以看成是一条决策规则。当某一条件是真实的，则取值为T或Y，反之为F或N。,这各表格形式具有下列优点： 逻辑关系表达明确清晰，格式紧凑，易于为非计算机专业人员 理解和使用。 易于检查遗漏和逻辑上的一致性。 决策表和决策树可以相互转换，并容易适应条件的变化进行修改 与扩展。,第三节 现代制造技术,一、数控机床和加工中心 数控机床 数控机床是用代码化的数字量来控制机床，按照事先编好的程序自动地控制机床各部分的运动。 数控机床的组成及其工作原理 由输入介质、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等部分组成。,机床数控系统的类型 机床数控系统是一种能够控制机床动作的装置。 可分为： 开环控制系统 半闭环控制系统 闭环控制系统,加工中心 在这类机床上，工件经一次装夹后，数控系统能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件的各个加工面自动地完成铣削、钻削、镗削、铰孔、功丝、车削等加工。 加工中心自动换刀装置主要包括三部分： 刀库用来储存加工工件所需的刀具。 先刀机构该机构通过不同的寻址方式，从刀库中选出所指定的刀 具，并把它送到换刀位置。 交换机构卸下主轴上刚用完的刀具，再装上下一道工序要用的刀 具。,二、计算机数控与直接数控系统 计算机数控系统 也称为存储程序的数控系统。计算机数控系统是一种用一台专用的存储程序的计算机，按照存储在计算机读写存储器中的控制程序，来完成某些或全部基本数控功能的数字控制系统。 主要有以下特点： 可靠性高 柔性强 易于实现机电一体化。,直接数控系统 也称为计算机群控系统。是一组数控机床与一个共同的存储器相联接的系统，这个存储器用来存储零件程序和机床程序，并按照需要向各机床分配数据。,一个DNC系统包括一台中心计算机及下述四种设备： 具有大容量存储能力的缓冲存储器； 控制台包括各种人机接口设备； 远距离数字通信的传输线路； 数控机床。 根据机床群与计算机联结方式的不同，可分为： 间接型DNC系统 在已有的单台数控机床基础上，配上计算机联成的系统。 直接型DNC系统 只有由伺服驱动电路和操纵台组成的机床控制器，原来一般数控装置中的插补运算等功能，全部由中心计算机完成。 分布式DNC系统,三、柔性制造系统 柔性制造系统是适应多品种、中小批量机械生产方式的、由计算机控制的、以数控机床设备为基础和以物料储运系统连成的自动加工系统。,独立制造岛 利用计算机的巨大潜力把工艺、生产组织管理、制造过程三者有机地联成一体。,柔性制造单元（FMC） 由一台或少数几台CNC机床或MC机床组成，具有工件内部自动输送能力，通常采用机器人或托盘转换装置装卸和输送工件。若干个FMC再加上外部物料输送系统即可组成 柔性制造系统（FMS） 一种具有高度柔性的计算机直接控制的自动可变加工系统。,四、计算机辅助制造和计算机集成制造系统 计算机辅助制造（CAM） 计算机用于监督和控制制造过程 计算机监督制造过程 1)过程数据通知操作人员加以修正 2)机床设备数据确定最佳换刀规范及诊断故障 3)产品数据加工件数、生产批量及产品质量特征 计算机控制制造过程 计算机支持制造过程,计算机集成制造系统（CIMS） CIMS的概念 将产品生产全过程的各子系统，通过计算机网络有机地集合成一个整体，以实现生产的高度柔性化、自动化和集成化，达到高效率、高质量、低成本的生产目的。 CIMS的组成 CAD/CAPP/CAM系统 管理信息系统（MIS） CIMS的实施 实施CIMS要花巨大的投资，而且需要雄厚的技术基础，以及一支强大的技术队伍。计算机集成制造系统的发展水平和完善程度代表着机械制造业的发展水平。,