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1、機械制造工藝與機床夾具,第八章 計算機輔助工藝設(shè)計與現(xiàn)代制造技術(shù) 第一節(jié) 成組技術(shù)及其在工藝中的應用 第二節(jié) 計算機輔助工藝過程設(shè)計 第三節(jié) 現(xiàn)代制造技術(shù),第一節(jié) 成組技術(shù)及其在工藝中的應用,能夠改變多品種、中小批量生產(chǎn)企業(yè)的落后狀況、提高生產(chǎn)率、又能充分利用設(shè)備，降低產(chǎn)品成本的有效辦法，就是利用成組技術(shù)。,一、成組技術(shù)的基本概念 復雜而多樣的事物或信息中，有許多問題具有相似性，利用把相似問題分組的辦法，就能夠使復雜問題得到簡化，從而找出可以解決這一組問題的同一方法或答案，并節(jié)約時間和精力。,相似的零件可以歸并成設(shè)計族。一個新零件可以通過修改一個現(xiàn)有的同族零件而形成。綜合零件是包含一個設(shè)計
2、族的所有設(shè)計特性的零件。,二、成組生產(chǎn)的組織形式 成組加工系統(tǒng)有如下形式： 成組單機是在機群布置的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它是把一些工序相同 或相似的零件族集中在一臺機床上加工。 成組生產(chǎn)單元是指一組或幾組工藝上相似零件的全部工藝過程，由 相應的一組機床完成，該組機床即構(gòu)成車間的一個封 閉的生產(chǎn)單元。 成組生產(chǎn)流水線是成組技術(shù)的較高級組織形式。它與一般流水線的 主要區(qū)別在于生產(chǎn)線上流動的不是一種零件，而是 多種相似零件。 這三種形式是介于機群式和流水線式之間的設(shè)備布置形式。,,三、成組技術(shù)中的零件編碼 零件分類編碼的基本原理 分類是一種根據(jù)特征屬性的有無
3、，把事物劃分成不同組的過程。 編碼能用于分類，它是對不同組的事物給予不同的代碼。 成組技術(shù)的編碼，是對機械零件的各種特征給予不同的代碼。 代碼必須是：不含糊的；完整的。 代碼應該是簡明的，目前使用的成組技術(shù)編碼系統(tǒng)中有三種不同類型的代碼結(jié)構(gòu)： 層次式（單元碼）每一代碼含義都由前一級代碼限定； 鏈式（矩陣式）碼位上每一數(shù)字都代表不同的信息； 混合式層次式與鏈式的混合。,奧匹茲分類編碼系統(tǒng),奧匹茲代碼采用混合式代碼結(jié)構(gòu)。但除第一位數(shù)字外，更像一種鏈式結(jié)構(gòu)。 幾何碼可表示以下幾類零件：回轉(zhuǎn)體件、平板件、長零件、立方體件 使用尺寸比來劃分這些形狀：長度/直徑比用來劃分回轉(zhuǎn)零件、長度/寬度比以及 長
4、度/高度比則用來劃分非回轉(zhuǎn)零件 奧匹茲幾何碼采用5位十進制數(shù)，分別代表零件種類、基本形狀、回轉(zhuǎn)表面加 工、平面加工、輔助孔、輪齒以及型面加工 第六位代碼代表主要尺寸（直徑或邊長） 第七、八、九位分別代表材料類型、原材料形狀、精度,JLBM-1分類編碼系統(tǒng),零件的編碼方法 編碼方法有手工編碼和計算機輔助編碼兩種。 手工編碼是編碼人員根據(jù)分類編碼系統(tǒng)的編碼法則，對照零件圖用手工 方式逐一編出各碼位的代碼。 計算機輔助編碼是以人機對話方式進行的，一種是問答式對話，一種是 選擇式對話。根據(jù)計算機屏幕顯示的“菜單”，用鍵盤選擇對應項的 號，就能實現(xiàn)零件的逐步編碼。,四、成組技術(shù)中零件組（族）的劃分
5、目前零件的分類成組有以下幾種方法： 視檢法由有經(jīng)驗的工藝師根據(jù)零件圖樣或?qū)嶋H零件及其制造過程， 直觀地憑經(jīng)驗判斷零件的相似性，對零件進行分類成組。 生產(chǎn)流程分析法首先可根據(jù)每種零件的工藝路線卡，列出工藝路線 表。 編碼分類法可分為特征碼位法（選擇幾位與加工特征直接有關(guān)的碼 位作為形成零件組的依據(jù)）和碼域法（對特征碼位上的 數(shù)據(jù)規(guī)定某一范圍，而不是要求特征碼位上的數(shù)據(jù)完全 相同）。,五、制訂成組工藝過程 零件分類成組后，便形成了加工組，下一步就是針對不同的加工組制訂適合于組內(nèi)各零件的成組工藝過程。有兩種方法： 復合零件（主樣件）法它包含一組零件的全部形狀
6、要素，有一定的尺寸范圍，它可能是加工組中的一個實際零件，也可以是假想零件。以它作為樣板零件，設(shè)計適用于全組的通用工藝規(guī)程。 復合路線法從分析加工組中各零件的工藝路線入手，從中選出一個工序最多、加工過程安排合理并有代表性的工藝路線。,第二節(jié) 計算機輔助工藝過程設(shè)計,一、計算機輔助工藝過程設(shè)計的基本概念 在常規(guī)的生產(chǎn)系統(tǒng)中，工藝規(guī)程是由工藝品員制定，審查一個新零件（零件圖），然后確定生產(chǎn)它的合適過程。 工藝員的經(jīng)驗對于所制訂的工藝規(guī)程正確與否至關(guān)重要。但存在下面一些問題： 經(jīng)驗需要相當長的時間去積累； 經(jīng)驗往往是近似的而不是嚴密的知識； 經(jīng)驗不能直接應用于新的工藝過程。 存儲加工能力信息
7、的一種傳統(tǒng)方法是把它印刷成手冊。自動化的工藝過程設(shè)計是解決上述問題的另一種更有效的方法。,CAPP不僅能實現(xiàn)工藝過程 設(shè)計自動化，還可把生產(chǎn)實踐 中行之有效的若干工藝設(shè)計原 則及方法轉(zhuǎn)換成工藝設(shè)計決策 模型，并建立科學的決策邏輯， 從而編制出最優(yōu)的制造方案。 具有如下優(yōu)點： 可以降低對工藝人員的技能 要求； 可以減少工藝過程設(shè)計時間； 可以減少工藝過程設(shè)計費用； 可以編出一致性更好更精確 的工藝規(guī)程； 可以提高生產(chǎn)率。 正在研究的計算機輔助工 藝過程設(shè)計方式有兩種： 修訂式和創(chuàng)成式,二、修訂式CAPP系統(tǒng) 修訂式CAPP系統(tǒng)的基本概念 修訂式工藝過程設(shè)計系統(tǒng)利用零件的相似性來檢視現(xiàn)
8、有的工藝規(guī)程。 通常修訂式工藝過程設(shè)計系統(tǒng)有兩個工件階段： 準備階段對現(xiàn)有零件，利用成組技術(shù)的分類編碼系統(tǒng) 進行編碼、分類，接著把它們劃分成零件族，建立一個零件 族矩陣，為每個零件族準備好那些標準工藝規(guī)程。,生產(chǎn)階段根據(jù)該零件的設(shè)計要求，工藝過程設(shè)計員可以修改這個標準工藝規(guī)程，以形成一個適合于此零件的工藝規(guī)程。,零件族的建立與特征矩陣 把需要相似工藝過程的那些零件歸并成同一個零件族。 生產(chǎn)流程法 為便于描述工藝過程和以工藝分析為基礎(chǔ)建立零件族，通常采用一種工序代碼，用以表示每一道工序或幾道工序的工藝操作。,分類編碼法 利用成組技術(shù)中所述的特征碼位法和碼域法已可以為零件劃分零件族，但
9、為了便于應用計算機進行存儲和檢索，通常還需使用“特征矩陣”來描述零件或零件族的特征。 為了適應計算機的運行，標準工藝規(guī)程的內(nèi)容均需確定一定的代碼。,,數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu) 實際應用的修訂式工藝過程設(shè)計系統(tǒng)，所需要的信息量是相當大的，它要存儲和檢索成千上萬的零件及工藝規(guī)程。 有三種方法可用來建立數(shù)據(jù)庫： 層次式、網(wǎng)絡式、關(guān)系式 修訂式系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需要三種類型的數(shù)據(jù)文件： 零件族矩陣文件； 標準工藝規(guī)程文件； 工序代碼文件。,搜索過程 修訂式系統(tǒng)的本質(zhì)是為相似零件檢索標準工藝規(guī)程。 搜索的結(jié)果是檢索到用一組工序代碼表示的標準工藝規(guī)程。 工藝規(guī)程編輯及參數(shù)選擇 在工藝規(guī)程發(fā)到車間之
10、前，需要對標準工藝規(guī)程進行某些修改，同時必須將加工參數(shù)加入到這個工藝規(guī)程中。有兩種類型：一是在數(shù)據(jù)庫中對標準工藝規(guī)程自身的編輯；另一個是零件工藝規(guī)程的編輯。,三、創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng) 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的基本概念 創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)是由計算機軟件系統(tǒng)，在沒有人工干預的條件下，根據(jù)加工能力知識庫和工藝數(shù)據(jù)庫中可利用的工藝信息，及各種工藝決策邏輯，自動設(shè)計出零件的工藝規(guī)程。 創(chuàng)成式設(shè)計方法有下列優(yōu)點： 能很快地生成一致性很好的工藝規(guī)程； 設(shè)計新零件將和設(shè)計現(xiàn)有零件的工藝過程一樣容易； 具有和自動設(shè)計系統(tǒng)及自動制造系統(tǒng)相連接，實現(xiàn)CAD/CAM一體化的潛在 可能性。,,成功地實現(xiàn)創(chuàng)成式系統(tǒng)，要
11、求在下列關(guān)鍵問題上取得進展： 零件的信息必須用計算機能夠接受的形式完全準確地描述； 必須使計算機識別和獲取零件的工藝決策邏輯和工藝規(guī)程設(shè) 計邏輯； 工藝規(guī)程設(shè)計邏輯和零件信息描述數(shù)據(jù)必須合編入統(tǒng)一的加 工數(shù)據(jù)庫中。 將修訂式和創(chuàng)成式互相結(jié)合，綜合采用兩種方法的優(yōu)點，這種系統(tǒng)稱為半創(chuàng)成系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可能更為實用。,正向設(shè)計和反向設(shè)計 在創(chuàng)成式工藝過程設(shè)計中，系統(tǒng)必須定義一個初始狀態(tài)，以達到最終狀態(tài)（目標）。 反向設(shè)計原理在已開發(fā)的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中得到了較多的應用。,初始狀態(tài)是毛坯，經(jīng)過一定的加工方法和順序，最終加工出目標要求的零件形狀，這稱為正向設(shè)計。,從零件的最終幾
12、何形狀和技術(shù)要求開始分析，反向選擇合適的加工順序，每一次加工均可看作是一個填充過程，直至獲得毛坯，這稱為反向設(shè)計。,零件信息描述 成組編碼法 型面描述法把零件視為由若干種基本型面按一定規(guī)則組合而成，每種型面都可用一組特征參數(shù)給予描述。 基本型面：圓柱面、圓錐面及平面等。 復合型面：螺紋、花鍵、溝槽、滾花及齒形面等。 型面域：把零件上類似的型面合并為同一類別。 下圖所示描述系統(tǒng)的層次數(shù)為n，任一型面的代碼為C，則,所謂零件信息描述就是要把零件的幾何形狀和技術(shù)要求轉(zhuǎn)化為計算機能夠識別的代碼信息。,直接從CAD系統(tǒng)的圖形數(shù)據(jù)庫中獲取零件信息。 CAD信息描述與轉(zhuǎn)換方法： 線框造型用線元素相互連
13、接來表述零件形狀的方法。 表面造型特點在于描述零件表面幾何形狀特征。 1)平面 2)板狀柱面 3)直紋曲面 4)旋轉(zhuǎn)曲面 5)掃描曲面 6)網(wǎng)格曲面,實體造型在計算機內(nèi)部，以實體來描述現(xiàn)實世界的物體?？梢圆捎貌煌奈矬w生成原理進行實體造型。如：體素法、平面輪廓掃描法、綜合定義法等。,創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)的決策邏輯 決策邏輯確定了如何選擇各種加工 方法。 決策樹 優(yōu)點： 決策樹容易建立和維護，且比較直觀， 決策樹便于編程，其結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計 的流程圖相似。,決策表 用符號來描述事件之間的邏輯依存關(guān)系的表格。,決策表一般是用兩條粗線或雙劃線分成四個區(qū)域，矩陣的每一列可以看成是一條決策規(guī)則。當某一
14、條件是真實的，則取值為T或Y，反之為F或N。,這各表格形式具有下列優(yōu)點： 邏輯關(guān)系表達明確清晰，格式緊湊，易于為非計算機專業(yè)人員 理解和使用。 易于檢查遺漏和邏輯上的一致性。 決策表和決策樹可以相互轉(zhuǎn)換，并容易適應條件的變化進行修改 與擴展。,第三節(jié) 現(xiàn)代制造技術(shù),一、數(shù)控機床和加工中心 數(shù)控機床 數(shù)控機床是用代碼化的數(shù)字量來控制機床，按照事先編好的程序自動地控制機床各部分的運動。 數(shù)控機床的組成及其工作原理 由輸入介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)和機床等部分組成。,機床數(shù)控系統(tǒng)的類型 機床數(shù)控系統(tǒng)是一種能夠控制機床動作的裝置。 可分為： 開環(huán)控制系統(tǒng) 半閉環(huán)控制系統(tǒng)
15、閉環(huán)控制系統(tǒng),加工中心 在這類機床上，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床自動地更換刀具，連續(xù)地對工件的各個加工面自動地完成銑削、鉆削、鏜削、鉸孔、功絲、車削等加工。 加工中心自動換刀裝置主要包括三部分： 刀庫用來儲存加工工件所需的刀具。 先刀機構(gòu)該機構(gòu)通過不同的尋址方式，從刀庫中選出所指定的刀 具，并把它送到換刀位置。 交換機構(gòu)卸下主軸上剛用完的刀具，再裝上下一道工序要用的刀 具。,二、計算機數(shù)控與直接數(shù)控系統(tǒng) 計算機數(shù)控系統(tǒng) 也稱為存儲程序的數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控系統(tǒng)是一種用一臺專用的存儲程序的計算機，按照存儲在計算機讀寫存儲器中的控制程序，來完成某些或全部基本數(shù)控功能的數(shù)
16、字控制系統(tǒng)。 主要有以下特點： 可靠性高 柔性強 易于實現(xiàn)機電一體化。,直接數(shù)控系統(tǒng) 也稱為計算機群控系統(tǒng)。是一組數(shù)控機床與一個共同的存儲器相聯(lián)接的系統(tǒng)，這個存儲器用來存儲零件程序和機床程序，并按照需要向各機床分配數(shù)據(jù)。,一個DNC系統(tǒng)包括一臺中心計算機及下述四種設(shè)備： 具有大容量存儲能力的緩沖存儲器； 控制臺包括各種人機接口設(shè)備； 遠距離數(shù)字通信的傳輸線路； 數(shù)控機床。 根據(jù)機床群與計算機聯(lián)結(jié)方式的不同，可分為： 間接型DNC系統(tǒng) 在已有的單臺數(shù)控機床基礎(chǔ)上，配上計算機聯(lián)成的系統(tǒng)。 直接型DNC系統(tǒng) 只有由伺服驅(qū)動電路和操縱臺組成的機床控制器，原來一般數(shù)控裝置中的插補運算等功能，全
17、部由中心計算機完成。 分布式DNC系統(tǒng),三、柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)是適應多品種、中小批量機械生產(chǎn)方式的、由計算機控制的、以數(shù)控機床設(shè)備為基礎(chǔ)和以物料儲運系統(tǒng)連成的自動加工系統(tǒng)。,獨立制造島 利用計算機的巨大潛力把工藝、生產(chǎn)組織管理、制造過程三者有機地聯(lián)成一體。,柔性制造單元（FMC） 由一臺或少數(shù)幾臺CNC機床或MC機床組成，具有工件內(nèi)部自動輸送能力，通常采用機器人或托盤轉(zhuǎn)換裝置裝卸和輸送工件。若干個FMC再加上外部物料輸送系統(tǒng)即可組成 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 一種具有高度柔性的計算機直接控制的自動可變加工系統(tǒng)。,四、計算機輔助制造和計算機集成制造系統(tǒng) 計算機輔助制造（CAM）
18、計算機用于監(jiān)督和控制制造過程 計算機監(jiān)督制造過程 1)過程數(shù)據(jù)通知操作人員加以修正 2)機床設(shè)備數(shù)據(jù)確定最佳換刀規(guī)范及診斷故障 3)產(chǎn)品數(shù)據(jù)加工件數(shù)、生產(chǎn)批量及產(chǎn)品質(zhì)量特征 計算機控制制造過程 計算機支持制造過程,計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS） CIMS的概念 將產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的各子系統(tǒng)，通過計算機網(wǎng)絡有機地集合成一個整體，以實現(xiàn)生產(chǎn)的高度柔性化、自動化和集成化，達到高效率、高質(zhì)量、低成本的生產(chǎn)目的。 CIMS的組成 CAD/CAPP/CAM系統(tǒng) 管理信息系統(tǒng)（MIS） CIMS的實施 實施CIMS要花巨大的投資，而且需要雄厚的技術(shù)基礎(chǔ)，以及一支強大的技術(shù)隊伍。計算機集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平和完善程度代表著機械制造業(yè)的發(fā)展水平。,
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