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1、機(jī)械制造工藝與機(jī)床夾具,第八章 計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)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(yīng)用 第二節(jié) 計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì) 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(yīng)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(fù)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(fù)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(shí)間和精力。,相似的零件可以歸并成設(shè)計(jì)族。一個(gè)新零件可以通過修改一個(gè)現(xiàn)有的同族零件而形成。綜合零件是包含一個(gè)設(shè)計(jì)

2、族的所有設(shè)計(jì)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(jī)是在機(jī)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(tái)機(jī)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(yīng)的一組機(jī)床完成，該組機(jī)床即構(gòu)成車間的一個(gè)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(jí)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(dòng)的不是一種零件，而是 多種相似零件。 這三種形式是介于機(jī)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(duì)不同組的事物給予不同的代碼。 成組技術(shù)的編碼，是對(duì)機(jī)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(yīng)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(jí)代碼限定； 鏈?zhǔn)剑ň仃囀剑┐a位上每一數(shù)字都代表不同的信息； 混合式層次式與鏈?zhǔn)降幕旌稀?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?zhǔn)浇Y(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(jìn)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(jì)算機(jī)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(duì)照零件圖用手工 方式逐一編出各碼位的代碼。 計(jì)算機(jī)輔助編碼是以人機(jī)對(duì)話方式進(jìn)行的，一種是問答式對(duì)話，一種是 選擇式對(duì)話。根據(jù)計(jì)算機(jī)屏幕顯示的“菜單”，用鍵盤選擇對(duì)應(yīng)項(xiàng)的 號(hào)，就能實(shí)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(yàn)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(yàn)判斷零件的相似性，對(duì)零件進(jìn)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(duì)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(duì)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(fù)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(gè)實(shí)際零件，也可以是假想零件。以它作為樣板零件，設(shè)計(jì)適用于全組的通用工藝規(guī)程。 復(fù)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(gè)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(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì),一、計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)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(gè)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(yàn)對(duì)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(yàn)需要相當(dāng)長的時(shí)間去積累； 經(jīng)驗(yàn)往往是近似的而不是嚴(yán)密的知識(shí)； 經(jīng)驗(yàn)不能直接應(yīng)用于新的工藝過程。 存儲(chǔ)加工能力信息

7、的一種傳統(tǒng)方法是把它印刷成手冊(cè)。自動(dòng)化的工藝過程設(shè)計(jì)是解決上述問題的另一種更有效的方法。,CAPP不僅能實(shí)現(xiàn)工藝過程 設(shè)計(jì)自動(dòng)化，還可把生產(chǎn)實(shí)踐 中行之有效的若干工藝設(shè)計(jì)原 則及方法轉(zhuǎn)換成工藝設(shè)計(jì)決策 模型，并建立科學(xué)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(diǎn)： 可以降低對(duì)工藝人員的技能 要求； 可以減少工藝過程設(shè)計(jì)時(shí)間； 可以減少工藝過程設(shè)計(jì)費(fèi)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(jì)算機(jī)輔助工 藝過程設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)系統(tǒng)有兩個(gè)工件階段： 準(zhǔn)備階段對(duì)現(xiàn)有零件，利用成組技術(shù)的分類編碼系統(tǒng) 進(jìn)行編碼、分類，接著把它們劃分成零件族，建立一個(gè)零件 族矩陣，為每個(gè)零件族準(zhǔn)備好那些標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程。,生產(chǎn)階段根據(jù)該零件的設(shè)計(jì)要求，工藝過程設(shè)計(jì)員可以修改這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，以形成一個(gè)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(gè)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(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)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(yīng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)行，標(biāo)準(zhǔn)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(shí)際應(yīng)用的修訂式工藝過程設(shè)計(jì)系統(tǒng)，所需要的信息量是相當(dāng)大的，它要存儲(chǔ)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(luò)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程進(jìn)行某些修改，同時(shí)必須將加工參數(shù)加入到這個(gè)工藝規(guī)程中。有兩種類型：一是在數(shù)據(jù)庫中對(duì)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程自身的編輯；另一個(gè)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(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，在沒有人工干預(yù)的條件下，根據(jù)加工能力知識(shí)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(dòng)設(shè)計(jì)出零件的工藝規(guī)程。 創(chuàng)成式設(shè)計(jì)方法有下列優(yōu)點(diǎn)： 能很快地生成一致性很好的工藝規(guī)程； 設(shè)計(jì)新零件將和設(shè)計(jì)現(xiàn)有零件的工藝過程一樣容易； 具有和自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)及自動(dòng)制造系統(tǒng)相連接，實(shí)現(xiàn)CAD/CAM一體化的潛在 可能性。,,成功地實(shí)現(xiàn)創(chuàng)成式系統(tǒng)，要

11、求在下列關(guān)鍵問題上取得進(jìn)展： 零件的信息必須用計(jì)算機(jī)能夠接受的形式完全準(zhǔn)確地描述； 必須使計(jì)算機(jī)識(shí)別和獲取零件的工藝決策邏輯和工藝規(guī)程設(shè) 計(jì)邏輯； 工藝規(guī)程設(shè)計(jì)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(diǎn)，這種系統(tǒng)稱為半創(chuàng)成系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可能更為實(shí)用。,正向設(shè)計(jì)和反向設(shè)計(jì) 在創(chuàng)成式工藝過程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)必須定義一個(gè)初始狀態(tài)，以達(dá)到最終狀態(tài)（目標(biāo)）。 反向設(shè)計(jì)原理在已開發(fā)的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)中得到了較多的應(yīng)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(biāo)要求的零件形狀，這稱為正向設(shè)計(jì)。,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(gè)填充過程，直至獲得毛坯，這稱為反向設(shè)計(jì)。,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(fù)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(jì)算機(jī)能夠識(shí)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(diǎn)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(shí)體造型在計(jì)算機(jī)內(nèi)部，以實(shí)體來描述現(xiàn)實(shí)世界的物體?？梢圆捎貌煌奈矬w生成原理進(jìn)行實(shí)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(diǎn)： 決策樹容易建立和維護(hù)，且比較直觀， 決策樹便于編程，其結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì) 的流程圖相似。,決策表 用符號(hào)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(gè)區(qū)域，矩陣的每一列可以看成是一條決策規(guī)則。當(dāng)某一

14、條件是真實(shí)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(diǎn)： 邏輯關(guān)系表達(dá)明確清晰，格式緊湊，易于為非計(jì)算機(jī)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(yīng)條件的變化進(jìn)行修改 與擴(kuò)展。,第三節(jié) 現(xiàn)代制造技術(shù),一、數(shù)控機(jī)床和加工中心 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床是用代碼化的數(shù)字量來控制機(jī)床，按照事先編好的程序自動(dòng)地控制機(jī)床各部分的運(yùn)動(dòng)。 數(shù)控機(jī)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(jī)床等部分組成。,機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的類型 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)是一種能夠控制機(jī)床動(dòng)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(jī)床上，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床自動(dòng)地更換刀具，連續(xù)地對(duì)工件的各個(gè)加工面自動(dòng)地完成銑削、鉆削、鏜削、鉸孔、功絲、車削等加工。 加工中心自動(dòng)換刀裝置主要包括三部分： 刀庫用來儲(chǔ)存加工工件所需的刀具。 先刀機(jī)構(gòu)該機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)數(shù)控與直接數(shù)控系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng) 也稱為存儲(chǔ)程序的數(shù)控系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)是一種用一臺(tái)專用的存儲(chǔ)程序的計(jì)算機(jī)，按照存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)讀寫存儲(chǔ)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(diǎn)： 可靠性高 柔性強(qiáng) 易于實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化。,直接數(shù)控系統(tǒng) 也稱為計(jì)算機(jī)群控系統(tǒng)。是一組數(shù)控機(jī)床與一個(gè)共同的存儲(chǔ)器相聯(lián)接的系統(tǒng)，這個(gè)存儲(chǔ)器用來存儲(chǔ)零件程序和機(jī)床程序，并按照需要向各機(jī)床分配數(shù)據(jù)。,一個(gè)DNC系統(tǒng)包括一臺(tái)中心計(jì)算機(jī)及下述四種設(shè)備： 具有大容量存儲(chǔ)能力的緩沖存儲(chǔ)器； 控制臺(tái)包括各種人機(jī)接口設(shè)備； 遠(yuǎn)距離數(shù)字通信的傳輸線路； 數(shù)控機(jī)床。 根據(jù)機(jī)床群與計(jì)算機(jī)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(tái)數(shù)控機(jī)床基礎(chǔ)上，配上計(jì)算機(jī)聯(lián)成的系統(tǒng)。 直接型DNC系統(tǒng) 只有由伺服驅(qū)動(dòng)電路和操縱臺(tái)組成的機(jī)床控制器，原來一般數(shù)控裝置中的插補(bǔ)運(yùn)算等功能，全

17、部由中心計(jì)算機(jī)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(yīng)多品種、中小批量機(jī)械生產(chǎn)方式的、由計(jì)算機(jī)控制的、以數(shù)控機(jī)床設(shè)備為基礎(chǔ)和以物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)連成的自動(dòng)加工系統(tǒng)。,獨(dú)立制造島 利用計(jì)算機(jī)的巨大潛力把工藝、生產(chǎn)組織管理、制造過程三者有機(jī)地聯(lián)成一體。,柔性制造單元（FMC） 由一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)CNC機(jī)床或MC機(jī)床組成，具有工件內(nèi)部自動(dòng)輸送能力，通常采用機(jī)器人或托盤轉(zhuǎn)換裝置裝卸和輸送工件。若干個(gè)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(jì)算機(jī)直接控制的自動(dòng)可變加工系統(tǒng)。,四、計(jì)算機(jī)輔助制造和計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）

18、計(jì)算機(jī)用于監(jiān)督和控制制造過程 計(jì)算機(jī)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(jī)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(jì)算機(jī)控制制造過程 計(jì)算機(jī)支持制造過程,計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集合成一個(gè)整體，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)的高度柔性化、自動(dòng)化和集成化，達(dá)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(shí)施 實(shí)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(qiáng)大的技術(shù)隊(duì)伍。計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的發(fā)展水平和完善程度代表著機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展水平。,