计算机辅助工艺设计与现代制造技术
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
生成过程：先编码→建立特征矩阵→将 若干零件归类分组→建立零件族特征矩 阵→制定标准工艺规程→存入计算机→ 使用时调出零件族特征矩阵→根据现有 实际零件修改成该零件的单独工艺规程
➢创成式CAPP系统
直接根据输入的图形和加工信息， 生产新的工艺规程
计算机根据零件图形，自动分析其 几何要素，并进行逻辑判断和决策 ，然后生成新的工艺规程
9．制订成组工艺过程
➢复合零件法（又称为主样件法）： 按照零件族中的复合零件来设计工 艺规程的方法
复合零件即拥有同组零件的全部特 征加工表面要素的一个零件
➢复合路线法：以组内最复杂零件的 工艺路线为基础，添不组内其它零 件需要的工序，最终形成满足全组 零件要求的成组工艺
二、计算机辅助工艺过程设计
生产流程分析法：按工艺特征相似性 分类，先根据零件的工艺路线卡列出 工艺路线表，再对生产流程进行分析 、归纳、整理
编码分类法：采用特征码位法和码域 法，扩大工艺批量
➢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
➢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
成组技术中的零件编码
➢零件分类编码的基本原理 概念
分类——把事物划分成不同组的过程 编码——对不同组的事物给予不同的代码 零件分类编码——抽象地反映零件名称、
功能、结构、形状、工艺特性、精度等信 息的代码（符号）
编码法则——对代码代表的意义所作出的 明确规定和说明
原理
成组技术的编码，必须充分反映机械 零件的各种特征，这些特征包括：零 件的结构和形状、各组成表面的类别 及配置关系、零件材料及热处理、几 何尺寸、加工精度和表面质量
JLBM-1分类编码系统
这是“机械工业成组技术零件分类编 码系统”的汉语拼音缩写
1985年由我国机械电子工业部设计 研究总院负责制订
也是采用混合式代码结构；由15位代 码组成，第1、2位代码代表零件名称 类别；第3~9位是形状与加工码（为 主码）；第10~15位代码为辅助码， 分别代表材料、毛坯原始形状、热处 理、主要尺寸、加工精度；每一个码 位有10个特征码
链式（矩阵式）（又称多元码）：码位 上每一个数字都代表不同的信息，与前 面的码位无关
混合式（层次式和链式混合）：综合层 次式和混合式代码的长处
➢零件的编码系统 常用的分类编码系统有如下两种：
奥匹兹（Opitz）分类编码系统 由德国亚琛工业大学的H·奥匹兹教授
领导研制成功的
基本结构
奥匹兹代码采用混合式代码结构；由 9位代码组成，前5位为几何码（又称 主码），分别代表零件的种类、基本 形状、回转表面加工、平面加工、辅 助孔、轮齿、型面加工；后4位为辅 助码，分别代表主要尺寸（直径或边 长）、材料类型、毛坯形状、加工精 度；每一个码位有10个特征码
Manufacturing System—— CIMS）
（一）数控机床NC
• 1、数控机床的组成及其工作原理 • 数控机床是一种利用数控技术，准确地
按照事先安排好的工艺流程，实现规定 动作的金属加工机床。
数控机床的组成
输入介质
穿孔纸带、磁带和软磁盘等 输入方式： 早期：纸带阅读机/纸带穿孔机 现代： ①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI） 键盘输入零件程序，并且通过CRT给操作者提 供信息； ②软驱、FLASH卡、USB接口 ③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。
计算机数控装置
•Leabharlann （3）伺服系统• 伺服系统的作用就是把来自数控装置 的各种指令（脉冲信号），转换成机床 移动部件的运动。
（4）反馈系统
• 反馈系统的作用是将机床的实际位置 、速度等参数检测出来，转变成电信号 ，输送给数控装置，使数控装置能够校 核机床的实际情况是否与指令一致，并 由数控装置发出指令纠正所产生的误差 。
AM: Agile Manufacturing
成组技术在机械工业生产中的重要作用 提高设计工作的标准化与合理化，减
少设计工作量 减少生产准备时间 有利于生产管理科学化 成组技术是CAD、CAM的基础
成组生产的组织形式 根据目前成组加工的实际应用情况， 成组加工系统有三种基本形式： 成组单机 成组生产单元 成组生产流水线
特点：把几种类型机床组成一个封闭的 生产系统；完成一组或几组相似零件的 全部工艺过程；有一定的独立性，并有 明确的职责
功用：设备利用率高；缩短了生产周期 ；简化了生产管理
➢成组生产流水线
工作场地内的机床是按照工艺相似 零件组的复合工艺过程的顺序布置的。 成组流水线具有足够的柔性，并要求工 艺相似零件组内的零件有很强的工艺相 似性和较大的生产批量。这种形式具有 大量流水线的多种特征和优点。
现代生产技术和制造过程必须拥有较 高的自动化水平和灵活应变的能力， 即实现生产技术和制造过程的柔性化
2．成组技术的基本概念 ➢传统小批量生产方式的缺点 产量小，生产周期长，限制了先进技术
的采用，生产效率低
生产准备工作量大
生产计划、组织管理复杂化
为此，制造技术的研究者提出了成组技 术的科学理论及实践方法，它能从根本上解 决生产由于品种多，产量小带来的矛盾。
➢CAPP数据库 包括文件：
工艺规程组成文件 机床和工艺装备文件 材料及其主要物理-力学性能 加工余量、切削用量、工时定额资料 有关加工成本的经济资料 修订法所需零件族矩阵文件和主样件标
准工艺规程 创成法所需各种逻辑原则和资料数据
第三节 现代制造技术
• 1、数控机床（Numerical Control—— NC） • 2、计算机数控（Computer Numerical Control——CNC
第八章 计算机辅助工艺设计 与现代制造技术
一、成组技术及其在工艺中的应用
1．现代机械工业的基本任务和特点
➢基本任务
充分利用现代科学技术最新成就， 按照高效、优质、低成本的要求， 不断生产出各种节能省料的新产品
➢基本特点
从历来单一品种的生产方式向多品种 生产方式转化，从而使得多品种生产 在机械工业的生产结构中占有绝对优 势的比重
2、直接型DNC系统
• 直接型DNC系统内的数控机床，只有由 伺服驱动电路和操纵台组成的机床控制 器，原来数控装置中的插补运算等功能 ，全部由中心计算机完成。这种系统内 数控机床不能脱离中心计算机而单独工 作。
3．分布式DNC系统
分布式DNC系统是一种综合性很强 而且较为复杂的数控系统。它使用计算 机网络协调各个CNC机床的工作，最终 可将此系统的中心计机与整个工厂的计 算机联成网络，以形成个较大的完整的 制造系统。
8．成组技术中零件组（族）的划分 ➢目的： 减少现有零件工艺过程的多样性 扩大零件的工艺批量 提高工艺设计的质量 ➢依据： 根据零件的结构特征和工艺特征的相
似性
➢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；
➢CAPP的发展
最初，CAPP仅用于工艺规程的检索 和管理；
而今，能直接输入零件图形和加工要 求，通过系统的逻辑判断功能，自动 地直接生成零件的工艺过程
2．CAPP的设计方式
➢修订式（派生式）CAPP系统
利用零件的相似性来检索已存入计算机 内的工艺规程，再加以修改编辑，生成 一个新的工艺过程
FMS: Flexible Manufacturing System CIM: Computer Integrated Manufacturing CE: Concurrent Engineering MCP: Mass Customization Production LP: Lean Production
（四）、柔性制造系统FMS
• FMS是由多台数控机床（或加工中心） 和自动化仓库组成，由计算机集中控制 ，在不需停机调整的情况下，通过自动 化的物料输送系统，连续地（有时是随 机地）加工不同零件的柔性自动化制造 系统。
（五）、计算机辅助制造系统CAM
• CAM系统就是利用计算机分级结构将产 品的设计信息自动地转换成制造信息， 以控制产品的加工、装配、检验、试验 、包装等全过程，以及与这些过程有关 的全部物料输送系统和初步的生产调度 。
（5）适应控制
• 通过机床传感器对当前的环境，如温 度、振动、摩擦和切削力等加工状态加 以检测，将信号输人适应控制装置，与 预定指标比较后及时作出补偿，自动适 应加工条件，获得加工过程优化 。
（6）机床
2．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。
（二）加工中心MC
加工中心也称自动换刀数控机床。 工件经一次装夹后（最多不超过两次装 夹），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 地完成多工序加工。但加工中心仍属于 单机自动化范畴，其数控装置原理与普 通数控机床相同。
零件分类之前与分类之后
综合零件
➢成组技术的定义
成组技术正是研究和利用了有关事物 的相似性，将企业的各种产品、部件 和零件，按一定的相似性准则分类编 组，并以这些组为基础，组织生产环 节，实现多品种、中小批量生产的产 品设计、制造、管理的合理化
实质：按零件的形状、尺寸、制造工 艺的相似性，将零件分类归并成组（ 族），扩大零件的工艺批量，以便采 用高效率的工艺方法和设备，使中小 批量生产也能获得类似大批量流水生 产的经济效益
二、计算机数控
• 计算机数控系统也称存储程序的数控 系统。一个CNC系统就是用一台专用计 算机的软件来代替原先由硬件数控装置 完成的功能。
（三）直接数控系统DNC
用一台监控计算机按分时方式控制 多台机床。
DNC系统分类
• 1、间接型DNC系统 • 中心计算机过接口装置，将数控程序
分别送到机床群中的每台数控机床进行 控制。 • 间接型DNC系统内的数控机床仍保 留插补运算等控制功能，可以脱离系统 而独立工作。
➢成组技术的基本原理和零件的相似性原 理
事物之间存在着继承性和相似性，因此 ，看似零乱无序的客观事物，却可以利用它 们的继承性和相似性，并通过分类技术而将 它们归并成组。然后针对同组相似事物的共 性问题，在合理化和标准化的基础上，使之 按统一的标准原则和标准方法去解决
大量统计资料表明，机械产品中相似件 占70%（结构形状和加工工艺等相似）
） • 3、直接数字控制（Direct Numerical Control——DNC） • 4、加工中心（Machining Center——MC） • 5、柔性制造系统（Flexible——FMS） • 6、辅助制造（Aided Manufacturing——CAM）系统 • 7、计算机集成制造系统（Computer Integrated
代码必须能唯一地区分产品零件族
对零件分类编码系统的要求： 充分、全面、准确地描述零件信息 系统逻辑层次分明，结构合理 容易被计算机理解和处理 考虑与CAD、CAM的链接和企业的应
用要求 易于被工程人员理解，易于编程
代码结构的类型
层次式（又称单元码）：每一代码的含 义都由前一级代码限定（各分支都必须 定义）
➢成组单机
特点：在一台机床上能完成工艺相似零件
组全部或多道主要工序。这种形式可以减少 工序间停顿和调整时间，对提高机床利用率 和生产效率有明显的效果。
功用：成组技术的最初形式，是成组技 术发展的基础；减少机床调整时间，有 一定经济效果
➢成组生产单元
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生产单元
成组技术成了现代先进制造技术的基 础
NCP
FMS
CIM
CAPP
成组技术
CE MCP
CAD
AM
LP
Others
CAD: Computer Aided Design CAPP: Computer Aided Process Planning NCP: Numerical Control Programming
1．计算机辅助工艺过程设计（CAPP） 的发展
➢CAPP的产生 通过向计算机输入被加工零件的原始数
据、加工条件和加工要求，由计算机自 动进行编码、编程直至最后输出经过优 化的工艺规程卡片的过程，称为CAPP
CAPP是随着产品设计和产品制造采 用计算机辅助手段之后，作为中间环 节，工艺过程的自动化亦应运而生
➢创成式CAPP系统
直接根据输入的图形和加工信息， 生产新的工艺规程
计算机根据零件图形，自动分析其 几何要素，并进行逻辑判断和决策 ，然后生成新的工艺规程
9．制订成组工艺过程
➢复合零件法（又称为主样件法）： 按照零件族中的复合零件来设计工 艺规程的方法
复合零件即拥有同组零件的全部特 征加工表面要素的一个零件
➢复合路线法：以组内最复杂零件的 工艺路线为基础，添不组内其它零 件需要的工序，最终形成满足全组 零件要求的成组工艺
二、计算机辅助工艺过程设计
生产流程分析法：按工艺特征相似性 分类，先根据零件的工艺路线卡列出 工艺路线表，再对生产流程进行分析 、归纳、整理
编码分类法：采用特征码位法和码域 法，扩大工艺批量
➢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
➢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
成组技术中的零件编码
➢零件分类编码的基本原理 概念
分类——把事物划分成不同组的过程 编码——对不同组的事物给予不同的代码 零件分类编码——抽象地反映零件名称、
功能、结构、形状、工艺特性、精度等信 息的代码（符号）
编码法则——对代码代表的意义所作出的 明确规定和说明
原理
成组技术的编码，必须充分反映机械 零件的各种特征，这些特征包括：零 件的结构和形状、各组成表面的类别 及配置关系、零件材料及热处理、几 何尺寸、加工精度和表面质量
JLBM-1分类编码系统
这是“机械工业成组技术零件分类编 码系统”的汉语拼音缩写
1985年由我国机械电子工业部设计 研究总院负责制订
也是采用混合式代码结构；由15位代 码组成，第1、2位代码代表零件名称 类别；第3~9位是形状与加工码（为 主码）；第10~15位代码为辅助码， 分别代表材料、毛坯原始形状、热处 理、主要尺寸、加工精度；每一个码 位有10个特征码
链式（矩阵式）（又称多元码）：码位 上每一个数字都代表不同的信息，与前 面的码位无关
混合式（层次式和链式混合）：综合层 次式和混合式代码的长处
➢零件的编码系统 常用的分类编码系统有如下两种：
奥匹兹（Opitz）分类编码系统 由德国亚琛工业大学的H·奥匹兹教授
领导研制成功的
基本结构
奥匹兹代码采用混合式代码结构；由 9位代码组成，前5位为几何码（又称 主码），分别代表零件的种类、基本 形状、回转表面加工、平面加工、辅 助孔、轮齿、型面加工；后4位为辅 助码，分别代表主要尺寸（直径或边 长）、材料类型、毛坯形状、加工精 度；每一个码位有10个特征码
Manufacturing System—— CIMS）
（一）数控机床NC
• 1、数控机床的组成及其工作原理 • 数控机床是一种利用数控技术，准确地
按照事先安排好的工艺流程，实现规定 动作的金属加工机床。
数控机床的组成
输入介质
穿孔纸带、磁带和软磁盘等 输入方式： 早期：纸带阅读机/纸带穿孔机 现代： ①直接由操作人员通过手动数据输入（MDI） 键盘输入零件程序，并且通过CRT给操作者提 供信息； ②软驱、FLASH卡、USB接口 ③采用通信方式进行零件程序的输入/输出。
计算机数控装置
•Leabharlann （3）伺服系统• 伺服系统的作用就是把来自数控装置 的各种指令（脉冲信号），转换成机床 移动部件的运动。
（4）反馈系统
• 反馈系统的作用是将机床的实际位置 、速度等参数检测出来，转变成电信号 ，输送给数控装置，使数控装置能够校 核机床的实际情况是否与指令一致，并 由数控装置发出指令纠正所产生的误差 。
AM: Agile Manufacturing
成组技术在机械工业生产中的重要作用 提高设计工作的标准化与合理化，减
少设计工作量 减少生产准备时间 有利于生产管理科学化 成组技术是CAD、CAM的基础
成组生产的组织形式 根据目前成组加工的实际应用情况， 成组加工系统有三种基本形式： 成组单机 成组生产单元 成组生产流水线
特点：把几种类型机床组成一个封闭的 生产系统；完成一组或几组相似零件的 全部工艺过程；有一定的独立性，并有 明确的职责
功用：设备利用率高；缩短了生产周期 ；简化了生产管理
➢成组生产流水线
工作场地内的机床是按照工艺相似 零件组的复合工艺过程的顺序布置的。 成组流水线具有足够的柔性，并要求工 艺相似零件组内的零件有很强的工艺相 似性和较大的生产批量。这种形式具有 大量流水线的多种特征和优点。
现代生产技术和制造过程必须拥有较 高的自动化水平和灵活应变的能力， 即实现生产技术和制造过程的柔性化
2．成组技术的基本概念 ➢传统小批量生产方式的缺点 产量小，生产周期长，限制了先进技术
的采用，生产效率低
生产准备工作量大
生产计划、组织管理复杂化
为此，制造技术的研究者提出了成组技 术的科学理论及实践方法，它能从根本上解 决生产由于品种多，产量小带来的矛盾。
➢CAPP数据库 包括文件：
工艺规程组成文件 机床和工艺装备文件 材料及其主要物理-力学性能 加工余量、切削用量、工时定额资料 有关加工成本的经济资料 修订法所需零件族矩阵文件和主样件标
准工艺规程 创成法所需各种逻辑原则和资料数据
第三节 现代制造技术
• 1、数控机床（Numerical Control—— NC） • 2、计算机数控（Computer Numerical Control——CNC
第八章 计算机辅助工艺设计 与现代制造技术
一、成组技术及其在工艺中的应用
1．现代机械工业的基本任务和特点
➢基本任务
充分利用现代科学技术最新成就， 按照高效、优质、低成本的要求， 不断生产出各种节能省料的新产品
➢基本特点
从历来单一品种的生产方式向多品种 生产方式转化，从而使得多品种生产 在机械工业的生产结构中占有绝对优 势的比重
2、直接型DNC系统
• 直接型DNC系统内的数控机床，只有由 伺服驱动电路和操纵台组成的机床控制 器，原来数控装置中的插补运算等功能 ，全部由中心计算机完成。这种系统内 数控机床不能脱离中心计算机而单独工 作。
3．分布式DNC系统
分布式DNC系统是一种综合性很强 而且较为复杂的数控系统。它使用计算 机网络协调各个CNC机床的工作，最终 可将此系统的中心计机与整个工厂的计 算机联成网络，以形成个较大的完整的 制造系统。
8．成组技术中零件组（族）的划分 ➢目的： 减少现有零件工艺过程的多样性 扩大零件的工艺批量 提高工艺设计的质量 ➢依据： 根据零件的结构特征和工艺特征的相
似性
➢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；
➢CAPP的发展
最初，CAPP仅用于工艺规程的检索 和管理；
而今，能直接输入零件图形和加工要 求，通过系统的逻辑判断功能，自动 地直接生成零件的工艺过程
2．CAPP的设计方式
➢修订式（派生式）CAPP系统
利用零件的相似性来检索已存入计算机 内的工艺规程，再加以修改编辑，生成 一个新的工艺过程
FMS: Flexible Manufacturing System CIM: Computer Integrated Manufacturing CE: Concurrent Engineering MCP: Mass Customization Production LP: Lean Production
（四）、柔性制造系统FMS
• FMS是由多台数控机床（或加工中心） 和自动化仓库组成，由计算机集中控制 ，在不需停机调整的情况下，通过自动 化的物料输送系统，连续地（有时是随 机地）加工不同零件的柔性自动化制造 系统。
（五）、计算机辅助制造系统CAM
• CAM系统就是利用计算机分级结构将产 品的设计信息自动地转换成制造信息， 以控制产品的加工、装配、检验、试验 、包装等全过程，以及与这些过程有关 的全部物料输送系统和初步的生产调度 。
（5）适应控制
• 通过机床传感器对当前的环境，如温 度、振动、摩擦和切削力等加工状态加 以检测，将信号输人适应控制装置，与 预定指标比较后及时作出补偿，自动适 应加工条件，获得加工过程优化 。
（6）机床
2．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。
（二）加工中心MC
加工中心也称自动换刀数控机床。 工件经一次装夹后（最多不超过两次装 夹），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 地完成多工序加工。但加工中心仍属于 单机自动化范畴，其数控装置原理与普 通数控机床相同。
零件分类之前与分类之后
综合零件
➢成组技术的定义
成组技术正是研究和利用了有关事物 的相似性，将企业的各种产品、部件 和零件，按一定的相似性准则分类编 组，并以这些组为基础，组织生产环 节，实现多品种、中小批量生产的产 品设计、制造、管理的合理化
实质：按零件的形状、尺寸、制造工 艺的相似性，将零件分类归并成组（ 族），扩大零件的工艺批量，以便采 用高效率的工艺方法和设备，使中小 批量生产也能获得类似大批量流水生 产的经济效益
二、计算机数控
• 计算机数控系统也称存储程序的数控 系统。一个CNC系统就是用一台专用计 算机的软件来代替原先由硬件数控装置 完成的功能。
（三）直接数控系统DNC
用一台监控计算机按分时方式控制 多台机床。
DNC系统分类
• 1、间接型DNC系统 • 中心计算机过接口装置，将数控程序
分别送到机床群中的每台数控机床进行 控制。 • 间接型DNC系统内的数控机床仍保 留插补运算等控制功能，可以脱离系统 而独立工作。
➢成组技术的基本原理和零件的相似性原 理
事物之间存在着继承性和相似性，因此 ，看似零乱无序的客观事物，却可以利用它 们的继承性和相似性，并通过分类技术而将 它们归并成组。然后针对同组相似事物的共 性问题，在合理化和标准化的基础上，使之 按统一的标准原则和标准方法去解决
大量统计资料表明，机械产品中相似件 占70%（结构形状和加工工艺等相似）
） • 3、直接数字控制（Direct Numerical Control——DNC） • 4、加工中心（Machining Center——MC） • 5、柔性制造系统（Flexible——FMS） • 6、辅助制造（Aided Manufacturing——CAM）系统 • 7、计算机集成制造系统（Computer Integrated
代码必须能唯一地区分产品零件族
对零件分类编码系统的要求： 充分、全面、准确地描述零件信息 系统逻辑层次分明，结构合理 容易被计算机理解和处理 考虑与CAD、CAM的链接和企业的应
用要求 易于被工程人员理解，易于编程
代码结构的类型
层次式（又称单元码）：每一代码的含 义都由前一级代码限定（各分支都必须 定义）
➢成组单机
特点：在一台机床上能完成工艺相似零件
组全部或多道主要工序。这种形式可以减少 工序间停顿和调整时间，对提高机床利用率 和生产效率有明显的效果。
功用：成组技术的最初形式，是成组技 术发展的基础；减少机床调整时间，有 一定经济效果
➢成组生产单元
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生产单元
成组技术成了现代先进制造技术的基 础
NCP
FMS
CIM
CAPP
成组技术
CE MCP
CAD
AM
LP
Others
CAD: Computer Aided Design CAPP: Computer Aided Process Planning NCP: Numerical Control Programming
1．计算机辅助工艺过程设计（CAPP） 的发展
➢CAPP的产生 通过向计算机输入被加工零件的原始数
据、加工条件和加工要求，由计算机自 动进行编码、编程直至最后输出经过优 化的工艺规程卡片的过程，称为CAPP
CAPP是随着产品设计和产品制造采 用计算机辅助手段之后，作为中间环 节，工艺过程的自动化亦应运而生