毕业设计（论文）-C616普通车床数控化改造.doc

太原理工大学阳泉学院毕业设计评阅书题目： c616普通车床数控化改造 机电 系 机械设计制造及其自动化专业 姓名 吴磊 设计时间： 2009 年3月9日2009年5月 31日 评阅意见：成绩： 指导教师：（签字） 职务：200 年月日太原理工大学阳泉学院毕业设计答辩记录卡 机电 系 机械设计制造及其自动化 专业 姓名吴磊答 辩 内 容问 题 摘 要评 议 情 况 记录员： （签名）成 绩 评 定指导教师评定成绩答辩组评定成绩综合成绩注：评定成绩为100分制，指导教师为30%，答辩组为70%。 专业答辩组组长：（签名） 200 年月日vi前 言毕业设计是对学生在毕业之前所进行的一次综合设计能力的训练，是为社会培养合格的工程技术人员最后而有及其重要的一个教学环节。通过毕业设计可以进一步的培养和锻炼我们的分析问题能力和解决问题的能力，这对我们今后走向工作岗位有很大的帮助。本设计针对车床的机械部分的改造和这题电路的设计及数控系统在车床上的应用，涉及内容广泛，几乎四年所学知识或多或少涉及到。这次设计画图集中于机床进给系统机械改造及设计，这次设计我们将本着：独立分析，相互探讨，仔细推敲，充分吃透整体设计的整体过程，使这次设计反映出我们的设计水平，并充分发挥个人的创新能力。作为一名未来的工程技术人员，应当从现在开始做起，学好知识，并不断的丰富自己的专业知识和提高实际操作能力。在指导老师的精心指导下，我圆满的完成了这次设计工作，由于学识和经验的不足，其中定会出现很多问题，不足之处恳请各位老师加以批评和指导。c616普通车床数控化改造摘要数控机床在机械制造业中发挥着巨大的作用，但数控机床一次性投资较大，对机床进行数控化改造不失为一良策。本设计介绍了c616普通机床的数控化改造技术，包括对机床改造的可行性分析，普通机床改造原理，主传动系统改造，进给传动系统系统的改造，自动回转刀架的选择与安装，以及在改造中应注意的事项等进行了详细的论述，并介绍了将802d数控系统应用于普通机床数字化改造的设计思想与方法。并介绍了经济型数控机床进给伺服系统设计计算。阐述了 c616普通车床的主轴系统的改进及机床控制系统的改造。关键词： c616车床； 数控改造； 滚珠丝杠； 步进电动机numerical control innovation of c616 common latheabstractthe nc machine plays a very great role in mechanical engineeringalthough the investment needs a great deal of money，it is a good way to try digital modification for ordinary lathethis disign introduces the numerically retrofitting technology on c616 universal lathe，including the analysis of feasibility，the reform theory of universal lathe，reform of main transmission system，feed transmission system，selection and installation ofautomatic round sword shelf，as well as matters needing attention of reform indetailthe paper introduces the method of applying simense 802d numerical control system in the reconstruction of lathesintroduces the design calculation of servo system on economic nc machine toolsit also tells us how to improve the spindle and the control system of ca6140 nc lathekey words ：c616 lathe ； digital modification ； ball screw； stepping motor目 录前 言i摘要iiabstractiii第一篇 绪论1第一章 数控机床与数控技术1第一节 数控机床的概述1第二节 数控技术2第三节 对我国数控技术和产业化发展的战略思考4第二章 数控机床的优点5第三章 机床的数控化改造6第一节 机床数控化改造的现状6第二节 机床数控化改造的优点7第三节 机床数控化改造的必要性8第四章 成组技术的发展现状9第一节 零件分类成组的常用方法9第二节成组技术的应用12第三节 成组技术的发展现状15第五章 本文的选题及主要研究内容20第一节 本文的选题20第二节 主要研究内容20第二篇 西门子802d数控系统介绍21第一章 802d数控系统的基本功能21第一节 系统配置方案研究21第二节 802d数控系统配置22第三篇 控制电路设计22第一章 电路设计22第一节 主轴电路设计22第二节 x、z轴限位和参考点返回电路24第三节 电动刀架控制电路25第二章 机床参数设置27第四篇 数控车床总体改造方案及机械部分设计27第一章 设计要求27第二章 改造方案的确定28第三章 进给伺服系统机械部分的设计计算与选型29第一节 纵向进给系统的改造29第二节 横向进给系统改造36第三节 电动刀架的选择42第四节 主轴箱的改造43第五篇 数控加工程序的编制44第一章 研究数控加工程序编制的目的44第二章 数控加工编程的概念45第三章 数控编程方法45第四章 数控编程的内容和步骤46第五章 零件加工程序的设计47第六篇 数控机床的安装、调试、精度检测49第一章 数控机床的安装、调试、精度检测49第二章 数控机床操作指南52第一节 操作面板解释52第二节 机床操作说明56结 论59参考资料60外文资料61中文译文64致 谢66太原理工大学阳泉学院-毕业设计说明书第一篇 绪论近年来，随着各行业对机加工产品要求的不断提高和数控技术的飞速发展，数控机床以其精度高、效率高和劳动强度低等诸多普通机床无法比拟的优势，成为当今制造业的主流加工设备。目前，一个企业设备数控化程度的高低已经直接影响到了它的生存。那些拥有大量普通机床的工厂，正面临着巨大的挑战。这些厂家效益不好的主要原因，一方面是大量普通机床闲置造成浪费，另一方面是没有足够的资金购买新的数控设备。因此，投入较少的资金，把原有机床进行升级改造，使之变成数控机床，就成了解决这一问题的最好办法。现在，机床的改造，特别是把普通机床改造成经济型数控机床，已经成为了我国广大企业设备投资的重要组成部分。第一章 数控机床与数控技术第一节 数控机床的概述随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、中小批量生产的比重明显增加。激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高效高质量加工要求。因此近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术。目前，数控技术正在发生根本性变革，它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。 汽车、拖拉机与家用电器等行业的产品零件，为了解决高产优质的问题，多采用专用的工艺装备、专用自动化机床或专用的自动生产线和自动化车间进行生产。但是应用这些专用生产设备，生产准备周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长。在机械产品中，单件与小批量产品占到7080，这类产品一般都采用通用机床加工，当产品改变时，机床与工艺装备均需作相应的变换和调整。通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于提高生产效率和保证产品质量，特别是一些由曲线、曲面轮廓组成的复杂零件，只能借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手下操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。数控机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的，它为单件、小批生产的精密复杂零件提供了自动化加工手段。第二节 数控技术数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的cadcam、fms、cims等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。同时，数控技术的利用关系到国家的战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。数控（nc）技术是指用数字、文字、符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体的二进制形式数据运算的出现。1938年香农在美国麻省理工大学进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界工业史上一件划时代事件，推动了自动化的发展。现在，数控技术也叫计算机数控技术（cnc）。目前，它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存储的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机代替原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存储、处理、运算、逻辑判断等各种控制技能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动 电机或液压执行元件带动设备运行。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化设备，如数控机床等。其技术涉及多个领域：（1）机械制造技术；（2）信息处理、加工、传输技术；（3）伺服驱动技术；（4）自动控制技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。工业发达国家还将数控技术和数控装备列为国家的战略物资，不仅大力的发展自己的数控自己的数控技术和产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。数控技术是装备制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础技术，它不仅能改善产品质量、提高劳动生产率，更能体现一个国家的综合国力水平。从企业面临的情况来看：一方面数控机床价格较贵，一次性投资大且使企业心有余而力不足；另一方面，又有大量设备闲置。这种情况下，对原来的普通车床数控化改造，不仅能够节约资金、降低成本，更能发挥老式传统机床的潜在价值是加快我国机床数控化的一种有效途径，既经济又快捷。机床数控化改造大体分两类：一类是在现有的普通机床上加数控装置或可编程控制器；另一类是采用更先进的数控系统替代现有数控机床的数控装置。数控机床可以很好的解决形状复杂、精密、多品种及中小批零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，随着制造技术向自动化、柔性化方向的发展，当前机床的数控化率已成为衡量一个国家制造工业水平的重要标志。但目前我国数控机床的广泛应用受到一些条件的限制。例如，数控机加床价格昂贵，一次性投资大，对中小型企业并不适用，同时各企业有大量的普通机床，如果全部用数控机床代替也将造成很大的浪费；在国内，订购新数控机床的交货周期较长，往往不能满足生产急需。要较好的解决上述问题，用数控技术对普通机床进行改造，是既符合我国国情又能提高机床数控化率的一条有效途径，是我国，尤其在中西部欠发达地区，是企业设备技术改造的主要方向之一。对普通机床和旧机床进行数控化改造是可行的。首先，我国的经济增长方式正在由粗放型向集约型转变，集约型经济增长方式就是以经济效益为中心，主要依靠科技进步和提高劳动者素质，重点放在现有企业的挖掘改造、充实和提高上也就是运用高新技术对老设备进行改造，以大幅度提高产品质量，降低成本，达到提高经济效益的目的；其次是技术上的保障，近年来，微电子技术的发展、电子计算机的应用、传感技术、粘结技术等新工艺、新产品的出现都为机床数控化改造提供了充足的后备力量；最后是在经济方面机床数控化改造针对性强，投资少，资金利用率高，许多基础部件仍可利用，可以缩短改造周期并降低生产成本。普通机床的数控化改造一般是指对现有普通机床的某些部位做一些改装，再配上经济型数控装置或标准型数控系统，从而使原机床具有数控加工的能力。普通机床数控化改造后较改造前机床的自动化程度高、专业性强、加工精度及生产率都有很大的提高，改造机床的费用比购买数控机床的费用低、经济性好、生产周期短。第三节 对我国数控技术和产业化发展的战略思考我国的机床改造业称为机床再生业，同购置机床相比，一般可节省60%80%的费用。据2003年数据统计，我国数控机床总量约为380余万台，其中数控机床总数已有11万多台即我国的数控化率不到3%，近十年来，我国数控机床年产量约为0608万台，机床的年产量数控化率约为6%，我国的机床役龄十年以上的占60%，十年以下的机床中，自动半自动化机床不到20%。fmc/fmc自动化生产线更是屈指可数。可见我们的大多数制造的行业和企业的生产、加工装备绝大数是传统的机床，而且半数以上是役龄在十年以上的旧机床：用这种机床加工的产品普遍存在质量差、品种少、成本高、供货期长等现象从而在国内、国际市场上缺乏竞争力，根据我国目前的财力和工业发展状况，靠花大量资金购买全新的数控机床来提高数控化率显然不可取，而普通机床的数控化改造既经济又快捷，是提高我国数控化率的一个重要途径。即使在美国、日本、德国等发达国家，用数控技术改造机床也有广阔的市场。近年来，我国已积极开展了对机床数控化改造再制造技术的研究，如：武汉华中数控公司先后完成了50多家企业数百台设备的数控化再制造，为国家节约了数亿元设备购置费。一般来说，数控化再制造一台普通车床的价格不到相同功能新数控机床的一半。因此，对普通机床进行数控化再制造具有重大的意义，既能充分利用原有的旧设备资源，减少浪费，又能以较小的代价落的性能先进的数控设备，满足现代化生产的的要求，符合我国的产业政策。我国现有机床的大约四百多万台，其中40%以上是车床，多数车床役龄都很长，尤其是大型和重型的役龄更长，这些机床结构一般陈旧，操作部分复杂，测量系统、控制系统落后。把这些性能落后、生产率低的机床全部闲置或淘汰，用新的机床去取代是不现实的。重型机床，特别是现代化的数控机床价格都非常昂贵，我国是一个发展中国家，国家财力薄弱，资金短缺，不可能花大量的资金添置新的机床，把旧机床改造成数控机床的意义就更加明显了。第二章 数控机床的优点一、加工对象改型的适应性强 利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工。它不同于传统的机床，不需要制造、更换许多工具、夹具和检具，更不需要重新调整机床。因此，数控机床可以快速地从加工一种零件转变为加工另一种零件，这就为单件、小批以及试制新产品提供了极大的便利。它不仅缩短了生产准备周期，而且节省了大量工艺装备费用。二、加工精度高 数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，由于目前数控装置的脉冲当量（即每输出一个脉冲后数控机床移动部件相应的移动量）一般达到了0001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度和质量稳定性。这是由数控机床结构设计采用了必要的措施以及具有机电结合的特点决定的。首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种消除间隙结构等，使机械传动的误差尽可能小；其次是采用了软件精度补偿技术，使机械误差进一步减小；第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。这些措施不仅保证了较高的加工精度，同时还保持了较高的质量稳定性。在采用点位控制系统的钻孔加工中，由于不需要使用钻模板与钻套，钻模板的坐标误差造成的影响也不复存在。又由于加工中排除切屑的条件得以改善，可以进行有效地冷却，被加工孔的精度及表面质量都有所提高。对于复杂零件的轮廓加工，在编制程序时已考虑到对进给速度的控制，可以做到在曲率变化时，刀具沿轮廓的切向进给速度基本不变，被加工表面就可获得较高的精度和表面质量。三、生产效率高 零件加工所需要的时间包括机动时间与辅助时间两部分。数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，由于选用了很高的空行程运动速度，因而消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。 数控机床在更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，而零件又都安装在简单的定位夹紧装置中，可以节省用于停机进行零件安装调整的时间。 数控机床的加工精度比较稳定，一般只做首件检验或工序间关键尺寸的抽样检验，因而可以减少停机检验的时间。在使用带有刀库和自动换刀装置的数控加工中心时，在一台机床上实现了多道工序的连续加工，减少了半成品的周转时间，生产效率的提高就更为明显。四、自动化程度高 数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。五、良好的经济效益 使用数控机床加工零件时，分摊在每个零件上的设备费用是较昂贵的。但在单件、小批生产情况下，可以节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用及降低废品率等，因此能够获得良好的经济效益。六、有利于生产管理的现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。 数控机床在应用中也有不利的一面，如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求较高，对操作人员的技术水平要求较高等。第三章 机床的数控化改造第一节 机床数控化改造的现状数控机床可以较好地解决形状复杂、精密、小批及多变零件的加工问题，能够稳定加工质量和提高生产率，但是数控机床的应用也受到其他条件的限制。首先，数控机床价格昂贵，一次性投资巨大，中小企业常是心有余而力不足；目前，各企业都有大量的普通机床，完全用数控机床替换根本不可能，而且被替代下的机床闲置起来又会造成浪费；在国内，订购新数控机床的交货周期一般较长，往往不能满足生产急需；通用数控机床对具体生产存在冗余功能。要较好地解决上述问题，应走普通机床数控改造之路。低成本普通车床数控化改造是一项适合我国实际情况的先进适用技术，也是一项提升我国机床数控化率的有效途径。在美国、日本和德国等发达国家，它们的机床改造作为新的经济增长行业，生意盎然。由于机床以及技术的不断进步，机床改造是个“永恒”的课题。我国的机床改造业，也从老的行业进入到以数控技术为主的新的行业。在美、日、德等国，用数控技术改造机床和生产线已形成了新的行业。在美国，机床改造业称为机床再生（remanufacturing）业。从事再生业的著名公司有：bertsche工程公司、ayton机床公司、devlieg-bullavd（得宝）服务集团、us设备公司等。美国得宝公司已在中国开办公司。在日本，机床改造业称为机床改装（retrofitting）业。从事改装业的著名公司有：大隈工程集团、岗三机械公司、干代田工机公司、野崎工程公司、山本工程公司等。第二节 机床数控化改造的优点一、从提高资本效率出发，改造闲置设备，能发挥机床的原有功能和改造后的新增功能，提高机床的使用价值。 二、适用于多品种、小批量零件生产。 三、数控改造费用低，减少了投资额，经济性好。数控改造费用仅为新购一台数控机床费用的1525，同购置新机床相比，一般可以节省7585的费用。特别是大型，特殊机床尤其明显。一般大型机床改造，只需花费新机床购置费用的1/3，交货期短。但有些特殊情况，如高速主轴、托盘自动交换装置的制作与安装过于费工、费钱，往往改造成本提高23倍，与购置新机床相比，只能节省投资50左右。如果再结合机床大修理，几乎就是一台新的数控机床，甚至精度会更好，因为旧机床床身不会再产生变形。 四、力学性能稳定可靠，结构受限。所利用的床身、立柱等基础件都是重而坚固的铸造构件，而不是那种焊接构件，改造后的机床性能高、质量好，可以作为新设备继续使用多年。数控化改造使原有的机械结构更为简单。原有的手摇进给机构全部消失。这样一方面可以提高精度，减少传动链对精度的影响；另一方面可以减少机械故障率，提高运行的可靠性。但是受到原来机械结构的限制，不宜做突破性的改造。 五、熟悉了解设备、便于操作维修，降低了操作者的技术要求，更易提高管理水平。购买新设备时，不了解新设备是否能满足其加工要求。改造则不然，可以精确地计算出机床的加工能力；另外，由于多年使用，操作者对机床的特性早已了解，在操作使用和维修方面培训时间短，见效快。改造的机床一旦安装好，就可以实现全负荷运转。操作者只需装夹工件和按开关，加工全部由电脑控制自动完成，即使再复杂的工件也能快速完成，省去了对技术要求的烦恼。同时提高定额管理水平。 六、可充分利用现有的条件。可以充分利用现有地基，不必像购入新设备时那样需重新构筑地基。 七、可以采用最新的控制技术。可根据技术革新的发展速度，及时地提高生产设备的自动化水平和效率，提高设备质量和档次，将旧机床改成当今水平的机床。自动化程度高，专业性强，加工精度高，生产效率高。提高了生产率，减少了劳动强度。 八、增强了功能，如圆弧加工、锥度加工，这是传统加工方法难以实现的。 九、交货期短，可满足生产急需。第三节 机床数控化改造的必要性数控机床比传统机床有以下突出的优越性。（1）可以加工出传统机床加工不出来的曲线、曲面等复杂的零件。由于计算机有高超的运算能力，可以瞬时准确地计算出每个坐标轴瞬时应该运动的运动量，因此可以复合成复杂的曲线或曲面。（2）可以实现加工的自动化，而且是柔性自动化，从而效率可比传统机床提高37倍。由于计算机有记忆和存储能力，可以将输入的程序记住和存储下来，然后按程序规定的顺序自动去执行，从而实现自动化。数控机床只要更换一个程序，就可实现另一工件加工的自动化，从而使单件和小批生产得以自动化，故被称为实现了“柔性自动化”。（3）加工零件的精度高，尺寸分散度小，使装配容易，不再需要“修配”。（4）可实现多工序的集中，减少零件在机床间的频繁搬运。（5）拥有自动报警、自动监控、自动补偿等多种自律功能，因而可实现长时间无人看管加工。（6）数控机床能够降低操作人员的劳动强度，节省劳动力（一个人可以看管多台机床），减少工装，缩短新产品试制周期和生产周期，可对市场需求作出快速反应等。第四章 成组技术的发展现状第一节 零件分类成组的常用方法相似零件存在于同一产品和不同产品中，一般地，只有打破产品界限，才能有效的扩大批量。相似零件如何归类成组，是实施成组技术的重要工作。零件成组是否合理直接影响成组化的效果。零件成组方法很多，归纳起来可分为三类：（1）目测法（或称经验法）这是最简单的成组方法，主要凭经验和目测，把形状、尺寸、工艺方法等相似的零件归在一起。一般步骤为：先按需要加工的机床种类，分成几大类；再按工序相似分成若干组。有些外形不同但加工相似的零件也可归属同一组，有些外形相似但加工不同的也可归属同一组。这种划分的方法简明易行，但零件品种一多便有困难。（2）工艺流程分析法例如有20种不同的零件，分别经过车、铣、钻、磨等不同工序。这种方法要求每个零件都有工艺过程卡，而且要准确。分析各零件加工工序的先后次序和零件在机床的流转路线，将工序和加工路线同类的零件归为一组。（3）编码分类法 这是零件分类成组的基本方法，即“以数代形，按数归组”。零件的形状、尺寸等特征，通常用图纸表示。若改用对应的数字（编码）表示，零件特征便转换成数字信息。然后根据编码的相同或相近将零件分类归组。这为利用计算机分类创造了条件。（1）零件的分类编号 怎样用数字表示零件的特征，是编码系统要解决的问题。零件的特征很多。从设计角度，要考虑零件的几何形状、结构要素、尺寸、材料等，从工艺角度，要考虑装夹方法、加工精度、表面光洁度、毛坯类型、热处理要求以及生产类型等；从生产管理角度，还要考虑设备负荷、交货期限等。编码系统要有利于生产管理，使用方便。企业根据具体情况，可以选择通用的分类编号系统，也可以制定适合本企业的专用分类编号系统。 目前，世界上已有几十种编码系统，按分类依据的主要特征来看不外乎有三种类型，即零件结构分类系统，零件工艺分类系统，零件结构和工艺结合的分类系统。其零件结构分类系统有广泛地用于英、法等国的布里奇（brisch）分类系统、捷克斯洛伐克的托斯分类系统等等；零件工艺分类系统有米特洛范诺夫分类系统、鲍尔瓦托夫分类系统等等；零件结构和工艺结合分类系统有前苏联工艺设计院提出的bntn分类系统、前西德的奥匹兹（opitz）分类系统等等。上述各种类型的分类系统中，前西德的奥匹兹分类系统具有很好的适用性，为全世界所公认，是世界许多国家作为分类编码法则的基础。这种分类系统中，每个零件用九位数字表示，每位都有09的数字来分别表示不同的要求或特征。图1-1 奥匹兹（opitz）分类编码系统的基本结构第一位数字表示零件分类别，（其中05表示回转体零件；69表示非回转体零件）；第二位数字表示主要形状，（例如0表示光滑无形状要素，12表示一端带台或光滑等）；第三位数字表示回转面加工；第四位数字表示平面加工；第五位数字表示辅助孔加工；第六位数字表示尺寸；第七位数字表示材料；第八位数字表示毛坯形状；第九位数字有示加工精度。前五位数为形状编码（又称主要编码），后四位数为辅助助码（又称设计编码）。根据零件回转体、偏移件、非回转体的分类，第25位码的表示各有不同。但辅助编码都是同一的。其基本组成如图1-1所示。图中l与d表示回转体零件的长度与直径。a、b、c表示非回转体零件的长、宽、高。其中回转体零件0、1、2类（在回转体零件中，除去有偏移的和特殊件）的主要编码位可参照有97的编码表。3、4类零件、6类零件、7类零件、8类零件和特殊类零件的主要编码位都有类似表87的编码表。这些编码可通过查阅有关手册得到。我国已制定了jcbm系统。该系统以机床行业为实施对象。也适用于其他行业的机械制造业；适用于中等和中等以上规模的多品种中小批生产企业。jcbm与奥匹兹系统大同小异，十分相似，是以奥匹兹系统为基础，使用九位码。jcbm保留了奥匹兹系统的优点。例如，通用性强、排列规律码位适当和兼顾设计、加工和管理等。并且jcbm还根据我国机械加工业的特点，对奥匹兹系统作了修改。例如，码位的内容作了变动、零件类别作了调整、为使用企业增补内容留有了余地等。 有关其它各种编码系统的具体内容可以在有关的手册上查得。 （2）零件组的划分划分零件组，就是按零件的特征和对生产能力的平衡，将各种编号的零件进行适当的组合。划分零件组，根据成组加工单元建立和未建立两种情况，有两种不同的方法。当成组加工单元尚未建立时，划分零件组可采用特征数据法。即直接根据零件本身的编码进行成组。这种方法首先在编码系统中选出几个最基本的码位（称之特征码位），作为初分零件组的标准，然后归集这些特征码位上数字相同的零件为若干初分的零件组，最后再按初分的组进行工时和能力平衡，得到合适的零件组。各个企业都可以制订符合自己情况的基本特征码数。一般可把零件类别、外形要素、尺寸和材料种类作为特征码数。从奥匹兹系统看，可先按第一、二、六、七位，四个码位作为分组的特征码数，然后再进行平衡。若零件组内数量大、工时太多时，可再按工艺特征将零件组细分。若成组加工单元已建立，可采用特征矩阵法。这种方法则需作出各加工单元的特征数据矩阵和零件的特征矩阵，凡零件编码符合某个加工单元特征矩阵的零件，便归为一组。第二节 成组技术的应用成组技术是提高多品种、中小批量机械制造业生产效率和水平，增加生产效益的一种技术。在多品种、中小批量生产企业中实施成组技术，能够带来以下各种技术经济效益：（1） 减少产品设计工作量，缩短新产品设计周期；（2） 减少新品设计的零件品种，扩大零件的批量；（3） 促进零件、部件设计的标准化；（4） 减少工艺过程设计所需的时间和费用；（5） 减少工艺装备设计、制造所需的时间和费用；（6） 减少设备所需要的时间和费用；（7） 缩短工件在生产过程中的运输路线；（8） 提高加工效率；（9） 缩短生产周期；（10） 提高设备利用率；（11） 节省生产面积；（12） 减少原材料和在制品；（13） 降低废品率；（14） 减少人员需要量；（15） 简化生产管理工作；（16） 提高按期交货率；（17） 提高对产品改性的适应能力等。近几年来，成组技术的概念不仅从开始的机械加工工艺扩充到产品设计与制造的全过程，而且与计算机技术、数控技术结合起来，在cad、capp、cam乃至fms、cims等现代制造技术领域起到重要作用。在产品设计实施重组技术，通过对企业中已设计、制造过的零件编码和分组可建立起设计图纸和资料的检索系统。当设计一个新零件时，设计人员将设计零件的构思转化成相应的分类代码，然后按此代码对其所属零件族的零件设计图纸和资料进行检索，从中选择可直接采用或稍加修改便可采用的原有零件图。只有当原有零件图均不能利用时，才重新设计新零件。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件可直接利用或经局部修改便可利用已有产品的零件图。这就得大大减少了设计人员的重复劳动。例如，波音飞机公司建立设计检索系统后，电气电子设计组在新机种设计时，有95%的零件可以由检索得到。美国的企业中，每设计一个新零件所需要的设计费用，平均约为2000美元。采用设计图纸和资料检索系统后，能使设计工作量减少15%左右。如果一个企业每年要设计2500个新零件，则每年可减少75万美元的设计费用。在我国，随着cad技术的发展和应用，特别是“九五”期间国家大力推进机械设计“甩掉图版”，建立产品设计图库和（gtcad）系统具有重要意义。gtcad系统，又叫检索式cad系统，是指以成组技术为基础的计算机辅助设计系统。产品设计人员在应用gtcad系统设计新零件时，首先要进行零件检索，以确定能采用原有的零件图或对原有零件图稍加修改。新产品设计中尽量利用原有的设计，为制造工艺领域增强了相似性，是企业生产的零件品种大为减少，从而大大节省工艺过程设计、工装设计和制造的时间、费用。生产准备周期因之缩短，某些零件的生产批量也将得到扩大。此外，产品增加了对老产品的继承性，使老产品生产中所积累的许多经验，能在新产品生产中加以充分利用。企业生产的多种零件在按照一定的相似形准则分类成组的基础上，按零件进行工艺准备，可以在各项工作中，以多种形式实施成组成本。成组工艺过程是指针对一组相似的所有零件而设计的工艺过程，其设计方法有复合零件法和复合路线法。复合零件是一种假象的零件，它具有同组零件的全部形状特征。复合零件法是指按复合零件设计的成组工艺过程。复合路线法是从分析零件组各零件的工艺路线入手，选择一个最复杂和最长的工艺路线为基础，然后将其他零件所特有的而又未包含在该基础工艺路线中的工序合理的安排进去，最后形成满足全组零件要求的工艺过程。在成组技术原理指导下，为完成成组工序而设计、制造的专用夹具称为成组夹具。成组夹具不同于一般的专用夹具，它不是针对某一种零件，而是针对一组零件的同一工序而设计的夹具。成组技术是修订式capp系统的基础，零件编码与分组在修订式capp系统中具有重要作用。此外，在数控编程中，可以应用成组技术原理实现零件组数控编程。在生产组织中，采用成组单元或成组流水线，可以缩短零件的运输路线，提高生产单元或系统的柔性。在生产管理中，以零件组为基础编制生产计划和生产作业计划，可以提高生产管理的效率，提高劳动力和设备的利用率。在产品设计和制造工艺方面实施成组技术的企业其生产管理方法也必须相应改变。在生产管理工作中应用成组技术，将实行按零件组组织生产，打破产品界限，改变传统的暗产品组织生产的方式；以零件管理取代原来的工序管理；质量管理也由检验人员控制为主改变为生产单元自控为主；工人则从按专业工种固定劳动分工向一专多能转变，从一人一机向多机床管理发展。这一切不仅有利于编制生产计划、生产指令和调度计划工作的简化，而且能使整个生产管理工作向着科学化和现代化的方向发展。柔性制造系统fms与传统自动线的最大区别在于它能够加工经常变化的加工对象，而无需进行设备的改装和较大的调整。然而，一个柔性制造系统适应加工对象的变化，总有一定范围。这个范围过小，fms所能加工的零件品种数太少，造成设备的负荷不足，不能充分发挥fms的功能；如果范围过大，则又会是系统过于复杂，大大增加设备的投资。因此，要建立fms，首先就要合理的确定系统加工对象的变化范围，从而决定系统应具有的柔性大小。这就是说，必须在对生产进行合理的组织和分工的基础上建立fms，才能使系统产生良好的技术经济效益。成组技术正是以相似原理为基础，通过对加工对象恰当地分组，实现生产的合理组织与分工的一种技术。以零件组为加工对象建立fms，既使系统能加工足够多的零件品种，又可简化系统的结构。因此可以把成组技术作为建立fms的基础。在成组技术基础上建立的fms相当于一个生产单元。这种fms的生产单元实现了工艺工程的全部柔性自动化，从而把成组技术的实施提高到一个新的水平。计算机集成制造系统cims是通过企业的信息集成以取得企业整体效益的计算机综合应用系统，信息集成是实施cims的基础。企业的信息包括从产品设计制造到生产经营与管理的所有信息。为了实现范围如此广泛的信息的集成，需要对信息进行分类编码，因此，可以应用成组技术的基本原理建立面向企业的信息分类编码系统，从而把系统中的有关环节连结到一起。在美国空军的icam（intergrated computer aided manufacturing）计划中，产品设计、制造和管理正是通过成组技术连接起来的，而且称作“任务”（task ）工作的主要内容就是发展适合于icam需要的成组技术，并把分类编码系统在icam中的作用看作是连接系统中各有关环节的“粘接剂”。我国cims实验工程及各cims应用工程都在不同层次上应用了成组技术，并取得了一定的经济效益。第三节 成组技术的发展现状我国推广gt成组技术30年，成绩是肯定的，但总的来说，进展缓慢，效果不尽如人意，尤其是一些单位热闲一阵子之后不了了之，令人惋惜。日前，能否紧紧跟上工业发达国家的步伐，把gt向cim推进，已经到了关键时期。许多工厂和科研单位又正在加紧引入现代化的制造系统，如fmc（柔性制造单元）、fms（柔性制造系统）等，并向世界各国为之努力的cim（计算机集成制造）目标迈进，这些工作促使gt（成组技术）不断有新的发展，并成为构筑未来工厂的基石。到了八十年代，先进工业国家中应用gt已是不言而喻的工作内容之一，零件上都印有成组编码。目前，成组技术的研究内容早已超出成组加工，成为包括设计、制造、装配、管理各方面，涉及设计、工艺、人事、财务、销售、供应等各部门的完整知识。事实上，在美国的工业界、高等院校和研究单位中，既看不到成组技术“热”，也看不到成组技术“冷”。成组技术在美国，实际上是处在稳步发展的形势下。美国成组技术的发展，主要表现在以下两个方面：一、不断扩大应用 随着美国工业技术的进步和市场竞争的发展，美国工业界有越来越多的企业逐渐认识到应用成组技术对提高企业生产能力的重要意义。除了过去十余年中，已经先后实施成组技术的企业，如boeing公司、lockheed公司、cincinnation公司等一大批企业外，正有另一批企业还一觉醒，迈出了应用成组技术的新步伐。例如，通用电气公司（general electric co）的一个生产人造卫星的分公司，委托高等院校研制适用于该公司产品的零件分类编码系统和计算机辅助工艺过程设计（capp）系统，1986年初完成，投入使用。美国政府和一些州的政府也重视成组技术在提高工业生产水平中的重要作用。为了推动工业生产水平的更快提高，除一些企业自觉地应用成组技术外，政府也较多的投资支持和鼓励中、小企业应用成组技术。如美国宾西法尼亚洲政府建立了以富兰克林命名的“本富兰克林关于在national forge公司应用成组技术提高生产能力的研究项目”。该研究项目旨在帮助national forge公司逐步全面应用成组技术，以提高企业的生产水平。宾州州立大学工业与管理系统工程系承担此项研究任务，通过与公司合作，使成组技术在该公司中逐步实施。当前，成组技术在美国的不断扩大应用具有时代的特点。成组技术发展到计算机时代的今天，它的应用已远不限于仅在编码、分组的基础上组织生产单元和产品设计中的图纸检索。成组技术与计算机技术的结合，也远不限于在零件编码、分组和建立生产单元等工作中。由于成组技术是一切cam的技术基础，随着生产领域各项工作与计算机技术结合的不断深入，越来越显示出与成组技术结合的必要性。成组技术在美国的不断扩大应用，有以下一些特点。实际上，这些特点也代表了目前世界各工业发达国家扩大应用成组技术的总趋势。这些特点是：（一）成组技术与capp结台capp系统的开发和应用，离不开成组技术不仅检索式的lapp系统必须在按成组技术的原理形成零件组的基础上建立和使用，即使创成式的capp系统也同样需要应用成组技术。美国许多过去已经实施成组技术的企业，很自然地过渡到以零件组为基础，开发和应用capp系统一些尚未实施成组技术的企业，在他们着手开发、应用capp系统中，逐渐认识到成组技术对lapp系统的重要意义，因而掉转头来补上成组技术这一“课”。人们称这种企业是从“后门”进入成组技术领域目前许多开始实施成组技术的企业，都将开发和应用capp系统做为实施成组技术整个计划的一部分，使capp系统的开发和应用建立在成组技术的基础之上（二）成组技术与mrp结合mrp的含义是材料要求计划（material requirement planning）过去的mrp系统仅用于制订生产过程中材料与零件的供应计划，以保证产品的均衡。近年来mrp已被赋予了新的含义生产资源计划（manufacturing resources planning ）。在美国获得广泛应用的mrpy系统，其涉及范围已包括了工厂中的一切生产活动。美国有不少企业购买了mrpg软件。但事实表明，mrpg系统如不与成组技术相结合，各个生产部门和各项生产活动之间将无法沟通信息因此尽管mrpg系统本身的功能很强，却无法在企业中使用。这些企业已经或正在把mrpg系统与本企业中实施的成组技术结合起来，在成组技术的基础上，实现企业生产资源的全面、统筹计划。（三）与我国推行成组技术的情况恰恰相反，美国一些企业实施成组技术的过程中，最积极、最迫切的常常是计划、供销和财务部门。例如，在national forge公司应用成组技术提高生产能力的研究项目过程中，仅仅为该公司研制出零件分类编码系统和建立了零件组的形成方法后，计划、供销和财务部门便急切地希望能在他们这些部门使用。他们甚至不能等待整个工作的完成，而希望为他们提前建立可供单独使用的小系统这些部门感到迫切的原因是，根据零件或产品的编码和零件组的划分所提供的粗略信息，他们可以尽快地答复用户订货过程中有关价格、交货期等问题，并可把订货的产品尽快纳入生产计划。二、继续深入研究在美国，成组技术的研究和发展工作也在不断地进入许多高等院校在从事成组技术的研究，使其向集成化方向发展，如滨州大学、南佛罗里达大学等等。在这些院校中，许多攻读硕士或博士学位的研究生的研究课题是成组技术方面或与成组技术有关的课题。在美国举行的许多学术组织（如机械工程师学会、工