机械制造基础第7章

返回下一页返回下一页上一页返回下一页上一页返回下一页上一页返回下一页上一页精度码规定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四个等级。在中等精度和高精度两个等级中，再按有精度要求的不同加工外表而细分为几个类型，以不同的特征码来表示。表7－1～表7－4列出了JLBM－1系统的局部内容，供查阅。按照JLBM1系统对如图73所示回转体零件进行分类编码的结果如下：第1～2位该零件为回转体类、轮盘类法兰盘，第l位为0，第2位为2。第3～9位该零件“外部根本形状〞：单向台阶；“外部功能要素〞：无；“内部根本形状〞：双向台阶通孔；“内部功能要素〞：有环槽；“外平面与端面〞：单一平面；“内平面〞：无；“辅助加工〞：均布轴向孔。第3～9位分别为1、0、5、1、1、0、1。第10～12位该零件材料为普通非合金钢，毛坯原始形状为锻件，不进行热处理，第10～12位分别为2、6、0。返回下一页上一页返回下一页上一页实际上，根据分类的目的，往往只要求有假设干特征属性相似即可。这样，只需要在编码中选用假设干特征码位来制定分类的相似性标准；只要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。如此，可能出现的最大组数可大大减少。例如，表7－5表示用特征码位法的零件分类，其中特征码位为第1、第2、第6及第7码位，规定的代码分别为0、4、3及0，凡零件编码相应码位的代码与其相同的均可归属于同一零件组；图中列出符合上述相似特征要求的几个零件的简图及其编码。2.码域法码域法是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数据，用它作为分组的依据，就将相应码位的相似特征放宽了范围。在图7－4(a)所示的零件族特征矩阵表上，横向数字表示码位，纵向数字表示各个码位上的代码，图中“×〞表示的范围称为码域。图7－4(a)是根据大量统计资料和生产经验而制定的零件相似性特征矩阵表。返回下一页上一页凡零件各码位上的编码落在该码域内，即划分为同一零件组，如图7－4(b)中所示3个零件即为一组，或称为一个零件族。这种分类方法就称为码域法。3.特征位码域法它是上述两种方法的综合，因而能兼备二者的特点，即既能抓拄零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，允许有更多的零件种数进入零件组，以期得到满意的分类效果。成组工艺的设计方法1.复合零件法按照零件组中的复合零件来编制工艺规程的方法称为复合零件法。所谓复合零件，是拥有同组零件的全部待加工外表要素的一个零件。它可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个假拟的零件。如图7－5(a)所示的复合零件包含了组内其他零件所具有的所有五种加工外表要素，按照这一零件所设计的工艺过程，即为该零件组的成组工艺。返回下一页上一页只要从中删除一些不为某一零件所用的工序或工步内容，便能为组内其他零件使用，形成各个零件的加工工艺。2.复合路线法对于形状不规那么的非回转体零件，有时找出某一零件组的复合零件常常十分困难，此时可以采用复合线路法。复合路线法是在零件分类成组的根底上，分析比较全组所有零件的工艺路线，从中选出工艺较长、流程合理、代表性强的一条作为根底工艺路线，然后将其他零件的工序(去掉重复的)按合理的位置安插到根底工艺路线中，便得到一条适合整个零件组的成组工艺路线，并以它为依据来编制详细的工艺规程。图7－6是按复合路线法来设计成组工艺的例子。成组生产的组织形式1.单机成组加工在转塔车床、自动车床或其他数控机床上成组加工小型零件，这些零件的全部或大局部加工工序都在这一台设备上完成，这种形式称为单机成组加工。返回下一页上一页单机成组加工时机床的布置虽然与机群式生产工段类似，但在生产方式上却有着本质上的差异。它是按成组工艺来组织和安排生产的。2.成组生产单元在一组机床上完成一个或几个工艺相似零件组的全部工艺过程，该组机床即构成车间的一个封闭生产单元。这种生产单元与传统的小批量生产下所常用的“机群式〞排列的生产工段是不一样的。一个机群式生产工段只能完成零件的某一个别工序，而成组生产单元却能完成零件组的全部工艺过程。图7－7为成组生产单元的平面布置示意图。由图可见，单元内的机床按照成组工艺过程排列，零件在单元内按各自的工艺路线流动，缩短了工序间的运输距离，减少了在制品的积压，缩短了零件的生产周期；同时零件的加工和输送不需要保持一定的节拍，使得生产的方案管理具有一定的灵活性；单元内的工人工作趋向专业化，加工质量稳定，效率比较高，所以成组生产单元是一种较好的生产组织形式。返回下一页上一页3.成组生产流水线当组内零件工艺相似程度很高，且批量较大时，机床可以排列成一条流水生产线。这种流水线称为成组生产流水线。零件在线上用相互接近的节拍单向流动，工作过程连续而有一定的节奏，因此它具有一般流水线的大局部优点。与一般流水线相比，所不同之处在于它经过少量的调整可以加工组内的不同零件，对于某一种零件来说，不一定经过线上的每一台机床。成组生产流水线是成组加工的高级形式。返回上一页7.2计算机辅助工艺设计返回下一页目前在理论体系和生产实际应用方面都已取得了重大的进展，一批先进实用的CAPP系统在生产中得到了应用，并取得了较好的效果。CAPP系统的主要功能是只要输入零件加工的有关信息，计算机就能自动生成并输出零件的加工工艺规程。有些较完善的系统还能进行动态仿真，对加工过程进行模拟显示，以便检查工艺规程的正确性。CAPP系统一般由假设干程序模块所组成，如输入输出模块、工艺过程设计模块、工序决策模块、工步决策模块、NC指令生成模块以及控制模块、动态仿真模块等。视系统的规模大小和完善程度而存在一定的差异。的类型根据CAPP系统的工作原理，可以将CAPP分成五种类型。1.交互型交互型CAPP系统是按照不同类型零件的加工工艺需求，编制的人机交互软件系统。系统以人机交互方式对工艺过程进行决策，形成所需的工艺规程，对操作人员的依赖性很大。7.2计算机辅助工艺设计返回下一页上一页7.2计算机辅助工艺设计返回下一页上一页7.2计算机辅助工艺设计返回下一页上一页7.2计算机辅助工艺设计返回下一页上一页工艺数据的数据类型和数据结构都比较复杂，同时系统必须具备材料动态数据模式才能对工艺数据进行处理和标准化管理。工艺数据库的建立比一般数据库更加复杂和麻烦。一般工艺数据库的内容有：(1)材料数据，各种材料规格及属性的数据、毛坯特性、刀具-工件组合特性等。(2)刀具数据，刀具号、刀具成组分类信息、刀具尺寸及几何形状、刀具应用条件等。(3)机床数据，各种机床名称、型号、规格、控制系统类型、用量范围、精度等。(4)夹具和量具数据，各种夹具和量具的类型、重要尺寸及精度等。(5)标准工艺规程及成组分类特征数据。(6)动态工艺设计信息，包括零件图形数据、工序图形数据、最终工艺规程、NC代码等。7.2计算机辅助工艺设计返回上一页7.3柔性制造系统返回下一页(3)高度自动化。自动更换工件、刀具、夹具，实现自动装夹和输送，自动监测加工过程，有很强的系统软件功能。柔性制造系统的组成柔性制造系统由加工系统、物流系统、信息流系统三局部组成。1.加工系统加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常由假设干台加工零件的CNC机床或CNC板材加工设备以及操纵这种机床要使用的刀具所构成。在加工较复杂零件的FMS加工系统中，由于机床上机载刀库能提供的刀具数目有限，除尽可能使产品设计标准化，以便使用通用刀具和减少专用刀具的数量外，必要时还需要在加工系统中设置机外自动刀库以补充机载刀库容量的缺乏。7.3柔性制造系统返回下一页上一页2.物流系统FMS中的物流系统与传统的自动线或流水线有很大的差异，整个工件输送系统的工作状态是可以进行随机调度的，而且都设置有储料库以调节各工位上加工时间的差异。物流系统包含工件的输送和储存两个方面。工件输送包括工件从系统外部送入系统和工件在系统内部的传送两局部，目前，大多数工件送入系统和夹具上装夹工件仍由人工操作，系统中设置装卸工位，较重的工件可用各种起重设备或机器人搬运。工件输送系统按所用运输工具可分成为自动输送车、轨道传送系统、带式传送系统和机器人传送系统四类。在FMS的物料系统中，设置适当的中央料库和托盘库及各种形式的缓冲储区，来进行工件的存储，保证系统的柔性。7.3柔性制造系统返回下一页上一页3.信息系统信息系统包括过程控制及过程监视两个子系统，其功能分别为进行加工系统及物流系统的自动控制，以及在线状态数据自动采集和处理。FMS中信息由多级计算机进行处理和控制。中的机床设备和夹具1.加工设备FMS的机床设备一般选择卧式、立式或立卧两用的数控加工中心(MC)。数控加工中心机床是一种带有刀库和自动换刀装置(ATC)的多工序数控机床，工件经一次装夹后，能自动完成铣、镗、钻、铰等多种工序的加工，并且有多种换刀和选刀功能，从而可使生产效率和自动化程度大大提高。在FMS的加工系统中还有一类加工中心，它们除了机床本身之外，还配有一个储存工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。当在这类加工中心机床上加工完一个工件后，托盘交换装置便将加工完的工件连同托盘一起拖回环形工作台的空闲位置，7.3柔性制造系统返回下一页上一页然后按指令将下一个待加工的工件/托盘转到交换装置，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧以待加工。这类具有储存较多工件/托盘的加工中心是一种根底形式的柔性制造单元(FMC)，它的规模和柔性化程度都比FMS小，可以作为FMS的根底加工单元，也可作为独立的自动化加工设备。FMC自成体系、占地面积少；本钱低、功能完善，有廉价小型FMS之称。由于FMC的这些特点比较适合我国的国情，因而近年来它在我国开展较快。FMS对机床的要求包括工序集中，高柔性度和高效率，易控制性及具有通信接口。2.机床夹具目前，用于FMS机床的夹具有两个重要的开展趋势：其一，大量使用组合夹具，使夹具零部件标准化，可针对不同的效劳对象快速拼装出所需的夹具，使夹具的重复利用率提高；此外，开发柔性夹具，使一台夹具能为多个加工对象效劳。7.3柔性制造系统返回下一页上一页自动化仓库FMS的自动化仓库与一般仓库不同。它不仅是储存和检索物料的场所，同时也是FMS物料系统的一个组成局部。它由FMS的计算机控制系统所控制，为FMS效劳，服从FMS的命令和调度，所以从功能性质说它是一个工艺仓库。正因为FMS的自动仓库属于一种工艺仓库，它的布置和物料存放方法也以方便工艺处理为原那么，仓库本身按工艺分成毛坯库、在制品库和成品库等多个存储单元。目前，自动化仓库一般采用多层立体布局的结构形式，所占用的场地面积较小。物料运载装置物料运载装置直接担负着工件、刀具以及其他物料的运输，包括物料在加工机床之间，自动仓库与托盘存储站之间以及托盘存储站与机床之间的输送与搬运。FMS中常见的物料运载装置有传送带、自动运输小车和搬运机器人等。7.3柔性制造系统返回下一页上一页刀具管理系统刀具管理系统在FMS中占有重要的地位，其主要职能是负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提供所需的刀具，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或耐用度已耗尽的刀具，在保证正常生产的同时，最大程度地降低刀具的本钱。刀具管理系统的功能和柔性程度直接影响到整个FMS的柔性和生产率。典型的FMS刀具管理系统通常由刀库系统、刀具预调站、刀具装卸站、刀具交换装置以及管理控制刀具流的计算机组成。控制系统控制系统是FMS的核心。它管理和协调FMS内的各项活动，以保证生产方案的完成，实现最大的生产效率。FMS除了少数操作由人工控制外(如装卸、调整和维修)，可以说正常的工作完全是由计算机自动控制的。FMS的控制系统通常采用两级或三级递阶控制结构形式，在控制结构中，每层的信息流都是双向流动的：向下可下达控制指令，分配控制任务，监控下层的作业过程；7.3柔性制造系统返回下一页上一页向上可反响控制状态，报告现场生产数据。然而，在控制的实时性和处理信息量方面，各层控制计算机是有所区别的：越往底层，其控制的实时性要求越高，而处理的信息量那么越小；越到上层，其处理信息量越大，而对实时性要求那么越小。这种递阶的控制结构，各层的控制处理相对独立，易于实现模块化，使局部增、删、修改简单易行，从而增加了整个系统的柔性和开放性，充分地利用了计算机的资源。然而，究竟需分几层为好，这要视具体对象和条件而定，不可千篇一律。7.3柔性制造系统返回上一页7.4计算机辅助制造和计算机集成制造系统返回下一页在CAM的间接应用中，人给计算机输入数据和信息，再按照计算机的输出去指导生产。随着计算机在上述各部门的广泛应用，人们越来越认识到，单纯孤立地在各个部门用计算机辅助进行各项工作，远没有充分发挥出计算机控制生产的潜在能力；各个环节之间也容易产生矛盾和不协调。只有用更高级的计算机分级结构网络将制造过程的各个环节集中和协调起来，组成更高水平的制造系统，才能取得更好的效益，这就是通常所说的CAM系统。2.CAM系统的组成和分级结构CAM系统的组成可以分为硬件和软件两个方面：硬件方面有各种数控机床、加工中心、自动输送和运储装置、检测装置及计算机网络等；它的软件系统通常由以下五个局部组成。7.4计算机辅助制造和计算机集成制造系统返回下一页上一页(1)中心数据库。包括工艺设计数据、切削有关的数据、NC编程的数据、生产调度数据、监控数据、管理数据及相应的产品设计数据等，这是一个庞大复杂的工程数据库，系统根据需要，随时存入或调用其中的数据，进行运算和编程等工作。(2)工艺设计程序。(3)生产调度程序。(4)加工控制程序。(5)质量管理和监控程序。系统启动后，上述各应用程序从中心数据库取得各种信息，进行运算和处理，控制制造过程自动运行，并将有关信息再返回数据库。7.4计算机辅助制造和计算机集成制造系统返回下一页上一页7.4计算机辅助制造和计算机集成制造系统返回下一页上一页2.计算机集成制造系统的功能和组成由一个多级计算机控制结构，配合一套将设计、制造和管理综合为一个整体的软件系统所构成的全盘自动化系统，称为计算机集成制造系统(CIMS)，它是CIM的具体实施，是未来生产自动化系统的一种模式。CIMS不是各个子系统简单的叠加，而是一种有机的集成。它不仅包括了CAM的各种制造功能，也包括了工程设计和经营管理的功能。CIMS系统由经营管理、工程设计、产品制造、质量保证和物资保障等五大模块组成，另外还需要有一个能有效连接这些子系统的支撑环境，即计算机网络和数据库系统。〔1〕管理信息系统(MIS)。MIS是CIMS的上层管理系