数字化设计与制造第七章.pptx

1、7.1数字化制造技术概述7.2计算机辅助工艺规划(CAPP)技术 7.3成组技术(GT) 7.4数控(NC)加工技术概述 7.5数控(NC)编程技术 7.6数控高速切削加工(HSM)技术,第7章数字化制造技术,7.1数字化制造技术概述,(1)数字化制造将不再局限于传统的机械制造领域，而是扩展到几乎所有工业领域。(2)传统意义上的制造只是单纯的机械加工过程，而数字化制造涵盖了产品的整个生命周期，涉及各种产品类型。(3)与传统制造技术不同的是，数字化制造技术总是以系统的、动态的和优化的方法来研究产品结构、制造工艺、加工装备、制造技术以及企业生产的组织与管理等，以获取最佳的效率和效益。,7.2计算机

2、辅助工艺规划(CAPP)技术,7.2.1CAPP的基本概念7.2.2CAPP的功能与模块组成7.2.3CAPP的类型,7.2.1CAPP的基本概念,1)它将工艺设计人员从繁琐和重复性劳动中解放出来，将更多的精力放在新工艺的开发和工艺优化上。2)采用CAPP技术有助于缩短工艺设计的周期，提高产品的市场相应速度。3)有利于对工艺设计人员经验的总结和继承，逐步形成典型零件的标准工艺库，实现工艺设计的最优化和标准化。,4)CAPP是产品造型和数控加工技术之间的桥梁，它可以使数字化设计的结果快速地应用于生产制造，充分发挥数控编程及加工技术的效益，从而实现数字化设计与制造之间的信息集成。,7.2.1CAP

3、P的基本概念,图7-1CAPP与其他数字化系统之间的信息流,7.2.1CAPP的基本概念,7.2.2CAPP的功能与模块组成,(1) 控制模块。(2) 零件信息获取/输入模块。 (3) 工艺过程设计模块。(4) 工序决策模块。(5) 工步决策模块。(6) 数控加工指令生成模块。(7) 输出模块。(8) 加工过程动态仿真。,7.2.3CAPP的类型,1.派生型2.创成型3.智能型4.综合型5.交互型,图7-2派生型CAPP系统流程图,1.派生型,2.创成型,1)决策树法。2)基于知识的决策。3)基于规则的推理过程。4)基于框架的推理控制。,图7-3创成型CAPP系统的流程图,2.创成型,图7-4

4、智能型CAPP系统的流程图,3.智能型,综合式CAPP系统是将派生式与创成式结合起来，对新零件的工艺进行设计时，先通过计算机来检索所属零件族的标准工艺，再根据零件的具体情况，对标准工艺进行增加和删除，而工步设计则采用自动决策产生，将派生式和创成式互相结合，各取每种方法的优点。,4.综合型,交互型系统是按照不同类型零件的加工工艺需求，以人机对话的方式，完成工艺规程设计的系统。工艺设计人员根据屏幕上的提示，进行人机交互操作，形成所需的工艺规程。它比综合式CAPP系统更灵活方便，将一些经验性强、模糊的、难确定的问题留给用户，简化了系统的开发难度，有可能开发出较通用的系统。,5.交互型,7.3成组技术

5、(GT),7.3.1成组技术的基本概念7.3.2零件的分类编码体系7.3.3成组技术的应用案例,成组技术就是将企业的多种产品、部件或零件，按一定的相似性准则，分类编组，并以这些组为基础，组织生产各个环节，实现多品种小批量生产的产品设计、制造和管理的合理化。从而克服了传统小批量生产方式的缺点，使小批量生产能获得接近大批量生产的技术经济效果。,7.3.1成组技术的基本概念,7.3.1成组技术的基本概念,图7-5零件相似性的分类,7.3.1成组技术的基本概念,(1)产品设计。(2)制造工艺。(3)生产管理。,图7-6成组技术应用的基本流程,7.3.1成组技术的基本概念,7.3.2零件的分类编码体系,

6、(1)编码分类法。 (2)生产流程分析法(Production Flow Analysis，PFA)。,图7-7Opitz编码系统的结构,(1)编码分类法,图7-8JLBM-1编码系统的结构,(1)编码分类法,通过对零件生产流程的分析，把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归为一类。可按工艺相似性将零件分类，以形成加工族或工艺族。,(2)生产流程分析法(Production Flow Analysis，PFA),7.3.3成组技术的应用案例,1.背景介绍2.成组编码规则的确定3.成组编码软件与工艺数据库管理软件的开发,目前,机械制造所面临的两项基本任务是：迅速更新和发展产品品种；不断

7、提高生产率。更新和发展产品，必然是产品品种多、批量少(多品种，少批量80%以上)。 按传统的加工方法，生产率非常低。 造成这种落后状态的原因有二方面： (1) 传统的组织生产的观念是以孤立的一种产品为基础。(2) 现行的生产技术准备也是孤立地以一种产品为对象。 成组技术正是在这种背景下，专为改变多品种、中小批生产企业的落后生产状况而发展出来的一种卓有成效的新技术。,1.背景介绍,2.成组编码规则的确定,(1)码位长度及字段划分。(2)各字段编码的基本含义。,(1)码位长度及字段划分。,1)第一字段：功能结构码(第15位，共5位)。2)第二字段：毛坯类型码(第6位，共1位)。3)第三字段：材料类

8、型码(第78位，共2位)。4)第四字段：尺寸码(第9位，共1位)。5)第五字段：精度码(第10位，共1位)。6)第六字段：加工工艺码(第1115位，共5位)。7)第七字段：焊接码(第16位，共1位)。8)第八字段：热处理码(第17位，共1位)。9)第九字段：表面处理码(第18位，共1位)。10)第十字段：识别码(第1920位，共2位)。,图7-9产品制造工艺编码规则,(1)码位长度及字段划分。,(2)各字段编码的基本含义。,1)功能结构码。2)毛坯类型码。3)材料类型码。4)尺寸代码。5)精度代码。6)加工工艺代码。7)焊接代码。8)热处理代码。9)表面处理代码。10)识别代码。,图7-10零

9、件制造工艺成组编码示例,(2)各字段编码的基本含义。,图7-11成组编码与工艺数据管理软件的体系结构,3.成组编码软件与工艺数据库管理软件的开发,图7-12成组编码及工艺数据管理软件结构,3.成组编码软件与工艺数据库管理软件的开发,图7-13数据库的概念数据模型(CDM)图,3.成组编码软件与工艺数据库管理软件的开发,3.成组编码软件与工艺数据库管理软件的开发,(1) 用户管理模块。(2) 零件编码模块。(3)码位定义模块。(4)工艺查询模块。,管理系统操作人员，设置操作人员口令和权限。在满足不同系统用户操作需求的基础上，提高系统的安全性。,(1) 用户管理模块,图7-14“零件编码”的用户界

10、面,(1) 用户管理模块,图7-15软件系统的操作流程图,(1) 用户管理模块,图7-16“定制查询”的用户界面,(1) 用户管理模块,根据成组编码规则，对该产品的零件进行成组编码。该模块是软件开发的重点，主要功能包括： 零件基础数据的录入，包括对应图形、图片的浏览。 零件各码位的选取和显示。 零件相关码位信息的获取和快速查询。 零件码位选取信息的修改、更新。 零件码位信息获取的辅助提示。 完成零件的最终编码，并存入数据库。,(2) 零件编码模块,用于编码规则的说明和显示，并完成各码位数据（包括码位编号、含义特征等）的浏览、录入、修改、删除等数据库操作。该模块是零件编码模块数据的来源。,(3)

11、码位定义模块,主要功能包括： 按工件图号查编码：根据零件查的工件图号查询零件编码，实现浏览、修改、另存等操作功能。 按编码查零件：根据编码相关信息作为查询条件，模糊查询相匹配零件，并对该零件信息实现浏览、修改、另存等操作功能。,(4)工艺查询模块,图7-17“工艺查询”模块的功能框图,(4)工艺查询模块,图7-18“工艺查询”模块的实现技术及其操作流程,(4)工艺查询模块,图7-19“按工件图号查零件”的软件界面,(4)工艺查询模块,图7-20“文件下载”的软件界面,(4)工艺查询模块,图7-21“按编码查零件”的软件界面,(4)工艺查询模块,7.4数控(NC)加工技术概述,7.4.1数控加工

12、的基本概念7.4.2数控机床的组成及其分类,7.4.1数控加工的基本概念,图7-22数控机床加工零件的基本过程,7.4.2数控机床的组成及其分类,1.数控机床的组成2.数控机床的分类3.数控加工的特点4.数控机床的选用,1.数控机床的组成,表7-1数控机床组成及基本原理,表7-1数控机床组成及基本原理,1.数控机床的组成,2.数控机床的分类,(1)按用途分类。(2)按机床运动部件的轨迹分类。(3)按伺服控制方式分类。,(1)按用途分类。,1)金属切削类。2)金属成形类。3)特种加工类。4)测量绘图类。,(2)按机床运动部件的轨迹分类。,1)点位控制数控机床。2)点位直线控制数控机床。3)轮廓控

13、制(连续控制)数控机床。,图7-23点位控制数控加工示意图,1)点位控制数控机床,图7-24点位直线控制数控加工示意图,2)点位直线控制数控机床,图7-25二轴联动图,3)轮廓控制(连续控制)数控机床,图7-26二轴半联动,3)轮廓控制(连续控制)数控机床,图7-27三轴联动,3)轮廓控制(连续控制)数控机床,图7-28四轴联动,3)轮廓控制(连续控制)数控机床,图7-29五轴联动,3)轮廓控制(连续控制)数控机床,(3)按伺服控制方式分类。,1)开环控制数控机床。2)半闭环控制数控机床。3)闭环控制数控机床。,图7-30开环控制系统框图,1)开环控制数控机床,图7-31半闭环控制系统框图,2

14、)半闭环控制数控机床,图7-32闭环控制系统框图,3)闭环控制数控机床,表7-2高、中、低档数控机床的功能水平,3.数控加工的特点,表7-3数控机床加工的特点,图7-33机床类型与生产批量、零件复杂程度的关系,3.数控加工的特点,图7-34机床类型与生产批量、加工费用的关系,3.数控加工的特点,7.5数控(NC)编程技术,7.5.1数控机床的坐标系统7.5.2数控编程的基本功能指令7.5.3数控编程的高级编程功能7.5.4数控编程的基本步骤7.5.5数控编程的后置处理7.5.6直接数字控制(DNC)技术,7.5.1数控机床的坐标系统,1.机床坐标系2.坐标轴及其运动方向3.数控机床中的坐标基准

15、点4.绝对标与增量坐标5.工件坐标系6.零点偏置,图7-35数控机床的标准坐标系,1.机床坐标系,表7-4数控机床的坐标轴及其运动方向,2.坐标轴及其运动方向,表7-4数控机床的坐标轴及其运动方向,2.坐标轴及其运动方向,3.数控机床中的坐标基准点,(1)机床原点(M)。(2)机床参考点(R)。(3)工件原点(P)。(4)对刀点和换刀点。(5)程序原点(W)。,图7-36常见数控机床的坐标系a)数控车床b)数控立式铣床c)数控卧式镗铣床,3.数控机床中的坐标基准点,图7-37数控双柱式立式车床,3.数控机床中的坐标基准点,图7-38数控龙门移动式铣床,3.数控机床中的坐标基准点,图7-39数控

16、车床坐标系,3.数控机床中的坐标基准点,图7-40机床原点、工件原点及对刀点之间的关系,3.数控机床中的坐标基准点,4.绝对标与增量坐标,(1)绝对坐标。(2)增量坐标。,图7-41绝对坐标与增量坐标a)绝对坐标b)增量坐标,4.绝对标与增量坐标,7.5.2数控编程的基本功能指令,1.数控程序的格式2.数控系统的功能指令组成3.基本功能指令及其编程方法,表7-5JB/T 32081999标准中的准备功能G代码,1.数控程序的格式,表7-6JB/T 32081999标准中的M代码,2.数控系统的功能指令组成,图7-42G90/G91编程,2.数控系统的功能指令组成,3.基本功能指令及其编程方法,

17、(1)常用准备功能的编程。(2)常用辅助功能。(3)其他常用功能指令。,(1)常用准备功能的编程。,1)绝对坐标和增量坐标指令G90/G91。2)工件坐标系设定指令G92/G54G59。3)坐标平面选择指令G17/G18/G19。4)快速定位指令G00。5)线性插补指令G01。6)圆弧插补指令G02/G03。7)暂停延时指令G04。8)刀具半径补偿指令G41/G42/G40。 9)刀具长度补偿指令G43/G44/G49。,用G90编程时，程序段中的尺寸坐标为绝对值，即在工件坐标系中的坐标值。 用G91编程时，程序段中的尺寸坐标为增量坐标值，即刀具运动的终点相对于前一位置的坐标增量。,1)绝对坐

18、标和增量坐标指令G90/G91,图7-43工件坐标系设定指令G92a)设定指令之一b)设定指令之二,2)工件坐标系设定指令G92/G54G59,图7-44设定零点偏置,3)坐标平面选择指令G17/G18/G19,图7-45坐标平面及坐标平面选择,3)坐标平面选择指令G17/G18/G19,图7-46G00指令,4)快速定位指令G00,图7-47线性插补指令G01,5)线性插补指令G01,图7-48圆弧插补指令G02、G03,6)圆弧插补指令G02/G03,图7-49G02、G03编程举例,6)圆弧插补指令G02/G03,图7-50刀具半径补偿方向a)左刀补b)右刀补,7)暂停延时指令G04,图

19、7-51刀具半径补偿指令G41举例,8)刀具半径补偿指令G41/G42/G40,图7-52刀补功能举例,8)刀具半径补偿指令G41/G42/G40,图7-53刀补功能举例a)刀具补偿视图之一b)刀具补偿视图之二,9)刀具长度补偿指令G43/G44/G49,图7-54采用刀补的铣削编程,9)刀具长度补偿指令G43/G44/G49,(2)常用辅助功能。,1)M00。2)M01。3)M02。4)M03、M04、M05。5)M06。6)M07、M08、M09。7)M10、M11。8)M30。,(3)其他常用功能指令。,1)刀具功能(T功能)。2)主轴速度功能(S功能)。3)进给功能(F功能)。,7.5

20、.3数控编程的高级编程功能,1.子程序的概念2.镜像编程功能指令G24、G253.缩放变换指令G50、G514.旋转变换指令G68、G695.固定循环6.宏程序,能被其他程序调用，在实现某种功能后能自动返回到调用程序去的程序。其最后一条指令一定是返回指令，故能保证重新返回到调用它的程序中去。也可调用其他子程序，甚至可自身调用（如递归）。,1.子程序的概念,1.子程序的概念,1)子程序的格式。2)子程序的调用。3)子程序的执行。,图7-55子程序的嵌套调用,1.子程序的概念,图7-56镜像编程举例,2.镜像编程功能指令G24、G25,图7-57缩放编程举例,3.缩放变换指令G50、G51,4.旋

21、转变换指令G68、G69,1)旋转变换也是数字化设计软件的基本功能。2)以程序原点为旋转中心，将图形旋转60，得到如图7-59所示的图形，数控加工程序及程序说明如下：3)以给定点为旋转中心，将图形旋转60，得到如图7-60所示的图形,图7-58原始刀具轨迹,4.旋转变换指令G68、G69,图7-59以程序原点为中心的旋转,4.旋转变换指令G68、G69,图7-60以给定点为中心的旋转,4.旋转变换指令G68、G69,图7-61孔的加工动作示意图,4.旋转变换指令G68、G69,表7-7FANUC-6M系统的固定循环功能,5.固定循环,表7-7FANUC-6M系统的固定循环功能,5.固定循环,宏

22、就是用公式来加工零件的,比如说椭圆,如果没有宏的话,我们要逐点算出曲线上的点,然后慢慢来用直线逼近,如果是个光洁度要求很高的工件的话,那么需要计算很多的点,可是应用了宏后,我们把椭圆公式输入到系统中然后我们给出Z坐标并且每次加10um那么宏就会自动算出X坐标并且进行切削。,6.宏程序,7.5.4数控编程的基本步骤,1.数控编程的基本步骤2.数控编程方法3.基于数字化开发软件的自动编程介绍,1.数控编程的基本步骤,(1)分析零件图样、确定加工工艺。(2)数值处理。(3)编写零件加工程序单。(4)程序校验与试切加工。,图7-62数控编程的基本步骤,1.数控编程的基本步骤,(1)分析零件图样、确定加

23、工工艺。,1)确定加工方案时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，充分发挥机床的功能。2)工装夹具的设计或选择应能快速完成工件的定位和夹紧，以减少辅助时间。3)选择合理的编程原点及编程坐标系。4)根据材料性能、机床加工能力、工序类型等因素选择刀具，并确定合理的切削用量。,2.数控编程方法,(1)手工编程。(2)自动编程。,图7-63手工编程的基本过程,(1)手工编程,(2)自动编程,1)基于APT语言的自动编程。2)基于数字化开发软件的自动编程。,在书写APT语言源程序的过程中，特别是零件复杂的情况下，几何定义语句和刀具运动语句的书写工作量大，容易出错，并且要求编程人员对APT语言熟练掌握。,1

24、)基于APT语言的自动编程, 几何造型。利用软件的造型及编辑功能(如曲面造型、实体造型、参数化造型等)，在计算机中准确地建立被加工零件的几何和结构模型，为刀具轨迹的计算提供依据。 刀具路径生成。通过与计算机的交互，如选择图标、点取坐标点、输入所需的各种参数等，由数控编程软件从零件的几何模型中提取编程所需的信息，经分析判断和数学处理，计算出节点数据，并转换为刀具位置数据，存入到刀位文件中。刀具轨迹可显示在屏幕上，也可以直接进行后置处理，生成数控加工程序。,2)基于数字化开发软件的自动编程, 后置处理。后置处理的目的是形成符合数控系统要求的数控加工程序。数控系统不同，数控加工程序的指令代码及其程序

25、格式也不尽相同。因此，数控编程软件中均具有后置处理功能，由编程人员根据具体数控系统的指令代码及程序格式进行编辑，直到能输出符合数控系统要求的NC加工程序。,2)基于数字化开发软件的自动编程,图7-64基于数字化开发软件的自动编程,(3)编写零件加工程序单,图7-65CAMWorks数控编程的基本步骤,(3)编写零件加工程序单,加工程序必须经过校验和试切才能正常使用，通常是通过仿真软件或机床运行校验程序的轨迹是否正确，但是这种方法无法检查加工零件的尺寸、表面粗糙度和行位公差等，所以必须采用首件试切的方法进行加工精度的检测。,(4)程序校验与试切加工,7.5.5数控编程的后置处理,图7-66后置处理的基本过程,7.5.6直接数字控制(DNC)技术,1. DNC技术的典型功能2. DNC的传输协议及其设置3. DNC传输的联接方法,1. DNC技术的典型功能,(1)支持数控程序的双向传输。(2)支持多台数控机床的并行在线加工。(3)支持子程序在线调用。(4)传输距离不受限制。(5)断点续传功能。(6)程序比较与反向仿真。,2. DNC的传输协议及其设置,(1)奇偶校验(Parit