机械制造基础的课件12章

教学重点1．了解先进制造技术的特点、体系结构和发展趋势。2．理解计算机辅助工艺规程设计的分类。3．明确计算机辅助工艺规程设计的基本工作过程和设计步骤。4．了解先进制造技术和自动化工艺设计系统。教学难点了解先进制造技术和自动化工艺设计系统。课时安排4学时主要概念1．创成式CAPP系统2．成组编码法3．型面描述法4．工艺数据库第12章先进制造技术简介1.先进制造技术的综合性先进制造技术不是一项具体的制造技术，而是将各种与制造相关的技术集合成一个整体，并贯穿到从市场分析、产品设计、加工制造、生产管理、市场营销、维修服务直至产品报废处理、回收再生的生产全过程。先进制造技术特别强调计算机技术、信息技术和现代管理技术在制造中的综合应用，特别强调人的主体作用，强调人、技术、管理的有机结合。12.1先进制造技术概述12.1.1先进制造技术的特点2.先进制造技术的实用性先进制造技术的发展往往是针对某一具体的制造业（如汽车制造、电子工业）的需求而发展起来的先进、实用的制造技术，有明确的需求导向特征；先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是注重产生最好的实践效果，以提高效益为中心，以提高企业的竞争力和促进国家经济增长和增强综合实力为目标。3.先进制造技术的集成性先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料、管理、人文科学为一体的新兴交叉学科，这些科学将改变着机械制造的面貌，而机械制造技术的发展又为这些科学提供新的工具，进一步促进这些科学的发展。第12章先进制造技术简介第12章先进制造技术简介4.先进制造技术的动态性先进制造技术没有一个固定的模式，是针对一定的应用目标，不断地吸收各种高新技术，并将其渗透到制造系统的各个部分和制造活动的整个过程，而逐渐形成、不断发展的新技术，因而其内涵不是绝对的，也不是一成不变的。反映在不同的时期，先进制造技术有其自身的特点。5.先进制造技术应用的广泛性先进制造技术包括了设计技术、自动化技术、系统管理技术，并将其综合应用于制造的全过程，覆盖了产品设计、生产准备、加工与装配、销售使用、维修服务甚至回收再生等整个过程。6.先进制造技术的系统性先进制造技术比传统的制造技术更加重视技术与管理的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理化，从而产生了一系列先进的制造模式。第12章先进制造技术简介1.AMST多层次先进制造技术体系美国机械科学研究院(AMST)提出的先进制造技术由多层次技术群构成，强调了先进制造技术从基础制造技术、新型制造单元技术到先进制造集成技术的发展过程，也表明了在新型产业及市场需求的带动之下，在各种高新技术(如能源技术、材料技术、微电子技术和计算机技术以及系统工程和管理科学)的推动下先进制造技术的发展过程。它以优质、高效、低耗、清洁、灵活的基础制造技术为核心，体系如图12-1所示，包括以下三个层次。1）现代设计、制造工艺基础技术现代设计、制造工艺基础技术主要包括CAD、CAPP、NCP、精密下料、精密塑性成形、精密铸造、精密加工、精密测量、毛坯强韧化、精密热处理、优质高效连接技术、功能性防护涂层以及现代管理技术等。2）新型制造单元技术这是为了满足市场需求及新兴产业的需要下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新制造技术，包括制造自动化单元技术、极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、CAD/CAE/CAPP/CAM、清洁生产技术、新材料成形加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及工艺设计优化技术等。12.1.2先进制造技术的体系结构第12章先进制造技术简介3）系统集成技术系统集成技术是通过网络与数据库对上述两个层次的技术集成而形成的，包括FMS、CIMS、IMS以及虚拟制造技术等。2.FCCSET先进制造技术体系结构美国联邦科学、工程和技术协调委员会(FCCSET)下属的工业和技术委员会先进制造技术工作组提出了先进制造技术由主体技术群、支撑技术群、制造基础设施组成的三位一体的体系结构。1）主体技术群主体技术群是产品制造技术的核心，包括两个技术群，即面向制造的设计技术群（产品和工艺设计技术群）和制造工艺技术群（加工和装配技术群）。（1）面向制造的设计技术群。为提高产品和工艺设计的效率及质量，降低生产成本，缩短新产品的上市时间，在产品生产过程中必须采用一系列先进的工具（如CAD系统、CAE软件等）。第12章先进制造技术简介（2）制造工艺技术群。随着高新技术的不断渗透、交叉、融合，传统的制造工艺和装备正在发生质的变化。先进制造工艺技术群包括材料生产工艺、加工工艺、连接与装配、测试与检验、节能与清洁化生产技术、维修技术等内容。2）支撑技术群支撑技术群是保证和改善主体技术协调运行所需的技术、工具、手段和系统集成的基础技术，是支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性核心技术。3）制造基础设施制造基础设施是先进制造技术生长和壮大的机制和土壤，是使先进制造技术适用于具体企业应用环境，充分发挥其功能，取得最佳效益的一系列基础措施，是使先进制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统过程。第12章先进制造技术简介1.集成化2.柔性化3.智能化4.虚拟化5.绿色化6.高精度12.1.3先进制造技术的发展趋势第12章先进制造技术简介计算机辅助工艺规程设计（ComputerAidedProcessPlanning），简称CAPP。它利用计算机的快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动生成工艺文件，是连接产品设计与产品制造的桥梁。12.2计算机辅助工艺规程设计（CAPP）计算机辅助工艺规程设计按其工作原理可分为检索式、派生式、创成式及综合式。综合式是派生式与创成式的综合，设计工序时用派生式，设计工步时用创成式。因此计算机辅助工艺规程设计方法主要有检索式、派生式和创成式。1.检索式检索式CAPP系统是最简单的CAPP系统，它是一套工艺规程的技术档案管理系统。检索式CAPP系统应做好前期的准备工作，先制定零件的标准工艺，进行编号，建立标准工艺库；其次确定零件信息的描述方法，零件信息描述应简单一些，目的是判断是否有相应的标准工艺；然后确定搜索方法，第一步搜索是否属于标准工艺，第二步搜索具体的标准工艺编号。平时只需要对已建立的工艺规程进行管理即可。12.2.1CAPP的分类第12章先进制造技术简介第12章先进制造技术简介2.派生式派生式CAPP系统是建立在成组技术基础上的。其工作原理是根据相似的零件具有相似的工艺过程，通过对相似零件的工艺检索，并加以增删或编辑而派生出一个待加工零件的工艺规程。图12-2派生式CAPP系统工作原理框图第12章先进制造技术简介3.创成式创成式CAPP系统没有典型的工艺规程，而是根据输入的零件信息，让计算机模仿人的逻辑思维，自动进行各种决策，选择零件的加工方法，安排工艺路线，选择机床和工艺装备，计算切削参数等，自动生成零件的工艺规程，因此称为创成式系统，又称为生成式系统。其工作原理框图如图12-3所示。图12-3创成式CAPP系统工作原理图第12章先进制造技术简介1.零件信息描述零件信息包括零件表面形状、尺寸、精度、表面粗糙度、热处理和其他技术要求等，对零件信息的准确描述是CAPP系统进行工艺决策和计算的基础和保证。1）成组编码法派生式CAPP系统常用基于成组技术的成组编码方法来描述零件信息，虽然这种方法可以充分地反映零件的结构、材料、工艺三方面的总体特征，但不能详尽地描述零件的每一个加工面特征。一般用于只需制定简单工艺路线的场合。2）型面描述法创成式CAPP系统的零件描述方法常用型面描述法。型面描述法认为任何零件都由一些基本型面构成，每个型面都可用一组特征参数详尽地描述清楚，且各型面之间的组合有一定的规律，计算机可根据输入的型面数据构成完整的零件模型。型面描述法通常采用菜单形式和交互方法输入零件信息。12.2.2CAPP系统的基本工作过程第12章先进制造技术简介2.工艺方案决策方案决策主要包括工艺流程的决策、工序决策、工步决策和工艺参数、选择机床和工艺装备等决策等内容。在创成式系统中，决策是软件的核心，可以借用一定形式的软件设计工具来实现。3.工艺知识获取及表示工艺设计应总结适应本企业的零件典型工艺及决策方法，按所开发CAPP系统的要求，用不同的形式表示这些经验及决策逻辑。在创成式CAPP系统中常使用柔性高、具有自学功能的工艺设计专家系统来模拟人类专家进行工艺设计。4.建立工艺数据库工艺数据库应包括CAPP所涉及的信息，如材料数据、机床参数、刀具参数、夹具参数以及成组分类信息特征数据、工艺设计信息和动态标准工艺规程。在建立数据库时应考虑方便用户的使用（检索和修改）和在加工条件改变时数据库的扩充和完善。第12章先进制造技术简介CAPP系统的设计步骤大致如图12-4所示。1.产品图样信息输入分析零件的尺寸公差、技术要求及其结构工艺性，了解整个产品的使用原理和所加工零件在整个产品中的作用，在此基础上应用所开发的零件信息描述系统，输入零件的几何信息和工艺信息。2.工艺路线和工序内容拟定工艺路线和工序内容拟定的主要内容有定位基准和夹紧方案的选择、加工方法的选择和加工顺序的安排等。一般来说，先考虑粗、精定位基准和夹紧方案的选择，再进行加工方法的选择，最后进行加工顺序安排。3.加工设备和工艺装备的确定根据所拟定的零件工艺过程从加工资源库中查询各工序所用的加工设备（如机床）、夹具、刀具及辅助工具等。4.工艺参数计算工艺参数主要包括切削用量、加工余量、工序尺寸及其公差和时间定额等。5.工艺文件的输出12.2.3CAPP系统设计步骤图12-4计算机辅助工艺规程设计的步骤