第七章 先进制造技术

第七章先进制造技术§7.1.1CAM概述计算机辅助制造——CAM（ComputerAidedManufacturing）一CAM的直接应用二CAM的间接应用7.1.2成组技术概述7.1.3零件的分类编码系统7.1.4成组加工的工艺实施成组加工工艺的基本步骤如下：(1)选择适合于企业特点的零件分类编码系统，并对本企业的零件进行编码。(2)对已编码的零件按其工艺相似程度划分成零件组。(3)拟定成组工艺路线。(4)选择机床设备,确定成组加工的生产组织形式。(5)设计、制造成组加工的工艺装备。(6)计算经济效益。一成组加工的工艺准备工作1零件分类和编码。2拟定各类零件的工艺过程。3选择机床，计算机床负荷。4设计成组夹具及刀具和调整方案。§7.1.4成组加工的工艺二成组技术的生产组织形式1成组零件单机2成组生产单元3成组流水线一零件的特征矩阵二分组方法1特证数据法2码域法§7.1.5分类编组方法1.CNC的组成2.CNC装置的功能3.CNC系统的特点§7.2.1计算机数字控制(CNC)1.适应控制数控系统的构成2.约束适应控制（ACC）3.最佳适应控制（ACO）4.AC系统的优点§7.2.3适应控制(AC)§7.3.1柔性制造系统概述§7.3.2柔性制造系统的功能及适应范围§7.3.3柔性制造系统的结构及组成§7.3.4FMS的分类1．FMC（柔性加工单元）。2.FMC群3.FMS（典型）。4.FTL（FlexibleTransferLine）§7.3.5.FMS的关键技术§7.3.6FMS的设计与实施§7.3柔性制造系统(FMS)1.CIMS的概念与结构2.管理信息系统（MIS）（1）物料需求计划（MRP）（2）生产资源计划（MRPⅡ）（3）计算机集成生产管理系统CIPMS§7.4.1计算机集成制造系统（CIMS）l．IMS与CIMS2．智能制造1）智能制造系统2）智能加工与智能机床§7.4.2智能制造系统（IMS）CAPP具有以下意义：（1）可以代替工艺工程师的繁重劳动；（2）提高工艺过程设计质量；（3）缩短生产准备周期，提高生产率；（4）减少工艺过程设计费用及制造费用；（5）在计算机集成制造系统中，计算机辅助工艺设计是连接计算机辅助设计和计算机辅助制造的桥梁。§7.5.1CAPP的基本概念CAPP的主要功能是：CAPP的分类：①派生型（变异型）②创成型③综合型（半创成型）④交互型⑤智能型1、派生型CAPP的基本原理2、派生型CAPP的开发与设计过程1）根据产品特点，选择合适的编码系统，对零部件进行编码，建立零件特征矩阵。2）对零件分类成组，建立零件组特征矩阵。3）设计主样件，编制标准工艺规程。4）将各零件组特征矩阵和相应的标准工艺规程输入计算机并编制检索和修改的有关程序，建立系统。§7.5.2派生型CAPP系统3、各种工艺信息的代码（数字）化1）零件上各种型面的数字化2）典型工艺路线的数字化3）工序及工步具体内容的数字化4、系统的使用1、创成型CAPP的基本原理创成法CAPP是在计算机软件系统中收集了大量工艺数据和加工知识，并在此基础上建立一系列的决策逻辑，形成工艺数据库和加工知识库。2、创成型CAPP的开发与设计过程创成型CAPP的开发过程如下：1）明确设计对象，即所设计的CAPP适合于哪种类型的零件。2）对本类零件进行工艺分析，明确构成零件的表面及其加工方法。3）建立各加工方法的加工能力和经济精度等数据库文件。4）建立工艺设计决策逻辑和决策方法的模型。§7.5.3创成型CAPP系统3、加工方法的选择任何机械零件都是由各种表面构成的，每个表面都要经过不同的加工工序来达到要求。一个表面元素的加工序列用下面的公式表示：S=(p1、f1，p2、f2，p3、f3，......,pn、fn)即先用加工方法(工序)p1加工出中间形状f1,再用加工方法p2加工出中间形状f2,......,直到达到合格为止。选择加工方法需考虑的因素可用下式表示：P=f（M，G，D，T01，Sj，Mc，Q,Cp）式中：P—所选择的加工方法；M—工件材料；G—表面形状；D—工件尺寸；T01—公差（包括尺寸、形位公差）；Sj—表面粗糙度；Mc—使用的机床设备；Q—生产纲领；Cp—生产费用。4、工艺路线安排工艺路线安排是工艺过程设计的重要环节，由于工艺路线安排比较灵活，考虑因素也很多。可用下式表示：S=f（P，Mc，G，Deu，Tec,Cp）式中：S—工艺路线；P—所选择的加工方法的集合；Mc—加工机床集合；G—零件各表面的几何形状；Deu—各表面的形位公差；Tec—工艺因素；Cp—加工费用。5、加工设备与工艺装备（夹具、刀具）的选择根据选择机床时需要考虑的因素，加工机床的选择可用下式表示：Mc=f(P,Fe,Pm,Ame)式中：Mc—选择的机床；P—加工方式（要考虑表面形状G、尺寸D、公差T01、生产费用Cp等）；Fe—切削力；Pm—切削功率；Ame—机床利用率。6、工艺尺寸的换算工艺尺寸的换算包括加工余量的选择，工序尺寸及其公差的确定等。一般由后面往前推，即根据零件图的要求，确定最终尺寸与公差，再选定加工余量推出前一工序的尺寸。公差可根据该工序的加工方法的经济精度确定。当有些工序需基准转换时要进行尺寸链计算。7、切削参数的选择切削参数是指切削速度（v）、进给量（f）、背吃刀量（ap），这是影响表面质量、加工精度、和加工成本的主要参数。选择过程是：先按表面质量要求确定ap及f的界限；再按切削力的限制计算f，然后计算切削速度、切削功率及加工时间。8、决策表与决策树创成型CAPP设计的核心内容是各种决策逻辑的表达和实现。而决策表与决策树是系统分析和设计的传统方法。1）决策树由根、节点和分枝组成。树的分枝表示条件（E），节点终结处表示动作（A）。如图7-4所示，E1表示是孔，E4表示位置度要求高，需用坐标（或数控）镗才能达到。2）决策表是描述事件之间逻辑关系表格，如图7-5所示。图中用双线将表划为四个区域，左上区为条件说明区；右上区每一列表达一条规则，“T”表示满足所在行的条件；左下区为决策说明区；右下区为决策行动区，数字表示采取的动作顺序。如第9列，表示孔的位置度和孔径公差要求高时，需安排钻—半精镗—精镗—坐标镗。图7-5选择加工方法的决策表§7.6.1快速成形1快速自动成型的基本原理2快速自动成型技术中的产品生产过程为：1）概念设计；2）CAD建模；3）快速成型制造；（图7-6）4）产品制成。2快速自动成型的特点1）可适合于CAD/CAM集成的需要；2）实现从设计到制造过程完全自动化；3）可直接从材料制造出零件，不需要任何切削加工；4）由于不需要工艺处理，不需要工艺设计，大大方便设计工作；5）不需要从设计到制造的信息转换；6）不需要工装夹具、刀具、模具。3主要发展方向1）LOM技术：层压物体制造(图7-7），2）粉末烧结技术：（图7-8）3）沉积成型技术：挤压成型（见图7-9）是用计算机控制喷射头喷出的材料（由热塑性聚合物或蜡制成的细丝）逐层熔融沉积制造零件。图7-10为采用固体粉末作原材料，但零件是逐层按所要求形状粘接而成。4）聚合物烧结技术：其工作原理是有选择性地把光辐射到光敏树脂（液态）上使之固化，从而形成所需要的零件。1.制造的敏捷性2.敏捷企业（1）组成系统的各子系统是封装模块。（2）系统具有兼容性。（3）辅助子系统可置换。（4）子系统能跨层次交互。（5）按动态最迟连接的原则来建立系统。（6）信息管理和运作控制应采用自律分布式结构。（7）组成系统的各子系统相互之间保持自治关系。（8）系统规模可以扩大或缩小。（9）组成系统的子系统应保持一定冗余。（10）系统采用可扩展的框架结构。§7.7.1敏捷制造(AM)3、动态联盟的组成及其特点（1）盟主。（2）盟员。特点：（1）时限性。（2）虚实性。（3）协同性。§7.7.2敏捷制造(2)4．敏捷化工程的结构和支撑技术组成结构框架的关键因素有以下特征：（1）对企业竟争能力有重大影响；（2）虽有成功的实例，但其实现机制还没有被充分认识；（3）工业界已看到其重要性，准备付诸实施；（4）不包括那些虽然重要，但已被广大企业理解并采用的因素。信息技术是实施敏捷化工程的基础，支撑技术如下：（1）计算机网络通讯技术。（2）信息集成技术。（3）电子数据交换（EDI）标准化。（4）并行工程技术。（5）建模与仿真技术。§7.8精益生产（LP）精益生产（LeanProduction）又译为精良生产、精简生产，即精益求精。它是人们在生产实践活动中不断总结、改进、完善而形成的一种先进生产模式。丰田模式采取了如下对策：（1）按订单组织生产。（2）按新产品开发组织工作组。（3）成立生产班组井强化其职能。。（4）组建准时供货的协作体系。（5）激发职工的主动性。1．福特生产模式与丰田生产模式（1）以用户为“上帝”。（2）以职工为中心。（3）以“精简”为手段。（4）综合工作组和并行设计。（5）准时（JIT）供货方式。（6）“零缺陷”工作目标。2．精益生产及其特征单元测试七7-1.1简述计算机辅助制造（CAM）的概念。7-1.2简述成组技术（GT）编码的目的。7-1.3我国自己编制较常用的编码方法有哪几种？7-1.4简述计算机数控（CNC）的概念。7-1.5简述直接数字控制（DNC）的概念。7-1.6简述适应控制（AC）的概念。7-1.7简述柔性制造系统（FMS）的概念及适用范围。7-1.8简述FMS的组成。7-1.9简述FMS需要哪些关键技术？7-1.10简述FMS的设计步骤。7-1.11简述集成制造系统（CIMS）的概念及其构成。7-1.12简述计算机辅助工艺过程设（CAPP）的概念。7-1.13简述快速成形（MRP）的原理、特点及其发展方向。7-1.14简述敏捷制造（AM）产生的背景及其特征。7-1.15简述精益生产（LP）的产背景。7-1.16简述CIMS与IMS的区别。7-1.17简述派生型CAPP的概念。7-1.18简述创成型CAPP的概念。7-1.19简述成组技术（GT）编码的分组方法。7-1.20简述快速成形（MRP）的特点。7-1.21如何判断企业的敏捷性？7-1.22简述精益生产（LP）与传统大批量生产专用设备机械制造的特征。