第七章先进制造技术.

7-1第七章先进制造方法一、本章的教学目的与要求学习本章的主要目的是:了解CAD/CAM基本概念与基本功能；了解CAPP、GT、FMT的基本概念与应用；理解CIMS的先进管理与制造业信息化的新理念。本章重点为：CAD/CAM技术内容与工程应用的基本概念；CAPP、GT、FMT与CIMS实质内容与工程应用的实际意义。学习本章建议与工程实践的数控实习相结合，以加深对CAD/CAM的理解和加深对制造信息化的理。学习本章时建议阅读葛巧琴编著、东南大学出版社1998出版的《机械CAD/CAM》及颜永年编著、化学工业出版社2002出版的《先进制造技术》的相关章节。二、授课主要内容1.CAD/CAM系统2.计算机辅助工艺设计3.成组技术4.数控加工技术三、重点、难点及对学生的要求（掌握、熟悉、了解、自学）使学生重点了解CAD/CAM基本概念和基本功能，了解CAPP、GT、FMS、NC等基本概念与应用，理解CIMS的先进管理与制造业信息化的新概念。本章重点为：CAD/CAM技术内容与工程应用的基本概念；CAPP、GT、FMT与CIMS实质内容与工程应用的实际意义。四、主要外语词汇计算机辅助工艺设计/计算机辅助制造：computeraideddesignandcomputeraidedmanufacturing，CAD/CAM计算机辅助工艺设计：computeraidedprocessplanning,CAPP7-2成组技术：groptechnology,GT柔性制造系统：flexiblemanufacturingsystem,FMS数控：numericalcontrol,NC计算机集成制造系统：computerintegratedmanufacturingsystem,CIMS五、辅助教学情况（多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等）讲授+多媒体课件+工程实践数控实习六、复习思考题1．先进制造技术由哪些核心技术组成？2．现代机械制造企业如何面对市场的挑战？3．CAPP有哪些类型？4．派生式CAPP与创成式CAPP两者在工作原理上有何不同？5．创成式CAPP系统在应用上还存在哪些困难？6．成组技术的基本原理是什么？它对生产有何指导意义？7．分类与编码的基本概念是什么？8．分类代码系统的基本概念是什么？它有什么作用？9．成组技术在产品设计上应用的实质是什么？有何意义？10．什么是柔性制造技术？它有哪些类型？11．实施柔性制造系统时应主要考虑哪些问题？12．刀具监控和管理对柔性制造系统有什么重要意义？13．柔性制造技术中“柔性”的基本概念是什么？14．柔性制造系统是由哪些功能模块组成的？15．试述CIM技术的基本概念？七、参考资料；1.葛巧琴.机械CAD/CAM.东南大学出版社19982.颜永年.先进制造技术.化学工业出版社20027-3第七章先进制造技术先进制造技术是制造业吸收信息技术和现代管理技术的成果，并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程。以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产以提高对市场适应能力和竞争能力的制造技术总称，它的最重要的特征之一是技术与信息的集成。这一集成理念引起了传统的制造工艺、设计概念和方法以及管理模式的深刻变革。本章主要讨论先进制造技术中的CAD/CAM技术、CAPP技术、GT技术、FMS技术、CIM以及CIMS技术等。第一节CAD/CAM技术CAD/CAM(ComputerAidedDesign/ComputerAidedManufacturing)技术是计算机辅助设计与计算机辅助制造的简称。CAD/CAM技术是以计算机为技术手段，辅助完成从产品设计到加工制造的整个生产过程。一、CAD技术CAD是指工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。CAD技术是一门集计算机学科与工程学科为一体的综合性科学。1．CAD应用的必然性2．CAD的功能CAD的功能一般可以归纳为几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图等四大类。(1)几何建模1)二维设计2)线框造型3)曲面模型4)实体造型7-4(2)工程分析与计算现有商品化的CAD/CAM系统软件中，集成有限元分析模块，在建构几何模型的同时自动生成有限元网格。在进行有限元分析计算时，将载荷数据、材料数据和边界约束条件数据输入，经有限元分析软件的分析、计算并转换成后续设计所需要的数据或输出各种图形。（3）机构分析机构分析是CAD系统在三维造型的基础上，输入主要的初始数据，系统自动地进行机构的运动分析，计算出机构运动的轨迹、速度、加速度、传动力等参数。同时利用动画功能仿真机构的运动情况，供设计者参考。（4）自动绘图二、CAM技术CAM技术是利用计算机对制造过程进行设计、控制和管理。目前应用CAM技术主要集中在数字化控制，生产计划，机器人和工厂管理等四个方面。CAM的应用形式可分为直接应用和间接应用。1．CAM直接应用是将计算机直接与制造过程连接,并对它进行监视和控制。如对制造过程中的加工、装配、检验、存贮、输送等进行在线全过程的监控和管理。2．CAM间接应用目前机械制造中,CAM技术主要应用于计算机辅助NC编程，即为NC机床准备加工程序，它是CAM的一种间接应用。CAD/CAM系统有效地解决了几何造型、图形显示、交互设计、编辑修改、刀具轨迹生成、加工过程仿真与验证等。CAM中的数控仿真技术为数控机床加工提供有力的支持。图7-4是用MasterCAM8.0软件进行凸轮块数控加工过程的仿真图。仿真过程实时反映了刀具的切削过程，动态显示出加工的效果，真实感较强。三、CAD/CAM集成技术CAD/CAM系统是属于交互式的系统，从目前技术发展水平来看，计算机还很难实现自动的完成设计和制造的全过程。在应用CAD/CAM系统软件时，整个CAM过程还必须在有经验的7-5工程技术人员参与下，通过图形交互方式来完成。例如，在进行数控编程时要选择加工对象（即确定点、线、面或实体）；确定约束条件（如定位、装夹、干涉等）；选择刀具、切削工艺参数（如切削速度、进给量、切削深度）等均由人工来完成。所以CAD/CAM系统使用人员要求有较高的工程素质与较丰富的工程实践经验，才能有效地开发应用CAD/CAM系统。在市场上比较成熟的CAD/CAM系统有Pro/engineer系统和MasterCAM系统。前者是一体化的CAD/CAM系统，其内部是统一的数据格式，能直接调用CAD系统中的图形数据。而后者是CAD模块与CAM模块的无缝集成，其系统内部通过中性文件获取其它CAD系统的图形信息。CAXA机械制造工程师系统也是CAD模块与CAM模块无缝集成的系统，它能以直接或间接的方式从CAD模块或其它CAD系统中获取产品的几何数据。第二节CAPP技术CAPP(ComputerAidedProcessPanning)是计算机辅助工艺设计。它是利用计算机技术辅助工艺人员以系统化、标准化的方法，确定零件或产品，从毛坯到成品制造方法的技术。应用CAPP技术可以快速、合理地编制出满足生产要求的工艺文件，缩短生产准备周期与新产品开发周期。CAPP技术根本上改变了传统工艺设计“个体”与“手工”劳动的性质，提高了工艺设计质量与企业的管理水平。CAPP是企业信息化和实施MRP（物料需求计划）和PDM（产品数据管理）的关键技术。一、传统工艺设计方法二、CAPP的功能1．能使广大工艺人员从繁琐,复杂劳动中解脱出来,使他们能集中精力从事新产品开发,工艺装备的研制和新工艺研究等创新工作。2．应用CAPP系统缩短了工艺设计的周期，降低了工艺设计过程的费用。合理、优化的工艺设计减少了材料费、加工费以及刀具费用等，优良的工艺设计还能降低产品的返修率与废品率，提高产品质量，提高产品在市场上的竞争能力，能获取良好的经济效益。7-63．有利于发挥有经验的工艺设计人员的才智,使CAPP系统中融合工艺专家的集体智慧，使得工艺设计标准化、规范化。特别在当前机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下,它更具有特殊的意义，使得工艺设计只取决于CAPP系统，与使用该系统的人员无关，即使实践经验较少的工艺人员也能应用CAPP系统设计出较好的工艺规程。4．能适应机械制造企业信息集成的需要。CAPP系统建立的工艺数据不仅可以生成各种用户定制美观规范的工艺表格,而且还可以将工艺信息提取汇总出来,供计划、采购、生产等部门使用。CAPP系统能使制造企业以最低的成本,最短的生产周期,最优化,最有效的工艺方法制造出符合设计要求的产品。与传统工艺设计方法相比，采用CAPP系统有明显的社会效益与经济效益。三、CAPP系统的类型图7-5派生式CAPP系统功能框图CAPP系统按其设计方式分为如下三种类型：1．派生式CAPP系统2．创成式CAPP系统3．综合式CAPP系统四、CAPP的应用CAPP技术从20世纪60年代开始研究，至今有40多年的发展历程。国内、外对CAPP技术都进行了大量的探索与研究。当前、开发CAPP系统的关键技术有以下几个方面:1．数据库技术2．人工智能技术3．CAPP的集成技术第三节GT技术7-7GT（Grouptechnology）是成组技术的简称。它是一种生产技术与组织管理相结合的综合性应用技术。成组技术自20世纪50年代开始在机械工业中推广应用，它是解决多品种，中、小批量生产经济效益的最有效途径。在大批量生产中,采用专用机床,组合机床,组织流水线或自动生产线等自动化设备,提高了生产率,降低了成本,获得极好的经济效益。在小批量生产时,自动化机床就不能发挥其应有的作用，只能采用传统的工艺方法,在通用机床上加工，存在着生产效率低,工艺准备时间长等不足。针对这些问题,制造技术的研究者们提出了成组技术的科学理论及实践方法,既利用事物“相似性原理”,按照一定的规则分类成组,组成零件族,把同一零件族中分散的小批量生产，汇集成较大的成组批量,从而获得接近于大批量生产的经济效益，解决了品种多,产量小，效益低的矛盾。一、成组技术的基本原理二、零件的分类方法对零件进行分类是实施成组技术的关键。目前常用的方法有以下几种：1．视检法有生产经验的技术人员通过对零件图样仔细阅读和判断,把具有某些特征属性相似的零件归结为一类。它是对零件进行初步分类的有效方法。例如,应用视检法可以方便地将车床的零件划分为轴类零件、盘类零件、箱体类零件等。但由于这种方法的效果取决于个人的生产经验,多少带有主观性和片面性。因而只能作为一种辅助方法,用于零件的粗分类。2．生产流程分析法是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件,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结为一类。它是按零件的工艺相似性特征进行分类，并形成零件的加工族。生产流程分析法是改变生产车间原有机床的布局，重新组织成组加工的一种有效、简便的分类方法。3．编码分类法将待分类的零件进行编码,即将零件的有关设计,制造等方面的信息转译为代码,(代码7-8可以是数字或数字、字母兼用)。由于零件特征等信息代码化,就可以根据代码对零件进行分类。国际上第一个零件分类编码系统是Opitz系统，它由德国阿享工业大学H.Opitz研制的。我国于1984年制订了“机械零件分类编码系统（JLBM-1系统）”该系统是在Opize系统和日本KK-3系统的基础上，根据我国机械产品情况研制而成。以上三种分类方法都要花费大量的人力、物力和时间。其中编码分类法最为复杂，但也最为有效。机械零件的分类结果若用文字来描述，将是十分冗长和累赘，采用字符与数字来描述，使得零件分类结果简明扼要，达到条理化和系统化的目的。编码则便于零件信息的检索和存取。三种分类方法尚存在一些缺陷与不足。实施成组技术时，可以将三种方法综合使用。如将传统车间改造成成组加工车间时，用流程分析法确定车间的平面布置，用编码分类法进行零件编码、统计、分组，用视检法作为检查、校核分组的合理性和调整零件组的辅助手段。三、零件分类编码系统编码分类方法首先要建立符合企业生产特点的零件分类编码系统。以下简单介