機(jī)械制造基礎(chǔ)第7章

返回下一頁返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁精度碼規(guī)定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四個等級。在中等精度和高精度兩個等級中，再按有精度要求的不同加工外表而細(xì)分為幾個類型，以不同的特征碼來表示。表7－1～表7－4列出了JLBM－1系統(tǒng)的局部內(nèi)容，供查閱。按照J(rèn)LBM1系統(tǒng)對如圖73所示回轉(zhuǎn)體零件進(jìn)行分類編碼的結(jié)果如下：第1～2位該零件為回轉(zhuǎn)體類、輪盤類法蘭盤，第l位為0，第2位為2。第3～9位該零件“外部根本形狀〞：單向臺階；“外部功能要素〞：無；“內(nèi)部根本形狀〞：雙向臺階通孔；“內(nèi)部功能要素〞：有環(huán)槽；“外平面與端面〞：單一平面；“內(nèi)平面〞：無；“輔助加工〞：均布軸向孔。第3～9位分別為1、0、5、1、1、0、1。第10～12位該零件材料為普通非合金鋼，毛坯原始形狀為鍛件，不進(jìn)行熱處理，第10～12位分別為2、6、0。返回下一頁上一頁返回下一頁上一頁實際上，根據(jù)分類的目的，往往只要求有假設(shè)干特征屬性相似即可。這樣，只需要在編碼中選用假設(shè)干特征碼位來制定分類的相似性標(biāo)準(zhǔn)；只要是特征碼位代碼相同的零件皆可以歸屬于同一零件組。如此，可能出現(xiàn)的最大組數(shù)可大大減少。例如，表7－5表示用特征碼位法的零件分類，其中特征碼位為第1、第2、第6及第7碼位，規(guī)定的代碼分別為0、4、3及0，凡零件編碼相應(yīng)碼位的代碼與其相同的均可歸屬于同一零件組；圖中列出符合上述相似特征要求的幾個零件的簡圖及其編碼。2.碼域法碼域法是對零件代碼各碼位的特征規(guī)定幾種允許的數(shù)據(jù)，用它作為分組的依據(jù)，就將相應(yīng)碼位的相似特征放寬了范圍。在圖7－4(a)所示的零件族特征矩陣表上，橫向數(shù)字表示碼位，縱向數(shù)字表示各個碼位上的代碼，圖中“×〞表示的范圍稱為碼域。圖7－4(a)是根據(jù)大量統(tǒng)計資料和生產(chǎn)經(jīng)驗而制定的零件相似性特征矩陣表。返回下一頁上一頁凡零件各碼位上的編碼落在該碼域內(nèi)，即劃分為同一零件組，如圖7－4(b)中所示3個零件即為一組，或稱為一個零件族。這種分類方法就稱為碼域法。3.特征位碼域法它是上述兩種方法的綜合，因而能兼?zhèn)涠叩奶攸c，即既能抓拄零件分類的主要特征方面，又能適當(dāng)放寬其相似性要求，允許有更多的零件種數(shù)進(jìn)入零件組，以期得到滿意的分類效果。成組工藝的設(shè)計方法1.復(fù)合零件法按照零件組中的復(fù)合零件來編制工藝規(guī)程的方法稱為復(fù)合零件法。所謂復(fù)合零件，是擁有同組零件的全部待加工外表要素的一個零件。它可以是零件組中實際存在的某個具體零件，也可以是一個假擬的零件。如圖7－5(a)所示的復(fù)合零件包含了組內(nèi)其他零件所具有的所有五種加工外表要素，按照這一零件所設(shè)計的工藝過程，即為該零件組的成組工藝。返回下一頁上一頁只要從中刪除一些不為某一零件所用的工序或工步內(nèi)容，便能為組內(nèi)其他零件使用，形成各個零件的加工工藝。2.復(fù)合路線法對于形狀不規(guī)那么的非回轉(zhuǎn)體零件，有時找出某一零件組的復(fù)合零件常常十分困難，此時可以采用復(fù)合線路法。復(fù)合路線法是在零件分類成組的根底上，分析比較全組所有零件的工藝路線，從中選出工藝較長、流程合理、代表性強(qiáng)的一條作為根底工藝路線，然后將其他零件的工序(去掉重復(fù)的)按合理的位置安插到根底工藝路線中，便得到一條適合整個零件組的成組工藝路線，并以它為依據(jù)來編制詳細(xì)的工藝規(guī)程。圖7－6是按復(fù)合路線法來設(shè)計成組工藝的例子。成組生產(chǎn)的組織形式1.單機(jī)成組加工在轉(zhuǎn)塔車床、自動車床或其他數(shù)控機(jī)床上成組加工小型零件，這些零件的全部或大局部加工工序都在這一臺設(shè)備上完成，這種形式稱為單機(jī)成組加工。返回下一頁上一頁單機(jī)成組加工時機(jī)床的布置雖然與機(jī)群式生產(chǎn)工段類似，但在生產(chǎn)方式上卻有著本質(zhì)上的差異。它是按成組工藝來組織和安排生產(chǎn)的。2.成組生產(chǎn)單元在一組機(jī)床上完成一個或幾個工藝相似零件組的全部工藝過程，該組機(jī)床即構(gòu)成車間的一個封閉生產(chǎn)單元。這種生產(chǎn)單元與傳統(tǒng)的小批量生產(chǎn)下所常用的“機(jī)群式〞排列的生產(chǎn)工段是不一樣的。一個機(jī)群式生產(chǎn)工段只能完成零件的某一個別工序，而成組生產(chǎn)單元卻能完成零件組的全部工藝過程。圖7－7為成組生產(chǎn)單元的平面布置示意圖。由圖可見，單元內(nèi)的機(jī)床按照成組工藝過程排列，零件在單元內(nèi)按各自的工藝路線流動，縮短了工序間的運輸距離，減少了在制品的積壓，縮短了零件的生產(chǎn)周期；同時零件的加工和輸送不需要保持一定的節(jié)拍，使得生產(chǎn)的方案管理具有一定的靈活性；單元內(nèi)的工人工作趨向?qū)I(yè)化，加工質(zhì)量穩(wěn)定，效率比較高，所以成組生產(chǎn)單元是一種較好的生產(chǎn)組織形式。返回下一頁上一頁3.成組生產(chǎn)流水線當(dāng)組內(nèi)零件工藝相似程度很高，且批量較大時，機(jī)床可以排列成一條流水生產(chǎn)線。這種流水線稱為成組生產(chǎn)流水線。零件在線上用相互接近的節(jié)拍單向流動，工作過程連續(xù)而有一定的節(jié)奏，因此它具有一般流水線的大局部優(yōu)點。與一般流水線相比，所不同之處在于它經(jīng)過少量的調(diào)整可以加工組內(nèi)的不同零件，對于某一種零件來說，不一定經(jīng)過線上的每一臺機(jī)床。成組生產(chǎn)流水線是成組加工的高級形式。返回上一頁7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回下一頁目前在理論體系和生產(chǎn)實際應(yīng)用方面都已取得了重大的進(jìn)展，一批先進(jìn)實用的CAPP系統(tǒng)在生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，并取得了較好的效果。CAPP系統(tǒng)的主要功能是只要輸入零件加工的有關(guān)信息，計算機(jī)就能自動生成并輸出零件的加工工藝規(guī)程。有些較完善的系統(tǒng)還能進(jìn)行動態(tài)仿真，對加工過程進(jìn)行模擬顯示，以便檢查工藝規(guī)程的正確性。CAPP系統(tǒng)一般由假設(shè)干程序模塊所組成，如輸入輸出模塊、工藝過程設(shè)計模塊、工序決策模塊、工步?jīng)Q策模塊、NC指令生成模塊以及控制模塊、動態(tài)仿真模塊等。視系統(tǒng)的規(guī)模大小和完善程度而存在一定的差異。的類型根據(jù)CAPP系統(tǒng)的工作原理，可以將CAPP分成五種類型。1.交互型交互型CAPP系統(tǒng)是按照不同類型零件的加工工藝需求，編制的人機(jī)交互軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)以人機(jī)交互方式對工藝過程進(jìn)行決策，形成所需的工藝規(guī)程，對操作人員的依賴性很大。7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回下一頁上一頁工藝數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)都比較復(fù)雜，同時系統(tǒng)必須具備材料動態(tài)數(shù)據(jù)模式才能對工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和標(biāo)準(zhǔn)化管理。工藝數(shù)據(jù)庫的建立比一般數(shù)據(jù)庫更加復(fù)雜和麻煩。一般工藝數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容有：(1)材料數(shù)據(jù)，各種材料規(guī)格及屬性的數(shù)據(jù)、毛坯特性、刀具-工件組合特性等。(2)刀具數(shù)據(jù)，刀具號、刀具成組分類信息、刀具尺寸及幾何形狀、刀具應(yīng)用條件等。(3)機(jī)床數(shù)據(jù)，各種機(jī)床名稱、型號、規(guī)格、控制系統(tǒng)類型、用量范圍、精度等。(4)夾具和量具數(shù)據(jù)，各種夾具和量具的類型、重要尺寸及精度等。(5)標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程及成組分類特征數(shù)據(jù)。(6)動態(tài)工藝設(shè)計信息，包括零件圖形數(shù)據(jù)、工序圖形數(shù)據(jù)、最終工藝規(guī)程、NC代碼等。7.2計算機(jī)輔助工藝設(shè)計返回上一頁7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁(3)高度自動化。自動更換工件、刀具、夾具，實現(xiàn)自動裝夾和輸送，自動監(jiān)測加工過程，有很強(qiáng)的系統(tǒng)軟件功能。柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息流系統(tǒng)三局部組成。1.加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動加工各種工件，并能自動地更換工件和刀具。通常由假設(shè)干臺加工零件的CNC機(jī)床或CNC板材加工設(shè)備以及操縱這種機(jī)床要使用的刀具所構(gòu)成。在加工較復(fù)雜零件的FMS加工系統(tǒng)中，由于機(jī)床上機(jī)載刀庫能提供的刀具數(shù)目有限，除盡可能使產(chǎn)品設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化，以便使用通用刀具和減少專用刀具的數(shù)量外，必要時還需要在加工系統(tǒng)中設(shè)置機(jī)外自動刀庫以補(bǔ)充機(jī)載刀庫容量的缺乏。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁2.物流系統(tǒng)FMS中的物流系統(tǒng)與傳統(tǒng)的自動線或流水線有很大的差異，整個工件輸送系統(tǒng)的工作狀態(tài)是可以進(jìn)行隨機(jī)調(diào)度的，而且都設(shè)置有儲料庫以調(diào)節(jié)各工位上加工時間的差異。物流系統(tǒng)包含工件的輸送和儲存兩個方面。工件輸送包括工件從系統(tǒng)外部送入系統(tǒng)和工件在系統(tǒng)內(nèi)部的傳送兩局部，目前，大多數(shù)工件送入系統(tǒng)和夾具上裝夾工件仍由人工操作，系統(tǒng)中設(shè)置裝卸工位，較重的工件可用各種起重設(shè)備或機(jī)器人搬運。工件輸送系統(tǒng)按所用運輸工具可分成為自動輸送車、軌道傳送系統(tǒng)、帶式傳送系統(tǒng)和機(jī)器人傳送系統(tǒng)四類。在FMS的物料系統(tǒng)中，設(shè)置適當(dāng)?shù)闹醒肓蠋旌屯斜P庫及各種形式的緩沖儲區(qū)，來進(jìn)行工件的存儲，保證系統(tǒng)的柔性。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁3.信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括過程控制及過程監(jiān)視兩個子系統(tǒng)，其功能分別為進(jìn)行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動控制，以及在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動采集和處理。FMS中信息由多級計算機(jī)進(jìn)行處理和控制。中的機(jī)床設(shè)備和夾具1.加工設(shè)備FMS的機(jī)床設(shè)備一般選擇臥式、立式或立臥兩用的數(shù)控加工中心(MC)。數(shù)控加工中心機(jī)床是一種帶有刀庫和自動換刀裝置(ATC)的多工序數(shù)控機(jī)床，工件經(jīng)一次裝夾后，能自動完成銑、鏜、鉆、鉸等多種工序的加工，并且有多種換刀和選刀功能，從而可使生產(chǎn)效率和自動化程度大大提高。在FMS的加工系統(tǒng)中還有一類加工中心，它們除了機(jī)床本身之外，還配有一個儲存工件的托盤站和自動上下料的工件交換臺。當(dāng)在這類加工中心機(jī)床上加工完一個工件后，托盤交換裝置便將加工完的工件連同托盤一起拖回環(huán)形工作臺的空閑位置，7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁然后按指令將下一個待加工的工件/托盤轉(zhuǎn)到交換裝置，由托盤交換裝置將它送到機(jī)床上進(jìn)行定位夾緊以待加工。這類具有儲存較多工件/托盤的加工中心是一種根底形式的柔性制造單元(FMC)，它的規(guī)模和柔性化程度都比FMS小，可以作為FMS的根底加工單元，也可作為獨立的自動化加工設(shè)備。FMC自成體系、占地面積少；本錢低、功能完善，有廉價小型FMS之稱。由于FMC的這些特點比較適合我國的國情，因而近年來它在我國開展較快。FMS對機(jī)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.機(jī)床夾具目前，用于FMS機(jī)床的夾具有兩個重要的開展趨勢：其一，大量使用組合夾具，使夾具零部件標(biāo)準(zhǔn)化，可針對不同的效勞對象快速拼裝出所需的夾具，使夾具的重復(fù)利用率提高；此外，開發(fā)柔性夾具，使一臺夾具能為多個加工對象效勞。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁自動化倉庫FMS的自動化倉庫與一般倉庫不同。它不僅是儲存和檢索物料的場所，同時也是FMS物料系統(tǒng)的一個組成局部。它由FMS的計算機(jī)控制系統(tǒng)所控制，為FMS效勞，服從FMS的命令和調(diào)度，所以從功能性質(zhì)說它是一個工藝倉庫。正因為FMS的自動倉庫屬于一種工藝倉庫，它的布置和物料存放方法也以方便工藝處理為原那么，倉庫本身按工藝分成毛坯庫、在制品庫和成品庫等多個存儲單元。目前，自動化倉庫一般采用多層立體布局的結(jié)構(gòu)形式，所占用的場地面積較小。物料運載裝置物料運載裝置直接擔(dān)負(fù)著工件、刀具以及其他物料的運輸，包括物料在加工機(jī)床之間，自動倉庫與托盤存儲站之間以及托盤存儲站與機(jī)床之間的輸送與搬運。FMS中常見的物料運載裝置有傳送帶、自動運輸小車和搬運機(jī)器人等。7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁刀具管理系統(tǒng)刀具管理系統(tǒng)在FMS中占有重要的地位，其主要職能是負(fù)責(zé)刀具的運輸、存儲和管理，適時地向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢或耐用度已耗盡的刀具，在保證正常生產(chǎn)的同時，最大程度地降低刀具的本錢。刀具管理系統(tǒng)的功能和柔性程度直接影響到整個FMS的柔性和生產(chǎn)率。典型的FMS刀具管理系統(tǒng)通常由刀庫系統(tǒng)、刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀具交換裝置以及管理控制刀具流的計算機(jī)組成?？刂葡到y(tǒng)控制系統(tǒng)是FMS的核心。它管理和協(xié)調(diào)FMS內(nèi)的各項活動，以保證生產(chǎn)方案的完成，實現(xiàn)最大的生產(chǎn)效率。FMS除了少數(shù)操作由人工控制外(如裝卸、調(diào)整和維修)，可以說正常的工作完全是由計算機(jī)自動控制的。FMS的控制系統(tǒng)通常采用兩級或三級遞階控制結(jié)構(gòu)形式，在控制結(jié)構(gòu)中，每層的信息流都是雙向流動的：向下可下達(dá)控制指令，分配控制任務(wù)，監(jiān)控下層的作業(yè)過程；7.3柔性制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁向上可反響控制狀態(tài)，報告現(xiàn)場生產(chǎn)數(shù)據(jù)。然而，在控制的實時性和處理信息量方面，各層控制計算機(jī)是有所區(qū)別的：越往底層，其控制的實時性要求越高，而處理的信息量那么越??；越到上層，其處理信息量越大，而對實時性要求那么越小。這種遞階的控制結(jié)構(gòu)，各層的控制處理相對獨立，易于實現(xiàn)模塊化，使局部增、刪、修改簡單易行，從而增加了整個系統(tǒng)的柔性和開放性，充分地利用了計算機(jī)的資源。然而，究竟需分幾層為好，這要視具體對象和條件而定，不可千篇一律。7.3柔性制造系統(tǒng)返回上一頁7.4計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)返回下一頁在CAM的間接應(yīng)用中，人給計算機(jī)輸入數(shù)據(jù)和信息，再按照計算機(jī)的輸出去指導(dǎo)生產(chǎn)。隨著計算機(jī)在上述各部門的廣泛應(yīng)用，人們越來越認(rèn)識到，單純孤立地在各個部門用計算機(jī)輔助進(jìn)行各項工作，遠(yuǎn)沒有充分發(fā)揮出計算機(jī)控制生產(chǎn)的潛在能力；各個環(huán)節(jié)之間也容易產(chǎn)生矛盾和不協(xié)調(diào)。只有用更高級的計算機(jī)分級結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將制造過程的各個環(huán)節(jié)集中和協(xié)調(diào)起來，組成更高水平的制造系統(tǒng)，才能取得更好的效益，這就是通常所說的CAM系統(tǒng)。2.CAM系統(tǒng)的組成和分級結(jié)構(gòu)CAM系統(tǒng)的組成可以分為硬件和軟件兩個方面：硬件方面有各種數(shù)控機(jī)床、加工中心、自動輸送和運儲裝置、檢測裝置及計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等；它的軟件系統(tǒng)通常由以下五個局部組成。7.4計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁(1)中心數(shù)據(jù)庫。包括工藝設(shè)計數(shù)據(jù)、切削有關(guān)的數(shù)據(jù)、NC編程的數(shù)據(jù)、生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)、監(jiān)控數(shù)據(jù)、管理數(shù)據(jù)及相應(yīng)的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)等，這是一個龐大復(fù)雜的工程數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)根據(jù)需要，隨時存入或調(diào)用其中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行運算和編程等工作。(2)工藝設(shè)計程序。(3)生產(chǎn)調(diào)度程序。(4)加工控制程序。(5)質(zhì)量管理和監(jiān)控程序。系統(tǒng)啟動后，上述各應(yīng)用程序從中心數(shù)據(jù)庫取得各種信息，進(jìn)行運算和處理，控制制造過程自動運行，并將有關(guān)信息再返回數(shù)據(jù)庫。7.4計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁7.4計算機(jī)輔助制造和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)返回下一頁上一頁2.計算機(jī)集成制造系統(tǒng)的功能和組成由一個多級計算機(jī)控制結(jié)構(gòu)，配合一套將設(shè)計、制造和管理綜合為一個整體的軟件系統(tǒng)所構(gòu)成的全盤自動化系統(tǒng)，稱為計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，它是CIM的具體實施，是未來生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的一種模式。CIMS不是各個子系統(tǒng)簡單的疊加，而是一種有機(jī)的集成。它不僅包括了CAM的各種制造功能，也包括了工程設(shè)計和經(jīng)營管理的功能。CIMS系統(tǒng)由經(jīng)營管理、工程設(shè)計、產(chǎn)品制造、質(zhì)量保證和物資保障等五大模塊組成，另外還需要有一個能有效連接這些子系統(tǒng)的支撐環(huán)境，即計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)?！?〕管理信息系統(tǒng)(MIS)。MIS是CIMS的上層管理系