（机械制造及其自动化专业论文）法兰自动加工生产线加工程序的开发与研究.pdf

兰州理 t 大学硕十学位论文 摘要 随着全球市场经济的飞速发展 各个行业的竞争也越演越烈 而客户对产品 质量的要求也越来越高 作为企业 要想在这样的市场环境中求得生存 就要不 断的改革创新 降低生产成本 提高工作效率 保证产品质量 因此 各个企业 为了提高自身的竞争力 不断的进行尝试探索 试图将目前最新的科学技术与自 身的生产相结合 从中找出快捷高效的生产方式 使企业自身在激烈的市场竞争 中立于不败之地 而相对于机械行业也面临着同样的问题 在机械行业中实现生产自动化是目前很多企业所追求的降低成产成本 提高 生产效率的主要方法 当前计算机通信技术以及微电子等技术的发展为实现生产 自动化奠定了良好的基础 相应的也出现了计算机集成制造 c i m s e r p 等生 产管理模式 本论文就是结合相应的计算机技术 数控加工技术以及p l c 控制技 术等技术手段 设计了法兰自动加工生产线 来实现法兰生产加工的自动化 避 免了目前一些加工手段的弊端 使得整个加工过程高效智能 根据本课题所设计的自动加工生产线的功能 本论文主要完成以下几点内容 1 结合成组技术以及c a p p 技术 分析法兰的结构和加工工艺 总结出法兰 在结构和工艺上的共同点 为数控编程做好相应的工艺规程 2 根据法兰的结构和加工工艺 利用数控宏程序的编程方法编写出适合所有 法兰加工的数控加工程序 3 利用数据库以及c 等技术 将从法兰信息数据库中查出的法兰信息导 出 供法兰数控加工程序应用 4 分析法兰自动加工生产线上的点位控制工艺并利用p l c 编程控制技术编 写生产线的控制程序 关键词 法兰 自动化 宏程序 c 语言 可编程控制器 法兰门动加t 生产线加t 程序的开发与研究 a b s t r a c t a l o n gw i t h t h er a p i d d e v e l o p m e n t o ft h e g l o b a l e c o n o m i cm a r k e t t h e c o m p e t i t i o na m o n ge a c hi n d u s t r yi sg e t t i n gw o r s ea n dw o r s e a n dt h er e q u i r e m e n to f c u s t o m e rf o rp r o d u c tq u a l i t yi sa l s og e t t i n gm o r ea n dm o r eh i g h a st h ee n t e r p r i s e i f y o uw a n tt os u r v i v a li nt h i s e n v i r o n m e n to fm a r k e t y o us h o u l dk e e pr e f o r ma n d i n n o v a t i o n r e d u c i n gt h ep r o d u c t i o nc o s t i m p r o v i n gw o r ke f f i c i e n c ya n de n s u r i n gt h e q u a l i t yo fp r o d u c t s s o t h ee n t e r p r i s ei no r d e rt oi m p r o v et h e i ro w nc o m p e t i t i v e n e s s t h e ya r ee x p l o r i n ga n dc o m b i n et h e l a t e s ts c i e n c ea n dt e c h n o l o g yw i t ht h e i ro w n p r o d u c t i o n f i n d i n go u tt h eq u i c k l ya n de f f i c i e n t l ym o d eo fp r o d u c t i o nw h i c hc o u l d m a k et h e i ro w ne n t e r p r i s el i v e l yi nt h e f i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o n i nc o n t r a s t m e c h a n i c a li n d u s t r ya l s of a c e dw i t ht h es a m ep r o b l e m s a tp r e s e n t t h e yr e a l i z i n gt h ep r o d u c t i o na u t o m a t i o ni st h em a i nm e t h o dt ol o w e r p r o d u c t i o nc o s t sa n di m p r o v et h ep r o d u c t i o ne f f i c i e n c yi n t h em a c h i n e r yi n d u s t r y n o w a d a y s t h ed e v e l o p m e n t o ft h e c o m p u t e r c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y a n d m i c r o e l e c t r o n i c st e c h n o l o g yh a dl a i dag o o df o u n d a t i o nf o rp r o d u c t i o na u t o m a t i o n a t t h es a m et i m e t h ec o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g c i m s e r pa n do t h e r p r o d u c t i o nm a n a g e m e n tm o d ea r ea p p e a r i n g t h i sp a p e r i sc o m b i n e dw i t ht h e c o r r e s p o n d i n gc o m p u t e rt e c h n o l o g y n cm a c h i n i n gt e c h n o l o g y a n dp l cc o n t r o l t e c h n o l o g yt om a k et h ef l a n g e s a u t o m a t i cp r o c e s s i n gp r o d u c t i o nl i n er e a l i z et h e f l a n g ep r o c e s s i n ga u t o m a t i o n a v o i d i n gt h ed i s a d v a n t a g e so fp r o c e s s i n gm e t h o d sa t p r e s e n t m a k et h ew h o l ep r o c e s se f f i c i e n c ya n di n t e l l i g e n c e a c c o r d i n gt ot h ef u n c t i o no fa u t o m a t i cp r o c e s s i n gp r o d u c t i o nl i n e t h i st h e s i s m a i n l yc o m p l e t et h ef o l l o w i n gc o n t e n t s 1 c o m b i n e dw i t ht h eg r o u pt e c h n o l o g ya n dc a p pt e c h n o l o g ya n a l y z e st h e s t r u c t u r ea n dt h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ft h ef l a n g e s u m su pt h ec o m m o n f o rc n c p r o g r a m m i n gd os o m et e c h n i c a lp r o c e s s 2 a c c o r d i n gt ot h es t r u c t u r ea n dt h ep r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo ff l a n g e u s i n g m a c r oc n cp r o g r a m m i n gm e t h o d sw r i t eap r o c e s s i n gn cp r o g r a m sw h i c hs u i t a b l ef o r a l lf l a n g e 3 u s i n gd a t a b a s ea n dc t e c h n o l o g y e x p o r tt h ei n f o r m a t i o nw h i c hf o u n di n t h ef l a n g ei n f o r m a t i o nd a t a b a s et ot h en cm a c h i n i n gp r o g r a mf i l e so ff l a n g e 4 a n a l y s i st h ep r o c e s sa n dt h ep o s i t i o nc o n t r o la b o u tt h ea u t o m a t i cp r o c e s s i n g l i n eo ft h ef l a n g e a n dw r i t ec o n t r o lp r o g r a mo ft h ep r o d u c t i o nl i n ew i t ht h ep l c i i 兰州理 r 大学硕十学何论文 p r o g r a m m a b l ec o n t r o lt e c h n o l o g y k e yw o r d s f l a n g e a u t o m a t i o n m a c r o p r o g r a m v i s u a lc p l c 法兰自动加t 生产线加t 程序的开发与研究 图1 1 图2 1 图2 图2 图2 图2 插图索引 法兰加工生产线程序控制简图 7 成组技术系统总体结构图 8 法 兰 9 长颈对焊平面法兰 1 0 长颈对焊凸面法兰 1 1 长颈对焊凹 榫面法兰 1 l 图2 6 长颈对焊榫槽面法兰 1 2 图2 7 长颈对焊环链接面法兰 1 2 图2 8 带颈平焊平面法兰 1 2 图2 9 带颈平焊凸面法兰 1 3 图2 1 0 带颈平焊凹 榫面法兰 1 3 图2 1 l 带颈平焊榫槽面法兰 1 4 图2 1 2 带颈平焊环链接面法兰 1 4 图2 1 3 带颈承插焊平面法兰 1 4 图2 1 4 带颈承插焊凸面法兰 1 5 图2 1 5 带颈承插焊凹 榫面法兰 1 5 图2 1 6 带颈承插焊榫槽面法兰 1 6 图2 1 7 带颈承插焊环链接面法兰 1 6 图2 1 8 板式平焊平面法兰 1 6 图2 1 9 板式平焊凸面法兰 1 7 图2 2 0 法兰结构图 1 8 图2 2l 法兰工艺图 l8 图3 1 法兰自动加工生产线 2 0 图3 2 控制系统结构图 2 2 图4 1 法兰连接面判断结构图 2 9 图5 1o d b c 体系结构 3 5 图5 2d a o 体系结构 3 6 图5 3o l ed b 体系结构 3 6 图5 4 平面 f f 对焊法兰数据表 3 7 图5 5 平面对焊法兰的主界面 3 7 图5 6 平面对焊法兰参数输入对话框 3 8 图5 7 数据导出界面 3 8 i v 兰州理丁大学硕十学位论文 图6 1 分布式控制系统结构模型 4 7 图6 2 下位机3 的程序控制结构图 4 7 图6 3 下位机3 的p l c 控制程序梯形图 4 8 图6 4 下位机1 的程序控制结构图 4 9 图6 5 下位机l 的p l c 控制程序梯形图 4 9 v 法兰自动加工生产线加t 程序的开发 j 研究 列表索引 表4 1 变量类型 2 5 表4 2 带孔圆盘类锻件机械加工余量与公差 2 6 v i 兰州理丁大学硕 学位论文 第1 章绪论 1 1 数控技术 1 1 1 数控技术的发展概况 数控技术是机械制造业中新兴的综合性技术 它集微电子技术 计算机技术 信息处理技术 精密检查技术 自动控制技术 光机电技术和网络通讯技术等高 新技术于一体 微电子技术和计算机技术的迅速发展促进了数控技术的飞速发展 使传统的制造业发生了翻天覆地的变化 19 4 8 年 美国帕森斯公司接受美国空军委托 研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓 检验用样板的加工设备 由于样板形状复杂多样 精度要求高 一般加工设备难 以适应 于是提出采用数字脉冲控制机床的设想 1 9 4 9 年 该公司与美国麻省理工学院 m i t 开始共同研究 并于1 9 5 2 年试制 成功第一台三坐标数控铣床 当时的数控装置采用电子管元件 1 9 5 9 年 数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板 出现带自动换刀装置的 数控机床 称为加工中心 m cm a c h i n i n gc e n t e r 使数控装置进入了第二代 19 6 5 年 出现了第三代的集成电路数控装置 不仅体积小 功率消耗少 且 可靠性提高 价格进一步下降 促进了数控机床品种和产量的发展 6 0 年代末 先后出现了由 台计算机直接控制多台机床的直接数控系统 简 称d n c 又称群控系统 采用小型计算机控制的计算机数控系统 简称c n c 使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代 1 9 7 4 年 研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置 简 称m n c 这是第五代数控系统 2 0 世纪8 0 年代初 随着计算机软 硬件技术的发展 出现了能进行人机对 话式自动编制程序的数控装置 数控装置愈趋小型化 可以直接安装在机床上 数控机床的自动化程度进一步提高 具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功 能 2 0 世纪9 0 年代后期 出现了p c c n c 智能数控系统 即以p c 机为控制系 统的硬件部分 在p c 机上安装n c 软件系统 此种方式系统维护方便 易于实 现网络化制造 现在 数控技术也叫计算机数控技术 c o m p u t e r i z e dn u m e r i c a lc o n t r o l 简称 c n c 目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术 这种技术用计算机按事 先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能 由于采用计算机替代原先用硬件逻 辑电路组成的数控装置 使输入数据的存贮 处理 运算 逻辑判断等各种控制 法兰自动加t 生产线加下程序的开发与研冗 机能的实现 均可以通过计算机软件来完成 数控技术是制造业信息化的重要组 成部分 2 1 1 1 2 数控技术的国内外发展现状 数控技术是2 0 世纪4 0 年代中后期为适应加工复杂外形零件而发展起来的一 种自动化控制技术 其主要优点是 加工精度高 生产效率高 自动化程度高 便于计算机控制 3 j 近年来随着c a d c a m 技术的发展及应用 数控加工技术的优越性更加明显 数控编程是目前c a d c a p p c a m 系统中最能明显发挥效益的环节之一 其在实 现设计加工自动化 提高加工精度和加工质量 缩短产品研制周期等方面发挥着 重要作用 在诸如航空工业 汽车工业等领域有着大量的应用 由于生产实际的 强烈需求 国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究 并取得了丰硕成果 为 了解决数控加工中的程序编制问题 2 0 世纪5 0 年代 m i t 设计了一种专门用于 机械零件数控加工程序编制的语言 称为a p t a u t o m a t i c a l l yp r o g r a m m e dt 0 0 1 其后a p t 几经发展 形成了诸如a p t i i a p t i i i 立体切削用 a p t 算法改进 增加多坐标曲面加工编程功能 a p t a c a d v a n c e dc o n t o u r i n g 增加切削数据 库管理系统 和a p t s s s c u l p t u r e ds u r f a c e 增加雕塑曲面加工编程功能 等先 进版 3 1 采用a p t 语言编制数控程序具有程序简炼 走刀控制灵活等优点 使数控加 工编程从面向机床指令的 汇编语言 级 上升到面向几何元素 但是 采用a p t 语言编程仍有许多不便之处 首先 采用a p t 语言定义零件几何形状 难以描述 复杂的几何形状 缺乏几何直观性 其次 缺少对零件形状 刀具运动轨迹的直 观图形显示和刀具轨迹的验证手段 再次 难以和c a d 数据库和c a p p 系统有 效连接 最后 不容易作到高度的自动化 集成化 4 j 针对a p t 语言的缺点 l9 7 8 年 法国达索飞机公司开始开发集三维设计 分析 n c 加工一体化的系统 称 为c a t i a 随后很快出现了象e u c l i d u g i i t e r g r a p h p r o e n g i n e e r i n g m a s t e rc a m 及n p u g n c p 等系统 这些系统都有效的解决了几何造型 零件几 何形状的显示 交互设计 修改及刀具轨迹生成 走刀过程的仿真显示 验证等 问题 推动了c a d 和c a m 向一体化方向发展 5 j 到了8 0 年代 在c a d c a m 一体化概念的基础上 逐步形成了计算机集成制造系统 c i m s 及并行工程 c e 的概念 目前 为了适应c i m s 及c e 发展的需要 数控编程系统正向集成化和 智能化方向发展 在集成化方面 主要是开发符合s t e p s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g e o f p r o d u c tm o d e ld a t a 标准的参数化特征造型系统 目前己进行了大量卓有成效 的工作 是国内外开发的热点 在智能化方面 主要是在实体模型的基础上 利 用c a m 系统软件平台 针对实体模型的几何特征进行编程 并且 在操作过程 2 兰州理j 1 大学硕十学何论文 中可以利用专家系统提供更多的自动操作选项 这已成智能化数控编程的一个主 要方向f 4 i 引 但是 这方面工作刚刚开始 还有待我们继续努力开发 数控编程技术的发展要求数控机床技术也要做出相应的改进 经过近半个世 纪的发展 数控机床已经形成了高 中 低档俱全 涵盖各种功能的不同品系列 p j 在过去的几十年中较好地促进了生产力的发展 但随着信息时代的来临 传 统的工业生产模式已经很难满足新时代的要求 随着世界经济一体化进程的加快 以及企业在全球范围内竞争的加剧 人们对产品的各种性能的要求越来越高 主 要表现在产品的形状和结构不断复杂化 加工质量的要求日益苛刻 产品更新换 代速度加快 这些要求使得传统大型单一功能制造系统已无法适应变化的市场需 求 当今市场越来越需求适合中小批量加工 具有良好柔性和多种加工功能的制 造系统 这一市场发展的客观趋势促成了一个新的概念的产生 即模块化 可重 构 可扩充的开放式数控系统 1 0 l 1 13 1 2 0 世纪9 0 年代出现的p c n c 较好地满足 了开放式数控系统的各种特点和要求成为开放式数控系统研究和实现的主要途 径 目前 国际上与开放式数控研究相关的项目比较多 但是最具影响力的仍是 美国的o m a c 计划 欧洲的o s a c a 计划以及日本的o s e c 计划 因而这三个计 划的发展现状基本上代表了国外开放性数控的发展现状 1 美国的o m a c o p e n m o d u l a ra r c h i t e c t u r ec o n t r o l l e r s 计划是美国的通用 福特和克莱斯勒三大汽车公 司从l9 9 4 年开始启动的 该计划旨在发挥美国在计算机科学方面的领先优势 使 得制造商和用户都有了更大的主动性 2 欧盟的o s a c a o p e ns y s t e m a r c h i t e c t u r ef o rc o n t r o l sw i t ha u t o m a t i o ns y s t e m s 计划是l9 9 0 年由欧共体2 2 家控 制器开发商 机床生产商等联合提出的 该计划分三个阶段 第一阶段完成了 o s a c a 的规范和应用指南的制定 第二阶段主要开发了系统平台的标准 通用 的软件模块和通用的o s a c a 平台 第三阶段的使命是推广o s a c a 思想及前两 个阶段的技术成果 使之成为自动化领域的国际标准 3 日本的o s e c o p e n s y s t e me n v i r o n m e n tf o rc o n t r o l l e r 计划于1 9 9 4 年由东芝机器厂三菱电子等6 家日 本公司联合提出 o s e c 的开放性指系统能满足用户对制造系统不同配置的要求 最小化费用要求和应用先进控制算法及基于p c 的标准化人机界面的要求 近几年 我国相继开发出了几种型号的开放式数控系统 包括有华中开发的 华中i 型 北航推出的c h 系列数控系统 珠峰公司的中华i 型以及南京四开公 司的蓝天 s k y 系列产品 这些数控系统的大部分产品基本都采用1 6 位或3 2 位 的工业p c 机 以d o s 为其操作系统 如其中c h 2 2 0 0 0 系列可多轴多通道自由 配置 可控制1 l0 个通道 每通道2 8 轴联动 适用于车 铣 加工中心 f m s 与激光切割等多种机床 系统具有向用户开放的扩展数控语言 允许用户进 行二次开发 由于d o s 系统本身性能较差 因此基于d o s 的数控系统的功能和 3 法兰自动加工生产线加工程序的开发与研究 灵活性都受到较大限制 目前 以上四大公司都有基于w i n 9 x n t 的数控系统产 品面市 支持在w i n d o w s 平台上进行二次开发 l 4 j i l 5 1 1 2 数控技术的发展趋势 1 高速度和高精度 速度和精度是数控系统的2 个重要技术指标 它直接关系到加工效率和产品 质量 采用高速度 高精度数控技术可极大的提高现代制造业的效率 提高产品 的质量和档次 缩短生产周期和提高市场竞争能力 采用高速c p u 芯片 r i s c 芯片 多c p u 控制系统以及带高分辨率检测元件的交流数字伺服系统 日本交流 伺服电机已有装上每转可生产1 0 0 万个脉冲的内藏式位置检测器 其位置检测精 度可达0 0 1 m 脉冲 可以使机床的加工速度 加工精度和加工效率 加工质量 大大提高 高效率和高质量是现代制造技术发展的关键 为此国际生产工程学会 c i r p 将其确定为2 l 世纪的中心研究方向之一 2 智能化 开放式 网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 2 1 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统 智能化的内容包括在数控系 统中的各个方面 为追求加工效率和加工质量方面的智能化 如加工过程的自适 应控制 工艺参数自动生成 为提高驱动性能及使用连接方便的智能化 如前馈 控制 电机参数的自适应运算 自动识别负载自动选定模型 自整定等 简化编 程 简化操作方面的智能化 如智能化的自动编程 智能化的人机界面等 还有 智能诊断 智能监控方面的内容 方便系统的诊断及维修等 为解决传统的数控 系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题 目前许多国家对开放式数 控系统进行研究 如美国的n g c t h en e x tg e n e r a t i o nw o r k s t a t i o n m a c h i n e c o n t r 0 1 欧共体的o s a c a o p e ns y s t e ma r c h i t e c t u r ef o rc o n t r o lw i t h i na u t o m a t i o n s y s t e m s 日本的o s e c o p e ns y s t e m e n v i r o n m e n tf o rc o n t r o l l e r 中国的 o n c o p e nn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m 等 数控系统开放化已经成为数控系统的未 来之路 所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上 面 向机床厂家和最终用户 通过改变 增加或剪裁结构对象 数控功能 形成系列 化 并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中 快速实现不同 品种 不同档次的开放式数控系统 形成具有鲜明个性的名牌产品 目l 开放式 数控系统的体系结构规范 通信规范 配置规范 运行平台 数控系统功能库以 及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点 数控装备的网 络化将极大地满足生产线 制造系统 制造企业对信息集成的需求 也是实现新 的制造模式如敏捷制造 虚拟企业 全球制造的基础单元 国内外一些著名数控 机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机 如在e m 0 2 0 0 1 4 兰州理下大学硕十学位论文 展中 日本山崎马扎克 m a z a k 公司展出的 c y b e r p r o d u c t i o nc e n t e r 智能生 产控制中心 简称c p c 日本大隈 o k u m a 机床公司展出 i tp l a z a 信息技 术广场 简称l t 广场 德国西门子 s i e m e n s 公司展出的o p e nm a n u f a c t u r i n g e n v i r o n m e n t 开放制造环境 简称o m e 等 反映了数控机床加工向网络化方 向发展的趋势 3 模块化 柔性化 集成化方向的发展 模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化 根据不同的功能 需求 将基本模块 如c p u 存储器 位置伺服 p l c 输入输出接口 通讯等 模块 做成标准的系列化产品 通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减 构成不同档次的数控系统 柔性化包含两方面 数控系统本身的柔性 数控系统采用模块化设计 功能 覆盖面大 可裁剪性强 便于满足不同用户的需求 群控制系统的柔性 同一群 控系统能依据不同生产流程的要求 使物料流和信息流自动进行动态调整 从而 最大限度地发挥群控制系统的效能 集成化 采用高度集成化c p u r i s c 芯片和大规模可编程集成电路f p g a e p l d c p l d 以及专用集成电路a s i c 芯片 可提高数控系统的集成度和软硬件 运行速度 应用f p d 平板显示技术 可提高显示器性能 平板显示器具有科技含 量高 重量轻 体积小 功耗低 便于携带等优点 可实现超大尺寸显示 成为 和c r t 抗衡的新兴显示技术 是2 l 世纪显示技术的主流 应用先进封装和互连 技术 将半导体和表面安装技术融为一体 通过提高集成电路密度 减少互连长 度和数量来降低产品价格 改进性能 减小组件尺寸 提高系统的可靠性 4 复合化发展新趋势 随着产品外观曲线的复杂化致使模具加工技术不断升级 也就对数控系统提 出了新的需求 机床五轴加工 六轴加工已日益普及 机床加工的复合化已成为 不可避免的发展趋势 新日本工机的5 面加工机床采用复合主轴头 可实现4 个 垂直平面的加工和任意角度的加工 使得5 面加工和5 轴加工可在同一台机床上 实现 还可实现倾斜面和倒锥孔的加工 德国d m g 公司展出d m u v o u t i o n 系列 加工中心 可在一次装夹下完成5 面加工和5 轴联动加工 可由c n c 系统控制 或c a d c a m 直接或间接控制 1 6 17 1 1 2 课题研究的背景及意义 法兰是一种通用标准件 在石油 化工 城市建设 工业建设中应用量很大 目前 国内生产法兰的著名企业有河北徐水县长兴法兰制造有限公司 江阴风电 法兰制造有限公司 保定峰云法兰制造有限公司 上海管件法兰制造厂等 这些 5 法兰自动加 1 生产线加工程序的开发与研究 企业大都利用通用机床进行加工 采用通用数控机床虽然能够实现对多种类 多 规格法兰加工 但通用性太强而专用性不够 生产效率低 劳动强度大 设备功 能浪费较多 如它的精度加工能力 螺纹加工能力都用不上 成本高 自动化水 平低 也有的企业采用专用数控机床组成自动化加工生产线来实现全自动化加工 但是 法兰虽是标准件 但它的型号较多 每一种型号又有多种规格及尺寸 采 用专用数控机床进行加工 加工的法兰局限性较大 加工柔性较差1 1 8 j 因而 现 有的加工方式和手段还不能适应企业发展的需要 所以提高法兰的加工水平以及 自动化 柔性化程度是法兰生产企业的发展方向 考虑到法兰连接用途广 数量 大 种类多 为设计和使用方便及具有良好的互换性 国内外对常用的法兰制定 了相关标准 国内法兰标准采用的参考标准均为i s 0 7 0 0 5 m l d i n 法兰标准和 a n s ib 1 6 5 石化标准包括a n s ib 1 6 4 7 标准 机械工业标准采用的是苏联法兰标 准 但也属于欧洲法兰体系 因此各标准之间的替换性和标准法兰的互换性非常 明显 l9 1 随着法兰2 0 0 0 标准的推出 通过建立法兰数据库系统 一方面可以利 用计算机数据库系统的优势更加快速地实现法兰2 0 0 0 标准的数据查询 检索 更 重要的是利用法兰数据库系统实现法兰的辅助设计 制造和进一步的技术开发 而这次研制的全自动法兰加工生产线 它是由三台数控立式车床组成 每台车床 完成一部分工艺 数控车床之间的工件输送采用移动小车 机械手自动抓取工件 安装工件 每台数控车床的主轴变速 纵横向的进给及快速进退 刀具转位等加 工过程均由计算机控制 并且还很好的利用了当今计算机数据库管理系统技术 针对不同种类 不同型号的法兰零件建立了一些标准法兰信息数据库 这些数据 库包括法兰信息数据库 法兰工艺信息数据库 法兰n c 加工程序数据库等 这 样在法兰n c 加工过程中 可以利用计算机内的数控处理软件直接调用数据库中 法兰信息来进行加工 因此 这次开发的法兰专业化自动生产线 能够针对不同 种类的法兰 只要输入型号 规格 材料 相关尺寸等 就会以最佳的切削速度 进刀量等参数完成某种法兰的全自动加工 这样既具有数控机床的柔性 又具有 专用机床的高效和专一性 它将会极大地提高生产效率 大幅度降低劳动强度 降低成本 提高加工精度和加工设备的柔性化 1 3 课题研究的内容和方法 1 研究内容 本课题主要是做法兰自动加工生产线的程序部分 包含法兰的数控加工程序 和生产线的点位控制程序 p l c 程序 程序编写完成后和前面的法兰信息数据 库的链接 从而使得当用户输入法兰的相关信息后 在法兰信息库读取相关信息 的同时能够将数据库中的数据导出到指定文件中 从而供相应的p l c 点位控制程 序和数控加工程序应用 如图1 1 所示 6 兰州理下大学硕十学何论文 图1 1 法兰加工生产线程序控制简图 2 研究方法 1 利用成组技术对所有的法兰进行分类总结 分析每一类法兰的加工工艺 2 利用参数化编程 编写使用于所有法兰的开放式加工程序 3 根据数据库管理技术利用v i s u a lc 开发工具将法兰信息库中的数据导一 出 以供数控程序应用 4 利用p l c 技术编写法兰自动加工生产线的点位控制程序 1 4 本章小结 本章首先从数控技术的发展历史 国内外发展现状以及新的发展趋势等方面i 介绍了与课题相关的数控技术的概况 对相关的知识有一个总体把握 其次阐述 了本课题的产生以及研究的意义 最后指明了本论文的主要研究内容和研究方法 7 法兰自动加t 生产线加t 程序的开发与研究 第2 章法兰的结构和工艺分析 2 1 成组技术概述及应用 随着国民经济和生产技术的飞速发展 制造工业必须走向柔性化的这一 事实以及计算机集成制造系统 c i m s 将成为未来工厂自动化的典型模式已 是不容置疑的问题了 作为柔性制造技术的先导和基础的成组技术 g t 在 c i m s 方面的作用已经引起了产业界的注意 今天 计算机技术已与成组技 术密切结合起来了 成组技术已成为生产系统中从市场信息到产品出厂的全 部生产活动中进行信息科学管理的基础技术 有人甚至认为成组技术是人类 进行各种活动的科学哲理阻引 成组技术系统是按相似性原理 把生产制造过程中原来错综复杂的信息 进行相似性分析 并进行归纳 分类 以达到简化的目的 将生产流程进行 集成 形成一种可扩展的易于应用高技术的生产组织方式 将生产信息集成 把原来以一种产品为对象组织生产 发展成为多品种相似零件的批量生产 从而既增大了企业生产的柔性 又在生产管理上把多品种循环控制变为单一 相似零件的流程控制 成组技术系统着重企业内部生产制造过程的综合治 理 将产品设计 工艺计划 制造管理有效地贯穿起来 从而理顺整个生产 系统 经营计划 生产过程中工艺过程的编制传统上采用按零件单独编制的方法 因此 存在着缺乏科学性 工作重复性和工艺多样性等问题 缺乏科学性是指零件 工艺的编制常取决于个人的经验和学识 没有建立符合工厂实际条件的统一 的工艺原则和规定 工作重复性指的是由于新产品品种的急剧增加 工艺人 员任务繁重 即使功能 形状十分相似的零件 在不同的时期出现时都要为 之单独编制工艺过程及文件 不断进行重复性工作 工艺多样性指的是同类 零件由于编制工艺人员不同的背景和文化 可能编制出不同的工艺过程 这 些问题不仅降低了编制工艺规程的质量 增加了工作量 同时还使生产组织 8 兰州理工大学硕士学位论文 管理复杂化 增加了管理工作的困难 利用成组技术编制工艺可以使工厂当 前生产中属于同一工艺组的相似零件能按照成组工艺进行生产 可为传统工 艺过程编制中存在的问题找到一条正确的解决途径心引 本章利用成组技术原理 对法兰进行结构和工艺的分析 从中找出适合 所有法兰加工的工艺过程 进而编制出适合所有法兰加工的加工程序 减少 法兰生产加工中的不必要的工作量 提高效率 同时也使加工过程更容易实 现柔性化和自动化 2 2 法兰的结构和加工工艺分析 2 2 1 法兰简述 法兰 f l a n g e 又叫法兰盘或突缘 法兰是使管子与管子相互连接的零 件 连接于管端 法兰连接或法兰接头 是指由法兰 垫片及螺栓三者相互 连接作为一组组合密封结构的可折连接 管道法兰系指管道装置中配管用的 法兰 用在设备上系指设备的进出口法兰 法兰上有孔眼 螺栓使两法兰紧 连 法兰间用衬垫密封 法兰分螺纹连接 丝接 法兰和焊法兰 常见的法兰材质有 w c b 碳钢 l c b 低温碳钢 w c 9 2 2 5 铬 c 5 5 铬l 钼 cl2 9 铬1 钼 c f 8 m 3 16 不锈钢 c n 7 m 合金钢 m 3 5 一l 蒙乃尔 等 1 赢一 1 孵誊 图2 2 法兰 1 法兰生产标准 国标 g b t 91 12 2 0 0 0 g b 9l l3 1 2 0 0 0 g b 912 3 4 2 0 0 0 美标 a n s ib16 5c l a s sl5 0 3 0 0 6 0 0 9 0 0 15 0 0 2 5 0 0 w n s o 9 法兰自动加t 生产线加一i 程序的开发与研究 b l t h l j s w a n s ib 1 6 4 7 a n s ib 1 6 4 8 日标 j i s5 k l o k 16 k 2 0 k p l s o b l w n t h s w 德标 d i n 2 5 7 3 2 5 7 2 2 6 3l 2 5 7 6 2 6 3 2 2 6 3 3 2 5 4 3 2 6 3 4 2 5 4 5 p l s o w n b l t h 化工部标准 h g 5 0 1 0 5 2 h g 5 0 2 8 5 8 h g j 4 4 9 l h g j 6 5 9 1 h g 2 0 5 9 2 9 7 系列 h g 2 0 6 1 5 9 7 系列 机械部标准 j b 8 1 5 9 j b 8 6 5 9 j b t 7 9 9 4 j b t 8 6 9 4 j b t 7 4 1 9 9 4 压力容器标准 j b l l 5 7 8 2 j b l l 6 0 8 2 j b 4 7 0 0 2 0 0 0 j b 4 7 0 7 2 0 0 0 船标 g b 5 6 8 6 5 g b 5 6 9 6 5 g b 2 5 0 3 8 9 g b 2 5 0 6 8 9 g b t l0 7 4 5 8 9 g b 2 5 01 8 9 g b 2 5 0 2 8 9 2 结构型式 法兰按结构型式分 有整体法兰 活套法兰和螺纹法兰 常见的整体法 兰有平焊法兰及对焊法兰 平焊法兰的刚性较差 适用于压力p 4 m p a 的场 合 对焊法兰又称高颈法兰 有带颈平焊与带颈对焊之分 刚性较大 适用 于压力温度较高的场合 法兰密封面的型式有三种 平面型密封面 适用于 压力不高 介质无毒的场合 凹凸密封面 适用于压力稍高的场合 榫槽密 封面 适用于易燃 易爆 有毒介质及压力较高的场合心引 2 2 2 法兰工艺分析 法兰作为一种常见的零件 应用的范围较广 生产加工的数量也较多 要分析其加工工艺 首先要了解其结构 根据2 2 1 节中法兰结构形式的简 述可知 法兰型式主要按焊接型式和结合面型式特征划分 通过这两种特征 的结合可得出法兰的各种型式的法兰 下面根据不同类型的法兰的结构简单 的分析其相应的加工工艺路线 如图2 3 一图2 19 所示 图2 3 长颈对焊平面法兰 图2 3 为长颈对焊平面法兰的结构图 其相对应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 1 0 兰州理t 大学硕十学何论文 调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 面 第三步 再调头 6 面定位 夹 5 面 车7 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔 8 图2 4 长颈对焊凸面法兰 图2 4 为长颈对焊凸面法兰的结构图 其相对应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 第三步 再调头 6 面定 位 夹5 面 车9 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔lo 图2 5 长颈对焊凹 t 面法兰 图2 5 为长颈对焊凹 榫面法兰结构图 其对应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 车9 凹面 第三步 再 调头 6 面定位 夹5 面 车lo 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔l l 法兰自动加工生产线加工程序的开发与研究 图2 6 长颈对焊榫槽面法兰 图2 6 为长颈对焊榫槽面法兰的结构图 其相应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 车环槽9 第三步 再调 头 6 面定位 夹5 面 车l0 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面 定位 夹2 面 钻孔1 1 图2 7 长颈对焊环链接面法兰 图2 7 为长颈对焊环链接面法兰结构图 其相应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 央毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 车环槽9 第三步 再调 头 6 面定位 夹5 面 车l0 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面 定位 夹2 面 钻孔1 1 图2 8 带颈平焊平面法兰 1 2 兰州理t 大学硕 学位论文 图2 8 为带颈平焊平面法兰结构图 其相应的加工工艺为 第一步 用 毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车1 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件调 头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 面 第三步 再调头 6 面定位 夹5 面 车7 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔8 图2 9 带颈平焊凸面法兰 图2 9 为带颈平焊凸面法兰结构图 其相应的加工工艺为 第一步 用 毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件调 头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 第三步 再调头 6 面定位 夹5 面 车9 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔l0 图2 1 0 带颈平焊凹 榫面法兰 图2 1o 为带颈平焊凹 榫面法兰的结构图 其相应的加工工艺为 第一 步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将 工件调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 车9 凹面 第三步 再调头 6 面定位 夹5 面 车lo 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孑ll1 图2 11 为带颈平焊榫槽面法兰结构图 其相应的加工工艺为 第一步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车 调头 工件3 面定位 夹2 面 车 1 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将工件 5 6 7 8 面 车槽9 1 3 法兰自动加t 生产线加工程序的开发与研究 图2 1 1 带颈平焊榫槽面法兰 第三步 再调头 6 面定位 夹5 面 车l0 斜面 倒角 精镗孔4 最 后一步调头 3 面定位 夹2 面 钻孔1 1 图2 1 2 带颈平焊环链接面法兰 图2 12 为带颈平焊环链接面法兰的结构图 其相应的加工工艺为 第一 步 用毛坯6 面定位 夹毛坯5 面 车l 2 3 面 粗镗孔4 第二步 将 工件调头 工件3 面定位 夹2 面 车5 6 7 8 面 车环槽9 第三步 再调头 6 面定位 夹5 面 车l0 斜面 倒角 精镗孔4 最后一步调头 3 面定位