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文档简介

东北石油大学机

院杨松山展子|第1章制造业制造业是指对原材料(采掘业的产品和农产品)进行

加工或再加工,

以及对零部件装配工业的总称;制造业

般有消费品制造业、

轻工业品制造业和重

工业品型制造业、

民用产品制造业和军工产品制造

业以及传统制造业和现代制造业之分;工业化发达国家大约

1

/4的人口从事制造业,70

%~

80

%的物质财富来自于制造业。制造业在我国工业总产值中所占比重42.47%■制造业口其它57.53%1.1

穿

史材料、能源和信息是人类社会经济的三大重要支

柱。人类社会经济发展的历史,就是人类利用材

料、能源和信息进行物质生产的历史;材料、能源和信息领域的任何技术革命,

必然导

致生产方式的革命和生产力发展的飞跃。信息物质生产能源材料产

品1.2

传统制造业制造业创造了人类人与猿相分离,是由于人学会了双足行走和用手

制造并使用工具,这是人类进化的关键一步。随着狩猎和采集技术的改进,人们制造的工具日

趋精细,种类越来越多,出现了有组织的石料开

采和加工,形成了原始制造业。使用工具、制造工具,即原始的制造技术和生产

方式的改变引发了古猿进化的改辙,驱引他们用

脑思维,脑容量逐渐增大,经选择遗传而与猿类

分离,变成堂堂直立的人类。原始的工具制造是人类社会制造业的最早萌芽。制造业是产业革命的主力军第

次工业革命

从1765

年瓦特发明蒸汽

机算起已延续了2

4

7

年。这场波澜壮阔的工业革命使人类的生产和生活方式发生了不可逆转的

;第二次工业革命

电气化发生在19

世纪后

和20

世纪初;信息时代是以1948年美国贝尔实验室的巴丁

布拉顿和肖克利发明晶体管,1958年制成第一

台固体元件计算机为开端,晶体管的发明和微电子制造技术的飞速发展,开创了全新的计算机及信息时代。制造业发展史的启示

蒸汽机和电机的应用,延伸了人的体力劳动,催生了

工业革命,使人类社会通过工业化从农业社会发展到工

。以计算机为核心的现代信息技术的应用,则延伸了人的

脑力劳动,引发了新的工业革命,使人类社会通过信息

化从工业社会发展到信息社会,信息化是信息时代的工

。工业化

信息化农业社会

工业社会

信息社会

工业革命

新的工业革命年——蒸汽机的发明拉开工业化革命序幕;年发达国家进入工业化革命;年——晶体管发明;年——第一台数控机床;年——第一台固体元件计算机;年——第一块集成电路;年

——

ALGOL

计算

;年——大型电子计算机IBM360系列;年——互联网诞生;年——用大规模集成电路组成的微处理机;年一一个人计算机及PC

机;年一

网(

WWW)诞生;短

的40

年时间内,信息技术使我们的生活发生176519011948195219581959196019641969197119771989在短1.3

碑了

代。1.4制造业

发展

段第一阶段一—手工单件生产;

第二阶段一—机器单件生产;

第三阶段一—自动化生产线;

第四阶段一—现代集成制造。□

(

1

)用手工劳动或运用简单的生产工具从事生产活动

。包括完全用手工或使用手工工具进行的生产,

利用人力或畜力从事运输或装卸工作,凭眼力或

各种手工量具进行检查检验活动等。手工生产是工业生产的最初形式,

开始从属于农

,习称家庭手工业,逐步发展成为协作生产的

手工业作坊和工场手工业。□单件生产(第2阶段)单件生产是指产品品种多,而每

种产品的结构、尺寸不

同,且产量很少,各个工作地点的加工对象经常改变,且

很少重复的生产类型。单件生产的特点1、

产品品种繁多,而每

种产品的产量仅

台(件)或

(

)

。2、

大部分产品

次生产就不再重复生产,有的虽会重复

生产,但是没有固定的重复期。3、

生产稳定性差,工艺化程度低,大多数工作地要承担

很多道工序。□

自动化生产线(第3阶段)自动化生产线是产品生产过程所经过的路线,

即从原料进入生产现场开始;经过加工、运送、装配、检验对象原则殖织起来的,完成产露工艺过程的一种生产时

P

日——

-..动

或种

工往

)

,

。种

,,

对生

广

。)

所需

《象

行要

的零

同各

部工巨FYFY部

暴动件种种对、比

产负相

码码责

同自(□

现代集成制造(第4阶段)柔

性制

(FMS)(FlexibleManufacture

System),是一组数控机床和其他自动化的工艺设备,由计算机信息控制系统和物料自动流

化】元

动Bo性制造技术是集自动化技术、信息技术和制作加工技术于性制造技术是集自动化技术、信息技术和制作加工技术于体,把以往工厂企业中相互孤立的工程设计、制造、经营

,企

算有机机

其统

件所

数“

库性的

,活

(

品V

茎产置的性能参数可迅速改委并及时投文生产

可迅速而泵黎批安全序用新技术录假对更应、采最件伴和供度商的需也

法233、

时H

能R&

小N

迅11C即

灵持下柔据谓和系及业

的在计整过覆理储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信、三个子系统组成,在加工

自动化的基础上实现物料流和信

drl

-

1

E

R

F亡

t息

管个西I计n

e

r

t成ed制

fac(

ipr

Systems)CIMS

通过计算机硬软件综合

运用现代管理技术

、系

术将企业生产的全部过程中有关的人、技术、经营管理

三要素及其信息与物流有机集成并优化运行的复杂的

大系统。gteuromuSanCIM第2

术2.1

成组

理2.2

零件

统2.3

零件的分组方法2.4

成组技

益2.1

成组技术的基本原理(1)成组技术的基本概念>

传统小批量生产方式的缺点产量小,生产周期长,

限制了先进技术的采

用,生产效率低生产准备工作量大生产计划、组织管理复杂化>

零件的相似性原理和成组技术的诞生大量统计资料表明,机械产品中相似件占70%

(结构形状和加工工艺等相似)成组技术正是研究和利用了有关事物的相似性

,将企业的各种产品、部件和零件,按一定的

相似性准则分类编组,并以这些组为基础,组

织生产环节,实现多品种、

中小批量生产的产

品设计、制造、管理的合理化U(1.2.7)1~8:

号特

(1,2,3,7)(1,2,3,4,5.7.8)(1,2.6,7,8)>

质复杂而多样的事物或信息中,有许多问题具有相似性,把相似问题分组,就能使复杂问题简

化,从而找出解决这一组问题的同一方法或答

案,并节省时间和精力U实质:按零件的形状、尺寸、制造工艺的相似性

(

)

,

工艺批量,

以便采用高效率的工艺方法和设备

,使中小批量生产也能获得类似大批量流水生

产的经济效益。成组技术成了CAD、CAPP、CAM、FMS等的技术基础(MIore

tu

learn>

成组技术能对同类问题给出统一的标准解决办

;>

避免产生解决同类问题方法的不统一与不必要

的多样化;>

重复利用解决同类问题已有的信息与资源

正因为成组技术具有这些特点,所以它可以:■

简化生产技术准备工作,加快新产品的开

发和上市速度■

有效扩大批量,

以利经济合理地采用先进

制造技术·可以方便地组织专业化生产上世纪50年代,前苏联学者Mitrofanov

先提出成组技术原理,然后迅即在东欧(捷克等

国)得到推广应用及至上世纪60年代,在西欧(德、法、英等

)

日本传播应用美国则在上世纪80年代才接受GTGT

经历了:成

的发展过程2.2零件分

统(

1

)

念分类——把事物划分成不同组的过程编码——对不同组的事物给予不同的代码零件分类编码——抽象地反映零件名称、功能、结

构、形状、工艺特性、精度等信息的代码(符号)

编码法则——对代码代表的意义所作出的明确规定

和说明(2)

理成组技术的编码,必须充分反映机械零件的各种

特征,这些特征包括:零件的结构和形状、各组

成表面的类别及配置关系、零件材料及热处理、

几何尺寸、加工精度和表面质量代码必须能唯一地区分产品零件族(U对零件分类编码系统的要求:充分、全面、准确地描述零件信息系统逻辑层次分明,结构合理容易被计算机理解和处理考虑与CAD、CAM的链接和企业的应用要求易于被工程人员理解,

易于编程(

3

)

例■

VU

OS0分类编码系统原捷克斯洛伐克金属切削机床研究所为机

床行业制订的一个系统。●

结构属于10进制4位码。类回

件轴线上有有

齿

键轴线上有无孔盲孔通孔无孔通孔01234D

max(L/D)max级O<40<111~62>6341~80<1451~4>4681~200<37>80>38>200<3其它>30VUoSO分类编码系

统型组123光滑或台阶圆柱齿有花键非金属1轴线上有螺纹其它铸

件灰铸铁2轴线外有孔國锥齿有花键球铁或铸钢3有槽或平面其它有色金属41+2蜗轮有花键各种型板线材和锻件普通探钢51+3其它优质和合金钢渗炭钢62+3多联齿有花键淬硬钢71+2+3其它热处理钢锥面其它有花键其它合金钢异形其它有色金属VUOSO

(

)系统的基本特点●

类:

。它

工艺过程和主要表面的加工。●级

数(D

与L/D)进一

描述了零件的几何形状,

同时也确定了零件的安装

方法和所应选用的机床。●

型:描述次要的结构要素。

它们是依附于主要轮廓

形状上。

因此,

它们必须在主要轮廓形状经过粗或

半精加工后方可加工。

轴线上有螺纹:轴线外有孔分

释VUOSO光滑或台阶②90

40

Cr分类编码结果4

6

O][6M18图

2

-

2

4

5分类编码结果0

[1

7

5图

2

-

3

齿

轮50

材料

:QT400-17图2-1

轴承端盖零件分类编码的图例分类编码结果0175导(

4

)

型●

层次式(又称单元码):每一代码的含义都

由前一级代码限定(各分支都必须定义)●

链式(矩阵式)(又称多元码):码位上每

个数字都代表不同的信息,

与前面的码位无关●混合

(

):综

混合式代码的长处(5)零件的编码系统常用的分类编码系统有如下两种:●

(

Opitz

)

分类

统德国亚琛工业大学的H-奥匹兹教授领导研制成功基本结构奥匹兹代码采用混合式代码结构;

由9位代

码组成,前5位为几何码(又称主码)

,

别代表零件的种类、基本形状、

回转表面加

工、平面加工、辅助孔、轮齿、型面加工;

后4位为辅助码,分别代表主要尺寸(直径

或边长)、材料类型、毛坯形状、加工精度

;每一个码位有10个特征码.第2位数字

外表面形状外表面形状主要形状主要形状主要形状主要形状第4位数字平面加工平面加工平面加工平面加工第3位数字

内回转表面加工内部形状L/D>3L/D<2有异形L/D>2有异形特殊的A/B<3

A/C>4A/B>3A/B

≤3

A/C<4特殊的第5位数字辅助孔及

齿形加工01234567896

789位位、位位毛坯形状

料回

件辅助孔及

齿形加工辅助孔及

齿形加工内外表面形状形

码非回转体零件第1位数字加工精度尺

寸辅助代码零件分类L/D<0.5主要孔JLBM-1分类编码系统●

这是“机械工业成组技术零件分类编码系统”

的汉语拼音缩写1985年由我国机械电子工业部设计研究总院负

责制订采用混合式代码结构;

由15位代码组成,第

1、2位代码代表零件名称类别;第3~9位是

形状与加工码(为主码);第10~15位代码

为辅助码,分别代表材料、毛坯原始形状、

热处理、主要尺寸、加工精度;每一个码位

有10个特征码第

2

位第

1位O1294G6780O类

件轮

2-

分防

鑫法

盘静

轮手

手再

体分

盘刻

环滚

轮活

鑫基它01不委垫

圈、

片环

套村

委轴

委外

套直

头法

委平

节由C工工接它12销

之销、

堵短

J

栏杆螺

杆级

金车丁网本千网

芯活

杆短轴长

轴妈

杆丝

杠手

把于

相操纵杆接它23轮

类I

柱外

边轮A

在内

轮锥

轮仑链

轮束

轮螺

旋性

r

轮复

轮陶

杂其它34形件异

开盘套套钟

头偏心

件小

件号

件文

头叉

轴凸

轮轮

轴网

体其它4-

5专

件共它56书

回类零

仲杆杂

类杆

续杠

杆本开连

杆排

杆拉

杆扳

手键健

(

)聚均

条按

叉共它67板块类板

块防

板应

板支

板垫

极压

板连

极定位挑棘

爪学

、板甜

板网

抉分

器凸

轮极共色78座

类轴

座支

座弯

椒底

座机支

杂共它89箱

类理、

充缝容

暑夹

林植

体立

柱机

身工

台其它9名称类5对

F车

<第1

—2位)车专回码位三四五六七八九特征项

号外

工内

工平

工辅助加工(非同轴线孔、成形、刻线)基

状功

素基

状功

素外

(端)面内

面0单

钱光

滑0无0无轴线孔0无0无0无0无1单向台阶1环

槽1非加工孔1环

植1单一平面不等分平面1单一平面不等分平面1均

布孔轴

向2双向台阶2螺

纹2通

孔光

滑单向台阶2螺纹2平行平面等分平面2平行平面等分平面2径

向3球、曲面31

+23双向台阶31

+23被、键枝3棺、键植3非均布孔轴

向4正多边形4锥

面4盲

孔单

侧4锥

面4花

键4花

键4径

向5非圆对称截面51+45双

侧51+45齿

形5齿

形5倾

孔6弓、扇形或4、5

外62

+46球、曲面62

+462

+563

+56各种孔组合7多轴线平行轴线71+2

+47深

孔71+2+473

+

5

或4

+574

+57成

形8弯

轴相

交线8传动螺纹8

孔8传动螺纹8曲

面8曲

面8机械刻线9其

它9其

它9其

它9其

它9其

它9其

它9其

它回

件分

表(第3~9位)奢相平代

码十十一十二项

目材

料毛坯

状热

理0灰铸铁棒

材无1特殊铸铁冷

材发

兰2普通碳钢管材(异形管)退火、正火及时效3优质碳钢型

材调

质4合

钢板

材淬

火5铜和铜合金铸

件高、中、工频淬火6铝和铝合金锻

件渗

+

4

57其它有色金属及其合金铆

件氮化处理8非

属铸塑成型件电

镀9其

它其

它其

它材料、毛坯、热处理分类表(第10~12位)十

三十四十

五项

目主要

尺寸项

目精

民直

(

D

B

)

/

m

m长

度(

L

A

)

/

m

m大

型中

型小

型大

型中

型小

型0≤≤14≤8≤3≤50≤18≤100低精

度1>14~20>8~1441>3~6>50~120>18~30>10~161中等精度外

回转

工2>20~58>14~20>6~10>120~250>30~50>16~252平面加工3>58~90>20~30>10~18>250~500>50~120>25~4031

+24>90~160>30~58>18~30>500~800>120~250>40~604高

度外

工5>160~400>58~90>30~45>800~1250>250~500>60~855内

工6>400~630>90~160>45~65>1250~2000>500~800>85~12064

+57>630~1000>160~440>65~90>2000~3150>800~1250>120~1607平面加工8>1000

1600>440~630>90~120>3150~5000>i250~2000;>160~20084

5或

6

29>1600>630>120>5000>2000>2009超高精度主要尺寸、精度分类表(第13~14位)内名称类别粗分:回转体类、轮盘类名称类别细分:法兰盘外部基本形状:单向台阶外部功能要素:无内部基本形状;双向台阶通孔内部功能要素:有环槽外平面与端面。单一平面内平面;无非同输线孔:均布轴向孔材料:普通钢毛坯原始形状:锻件热处理:无主要尺寸(直径):D>160~400mm主要尺寸(长度);L>50~120mm1精度:内外图与平面9P○HM①○Ho>

:减少现有零件工艺过程的多样性扩大零件的工艺批量提高工艺设计的质量依

:根据零件的结构特征和工艺特征的相似性2.3零件

的分

法2.3.1

编码分组法(1)方法:●

视检法:由有经验的工艺师根据零件图样或实际

零件及其制造过程,

直观地凭经验判断零件的相

似性,对零件进行分类成组;·

生产流程分析法:

按工艺特征相似性分类,先根

据零件的工艺路线卡列出工艺路线表,再对生产

流程进行分析、

归纳、整理·

编码分类法:

采用特征码位法和码域法,扩大工艺批量;代码码B80XXXXX1XXXXX2XXXXX3XXXXX4XXXXX5XXXXX6X区XXX7XXXXX8XXXXX900XXX0OXX·

特征码位法:

在分类编码系统的各码位中,选

取一些特征较强、对划分零件族影响较大的码

位作为零件分组的主要依据,而其余码位则予以

mb043063072041003070047023072IⅡⅢIV0123456789码域法:

对特征码位上的数据规定某一范围,

而不是要求特征码位上的数据完全相同。(2)制订成组工艺过程>

复合零件法(又称为主样

件法

)

:

族中的复合零件来设计工艺规程的方法;复合零件即拥有同组零件的全部特征加工表

面要素的一个零件。MIore

to

learn0136--X0106e-C9-0=k0(3)成组生产的组织形式>

机把一组工序相同或相似的零件族集中在一

台机

床上加工特

点:针对从毛坯到成品多数工序可以在同一

类型的设备上完成的工件;也可以只完成其中

某几道工序功用:成组技术的最初形式,是成组技术发展的基础;减少机床调整时间,有一定经济效果>

成组生产单元指

,由相应的

组机床完成,该组机床即构成车间

个封闭生产单元特点:把几种类型机床组成

个封闭的生产系统;

完成

组或几组相似零件的全部工艺过程;有

的独立性,并有明确的职责功用:设备利用率高;缩短了生产周期;简化了生

产管理机群制的平面布置GT

生产单元C

WR

PR■

属于流水型生产。零件的加工按工艺流程进行。■

在制品的数量可以显著减少。这时可按运输批量转移。■

零件的运输距离缩短,在制时间缩短,因此生产周期短。■

可实现一专多能的多机床看管,有利于提高生产效率。■

生产单元可实现生产任务的承包制,便于管理。■

是现代先进制造模式—柔性制造系统的雏形。>

复合路线法:

以组内最复杂零件的工艺路线

为基础,添不组内其它零件需要的工序,最

终形成满足全组零件要求的成组工艺Mloretulearn本

图工

线A—AAAX1-X2-Z-XB—BBB选作代表路线;X1-C-Z-XC

-CCCX1-C-ZD

DtDlDX1-X2-Z本

性的

线在

线中

缺的

X

2

序X1-X2-C-Z-X2.4成组技术

的应用及其经济效益(1)设计检索;(

2

)

程(3)成

具(4

)

在CAPP

用(5)

以零件族为基础编制生产计划和生产

作业计划。3.CAPP

理计算机辅助工艺过程设计系统按其工作原理主要可以

分为3种型式,

检索式、派生式和创

式。这3种型

式的基础分别是零件工艺的3种类型:标准工艺、典型

工艺、

生成工艺。本章将主要介绍派生式和创成式2种系统。(1)标准工艺生产中有不少较简单的零件,

其工艺是相对固定的,

长时间没有变化,这样就形成了标准工艺。标准工艺经整理后以代号表示,

用时只要标明其工艺代号即可进行生产准备和制造。标准工艺可减轻工艺人员的重复劳动,

提高效率。在计算机辅助工艺过程设计时,利用检索式系统即可查出相应工艺。(2)典型工艺机械零件种类多,数量大,但可利用成组技术将其分组、

分类,形成零件族或零件组。

同一零件族的零件工艺过程

虽有差异,

但基本上是类似的。

因此对每个零件族可以设

计出

个代表零件及其工艺,称为典型工艺

个零件

根据其分类编码号,首先查出属于那个零件族,再找出该

零件族的典型工艺,

然后根据这个零件的具体结构对典型

工艺进行修订,最后即得到该零件的加工工艺过程。在计算机辅助工艺过程设计中,可利用派生式系统,利用

计算机输入零件成组技术代码,

判别属于哪个零件族,检

索其典型工艺,根据零件结构进行修改,

最后输出成形的

工艺过程文件。(3)生成工艺有些零件的工艺既不属于标准工艺,又不属于典型工艺,

可直接利用计算机的工艺决策系统生成工艺。

它既不像标

准工艺可查询,也不像典型工艺可以参考。生成工艺包含某类零件的全部。计算机辅助工艺过程设计

中的创成式系统工作复杂;

效率低。

目前创成法原理尚不

完善,大部分系统只能叫“半创成式”系统。3.1

CAPP的零件信息描述与输入零件信息输入是计算机辅助工艺过程设计的第一步。零件信

息的描述则是计算机辅助工艺过程设计的关键。(1)零件信息描述在计算机辅助工艺过程设计中,零件信息应包括2个方面:

是几何信息,

即零件的几何形状、尺寸、表面间相互位置

等;二是工艺信息,

指零件材料、

毛坯、加工精度、

热处理

等及相应的技术要求。零件信息描述方法很多,从描述零件的组成结构来看,有分

类法、型面法、形体法等;从所用描述工具来看,有编码描述、语言描述、

数学描述等。在同一个零件的信息描述中可用多种描述方法。(2)零件信息输入1)人机交互式信息输入计算机能够准确无误地接受零件的信息并能描述、检索、

存储和处理这些信息。通过手工或人机对话方式,将零件

的信息完整地输入到计算机中。2)从CAD系统中提取零件信息零件信息描述在计算机集成制造系统和并行工程中,需遵

守统一的数据交换标准(STEP)和产品数据管理(PDM)等规

定,数据格式和管理应统一

。在实现了CAD/CAPP/CAM一体

化的情况下,可以利用中间接口或其它传输方式,将零件

的设计信息直接从CAD系统数据库中提取出来,

用到零件

工艺过程设计中去,

而不必通过零件信息描述模块。3.2派生

式CAPP

系统派

生式又

件相似性原理进行设计。如果零件的结构形状相似,则其工艺也有相似性。对于每个零件族,

可以通过生产实践和工作经验制订出

个典型工艺。

当设计

个新零件的工艺时,

通过检索相似零件的典型工艺,

经过编辑和修改而派生出一个该零件的工艺过程。零件工艺规程生成过程如下:①对设计零件按所选分类编码系统进行编码,

完成对零件的描述;②利用输入模块输入零件的信息;③检索及判断新零件是否属于某零件族,

如属于则调

出;④调出该零件族的典型工艺过程,

包括工艺路线和各工序内容;⑤根据输入的零件信息,对典型工艺进行修改和编辑,

生成零件的工艺规程;⑥对设计结果进行存储或输出。3.3创成式CAPP

系统创成式又叫生成式。

它与派生式不同,

不以对典型工

艺的检索和修改为基础。

它是根据输入的或者是直接

从CAD系统获得的零件信息,

依靠系统中的工艺数据

和决策方式自动生成零件的工艺过程的系统。根据具体零件,

系统能自动产生零件加工所需的各个

工序和加工顺序,

自动提取制造知识,

自动完成机床

选择、工夹量具选择和加工过程最优化;通过应用工

艺决策逻辑,可以模拟工艺设计人员的决策过程。1.工艺决策工艺设计是一项复杂的多层次、

多任务的决策过程。工艺过程设计中的决策方式有多种型式,介绍3类决策方式,即数学模

型(公式计算)决策、逻辑(推理)决策和智能思维(创造)决策。(1)数学模型决策这种决策是以建立数学模型并求

温馨提示

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