数字化制造技术.ppt
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数字化制造技术,徐雷May2012,主要内容,数字化制造技术概述计算机辅助工艺规划技术成组技术数控加工技术概述数控编程技术数控高速切削加工技术,数字化制造技术概述,概念:
基于产品数字化设计的制造。
以控制为中心的制造,以数字化方法实现加工过程物料、设备、人员及生产组织等信息的存储和控制。
是基于数字化管理的制造。
核心技术计算机辅助工艺规划(CAPP)成组技术数控编程与加工技术,CAPP技术,概念:
利用计算机来制定零件加工工艺的方法和过程。
它是通过向计算机输入被加工零件的几何信息、工艺信息、加工条件和加工要求等,由计算机自动输出经过优化的工艺路线和工序内容等。
CAPP的内涵狭义CAPP:
利用计算机辅助工艺规划的过程广义CAPP:
在数字化设计和制造集成系统中,利用计算机实现生产计划的最优化及作业过程的最优化,从而构成产品制造过程、制造资源计划和企业资源计划的重要组成部分。
CAPP技术,主要研究内容检索标准工艺文件选择加工方法安排加工路线选择机床、刀具、量具、夹具等选择装夹方式和装夹表面优化选择切削用量计算加工时间和加工费用确定工序尺寸和公差及选择毛坯绘制工序图及编写工序卡,CAPP技术,CAPP应具备的功能产品的工艺设计:
过程卡和工序卡,工序图工艺管理:
工艺路线设计,材料定额汇总资源利用:
根据具体情况选择资料及使用模式工艺汇总:
与工艺规程中的数据相关工艺设计管理:
工艺设计各子项管理流程控制和管理:
设计、审核、批准、会签工艺设计后处理:
对定型产品的工艺进行分类归档标准工艺:
典型工艺作为相似零件和工艺的参考和模板,CAPP技术,CAPP系统模块控制模块:
协调各模块,实现人机交互+控制零件信息获取方式零件信息获取/输入模块工艺过程设计模块:
加工工艺流程的决策工序决策模块:
工序间尺寸进行计算工步决策模块:
提供形成NC加工控制指令所需要的刀位源文件数控加工指令生成模块:
生成NC输出模块:
编辑和输出工艺流程卡、工序卡、工步卡、工序图及其他文档加工过程动态仿真:
验证工艺的正确性,CAPP技术,CAPP系统类型交互式:
人机交互方法,工艺人员按照CAPP系统提示,确定每一步的工艺,最后生成工艺文件。
派生式:
建立在成组技术的基础上,利用零件的相似性,即相似零件具有相似的工艺规程。
科学合理的编码系统和零件信息输入系统标准工艺规程的存储、检索、编辑、修改和输出,CAPP技术,CAPP系统类型创成式:
不需要样板工艺文件,新零件工艺规程的产生模拟工艺设计人员的决策过程。
在输入零件的全面信息后,根据工艺数据库的信息,在没有人工干涉的情况,运用决策逻辑和规则自动生成。
决策树基于知识的决策基于规则的推理基于框架的推理控制,创成式CAPP的工艺决策,决策树,创成式CAPP的工艺决策,决策树有如下优点:
决策树容易建立和维护,可以直观、准确、紧凑地表达复杂的逻辑关系,而且决策表可以转换成决策树。
决策树便于程序实现,其结构与软件设计的流程图很相似。
决策树是表示“IFTHEN”类型的决策逻辑的很自然的方法。
条件(IF)可放在树的分支上,而预定的动作(THEN)则放在结点上,因此很容易转换成计算机程序。
决策树便于扩充和修改,适合于工艺过程设计。
另外,选择形状特征的加工方法,选择机床、刀具、夹具、量具以及切削用量等都可以用决策树。
CAPP技术,CAPP系统类型混合式:
采用派生加决策逻辑的过程,通过查询以确定新零件所属零件族的样板工艺,并加以修改,完成工艺设计,再运用决策逻辑与规则进行工序设计基于知识的CAPP系统:
利用推理+知识的原理自动生成新零件的工艺规程。
基于知识的工艺决策方法,零件信息输入模块推理机知识库根据输入的零件信息去频繁地访问知识库,并通过推理机中的控制策略,从知识库中搜索能够处理零件当前状态的规则,然后执行这条规则,并把每次执行规则得到的结论部分按照先后次序记录下来,直到零件加工到终结状态,这个记录就是零件加工所要求的工艺规程。
CAPP系统中的工序设计,机械加工工艺规程的核心内容便是工序设计。
一般,制定的工艺规程是用表格的形式来表达,称为工艺卡片。
常用的工艺卡片有:
工艺过程卡(又称为工艺路线卡)工艺过程卡用于表示零件机械加工的全貌和大致加工流程,它只反映工序序号、工序名称和各工序的概要内容以及完成该道工序的车间(或工段)、设备,有的还可能标出工序时间工序卡。
表示每一道加工工序的情况,内容比较详细。
CAPP系统中的工序设计,工序设计包括以下内容:
工序内容的决策。
它包括每道工序中工步内容的确定,即每道工序所包含的装夹、工位、工步的安排,加工机床的选择,工艺装备(包括夹具,刀具、量具、辅具等)的选择等。
工艺尺寸确定。
其内容包括加工余量的选择、工序尺寸的计算及公差的确定等。
工序尺寸是生成工序图与NC程序的重要依据,一般采用反推法来实现。
工艺参数决策。
工艺参数主要指切削参数或切削用量,一般指切削速度(v),进给量(f)和切削深度(ap)。
工时定额计算。
工时定额是衡量劳动生产率及计算加工费用(零件成本)的重要根据。
在CAPP中,一般采用查表法和数学模型法计算。
工序卡的输出。
形式作出统一明确的规定。
还应经过一定的认定修改过程。
图5.13工艺资源数据模型,CAPP与企业信息集成,CAPP与企业信息系统各模块之间的信息流从CAD系统中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息,向CAD系统反馈产品的结构工艺性评价向CAM提供零件加工所需设备、工装、切削参数化、装夹参数化以及反映零件切削过程的刀具轨迹文件,接收CAM反馈的工艺修改意见向工装设计系统提供工艺规划文件和工装设计任务书向MAS提供工艺规程文件和夹具、刀具信息,接收反馈回来的刀具使用报告和工艺修改意见向QAS提供工序、设备、工装等工艺数据,生成质量控制计划和质量检测规程,接收反馈的控制数据,修改工艺规程MIS、MRPII、ERP提供工艺路线、设备、工装、工时、材料定额等信息,接收技术准备计划、原材料库存、刀夹量具状况、设备变更等。
成组技术,原理:
认识和利用客观存在的有关事物的相似性,研究如果将生产活动中相似的问题归类成组,寻求解决一组问题的相对统一的最优方案。
制造业中的成组技术:
将品种众多的零件按照工艺的相似行分类形成为数不多的零件族,再把同一族中分散的小生产量汇集成较大的成组生产量。
成组技术,零件编码分类零件特征:
尺寸信息、加工面的特征信息、非加工面的特征信息将设计制造信息转译为代码,根据代码对零件分类。
Opitz编码系统。
德国。
十进制9位代码组成6789ABCD第一位:
零件类别识别码二-五位:
为形状和加工码,用以描述零件的基本设计特征后四位:
增补码,用来描述零件的制造特征信息(尺寸、材料、毛坯形状和精度ABCD:
用以识别生产类型和顺序,由应用者安排,成组技术,KK-3编码系统。
日本。
十进制21位代码组成前两位:
名称代码3、4位:
材料代码5、6位:
尺寸代码(长度加直径)7:
外轮廓形状和尺寸比代码8-20位:
各部形状和加工代码21:
精度代码,JLBM-1编码系统。
我国。
十进制15位代码组成前两位:
零件类别码3-9位:
形状及加工码10-15位:
辅助码(材料、毛坯、主要尺寸、热处理、精度),成组技术,成组技术的应用产品设计:
将设计信息进行分类和标准化,利用产品所具有的继承性,使设计信息最大程度地重用。
制造工艺。
以零件的结构形状特点、工艺过程和加工方法的相似性为原则,以成组技术指导的工艺设计合理化和标准化为基础,设计成组工艺过程、成组工序和成组夹具生产管理。
信息分类成组,使之规格化、标准化,是生产系统公用数据库结构合理。
数控加工技术概述,基本概念数控:
数字化信息对机床运动及其加工过程进行控制数据机床:
国际信息处理联盟“装有程序控制系统的机床,该系统能根据一定逻辑处理具有特定代码或其他符号编码指令所规定的程序”数控系统:
能自动阅读输入载体上给定的程序,并对程序进行编译,控制机床的运动,完成零件的加工过程数控加工:
根据零件图样及工艺要求等原始条件编制零件数控加工程序,并输入数控系统,控制刀具与工件的相对运动数控程序:
输入数控机床,执行一个确定加工任务的一系列指令的集合。
数控加工技术概述,数控加工零件的基本步骤根据被加工零件的几何信息和工艺特征,按规定的代码和程序格式编写数控程序根据数控程序,制作相应的控制介质将控制介质上的数控加工程序输入到控制系统中数控系统根据输入信号,进行运算和控制处理,并将处理结果以脉冲信号的形式送往机床的伺服系统,驱动机床的运动部件,按规定的加工顺序、速度和进给量进行加工,加工出合格的零件。
数控机床的组成及分类,数控机床的组成控制介质:
存储零件加工过程中所需要的全部数据和指令。
数控系统:
完成数控程序输入、程序信息处理和伺服系统驱动等。
根据运算结果控制脉冲信号的输出/输入装置的启动和停止、机床主轴的变速或换向、工件夹紧松开、工作台转位等。
伺服系统:
接收数控系统经插补输出的位移、位置等信息,经功率放大后驱动机床移动部件实现精确定位或按照规定的轨迹和速度运动。
机床本体:
刚度,热变形,传动部件,功能部件,全封闭。
数控机床的组成及分类,数控机床的分类点位控制数控机床:
轨迹无要求,移动过程中不加工。
数控钻(冲)床,数控坐标镗床。
点位直线控制数控机床:
控制两点之间的速度和轨迹。
运动轨迹平行于机床各坐标轴的直线或斜线。
数控车床、铣床、磨床。
轮廓控制数控机床。
能够对两个或两个以上的坐标轴进行连续关联控制。
能精确控制整个加工运动轨迹,包括每一点的速度和位移量,以满足零件轮廓表面的加工要求。
数控机床的组成及分类,数控机床的分类两轴联动:
同时控制X、Y、Z三轴中的两轴,可加工曲线柱面。
两轴半:
第三轴做周期进给,可以加工三维空间曲面。
三轴联动:
同时控制三轴联动,或两轴+一旋转轴,做三维立体加工。
数控机床的组成及分类,数控机床的分类四轴联动:
同时控制三轴,再加上一个旋转轴。
五轴联动:
同时控制三轴,加上两个旋转轴。
数控机床的应用,多品种、小批量生产的零件或新零件的试加工。
轮廓形状复杂、加工精度要求较高采用普通机床加工,工艺装备昂贵需要多次改型的零件加工周期要求短的零件,数控编程技术,数控机床的坐标系统机床坐标系坐标轴及其运动方向数控机床中的坐标基准点绝对坐标与相对坐标工件坐标系零点偏置,数控机床的坐标系统,机床坐标系为了确定机床运动部件的运动方向、移动距离,在机床上建立的坐标系。
标准的数控机床坐标系采用右手直角笛卡尔坐标系。
图6.4笛卡尔直角坐标系,数控机床的坐标系统,坐标轴及其运动方向:
数控程序编写时,统一定义为刀具相对于静止的工件运动。
Z:
与主轴平行的坐标轴。
正向为增大工件与刀具的距离。
多主轴,垂直与工件装夹面。
X:
水平的、平行于工件装夹面的坐标轴,平行于主要的切削方向。
正向增大工件与刀具的距离。
工件旋转:
径向。
横滑座上的刀具,离开工件旋转中心的方向。
Y:
垂直于X、Z坐标。
A、B、C附加坐标:
U、V、W,P、Q、R,D、E,数控机床中的坐标系统,数控机床中的坐标基准点机床原点:
机床上设置的一个固定点,即机床坐标系的原点,在机床装配、调试时已确定,是数控机床加工运动的基准参考点。
机床参考点:
机械原点,指机床运动部件在各自的正向退至极限的一个固定点,有限位开关精密定位。
加工中心的参考点一般为机床的自动换刀位置。
工件原点:
编程原点,是工件坐标系的原点。
一般将工件图样上的设计基准作为工件原点。
工件安装在工作台上时,工件原点与机床原点之间的位置尺寸通过对刀操作来确定。
数控机床中的坐标系统,数控机床中的坐标基准点对刀点和换刀点:
为了确定工件原点在机床坐标系中的数值,必须进行对刀。
对刀点就是用来对刀的一个辅助点,可以设在工件上,也可以设在夹具上,但与工件定位基准之间需要一定的坐标关系。
对刀方法:
对刀杆。
换刀点:
加工中心。
程序原点:
起刀点,是指刀具起始运动的刀位点,即程序开始执行时的刀位点。
数控机床中的坐标系统,数控机床中的坐标系统,绝对坐标与相对坐标绝对坐标:
若刀具(或机床)运动轨迹的坐标值均是相对于某固定坐标原点。
相对坐标:
增量坐标工件坐标系工件坐标系需要与机床坐标系建立坐标关系。
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