计算机辅助工艺设计

1. 计算机辅助工艺设计 第九章 计算机辅助工程设计技术和现代制造技术 特种加工技术

2. 一、成组技术及其在工艺中的应用 计算机辅助工艺设计 • 1．现代机械工业的基本任务和特点 • 基本任务 • 充分利用现代科学技术最新成就，按照高效、优质、低成本的要求，不断生产出各种节能省料的新产品

3. 基本特点 • 从历来单一品种的生产方式向多品种生产方式转化，从而使得多品种生产在机械工业的生产结构中占有绝对优势的比重 • 现代生产技术和制造过程必须拥有较高的自动化水平和灵活应变的能力，即实现生产技术和制造过程的柔性化

4. 2．生产系统和制造系统 • 生产系统 • 将机械制造的全过程及其组成部分看成一个整体，用系统的观点来分析和研究，对机械制造过程实行最有效的管理和控制，以期取得最佳经济效果的技术和管理系统 • 生产活动的三个阶段： • 决策阶段 • 研究和开发阶段 • 产品制造阶段

5. 生产过程的载体 • 物质流：以生产对象、机床设备、工艺装备为中心 • 信息流：以生产管理和信息处理等管理技术为中心 • 能量流：以保证生产正常运行的能源等为中心 • 制造系统 • 直接将输入的原材料或毛坯加工成成品的系统 • 由机械设备、工具、各种制造过程组成

6. 3．中、小批量生产的几种模式 • 传统的制造模式： 即用通用机床或专用工艺装备进行生产，产品质量和生产效率依赖于工艺装备和工人的技术水平

7. 现代的制造模式：即计算机参与整个机械制造工业，实现计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助编制工艺规程（CAPP）和管理信息系统（MIS），采用若干台数控机床（主要是加工中心），并备有物料传输和装卸、中间存储仓库组成的柔性制造系统（FMS）；整个工厂由一个多级的网络控制，配合一套将设计、制造、管理综合为一个软件系统，形成工厂全盘自动化的最高型式——计算机集成制造系统（CIMS）现代的制造模式：即计算机参与整个机械制造工业，实现计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助编制工艺规程（CAPP）和管理信息系统（MIS），采用若干台数控机床（主要是加工中心），并备有物料传输和装卸、中间存储仓库组成的柔性制造系统（FMS）；整个工厂由一个多级的网络控制，配合一套将设计、制造、管理综合为一个软件系统，形成工厂全盘自动化的最高型式——计算机集成制造系统（CIMS）

8. 4．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

9. 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

11. 成组技术的实质 • 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

12. 实质：按零件的形状、尺寸、制造工艺的相似性，将零件分类归并成组（族），扩大零件的工艺批量，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实质：按零件的形状、尺寸、制造工艺的相似性，将零件分类归并成组（族），扩大零件的工艺批量，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

13. 5．成组技术在机械工业生产中的重要作用 • 提高设计工作的标准化与合理化，减少设计工作量 • 减少生产准备时间 • 有利于生产管理科学化 • 成组技术是CAD、CAM的基础

14. 6．成组生产的组织形式 • 根据目前成组加工的实际应用情况，成组加工系统有三种基本形式： • 成组单机 • 成组生产单元 • 成组生产流水线

15. 成组单机 • 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

16. 成组生产单元 • 指一组或几组工艺上相似零件的全部工艺过程，由相应的一组机床完成，该组机床即构成车间的一个封闭生产单元 • 特点：把几种类型机床组成一个封闭的生产系统；完成一组或几组相似零件的全部工艺过程；有一定的独立性，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

17. 7．成组技术中的零件编码 • 零件分类编码的基本原理 • 概念 • 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

18. 原理 • 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

19. 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

20. 代码结构的类型 • 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）：码位上每一个数字都代表不同的信息，与前面的码位无关 • 混合式（层次式和链式混合）：综合层次式和混合式代码的长处

21. 零件的编码系统 常用的分类编码系统有如下两种： • 奥匹兹（Opitz）分类编码系统 • 由德国亚琛工业大学的H·奥匹兹教授领导研制成功的

22. 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），分别代表零件的种类、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

24. 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

25. 也是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个特征码也是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

31. 8．成组技术中零件组（族）的划分 • 目的： • 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 • 依据： • 根据零件的结构特征和工艺特征的相似性

32. 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

33. 编码分类法：采用特征码位法和码域法，扩大工艺批量编码分类法：采用特征码位法和码域法，扩大工艺批量 • 特征码位法：选择几位与加工特征直接有关的码位作为形成零件组的依据 • 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

34. 9．制订成组工艺过程 • 复合零件法（又称为主样件法）：按照零件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

36. 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

38. 二、计算机辅助工艺过程设计 • 1．计算机辅助工艺过程设计（CAPP）的发展 • CAPP的产生 • 通过向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动进行编码、编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程，称为CAPP

39. CAPP是随着产品设计和产品制造采用计算机辅助手段之后，作为中间环节，工艺过程的自动化亦应运而生CAPP是随着产品设计和产品制造采用计算机辅助手段之后，作为中间环节，工艺过程的自动化亦应运而生 • CAPP的发展 • 最初，CAPP仅用于工艺规程的检索和管理； • 而今，能直接输入零件图形和加工要求，通过系统的逻辑判断功能，自动地直接生成零件的工艺过程

40. 2．CAPP的设计方式 • 修订式（派生式）CAPP系统 • 利用零件的相似性来检索已存入计算机内的工艺规程，再加以修改编辑，生成一个新的工艺过程 • 生成过程：先编码→建立特征矩阵→将若干零件归类分组→建立零件族特征矩阵→制定标准工艺规程→存入计算机→使用时调出零件族特征矩阵→根据现有实际零件修改成该零件的单独工艺规程

41. 创成式CAPP系统 • 直接根据输入的图形和加工信息，生产新的工艺规程 • 计算机根据零件图形，自动分析其几何要素，并进行逻辑判断和决策，然后生成新的工艺规程

42. CAPP数据库 • 包括文件： • 工艺规程组成文件 • 机床和工艺装备文件 • 材料及其主要物理-力学性能 • 加工余量、切削用量、工时定额资料 • 有关加工成本的经济资料 • 修订法所需零件族矩阵文件和主样件标准工艺规程 • 创成法所需各种逻辑原则和资料数据

43. 特种加工技术 • 一、特种加工的产生及发展 • 1 尖端科学技术的发展方向 高精度 高速度 高温 高压 大功率 小型化 • 2 对机械制造部门提出的新要求： （1）解决各种难切削材料的加工问题 （2）解决各种特殊复杂表面的加工问题 （3）解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题 • 3 切削加工的本质和特点： （1）靠刀具材料比工件更硬 （2）靠机械能把工件上多余的材料切除

44. 将电、磁、声、光、化学等能量或组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能等非传统加工方法统称为特种加工。将电、磁、声、光、化学等能量或组合施加在工件的被加工部位上，从而实现材料被去除、变形、改变性能等非传统加工方法统称为特种加工。 特 种 加 工 44

45. 特种加工特点 • 不用机械能,与加工对象的机械性 • 能无关 • 非接触加工 • 细微加工工件表面质量高 • 不存在加工中的机械应变或大面 • 积的热应变 45

46. 1、电火花加工 原理 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工的。 电火花加工机床一般由脉冲电源、自动进给机构、机床本体及工作液循环过滤系统等部分组成。 工件固定在机床工作台上。 脉冲电源提供加工所需的能量，其两极分别接在工具电极与工件上。 当工具电极与工件在进给机构的驱动下在工作液中相互靠近时，极间电压击穿间隙而产生火花放电，释放大量的热。工件表层吸收热量后达到很高的温度(10000℃以上)，其局部材料因熔化甚至气化而被蚀除下来，形成一个微小的凹坑。

47. 工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与工件之间的间隙，及时排除电蚀产物，并将电蚀产物从工作液中过滤出去。工作液循环过滤系统强迫清洁的工作液以一定的压力通过工具电极与工件之间的间隙，及时排除电蚀产物，并将电蚀产物从工作液中过滤出去。 多次放电的结果，工件表面产生大量凹坑。 工具电极在进给机构的驱动下不断下降，其轮廓形状便被“复印”到工件上(工具电极材料尽管也会被蚀除，但其速度远小于工件材料)。

48. 电火花加工原理 图10—1 a） 图10—1 b） c） 1-工件2-脉冲电源3-自动进给调节装置4-工具5-工作液6-过滤器 7-工作液泵8-被蚀除的材料

49. 电火花加工分类 （1）用特殊形状的电极工具加工相应工件的电火花成形加工机床 原理示意 1、成型加工 2、打孔加工

50. （1）工具电极和工件电极之间在加工中必 须保持一定的间隙。 （2）电火花放电必须是瞬时的脉冲性放电。 （3）火花放电必须在有一定绝缘性能的介 质中进行。 （4）输送到两极间的脉冲能量应足够大。 （5）脉冲放电后电蚀产物应能及时排放至 放电间隙之外，使重复性放电能顺利 进行。 电火花形成加工的基本条件 50