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1、概述概述1.1.零件的相似原理零件的相似原理机械产品中零件间的相似性是客观存在的，且遵循一定的分布机械产品中零件间的相似性是客观存在的，且遵循一定的分布规律。大量的统计资料表明，各种机械产品的组成零件大致可以分规律。大量的统计资料表明，各种机械产品的组成零件大致可以分为复杂件（或称特殊件）、相似件和简单件三大类，而其中相似件为复杂件（或称特殊件）、相似件和简单件三大类，而其中相似件（如各种轴、套、法兰盘、齿轮等）约占零件总数的（如各种轴、套、法兰盘、齿轮等）约占零件总数的7070。这些相。这些相似件之间在结构形状和加工工艺方面存在着大量的相似特征。似件之间在结构形状和加工工艺方面存在着大量的相
2、似特征。2.2.成组技术成组技术充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象充分利用事物之间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术归并成组，并用大致相同的方法来解决这一组研究对象的生产技术问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低问题，这样就可以发挥规模生产的优势，达到提高生产效率、降低生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（生产成本的目的，这种技术统称为成组技术（Group TechnologyGroup Technology，简称，简称GTGT）。）。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第1页/共49页
3、成组技术的核心是成组工艺，即把尺寸、形状和工艺相近的零成组技术的核心是成组工艺，即把尺寸、形状和工艺相近的零件组成一个零件组（族），制订统一的加工方案，并在同一机床组件组成一个零件组（族），制订统一的加工方案，并在同一机床组中制造。其重要作用在于扩大工艺批量，使大批量生产中行之有效中制造。其重要作用在于扩大工艺批量，使大批量生产中行之有效的工艺方法和高效自动化生产设备，可以应用到中小批生产中去。的工艺方法和高效自动化生产设备，可以应用到中小批生产中去。这样就把原先的多品种转化为少品种，小批量转化为大批量，并以这样就把原先的多品种转化为少品种，小批量转化为大批量，并以这些组为基础，组织生产的各个
4、环节，从而实现多品种中小批量生这些组为基础，组织生产的各个环节，从而实现多品种中小批量生产的产品设计，使制造和管理合理化，从而克服了传统小批量生产产的产品设计，使制造和管理合理化，从而克服了传统小批量生产方式的缺点，使小批量生产能获得接近大批量生产的技术经济效果。方式的缺点，使小批量生产能获得接近大批量生产的技术经济效果。这对于我国目前单件、中小批生产占绝对优势（约占这对于我国目前单件、中小批生产占绝对优势（约占8080）的生产）的生产状况来说，无疑具有重大的经济价值。状况来说，无疑具有重大的经济价值。3.3.成组工艺实施步骤成组工艺实施步骤零件分类编码及分组零件分类编码及分组拟定零件组工艺过
5、程拟定零件组工艺过程选择机床选择机床设计设计成组夹具成组夹具确定生产组织形式及核算经济效果等。其中零件分类编确定生产组织形式及核算经济效果等。其中零件分类编码及分组是关键，没有正确的编码和分组，成组工艺也就不可能有码及分组是关键，没有正确的编码和分组，成组工艺也就不可能有效地实现。效地实现。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第2页/共49页零件的分类编码系统零件的分类编码系统1.1.零件分类编码的基本原理零件分类编码的基本原理分类是一种根据特征属性的有无，把事物划分成不同组的过程。分类是一种根据特征属性的有无，把事物划分成不同组的过程。编码能用于分类，它是对不同组的事物给予不同的代码。成
6、组技术编码能用于分类，它是对不同组的事物给予不同的代码。成组技术的编码，是对机械零件的各种特征给予不同的代码。这些特征包括的编码，是对机械零件的各种特征给予不同的代码。这些特征包括零件的结构形状、各组成表面的类别及配置关系、几何尺寸、零件零件的结构形状、各组成表面的类别及配置关系、几何尺寸、零件材料及热处理要求，各种尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗材料及热处理要求，各种尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度等要求。对这些特征进行抽象化、格式化，就需要用一定的代糙度等要求。对这些特征进行抽象化、格式化，就需要用一定的代码（符号）来表述。所用的代码可以是阿拉伯数字、拉丁字母，甚码（符号）来表
7、述。所用的代码可以是阿拉伯数字、拉丁字母，甚至汉字，以及它们的组合。最方便、最常见的是用数字码。至汉字，以及它们的组合。最方便、最常见的是用数字码。迄今为止，世界各国已制订了几十种编码系统，其中以德国阿迄今为止，世界各国已制订了几十种编码系统，其中以德国阿享工业大学奥匹兹教授领导的机床和生产工程实验开发的享工业大学奥匹兹教授领导的机床和生产工程实验开发的OPITZOPITZ零零件分类编码系统，在国际上获得了较为广泛的应用。我国已制订了件分类编码系统，在国际上获得了较为广泛的应用。我国已制订了机械工业成组技术分类编码系统（机械工业成组技术分类编码系统（JLBMJLBM1 1系统）。系统）。7.1
8、 7.1 成组技术返回下一页上一页第3页/共49页2.JLBM2.JLBM1 1分类编码系统分类编码系统JLBMJLBM1 1系统是由我国机械工业部组织制定并批准的机械零件系统是由我国机械工业部组织制定并批准的机械零件分类编码系统，于分类编码系统，于19841984年正式为我国机械工业部的指导性技术文件。年正式为我国机械工业部的指导性技术文件。它由它由1515个码位组成，采用混合式代码结构。其结构如个码位组成，采用混合式代码结构。其结构如图图7 72 2所示。所示。该系统的该系统的1 1、2 2码位表示零件的名称类别，它采用零件的功能和码位表示零件的名称类别，它采用零件的功能和名称作为标志，以
9、矩阵表的形式表示出来，不仅容量大，也便于设名称作为标志，以矩阵表的形式表示出来，不仅容量大，也便于设计部门检索。但由于零件的名称不规范，可能会造成混乱，因此在计部门检索。但由于零件的名称不规范，可能会造成混乱，因此在分类前必须先对企业的所有零件名称进行统一并使其标准化。分类前必须先对企业的所有零件名称进行统一并使其标准化。3 39 9码位是形状及加工码，分别表示回转体零件和非回转体零码位是形状及加工码，分别表示回转体零件和非回转体零件的外部形状、内部形状、平面、孔及其加工与辅助加工的种类。件的外部形状、内部形状、平面、孔及其加工与辅助加工的种类。10101515码位是辅助码，表示零件的材料、毛
10、坯、热处理、主要码位是辅助码，表示零件的材料、毛坯、热处理、主要尺寸和精度的特征。尺寸码规定了大型、中型与小型三个尺寸组，尺寸和精度的特征。尺寸码规定了大型、中型与小型三个尺寸组，分别供仪表机械、一般通用机械和重型机械等三种类型的企业参照分别供仪表机械、一般通用机械和重型机械等三种类型的企业参照使用。使用。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第4页/共49页精度码规定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四个等级。精度码规定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四个等级。在中等精度和高精度两个等级中，再按有精度要求的不同加工表面在中等精度和高精度两个等级中，再按有精度要求的不同加工表面而细分为
11、几个类型，以不同的特征码来表示。而细分为几个类型，以不同的特征码来表示。表表7 71 1表表7 74 4列出了列出了JLBMJLBM1 1系统的部分内容，供查阅。系统的部分内容，供查阅。按照按照JLBMJLBM1 1系统对如图系统对如图7 73 3所示回转体零件进行分类编所示回转体零件进行分类编码的结果如下：码的结果如下：第第1 12 2位该零件为回转体类、轮盘类法兰盘，第位该零件为回转体类、轮盘类法兰盘，第l l位为位为0 0，第，第2 2位为位为2 2。第第3 39 9位该零件位该零件“外部基本形状外部基本形状”：单向台阶；：单向台阶；“外部功能要外部功能要素素”：无；：无；“内部基本形状
12、内部基本形状”：双向台阶通孔；：双向台阶通孔；“内部功能要素内部功能要素”：有环槽；：有环槽；“外平面与端面外平面与端面”：单一平面；：单一平面；“内平面内平面”：无；：无；“辅辅助加工助加工”：均布轴向孔。第：均布轴向孔。第3 39 9位分别为位分别为1 1、0 0、5 5、1 1、1 1、0 0、1 1。第第10101212位该零件材料为普通非合金钢，毛坯原始形状为锻件，位该零件材料为普通非合金钢，毛坯原始形状为锻件，不进行热处理，第不进行热处理，第10101212位分别为位分别为2 2、6 6、0 0。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第5页/共49页第第13131515位该零件主
13、要尺寸位该零件主要尺寸(直径直径)D160)D160400mm400mm；主要尺寸；主要尺寸(长度长度)L50)L50120mm120mm；内、外圆与平面中等精度。第；内、外圆与平面中等精度。第13131515位分位分别为别为5 5、1 1、3 3。所以，按所以，按JLBMJLBM1 1系统分类，该零件的分类编码为。系统分类，该零件的分类编码为。零件分类成组的方法零件分类成组的方法施行成组技术时，首先必须按零件的相似特征将零件分类成组，施行成组技术时，首先必须按零件的相似特征将零件分类成组，然后才能以成组的方式进行工艺设计和组织生产。编码分类法是一然后才能以成组的方式进行工艺设计和组织生产。编
14、码分类法是一种比较科学和有效的分类成组方法。其具体做法是首先根据具体情种比较科学和有效的分类成组方法。其具体做法是首先根据具体情况选用合适的编码系统，然后对零件进行编码，根据零件的代码按况选用合适的编码系统，然后对零件进行编码，根据零件的代码按照一定的准则将零件分类归并成组。零件分类成组的方法有特征码照一定的准则将零件分类归并成组。零件分类成组的方法有特征码位法、码域法及特征位码域法。位法、码域法及特征位码域法。1.1.特征码位法特征码位法按编码分类，如把编码完全相同的归属为一个零件组，这就要按编码分类，如把编码完全相同的归属为一个零件组，这就要求同组零件有更多的特征属性相似，即标准太严，会出
15、现零件组组求同组零件有更多的特征属性相似，即标准太严，会出现零件组组数过多，而每组零件种数很少的情况。数过多，而每组零件种数很少的情况。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第6页/共49页实际上，根据分类的目的，往往只要求有若干特征属性相似即实际上，根据分类的目的，往往只要求有若干特征属性相似即可。这样，只需要在编码中选用若干特征码位来制定分类的相似性可。这样，只需要在编码中选用若干特征码位来制定分类的相似性标准；只要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。标准；只要是特征码位代码相同的零件皆可以归属于同一零件组。如此，可能出现的最大组数可大大减少。例如，如此，可能出现的最大组数可
16、大大减少。例如，表表7 75 5表示用特征表示用特征码位法的零件分类，其中特征码位为第码位法的零件分类，其中特征码位为第1 1、第、第2 2、第、第6 6及第及第7 7码位，规码位，规定的代码分别为定的代码分别为0 0、4 4、3 3及及0 0，凡零件编码相应码位的代码与其相同，凡零件编码相应码位的代码与其相同的均可归属于同一零件组；图中列出符合上述相似特征要求的几个的均可归属于同一零件组；图中列出符合上述相似特征要求的几个零件的简图及其编码。零件的简图及其编码。2.2.码域法码域法码域法是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数据，用它码域法是对零件代码各码位的特征规定几种允许的数据，用它作为
17、分组的依据，就将相应码位的相似特征放宽了范围。在作为分组的依据，就将相应码位的相似特征放宽了范围。在图图7 74(a)4(a)所示的零件族特征矩阵表上，横向数字表示码位，纵向数字表所示的零件族特征矩阵表上，横向数字表示码位，纵向数字表示各个码位上的代码，图中示各个码位上的代码，图中“”表示的范围称为码域。图表示的范围称为码域。图7 74(a)4(a)是根据大量统计资料和生产经验而制定的零件相似性特征矩阵表。是根据大量统计资料和生产经验而制定的零件相似性特征矩阵表。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第7页/共49页凡零件各码位上的编码落在该码域内，即划分为同一零件组，如凡零件各码位上的编码
18、落在该码域内，即划分为同一零件组，如图图7 74(b)4(b)中所示中所示3 3个零件即为一组，或称为一个零件族。这种分类方个零件即为一组，或称为一个零件族。这种分类方法就称为码域法。法就称为码域法。3.3.特征位码域法特征位码域法它是上述两种方法的综合，因而能兼备二者的特点，即既能抓拄它是上述两种方法的综合，因而能兼备二者的特点，即既能抓拄零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，允许有更多零件分类的主要特征方面，又能适当放宽其相似性要求，允许有更多的零件种数进入零件组，以期得到满意的分类效果。的零件种数进入零件组，以期得到满意的分类效果。成组工艺的设计方法成组工艺的设计方法1.1.
19、复合零件法复合零件法按照零件组中的复合零件来编制工艺规程的方法称为复合零件法。按照零件组中的复合零件来编制工艺规程的方法称为复合零件法。所谓复合零件，是拥有同组零件的全部待加工表面要素的一个零件。所谓复合零件，是拥有同组零件的全部待加工表面要素的一个零件。它可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个假拟的零它可以是零件组中实际存在的某个具体零件，也可以是一个假拟的零件。如件。如图图7 75(a)5(a)所示的复合零件包含了组内其他零件所具有的所有所示的复合零件包含了组内其他零件所具有的所有五种加工表面要素，按照这一零件所设计的工艺过程，即为该零件组五种加工表面要素，按照这一零件所设计的
20、工艺过程，即为该零件组的成组工艺。的成组工艺。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第8页/共49页只要从中删除一些不为某一零件所用的工序或工步内容，便能只要从中删除一些不为某一零件所用的工序或工步内容，便能为组内其他零件使用，形成各个零件的加工工艺。为组内其他零件使用，形成各个零件的加工工艺。2.2.复合路线法复合路线法对于形状不规则的非回转体零件，有时找出某一零件组的复合对于形状不规则的非回转体零件，有时找出某一零件组的复合零件常常十分困难，此时可以采用复合线路法。复合路线法是在零零件常常十分困难，此时可以采用复合线路法。复合路线法是在零件分类成组的基础上，分析比较全组所有零件的工艺路线
21、，从中选件分类成组的基础上，分析比较全组所有零件的工艺路线，从中选出工艺较长、流程合理、代表性强的一条作为基础工艺路线，然后出工艺较长、流程合理、代表性强的一条作为基础工艺路线，然后将其他零件的工序将其他零件的工序(去掉重复的去掉重复的)按合理的位置安插到基础工艺路线按合理的位置安插到基础工艺路线中，便得到一条适合整个零件组的成组工艺路线，并以它为依据来中，便得到一条适合整个零件组的成组工艺路线，并以它为依据来编制详细的工艺规程。编制详细的工艺规程。图图7 76 6是按复合路线法来设计成组工艺的例是按复合路线法来设计成组工艺的例子。子。成组生产的组织形式成组生产的组织形式1.1.单机成组加工单
22、机成组加工在转塔车床、自动车床或其他数控机床上成组加工小型零件，在转塔车床、自动车床或其他数控机床上成组加工小型零件，这些零件的全部或大部分加工工序都在这一台设备上完成，这种形这些零件的全部或大部分加工工序都在这一台设备上完成，这种形式称为单机成组加工。式称为单机成组加工。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第9页/共49页单机成组加工时机床的布置虽然与机群式生产工段类似，但在单机成组加工时机床的布置虽然与机群式生产工段类似，但在生产方式上却有着本质上的差异。它是按成组工艺来组织和安排生生产方式上却有着本质上的差异。它是按成组工艺来组织和安排生产的。产的。2.2.成组生产单元成组生产单元在
23、一组机床上完成一个或几个工艺相似零件组的全部工艺过程，在一组机床上完成一个或几个工艺相似零件组的全部工艺过程，该组机床即构成车间的一个封闭生产单元。这种生产单元与传统的该组机床即构成车间的一个封闭生产单元。这种生产单元与传统的小批量生产下所常用的小批量生产下所常用的“机群式机群式”排列的生产工段是不一样的。一排列的生产工段是不一样的。一个机群式生产工段只能完成零件的某一个别工序，而成组生产单元个机群式生产工段只能完成零件的某一个别工序，而成组生产单元却能完成零件组的全部工艺过程。却能完成零件组的全部工艺过程。图图7 77 7为成组生产单元的平面布置示意图。由图可见，单元内为成组生产单元的平面布
24、置示意图。由图可见，单元内的机床按照成组工艺过程排列，零件在单元内按各自的工艺路线流的机床按照成组工艺过程排列，零件在单元内按各自的工艺路线流动，缩短了工序间的运输距离，减少了在制品的积压，缩短了零件动，缩短了工序间的运输距离，减少了在制品的积压，缩短了零件的生产周期；同时零件的加工和输送不需要保持一定的节拍，使得的生产周期；同时零件的加工和输送不需要保持一定的节拍，使得生产的计划管理具有一定的灵活性；单元内的工人工作趋向专业化，生产的计划管理具有一定的灵活性；单元内的工人工作趋向专业化，加工质量稳定，效率比较高，所以成组生产单元是一种较好的生产加工质量稳定，效率比较高，所以成组生产单元是一种
25、较好的生产组织形式。组织形式。7.1 7.1 成组技术返回下一页上一页第10页/共49页3.3.成组生产流水线成组生产流水线当组内零件工艺相似程度很高，且批量较大时，机床可以排列当组内零件工艺相似程度很高，且批量较大时，机床可以排列成一条流水生产线。这种流水线称为成组生产流水线。零件在线上成一条流水生产线。这种流水线称为成组生产流水线。零件在线上用相互接近的节拍单向流动，工作过程连续而有一定的节奏，因此用相互接近的节拍单向流动，工作过程连续而有一定的节奏，因此它具有一般流水线的大部分优点。与一般流水线相比，所不同之处它具有一般流水线的大部分优点。与一般流水线相比，所不同之处在于它经过少量的调整
26、可以加工组内的不同零件，对于某一种零件在于它经过少量的调整可以加工组内的不同零件，对于某一种零件来说，不一定经过线上的每一台机床。成组生产流水线是成组加工来说，不一定经过线上的每一台机床。成组生产流水线是成组加工的高级形式。的高级形式。7.1 7.1 成组技术返回上一页第11页/共49页概述概述如前所述，工艺规程设计是机械制造生产过程中一项重要的技如前所述，工艺规程设计是机械制造生产过程中一项重要的技术准备工作，是产品设计和制造之间的中间环节。但是传统的工艺术准备工作，是产品设计和制造之间的中间环节。但是传统的工艺设计方法需要大量的时间和丰富的生产实践经验，工艺设计的质量设计方法需要大量的时间
27、和丰富的生产实践经验，工艺设计的质量在很大程度上取决于工艺人员的水平和主观性，这就使工艺设计很在很大程度上取决于工艺人员的水平和主观性，这就使工艺设计很难做到最优化和标准化。随着计算机在产品设计和制造过程中的应难做到最优化和标准化。随着计算机在产品设计和制造过程中的应用日渐普及，传统的用手工编制工艺规程的方法更显得很不协调，用日渐普及，传统的用手工编制工艺规程的方法更显得很不协调，于是产生了计算机辅助编制工艺规程于是产生了计算机辅助编制工艺规程(CAPP)(CAPP)的方法。所谓计算机辅的方法。所谓计算机辅助编制工艺规程，就是通过向计算机输入被加工零件的原始数据、助编制工艺规程，就是通过向计算
28、机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码、编程直至最后输加工条件和加工要求，由计算机自动地进行编码、编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片。采用出经过优化的工艺规程卡片。采用CAPPCAPP不仅克服了上述传统工艺设不仅克服了上述传统工艺设计的各项缺点，适应了当前日趋自动化的现代制造环节的需要，而计的各项缺点，适应了当前日趋自动化的现代制造环节的需要，而且为实现计算机集成制造提供了必要的技术基础。正因为且为实现计算机集成制造提供了必要的技术基础。正因为CAPPCAPP的产的产生和应用对于机械制造技术的发展有着十分重要的意义，所以在国生和应用对于机械制造技术的发展有着
29、十分重要的意义，所以在国内外已经引起了越来越多的重视和研究。内外已经引起了越来越多的重视和研究。7.2 7.2 计算机辅助工艺设计返回下一页第12页/共49页目前在理论体系和生产实际应用方面都已取得了重大的进展，目前在理论体系和生产实际应用方面都已取得了重大的进展，一批先进实用的一批先进实用的CAPPCAPP系统在生产中得到了应用，并取得了较好的效系统在生产中得到了应用，并取得了较好的效果。果。CAPPCAPP系统的主要功能是只要输入零件加工的有关信息，计算机系统的主要功能是只要输入零件加工的有关信息，计算机就能自动生成并输出零件的加工工艺规程。有些较完善的系统还能就能自动生成并输出零件的加工
30、工艺规程。有些较完善的系统还能进行动态仿真，对加工过程进行模拟显示，以便检查工艺规程的正进行动态仿真，对加工过程进行模拟显示，以便检查工艺规程的正确性。确性。CAPPCAPP系统一般由若干程序模块所组成，如输入输出模块、工艺系统一般由若干程序模块所组成，如输入输出模块、工艺过程设计模块、工序决策模块、工步决策模块、过程设计模块、工序决策模块、工步决策模块、NCNC指令生成模块以指令生成模块以及控制模块、动态仿真模块等。视系统的规模大小和完善程度而存及控制模块、动态仿真模块等。视系统的规模大小和完善程度而存在一定的差异。在一定的差异。的类型的类型根据根据CAPPCAPP系统的工作原理，可以将系统
31、的工作原理，可以将CAPPCAPP分成五种类型。分成五种类型。1.1.交互型交互型交互型交互型CAPPCAPP系统是按照不同类型零件的加工工艺需求，编制的系统是按照不同类型零件的加工工艺需求，编制的人机交互软件系统。系统以人机交互方式对工艺过程进行决策，形人机交互软件系统。系统以人机交互方式对工艺过程进行决策，形成所需的工艺规程，对操作人员的依赖性很大。成所需的工艺规程，对操作人员的依赖性很大。7.2 7.2 计算机辅助工艺设计返回下一页上一页第13页/共49页2.2.变异型（又称派生型）变异型（又称派生型）变异型变异型CAPPCAPP系统利用成组技术（系统利用成组技术（GroupTechno
32、logyGroupTechnology，GTGT）原理，）原理，将零件按几何形状及工艺相似性进行分类、归族和编码，每一个族将零件按几何形状及工艺相似性进行分类、归族和编码，每一个族有一个主样件，根据此样件建立加工工艺文件，即典型工艺规程，有一个主样件，根据此样件建立加工工艺文件，即典型工艺规程，存入典型工艺规程库中。当需要设计新零件的工艺规程时，根据其存入典型工艺规程库中。当需要设计新零件的工艺规程时，根据其成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族（主样成组编码，确定其所属零件族，由计算机检索出相应零件族（主样件）的典型工艺规程，再根据当前零件的具体要求，对典型工艺进件）的典型工艺
33、规程，再根据当前零件的具体要求，对典型工艺进行修改，最后得到新零件的工艺规程。变异型行修改，最后得到新零件的工艺规程。变异型CAPPCAPP系统工作流程如系统工作流程如图图7 78 8所示。所示。3.3.创成型创成型创成型创成型CAPPCAPP系统是一个能综合加工信息，自动地为一个新零件系统是一个能综合加工信息，自动地为一个新零件制订工艺规程的系统。在创成型制订工艺规程的系统。在创成型CAPPCAPP系统中，工艺规程是根据工艺系统中，工艺规程是根据工艺数据库中的信息在没有人工干预的条件下生成的。系统在获取零件数据库中的信息在没有人工干预的条件下生成的。系统在获取零件信息后，能自动地提取制造信息
34、，产生零件所需要的各个工序和加信息后，能自动地提取制造信息，产生零件所需要的各个工序和加工顺序，工顺序，7.2 7.2 计算机辅助工艺设计返回下一页上一页第14页/共49页自动地选择机床、夹具、量具、切削用量和加工过程，并通过自动地选择机床、夹具、量具、切削用量和加工过程，并通过应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程。创成型应用决策逻辑，模拟工艺设计人员的决策过程。创成型CAPPCAPP系统的系统的总体结构如总体结构如图图7 79 9所示。所示。在创成型在创成型CAPPCAPP系统中，系统的决策逻辑是软件的核心，它控制系统中，系统的决策逻辑是软件的核心，它控制着程序的走向。就决策知识的应用形
35、式来分，创成型着程序的走向。就决策知识的应用形式来分，创成型CAPPCAPP系统有常系统有常规程序实现和采用人工智能技术实现两种类型。前者按工艺决策知规程序实现和采用人工智能技术实现两种类型。前者按工艺决策知识利用决策表、决策树或公理模型等技术来实现；后者为工艺设计识利用决策表、决策树或公理模型等技术来实现；后者为工艺设计专家系统，它利用人工智能技术，综合工艺设计专家的知识和经验，专家系统，它利用人工智能技术，综合工艺设计专家的知识和经验，进行自动推理和决策。进行自动推理和决策。4.4.综合型综合型综合型综合型CAPPCAPP系统将变异型与创成型结合起来，采取变异与自动系统将变异型与创成型结合
36、起来，采取变异与自动决策相结合的工作方式。对一个新零件进行工艺设计时，先通过计决策相结合的工作方式。对一个新零件进行工艺设计时，先通过计算机检索它所属零件族的典型工艺，然后根据零件的具体情况，对算机检索它所属零件族的典型工艺，然后根据零件的具体情况，对典型工艺进行修改，工序设计则采用自动决策产生。典型工艺进行修改，工序设计则采用自动决策产生。7.2 7.2 计算机辅助工艺设计返回下一页上一页第15页/共49页5.5.智能型智能型智能型智能型CAPPCAPP系统是将人工智能技术应用于工艺过程设计而形成系统是将人工智能技术应用于工艺过程设计而形成CAPPCAPP专家系统。与创成型专家系统。与创成型
37、CAPPCAPP系统相比，虽然二者都可自动生成工系统相比，虽然二者都可自动生成工艺规程，但创成型艺规程，但创成型CAPPCAPP系统是以逻辑算法加决策表为特征，而智能系统是以逻辑算法加决策表为特征，而智能型型CAPPCAPP系统则是以推理加知识为特征。系统则是以推理加知识为特征。的数据库的数据库在计算机辅助工艺规程设计时，所需的信息和数据都以文件的在计算机辅助工艺规程设计时，所需的信息和数据都以文件的形式储存在计算机的存储器中，形成数据库以备检索和调用。因此，形式储存在计算机的存储器中，形成数据库以备检索和调用。因此，在在CAPPCAPP软件中，工艺数据库占了重要的位置。工艺数据是在工艺设软件
38、中，工艺数据库占了重要的位置。工艺数据是在工艺设计过程中所使用、产生的数据。在生成零件工艺规程时，一方面要计过程中所使用、产生的数据。在生成零件工艺规程时，一方面要应用到大量工艺图表、线图等静态数据，同时也将产生许多动态的应用到大量工艺图表、线图等静态数据，同时也将产生许多动态的工艺数据，如大量的中间过程数据、工序图形、工艺数据，如大量的中间过程数据、工序图形、NCNC代码等。这些储代码等。这些储存于计算机的外存储器中以供用户共享的工艺数据集合就称为工艺存于计算机的外存储器中以供用户共享的工艺数据集合就称为工艺数据库。数据库。7.2 7.2 计算机辅助工艺设计返回下一页上一页第16页/共49页
39、工艺数据的数据类型和数据结构都比较复杂，同时系统必须具工艺数据的数据类型和数据结构都比较复杂，同时系统必须具备材料动态数据模式才能对工艺数据进行处理和规范化管理。工艺备材料动态数据模式才能对工艺数据进行处理和规范化管理。工艺数据库的建立比一般数据库更加复杂和麻烦。数据库的建立比一般数据库更加复杂和麻烦。一般工艺数据库的内容有：一般工艺数据库的内容有：(1)(1)材料数据，各种材料规格及属性的数据、毛坯特性、刀具材料数据，各种材料规格及属性的数据、毛坯特性、刀具-工件组合特性等。工件组合特性等。(2)(2)刀具数据，刀具号、刀具成组分类信息、刀具尺寸及几何刀具数据，刀具号、刀具成组分类信息、刀具
40、尺寸及几何形状、刀具应用条件等。形状、刀具应用条件等。(3)(3)机床数据，各种机床名称、型号、规格、控制系统类型、机床数据，各种机床名称、型号、规格、控制系统类型、用量范围、精度等。用量范围、精度等。(4)(4)夹具和量具数据，各种夹具和量具的类型、重要尺寸及精夹具和量具数据，各种夹具和量具的类型、重要尺寸及精度等。度等。(5)(5)标准工艺规程及成组分类特征数据。标准工艺规程及成组分类特征数据。(6)(6)动态工艺设计信息，包括零件图形数据、工序图形数据、动态工艺设计信息，包括零件图形数据、工序图形数据、最终工艺规程、最终工艺规程、NCNC代码等。代码等。7.2 7.2 计算机辅助工艺设计
41、返回上一页第17页/共49页概述概述随着机电一体化技术的发展，传统的机械技术与新兴的微电子随着机电一体化技术的发展，传统的机械技术与新兴的微电子技术相结合，出现了很多现代化的加工设备和手段，特别是数控机技术相结合，出现了很多现代化的加工设备和手段，特别是数控机床和加工中心的迅速普及和多功能化，为改变中小批量生产的落后床和加工中心的迅速普及和多功能化，为改变中小批量生产的落后状况提供了可能。柔性制造系统状况提供了可能。柔性制造系统(FMS)(FMS)便是在这样的背景下产生和便是在这样的背景下产生和发展起来的。发展起来的。所谓柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把所谓柔性制造系统是利用
42、计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一定批量的某种工件后，能在不停机调整的情况系统。它在加工完一定批量的某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。它的主要特点是包括以下几方面。下，自动地向另一种工件转换。它的主要特点是包括以下几方面。(1)(1)高柔性。能在不停机调整的情况下，实现多种不同工艺要高柔性。能在不停机调整的情况下，实现多种不同工艺要求的零件加工。求的零件加工。(2)(2)高效率。能采用合理的切削用量实现高效加工，同时使辅高效率。能采用合理
43、的切削用量实现高效加工，同时使辅助时间和准备终结时间减小到最低程度。助时间和准备终结时间减小到最低程度。7.3 7.3 柔性制造系统返回下一页第18页/共49页(3)(3)高度自动化。自动更换工件、刀具、夹具，实现自动装夹高度自动化。自动更换工件、刀具、夹具，实现自动装夹和输送，自动监测加工过程，有很强的系统软件功能。和输送，自动监测加工过程，有很强的系统软件功能。柔性制造系统的组成柔性制造系统的组成柔性制造系统由加工系统、物流系统、信息流系统三部分组成。柔性制造系统由加工系统、物流系统、信息流系统三部分组成。1.1.加工系统加工系统加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地加工系
44、统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常由若干台加工零件的更换工件和刀具。通常由若干台加工零件的CNCCNC机床或机床或CNCCNC板材加工板材加工设备以及操纵这种机床要使用的刀具所构成。在加工较复杂零件的设备以及操纵这种机床要使用的刀具所构成。在加工较复杂零件的FMSFMS加工系统中，由于机床上机载刀库能提供的刀具数目有限，除加工系统中，由于机床上机载刀库能提供的刀具数目有限，除尽可能使产品设计标准化，以便使用通用刀具和减少专用刀具的数尽可能使产品设计标准化，以便使用通用刀具和减少专用刀具的数量外，必要时还需要在加工系统中设置机外自动刀库以补充机载刀量外，必要时还
45、需要在加工系统中设置机外自动刀库以补充机载刀库容量的不足。库容量的不足。7.3 7.3 柔性制造系统返回下一页上一页第19页/共49页2.2.物流系统物流系统FMSFMS中的物流系统与传统的自动线或流水线有很大的差别，整中的物流系统与传统的自动线或流水线有很大的差别，整个工件输送系统的工作状态是可以进行随机调度的，而且都设置有个工件输送系统的工作状态是可以进行随机调度的，而且都设置有储料库以调节各工位上加工时间的差异。物流系统包含工件的输送储料库以调节各工位上加工时间的差异。物流系统包含工件的输送和储存两个方面。和储存两个方面。工件输送包括工件从系统外部送入系统和工件在系统内部的传工件输送包括
46、工件从系统外部送入系统和工件在系统内部的传送两部分，目前，大多数工件送入系统和夹具上装夹工件仍由人工送两部分，目前，大多数工件送入系统和夹具上装夹工件仍由人工操作，系统中设置装卸工位，较重的工件可用各种起重设备或机器操作，系统中设置装卸工位，较重的工件可用各种起重设备或机器人搬运。工件输送系统按所用运输工具可分成为自动输送车、轨道人搬运。工件输送系统按所用运输工具可分成为自动输送车、轨道传送系统、带式传送系统和机器人传送系统四类。传送系统、带式传送系统和机器人传送系统四类。在在FMSFMS的物料系统中，设置适当的中央料库和托盘库及各种形的物料系统中，设置适当的中央料库和托盘库及各种形式的缓冲储
47、区，来进行工件的存储，保证系统的柔性。式的缓冲储区，来进行工件的存储，保证系统的柔性。7.3 7.3 柔性制造系统返回下一页上一页第20页/共49页3.3.信息系统信息系统信息系统包括过程控制及过程监视两个子系统，其功能分别为信息系统包括过程控制及过程监视两个子系统，其功能分别为进行加工系统及物流系统的自动控制，以及在线状态数据自动采集进行加工系统及物流系统的自动控制，以及在线状态数据自动采集和处理。和处理。FMSFMS中信息由多级计算机进行处理和控制。中信息由多级计算机进行处理和控制。中的机床设备和夹具中的机床设备和夹具1.1.加工设备加工设备FMSFMS的机床设备一般选择卧式、立式或立卧两
48、用的数控加工中的机床设备一般选择卧式、立式或立卧两用的数控加工中心心(MC)(MC)。数控加工中心机床是一种带有刀库和自动换刀装置。数控加工中心机床是一种带有刀库和自动换刀装置(ATC)(ATC)的多工序数控机床，工件经一次装夹后，能自动完成铣、镗、钻、的多工序数控机床，工件经一次装夹后，能自动完成铣、镗、钻、铰等多种工序的加工，并且有多种换刀和选刀功能，从而可使生产铰等多种工序的加工，并且有多种换刀和选刀功能，从而可使生产效率和自动化程度大大提高。效率和自动化程度大大提高。在在FMSFMS的加工系统中还有一类加工中心，它们除了机床本身之的加工系统中还有一类加工中心，它们除了机床本身之外，还配
49、有一个储存工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。当外，还配有一个储存工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。当在这类加工中心机床上加工完一个工件后，托盘交换装置便将加工在这类加工中心机床上加工完一个工件后，托盘交换装置便将加工完的工件连同托盘一起拖回环形工作台的空闲位置，完的工件连同托盘一起拖回环形工作台的空闲位置，7.3 7.3 柔性制造系统返回下一页上一页第21页/共49页然后按指令将下一个待加工的工件然后按指令将下一个待加工的工件/托盘转到交换装置，由托托盘转到交换装置，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧以待加工。这类具有储存盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧以待加工。这类具有储存
50、较多工件较多工件/托盘的加工中心是一种基础形式的柔性制造单元托盘的加工中心是一种基础形式的柔性制造单元(FMC)(FMC)，它的规模和柔性化程度都比它的规模和柔性化程度都比FMSFMS小，可以作为小，可以作为FMSFMS的基础加工单元，的基础加工单元，也可作为独立的自动化加工设备。也可作为独立的自动化加工设备。FMCFMC自成体系、占地面积少；成自成体系、占地面积少；成本低、功能完善，有廉价小型本低、功能完善，有廉价小型FMSFMS之称。由于之称。由于FMCFMC的这些特点比较适的这些特点比较适合我国的国情，因而近年来它在我国发展较快。合我国的国情，因而近年来它在我国发展较快。FMSFMS对机