先进制造方法 一、本章的教学目的与要求 学习本章的主要目的是:了解CAD/CAM基本概念与基本功能;了解CAPP、GT、FMT的基本概念与应用;理解CIMS的先进管理与制造业信息化的新理念.本章重点为: CAD/CAM技术内容与工程应用的基本概念; CAPP、GT、FMT与CIMS实质内容与工程应用的实际意义.学习本章建议与工程实践的数控实习相结合,以加深对CAD/CAM的理解和加深对制造信息化的理.学习本章时建议阅读葛巧琴编著、东南大学出版社 1998出版的《机械CAD/CAM》及颜永年编著、化学工业出版社2002出版的《先进制造技术》的相关章节.二、授课主要内容 CAD/CAM系统 计算机辅助工艺设计 成组技术 数控加工技术 三、重点、难点及对学生的要求(掌握、熟悉、了解、自学) 使学生重点了解CAD/CAM基本概念和基本功能,了解CAPP、GT、FMS、NC等 基本概念与应用,理解CIMS的先进管理与制造业信息化的新概念.本章重点为: CAD/CAM技术内容与工程应用的基本概念; CAPP、GT、FMT与CIMS实质内容与工程应用的实际意义. 四、主要外语词汇 计算机辅助工艺设计/计算机辅助制造:computer aided design and computer aided manufacturing,CAD/CAM 计算机辅助工艺设计:computer aided process planning ,CAPP 成组技术:grop technology, GT 柔性制造系统:flexible manufacturing system ,FMS 数控:numerical control ,NC 计算机集成制造系统:computer integrated manufacturing system , CIMS 五、辅助教学情况(多媒体课件、板书、绘图、标本、示数等) 讲授+多媒体课件+工程实践数控实习 六、复习思考题 1.先进制造技术由哪些核心技术组成? 2.现代机械制造企业如何面对市场的挑战? 3.CAPP有哪些类型? 4.派生式CAPP与创成式CAPP两者在工作原理上有何不同? 5.创成式CAPP系统在应用上还存在哪些困难? 6.成组技术的基本原理是什么?它对生产有何指导意义? 7.分类与编码的基本概念是什么? 8.分类代码系统的基本概念是什么?它有什么作用? 9.成组技术在产品设计上应用的实质是什么?有何意义? 10.什么是柔性制造技术?它有哪些类型? 11.实施柔性制造系统时应主要考虑哪些问题? 12.刀具监控和管理对柔性制造系统有什么重要意义? 13.柔性制造技术中"柔性"的基本概念是什么? 14.柔性制造系统是由哪些功能模块组成的? 15.试述CIM技术的基本概念? 七、参考资料; 葛巧琴. 机械CAD/CAM.东南大学出版社 1998 颜永年. 先进制造技术.化学工业出版社2002 第七章 先进制造技术 先进制造技术是制造业吸收信息技术和现代管理技术的成果,并将其综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程.以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产以提高对市场适应能力和竞争能力的制造技术总称,它的最重要的特征之一是技术与信息的集成.这一集成理念引起了传统的制造工艺、设计概念和方法以及管理模式的深刻变革. 本章主要讨论先进制造技术中的CAD/CAM技术、CAPP技术、GT技术、FMS技术、CIM以及CIMS技术等. 第一节 CAD/CAM技术 CAD/CAM (Computer Aided Design / Computer Aided Manufacturing) 技术是计算机辅助设计与计算机辅助制造的简称.CAD/CAM技术是以计算机为技术手段,辅助完成从产品设计到加工制造的整个生产过程. 一、CAD技术 CAD是指工程技术人员以计算机为工具,对产品和工程进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称.CAD技术是一门集计算机学科与工程学科为一体的综合性科学. 1.CAD应用的必然性 2.CAD的功能 CAD的功能一般可以归纳为几何建模、工程分析、动态模拟和自动绘图等四大类. (1) 几何建模 1) 二维设计 2) 线框造型 3) 曲面模型 4) 实体造型 (2) 工程分析与计算 现有商品化的CAD/CAM系统软件中,集成有限元分析模块,在建构几何模型的同时自动生成有限元网格.在进行有限元分析计算时,将载荷数据、材料数据和边界约束条件数据输入,经有限元分析软件的分析 、计算并转换成后续设计所需要的数据或输出各种图形. (3)机构分析 机构分析是CAD系统在三维造型的基础上,输入主要的初始数据,系统自动地进行机构的运动分析,计算出机构运动的轨迹、速度、加速度、传动力等参数.同时利用动画功能仿真机构的运动情况,供设计者参考. (4)自动绘图 二、CAM技术 CAM技术是利用计算机对制造过程进行设计、控制和管理.目前应用CAM技术主要集中在数字化控制,生产计划,机器人和工厂管理等四个方面.CAM的应用形式可分为直接应用和间接应用. 1.CAM直接应用 是将计算机直接与制造过程连接,并对它进行监视和控制.如对制造过程中的加工、装配、检验、存贮、输送等进行在线全过程的监控和管理. 2.CAM间接应用 目前机械制造中,CAM技术主要应用于计算机辅助NC编程,即为NC机床准备加工程序,它是CAM的一种间接应用.CAD/CAM系统有效地解决了几何造型、图形显示、交互设计、编辑修改、刀具轨迹生成、加工过程仿真与验证等.CAM中的数控仿真技术为数控机床加工提供有力的支持.图7-4是用Master CAM 8.0软件进行凸轮块数控加工过程的仿真图.仿真过程实时反映了刀具的切削过程,动态显示出加工的效果,真实感较强. 三、CAD/CAM集成技术 CAD/CAM系统是属于交互式的系统,从目前技术发展水平来看,计算机还很难实现自动的完成设计和制造的全过程.在应用CAD/CAM系统软件时,整个CAM过程还必须在有经验的工程技术人员参与下,通过图形交互方式来完成.例如,在进行数控编程时要选择加工对象(即确定点、线、面或实体);确定约束条件(如定位、装夹、干涉等);选择刀具、切削工艺参数(如切削速度、进给量、切削深度)等均由人工来完成.所以CAD/CAM系统使用人员要求有较高的工程素质与较丰富的工程实践经验,才能有效地开发应用CAD/CAM系统. 在市场上比较成熟的CAD/CAM系统有Pro/engineer系统和Master CAM系统.前者是一体化的CAD/CAM系统,其内部是统一的数据格式,能直接调用CAD系统中的图形数据.而后者是CAD模块与CAM模块的无缝集成,其系统内部通过中性文件获取其它CAD系统的图形信息.CAXA机械制造工程师系统也是CAD模块与CAM模块无缝集成的系统,它能以直接或间接的方式从CAD模块或其它CAD系统中获取产品的几何数据.第二节 CAPP技术 CAPP(Computer Aided Process Panning)是计算机辅助工艺设计.它是利用计算机技术辅助工艺人员以系统化、标准化的方法,确定零件或产品,从毛坯到成品制造方法的技术.应用CAPP技术可以快速、合理地编制出满足生产要求的工艺文件,缩短生产准备周期与新产品开发周期.CAPP技术根本上改变了传统工艺设计"个体"与"手工"劳动的性质,提高了工艺设计质量与企业的管理水平.CAPP是企业信息化和实施MRP(物料需求计划)和PDM(产品数据管理)的关键技术. 传统工艺设计方法 CAPP的功能 1.能使广大工艺人员从繁琐,复杂劳动中解脱出来,使他们能集中精力从事新产品开发,工艺装备的研制和新工艺研究等创新工作. 2.应用CAPP系统缩短了工艺设计的周期,降低了工艺设计过程的费用.合理、优化的工艺设计减少了材料费、加工费以及刀具费用等,优良的工艺设计还能降低产品的返修率与废品率,提高产品质量,提高产品在市场上的竞争能力,能获取良好的经济效益. 3.有利于发挥有经验的工艺设计人员的才智,使CAPP系统中融合工艺专家的集体智慧, 使得工艺设计标准化、规范化.特别在当前机械制造企业有经验的工艺设计人员日益短缺的情况下,它更具有特殊的意义,使得工艺设计只取决于CAPP系统,与使用该系统的人员无关,即使实践经验较少的工艺人员也能应用CAPP系统设计出较好的工艺规程. 4.能适应机械制造企业信息集成的需要.CAPP系统建立的工艺数据不仅可以生成各种用户定制美观规范的工艺表格,而且还可以将工艺信息提取汇总出来,供计划、采购、生产等部门使用. CAPP系统能使制造企业以最低的成本,最短的生产周期,最优化,最有效的工艺方法制造出符合设计要求的产品.与传统工艺设计方法相比,采用CAPP系统有明显的社会效益与经济效益. 三、CAPP系统的类型 图7-5 派生式CAPP系统功能框图 CAPP系统按其设计方式分为如下三种类型: 1.派生式CAPP系统 2.创成式CAPP系统 3.综合式CAPP系统 四、CAPP的应用 CAPP技术从20世纪60年代开始研究,至今有40多年的发展历程.国内、外对CAPP技术都进行了大量的探索与研究.当前、开发CAPP系统的关键技术有以下几个方面: 1.数据库技术 2.人工智能技术 3.CAPP的集成技术 第三节 GT技术 GT(Group technology)是成组技术的简称.它是一种生产技术与组织管理相结合的综合性应用技术.成组技术自20世纪50年代开始在机械工业中推广应用,它是解决多品种,中、小批量生产经济效益的最有效途径. 在大
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