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1、第四節(jié) 柔性制造系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造概述,一、CAD/CAPP/CAM,1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，用各自的專業(yè)知識(shí)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計(jì)活動(dòng)的總稱。,1、二維設(shè)計(jì) 2、線框造型 3、曲面造型 4、實(shí)體造型,1、有限元分析 2、優(yōu)化設(shè)計(jì) 3、可靠性設(shè)計(jì),2、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）,計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)方法,1、派生式 2、創(chuàng)成式 3、綜合式,派生式計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)原理,1、零件編碼矩陣化 2、零件組特征的矩陣化 3、主樣件設(shè)計(jì) 4、零件上各種形面的數(shù)字化 5、工序工步名稱編碼 6、綜
2、合加工工藝路線的數(shù)字化 7、工序工步內(nèi)容矩陣,特征矩陣文件 綜合工藝路線 工序、工步文件 工藝數(shù)據(jù)文件,從廣義的角度講，CAM指利用計(jì)算機(jī)輔助從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的活動(dòng)，包括計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)計(jì)劃、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)數(shù)控編程、計(jì)算機(jī)控制加工過程等內(nèi)容。 而從狹義的角度講，CAM僅指數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的確定、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及NC代碼的生成等,3、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）,在市場(chǎng)上比較成熟的CAD/CAM系統(tǒng)有Pro/engineer系統(tǒng)和Master CAM系統(tǒng)。 前者是一體化的CAD/CAM系統(tǒng)，其內(nèi)部是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，能直接調(diào)用CAD系統(tǒng)中的圖形
3、數(shù)據(jù)。 后者是CAD模塊與CAM模塊的無縫集成，其系統(tǒng)內(nèi)部通過中性文件獲取其它CAD系統(tǒng)的圖形信息。,數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟,應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)，將數(shù)控機(jī)床、加工中心、物料自動(dòng)儲(chǔ)存?zhèn)魉脱b置和輔助控制裝置等在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一控制下，形成柔性加工自動(dòng)生產(chǎn)線，既柔性制造系統(tǒng)。,二、 柔性制造技術(shù),1）設(shè)備柔性：指制造系統(tǒng)中能加工不同類型零件所具備的轉(zhuǎn)換能力，其中包括刀具轉(zhuǎn)換、夾具轉(zhuǎn)換等。 2）工藝柔性：能以多種工藝方法加工某一零件組的能力。如鏜、銑、鉆、鉸、攻螺紋等加工。 3）工序柔性：能自動(dòng)改變零件加工工序的能力。 4）路徑柔性：能自動(dòng)更變零件加工路徑。如遇到系統(tǒng)中某臺(tái)設(shè)備的故障,能自動(dòng)將工件
4、轉(zhuǎn)換到另一臺(tái)設(shè)備上加工?？梢愿鶕?jù)負(fù)荷,自動(dòng)改變加工路線,提高利用率,減少等待時(shí)間。 5）產(chǎn)品柔性：產(chǎn)品改變時(shí)能經(jīng)濟(jì)、迅速的轉(zhuǎn)產(chǎn)。 6）批量柔性：能在不同批量下運(yùn)行都能獲取經(jīng)濟(jì)效益。 7）擴(kuò)展柔性：能根據(jù)生產(chǎn)的需要組建和擴(kuò)展生產(chǎn)能力。,1、柔性制造技術(shù)中“柔性”的概念,通常配置有零件緩沖區(qū)、刀具自動(dòng)更換裝置的數(shù)控機(jī)床或加工中心與工件存儲(chǔ)運(yùn)輸裝置組成。 柔性制造單元中數(shù)控機(jī)床數(shù)量約1--3臺(tái)，具有加工多品種,中小批量靈活的生產(chǎn)能力。 可以作為FMS中的基本單元,也可視為小規(guī)模的FMS。 它的自動(dòng)化程度略低于FMS,但其投資比FMS少得多，而經(jīng)濟(jì)效益相接近。這是中小型企業(yè)優(yōu)先發(fā)展的機(jī)型,當(dāng)生產(chǎn)
5、規(guī)模擴(kuò)大時(shí),FMC可以重組和擴(kuò)展,以適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模的需求。,2、柔性制造技術(shù)的類型,1）.FMC柔性制造單元,柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備（或FMC）,物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。 一個(gè)柔性制造系統(tǒng)一般可概括為由下列三個(gè)部分組成，一是可編程控制的加工系統(tǒng)，二是自動(dòng)化的物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)，三是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。 三個(gè)系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)制造系統(tǒng)的能量流（通過制造工藝改變工件的形狀和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造過程的信息和數(shù)據(jù)處理）。,2）.FMS柔性制造系統(tǒng),FMF是FMS擴(kuò)大達(dá)到全廠范圍內(nèi)的生產(chǎn)管理過程。機(jī)械加工過程和物料儲(chǔ)運(yùn)過程全盤自動(dòng)化。它的主要
6、特點(diǎn)是： （1）分布式多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，生產(chǎn)計(jì)劃、日生產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃的生產(chǎn)管理的主計(jì)算機(jī)，它與CAD/CAM系統(tǒng)相聯(lián)，以取得自動(dòng)編制加工用的數(shù)控程序數(shù)據(jù)。 （2）FMF全部的日程計(jì)劃進(jìn)度和作業(yè)可以由主計(jì)算機(jī)和各級(jí)計(jì)算機(jī)通過在線控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，并可以進(jìn)行無人化加工。 （3）CNC機(jī)床的數(shù)量一般在十幾臺(tái)到幾十臺(tái)?？梢允歉鞣N形式的加工中心、車削中心、CNC機(jī)床等。 （4）系統(tǒng)可以全自動(dòng)地加工各種形狀、尺寸和材料的工件。全部刀具可以自動(dòng)交換、自動(dòng)檢測(cè)磨損或損壞的刀具，能自動(dòng)更新廢舊刀具。 （5）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)必須包括自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)，以滿足存取為數(shù)眾多的工件和刀具的需求。系統(tǒng)可以從自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)中提取所需的坯料，
7、并以最有效的途徑實(shí)現(xiàn)物流和進(jìn)行加工。,3）. FMF柔性制造工廠,加工系統(tǒng)實(shí)際是完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng)，主要由數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工設(shè)備（有的FMS還帶有工件清洗、在線檢測(cè)等輔助與檢測(cè)設(shè)備）構(gòu)成。 對(duì)加工箱體類零件為主的FMS而言,通常配置數(shù)控加工中心,CNC銑床等；對(duì)于加工軸類零件為主的FMS,則配有CNC車削中心,CNC車床和CNC磨床；對(duì)于加工復(fù)雜零件的FMS,由于數(shù)控機(jī)床的刀庫(kù)容量有限,必要時(shí)要增加機(jī)外自動(dòng)交換刀庫(kù)。,3、柔性制造系統(tǒng)的組成,1）加工系統(tǒng),FMS中的物料主要指的是工件（毛坯）、刀具、夾具、切屑以及切削液等。 物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)就是實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)、分配、輸送、
8、交換和管理的系統(tǒng)。,2）物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng),三、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS,1、CIM與CIMS的定義,CIM,CIMS,CIMS的組成,2、CIMS在我國(guó)的發(fā)展及實(shí)施CIMS的效益,目標(biāo),方針,經(jīng)過十多年的努力，我國(guó)CIMS事業(yè)取得了迅速發(fā)展，已形成了一個(gè)健全的組織和一支研究隊(duì)伍； 實(shí)現(xiàn)了我國(guó)CIMS研究和開發(fā)的基本框架；建設(shè)研究環(huán)境和工程環(huán)境，包括一個(gè)國(guó)家CIMS實(shí)驗(yàn)工程中心和7個(gè)單元技術(shù)開放實(shí)驗(yàn)室，完成了一大批課題的研究工作，陸續(xù)選定了一批CIMS典型應(yīng)用工廠作為利用CIMS推動(dòng)企業(yè)技術(shù)改造的示范點(diǎn)； 這些工廠包括飛機(jī)、機(jī)床、大型鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)械、汽車、家電、服裝以及鋼鐵、化工等行業(yè)。,發(fā)展,
9、實(shí)施CIMS的效益主要體現(xiàn)在信息集成的效益上； 由于系統(tǒng)集成度提高，使各功能分系統(tǒng)間的配合和參數(shù)配置更加優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力得到更有效的利用，減少實(shí)際存在于企業(yè)生產(chǎn)中的各種資源浪費(fèi)，同時(shí)使管理科學(xué)化，提高企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力。 具體表現(xiàn)在：1）提高產(chǎn)品質(zhì)量 2）提高設(shè)備利用率 3）提高科學(xué)管理水平。 實(shí)施CIMS后，明顯提高企業(yè)新品開發(fā)能力，提高企業(yè)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高，交貨期短而準(zhǔn)確，價(jià)格合理，企業(yè)的信譽(yù)隨之提高； CIMS在其發(fā)展歷程中的主要應(yīng)用對(duì)象是離散型制造業(yè)（約占全部制造業(yè)的50%）。,效益,CIMS的思想、系統(tǒng)方法和集成技術(shù)同樣可用于諸如連續(xù)型或混合型企業(yè)中，國(guó)內(nèi)外在電器、化工、電子元件、鋼鐵行業(yè)中已有不少企業(yè)實(shí)施CIMS應(yīng)用工程并取得了成功。,必須指出,
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