機械製造技術教程_7成組技術與CAPP

tags:    時間:2014-03-07 13:52:11
機械製造技術教程_7成組技術與CAPP簡介
現代科學技術的飛躍發展,社會需求的多樣性,市場競爭的日益激烈,這些客觀環境對傳統的機械工業提出了尖銳的挑戰,迫使機械工業必須加快產品的更新和開發,不斷生產出各種節能生料的新產品來。因此生產……
機械製造技術教程_7成組技術與CAPP正文

現代科學技術的飛躍發展,社會需求的多樣性,市場競爭的日益激烈,這些客觀環境對傳統的機械工業提出了尖銳的挑戰,迫使機械工業必須加快產品的更新和開發,不斷生產出各種節能生料的新產品來。因此生產企業必須從單一品種的生產逐漸向多品種的生產方式過渡,以提高企業的市場競爭力。為了適應產品的更新和生產對象的頻繁轉換,就要求現代生產和製造過程必須擁有較高的柔性。

成組技術(GT)和計算機輔助工藝規程設計(CAPP)等現代製造技術,因為適應當前企業生產的特點,所以必然會給我國的機械工業發展帶來巨大的推動力。

7. 1   成組技術原理

7.1.1  成組技術的基本概念

成組技術是適應產品多樣化時代要求的一門生產技術科學。它研究如何識別和發掘生產活動中有關事物的相似性,並把相似的問題歸類成組,尋求解決這一組問題的最優方案,從而節約時間和精力以取得所期望的經濟效益。

成組技術自本世紀50年代由前蘇聯學者米特洛凡諾夫提出並在機械工業中推廣以來,已在世界各國得到了廣泛應用,“成組技術”被公認為是解決多品種、小批量生產的有效途徑。所謂成組技術(Group Technology,簡稱GT),就是用科學的方法將企業生產的多種產品、部(組)件和零件,按照特定的相似性準則(分類系統)分類歸組,並按零件族的工藝要求配備相應的工裝設備,採用適當的布置形式組織成組加工,從而實現產品設計、工藝製造和生產管理的合理化和科學化,以達到擴大批量的目的。

7.1.2  成組技術的基本原理

眾所周知,傳統的中小批量生產方式存在著產量小、生產準備工作量大、生產效率低及不利於生產的協調計劃、組織管理等缺陷。為克服中小批量生產的上述缺陷,西德阿亨工業大學曾對機床、發動機、礦山機械、軋鋼設備、儀器儀錶、紡織機械、水力機械和軍械等26個不同性質企業的產品進行了分析。結果表明,任何一種機器產品中的組成零件都可以如圖7—1所示分成三大類:

第一類(A類)專用件

這類零件形狀和結構較複雜,且在不同產品中,這類零件差別很大。這類零件佔總件數的比例很小,約為5~10%,但結構複雜,產值較高。例如機床的床身和箱體,發動機的缸體等均屬此類。

第二類(B類)相似件

這類零件約佔整機零件總數的65~70%,其形狀和結構相似,故稱相似件,且多為中等複雜程度,由於數量較大,故產值也較高。屬於這一類的有各種軸、套、法蘭、支座、齒輪等。

第三類(C類)標準件

這類零件結構已標準化和規格化,一般已有專門廠家組織大量生產以供應社會,所以對一般的生產廠家,這類零件屬於外構件,其所佔的比例約為25%左右,例如螺栓、螺母、墊圈、滾動軸承等。

成組技術主要針對的是B類相似件,因此,如果能充分利用這一特點,就可將那些看似孤立的零件按相似性原理劃分為具有共性特徵的一組,在加工中以群體為基礎集中對待,從而有可能將多品種小批量生產轉化為大批量的生產類型。利用零件的相似性原理,將零件分類成組,這就是成組技術產生的基本出發點。

圖7—1  產品中三類零件

成組技術揭示和利用了生產系統中的相似性,它把零件按相似性原理進行分類組合,並在設計、製造和管理中利用它們的相似性,從而提供了能充分利用已有零件的設計與工藝信息的檢索工具;同時,成組技術通過分類和編碼系統將同類零件歸併為零件組,零件組中彙集了大量的相似或相同的零件,這就為標準化提供了良好的對象,從而可以藉助於標準化設計把各組中品種眾多的零件壓縮歸併為數量有限的一種或幾種標準零件,並進而對某一零件組編製出標準工藝,組內其它零件的具體工藝可以由這個標準工藝演變而成;利用成組技術還可以使企業以最有效的工作方式得到統一的數據和信息,獲得最

 

大的經濟效益,並為企業建立集成信息系統打下基礎,為提高多品種、中小批生產的經濟效益開闢了廣闊的道路。其基本原理如圖7—2所示。

圖7—2  成組加工原理示意圖

成組技術的基本原理是符合辯證法的,所以它可以作為指導生產的一般方法。現代發展了的成組技術已廣泛應用於設計、製造和管理等各個方面。

隨著計算機技術和數控技術的飛速發展,成組技術與之相結合,大大地推動了中小批量生產的自動化進程。成組技術成為進一步發展計算機輔助設計(Computer Aided Design,簡稱CAD)、計算機輔助工藝規程設計(Computer Aided Process Planning,簡稱CAPP)、計算機輔助製造(Computer Aided Manufacturing,簡稱CAM)等方面的重要的技術基礎。

7.  2   零件分類編碼系統

7.2.1  零件編碼的概念

機械零件的傳統表示方法是零件圖紙。用圖紙表達零件固然詳盡、準確,但在有些情況下,不夠簡明。特別是檢索零件的某些特徵時,需要翻閱很多圖紙,十分不便,給成組技術中的零件分類帶來了很大的困難。

所謂編碼,就是用一串數字和拉丁字母甚至漢字來描述零件的結構形狀特徵和工藝特徵。最常見、最方便是用數字碼,即將零件的特徵數字化,便於計算機處理。此外,阿拉伯數字在全世界都通用。

為了對編碼的含義有統一的認識,就需要對其所代表的含義做出規定和說明,這種規定和說明稱為編碼法則,也稱為編碼系統。對零件進行編碼,將零件的各有關特徵用碼來表示,實際上也就是對零件進行分類,所以零件編碼也稱為分類編碼,編碼系統也稱為分類編碼系統。

一個零件包含各種特徵,如結構特徵(形狀、尺寸)、工藝特徵(精度、表面粗糙度)、材料特徵等。根據需要不一定都要用碼來表示,只有相關的特徵才需要用一位碼來表示,因此要求表達的特徵項多,編碼的位數也要相應的增加。隨著分類編碼系統功能的增加和計算機在成組技術中的應用,碼位有增加的趨勢,目前最多的已達80位(米特洛法諾夫編碼系統),但是碼位過多,將會失去零件特徵表示的簡明性。代表零件特徵的每一個字元稱為特徵碼,所有特徵碼有規律的組合就是零件的編碼。由於每一個字元代表的是零件的一個特徵,而不是一個具體的參數,因此每種零件的編碼並不一定是唯一的。利用零件的編碼,就可以較方便地劃分出特徵相似的零件組來。

編碼系統可分為層式結構(單碼)、鏈式結構(多碼)和混合式結構三種。層式結構的后一位碼受前一位碼制約,是對前一位碼進行更詳細地說明。層式編碼容量大,關係複雜。但由於層式結構具有相對緊密性,能以有限個位數傳遞大量有關零件信息。鏈式結構中每位碼都具有獨立含義,與前一位碼無關。鏈式編碼容易掌握,容量較小,它可以方便地處理具有特殊屬性的零件。大多數編碼系統都採用混合式結構,而其中的某些碼位按層式結構。

7.2.2  編碼系統簡介

目前,世界各國已建立的具有代表性的分類編碼系統有40餘種,見表7—1。

表7—1  各國的主要成組技術分類系統

西 德

OPITZ(切削、磨削、衝壓件),STUTTGART,PITTLER,GILDEMEIS  TER,ZAFOSPIES,PUSCHMAN

東 德

DDR(標準),WALTER,AUERSWALD

前 蘇 聯

MITROFANOV,LITMO,VPTI,NIITMASH,GUREVICH

前捷克斯洛伐克

VUOSO,VUSTE,MALEK

英 國

BRISCH,PERA,SALEORD,GAF(衝壓件)

挪 威

TEKLA

瑞 典

PGM

荷 蘭

MICLASS(TNO)

前南斯拉夫

IAMA

美 國

CODE,PARTS—ANALOG,SAGT,ALLIS—CHAMERS,HOLE—CODE,BUCCS,ASSEMBLY—PART—CODE,CINCLASS,DTH

日 本

KC(?1、2),KK(?1、2、3),衝壓件分類,鑄件(分類)成本計算,豐田工機,東芝機械,日立製作所等

 

我國在分析了世界先進的編碼系統的基礎上,結合我國的具體情況制定了自己的分類編碼系統JLBM—1(機械工業成組技術分類編碼系統)。本書由於篇幅所限,僅介紹兩種常用的分類編碼系統。

1.奧匹茲(Opitz)零件分類編碼系統

奧匹茲分類編碼系統系由西德阿亨工業大學H·奧匹茲教授領導研製成功的。系統對設計和生產加工都能適用。該編碼系統由九位十進位數字代碼組成,前五位為主碼,用於描述零件的結構形狀;后四位為輔助碼,用於描述零件的尺寸、材料、毛坯和加工精度。每一個碼位有十個特徵碼(0~9),分別表示10種特徵。如圖7—3所示為奧匹茲編碼系統的基本結構圖。

圖7—3  Opitz編碼系統的基本結構圖

第一碼位:表示零件的類型。從零件的整體外形來看,分為兩大類:0~5項為迴轉件,如盤、套、軸等;6~9項為非迴轉件,如板、條、塊(箱體)等。D為迴轉件的最大直徑,L為軸向長度。對於非迴轉件,A、B、C分別表示長度、寬度和厚度,即A〉B〉C。這十個組,各組分別在第二至第五位內進一步進行分類。

第二碼位:對於迴轉件,表示外表面形狀及其形狀要素的特徵;對於有偏心的迴轉件或非迴轉件,表示零件主要形狀的特徵。

第三碼位:表示一般迴轉體的內表面形狀及其要素和其他幾類零件的迴轉加工、內外形狀、要素主要孔等特徵。

第四碼位:表示平面加工。

第五碼位:表示輔助孔、齒形和成形面加工。

第六碼位:表示零件主要尺寸(D或A)。

第七碼位:表示零件材料的種類、強度及熱處理等狀況。

第八碼位:表示零件加工前的原始狀況。

第九碼位:表示零件上有高精度要求的表面所在的碼位。

奧匹茲系統主要對象是機床工業,系統比較嚴密。關於奧匹茲系統編碼的詳細內容,可參閱有關專業資料。對於圖7—5a所表示的零件的奧匹茲編碼如圖7—5b所示。

2.JLBM—1零件分類編碼系統

“機械工業成組技術分類編碼系統”(JLBM—1)是由我國機械工業部組織制定並批准施行的成組技術的指導性技術文件。它採用主碼和輔碼分段的混合式結構,由15位碼組成。其基本結構如圖7—4所示。

圖7—4  JLBM—1編碼系統基本結構圖

將圖7—3與圖7—4比較便可看出,JLBM—1系統的結構基本上是和奧匹茲系統相同的,只是為了彌補奧匹茲系統的不足。奧匹茲系統對零件的描述比較粗糙,尤其是對零件的工藝特徵的描述尚顯不足。JLBM—1系統把奧匹茲系統的形狀加工碼加以擴充,把奧匹茲系統的零件類別碼改為零件功能名稱碼,把熱處理標誌從奧匹茲系統中的材料熱處理碼中分離出來,主要尺寸碼由原來的一個環節擴大為兩個環節。JLBM—1系統除了增加形狀加工的環節,比奧匹茲系統可以容納較多的分類標誌外,它在系統的總體組成上,要比奧匹茲系統簡單,因而也容易使用。

JLBM—1系統的一、二碼位表示零件的名稱類別,採用零件的功能和名稱作為標誌以便於設計部門檢索。但由於零件的名稱極不統一,同名的零件可能其結構形狀截然不同,不同名的零件卻可能有相似的結構形狀,因此為防止混亂,在分類前必須先對企業的零件名稱進行標準化和統一。

為了增加分類標誌的容量,一、二碼位特徵碼採用矩陣標的形式,這樣用兩個橫向碼位便可提供若干個縱向分類環節,具體見表7—2。

表7—2  JLBM—1系統名稱類別分類表(第1~2位)

三~九碼位是性狀及加工碼,分別表示迴轉體零件和非迴轉體零件的外部形狀、內部形狀、平面、孔及其加工與輔助加工的種類,具體見表7—3。

表7—3  JLBM—1系統迴轉體類零件分類表(3~9位)

十~十五碼位是輔助碼,表示零件的材料、毛坯、熱處理、主要尺

 

寸和精度的特徵。尺寸碼規定了大型、中型和小型三個尺寸組,分別供儀錶機械、一般通用機械和重型機械等三種類型企業參照使用。精度碼規定了低精度、中等精度、高精度和超高精度四個檔次。在中等精度和高精度兩個檔次中,再按有精度要求的不同加工表面而細分為幾個類型,以不同的特徵碼來表示,具體見表7—4和表7—5。

表7—4  JLBM—1系統材料、毛坯、熱處理分類表(第10~12位)

表7—5  JLBM—1系統主要尺寸、精度分類表(第13~15位)

    關於JLBM—1編碼系統代碼的詳細內容,請查閱有關專業資料。對圖7—5a所示零件的JLBM—1編碼,如圖7—5c所示。

圖7—5  Opitz 和JLBM—1系統編碼舉例

a)零件圖  b)Opitz 編碼  c)JLBM—1系統編碼

7. 3   零件分類成組方法

零件族的劃分是基於零件特徵的相似性,零件分組目的的不同,零件相似性準則(特徵)也各異。例如對設計中的成組技術來說,主要相似性準則應該是零件結構相似。而對成組加工來說,則應主要考慮工藝相似。當然,一般情況下,結構相似和工藝相似也有其共同性。

零件的編碼工作可以由編碼人員根據編碼法則以手工方式進行,也可以採用計算機輔助編碼系統軟體用人機對話的方式對零件進行自動編碼。目前,將零件分類成組常用的方法有視檢法、編碼分類法、生產流程分析法、模式識別法等幾種。

7.3.1 視檢法

視檢法是根據零件圖樣機器製造過程,直觀的憑經驗判斷零件的相似性,並據此將零件進行分類成組。這種方法直觀易行,對零件進行粗分類的有效方法。例如,應用視檢法可方便地將零件劃分為迴轉體類、箱體類和叉體類等。但由於這種方法是憑經驗進行的,所依據的零件類型是模糊的,因此用它對零件進行較細的分類就比較困難。目前,這種方法一般不單獨使用,而是作為一種輔助方法,用於零件的粗分類。

7.3.2 編碼分類法

編碼分類法是一種比較科學和有效的分類成組方法。該方法先將各種零件按特徵編碼,即先用代碼來表示零件特徵。特徵項的選取以及採用多少特徵項與要求達到的目的有關。然後對代碼規定出相似性準則,按準則將代碼相似的零件歸為一組。代碼完全相同的零件,具有最高的相似性。

1.根據零件的編碼劃分零件組的步驟

(1)選擇或研究分類編碼系統

前面一介紹了兩種編碼系統。目前已開發應用的各種系統,都有其局限性。不可能完全適用於具體企業,但可選作基礎進行改動,經過適當修改後,再作為企業的編碼系統。

(2)零件編碼

最初,都是手工編碼,即由人根據系統的編碼準則,對照零件圖及其加工工藝,編出零件的相關代碼。這種方法速度慢,特別是碼位較多時,編碼工作量大,人工難以承受,且編碼出錯的比率也較高。目前,一般採用計算機輔助編碼。這樣可以節省人力,加快速度,並且可以大大降低編碼出錯的比率。

(3)零件分組

零件經過編碼已經實現了最細的分類,即編碼完全相同的為一類。在單件、小批生產中,甚至在中批生產中,僅將代碼完全相同的零件歸為一個零件組,會出現零件組數較多,且每組內零件數又很少的情況。這樣達不到採用成組技術增大成組批量的目的,因而不能獲得應有的效益,這是由於對相似性要求過高所造成的。

零件分組的實質在於對編碼進行分類、成組,使其組數和每組內的數量適當,也就是降低相似性要求。當然,相似性要求也不能太低,否則也難以取得一定的技術經濟效益。

2.常用的編碼分類方法有以下幾種。

(1)特徵碼位法

從零件代碼中選擇其中反映零件工藝特徵的部分代碼作為分組的依據,就可以得到一組具有相似工藝特徵的零件族,這幾個碼位就稱為特徵碼位。

 

例如,對採用成組工藝來說,主要考慮工藝的相似性。對製造工藝影響大小的因素按下列順序排列:

① 零件類別。例如迴轉體和非迴轉體加工工藝是完全不同的。

② 材料。黑色金屬零件和有色金屬零件,不但加工條件不同,而且切削屑也應分開。

③ 尺寸。加工尺寸不同的零件所選用的機床設備規格也不同。

④ 零件具體形狀。零件具體形狀的差別影響零件在加工中的定位、夾緊以及其它一些工藝。

因此,對有關這些因素的碼位應選為分組特徵碼位。對於同組零件,這些碼位的值應相同。

例如,奧匹茲系統是以第1、6、7位表示零件類別、尺寸和材料,因此應取其為分組依據。另外,第2、3、4、5 四位碼都是表示零件具體形狀的,若也都取為特徵碼作為分組限制,則必然相似性要求過高的情況,所以根據具體情況和工廠具體條件,可只取其中一位碼作為分組依據。例如,若以外形來區別,就可選用第2位碼。

這樣,當選用奧匹茲系統,並以第1、2、6、7碼位為特徵位,則如圖7—6所示將零件劃歸同一零件(因三者的第1、2、6、7碼位上的數據相同,均為0、4、3、0)。

圖7—6  按特徵位數據法分組

(2)碼域法

對特徵碼位也不一定只能取一個數值,這是因為有些碼位雖然特徵性較強,但在一定值範圍內還是有相似性的。如第1位零件類別特徵,特徵值為1和6的零件類別差別很大,前者為迴轉體,後者為非迴轉體。但特徵值為0、1、2都是迴轉體,也是有很大相似性的。所以應該給各位碼以一定範圍,這就是給一定域碼。碼域法就是適當放寬每一碼位相似特徵方面的範圍,這樣允許編碼雖不相同,但具有一定零件特徵相似性的零件仍可以歸為同一零件組,即適當擴大了成組的零件種數。例如在前面的例子中,在給每位碼規定如下碼域:

第1位碼1、2

第2位碼0、1、2、3

第6位碼0、1、2、3

第7位碼2、3、4、5、6

對於不選作特徵位的3、4、5、8,其碼域不作限制,也就是可以包括全部值。這樣就形成了一個零件組的特徵位碼域表(見表7—6)。

表7—6  特徵碼域表

 

1

2

3

4

5

6

7

8

0

 

 

1

 

2

3

 

4

   

 

5

   

 

6

   

 

7

   

   

8

   

   

9

   

   

 

對不同的零件組,既可以規定不同的特徵位,又可以規定不同的碼域,因此這種方法更具有靈活性,而且由於忽略了某些對分組來說是次要的碼位,就使分組工作得到簡化。

(3)特徵碼位碼域法

這是以上兩種方法結合起來的分組方法。特徵碼位碼域法是使用靈活、適用性強,故應用廣泛。

7.3.3生產流程分析法

由於大多數零件的分類和編碼系統都是以零件的結構形狀和幾何特徵信息為主要依據的,用這種編碼分類法劃分的零件組沒有與加工設備(機床)聯繫起來,不能很好的反映工藝方面的信息。因此英國學者提出了以工廠中零件的生產過程或工藝過程的相似性為主要依據的生產流程分析法。它是按零件的工藝相似特徵進行分類的,通過相似的物料流找出相似的零件集合與加工設備集合之間的對應關係。這樣,即能確定零件組,又能同時得到加工該組零件的生產流程的設備組。

生產流程分析法是建立在分析工廠目前正在採用的零件加工工藝過程的基礎上的。首先,根據每種零件的工藝路線卡,可列出表7—7所示的工藝路線表。表中的“√”記號表示該零件要在該機床上加工。然後通過對生產流程的分析、整理、歸納。可將表7—7轉換成表7—8形式。從表7—8中可以明顯看出零件1、2、20、7、11、14、9、5 八種工藝路線相似;零件4、18、12、8、17、15、19 七種工藝路線相似;剩下五種零件工藝路線也相似。因此通過生產流程分析,自然就將上述20種零件分類編為三組。

生產流程分析法是一種應用很普遍的方法。若以手工方式進行,工作量較大,近年來發展了用計算機輔助,取得了很好的效果。

表7—7  工藝路線表

表7—8  工藝路線表

7.3.4  模式識別法

模式識別法是一種將模式識別理論應用於零件分類歸組的新方法,是一種正在研究開發的新方法,並已獲得初步成功。詳細內容請翻閱專業書籍。

7. 4   成組生產的組織形式

成組加工的最初設想,是把具有相似加工特點的零件歸併成族,以形成所謂的“疊加批量”。這裡所指的“相似加工特點”包括使用的設備、工藝裝備以及機床調整的一致性。這時,雖然加工系統仍按機群式布置,但可以按“疊加批量”組織生產。

成組加工的進一步發展就提出了建立一個專業化的機床組來完成一個有相似加工要求的零件族的加工。

根據目前成組加工的實際應用情況,成組加工系統有如下三種基本組織形式:

1.成組加工單機。

2.成組加工單元。

3.成組加工流水線。

這三種形式是介於機群式和流水線之間的設備布置形式。機群式適用於傳統的單件小批量生產,流水線則適用於傳統的大批量生產。至於成組加工採用何種形式,主要是依據零件加工的相似程度和“疊加批量”的大小來確定的。

7.4.1  成組加工單機

在轉塔車床或自動車床上成組加工小型迴轉體零件,這些零件的全部加工工序都在這一台設備上完成,這種形式稱為成組加工單機。成組加工單機加工零件時機床的布置,雖說在形式上與機群式生產工段類似,但在生產方式上卻有著本質上的區別。成組加工單機雖然是在機群式布置基礎上發展起來的,但它的應用範圍是用一種加工方式加工一個相似零件族,並且是在一個工作地點或一台機床上完成的。

一個零件若要經過數道工序,則對於不同的工序,零件可歸於不同的族,在不同的單機上加工,這種成組加工形式可以覆蓋最大量零件,並獲得良好的加工效果。如果一台設備只完成零件組的某一道或幾道工序加工,其餘工序仍然是單獨工序,分別在其它機床上完成則稱為成組工序加工。它是成組加工單機的一種特殊形式,這種形式雖然擴大了零件的批量,減少了調整機床的時間,但是對於複雜零件,不便於生產,

 

經濟效益也不明顯。

採用成組加工單機的優勢是:可以預先給工作地裝備必要的專用工裝、貨架、工具箱等裝置;對機床進行專門化改裝;讓操作工人很快掌握複雜機床和刀具的調整,因而可以不要配備專門的調整工人。

成組加工單機是成組技術的最初形式,其經濟效益受限制。但隨著數控機床和加工中心的廣泛應用,特別是柔性運輸系統的發展,成組加工單機的組織形式又變得重要起來。

7.4.2  成組加工單元

在一組機床上完成一個或幾個工藝相似零件組全部工藝過程,該組機床即構成車間的一個封閉生產單元,這種生產單元與傳統的小批量生產下所採用的“機群式”排列的生產工段是不一樣的。一個機群式生產工段只能完成零件的某一個別工序,而組成加工單元卻能完成一定零件組的全部工藝過程。

成組加工單元是一個混合機床組,在這個機床組內完成零件族加工的全部工序,而且加工順序可以在組內靈活安排。此外零件即使有所不同,加工的機床也會有所不同。如圖7—7所示成組加工單元的生產方式。

圖7—7  成組加工單元

成組加工單元是成組技術在加工中應用最典型的形式,在多品種、中小批量生產中被廣泛的使用。由圖7—8可以看出,它與流水線生產的形式很接近,單元內的機床基本上是按零件組的統一工藝過程排列的,但又不受生產節拍的限制,也就是零件可以在單元內任意流動或間隔機床流動,因此具有一定的靈活性。

成組加工單元的優勢是:可以縮短工序間的運輸距離,從而減少了在制品庫存量;縮短了零件的生產周期,提高了設備利用率,從而降低了生產成本;同時單元內的工人工作趨於專業化,加工質量穩定,生產效率相對比較高。

因為成組加工單元有一定的獨立性,並有明確的職責,所以能夠更好的保證產品的質量和生產效率,用較少的成本就可以獲得較好的經濟效益。因此成組加工單元是一種先進的生產組織形式和科學的管理方法,並被許多企業所採用。

7.4.3  成組加工流水線

所謂成組加工流水線,就是在成組加工單元的基礎上,將各工作地(設備)按照零件族的加工順序固定布置。被加工的零件在流水線上用接近的節拍單項活動,工作過程連續而有一定的節奏。它較成組加工單元又先進了一步,所以說它是成組加工系統中實現加工過程合理化的較高級組織形式。

與一般流水線相比,所不同之處在於成組加工流水線只要經過少量的調整就能加工同組內的不同零件。需要注意的是在生產線上流動的不是一種零件,而是多種相似零件。對某一種零件來說,不一定經過線上的每一台機床,這種生產形式僅適用於少數產量較大的工藝相似零件。

成組加工流水線的優勢是:零件運輸路線短,不迂迴;工藝適應性比較大。

國內外的實踐表明,在中、小批量生產中將設計、製造和管理看作一個整體系統,全面實施成組技術,可以取得最佳的綜合經濟效益,除了使產品設計和工藝設計工作合理化、標準化,節約了設計時間和費用以外,還擴大了零件的成組年產量,便於採用先進的生產技術和高效加工設備,使生產技術水平和管理效率大大提高。尤其是它將大量的信息分類成組並使之規格化、標準化,使得信息的存儲和流動大為簡化,有可能用計算機使信息得到迅速的檢索、分析和處理,所以成組技術又是計算機輔助工程的技術基礎之一。

7. 5     計算機輔助工藝規程設計(CAPP)

計算機輔助工藝規程設計(CAPP)是在成組技術的基礎上,通過向計算機輸入被加工零件的原始數據、加工條件以及加工要求,由計算機自動進行編碼、編程直至最後輸出經過優化的工藝規程卡片的過程。採用計算機輔助工藝規程設計不僅能減輕工藝人員的重複勞動並顯著提高工藝設計的效率,而且將更可靠和更有效的保證了同類零件工藝

 

上的一致性。所以計算機輔助工藝規程設計在國內外正引起越來越多的重視和研究。

CAPP最初的低級形式僅用於工藝規程的檢索和管理,即利用計算機來存取已有的單獨工藝,需要時向計算機查詢和檢索。在成組技術的基礎上,CAPP逐步發展成能通過修改編輯功能而在已有的標準工藝過程的基礎上生成新的零件的工藝過程。目前,世界各國又在致力於開發新的工藝設計系統,這種系統能直接輸入零件圖形和加工要求。通過系統的邏輯判斷功能,自動地直接生成零件的工藝過程。

按照CAPP的基本原理和方法,可分為三種類型:派生法(Variant)、創成法(Generative)以及知識基礎系統(KB—Knowledge Based CAPP System)。

7.5.1  派生法原理

派生法CAPP又稱為變異法、修訂法CAPP。派生法工作規程設計是利用成組技術原理將零件按幾何形狀及工藝相似性分類、歸族,每一族又有一個典型樣件,根據此樣件建立典型工藝文件,即標準工藝規範,存入標準工藝文件庫中。當需要設計一個新的零件工藝規程時,按照其成組編碼,確定其所屬零件族,由計算機檢索出相應零件族的典型工藝,再根據零件的具體要求,對典型工藝進行修改,最後取得所需的工藝規程。其具體工作原理如圖7—8所示。

圖7—8  派生法CAPP系統工作原理圖

通過成組技術的原理把工藝相似的零件匯成零件組,並按零件分類編碼系統對零件編製GT代碼,然後利用成組工藝設計方法為每個零件組設計出可供全組零件使用的複合工藝。該複合工藝必須符合企業生產條件下的最優設計方案,將其儲存在計算機系統的資料庫中。當輸入一個新零件的GT代碼時,系統可以判斷出該零件的具體類別,並從資料庫中檢索並調用該組複合工藝。然後,根據零件的結構、工藝特徵和加工條件要求,對檢索出的工藝內容進行自動或互動式修改和編輯。

當在派生法系統中引入較多的決策邏輯時,該系統又稱為半生成式或混合式系統。例如,零件組的複合工藝中只是一個工藝路線,而各加工工序的內容(包括機床、工具和夾具的選擇,工步順序以及切削參數的確定),都是用邏輯決策方式生成的,這樣的系統就是半生成式或混合式系統。

派生法工藝規程設計一般需要經過兩個步驟:

1.準備階段

(1)對大量零件進行編碼。

(2)建立零件組(族)。

(3)制定零件組(族)的標準工藝規程。

(4)將上述零件組(族)的特徵和相應的標準工藝規程一一對應地存入計算機。

2.使用階段

(1)首先將需要進行工藝規程設計的新零件按照同樣的編碼系統進行編碼,然後將這個代碼輸入計算機,通過計算機中零件族檢索程序,找到這個零件所屬的零件族。

(2)調出該零件族的標準工藝規程。

(3)根據零件的特殊要求,修改和編輯這個標準的工藝規程最後生成該零件的獨立的工藝規程。

    上述步驟都是通過計算機直接完成的。

7.5.2  創成法原理

創成法是另一種類型的CAPP。創成法工藝過程設計不是以原有的工藝規程為基礎,而是依靠系統中的邏輯決策生成的,其工作原理如圖7—9所示。系統可按工藝生成步驟分為若干個模塊,每個模塊的設計是按功能模塊的決策表或決策樹來編製的,即決策邏輯嵌套在程序中。各模塊工作時所需的各種數據都以資料庫文件的形式存儲。

                        圖7—9  創成法CAPP系統工作原理圖

系統在讀取零件的製造特徵信息后,能自動識別和分類。此後,系統中其它模塊按決策邏輯生成零件上各待加工表面的加工順序和各處表面的加工鏈,並為各表面加工選擇機床、夾具、刀具、切削參數和加工時間、加工成本,以

 

及對工藝過程進行優化。最後,系統自動進行編輯並輸出工藝規程。人的作用僅在於監督計算機的工作,並在計算機決策過程中作一些簡單問題的處理,對中間結果進行判斷和評估。

零件信息描述是設計創成法系統的首要問題。目前,國內外創成法系統中採用零件描述法主要有成組編碼法、型面描述法和體面描述法。也可將零件的設計信息直接從系統的資料庫中採集。

從理論上講,創成法工藝設計系統是一個完備的高級系統,它擁有工藝設備所需要的全部信息,在其軟體服務系統中包含著全部決策邏輯,因此使用起來比較方便,無需準備設備。但是,由於工藝設計中所涉及的因素又多又複雜,目前的技術水平還無法完全實現所謂的自動系統,目前的創成法工藝設計系統大多還處於研發階段。

7.5.3  知識基礎系統工作原理

創成法系統由於決策邏輯嵌套在應用程序中,結構複雜且不易修改,目前的研究已轉向知識基礎系統(又稱專家系統)。在該系統中,把工藝專家編製工藝的經驗和知識存到知識庫中,它可以方便的通過專用模塊進行增減和調用。這就使得系統的通用性和適應性大大提高,具體工作原理圖如圖7—10所示。

圖7—10  知識基礎系統工作原理圖

各種類型的CAPP系統的適用範圍主要與零件族的數量、零件品種數以及相似程度有關。對於零件族數量不多,而且在每個零件族中有許多相似零件,派生法CAPP系統通常用得比較多;如果零件族數量較大,而在每個零件族中零件品種不多,那麼用創成法CAPP系統就比較經濟。值得一提的是,所謂半創成法CAPP系統,是一種以派生法為主,創成法為輔的CAPP系統。例如,工藝過程設計採用派生法,而工序設計採用創成法。無論哪一種系統,只要符合工廠實際、使用方便、容易操作和掌握,那麼它就是一個好系統。

 

Bookmark the permalink ,來源:
One thought on “機械製造技術教程_7成組技術與CAPP