机械加工工艺过程设计ppt课件.ppt

1,第5章 机械加工工艺过程设计,本章要点,掌握并能正确运用选择定位基准的原则（5.2）理解经济加工精度概念，掌握制订工艺路线的基本原则和方法（加工方法选择，加工阶段划分，加工顺序安排，工序集中与工序分散）（5.3）理解成组工艺过程设计方法（补充）理解数控加工工艺的特点（5.4）理解加工余量概念，掌握工序尺寸及公差确定方法（5.5）掌握并能正确运用工艺尺寸链求解工序尺寸（5.6）了解计算机辅助工艺过程设计的意义及工作原理（5.7）理解工时定额的组成，了解提高生产效率的方法（5.8.1）理解工艺成本概念，了解工艺方案比较方法（5.8.2）,2,机械制造技术基础,第 5 章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,5.1 制订机械加工工艺规程 的步骤和方法Steps and Methods of Machining Process Planning,3,5.1.1 机械加工工艺规程及其作用,机械加工工艺过程 采用各种机械加工方法，直接用于改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使之成为合格零件的全部劳动过程,机械加工工艺规程 规定零件机械加工工艺过程的工艺文件,工艺规程的作用 连接产品设计和制造过程的桥梁，是企业组织生产活动和进行生产管理的重要依据,4,表5-1 机械加工工艺过程卡片,表5-1 机械加工工艺过程卡片,5.1.1 机械加工工艺规程及其作用,5,表5-2 机械加工工序卡片,5.1.1 机械加工工艺规程及其作用,6,表5-1 机械加工工艺过程卡片,表5-3 机械加工工艺卡片,5.1.1 机械加工工艺规程及其作用,7,5.1.2 机械加工工艺规程的设计原则,保证零件加工质量，达到设计图纸规定的各项技术要求为前提 工艺过程有较高的生产效率和较低的成本 充分考虑和利用现有生产条件，尽可能做到平衡生产 尽量减轻工人劳动强度，保证安全生产，创造良好、文明的劳动条件 积极采用先进技术和工艺，减少材料和能源消耗，并应符合环保要求,8,5.1.3 制订机械加工工艺规程所需原始资料,产品的全套装配图及零件图 产品的验收质量标准 产品的生产纲领及生产类型 零件毛坯图及毛坯生产情况 本厂（车间）的生产条件 各种有关手册、标准等技术资料 国内外先进工艺及生产技术的发展与应用情况,9,1.阅读装配图和零件图 了解产品的用途、性能和工作条件，熟悉零件在产品中的地位和作用，明确零件的主要技术要求,5.1.4 机械加工工艺规程的设计步骤及内容,2.工艺审查 审查图纸上尺寸、视图和技术要求是否完整、正确、统一，分析主要技术要求是否合理、适当，审查零件结构工艺性,3.熟悉或确定毛坯 确定毛坯的依据是零件在产品中的作用、零件本身的结构特征与外形尺寸、零件材料工艺特性以及零件生产批量等。常用的毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件、型材等，其特点及应用见表5-4,10,5.1.4 机械加工工艺规程的设计步骤及内容,11,4.选择定位基准（见5.2节）5.拟定加工路线（见5.3节）6.确定满足各工序要求的工艺装备,5.1.4 机械加工工艺规程的设计步骤及内容,7.确定工序余量，计算工序尺寸和公差（见5.5和5.6节）,包括机床、夹具、刀具、量具、辅具等 工艺装备的选择在满足零件加工工艺的需要和可靠地保证零件加工质量的前提下，应与生产批量和生产节拍相适应，并应充分利用现有条件，以降低生产准备费用 对必须改装或重新设计的专用或成组工艺装备，应在进行经济性分析和论证的基础上提出设计任务书,8.确定切削用量（见3.5节）9.确定时间定额（见5.8节）,12,10.编制数控加工程序（数控加工见5.4节）,5.1.4 机械加工工艺规程的设计步骤及内容,11.评价工艺路线 对所制订的工艺方案应进行技术经济分析，并应对多种工艺方案进行比较，或采用优化方法，以确定出最优工艺方案（见5.8节）,12.填写或打印工艺文件,13,机械制造技术基础,第 5 章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,14,5.2.1 精基准的选择,基准重合原则选用被加工面设计基准作为精基准,统一基准原则当工件以某一表面作精基准定位，可以方便地加工大多数（或全部）其余表面时，应尽早将这个基准面加工出来，并达到一定精度，以后大多数（或全部）工序均以它为精基准进行加工,15,5.2.1 精基准的选择,16,17,5.2.1 精基准的选择,X62W铣床立柱选择立导轨 A、C 面为统一精基准。首先将立导轨加工好，以后的各工序均以此为精基准定位，依次加工出底面1、悬梁导轨2、侧面4以及孔系3（轴孔），以保证主轴孔、悬梁导轨及底面与立导轨的垂直度；侧面与轴孔的平行度以及轴孔间的中心距和平行度,铣床立柱统一基准举例,18,在实际生产中，经常使用的统一基准形式如下：,5.2.1 精基准的选择,轴类零件常使用两顶尖孔作统一基准 箱体类零件常使用一面两孔（一个较大的平面和两个距离较远的销孔）作统一基准,盘套类零件常使用止口面（一端面和一短圆孔）作统一基准 套类零件用一长孔和一止推面作统一基准,19,5.2.1 精基准的选择,注意：采用统一基准原则常常会带来基准不重合问题。此时，需针对具体问题进行具体分析，根据实际情况选择精基准,采用统一基准原则的好处：,有利于保证各加工表面之间的位置精度 可以简化夹具设计，减少工件搬动和翻转次数,20,互为基准原则,例：主轴零件精基准选择（轴径、锥孔互为基准，图5-2）,5.2.1 精基准的选择,又例：齿轮加工（孔与齿面互为基准，补图5-5）,补图5-5 齿轮孔与齿面互为基准,21,5.2.1 精基准的选择,自为基准原则,例：床身导轨面磨削加工（找正导轨面，图5-3）,图5-3 导轨磨削基准选择,找正前,找正后,22,图5-13 浮动镗刀块1工件；2镗刀块；3镗杆,便于装夹原则：所选择的精基准应能保证工件定位准确、可靠，并尽可能使夹具结构简单、操作方便,图5-10 外圆研磨示意图,又例：铰孔、拉孔、研磨（图5-10）,5.2.1 精基准的选择,再例：浮动镗刀块镗孔（图5-13）,23,5.2.2 粗基准的选择,保证相互位置要求原则：如果首先要求保证工件加工面与不加工面相互位置要求，则应以不加工面作为粗基准,余量均匀分配原则：如果首先要求保证工件某重要表面加工余量均匀时，应选择该表面的毛坯面作为粗基准,（a）,（b）,（c）,图5-4 粗基准选择比较,24,便于工件装夹原则：选用粗基准面尽可能平整、光洁，且有足够大尺寸，不允许有锻造飞边、铸造浇冒口或其他缺陷。也不宜选用铸造分型面作粗基准,粗基准一般不得重复使用原则,5.2.2 粗基准的选择,25,5.2.2 粗基准的选择,26,补图5-7 摇杆零件图,【例5-1】选择补图5-7所示摇杆零件的定位基准。零件材料为HT200，毛坯为铸件，生产批量5000件,5.2.3 定位基准选择实例分析,27,5.2.3 定位基准选择实例分析,图5-6 数控车削中心主轴箱体零件图,【例5-2】车削加工中心主轴箱箱体，材料HT200，毛坯铸件，单件小批生产,28,5.2.4 定位基准选择实例分析,表5-5 数控车削中心主轴箱箱体加工工艺过程,29,机械制造技术基础,第 5 章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,30,5.3.1 加工方法的选择,经济精度随年代增长和技术进步而不断提高（图5-8）,在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备和工艺装备，使用标准技术等级工人，不延长加工时间），一种加工方法所能保证的加工精度和表面粗糙度（图5-7中的 AB 段）,31,5.3.1 加工方法的选择,零件加工表面的精度和表面粗糙度要求 零件材料的加工性 生产批量和生产节拍要求 企业现有加工设备和加工能力 经济性,选择加工方法应考虑的问题,外圆表面、孔及平面加工方案参见表5-6，表5-7，表5-8,32,5.3.1 加工方法的选择,表5-6 外圆加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值,33,5.3.1 加工方法的选择,表5-7 孔加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值。,34,5.3.1 加工方法的选择,表5-8 平面加工中各种加工方法的加工经济精度及表面粗糙度,注：加工有色金属时，表面粗糙度 Ra 取小值,35,5.3.1 加工方法的选择,图5-9 外圆表面的典型加工工艺路线,36,5.3.1 加工方法的选择,图5-12 孔的典型加工工艺路线,37,5.3.1 加工方法的选择,38,5.3.2 加工阶段的划分,粗加工阶段主要任务是去除加工面多余的材料 半精加工阶段使加工面达到一定的加工精度，为精加工做好准备 精加工阶段使加工面精度和表面粗糙度达到要求 光整加工阶段对于特别精密的零件，安排此阶段，以确保零件的精度要求,有利于保证零件的加工精度 有利于设备的合理使用和精密机床的精度保持 有利于人员的合理安排 可及早发现毛坯缺陷，以减少损失,39,5.3.3 加工顺序的安排,先基准后其他先加工基准面，再加工其他表面,先面后孔有两层含义：1）当零件上有较大的平面可以作定位基准时，先将其加工出来，再以面定位加工孔，可以保证定位准确、稳定 2）在毛坯面上钻孔或镗孔，容易使钻头引偏或打刀，先将此面加工好，再加工孔，则可避免上述情况的发生,先主后次也有两层含义：1）先考虑主要表面加工，再安排次要表面加工，次要表面加工常常从加工方便与经济角度出发进行安排 2）次要表面和主要表面之间往往有相互位置要求，常常要求在主要表面加工后，以主要表面定位进行加工,先粗后精,40,为改善工件材料切削性能进行的热处理工序（如退火、正火等），应安排在切削加工之前进行 为消除内应力进行的热处理工序（如退火、时效等），最好安排在粗加工之后，也可安排在切削加工之前 为改善工件材料力学物理性质进行的热处理工序（如调质、淬火等）通常安排在粗加工后、精加工前进行。其中，渗碳淬火一般安排在切削加工后，磨削加工前；而表面淬火和渗氮等变形小的热处理工序，允许安排在精加工后进行 为提高零件表面耐磨性或耐蚀性而进行的热处理工序以及以装饰为目的的热处理工序或表面处理工序（如镀铬、镀锌、氧化、煮黑等）一般放在工艺过程的最后,5.3.3 加工顺序的安排,41,5.3.3 加工顺序的安排,除操作工人自检外，下列情况应安排检验工序：,其他工序的安排,去毛刺工序：通常安排在切削加工之后 清洗工序：在零件加工后装配之前，研磨、珩磨等光整加工工序之后，以及采用磁力夹紧加工去磁后，应对工件进行认真地清洗,检验工序的安排,零件加工完毕后 从一个车间转到另一个车间前后 重要工序前后,42,5.3.4 工序集中与分散,使每个工序中包括尽可能多的工步内容，从而使总的工序数目减少,使每个工序的工步内容相对较少，从而使总的工序数目较多 工序分散优点：每个工序使用的设备和工艺装备相对简单，调整、对刀比较容易，对操作工人技术水平要求不高,优点：1）有利于保证工件各加工面之间的位置精度 2）有利于采用高效机床，可节省工件装夹时间，减少工件搬运次数 3）可减小生产面积，并有利于管理,43,5.3.3 工序集中与分散,传统的流水线、自动线生产，多采用工序分散的组织形式（个别工序亦有相对集中的情况）,由于市场需求多变性，对生产过程柔性要求越来越高，加之加工中心等先进设备的采用，工序集中将越来越成为生产的主流方式,多品种、中小批量生产，为便于转换和管理，多采用工序集中方式,补图5-8 五面体加工中心（工序集中代表）,44,5.3.5 工艺路线拟定实例,图5-18 多用磨床油缸筒零件图,实例1：油缸筒零件加工工艺,45,5.3.5 工艺路线拟定实例,表5-10 多用磨床油缸筒工艺路线,46,5.3.5 工艺路线拟定实例,实例2：中间轴齿轮零件加工工艺,补图5-9 中间轴齿轮零件图,47,5.3.5 工艺路线拟定实例,补图5-10 中间轴齿轮毛坯图,48,补表5-1 中间轴齿轮第一工艺方案,49,5.3.5 工艺路线拟定实例,补表5-2 中间轴齿轮第二工艺方案,50,5.3.5 工艺路线拟定实例,两种方案比较,方案2工序相对集中，便于管理，且由于采用普通机床，较少使用专用夹具，易于实现 方案1采用工序分散原则，各工序工作相对简单。考虑到该零件生产批量较大（年产量2万件），工序分散可简化调整工作，易于保证加工质量，且采用气动夹具，可提高加工效率,工序设计：02、09工序为例（方案1）,综合考虑企业生产条件，决定采用方案1,51,工序图 排刀图,52,53,5.3.6 成组工艺过程设计（补充）,综合零件法,综合路线法,综合零件包含了零件组内所有零件的结构要素，它可以是一个实际零件，但更多情况是一个假想零件 按综合零件编制工艺规程，则该工艺规程包含了零件组内所有零件的工艺内容 综合零件法多用于回转体零件的成组工艺过程设计,将零件组内所有零件的工艺内容综合在一起，形成成组工艺 多用于非回转体零件的成组工艺过程设计,54,5.3.6 成组工艺过程设计,综合零件,补图5-11 综合零件,实际零件,【例5-3】小轴类零件成组工艺过程编制,55,5.3.6 成组工艺过程设计,56,5.3.6 成组工艺过程设计,补图5-12综合路线法编制成组工艺规程,57,机械制造技术基础,5.4 数控加工工艺Technology of Numerical Machining,第5章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,58,5.4.1 数控加工的合理选用,形状复杂、加工面多、加工量大、生产批量较小的零件（如批量较小的复杂箱体类零件）,普通机床无法加工或需使用复杂工装才能加工的零件（如复杂轮廓面或复杂空间曲面）,加工精度要求高的零件（如某些径向尺寸和轴向尺寸精度要求均很高的轴类零件）零件上某些尺寸难以测量和控制的情况（如具有不开敞内腔加工面的壳体或盒型零件）零件一次装夹，可完成铣、镗、钻、铰、攻螺纹等多种操作,59,补图5-13 数控车床及数控车削零件,5.4.1 数控加工的合理选用,60,补图5-14 数控铣床（加工中心）及数控铣削加工示例,5.4.1 数控加工的合理选用,61,5.4.2 数控加工工艺过程设计,加工过程严格按程序指令自动进行数控加工工艺设计要求详细、具体和完整。如工件在机床（或夹具）上装夹位置、工序内工步的安排、刀具选用、切削用量、走刀路线等，都必须在工艺设计中认真考虑和明确规定,自行调整能力较差数控加工工艺设计应十分严密、准确，必须注意到加工中的每一个细节，如每个坐标尺寸的计算、对刀点和换刀点的确定、攻螺纹时的排屑动作等。程序须经验证证明正确后，方可进行正式加工 多采用工序集中原则，一次装夹可完成多个表面加工 刀具（相对工件）的运动路径对生产率、加工精度影响很大，需合理规划 使用夹具相对简单,62,5.4.2 数控加工工艺过程设计,零件工艺分析,数控加工工艺设计的主要问题,除一般工艺性分析内容外，应着重审查零件结构与尺寸标注是否便于数控加工和数控编程,零件内腔和外形尽量统一，以方便编程，提高生产效率 内槽圆角半径不能过小 槽底圆角半径不能过大。过大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低,零件图样尺寸标注应适应数控加工特点：应尽量从同一基准标注尺寸，或给出相应的坐标值,图5-20 底面加工工艺性,63,5.4.2 数控加工工艺过程设计,零件装夹与夹具选择,数控机床使用夹具，一般只需要“定位”和“夹紧”两项功能，结构相对较简单，但精度要求高，且在机床上安装时应实现完全定位 数控机床常用的夹具有通用夹具、组合夹具、通用可调整夹具及专用夹具等。其中，孔系组合夹具由于其精度高、刚性好、万能性强等特点，得到广泛应用,装夹工件两个原则：,应尽量减少装夹次数，力争做到一次装夹后能加工出全部待加工表面 零件需要二次装夹时，要尽可能利用同一基准面来加工另一些待加工面，以减少加工误差,64,补图5-15 孔系组合夹具实例 1工件；2组合压板；3调解螺栓；4基础板；5方形定位连接板；6切边圆柱支承；7台阶支承,孔系组合夹具实例,5.4.2 数控加工工艺过程设计,65,5.4.2 数控加工工艺过程设计,工步划分,采用工序集中原则：很多情况下，一次装夹完成粗、精加工,数控加工工步划分则比较灵活，并常常按刀具来划分工步（而非按加工表面划分工步）,对于结构刚性较差、精度要求较高的零件，应将粗、精加工分开，且在粗加工后安排暂停指令，略微松开压板（或其他夹紧装置），以使工件弹性变形得以恢复，然后再用较小的夹紧力夹紧工件，进行精加工,66,5.4.2 数控加工工艺过程设计,路径规划,点位加工：通常按空程最短安排走刀路线。位置精度要求较高的孔系加工，要注意避免反向间隙的影响,67,轮廓加工：刀具应从切向进入轮廓加工，加工完成后不要在切点处取消刀补，要安排一段沿切向继续运动距离,5.4.2 数控加工工艺过程设计,68,型腔加工：在保证加工精度前提下，使走刀路径最短,图5-23 型腔加工路线比较,5.4.2 数控加工工艺过程设计,69,高速加工：保证刀具运动轨迹光滑平稳，并使刀具载荷均匀,（a）摆线加工（b）赛车线加工图5-24 高速切削刀具路径规划（DELCAM公司）,5.4.2 数控加工工艺过程设计,70,5.4.2 数控加工工艺过程设计,工艺处理,编程原点：确定编程原点主要考虑便于编程和测量，并应尽量与设计基准重合，但不一定与定位基准相一致,图5-25 编程原点选择示例,对刀点：刀具相对于工件运动的起始点。选择对刀点应使找正容易，便于检查，并易于数据处理和编程。对刀点可选在工件上，也可选在工件外。对刀点应尽量选在零件设计基准或定位基准换刀点：即刀架转位换刀的位置。换刀点一般设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件和夹具为准,71,5.4.3 数控加工工艺实例,确定数控加工内容：环槽、顶面和4-M10螺孔 定位、夹紧方案：以底面、孔和零件后侧面为定位基准。采用孔系组合夹具，基础板圆柱销(专用件)移动V形块(合件)，通过螺旋压板压紧,选择加工方法：上表面和 环槽 10 采用铣削一次走刀加工；4-M10螺纹孔先打中心孔再钻 孔，并用钻头倒角,确定加工顺序：铣上平面钻4-M10中心孔钻4-M10底孔4-M10螺纹底孔倒角4-M10攻螺纹铣环槽,图5-26 壳体零件简图,72,25.59,3426.7,6.1,6.18,6.计算中间工序平均尺寸 在各尺寸链中，首先找出只有一个未知数的尺寸链，解出此未知数。继续下去，解出全部未知工序尺寸,5.6.4 工艺尺寸链的图表法,73,5.6.4 工艺尺寸链的图表法,74,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,1 2 3 4 5 6 7 8 9,1 41 31 22 41 21 32 21 21 4,111111100,000111100,1.尺寸联系矩阵（T 矩阵）对应尺寸联系图，在计算机中可用矩阵形式表达,矩阵的每一行对应联系图的一个尺寸 第1列表示自上而下尺寸线序号,第2、3列表示尺寸线左、右端点所在尺寸界限序号,第4列表示工序尺寸箭头方向，1表示箭头向左，1 表示向右,第5列表示余量性质，1表示箭头指向余量左侧，1表示箭头指向余量右侧。结果尺寸没有箭头，对应第4列和第5列元素均为0,尺寸联系矩阵表达了尺寸 联系图的所有有用信息,补图5-18 尺寸联系图与尺寸联系矩阵,75,尺寸联系矩阵（T 矩阵）的处理,补图5-19 尺寸联系矩阵变换,为便于尺寸链查找，将T矩阵第2、3列元素位置进行调整，使工序尺寸箭头对应的尺寸界线序号排在第2列，圆点对应的尺寸界线序号排在第3列。这只需通过对第4列元素值的判断即可实现,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,76,向上追踪至第5行，左追踪线遇箭头拐弯,至圆点向上折。对应于：至第5行时出现 L=T(5,2)=1，令：L=T(5,3)=2，表明左追踪线由尺寸线1移至尺寸线2，且A5为该尺寸链的组成环（又，左追踪线遇左箭头可判断A5为增环）,追踪至第4行，右追踪线遇右箭头，即：R=T(4,2)=4，令：R=T(4,3)=2，并可判断A4为增环。此时有L=R，表明左右追踪线汇交于一点，追踪结束,2.尺寸链查找（结果尺寸链查找）,以R2为例：设变量 L 和 R分别为R2左右端点所在尺寸界线的序号，即令：L=T(9,2)=1，R=T(9,3)=4。,2,1,1,4,4,2,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,77,C(i,j)=1，表示工序尺寸Aj是第 i 个尺寸链的增环 C(i,j)=1，表示工序尺寸Aj 是第 i 个尺寸链的减环 C(i,j)=0，表示第i个尺寸链不包括工序尺寸Aj,3.尺寸链矩阵（C 矩阵）,C 矩阵的每一行对应一个封闭环（结果尺寸和余量），每一列对应一个组成环（工序尺寸），矩阵每一元素表示封闭环与组成环的关系,0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 01 0 1 1 0 0 00 0 1 0 1 0 00 1 1 0 1 1 00 0 0 0 0 0 00 0 0 0 1 0 10 0 0 1 1 0 0,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,78,尺寸联系矩阵 设计尺寸及公差（按平均尺寸和对称偏差形式输入）初拟工序尺寸公差（按对称偏差形式输入）最小余量,4.已知条件输入,5.校核结果尺寸公差，修正初拟工序尺寸公差,压缩各组成环公差方法：1）按超差量自动压缩；2）采用人机对话 例：校核结果尺寸R1和R2，均超差，计算机将显示如下信息,根据显示结果，设计者可按实际情况灵活地修正有关工序尺寸公差。输入修正值后，计算机重新进行校核，直至达到要求为止,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,79,6.计算余量公差和平均余量,利用解线性方程组的标准程序求解 用类似图表法的算法，首先找出只有一个未知数的尺寸链方程，解出此未知数，重复此过程，直至解出全部的未知数为止,7.尺寸链方程求解,大大缩短计算时间 准确、可靠，可避免人为错误 可使用概率法，使工序尺寸的确定更趋合理,计算机方法的优点,5.6.5 工序尺寸计算机求解方法（附加内容）,80,机械制造技术基础,第5章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,81,5.7.1 CAPP的意义,传统工艺过程设计存在的问题,从根本上解决人工设计效率低，周期长，成本高的问题 可以提高工艺过程设计的质量，并有利于实现工艺过程设计的优化和标准化 可以使工艺设计人员从繁琐重复的工作中解放出来，集中精力去提高产品质量和工艺水平 CAPP 是连接 CAD 和 CAM 系统的桥梁，是发展计算机集成制造的不可缺少的关键技术,CAPP的意义,设计效率低，周期长，成本高 不必要的花色繁多，不利于管理 设计质量参差不齐，难于实现优化设计 工艺人员短缺和老化是全球机械制造业面临的共同问题,82,5.7.2 CAPP系统工作原理,该类系统以成组技术为基础，根据零件编码查找所属零件组，调出零件组的标准工艺，进行适当的编辑或修改，生成所需的工艺规程,补图5-22 CAM-I 推出的派生式 CAPP 系统框图,83,图5-43 派生式 CAPP 系统工作的两个阶段,（b）使用阶段,5.7.2 CAPP系统工作原理,84,派生式 CAPP 系统的特点,程序简单，易于实现。目前多用于回转体类零件CAPP系统 需人工参与决策，自动化程度不高 具有浓厚的企业色彩，局限性较大,5.7.2 CAPP系统工作原理,85,例：普渡大学APPAS（Automated Process Planning and Selection）系统是一个实验性系统，适用于非回转类零件表面加工方法生成,数组各元素含义：,零件加工表面信息输入,表面编号 表面类型（如：1圆孔，2平面，3槽）类型号码（取决于类型，如孔：1圆孔，2锥孔，3螺孔）材料类型（如：1铸铁，2球铁，3钢）材料硬度,5.7.2 CAPP系统工作原理,86,逻辑关系的建立,5.7.2 CAPP系统工作原理,87,创成式CAPP系统特点：,不需人工干预，自动化程度高 决策更科学，具有普遍性 由于工艺过程设计经验成分偏多，理论还不完善，完全彻底的创成式CAPP系统还在研究探索之中,5.7.2 CAPP系统工作原理,加工方法选择 每种加工方法均对应于一定的工作范围 例：麻花钻钻孔对应的工作范围 Dmax=2，Dmin=0.0625 ES=0.007D+0.003，EI=0.007D 位置精度：0.008 粗糙度：Ra=200 m 长径比：L/D12,88,派生式CAPP系统完全以人的经验为基础，难于保证设计最优，且局限性较大 完全创成式CAPP系统还不成熟 将两者结合起来，采用部分创成，部分派生（或部分人工干预）的方法是一种可取的方案,半创成式CAPP系统特点,例：神户大学开发的半创成式CAPP系统（图5-45）,集派生式及创成式系统的优点，又克服两者的不足 目前为多数 CAPP 系统采用,5.7.2 CAPP系统工作原理,89,90,5.7.3 CAPP关键技术,较粗糙，信息输入不完整 多用于只需制定简单工艺路线的场合 只适用于派生式CAPP 系统,成组编码法,形面描述法,零件加工表面可分为基本形面和辅助形面；形面可用特征参数进行描述；形面与一定的加工方法相联系,输入工作量大是其主要的弱点,可完整地描述零件的几何、工艺信息，是目前 CAPP 系统使用最多的信息输入方法,多采用菜单（交互）方式输入，便于操作,91,5.7.3 CAPP关键技术,圆柱面,有,92,5.7.3 CAPP关键技术,与CAD系统相连接,通用接口、专用接口、共享数据库 由于目前CAD系统多为实体造型系统，需采用特征识别的方法补充输入工艺信息 发展基于特征造型的CAD系统是长久之计,93,5.7.3 CAPP关键技术,特点：,形式：,条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”,分支终点列出应采取的行动（决策行动）,决策树,由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件）,直观，容易建立，便于编程 难于扩展和修改,94,5.7.3 CAPP关键技术,例：,95,5.7.3 CAPP关键技术,特点：,用表格形式描述事件之间的逻辑依存关系 表格分为4个区域（表5-16），左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系，决策表的每一列均可视为一条 决策规则,决策表,例：加工方法选择决策表（前例）,表达清晰，格式紧凑，便于编程 难于扩展和修改,96,5.7.3 CAPP关键技术,表5-16 加工方法选择决策表,97,派生式 CAPP 系统利用成组技术原理和典型工艺过程进行工艺决策，经验性较强 创成式 CAPP 系统利用工艺决策算法（如决策表、决策树等方法）和逻辑推理方法进行工艺决策，较派生式前进了一步，但存在着算法死板、结果唯一、系统不透明等弱点；且程序工作量大，修改困难,采用专家系统进行工艺决策,5.7.3 CAPP关键技术,1）什么是专家系统,在特定领域内具有与该领域人类专家相当智能水平的计算机知识程序处理系统。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题（工艺过程设计正属于这类问题）,98,事实知识（手册、资料等共有的知识）过程知识（推理原理、规则、方法）控制知识（系统本身控制策略）,2）专家系统的构成 知识库 用于存储专家知识，包括：,推理机具有推理能力，可以根据问题导出结论数据库存放事实（包括输入信息和推理得到的事实）,5.7.3 CAPP关键技术,99,其中，产生式规则较符合工艺规程设计中人的思维方式，因而使用较多。产生式规则的基本形式为 IF 条件1 AND 条件2 OR 条件3 THEN 结论1可信度 a%结论2可信度 b%,3）知识表达与获取,谓词逻辑语义网络框架产生式规则,知识表达,5.7.3 CAPP关键技术,100,产生式规则优点 推理过程符合人的思维方式，易于接受 推理结论的可信度使其能进行非确定性推理,4）推理机制,知识获取,5.7.3 CAPP关键技术,由知识工程师来完成 由工艺人员会同软件工程师一同来完成 由工艺人员构建专家系统,推理：依据一定规则，从已知事实和知识推出结论 CAPP专家系统推理机制属于基于知识的推理，通常采用反向推理的控制策略,产生式规则缺点 格式较死板，在某些情况下需重复搜索而影响效率,101,最终要求（目标）选择适当的规则 满足最终要求的加工方法（或加工参数）给出最终加工方法的初始状态新的要求（目标）选择规则 原始状态（毛坯）,例：箱体零件上 7 级精度孔的加工路线确定,5.7.3 CAPP关键技术,102,机械制造技术基础,第5章 机械加工工艺过程设计Machining Process Planning,103,基本时间：直接改变生产对象的性质，使其成为合格产品或达到工序要求所需时间（包括切入、切出时间）,定义在一定生产条件下，生产一件产品或完成一道工序所需消耗的时间 组成,辅助时间：为实现工艺过程必须进行的各种辅助动作时间，如装卸工件、启停机床、改变切削用量及进退刀等,布置工作地时间：包括更换刀具、润滑机床、清理切屑、收拾工具等,休息和生理需要时间：工人在工作班内，为恢复体力和满足生理需要所需时间,准备终结时间：如熟悉工艺文件、领取毛坯、安装夹具、调整机床、发送成品等,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,104,单件时间与单件工时定额计算,单件时间：,单件工时定额：,式中：Tm基本时间；Ta 辅助时间；Tl 布置工作地时间；Tr 休息和生理需要时间；Te 准备终结时间；n 批量。,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,（5-28）,（5-27）,105,缩短基本时间,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,提高切削用量（切削速度、进给量、切削深度等）采用多刀多刃进行加工（如以铣削代替刨削，采用组合刀具等）采用复合工步，使多个表面加工基本时间重合（如多刀加工，多件加工等）,106,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,补图5-26 多轴组合钻床,补图5-27 齿轮串联加工1定位支承；2心轴；3滚珠；4工件；5压盖；6拉杆,654321,107,缩短辅助时间,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,使辅助时间与基本时间重叠（如采用多位夹具或多位工作台、采用在线测量等）,补图5-28自动测量,使辅助动作实现机械化和自动化（如采用自动上下料装置、先进夹具、自动测量装置等）,补图5-29 转位加工,108,缩短布置工作地时间,缩短准备终结时间,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,减少换刀时间和调刀时间,在中小批量生产中采用成组工艺和成组夹具 在数控加工中，采用离线编程及加工过程仿真技术,采用自动换刀装置或快速换刀装置,补图5-30不重磨刀具,使用不重磨刀具,采用样板或对刀块对刀或自动对刀,采用新型刀具材料，提高刀具耐用度,109,补图5-32 离线编程与加工过程仿真,5.8.1 时间定额与提高生产效率的途径,110,5.8.2 工艺方案技术经济分析,生产成本生产一件产品或一个零件所需费用的总和 工艺成本生产成本中与工艺过程直接有关的部分 工艺成本可分为两部分：,可变费用：与年产量有关且与之成比例的费用，记为CV。包括材料费CVM、机床工人工资及工资附加费CVP、机床使用费CVE、普通机床折旧费CVD、刀具费CVC、通用夹具折旧费CVF等,CV=CVM+CVP+CVE+CVD+CVC+CVF（补5-2）,不变费用：与年产量的变化没有直接关系的费用，记为CN。包括调整工人工资及工资附加费CSP、专用机床折旧费CSD、专用夹具折旧费CSF等,CN=CSP+CSD+CSF（补5-3）,111,5.8.2 工艺方案技术经济分析,零件全年工艺成本（式中 N 为零件年产量）：,CY=CV N+CN（5-29）,零件单件工艺成本：,Cs=CV+CN/N（5-30）,比较工艺成本 需评价的工艺方案均采用现有设备，或其基本投资相近，直接比较其工艺成本。各方案的临界年产量NC（图5-48a）计算如下,（5-31）,112,比较投资回收期 当对比的工艺方案基本投资额相差较大时，应考虑不同方案基本投资额的回收期,式中：投资回收期；F基本投资差额；S全年生产费用节约额。,5.8.2 工艺方案技术经济分析,考虑投资回收期的临界年产量 NCC（图5-48b）,（5-32）,（5-33）,113,5.8.3 工艺过程优化,参数优化（如3.5.4节切削用量优化）,工艺过程优化 在满足一定约束条件的前提下，如何安排工艺过程使之能获得最佳的经济效果 两种类型,路径优化：零件加工包含有多个工序且多条工艺路线可供选择时，如何选取最优方案就属于路径优化问题 工艺路线优化可转变为寻找最短路径问题处理,114,5.8.3 工艺过程优化,网络法求最短路径 1）设节点 h 评价值：eh=0 2）使用下面公式，按递增顺序计算其余节点评价值：,3）标出节点 k 的评价值 ek，即为从节点 h 到 k 的最短路径值，并可从节点 k 向前推出最短路径：,式中：dij 节点 i 到节点 j 的距离（工序时间或成本）,115,由步骤 1：e1=0 由步骤 2：e2=min（ei+di 2）=e1+d12=6（12）同理有：e3=4（13）；e4=9（24）其次：e5=min（ei+di 5）=min（e2+d25，e3+d35）=7（35）同理有：e6=9（36）；e7=12（47，67）e8=min（e3+d38，e4+d48，e5+d58，e6+d68）=8（38）e9=min（e7+d79，e8+d89）=11（89）,结果：最短路径 1 3 8 9,5.8.3 工艺过程优化,eh=0,