PART 2 Unit 2 生产设备的数字控制 (1)数控是程序控制的自动化。在数字控制系统中,设备通过数字、字母和符号编码,并以适当的格式为每个特定部件 或工件定义程序指令集。当工件发生变化时,程序也会发生变化。改变程序的能力适用于中小批量生产。写一个新程序比改变大量生产要好 生产设备要容易得多。 (2)基本结构:数控系统由以下三部分组成:1.控制程序;2.机器控制单元;3.加工设备。 三部分的基本关系由图2组成.1 所示。程序输入到控制单元由送入的程序来引导加工设备控制。 (3)指导程序是逐步详细指导加工设备的指导。通常,指令将主轴上的工具定位在安装工具的工作台上。更先进的说明包括 主轴转速、加工工具的选择及其功能。程序刻在适当的介质中,并提交给机器控制单元。在过去的几十年里,最常用的介质是一英 寸宽的打孔纸带。由于广泛使用打孔纸带,NC 有时也叫纸带控制,但这是现代数控使用的误称。现在磁带更多地用于使用 和软盘。 (4)机控单元(MUC)由电子和控制硬件组成,机器控制单元可以读取和执行指令程序,可以自动更改加工工具和其他加工工具 设备。 (5)执行单元是数控系统的第三个基本部分,执行原件是有效执行的原件,最常见的数控例子之一是加工操作和加工设备 由工作台和主轴组成,就像由电机驱动一样。控制系统的类型由控制单元驱动。 控制系统类型 (6)数控有两种基本类型,点对点和轮廓控制,点对点控制也称为定位控制,每个轴由丝杠驱动,根据加工类型 不同,加工速度也不同。机器开始以最大的速度减少非加工时间,但当它达到数据定义的位置时,机器开始减速。所以在一个 在操作中,如钻孔或冲孔操作,首先定位在加工中。钻孔或冲孔后,快速关闭工具,移动到另一个位置重复此操作。从一个位置移动到另一个位置 位置很重要,只要时间最短,就要遵循一个原则。点对点系统主要用于钻孔、冲孔和直铣操作。 (7)轮廓,即连续路径系统,同时以不同的速度控制定位和切割。由于刀具同时在指定路线上切割,速度和运动 同步控制非常重要。轮廓系统常用于车床铣床焊接设备和加工中心。 (8)沿路径运动或增量差补是几种基本方法之一。在所有差补中,刀具的旋转中心定位应控制,补偿可以直径不同 及刀具磨损,在数控程序中进行改写。 (9)数控系统中连续路径和加工系统存在的问题已经形成了一些差补方案,包括: 1.线性差补;2.圆弧差补;3.4.螺旋线差补;.抛物线差补;5..立体差补 (10)每个差补程序都允许程序源生成加工指令,适用于输入参数相对较少的直线或曲线路径。存储在数控单元中的模块预算是指 引导工具沿计算路径移动。 (11)线性差补是连续路径数控系统中最基本的差补方法。两轴和三轴线性差补路线有时在实践中区分,但在概念上 它们是一样的。程序源应明确指定直线的起点和缺点以及沿直线的进给率。为了达到设定的进给速度,需要计算两轴或三轴的进给速度 度。 (12)由于程序源需要明确指定线段部分(线段数量)和各自的终点来模拟圆弧,因此不适合使用线性差补圆。弧差补法 已经形成了允许程序编程的路径。只要给出以下参数,圆弧终点坐标、圆心坐标、半径和刀具沿圆弧路径的方向。 差补也是由许多小的直线段来实现的,但这些小线段的参数由差补模块来计算出来的,而不是程序员设定的。切削是沿着每一小线 段逐一产生光滑的曲线路径。弧差补充的局限性是弧路径所在的平面是由数控系统中的两轴决定的平面。 (13)螺旋线差补结合环形差补两轴在第三轴上进行线性运动,定义空间三维螺旋路径。 (14)抛物线差补和立方差补通过高程实现自由曲线。这通常需要很强的计算能力。因此,他不如直线差补和环差 补常见。他们主要用于汽车工业中具有自由风格的车身面,而这是线性差补和圆弧差补不能精确容易得到的。 (15)数控技术应用于数控机床,是数控的主要应用。现在主要用于商业。我们还在讨论数控系统,尤其是金属数控车床。 数控车床技术 (16)加工工艺可在设计的专用车床上加工。在车床上切割,在钻床上钻孔,在铣床上加工。有几种磨削方法 应有相应类型的磨床。设计的数控磨床可加工如下:1.钻加工;2.铣床立式和卧式主轴3.卧式主轴和立式主轴; 4.卧式和立式镗床;5..仿形铣床;6.平面磨和圆柱磨 (17)除上述机械加工方法外,数控机床还可用于其他金属加工工艺,包括:金属板上冲孔的冲压机和金属板上冲孔的冲压机 弯曲折弯机。 (18)数控技术的介入加工对机床的设计和应用有显著影响。数控的影响之一是在程序控制下切割金属的时间和传统的手动机床__ 要大得多。因此,对于一些零件,如主轴驱动的主轴丝杠,应该设计成持续时间长的零件。二是增加电子控制单元后的设备成本 也增加了,因此需要更高的利用率。数控机床通常采用两班或三班制来取代传统的手动操作一班制,以获得更多的回报。数控机床 的设计减少了装卸工件、换刀等非操作过程的时间。第三,增加的劳动力成本从劳动力成本转变为设备成本。考虑到人工操作的角度 颜色,角色由熟练的工人控制,工件生产的每个过程只控制装卸换刀,去除碎片和类似的操作,使工人可以同时操作 作为两三个车床,机床的角色和功能也发生了变化。数控需要设计为高度自动化,需要在不同的车床上加工几种操作 工人的能力,这些变化在数控技术存在之前是不存在的,他丰富了数控加工中心 (19)加工中心是在20世纪50年代发展起来的机床,在程序控制下一次夹住一个工件,完成几种不同的加工能力。在加工过程中 心能完成铣削、钻孔、铰链、攻丝、镗孔、端面及一些类似的机器加工工作。此外,数控加工中心的典型特点包括以下几个方面: (20)(1)自动换刀能力: 需要多种刀具进行各种机械加工。刀具贝安装在刀库或多刀库中。当需要更换刀具时,多刀 刀座自动旋转到相应的位置。自动换刀机构。在程序控制下,更换主轴和多刀座上的刀。 (21)(2)工件的自动定位: 大多数加工中心可以使工件沿主轴旋转,使刀具能够到达工件的四个表面。 (22)(3)托架滑动装置(平板架): 加工中心的另一个特点是每个拖板可以在刀具上调整两个或两个以上的独立拖板。在加工过程中, 一个拖板在刀具的前部,另一个拖板远离主轴的安全位置。这样,当机床正在处理当前零件时。操作人员可以遵循上一个工作 在下一个工作循环中卸下最终加工的零件,同时加强空白。 (23)加工中心可分为垂直和水平。这是根据机床主轴的方向来划分的。垂直加工中心具有垂直轴相对于工作台的主轴,水平车床 的主轴是水平的。这种差异通常会导致这些加工中心加工的零件类型不同。立式加工中心用于上述刀具的平面工作。 加工中心用于三维形状,刀具可以进入三维侧面。数控水平加工中心,如图2所示.如上述特征所示,2 。 (24)加工中心的成功应用导致了其他类似金属加工机床的发展。例如,在车削中心,将车削设计成高度自动化的通用机床 可完成车削、刨削、钻孔、螺纹加工及类似操作 DNC AND CNC (25)数控的发展在分批生产和小批量生产中有着重要意义,从技术和商业角度来说都有着重要意义。数控有两方面的提高和扩展, 包括:1.直接数据控制;2..计算机数字控制 (26)直接数据控制 直接数据控制被定义为一个制造系统,通过直接硬件连接实时控制一定数量的机床。相应的磁带播放器忽略了直接数控 在这种情况下,消除了系统中最不可靠的环节。使用计算机信息将其传输到车床使用磁带播放器。原则上,一台计算机可以控制100台独立机器 (DNC 系统在1970年被称为可控26 台机床(DNC)当机床需要控制时,计算机设计为每台机床提供指令 制作指令时,计算机立即向机床发送指令。 (27)图2.3 说明了DNC 基本配置。该系统包括4 部分: 1.中央计算机;2..存储数控程序存储大量内存;3.通信线;4.机床刀具 (28)计算机将部分程序指令从一些程序指令,并将其发送到所需的独立机床中。相应的计算机也接受机床反馈。这种双工信息流 实时控制加工系统的出现意味着每台机床需要指令的请求可以立即响应。类似地,计算机必须始终准备接收信息和响应。 DNC 系统的显著特点是可以实时控制大量机床。更多的机器数量和所需的计算机程度。有时需要使用卫星计算机如图2所示.4 所示。卫 星计算机是一种较小的计算机,可以分担中央计算任务,减轻其负担。每颗卫星控制几台机床。零件加工指令程序由计算机接受并存储 在内存中。当需要时,卫星计算机将指令程序发送到每个独立的机床在计算机中央存储接受之前,机床的反馈数据存储在卫星内存中。 (29)计算机数字控制 由于DNC 技术的干预在计算机技术方面得到了很大的发展。虽然计算机的尺寸和成本显著降低,但计算机的能力大大提高。 在数控中,这些发展使硬件布局MCU()成为数字计算机控制的控制单元。最早在1970年使用小型机器。随着计算机的进一步发展, 小型化,小型机被今天的微型机取代。 (30)计算机控制也是一种以微型计算机为控制单元的数字控制。因为数字计算机用于控制CNC 和DNC 中,只有近似区分两种类型 型。有三个区别原则: 1).DNC 计算机从许多机器接收和发送指令数据。CNC 计算机控制只是一台或多台机器。 2).DNC 计算机通过控制占据机器旋转的位置。CNC 电脑应该离车床很近。 3).DNC 软件的开发可以提供主要的控制信息,而无需控制生产设备的每个单独部件。CNC 可以提高提高 特殊车床能力高。 (31)计算机数控系统的总体配置如图2所示.5 如图所示。磁带播放器最初进入控制器。CNC 的外部系统和传统系统NC类似的机器CNC 程序的使用方法不同。 PART 2 Unit 3数控编程 数控编程由一系列方向组成,导致数控车床进行某种操作,加工是最常用的过程。数控车床编程由内部编程部门完成,在车间或从外部源购买。编程也可以在计算机的帮助下手动或完成。 程序包括指令和命令。几何指令涉及工具和工件之间的相对比较移动。进程指令涉及主轴速度,进给以及道具等。行动指令涉及插值的类型以及刀具或者工作台的缓慢和快速移动。切换命令涉及到开/关冷却液供给状况,主轴旋转,主轴方向,换刀,工件进给,夹具固定等等。 (1)手工编程。手工编程包括根据部分工程图纸首先算出刀具,工件以及工作台的尺寸关系,继而决定执行的操作和工序。那么一个包括执行特定操作所需必要信息的程序表就准备好了,例如刀具切削,主轴转速,进给,切削深度,切削液,以及刀具或者工件间的相对位置或者移动。根据这些信息,部分程序就准备好了。通常一个纸带首先被准备好用于试用和调试程序。根据纸带被使用多久,纸袋通常用更耐用的聚酯薄膜制成。 手工编程可以由那些具有特定制造工艺知识和能够理解,阅读以及更改部分程序的人来完成。因为他们熟悉机床刀具和工艺流程,熟练的机械师可以做一些手工编程的编程培训。然而,所涉及的工作是乏味的,费时的,因此不合算。手工编程大多数用于简单的点对点应用上。 (2)计算机辅助编程。计算机辅助编程是一种涉及到特殊符号的编程语言,这种语言可以决定角点的坐标,刀口以及工件的表面。编程语言是与计算机通信的方式并且涉及到符号字符。编程员用这种语言描述加工零件,而由计算机将零件程序转换为数控机床的执行指令。许多种商业应用上的语言有多种多样的特点和应用。第一种被使用的是类似于英语语句的语言,它在十九世纪五十年代末被开发出来并被称为APT语言。这种语言,由于它多种多样的扩展形式,一直是最广泛的用于点对点和连续路径编程的语言。 复杂的工件现在使用基本的绘图进行制造,计算机辅助制造程序。刀具的路径是在类似于一个CAD程序的大量的绘图环境下制造出来的。这种机器代码由程序自动生成。 在生产开始之前,程序应该被校验,还有就是通过一个显示器观看工艺流程的模仿或者使用廉价的材料(例如铝,木头,石蜡,或者是塑料)制作工件,而不是使用指定用于已加工零件的真实材料。 计算机辅助编程有以下几个优于人工方式的重要优点。 比较容易使用的符号语言 缩短了编程时间。编程是一种容纳了大量关于机械特点和工艺变量数据的一种能力,例如动力,速度,进给,刀具形状,刀具形状改变的补给量,刀具磨损,偏转,以及冷却液的使用。 减少了在人工编程中出现人为错误的可能性。 因为编程时所需更少的时间,降低了成本。 编程语言的使用不仅导致更高的工件质量而且考虑到了机械指令的更加快速发展。另外,模拟可以在远程计算机的终端设备上运行,这就确保了程序按照既定来运行。这种方法可以防止昂贵的机器由于调试程序产生不必要的占用。 选择某一种数控机床编程语言主要取决于以下几个因素: 生产设施人员的专业水平级别 工件的复杂程度 设备的外形以及计算机的应用 涉及编程的时间及费用 因为数控涉及有关工件材料和加工参数的数据插入,编程必须由有制造业的相关方面知识的操作工和程序员来完成。在生产开始之前,程序应该被校验,还有通过一个CRT屏幕来观察工艺流程的模拟或者用廉价的材料制造工件,例如铝,木头或者塑料,而不是使用指定用于已加工零件的真实材料。 数控编程语言 自从1956念麻省理工学院的初步研究数控编程系统以来大概有超过100种的数控编程语言已经被开发出来了。大多数语言开发用于特殊的需求和机械并且它们没有经受住时间的考验。然而,相当多的语言在今天一直被使用。在本小节,我们回顾一下那些被普遍认为是重要的语言。 APT(自动编程工具),APT语言是麻省理工学院研发的关于数控机床控制编程系统的成果。它的研发开始于1956年六月,它第一次用于生产是在1959年左右。几天它是在美国应用最广泛的语言。虽然第一次打算作为一种轮廓语言。APT现在的版本可用于定位和持续路径的编程而且可用于多达五个基准轴的持续路径编程。 AUTOSPOT(用于定位工具的自动系统)。这个程序有IBM研发,在1962年第一次被引进用于PTP编程。AUTOSPOT现在的版本也可应被用于修证轮廓。 COMPACT II。这种语言是来自于制造数据系统的封装。(MDSI公司),在安阿伯,密歇根州的一家公司。数控机床控制编程的许多特点于SPLIT相似。MDSI公司将COMPACT II系统租赁给以分时为依据的用户。这种程序通过使用远程终端把程序传送给MDSI公司的计算机,有计算机转向产生数控的纸带。 ADAPT(APT的改编版本)。多种编程语言直接依据于APT程序。这些语言之一便是ADAPT,它是在空军合同下由IBM公司研发的。这种语言意图提供许多APT的特点但是用于小型计算机。ADAPT不如APT一样强大,但是能够被用于定位和修改轮廓工作的程序。 EXAPT(APT的扩展子集)。这种语言是由德国研发的。,开始于1964年之间,以APT语言为依据。有三个版本:EXAPT I ——被设计应用于定位(钻削和直切铣)。EXAPT II——被设计用于车削,还有EXAPT III—被设计用于限制轮廓的操作。EXAPT最重要的一个特点是尝试自动地计算最佳进给量和进给速度。 APT不仅仅是一种数控语言;它也是一种以APT声明为依据执行计算来。生成切割位置的计算机程序。 在APT语言中声明有四种类型: 几何声明。这些定义好的几何元素包括了工作组。它们有时也叫做定义声明。 后处理程序声明。这些声明用于特殊的机械工具和控制系统。它们用于指定进给量和进给速度而且精确了机械的其他特点。 辅助声明。这些不同种类的声明常用作定义工件,刀具,以及公差等等。 铣床和车床的CNC编程于其他机械编程工艺是相似的;它需要对编程语言有一个透彻的理解。这种用作铣床和车床NC的语言通常被称为G代码。这些工序通常用于铣床机械和机加工中心,提供了一些G代码使用的经典例子,因为它包括大约了NC操作中的75%。 下面编程和工艺的五类用于铣床NC编程。 (下转P114)自动化编程的人工指南 NC机械编程采用两种形式:人工编程以及在CAM软件支持下的代码生成。例3-1是一个人工编程的例子。它以铣削零件图为开始,编程者设计一些能够驱动切削刀具沿着预期路径运行的G代码工序。CAM生成的NC代码为了使目标机械工具能够直接转换为零件图送给G代码程序运行在已选择的机械上,从而使用一个后处理程序。CAM软件和后处理程序分成两类。类型之一,专业CAM和简洁CAM,它是独立的,并且吸收了所有主要CAM供应商的绘图文件。第二种类型,是被CAD供应商研发的,它集成了CAD程序和运行,作为集成CAD / CAM设计软件的一部分
What Is FMS? 什么是柔性制造系统? United States Government. A series of automatic machine tools or items of fabrication equipment linked together with an automatic material handling system, a common hierarchical digital preprogrammed computer control, and provision for random fabrication of parts or assemblies that fall within predetermined families. 美国政府,一系列自动机床或自动材料处理系统,一个共同的分层预先设定的数字电脑控制,并随机制造的零件或装配,在预定的家庭内的条文,一并与设备制造项目。 Kearney and Trecker. A FMS is a group of NC machine tools that can randomly process a group of parts, having automated material handling and central computer control to dynamically balance resource utilization so that the system can adapt automatically to changes in parts production, mixes, and levels of output. Kearney和Trecker。FMS的是一组可以随意处理组一个零件,材料处理,具有自动监测和中央计算机资源利用率,动态的平衡系统,因此系统能自动地适应在零件生成、产品的品种组成和输出方面的变化。 FMS is a randomly loaded automated system based on group technology manufacturing linking integrated computer control and a group of machines to automatically produce and handle (move) parts for continuous serial processing. FMS是一种可随意地指定任务的自动化系统,基于成组技术的计算机集成制造控制和连接一组机器,生产和自动处理(移动)连续串行处理的部分。 FMS combines microelectronics and mechanical engineering to bring the economics of scale to batch work. FMS结合微电子技术和机械工程带来的经济规模批量工作。 A central on-line computer controls the machine tools, other workstations, and the transfer of components and tooling. A厂上线计算机控制机床,其他工作站,零部件和模具的转移。 The computer also provides monitoring and information control. 电脑还提供了监测和信息控制。 This combination of flexibility and overall control makes possible the production of a wide range of products in small numbers. 这种灵活性和控制整体组合使一个小数字产品的广泛生产。 A process under control to produce varieties of components or products within its stated capability and to a predetermined schedule. 一个过程监控下的部件或产品的品种出现在STI表示能力和预定的时间表。 A technology which will help achieve leaner factories with better response times, lower unit costs, and higher quality under an improved level of management and capital control. 一种将帮助精良工厂获得较快的加工时间的技术,并且具有较低的单位成本和更高的质量管理水平的提高和资本控制。 Regardless of how broadly or narrowly FMS is defined, several key items emerge as critical to a general definition of FMS, and repeat themselves through a cross-section of standard definitions. 无论多么狭义,或FMS的定义非常广泛,出现了FMS的一般定义,标准定义截面,重复自己的几个关键项目的关键。 Words like NC machine tools, automatic material handling system, central computer controlled, randomly loaded, linked together and flexible all serve to help define a very general description and definition of FMS. 如数控机床,自动材料处理系统,中央计算机控制随机加载的话,所有的联系在一起灵活和服务,以帮助确定FMS的一个非常普遍的描述和定义。 Flexible manufacturing affords users the opportunity to react quickly to changing product types, mixes, and volumes while providing increased utilization and predictable control over hard assets. FMS能提供使用者快速改变产品类型,混合料,并提供量增加,而控制利用率和可预见的硬资产,机会作出反应。 Although FMS provides users with many benefits, they are not easy to justify. 虽然与柔性制造系统的用户提供了很多好处,他们是不容易自圆其说。 Limitations and alternatives must be weighed and compared to determine if FMS is the best or event he right approach to productivity and profitability improvements. 限制和替代品,必须权衡和比较,以确定是否FMS是我的权利或生产率和盈利能力的方法改善最好的事件。 Basically, an FMS is make up of hardware and software elements. Hardware elements are visible and tangible such as CNC machine tool, pallet queuing carrousels (part parking lots), material handling equipment (robots or automatic guided vehicles), central chip removal and coolant systems, tooling systems, coordinate measuring machines (CMMs), part cleaning stations, and computer hardware equipment. 基本上,FMS是弥补硬件和软件元素。硬件元素是可见的有形和数控机床,托盘排队旋转系列(部分停车场),物料搬运设备(机器人或自动导引车),中央芯片和冷却剂清除系统,工具系统,三坐标测量机(CMM)的一部分,清洗站,计算机硬件设备。 Software elements are invisible and intangible such as NC programs, traffic management software, tooling information, CMM program work order files, and sophisticated FMS software. 软件元素是无形的和无形的,如交通管理软件,数控程序,工装信息,CMM程序的工作秩序文件,和先进的FMS软件。 A typical FMS layout and its major identifiable components can be seen in Fig. 8. 1 . 图8可以看出,在一个典型的柔性制造系统布局,其主要识别组件。 Automated Storage and Retrieval Systems 自动存储和检索系统 In the 1950s, a revolutionary concept in material handling was pioneered in the United States called automated storage and retrieval. 在20世纪50年代,在物料搬运革命的概念是在美国首创的自动存储和检索调用。 At the time, this concept of high-rise, high-density storage and retrieval was considered a radical change in inventory management and control, rather than a revolutionary breakthrough. 当时,这种高层,高密度存储和检索的概念被认为是彻底改变了库存管理和控制,而不是一个革命性的突破。 Automated storage and retrieval systems, commonly referred to as ASRSs, are automated inventory-handling systems designed to replace manual and remote-control systems. 自动存储和检索系统,通常被称为为ASRSs,自动化的库存处理系统设计,以取代手动和远程控制系统。 Typically, they contain tall, vertical storage racks, narrow aisles, and stacker cranes and are coupled with some type of computer control. 通常情况下,它们含有高大,垂直存储机架,狭窄的过道,堆垛起重机,加上一些类型的计算机控制。 For the most part, ASRSs are strictly warehouse tools that track incoming material and components, store parts, tools, and fixtures, and retrieve them when necessary. 在大多数情况下,ASRSs仓库工具是严格跟踪传入的材料和部件,存储部件,工具和夹具,检索他们necesario。 The goal of an automated storage and retrieval system is to deliver the right material to the right place at the right time. 自动存储和检索系统的目标是在正确的时间正确的地点提供合适的材料。 Material is held in storage and then issued to the point of use as close to the time of use as possible. 材料是在存储,然后举行分至使用点尽可能接近使用时间。 Automated storage and retrieval systems store standard-sized pallets of material, and they have aisles that divide the storage racks. 自动存储和检索系统存储材料标准尺寸的托盘,和他们有过道划分存储机架。 In each aisle is an arm or crane, sometimes known as a stacker crane. The crane picks up a load from an input station, stores it in a computer-assigned location, and delivers it to an output station, as seen in Fig. 8.2. 在每个过道是一只手臂或起重机,有时作为堆垛机。起重机拿起从输入站的负荷,它存储在一台电脑指定的位置,并将它传递到输出站,在图8.2中看到。 Stacker cranes are rated in terms of vertical and horizontal movement in feet per second. Cranes are capable of simultaneous vertical and horizontal movement. 堆垛起重机的额定英尺每秒的纵向和横向运动。起重机能够同时进行垂直和水平运动。 Loads must be presented for crane movement within size, weight, and stability limits. Even if a load is within size and weight limits, an off-center load, for example, can still jam the crane. 必须出示起重机在大小,重量和稳定极限的运动负荷。即使负载的大小和重量的限制,偏离中心的负载,例如,仍然可以堵塞起重机内。 The principal benefits of automated storage and retrieval systems are: 自动存储和检索系统的主要优点是: Improved inventory management and control 提高库存管理和控制 Reliable and immediate delivery 可靠和立即交货 Space efficiency 空间效率 Simplified and faster inventory response 简化和更快的库存的反应 Ability to operate in adverse environments 在不利环境的操作能力 Closed storage area to reduce pilferage 关闭存储区来减少偷盗 Reduced lost or misplaced parts,tools,and fixtures 降低丢失或错零件、工具和设备 Design flexibility to accommodate a wide range of loads降低丢失或容纳一个广泛的负载 FIve CNC machining centers,90 tools each. 五CNC加工中心每90名工具。 Fivetool interchange stations,one per machine,accepting tool delivery via cart. 五个工具交流站,每个机器,工具通过接受交付推车。 Three computer-controlled cars,with wire-guided path. 三个电脑控制的汽车的车射飞弹路径。 Cart maintenance ststion. 车维修车站。 Two automatic work changes,10pallets each,with dual load/unload positions with 90 tilt, 360 rotation. 两个自动工作也随之发生变化,10托盘每个位置的双重加载/卸载时调用90倾斜,360的旋转。 two material review stands, for on-demand part inspection. 对于需求的一部分检查,代表着两个材料进行审查, inspection module,with horizontal arm coordinate measuring machine. 模块化检测,横臂坐标测量机。 Automatic part washing station. 自动零件清洗站。 Tool chain load/unload tool gage,and calibration gage stands. 工具链加载/卸载工具计,校准表座。 Elevated computer room, with DEC VAX 8200 central computer. 提升机房,带有DEC VAX 8200中央计算机系统。 Centralized chip/coolant collection/recovery system, with dual flume. 集中芯片/冷却液收集/恢复系统,双水槽。 Reduced labor costs. 降低劳动成本。 Accurate inventory and load loaction. 精确的库存和负载位置。 Inventory reductions (as a result of improved accuracy). 库存减少(由于改善精度)。 Increased utilization potential. 增加利用潜力。 Reduced scrap and rework (resulting from manual part movement damage). 减少废料和返工(手册造成运动伤害)。 Over the past several years, many companies have focused their attention on automated storage and retrieval systems as a means to solve existing warehouse problems. 在过去几年中,许多公司都集中在自动存储和检索系统作为一种手段来解决问题,现有仓库,他们的注意力。 In many cases, implementing an ASRS and other material movement systems has successfully reduced operating costs and gained control over the storage and retrieval process. ASRS的和其他的材料,运动系统实现一个在许多情况下,已成功经营降低成本,并获得了存储和检索过程的控制。 However, business conditions and objectives determine the need for an ASRS, and a fully automated warehouse may be inappropriate for some businesses. 然而,企业经营状况和目标确定为ASRS的需要,和一个完全自动化的仓库,可能不适合一些企业。 Overall work flow and manufacturing processes must be clearly understood and known in order to determine part, tool, and fixture movement frequency, as well as maximum and minimum load sizes. 整体工作流程和制造工艺必须清楚地理解和已知的,以确定零件,工具,夹具的运动频率,以及最大和最小负载大小。 Flow to and from the areas that the ASRS is to serve should be kept clean and free of obstructions and waiting to be moved components. 到达或来自ASRS区域的物流应畅通无阻,没有等待被运物件的现象。 Automated Guided Vehicle(AGV) 自动搬运车(AGV) An AGV is a computer-controlled, driverless vehicle used for transporting materials from point to point in a manufacturing setting. 一个小车是一个由电脑控制,无人驾驶车辆,用于运送材料在制造设定点从点到。 They represent a major category of automated materials handling devices. 它们代表了自动化材料处理设备的主要类别。 An AGV can be used for any all materials handling tasks from bringing in raw materials to moving finished products to the shipping dock. AGV可用于任何所有材料处理任务,实现从原材料到移动成品装运底座的功能。 In any discussion of AGVs, three key terms are heard frequently: 在任何AGVS的讨论中,经常听到的三个关键术语: 1 guide path 1.引路 2 routing 2.路由 3 traffic management 3.交通管理 The term guide path refers to the actual path the AGV follows in making its rounds through a manufacturing plant. 长期引路指AVG通过一个制造工厂,及其轮的实际路径。 The guide path can be one of two types. 这份指南的路径可以是以下两种类型之一。 The first and oldest type is the embedded wire-guided path. 第一和最古老的类型是嵌入式的线导路径。 With this type, which has been in existence for over 20 years, the AGV follows a path dictated by a wire that is contained within a path that runs under the shop floor. 与此类型,它已存在了20多年的AGV如下口授了一个包含路径下运行的车间内的电线路径。 This is why the earliest AGVs were sometimes referred to as wire-guided vehicles. 这就是为什么有时被称为最早的年龄为线导车辆。 The more modern AGVs are guided by optical devices. 更现代的AGVS指导光学设备。 The term routing is also used frequently in association with AGVs. 长期路径也经常使用AGV的关联。 Routing has to do with the AGV’s ability to make decisions that allow it to select the appropriate route as it moves across the shop floor. 路由做AGV的能力作出决定,允许它选择合适的路线,因为它整个车间移动。 The final tem, traffic management devices such as stop signs, yield signs, caution lights, and stop lights are used to control traffic in such a way as to prevent collisions and to optimize traffic flow and traffic patterns. 最终温度,流量管理设备,如停止的迹象,产量标志,警示灯,停车灯,以这样的方式来控制流量,以防止碰撞和优化交通流量和交通模式。 This is also what traffic management means when used in the context of AGVs. 这也意味着用于AGVS范围内时的交通管理。 Rationale for Using AGVs 使用AGV的理由 Some manufacturing plants still use traditional materials to handle systems. 一些制造工厂仍使用传统材料处理系统。 Some use automated storage and retrieval systems, others use AGVs, and many use all of these together. 一些使用自动存储和检索系统,其他人使用AGV的,和许多使用所有这些在一起。 Manufacturing technology students should understand why manufacturing firm use AGVs. 制造技术的学生应该明白为什么制造公司使用AGV。 Five of the most frequently stated reasons are as follows: 五个最经常提到的原因如下: Because they can be computer controlled, AGVs represent a flexible approach to materials handling. (1) 因为他们可以是电脑控制,AGVS代表材料灵活的方式处理 AGVs decrease labor costs by decreasing the amount of human involvement in materials handling. (2) AGV的降低劳动力成本,减少人力参与处理材料的数量 AGVs are compatible with production and storage equipment. (3) AGV的是与生产和存储设备兼容 AGVs can operate in hazardous environments. (4) AGVS可以在危险的环境中运作 AGVs can handle and transport hazardous materials safely. (5) AGVS可以处理和运输危险材料的安全 Of the various reasons frequently given for using AGVs, perhaps the two that are the most important to the future of manufacturing are flexibility and compatibility. 经常使用AGV的各种原因,也许是两个制造业的未来是最重要的是灵活性和兼容性 Because they are so versatile, they can be adapted to be compatible with most production and storage equipment that might exist in a typical manufacturing setting. 因为它们是如此多才多艺,它们可以适应大部分的生产和存储设备中可能存在一个典型的制造业设置兼容 Their flexibility and compatibility allow AGVs to fit in with trends in the world of manufacturing, including automation and integration of manufacturing processes. 它们的灵活性和兼容性,允许AGVS,以适应世界制造业的发展趋势,包括制造过程的自动化和集成 Types of AGVs AGV的类型 Automated guided vehicles are called on for use in a variety of different manufacturing settings. 无人搬运车被称为使用在各种不同的生产设置 Consequently, there is not one type that will meet the needs of every setting. 因此,没有一种类型,这将满足每个设置的需求 Fig.8.3 and 8.4 show typical AGVs. fig.8.3和8.4显示典型的AGV In the current state of development, there are six different types of AGVs :1) towing vehicles; 2) unit load vehicles; 3) pallet trucks;4)fork trucks 5) light load vehicles; 6) assembly line vehicles. 在目前的发展状况,有六种不同的类型的AGVS:1)牵引车辆;2)机组负荷的车辆;3)托盘车;4)叉车;5)轻载车辆;6)装配生产线的车辆
Towing Vehicles. 牵引车辆。 These AGVs are the work horses. 这些的AGVS是工作马匹。 Towing vehicles are the most widely used type of AGVs. 牵引车的AGV的使用最广泛的类型。 Their most common use is in transporting large amounts of bulky and heavy materials from the warehouse to various locations in the manufacturing plant. 其最常见的用途是从仓库运送大量的笨重和重的材料,在不同地点的生产工厂。 A popular approach is to arrange a series of vehicles into a train configuration. In such a configuration, each vehical can be loaded with material for a specified location and the train can be programmed to move throughout the manufacturing facility, stopping at each location. 一种流行的做法是安排到一列火车配置了一系列的车辆。在这种配置中,每个车辆可以加载指定的位置与材料和火车可以被编程到整个生产设施,在每个位置停止移动。 Unit Load Vehicles. 机组负荷的车辆。 Unit load vehicles represent the opposite extreme from towing vehicles. 机组负荷车辆牵引车相反的极端。 Whereas towing vehicles are used in settings requiring the movement of large amounts of material to a variety of different locations, unit load vehicles are used in setting with short guide paths, high volume, and a need for independent movement and versatility. 而需要大量的物质的运动,以各种不同的地点设置使用的牵引车辆,机组负荷车辆的设置短引路,高容量,需要一个独立的运动性和多功能性。 Warehouses and distribution centers are the most likely settings for unit load vehicles. 仓库和配送中心是最有可能的机组负荷车辆设置。 An advantage of unit load vehicles is that they can operate in an environment where there is not much room and movement restricted. 机组负荷车辆的一个优点是它们可以操作的环境中,那里没有很大的空间和运动的限制。 Pallet Trucks. 托盘车。 The pallet truck is different from other AGVs in that it can be operated manually. 搬运车不同的是,它可以手动操作的其他AGVS。 Pallet trucks are used most frequently for materials handling and distribution systems. 托盘车使用最频繁的材料处理和分发系统。 They are driven along a guide path from location to location and are unloaded as they go. 它们开车沿着引路,从位置到位置和卸载过去 Because they can be operated manually pallet trucks represent a very flexible approach to materials handling. 托盘车,因为它们可以手动操作,代表材料的处理非常灵活的做法。 Fork Truck. 叉车。 The fork truck type AGV is to the automated manufacturing plant what the fork lift us to a traditional materials handing setting. 叉车式AGV的是自动化的生产工厂,叉车我们传统材料处理设置。 Fork trucks are designed for use in highly automated manufacturing plants. 叉车的设计使用高度自动化的制造工厂。 They are used when it is necessary to pick up the material up at the shop floor level and move it to a location at a higher level or to pick up the material at a higher level and move it down to the shop floor level. 它们被用来在必要时拿起材料,在车间级,并将其移动到一个在更高层次上的位置或拿起在更高层次上的材料,并将其向下移动到车间级。 Unlike the traditional fork lift, however, fork truck type AGVs travel along a guide path. 然而,不同于传统的叉车,叉车式AGV的旅行沿引路。 Light Load Vehicles. 轻负荷车。 Light load vehicle technology is simply the miniaturization of unit load vehicle technology. 轻载车辆技术仅仅是机组负荷车辆技术的小型化。 Light load vehicles, as the name suggests, are used in manufacturing settings where the material to be moved is neither heave nor bulky. 轻载车,顾名思义,用于制造的设置要移动的材料既不隆起也不笨重。 Assembly Line Vehicles. 装配生产线的车辆。 As the name implies, assembly line vehicle type AGVs are used in conjunction with an assembly line process. 顾名思义,装配生产线的车辆类型AGVS结合装配线过程中使用。 There most common use is in the assembly of automobiles. 有最常见的用途是在汽车的组装。 Assembly line vehicles can be used to transport major subassemblies such as automobile engines transmissions, doors, and other associated subassemblies to the proper location on an assembly line. 装配生产线的车辆可以用来运输主要部件,如汽车发动机变速箱,门,以及其他相关部件装配线上的适当位置。 Using such vehicles can enhance the flexibility of an automobile assembly line. 使用这种车辆可以提高一个汽车装配生产线的灵活性。
机械工程英语(第11单元) Rapid Prototyping and Manufacturing Technologies快速原型制造和快速制造技术
Introduction介绍 Manufacturing community is facing two important challenging tasks:(1)Substantial reduction of production development times; and (2) Improvement on flexibility for manufacturing multi-variety and small batch-size products. Computer-aided design and manufacturing (CAD and Cam) have significantly improved the traditional production design and manufacturing. However, there are a number of obstacles in true integration of computer-design with computer-aided manufacturing for rapid development of new products. 制造社会面临两个重要的艰巨任务:1大幅度减少产品开发时间,以及改善对弹性制造多品种,小批量大小的产品。电脑辅助及制造大大改善了传统的生产设计和制造。但是,有一个数字障碍计算机辅助设计与真正的一体化电脑辅助制造新产品的快速发展。 To substantially shorten the time for developing patterns, and prototypes, some manufacturing enterprises have started to use rapid prototypes(RP)methods for complex patterns making and component prototyping. Over the past few years, A variety of new rapid manufacturing theologies, generally called Rapid Prototyping and Manufacturing ,have emerged; the technologies developed include stereo lithography(SL),selective laser sintering (SLS), fused deposition modeling(FSM),laminated object manufacturing(LOM),and three dimensional printing (3D Printing)。These technologies are capable of directly generating physical objects from CAD databases. They have a common important feature: the prototype part is produced adding materials rather than removing materials, that is, a part is first modeled by a geometric modeler such as a solid modeler, and then is mathematically sectioned(sliced)into a series of parallel cross-section pieces. For each piece, the curing or binding paths are generated. These curing or binding paths are directly used to instruct the machine for producing the part by solidifying or binding a line of material. After a layer is built, a new layer is built on the previous one in the same way. Thus, the model is built layer by layer from the bottom to top. 为了大大缩短母摸、模具和样件的制作时间,一些制作厂开始利用快速原型制造技术来制作复杂的母模和零部件的原型。在过去几年中,各种新的快速制造技术,通常被称为快速成型与制造,有涌现,这些技术包括立体开发,选择性激光烧结,熔融沉积成型,分层实体制造,三维打印。这些技术能够直接从CAD数据库生成实体对象。他们都有一些共同的重要特征:原型件都是通过增材制造,而不是材料去除工艺制作的,也就是说,零件首先通过几何建模软件,比如一个实体建模模块来建模,然后用数学的方法进行切层处理,使其成为一连串平行的横截面片。每件,固化或具有约束力的路径生成。这些固化或具有约束力路径是直接用于指导生产的部分机器固化或具有约束力的材料一致。建成后,一层是,一个新的层是建立在以同样的方式前一个。因此,该模型建立一层一层从底部到顶部。 RR Processes RP反相进程 As mentioned earlier, there are several technologies available for model production based on the principle of “growing” or “additive” manufacturing. The major differences among these technologies are in two aspects (1) Materials used, and (2) Part building techniques. The following sections will explain in detail these rapid prototyping technologies with respect to the above two aspects. 如前所述,有几种技术可以为模型生产的基础上,增加或添加剂生产原则。这些技术之间的主要分歧是在两个方面;材料使用,而部分建筑技术。以下部分将解释快速原型技术,这些细节就上述两项方面。
1.Stereo lithography光固化 Stereo lithography apparatus (SLA) was invented by Charles Hull of 3D Systems Inc. It is the first commercially available rapid prototype and is considered as the most widely used prototyping machine. The material used is liquid pho-to-curable resin, acryl ate (monomers) are polymerized into large molecules. Based on this principle, the part is built in a vat of liquid resin as shown in Figl.1. 光固化成型机由3D系统公司的Charles Hull 发明。它是世界第一台使用最广的商业快速成型机。使用的材料为丙烯酸光敏树脂。在光子的引发下,小分子(单体)聚合成大分子。原型零件就是根据这一原理从树脂槽中制作出来的。 The SLA machine creates the prototype by tracing layer cross-section on the surfaces of the liquid photopolymer pool with a laser beam. Unlike the contouring or zigzag cutter movement used in CNC machining, the beam traces in parallel lines. The laser beam is deflected horizontally in X and Y axes by galvanometer-driven mirrors so that it moves across the surface of the resin to produce a solid resin covers the solidified layer. A wiper helps appeared the viscous polymer over for building the next layer. The laser draws a new layer on the top of the previous one. In this way, the model is built layer by layer from bottom to top. 苏丹解放军机上创建的跟踪层横截面的原型表面用激光束液体感光树脂池。同数控机床加工时刀具的轮廓走刀和循环走刀方式不一样,激光束是以平行方式扫描的。(4) 该激光束偏转在X和Y轴的横向振驱动镜子,以便它在整个行动的树脂表面产生了坚实的格局。建成后1层,电梯下降一个用户指定的距离和新的液态树脂固化涂料覆盖层。刮板用来将粘稠的树脂均匀涂覆在零件表面以便于下一层的制作。激光在前一层的顶部进行新一层的扫描。这样,原型就自下而上地逐层制作而成。 There are several features worthy of mentioning of SLA 有许多值得一提的SLA的几个特点。 1.Material. 材料。 There are five commercially available photopolymers. All of them are a kind of acryl ate. 这五个商用光聚合物。他们都是一种丙烯酸类。 (1)Support. (2)支持。 Because a model is created in liquid, the overhanging regions of the part (unsupported below) may sag or float away during the building process. The prototype thus needs some predesigned support until it is cured or solidified. These additional features are built on the model parts and have to be trimmed after the model building is completed. 因为模型是在液体中创建了一部分(不受支持低于)悬垂地区可能骤降或漂浮在建设过程中走。因此,需要一些原型预先设计的支持,直到它被治愈或凝固。这些附加功能是建立在模型部分,要修剪后建设完成。 (3)Model accuracy and performance. (3) 模型的精度和性能。 The accuracy achieved is about 0.5% .The layer thickness is between 0.004”and 0.003”.Presently,the SLA machines made by 3D Systems Inc. are the most accurate machines among the RP&M systems.精度达到约0.1%的整体尺寸和体积较大的恶化,但不超过0.5%。层厚度为0.03和0.004之间。目前,苏丹解放军机由3D系统公司。反相属于机电系统中最精确的机器。 1.Selective laser sintering(SLS) 2。选择性激光烧结 SLS uses a carbon dioxide laser to sinter successive layers of powder instead of liquid. In SLS processes, a thin layer of powder is applied by a rotating roller mechanism onto the work place. The powder material is preheated to a temperature slightly below its melting point. The laser beam traces the cross-section on the powder surface to heat up the powder to the sintering temperature so that the powder scanned by the laser is bonded. The powder that is not scanner by the laser will remain in place to serve as the support to the next layer of powder, which aids in reducing distortion. When a layer of the cross-section is completed, the roller levels another layer of powder over the sintered one for the next pass.Fif.11.2 shows the working principle of SLS. 选择性激光烧结采用二氧化碳激光烧结粉末,而不是连续的液体层。选择性激光烧结过程中,一薄层粉是由地方上的工作辊旋转机制的应用。粉末材料预热的温度稍低于其熔点。激光束的痕迹跨粉末表面上的部分来加热粉末烧结温度,使粉末激光扫描是保税。即不是由拉斯特扫描将继续留在当地作为未来的粉层,减少失真艾滋病支助粉末。当一个截面层完成后,滚筒的水平在未来通过彼此的粉末 烧结层。 Fig.11.2显示了选择性激光烧结的工作原理。 2.Fused deposition modeling (FDM) 3。熔融沉积建模 In an FDM process as shown in Fig.11.3, a spool of thermoplastic filament feeds into a heated FDM extrusion head. The movement of the FDM head is controlled by computer. Inside the flying extrusion head, the filament is melted into liquid (1^C above the melting temperature) by a resistant heater. The head traces an exact out –line of each cross-section layer of the part. As the head moves horizontally in X and Y axes, the thermoplastic material is extruded out of a nozzle by a precision pump. The material solidifies in 1/10 second as it is directed onto the workplace. After one layer is finished, the extrusion head moves up a programmed distance in direction for building the next layer. Each layer is bonded to the previous layer through thermal heating. 在熔融沉积在Fig.11.3建模过程中,阀芯的热塑性长丝饲料入加热熔融沉积造型挤出头。对熔融沉积造型头部运动是由电脑控制。 在高速运动的挤压头里,丝材被电阻加热融化成液态(高于熔点1。C左右)。挤压头精确按零件截面轮廓形状移动(从而逐层将原型零件制作出来)。 水平移动的头在X和Y轴,热塑性材料挤压出一府精密泵喷嘴。固化材料在1 / 10秒,因为它是把工作场所的指示。完成后,1层,挤压头移动了下一层建设的一个程序在Z方向的距离。每一层粘合到上一层,通过热供暖。 3.Laminated object manufacturing (LOM) 4。分层实体制造(LOM)的 The LOM process produce parts from bonded paper plastic, metal or composite sheet stock. LOM machines bond a layer of sheet material to a stack of previously formed laminations, and then a laser beam follows the contour of the part cross-section generated by CAD to cut it to the required shape. The layers can be glued or welded together and the excess material of every sheet is either removed by vacuum suction or remains as next layer’s support.Fig.11.4 shows the working principle of LOM.
洛美进程从保税纸塑,金属复合板股票或亲达斯部分。洛美机器结合一板层材料一叠以前形成的薄片,然后用激光束遵循的部分轮廓截面由CAD生成的删减至所需要的形状。该层可以胶合或焊接在一起,每片材过剩是可以通过真空抽吸删除或仍然是下一层的支持。 fig.11.4显示奥尔姆的工作原理。 4.Three-dimensional printing was developed at Massachusetts Institute of Technology. In the 3Dprinting process, a 3D model is sliced into 2D cross-section layers in a computer. A layer of powder is spread on the top of the piston, the powder barding a cylinder, and then an ink-jest printing head projects duplets of blinder material onto the powder at the place where the solidification is required according to the information from the computer model. After one layer is completed, the piston drops a predefined distance and a new layer of powder is spread out and selectively glued. When the whole part is completed, heat treatment is required to enhance the bonding of the glued powder, and then the unbounded powder is removed. Fig.11.5 shows the working process of 3D Printing. 5. 亲切体贴的三维印刷(三维印刷) 三维打印是开发的麻省理工学院。在三维印刷过程中,三维模型切成二维截面层在一台计算机。 首先在气缸的活塞(粉末床)顶部铺上一层粉末,然后一个喷墨打印头根据计算机模型信息在要求固化的粉末部分表面喷上粘结材料。 完成后,1层,活塞下降一个预定义的距离和一个新的层粉分散和选择性粘贴。当整个部分完成,热处理必须加强粘粉粘接,然后无界粉被删除。 fig.11.5显示了三维打印的工作流程。 当前的RP&M的应用 Current Applications of RP&M A large number of industrial companies such as Texas Instruments, Inc. Chrysler Corporation, Amp Inc. and Ford Motor Co. have benefited from applying the technologies to improve their product development in the following three aspects. 一个大型的工业企业,例如得克萨斯文书所公司,克莱斯勒公司,放大器公司,和福特汽车公司。得益于采用的技术,以改善他们在以下三个方面的产品开发利用策略。 设计工程
- Design engineering设计工程 (1) Visualization. . (1)可视化。 Conceptual models are very important in product design. The touch of the physical objects can reveal unanticipated problems and sometimes spark a better design. With RP&M, the prototype of a complex part can be built in a short time, therefore engineers can evaluate a design quickly 概念模型在产品设计中十分重要。触摸真实的物理实体可以暴露某些无法预料的问题,有时还会引发出更好的设计。 采用RP&M的,是一个复杂的零件原型可以在很短的时间,因此工程师可以评估一个设计非常快。 (2) Verification and optimization. (2)验证和优化。 Improving product quality is always an important issue of manufacturing. With the traditional method, developing of prototypes can be produced quickly without substantial tooling and labor cost. Consequently, the verification of design concepts becomes simple: the product quality can be improved within the limited time and with affordable cost.期完善产品质量始终是制造业的重要问题。与传统的方法,来验证原型开发或优化一出大量的工具和劳动力成本的设计。因此,设计概念验证变得简单:产品质量可以在有限的时间内可承受的成本提高。 (3) Iteration. (3)迭代 Just like the automotive industry, manufacturers often put new product models into market. With RP&M technology, it is possible to go through multiple design iterations within a short time and substantially reduce the model development time.。就像汽车行业,制造商奥芬投入市场的新产品型号。 有了快速原型与制作技术,就有可能在较短时间里通过多次设计迭代,从而大大减少模型的开发周期。
- Manufacturing We can use the RP&M prototype for reducibility studies. By providing a physical product at an earlier design stage, we can speed up process planning and tooling design. In addition, by accurately describing complex geometry, the prototype can help reduce problems in interpreting the blue also be used as master patterns for castings. 2。我们可以利用的可生产性研究的转原型。在较早提供一个物理产品设计阶段,我们可以加速设计流程规划和托林。此外,通过精确地描述复杂的几何图形,原型可以帮助减少在解释蓝色的问题打印在车间。另一个应用是模具的模具开发利用策略。原型也可以用作铸件主模式。
- Marketing 3。市场营销 To assist product sales, a prototype can be used to demonstrate the concept, design ideas, as well as the company’s ability to produce it. Also, the prototype can be used to gain customers” feedback for design modifications so that the final product will meet customers” requirements. Meeting customers” demand in a timely manner is the key to penetrating the market in today’s economy. 协助产品销售,原型可以用来展示的概念,设计理念,以及该公司能够生产它。同时,原型可以用来获得客户的反馈意见,以便为修改设计,最终产品将满足客户的需求。满足客户的及时需求是要打入在当今经济市场的关键。