先進(jìn)制造技術(shù)課件 第6章 加工實(shí)例

先進(jìn)制造技術(shù)第6章應(yīng)用實(shí)例6.26.36.4電火花線切割加工應(yīng)用實(shí)例快速成形應(yīng)用實(shí)例三維實(shí)體造型應(yīng)用實(shí)例CONTENTS目錄6.1電火花加工應(yīng)用實(shí)例6.5逆向工程技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.6計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例6.7柔性制造系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例6.1電火花加工應(yīng)用實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形6.1.1工件毛坯準(zhǔn)備

電火花加工前，應(yīng)先對(duì)工件的外形尺寸進(jìn)行機(jī)械加工，使其達(dá)到一定的要求。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)做好以下準(zhǔn)備工作。三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工加工預(yù)孔磨光、除銹、去磁工件熱處理6.1.1工件毛坯準(zhǔn)備1.電極的裝夾與校正圖6-2較大電極直接裝夾１—電極；２—主軸法蘭；３—連接法蘭圖6-1用電極夾具裝小電極１—電極；２—夾具

電極裝夾與校正的目的是使電極正確、牢固地裝夾在機(jī)床主軸的電極夾具上，使電極軸線和機(jī)床主軸軸線一致，保證電極與工件的垂直度。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.1工件毛坯準(zhǔn)備1.電極的裝夾與校正圖6-3精密角尺校正電極圖6-4百分表校正電極圖6-5型腔電極校正電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.2工件的裝夾與定位

一般情況下，工件可直接裝夾在墊塊或工作臺(tái)上。如果采用下沖油時(shí)，工件可裝夾在油杯上，用壓板壓緊。工作臺(tái)有坐標(biāo)移動(dòng)時(shí)，應(yīng)使工件中心線和十字拖板移動(dòng)方向一致，以便電極和工件的校正定位。

在定位時(shí)，如果工件毛坯留有較大加工余量，可劃線后用目測(cè)法大致調(diào)整好電極與工件的相互位置，接通脈沖電源弱規(guī)準(zhǔn)加工出一個(gè)淺印。根據(jù)淺印進(jìn)一步調(diào)整工件和電極的相互位置，使型腔周邊加工余量盡量一致。加工余量少的型腔定位較困難，必須借助量具（塊規(guī)、百分表等）進(jìn)行精確定位后，才能進(jìn)行加工。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.3電規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配

電規(guī)準(zhǔn)選擇和轉(zhuǎn)換正確與否，對(duì)型腔表面的加工精度、表面粗糙度以及生產(chǎn)效率均有很大的影響。當(dāng)電流峰值一定時(shí)，脈沖寬度愈寬，則單個(gè)脈沖能量愈大，生產(chǎn)率愈高，間隙愈大，工件表面愈粗糙，電極損耗愈小。當(dāng)電流峰值增加時(shí)，則生產(chǎn)率增加，電極損耗加大且與脈沖寬度有關(guān)。因此，在選擇電規(guī)準(zhǔn)時(shí)，要綜合考慮以上因素。１.電規(guī)準(zhǔn)的選擇電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.3電規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配

電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的數(shù)，應(yīng)根據(jù)具體的加工對(duì)象來確定。對(duì)于尺寸小、形狀簡(jiǎn)單、深度淺的型腔，加工時(shí)電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換的數(shù)可少些；對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸大、深度大的型腔，電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換數(shù)要多些。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般粗加工規(guī)準(zhǔn)選擇1，中、精加工選擇2-4。

平動(dòng)量的分配是單電極平動(dòng)加工的一個(gè)很重要的問題，主要決定于被加工表面修光余量的大小、電極損耗、主軸進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的精度等因素2.電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.3電規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配

采用晶閘管脈沖電源、石墨電極加工型腔時(shí)，電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量分配見表6-1。2.電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配表6-1電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量分配電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形6.1.3電規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配

采用晶體管復(fù)合脈沖電源、紫銅電極加工型腔時(shí)，電規(guī)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量分配見表6-2。三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工2.電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配表6-2電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量分配電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形6.1.3電規(guī)準(zhǔn)的選擇、轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工2.電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量的分配表6-2電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換與平動(dòng)量分配6.1.4加工實(shí)例1.型孔加工實(shí)例圖6-6級(jí)進(jìn)模型孔簡(jiǎn)圖（１）級(jí)進(jìn)模型孔加工

圖6-6為繼電器接觸片的級(jí)進(jìn)模型孔簡(jiǎn)圖。其中，工件材料、組合電極材料均為Cr12，刃口高度為7mm，表面粗糙度Ra1.25～0.63μm，加工時(shí)間約為6h。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.1.4加工實(shí)例圖6-7復(fù)式?jīng)_模型孔簡(jiǎn)圖

（２）定子復(fù)式?jīng)_模型孔加工

圖6-7為電機(jī)定子復(fù)式?jīng)_模型孔簡(jiǎn)圖。其中，工件材料、電極材料均為Cr12，加工周長(zhǎng)為3460mm，刃口高度為15mm，雙邊間隙為0.055mm，表面粗糙度Ra2.5～1.25μm，加工時(shí)間約為13ｈ,采用四回路晶體管復(fù)合脈沖電源，電參數(shù)如表6-3所示。1.型孔加工實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工表6-3加工定子復(fù)式?jīng)_模型孔電參數(shù)6.1.4加工實(shí)例1.型孔加工實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工表6-463.5mm電視機(jī)后蓋塑料模型腔加工規(guī)準(zhǔn)6.1.4加工實(shí)例2.型腔加工實(shí)例

電視機(jī)后蓋塑料注射模的型腔，由于其放電面積較大，加工深度較深，電極和工件的質(zhì)量較大，它屬于形狀復(fù)雜的中型型腔。所以加工時(shí)機(jī)床的主軸要承擔(dān)較大質(zhì)量而且靈敏度要高。要求平動(dòng)頭的剛性要好，脈沖電源能大電流長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，而且穩(wěn)定可靠。加工時(shí)，要采取合理的操作工藝。6.2電火花線切割加工應(yīng)用實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工

一般線切割模具零件的工藝過程是：下料→鍛造→退火→機(jī)械粗加工→淬火與回火→磨削加工→線切割加工→鉗修1.預(yù)孔加工圖6-8預(yù)孔位置圖圖6-9孔徑等與工件厚度關(guān)系6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備1.預(yù)孔加工圖6-10加工窄槽時(shí)起點(diǎn)的取法

在切割窄槽時(shí)，起始孔要放在圖形的最寬處，不允許起始孔與切割軌跡存在相交現(xiàn)象如圖6-10所示。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備2.熱處理圖6-11材料預(yù)加工圖

熱處理是為了減少在線切割加工過程中的材料變形，力求最大限度地減少鍛造、熱處理時(shí)產(chǎn)生的組織缺陷和殘余應(yīng)力。為減少材料變形對(duì)加工精度的影響，在熱處理前，可進(jìn)行預(yù)加工，電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備3.材料選擇

選擇淬透性好、熱處理變形小的材料。對(duì)于冷沖模具，所選用的鋼可分為碳素工具鋼和合金工具鋼兩大類。碳素工具鋼（T8A，T10A）來源廣泛，但最大的缺點(diǎn)是淬透性差，熱處理變形大，殘余應(yīng)力顯著，回火穩(wěn)定性差。在線切割加工中，材料易變形，甚至崩裂。合金工具鋼由于其他元素的加入，使材料的性能大為改善。因此，當(dāng)采用線切割工藝加工模具時(shí)，應(yīng)盡量選擇Cr12、CrWMn、Cr12MoV、GCr15等合金鋼。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備4.基準(zhǔn)面圖6-12基準(zhǔn)孔圖

切割時(shí)，工件大都需要有基準(zhǔn)面?；鶞?zhǔn)面必須精磨。當(dāng)切割圖形對(duì)位置精度要求較高時(shí)，除有基準(zhǔn)面外，最好在工件中心設(shè)置一個(gè)2～6mm、有效深度為3～5mm的基準(zhǔn)孔，如圖6-12所示。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.1工件毛坯的準(zhǔn)備4.基準(zhǔn)面圖6-13圓形基準(zhǔn)面與基準(zhǔn)孔圖

基準(zhǔn)孔的直徑絕對(duì)尺寸精度沒有嚴(yán)格的要求，但需考慮其圓度以及定位尺寸精度。因此，必須利用坐標(biāo)磨床進(jìn)行精加工。若由于某種原因不能設(shè)置中心基準(zhǔn)孔時(shí)，可以利用精坐標(biāo)磨床精加工原有其他孔。

在圓形坯料上，加工的形狀如果有指定方向，且對(duì)其加工形狀的位置有精度要求時(shí)，應(yīng)在毛坯的外周圍設(shè)置1～2個(gè)直線基準(zhǔn)面及定位用的基準(zhǔn)孔，如圖6-13所示。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.2電極絲的選擇

電極絲的直徑應(yīng)根據(jù)工件加工的切縫寬度、工件厚度和拐角尺寸的要求來選擇。如圖6-14所示，對(duì)凹模內(nèi)側(cè)拐角Ｒ的加工，電極絲的直徑應(yīng)小于1/2切縫寬。即圖6-14加工路線的選擇

Ｒ≥Φ/２＋δ式中:

δ——放電間隙

Φ——電極絲直徑電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.2電極絲的選擇

在微細(xì)加工時(shí)，必須使用直徑細(xì)的電極絲。目前電極絲的種類很多，有鉬絲、鎢絲、紫銅絲、黃銅絲和各種專用銅絲，表6-5是電火花線切割常用的電極絲。表6-5

電火花線切割常用的電極絲電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.2電極絲的選擇

為了滿足切縫和拐角的要求，需要選用線徑細(xì)的電極絲，但這樣加工工件的厚度受到限制。表6-6列出線徑與拐角R的極限和加工厚度的極限值表6-6線徑與拐角和工件厚度的極限電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.3加工路線的選擇

在加工中，工件內(nèi)部應(yīng)力的釋放會(huì)引起工件的變形，所以在選擇加工路線時(shí)，必須注意以下幾個(gè)問題。

1）避免從工件端面開始加工，應(yīng)從預(yù)孔開始，如圖6-14所示。

2）加工路線距離端面（側(cè)面）應(yīng)大于5mm。

3）應(yīng)從離開工件夾具的方向開始加工（即不要?jiǎng)傞_始加工就趨近夾具），最后再轉(zhuǎn)向工件夾具的方向。如圖6-14所示，由1段至2、3、4段。

圖6-14加工路線的選擇電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.3加工路線的選擇

4）要在一塊毛坯上切出兩個(gè)以上零件時(shí)，不應(yīng)一次切割出來，而應(yīng)從不同預(yù)孔開始加工，如圖6-15所示。圖6-15從一塊工件上加工兩個(gè)以上零件的加工路線電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.5定位1.以孔為基準(zhǔn)圖6-16定位方法

以孔為基準(zhǔn)時(shí)，孔要用坐標(biāo)磨床進(jìn)行精加工，電極絲接觸部位尺寸為3～5mm，以R為半徑進(jìn)行倒棱，孔內(nèi)必須清潔無污，定位精度可達(dá)到5～10μm。

定位方法有兩種，即以孔為基準(zhǔn)的定位法和以工件端面為基準(zhǔn)的定位法，通常采用讓金屬電極絲和被加工物發(fā)生電接觸的方式。2.以端面為基準(zhǔn)

用端面定位，其精度不如以孔為基準(zhǔn)的定位精度高。一般進(jìn)行定位時(shí)，由于條件不同，容易產(chǎn)生定位誤差。故進(jìn)行定位時(shí)，最好多做幾次。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.6試切與切割

一般來說，在正式切割前，對(duì)加工質(zhì)量要求高的工件最好進(jìn)行試切。試切的材料應(yīng)該為擬切割工件的材料。經(jīng)過試切可以確定加工時(shí)的各種參數(shù)。有時(shí)為了檢查程序編制的正確與否，也可采用薄板進(jìn)行試切。慢速走絲線切割加工的切縫寬度因工藝條件的差異而變化較大，因此在正式切割前必須進(jìn)行試切。機(jī)床的啟動(dòng)過程應(yīng)按操作須知進(jìn)行。切割加工中的注意事項(xiàng)如下：1）數(shù)控切割時(shí)，凡是未經(jīng)嚴(yán)格審核而又比較復(fù)雜的程序，以及穿孔后沒有校對(duì)的紙帶均不宜直接用來加工模具零件，而應(yīng)先進(jìn)行空機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)或用薄鋼板試切。經(jīng)確認(rèn)無誤后，方可正式加工。2）進(jìn)給速度應(yīng)根據(jù)工件厚度、材質(zhì)等方面的要求在加工前調(diào)整好，也可以在切割工藝線上進(jìn)行調(diào)整。從加工正式開始一直到加工結(jié)束，均不宜變動(dòng)進(jìn)給控制旋鈕。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.6試切與切割

3）切割過程中遇到以下問題應(yīng)及時(shí)處理。

①如發(fā)現(xiàn)工作液循環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞，應(yīng)及時(shí)疏通。特別是要防止工作液浸入機(jī)床內(nèi)部造成短路，導(dǎo)致燒毀電器元件。

②電蝕產(chǎn)物在導(dǎo)輪上積聚過多，會(huì)導(dǎo)致與絲架之間形成一條通路，造成絲架帶電。這樣既不安全，又影響切割效率。4）為確保高精度要求的模具零件順利進(jìn)行加工，一般在每段程序切割完后，檢查縱、橫拖板的手輪刻度值是否與指令規(guī)定的坐標(biāo)相符。如發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，應(yīng)及時(shí)處理，避免加工零件報(bào)廢。5）不要輕易中途停機(jī)，以免加工后工件出現(xiàn)中斷痕跡。6）每天工作結(jié)束后，應(yīng)清潔機(jī)床，防止銹蝕。7）做好加工記錄，積累經(jīng)驗(yàn)，不斷提高使用和維護(hù)水平。

電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.7加工過程中特殊情況的處理1.短時(shí)間臨時(shí)停機(jī)

當(dāng)某一程序尚未切割完畢需要暫時(shí)停機(jī)片刻時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉控制臺(tái)的高頻、變頻及進(jìn)給按鈕，然后關(guān)閉脈沖電源的高壓、工作液泵和走絲電機(jī)，其他的可不必關(guān)閉（只要不關(guān)閉控制臺(tái)電源，控制機(jī)就能保存停機(jī)時(shí)剩下的程序）。重新開機(jī)時(shí)，應(yīng)按下述次序操作：先開走絲電機(jī)、工作液泵、高頻電源，再合變頻開關(guān)、高頻開關(guān)，即可繼續(xù)加工。2.斷絲處理

1）應(yīng)立即關(guān)閉脈沖電源的變頻，再關(guān)閉工作液泵及走絲電機(jī)，把變頻粗調(diào)置于“手動(dòng)”一邊，打開變頻開關(guān)，讓機(jī)床工作臺(tái)繼續(xù)按原程序走完，最后回到起點(diǎn)位置重新穿絲加工。若工件較薄，可就地穿絲，繼續(xù)切割。

2）若加工快結(jié)束時(shí)斷絲，可考慮從末尾進(jìn)行切割，但要重新編制一部分程序。當(dāng)加工到二次切割的相交處時(shí)，出現(xiàn)斷絲要及時(shí)關(guān)閉脈沖電源和機(jī)床，以免損壞已加工的表面。

若斷絲不能再用，需更換新絲時(shí)，應(yīng)測(cè)量斷絲的直徑，若新絲直徑與斷絲相差較大，應(yīng)重新編制程序，以保證加工精度。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.7加工過程中特殊情況的處理3.控制機(jī)出錯(cuò)或突然停電

一般出現(xiàn)在待加工模具零件的廢料部位且模具零件的精度要求又不太高的情況下，應(yīng)待排除故障后，將鉬絲退出，拖板移到起始位置，重新加工即可。4.短路的排除

應(yīng)立即關(guān)掉變頻，待其自行消除短路；如此法不能奏效，再關(guān)掉高頻電流，用酒精、汽油、丙酮等溶劑沖洗短路部分；如仍不能消除短路，應(yīng)把絲抽出，退回起始點(diǎn)，重新加工。目前在應(yīng)用微機(jī)進(jìn)行控制時(shí)，斷絲、短路都會(huì)自行處理，在斷電情況下也能保持記憶。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.8后續(xù)處理1.機(jī)械拋光

線切割加工完成后，由于被加工模具的表面粗糙度不理想，以及加工表面產(chǎn)生與基體成分和性能完全不同的變質(zhì)層，影響模具質(zhì)量和壽命，線切割加工后還要進(jìn)行后續(xù)處理（精修和拋光）。2.擠壓珩磨拋光

擠壓珩磨拋光又稱磨料流動(dòng)加工。它是利用半流動(dòng)狀態(tài)的磨料在一定壓力下強(qiáng)迫通過被加工表面，經(jīng)磨料顆粒的磨削作用而去除工件表面變質(zhì)層材料。磨料流體介質(zhì)一般由基體介質(zhì)、添加劑、磨料三種成分混合而成，而基體介質(zhì)屬于一種黏彈性高分子化合物，起黏結(jié)作用。磨料使用氧化鋁、碳化硼、碳化硅、金剛石粉等，視工件材料選用。

機(jī)械拋光分電動(dòng)（或氣動(dòng)）工具和拋光專用機(jī)床兩種。電（氣）動(dòng)工具又分為回轉(zhuǎn)式、往復(fù)式兩種，回轉(zhuǎn)式電動(dòng)工具如原西德的軟軸磨頭，往復(fù)式電動(dòng)工具實(shí)際上就是電動(dòng)銼刀。為了提高效率，還使用專門為拋光模具而設(shè)計(jì)制造的拋光專用機(jī)床。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.8后續(xù)處理1.超聲波拋光2.化學(xué)拋光

化學(xué)拋光是利用化學(xué)腐蝕劑對(duì)金屬表面進(jìn)行腐蝕加工，以改善表面粗糙度。這種拋光技術(shù)不需要專用設(shè)備，節(jié)約電能，使用方便。對(duì)形狀復(fù)雜（包括薄壁窄槽模具）的型腔模具也可進(jìn)行拋光，并能保證幾何精度。腐蝕劑以鹽酸為主，加入各種添加劑。拋光可達(dá)Ra0.1μm。

超聲波拋光是利用換能器將超聲波電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械動(dòng)能，使拋光工具發(fā)生超聲波諧振，在工件與工具之間有適量的研磨液對(duì)工件進(jìn)行剝蝕，實(shí)現(xiàn)超聲波拋光。拋光可達(dá)到Ra0.1μm。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.9加工實(shí)例圖6-17型孔切割程序（a）型孔零件圖；（b）型孔切割程序

圖6-17（a）所示為型孔零件，工件厚度為15mm，加工表面粗糙度為Ra3.2μm，其雙邊配合間隙為0.02mm，電極絲為Φ0.18mm的鉬絲，雙面放電間隙為0.02mm。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.9加工實(shí)例圖6-17型孔切割程序（a）型孔零件圖；（b）型孔切割程序

（1）確定補(bǔ)償距離

補(bǔ)償距離Δｔ＝0.18/2+0.02/2=0.09+0.02=0.1mm

電極絲中心軌跡如圖6-17(b)所示

（2）確定加工路切割型孔時(shí)，在中心O1鉆孔，從O1開始切割。電極絲中心的切割順序是：O1A→弧AB→BC→弧CD→DA→AO1。

（3）編制切割程序單

B2900B4907B4907GYL4B2900B4907B17000GXNR4B0B4186B4186GYL4B2900B4907B17000GXNR2B0B4186B4186GYL2B2900B4907B4907GYL2DD

1.程序編制電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.9加工實(shí)例圖6-17型孔切割程序（a）型孔零件圖；（b）型孔切割程序

（1）確定補(bǔ)償距離

補(bǔ)償距離Δｔ＝0.18/2+0.02/2=0.09+0.02=0.1mm

電極絲中心軌跡如圖6-17(b)所示

（2）確定加工路切割型孔時(shí)，在中心O1鉆孔，從O1開始切割。電極絲中心的切割順序是：O1A→弧AB→BC→弧CD→DA→AO1。

（3）編制切割程序單

B2900B4907B4907GYL4B2900B4907B17000GXNR4B0B4186B4186GYL4B2900B4907B17000GXNR2B0B4186B4186GYL2B2900B4907B4907GYL2DD

1.程序編制電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.2.9加工實(shí)例

脈沖電源參數(shù)選擇如表6-7所示。表6-7脈沖電源參數(shù)選擇電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3快速成形應(yīng)用實(shí)例6.3.1快速成形加工過程12快速成形系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理部分主要是三維CAD模型加工軌跡的離散過程，由高性能計(jì)算機(jī)處理完成

下層成形執(zhí)行部分主要是加工過程的執(zhí)行和控制，由數(shù)控RPM設(shè)備來完成。RPM制作零件的過程是從CAD開始的。利用CAD/CAM等系統(tǒng)進(jìn)行3D幾何造型，產(chǎn)生數(shù)據(jù)文件，然后將其內(nèi)外表面用小三角平面片離散化。數(shù)據(jù)處理成形執(zhí)行電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例

本節(jié)將以茶壺為例介紹產(chǎn)品的快速成形設(shè)計(jì)。

傳統(tǒng)的零件加工過程是先制造毛坯，然后經(jīng)切削加工，從毛坯上去除多余的材料得到零件的形狀和尺寸，若不合格則需重新設(shè)計(jì)或人工處理。這種方法不僅耗時(shí)，且需要操作工人有相當(dāng)?shù)慕?jīng)驗(yàn)水平，使得制作周期長(zhǎng)且成本高。

快速成形不是按上述工藝，而是利用激光成形機(jī)將茶壺整體成形。利用成形機(jī)制作的茶壺原型進(jìn)行有關(guān)試驗(yàn)來評(píng)估設(shè)計(jì)，如不合格，則可重新修改重新制作原型，而不必用實(shí)際茶壺來試驗(yàn)。一旦試驗(yàn)合格，則可利用茶壺原型翻制模具或制作模芯用于精鑄。其作業(yè)流程如下。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-18茶壺形狀

(1)利用三維建模設(shè)計(jì)軟件（如Pro/E,SolidWorks,AtuoCAD等）設(shè)計(jì)和構(gòu)建3D模型，然后輸出為STL格式的文件。茶壺形狀如圖6-18所示。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-19分層參數(shù)設(shè)置

（2）將格式為STL的茶壺文件加載到快速成形零件數(shù)據(jù)準(zhǔn)備系統(tǒng)（RPData）中，設(shè)置分層厚為0.2mm。如圖6-19所示。

（3）然后對(duì)它進(jìn)行分層處理，如圖6-19所示。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-20輪廓檢查

（4）對(duì)其輪廓進(jìn)行檢查，看看是否有病態(tài)線段。如圖6-20所示電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-21輪廓編輯

（5）對(duì)輪廓進(jìn)行編輯，將多余的線段刪除以及打斷的線段封閉。如圖6-21所示電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-23加載掃描參數(shù)

（6）給茶壺加上支撐，使之能平穩(wěn)地在工作臺(tái)上成形，然后保存為L(zhǎng)GS格式輸出。如圖6-22所示。

（7）將已做好支撐的茶壺零件加載到快速成形機(jī)的控制系統(tǒng)中，載入X-Y掃描參數(shù)。如圖6-23所示。圖6-22人工支撐電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.3.2快速成形加工實(shí)例圖6-24制作茶壺模型

（8）根據(jù)所設(shè)置的參數(shù)，快速成形機(jī)自動(dòng)地一層一層掃描固化，大約6～7h后即可成形，在移動(dòng)工作臺(tái)去除零件。如圖6-24所示。

運(yùn)用RPM技術(shù)制造茶壺原型僅需6～7h 左右，而傳統(tǒng)的制造方法可能要幾星期或幾個(gè)月。RPM技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)快速可視化零件形態(tài)，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低成本，縮短設(shè)計(jì)周期，為產(chǎn)品盡快地推向市場(chǎng)提供了最佳的方法。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4三維實(shí)體造型應(yīng)用實(shí)例6.4.1Pro/E的組成模塊及其功能簡(jiǎn)介

Pro/E是一套CAD/CAM/CAE大型軟件包，它功能強(qiáng)大，廣泛用于機(jī)械、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天等行業(yè)，由數(shù)十個(gè)功能模塊組成，每一個(gè)模塊都有自己獨(dú)立的功能，用戶可以根據(jù)需要選用，各個(gè)模塊創(chuàng)建的文件有不同的文件擴(kuò)展名。此外，高級(jí)用戶還可以調(diào)用系統(tǒng)的附加模塊或者使用軟件進(jìn)行二次開發(fā)工作。1.草繪模塊

草繪模塊用于繪制和編輯二維平面草圖。在Pro/E建模時(shí)，一般要先繪二維平面草圖，因而，二維草圖繪制在三維建模中具有非常重要的作用，是三維建模時(shí)的重要步驟。在使用零件模塊建立三維特征時(shí)，如需要進(jìn)行二維草圖繪制，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換至草繪模塊。同時(shí)，在零件模塊中繪制二維平面草圖時(shí)，也可以直接讀取在草繪模塊下繪制并存儲(chǔ)的文件。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.1Pro/E的組成模塊及其功能簡(jiǎn)介2.

零件模塊

零件模塊用于創(chuàng)建三維模型。由于創(chuàng)建三維模型是使用Pro/E進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)的主要目的，因此零件模塊也是參數(shù)化實(shí)體造型最基本和最核心的模塊。

Pro/E建模方法模仿真實(shí)的機(jī)械加工過程：首先創(chuàng)建基礎(chǔ)特征，這就相當(dāng)于在機(jī)械加工之前生產(chǎn)毛坯；然后在基礎(chǔ)特征之上創(chuàng)建放置特征，如創(chuàng)建圓孔、倒角、筋特征等，每添加一個(gè)放置特征就相當(dāng)于一道機(jī)械加工工序。但與機(jī)械加工不同的是，在零件建模時(shí)，既可以去除材料，也可以根據(jù)需要增加材料。使用Pro/E進(jìn)行三維模型創(chuàng)建的過程，實(shí)際上就是使用零件模塊依次創(chuàng)建各種類型特征的過程。這些特征之間可以彼此獨(dú)立，也可以互相之間存在一定的參考關(guān)系，例如特征之間存在的父子關(guān)系。在設(shè)計(jì)中，特征之間的相互聯(lián)系不可避免，但應(yīng)盡量減少特征之間復(fù)雜的參考關(guān)系，這樣可以方便地對(duì)某一特征進(jìn)行獨(dú)立的編輯修改。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.1Pro/E的組成模塊及其功能簡(jiǎn)介3.

零件裝配模塊裝配就是將多個(gè)零件按實(shí)際的生產(chǎn)流程組裝成一個(gè)部件或完整的產(chǎn)品的過程。在組裝過程中，用戶可以添加新零件或是對(duì)已有的零件進(jìn)行編輯修改。使用Pro/E的零件裝配模塊可以輕松完成所有零件的裝配工作。在裝配過程中，按照裝配要求，還可以臨時(shí)修改零件的尺寸參數(shù)，并且，系統(tǒng)能使用爆炸圖的方式來顯示所有零件相互之間的位置關(guān)系，非常直觀，如圖6-25所示為Pro/E爆炸圖實(shí)例。圖6-25Pro/E爆炸圖實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.1Pro/E的組成模塊及其功能簡(jiǎn)介4.

曲面模塊

曲面模塊用于創(chuàng)建各種類型的曲面特征。使用曲面模塊創(chuàng)建曲面特征的基本方法和步驟與使用零件模塊創(chuàng)建三維實(shí)體特征非常類似。這里需要特別指出的是，曲面特征不具有厚度、質(zhì)量、密度以及體積等物理屬性。但是，通過對(duì)曲面特征進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟僮骺梢允褂们鎭韲蓪?shí)體特征的表面，還可以把由曲面圍成的模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型。5.

工程圖模塊

使用零件模塊和曲面模塊創(chuàng)建三維模型后，接下來的工作就是在生產(chǎn)第一線將三維模型變?yōu)楫a(chǎn)品。這時(shí)，設(shè)計(jì)者必須將零件二維工程圖送到加工現(xiàn)場(chǎng)，用于指導(dǎo)生產(chǎn)加工過程。如圖6-26所示為工程圖實(shí)例。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.1Pro/E的組成模塊及其功能簡(jiǎn)介圖6-26Pro/E工程圖實(shí)例電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.2Pro/E的的特征圖6-27特征操作菜單1.實(shí)體特征

實(shí)體特征是生活中最常見的一類特征，這類特征具有質(zhì)量、體積等實(shí)體屬性。同時(shí)實(shí)體特征具有確定的形狀和大小，具有厚度。12實(shí)體特征

基礎(chǔ)實(shí)體特征

基礎(chǔ)實(shí)體特征可分為以下基本類型：①拉伸實(shí)體特征；②旋轉(zhuǎn)實(shí)體特征；③掃描實(shí)體特征；④混合實(shí)體特征；⑤其他高級(jí)實(shí)體特征。

放置型實(shí)體特征

放置型實(shí)體特征分為以下類型：①圓孔特征；②圓角特征；③扭曲特征；④倒角特征；⑤管道特征；⑥殼特征；⑦筋特征。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.2Pro/E的的特征2.曲面特征

曲面特征可以用作生成實(shí)體特征的材料。對(duì)特定曲面進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)和裁剪后，將其作為實(shí)體特征的表面，這是曲面特征的一個(gè)重要用途。3.基準(zhǔn)特征基準(zhǔn)特征，就是基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)軸、基準(zhǔn)曲線、基準(zhǔn)曲面以及坐標(biāo)系等的統(tǒng)稱。用途包括以下幾個(gè)方面。1）放置參照：用于正確確定實(shí)體特征的放置位置。2）尺寸參照：標(biāo)注實(shí)體尺寸的基準(zhǔn)。3）設(shè)計(jì)參照：對(duì)實(shí)體進(jìn)行細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)，具體指定基準(zhǔn)點(diǎn)處的參數(shù)，例如可變尺寸的圓角設(shè)計(jì)。4）軌跡線：生成掃描實(shí)體特征和管道特征可以選用基準(zhǔn)曲線作為軌跡線。5）特征操作對(duì)象：可以直接對(duì)基準(zhǔn)特征進(jìn)行特征操作，例如可以直接對(duì)基準(zhǔn)曲線進(jìn)行樣條折彎、環(huán)形折彎等扭曲操作電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.3應(yīng)用Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例圖6-28Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例操作界面

對(duì)于圖6-28所示的零件，其造型的主要步驟如下。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.3應(yīng)用Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)特征生成圖創(chuàng)建拉伸特征生成圖創(chuàng)建孔特征生成圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.3應(yīng)用Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例特征操作孔復(fù)制生成圖創(chuàng)建螺旋掃描特征生成圖產(chǎn)生基準(zhǔn)圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.3應(yīng)用Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例創(chuàng)建拉伸特征生成圖創(chuàng)建切剪特征生成圖創(chuàng)建倒圓角特征生成圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.4.3應(yīng)用Pro/E基于特征的三維實(shí)體造型實(shí)例創(chuàng)建切剪特征生成圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5逆向工程技術(shù)應(yīng)用實(shí)例6.5.1逆向工程工作過程

逆向工程具體實(shí)施的工作過程大致分為3個(gè)階段，如圖6-30所示。圖6-30逆向工程工作過程1.認(rèn)識(shí)階段

通過對(duì)實(shí)物原型進(jìn)行全面的應(yīng)用功能分析，進(jìn)而確定實(shí)物原型的技術(shù)指標(biāo)及其幾何元素之間的拓?fù)潢P(guān)系。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工2.再設(shè)計(jì)階段該階段包括從實(shí)物原型測(cè)量到再設(shè)計(jì)生成的整個(gè)過程。具體包括以下環(huán)節(jié)。1）制訂實(shí)物原型的測(cè)量規(guī)劃。2）對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的修正。修正內(nèi)容包括剔除測(cè)量過程中的粗大誤差，修正測(cè)量值中明顯不合理的測(cè)量結(jié)果，按拓?fù)潢P(guān)系的定義，修正各幾何元素的空間相互位置與關(guān)系等。3）建立CAD模型。4）設(shè)計(jì)者通過對(duì)實(shí)物原型應(yīng)用功能的充分認(rèn)識(shí)，在實(shí)物原始模型基礎(chǔ)上，對(duì)零件進(jìn)行全面的再設(shè)計(jì)，并可根據(jù)實(shí)際情況對(duì)零件進(jìn)行必要的修改。此時(shí)實(shí)際上已進(jìn)入常規(guī)的零件設(shè)計(jì)階段。6.5.1逆向工程工作過程電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工3.制造階段按照零件再設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行制造工藝設(shè)計(jì)、測(cè)量工藝設(shè)計(jì)和進(jìn)行生產(chǎn)制造。當(dāng)復(fù)制樣品完成后，首先是按再設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行檢驗(yàn)，合格后再對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用功能的檢驗(yàn)。如果出現(xiàn)問題，則再對(duì)實(shí)物原型的應(yīng)用功能作進(jìn)一步的研究，并直接進(jìn)入常規(guī)再設(shè)計(jì)階段。一般情況下不會(huì)對(duì)實(shí)物原型進(jìn)行再測(cè)量。6.5.1逆向工程工作過程電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5.2應(yīng)用實(shí)例

逆向工程可以劃分為三個(gè)主要環(huán)節(jié)：①零件原型的三維模型重構(gòu)；②基于原型的再設(shè)計(jì)；③產(chǎn)品制造。1.數(shù)據(jù)采樣12三維數(shù)據(jù)測(cè)量方法

通過傳感測(cè)量頭與樣件的接觸而記錄樣件表面的坐標(biāo)位置。

優(yōu)點(diǎn)：精度高、可靠性強(qiáng)去

缺點(diǎn)：速度慢、磨損測(cè)量面、需對(duì)探頭半徑做補(bǔ)償及無法對(duì)軟質(zhì)物體進(jìn)行精確測(cè)量

主要是基于光學(xué)、聲學(xué)、磁學(xué)等領(lǐng)域中的基本原理，將一定的物理模擬量通過適當(dāng)?shù)乃惴ㄞD(zhuǎn)化為樣件表面的坐標(biāo)點(diǎn)接觸式測(cè)量非接觸式測(cè)量電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5.2應(yīng)用實(shí)例1.數(shù)據(jù)采樣圖6-31用激光掃描儀獲取數(shù)據(jù)電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5.2應(yīng)用實(shí)例

無論是接觸式還是非接觸式，在測(cè)量設(shè)備獲取工件的外形點(diǎn)群數(shù)據(jù)后，技術(shù)人員首先面臨的就是點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理，點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理可分為點(diǎn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位、數(shù)據(jù)雜點(diǎn)的刪除、數(shù)據(jù)的噪聲濾除、排序、平滑化及篩減、利用特征搜尋功能找出曲面的趨勢(shì)或特征、切割出需要的點(diǎn)云或剖面點(diǎn)數(shù)據(jù)。產(chǎn)品獲取的工件外形點(diǎn)群如圖6-32所示。2.數(shù)據(jù)處理電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5.2應(yīng)用實(shí)例2.數(shù)據(jù)處理圖6-32工件外形點(diǎn)群圖6-33處理后的工件外形點(diǎn)群電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工

造型設(shè)計(jì)是根據(jù)造型方法分析零件，從點(diǎn)云中選擇曲面造型所需要的點(diǎn)，構(gòu)造曲面框架。通過一系列拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等曲面構(gòu)成方式及融合、剪裁等操作生成零件的曲面模型，經(jīng)過外形修飾后，生成實(shí)體模型。6.5.2應(yīng)用實(shí)例3.造型設(shè)計(jì)12曲面造型

用CopyCAD軟件由點(diǎn)云直接生成三角曲面（STL模型），利用三角曲面模型進(jìn)行NC加工編程。

用Surfacer軟件由點(diǎn)云生成NURBS曲面模型，進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和加工。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.5.2應(yīng)用實(shí)例3.造型設(shè)計(jì)圖6-34Surfacer構(gòu)建的曲面圖圖6-35在Pro/E中修飾后的產(chǎn)品圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工

由零件的實(shí)體模型，設(shè)置收縮率及脫模斜度，利用Pro/E軟件的模具設(shè)計(jì)等模塊，可很快建立型腔、澆道、冷卻水道等特征，從而得到所需的模具。圖6-36為產(chǎn)品吹塑模具的型腔模。圖6-36產(chǎn)品的型腔模6.5.2應(yīng)用實(shí)例4.模具設(shè)計(jì)與加工電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)例

國(guó)家“863/CIMS”典型應(yīng)用工廠——成都飛機(jī)工業(yè)公司CIMS工程（簡(jiǎn)稱CAC-CIMS）中的車間自動(dòng)化集成分系統(tǒng)是制造自動(dòng)化系統(tǒng)（MAS）的一個(gè)典型案例。圖6-37成都飛機(jī)公司機(jī)電產(chǎn)品總公司車間

如圖6-37所示為該公司機(jī)電產(chǎn)品總公司車間，該公司分階段逐步建成一個(gè)集航空產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理為一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱CAC-CIMS）。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工

CAC-CIMS在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和分布數(shù)據(jù)庫(kù)的支撐下，主要由四大功能分系統(tǒng)構(gòu)成，它們是制造資源計(jì)劃系統(tǒng)（MRPⅡ）、質(zhì)量信息分系統(tǒng)（QIS）、工程信息分系統(tǒng)（CAD/CAPP/CAM）及車間自動(dòng)化集成分系統(tǒng)（FA，F(xiàn)lexibleAutomation）。圖6-38CAC-CIMS系統(tǒng)功能示意圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)（CAC-CIMS/FA）由平行的4個(gè)柔性加工單元組成，分別稱為FDNC1、FDNC2、FMS1和FMS2。其中FDNC1和FDNC2是以DNC系統(tǒng)構(gòu)成的柔性加工制造單元，F(xiàn)MS1和FMS2則是兩個(gè)以柔性制造系統(tǒng)（FMS）為主構(gòu)成的加工制造單元。本節(jié)主要簡(jiǎn)介FDNC1的車間布置、控制結(jié)構(gòu)及功能（FDNC2情況類似）。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖6-40CAC-CIMS/FA-FDNC1控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖6-41CAC-CIMS/FA-FDNC1系統(tǒng)通信結(jié)構(gòu)示意圖電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

CAC-CIMS/FA-FDNC1的工藝特點(diǎn)如下：

1）該系統(tǒng)設(shè)置了毛坯、在制品、夾具緩存，物流運(yùn)輸系統(tǒng)采用人驅(qū)動(dòng)式小車，人工裝卸物料，人工控制完成加工、清洗、檢驗(yàn)、校形等工序。

2）10臺(tái)加工機(jī)床及全套輔助設(shè)備布置在450m2生產(chǎn)面積內(nèi)。

3）零件的加工、清洗、檢驗(yàn)、校形全部工序均置于組合夾具上完成。

4）人驅(qū)動(dòng)式小車采用雙工位旋轉(zhuǎn)式轉(zhuǎn)接臺(tái)進(jìn)行零件與毛坯的交換，用于存取零件／毛坯信息的條形碼貼于組合夾具的一側(cè)，物料的運(yùn)輸驅(qū)動(dòng)和物料裝卸均由人工完成。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

CAC-CIMS/FA-FDNC1的工藝特點(diǎn)如下：

5）機(jī)床旁邊設(shè)置的計(jì)算機(jī)終端用于人工錄入機(jī)床加工的狀態(tài)信息，其控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖6-37所示。

6）機(jī)床沒有刀具庫(kù)，機(jī)床的換刀由人工進(jìn)行并由人工操作讀入刀具條形碼的信息，人工預(yù)置刀具壽命、完成文件在機(jī)床與DNC計(jì)算機(jī)之間的雙向傳輸。機(jī)床具有工件交換工作臺(tái)，可在人工的控制下完成工件的交換工作。

7）工序的各工位均由人工參與操作和決策，人工反饋系統(tǒng)狀態(tài)。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

從縱向看，它們的遞階控制結(jié)構(gòu)基本相同，即包含了CIMS五層遞階結(jié)構(gòu)中的車間層-單元層-工作站層-設(shè)備層，分別由車間控制器、單元控制器、工作站控制器和設(shè)備控制器四級(jí)控制系統(tǒng)構(gòu)成。

1）車間層的控制管理功能由車間控制器完成。

2）單元層控制功能由單元控制器完成，它接受MRPⅡ系統(tǒng)的輸出的單元作業(yè)計(jì)劃，通過分解后生成單元的日作業(yè)計(jì)劃。

3）工作站層控制由包括物料、檢驗(yàn)、制造監(jiān)控和刀具等在內(nèi)的各工作站控制器，完成各自的控制管理功能。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

4）設(shè)備層控制由包括加工中心、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)（如AGV）、刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)等底層設(shè)備控制系統(tǒng)，根據(jù)相應(yīng)工作站的控制指令，控制相應(yīng)設(shè)備的運(yùn)行。

5）數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是CAC-CIMS/FA，乃至整個(gè)CAC-CIMS的重要支撐技術(shù)。CAC-CIMS選用了ORACLE作為其數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議選用了TCP/IP，以保證異種機(jī)聯(lián)網(wǎng)。

6）FDNC1系統(tǒng)連接的CNC機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)類型有FUNAC7M，F(xiàn)UNAC3000C；ＦＤＮＣ２系統(tǒng)連接的有FUNAC7M，MACS604，MACS508，ACRAMATIC950等。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

6）一類用PC/XT機(jī)通過LINK板連接到TCP/IP網(wǎng)上，而PC/XT與下層設(shè)備通過異步串行通信接口RS-232C或?qū)Ｓ糜布涌谶B接；另一類的接口平臺(tái)為PLC控制器，它通過RS-232C上接工作站控制器計(jì)算機(jī)上的RS-232C，而PLC的輸出／輸入控制節(jié)點(diǎn)則直接下達(dá)相應(yīng)設(shè)備的執(zhí)行指令和狀態(tài)反饋信息。圖6-42CAC-CIMS/FA中的硬件接口電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.1成都飛機(jī)公司CIMS自動(dòng)化集成分系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)

7）FA內(nèi)物料的流動(dòng)。FA中的物料流構(gòu)成充分利用了工廠現(xiàn)有條件和資源，不過分追求高度自動(dòng)化。例如使用“組合化”數(shù)控機(jī)床（即機(jī)床不設(shè)刀具庫(kù)，換刀由人工進(jìn)行；機(jī)床具有工件交換工作臺(tái)，在人工的控制下完成工件的交換工作）。另外，人直接控制運(yùn)輸小車，把人引入系統(tǒng)，充分利用了人-機(jī)組合的優(yōu)越性。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析

本項(xiàng)成果作為CAC-CIMS/FA的一個(gè)子系統(tǒng)應(yīng)用于成飛數(shù)控車間的民機(jī)轉(zhuǎn)包，軍機(jī)批生產(chǎn)和型號(hào)工程零件生產(chǎn)的計(jì)劃、調(diào)度、管理與控制，效果良好。解決了非一致性硬件、操作系統(tǒng)環(huán)境下復(fù)雜的異構(gòu)系統(tǒng)互聯(lián)問題和CIMS縱向信息集成問題。提高了車間的生產(chǎn)控制和管理水平，使底層FDNC單元實(shí)現(xiàn)了制造過程自動(dòng)化，能夠做到零件的無紙加工。在提高計(jì)劃均衡性、按期交貨率、設(shè)備利用率、增加產(chǎn)量、改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量和提高生產(chǎn)率等方面取得顯著效果。1.實(shí)施效果電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析（1）系統(tǒng)的特色1）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、進(jìn)程通信、雙向通信功能和分布式數(shù)據(jù)庫(kù)支持下，部分采用了客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，使復(fù)雜的非一致性硬件、操作系統(tǒng)互連，保證了資源共享，信息集成，使系統(tǒng)具有先進(jìn)性、開放性。2）提出的二階段計(jì)劃法，可提高生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的有效性。3）采用進(jìn)程通信的方法實(shí)現(xiàn)二階段計(jì)劃編制的自動(dòng)連續(xù)運(yùn)行。4）采用順排與逆排結(jié)合法、組合優(yōu)先規(guī)則和變異的有限能力法來編制生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃。

5）備件需求的自動(dòng)生成。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析（1）系統(tǒng)的特色9）能實(shí)時(shí)處理臨時(shí)資源需求及設(shè)備故障等生產(chǎn)異常信息，提高生產(chǎn)管理與控制的柔性。

10）本系統(tǒng)與CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)及其他子系統(tǒng)緊密集成，兩條FDNC1-2生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)了無紙加工，使我國(guó)飛機(jī)整體件制造技術(shù)能與國(guó)際飛機(jī)制造技術(shù)接軌。

11）在我國(guó)制造業(yè)現(xiàn)有條件下，本項(xiàng)目的研究與開發(fā)走出了一條由數(shù)控機(jī)床組成柔性制造加工單元與CIMS其他分系統(tǒng)進(jìn)行集成的成功之路，這種方式經(jīng)濟(jì)、先進(jìn)、可行。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析（1）系統(tǒng)的特色6）采用EDD（EarliestDueDate）和SPT（ShortestProcessingTime）啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行單元生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度，系統(tǒng)能自動(dòng)對(duì)設(shè)備負(fù)荷進(jìn)行平衡，合理地安排生產(chǎn)任務(wù)。

7）通過設(shè)置工序狀態(tài)，系統(tǒng)可自動(dòng)跟蹤零件從計(jì)劃到加工、完成的全過程，為計(jì)劃調(diào)度提供零件的當(dāng)前狀態(tài)信息，能進(jìn)行人—機(jī)交互式動(dòng)態(tài)調(diào)度，使生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃的制訂更合理。

8）對(duì)數(shù)控機(jī)床技術(shù)改造成功，DNC接口控制器可與數(shù)控機(jī)床和單元控制器進(jìn)行雙向通信，可從多個(gè)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)取派工單、工藝規(guī)程、NC程序和刀具參數(shù)等信息，能實(shí)時(shí)反饋故障信息，記錄多種生產(chǎn)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了CIMS全面信息集成。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析（2）國(guó)內(nèi)外情況對(duì)比國(guó)外對(duì)車間控制器和單元控制器的研究較多，主要集中在生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和仿真等方面。本系統(tǒng)是CIMS集成環(huán)境下的車間加工自動(dòng)化系統(tǒng)，它采用的管理思想先進(jìn)，功能強(qiáng)，既能滿足CIMS集成需要，也能滿足非集成環(huán)境下車間生產(chǎn)管理的需要，是一個(gè)集車間生產(chǎn)計(jì)劃、控制和管理于一體的系統(tǒng)，可應(yīng)用于各種類型的車間（包括FMS車間、DNC車間和普通車間）。與現(xiàn)有的MRRPⅡ底層生產(chǎn)計(jì)劃功能相比，本系統(tǒng)在日生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度、資源計(jì)劃調(diào)度和生產(chǎn)異常情況處理方面明顯優(yōu)于前者，主要表現(xiàn)在：生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃可分解到每日、每班次，提供友好的作業(yè)計(jì)劃調(diào)整界面，實(shí)時(shí)處理臨時(shí)資源需求及故障信息。電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析

車間、單元、工作站與DNC接口系統(tǒng)自開始投入由兩個(gè)FDNC1-2單元和兩個(gè)常規(guī)單元組成的數(shù)控車間使用。在其運(yùn)行時(shí)間里，車間、單元、工作站和DNC接口系統(tǒng)用于軍機(jī)批量生產(chǎn)、民機(jī)轉(zhuǎn)包和型號(hào)工程200多項(xiàng)零件生產(chǎn)的計(jì)劃、調(diào)度、管理與控制，效果良好，并產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。具體情況如下。1）可實(shí)現(xiàn)車間-單元-工作站-設(shè)備生產(chǎn)計(jì)劃的逐級(jí)分解、下達(dá)和計(jì)劃執(zhí)行情況的逐級(jí)數(shù)據(jù)采集統(tǒng)計(jì)和反饋。

2）能自動(dòng)生成合理可行的生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，生產(chǎn)計(jì)劃編制時(shí)間由原來的3天縮短為2小時(shí)，班計(jì)劃制訂和派工速度提高30倍以上；可實(shí)現(xiàn)零星急件的插入與計(jì)劃的動(dòng)態(tài)調(diào)整；實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的準(zhǔn)確跟蹤，大大減輕了生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)和作報(bào)表的工作量。2.推廣應(yīng)用情況、效益分析電火花加工計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)快速成形三維實(shí)體造型逆向工程技術(shù)柔性制造系統(tǒng)電火花線切割加工6.6.3CAC-CIMS/FA實(shí)施效果與效益分析3）刀量具、物料、工裝需求計(jì)劃的制訂大大減少了停工待料現(xiàn)