先进制造技总结

1、先进制造技术总结二零一四年十一月1目录录第1章绪绪论第2章现现代产品品开发设设计技术术第3章现现代工艺艺规划技技术第4章计计算机辅辅助制造造技术第5章生生产规划划制定第6章柔柔性制造造和智能能制造系系统第7章高高速加工工技术第8章非非传统加加工技术术第1章绪论论1.1制造业发发展现状状1.1.1制造和制制造业1.1.2制造业的的发展历历程及目目标1.2先进制造造技术的的概念与与特点1.2.1先进制造造技术的的定义1.2.2先进制造造技术的的特点1.3先进制造造技术的的体系与与分类1.3.1先进制造造技术的的体系结结构1.3.2先进制造造技术的的分类1.4先进制造造技术的的目标是是获得竞竞争优势

2、势第1章 绪论论1.1制造和制制造业制造：把原材料料变换成成所希望望的有用用产品的过过程，包包括市场场分析、规划设设计、加加工装配配、营销销服务和和回收处处理。制造系统统三要素素:硬件、软软件、人人员制造业：制造业是是指对制制造资源源（物料料、能源源、设备备、工具具、资金金、技术术、信息息和人力力等），按照市市场要求求，通过过制造过过程，转转化为可可供人们们使用和和利用的的工业品品与生活活消费品品的行业业。第1章 绪论论1.2先进制造造技术的的概念与与特点先进制造技术定义义是不断吸收收机械、电子、信息、能源和和现代系系统管理理等方面面的成果果，并将将其应用用于产品品的全生生命周期期中，以以实现

3、高高效(Time)、优质(Quality)、低耗(Cost)、及时(Service)、清洁(Environment)，提高对对市场的的适应能能力和竞竞争能力力的制造造技术的的总称。先进制造造技术的的特点系统性、集成性性、动态发展展性、前瞻瞻性第1章 绪论论1.3先进制造造技术的的体系与与分类先进制造造技术的体系包括设计计、制造技术术的主技技术群；支撑技技术群；制造技技术环境境。先进制造造技术的的分类按技术等等级分类类基础技术术、新型型单元技术、集集成技术术按学科分分类现代设计技术、先先进制造技术、自动化技术、系统管理理技术第2章现现代产品品开发设设计技术术2.1产品设计计概述2.2数字化造造型

4、技术术2.3仿真分析析技术2.1.1典型设计计理论和和设计方方法产品设计理论方法系统化设设计理论论公理化化设计理理论通用化设设计理论论TRIZ理论计算机辅辅助设计计优化设计计可靠性设设计有限元设设计工业艺术术造型设设计反求工程程设计模块化设设计相似设计计健壮设计计三次设计计思维方式和基本规律设计具体指南和依据设计是指指为了完完成某项项工作而而制定的的计划和和意图。手段设计工具和技术2.2数字化造造型技术术数字化设设计：用数学方方法在计计算机中中表达物物体的形形状、属属性及其其相互关关系和模模拟特定定状态。数字化设设计的核核心内容容：产品造型型形体在计计算机内内部的表表示以一定结结构的数数据来描

5、描述和表表示三维维物体的的几何信信息和拓拓扑信息息。几何形状状：用数学方方法在计计算机中中表达物物体的形形状和大大小。拓扑信息息：表达几何何实体中中顶点、边、面面的连接接关系。2.2数字化造造型技术术三维造型型：线框造型型：用一系列列空间直直线、圆圆弧和点点描述模模型的轮轮廓，在在计算机机中生成成三维映映像的方方法。-数据存储储量小,计算量少少,但图形含含意不确确切,不能反映映体积、面积、惯性矩矩等几何何特征。曲面造型型：用曲线和和曲面来来拟合和和逼近物物体表面面的方法法。实体造型型：以几何造造型为基基础的实实体造型型方法。-构造实体体几何法法（CSG）、边界界表示法法（B-rep）。特征造型

6、型：包含精度度、材料料、热处处理、装配、性性能分析析等制造造信息的的造型方方法。工程特征征定义：狭义工程程特征：三维模模型具有有实体体体素的拓拓扑关系系的特征征。广义工程程特征：三维模模型具有有几何、拓扑、精度、材料、热处理理装配、性能分分析等信信息的特特征。参数造型型：用尺寸约约束、拓拓扑约束束、工程程（应力力、性能能）约束束等定义义和修改改几何模模型的方方法。-基于特征征、全尺尺寸约束束、全数数据相关关。2.仿真分析析技术仿真分析析技术通称为计计算机辅辅助工程程CAE(Computer Aided Engineering）。是用计算算机辅助助求解复复杂工程程和产品品结构强强度、刚刚度、屈屈

7、曲稳定定性、动动力响应应、热传传导、三三维多体体接触、弹塑性性等力学学性能的的分析计计算以及及结构性性能的优优化设计计等问题题的一种种近似数数值分析析方法。2.仿真分析析技术CAE系统的核核心思想想是结构的的离散化化，即将将实际结结构离散散为有限限数目的的规则单单元组合合体，实实际结构构的物理理性能可可以通过过对离散散体进行行分析，得出满满足工程程精度的的近似结结果来替替代对实实际结构构的分析析，这样样可以解解决很多多实际工工程需要要解决而而理论分分析又无无法解决决的复杂杂问题。有限元分分析是利用数数学近似似的方法法对真实实物理系系统（几几何和载载荷工况况）进行行模拟。它利用用简单而而又相互互

8、作用的的单元元元素，用用有限数数量的未未知量去去逼近无无限未知知量的真真实系统统。2.仿真分析析技术有限元分分析计算算步骤物体离散散化单元特性性分析和和计算单元组集集求解方程程有限元应应用用于工程程中的复复杂问题题求解，如设计计中的静静态分析析、动态态分析、热特性性分析等等。通用程序序：NASTARN,ANSYS,ASKA,SAP。第3章现现代工艺艺规划技技术（CAPP）3.1计算机技技术在工工艺设计计中的应应用3.2修订式CAPP系统3.3生成式CAPP系统3.4专家系统统CAPP3.5CAPP技术的发发展趋势势3.1计算机技技术在工工艺设计计中的应应用工艺规划划定义也叫生产产工艺流流程，是

9、是指在生生产过程程中，利利用生产产工具将将各种原原材料、半成品品通过一一定的设设备、按按照一定定的顺序序连续进进行加工工，最终终使之成成为成品品的方法法与过程程。工艺规划划的原则则技术先进进和经济济上的合合理。CAPPCAPP借助于计计算机软软硬件技技术和支支撑环境境，利用用计算机机进行数数值计算算、逻辑辑判断和和推理等等的功能能来制定定零件机机械加工工工艺过过程。3.5CAPP技术的发发展趋势各类CAPP的特点对对比CAPP类型原理适用条件修订式按零件形状相似特征划分零件族,由工艺属性制定标准工艺规程零件族数较少，族内零件项数较多，零件种类和批量相对稳定。生成式将的推理和决策方法转换成决策模

10、型、算法及程序代码，自动生成零件的工艺规程。系统自动化程度较高,智能化程度较高。专家系统模拟人类专家解决问题的推理方式和思维过程，对现实中的问题作出判断和决策。智能化程度高,解决复杂而专门的问题，没有确定的算法。第4章计计算机辅辅助制造造技术4.1计算机辅辅助制造造的基本本概念4.2数控加工工程序编编制4.3计算机辅辅助质量量控制4.4加工过程程监控4.1计算机辅辅助制造造的基本本概念计算机辅辅助制造造（CAM，computer-aidedmanufacturing）是指在在机械制制造业中中，利用用电子数数字计算算机通过过各种数数值控制制机床和和设备，自动完完成离散散产品的的加工、装配、检测测

11、和包装装等制造造过程。国际计算算机辅助助制造组组织关于于计算机机辅助制制造有一一个广义义的定义义：“通通过直接接的或间间接的计计算机与与企业的的物质资资源或人人力资源源的联接接界面，把计算算机技术术有效地地应用于于企业的的管理、控制和和加工操操作。”计算机辅辅助制造造的核心心是计算算机数值值控制(简称数控控)。数控的特特征是由由程序指指令来控控制机床床。改变程序序指令就就可改变变加工过过程，数数控的这这种加工工灵活性性称之为为“柔性性”。4.2数控加工工程序编制4.2.2数控机床床程序编编制的内内容和步步骤三、数控控机床程程序编制制的内容容和步骤骤数控加工工程序编编制含盖盖“分析析零件图图样”

12、到到“程序序检验”的全过过程。4.3计算机辅辅助质量量控制质量控制制(QualityControl)是为达到到质量要要求所采采取的作作业技术术和活动动。计算机辅辅助质量量控制（ComputerAidedQuality,CAQ)是在传感感技术、信号处处理技术术、计算算机技术术的基础础上，通通过计算算机及其其软件，实现在在加工过过程中的的质量数数据的获获取、处处理、分分析，并并对加工工过程进进行有效效的控制制，从而而保证产产品加工工质量满满足设计计要求。计算机辅辅助质量量控制应应贯穿于于产品形形成的全全过程，即包括括营销和和市场调调查、过过程策划划与开发发、产品品设计与与采购、生产或或服务提提供、

13、验验证、安安装和贮贮存、销销售和分分发、安安装和投投入运行行、技术术支持和和服务、用后处处置等各各个环节节或阶段段的质量量控制。4.4加工过程程监控加工过程程监控为确保生生产过程程处于受受控状态态，对直直接或间间接影响响产品质质量的生生产、安安装和服服务过程程所采取取的作业业技术和和生产过过程的分分析，诊诊断和监监控。第5章生生产计划划制定5.1概述5.2生产计划划的制订订5.3物料需求求计划5.4企业资源源计划5.5高级计划划排程系系统5.1生产计划划制定概概述生产计划划定义：生产计划划是关于于企业生产运作作系统总体方面面的计划划，是企企业在计计划期应应达到的的产品品品种、质质量、产产量和产

14、产值等生生产任务务的计划划和对产产品生产产进度的的安排。生产计划划是指导企业业计划期期生产活活动的纲领性方方案。生产计划划按决策策层面分分为三大大类：总生产计计划战略层计计划：企业高层层领导负负责，确确定总目目标，提提供所需需资源。主生产计计划管理层计计划：主管生产产部门负负责，提提出生产产指标和和产品任任务计划划。生产作业业计划作业层计计划：车间班组组负责，配置设设备和人人力。5.2.2生产计划划工作的的内容编制生产产计划的的准备确定各项项计划指指标生产能力力的核算算与平衡衡确定产品品的生产产进度组织和检检查生产产计划的的实施5.3物料需求求计划物料需求求MRP计划：是基于计计算机技技术,决

15、策相关关物料的的数量和和订货时时间以满满足主生生产计划划的计划划。闭环MRP计划：在MRP基础上，结合采采购计划划、车间间作业计计划、生生产能力力计划而而形成的的计划。制造资源源MRP计划把生产、库存、采购、销售、财务、成本等等子系统统都联系系起来，逐渐成成为一个个覆盖企企业全部部生产资资源的管管理信息息系统的的计划。5.4企业资源源计划企业资源源计划（Enterprise Resource Planning，ERP）将企业的的财务、采购、生产、销售、库存和和其它业业务功能能整合到到一个信信息管理理平台上上，从而而实现信信息数据据标准化化，系统统运行集集成化、业务流流程合理理化、绩绩效监控控动

16、态化化、管理理改善持持续化，预测在在今后信信息时代代企业管管理信息息系统的的发展趋趋势和即即将发生生变革。5.5高级计划排程程系统高级计划划系统（APS，AdvancedPlanningandScheduling）被誉为为供应链链优化引引擎，用用于协调调物流、开发瓶瓶颈资源源和保证证交货日日期。APS是企业信信息中枢枢ERP系统的补补充。APS内容：包括需求求和供应应计划、运输计计划、生生产计划划和排程程、分销销计划等等各种模模块。APS的目标：追求生产产计划优优化和能能力的平平衡。探讨在满满足约束束条件的的前提下下，获得得制造时时间和成成本最优优化。能帮助制制造企业业高效地地控制生生产计划划

17、。第6章柔柔性制造造和智能能制造系系统6.1柔性制造造系统概概述6.2柔性制造造系统中中的加工工系统6.3柔性制造造系统中中的物流流系统6.4柔性制造造系统中中的控制制与管理理系统6.5柔性制造造系统实实例6.6智能制造造系统6.1柔性制造造系统概概述6.1.2FMS的定义和和组成柔性制造造系统flexiblemanufacturing system;FMS定义：在成组技技术的基基础上，以多台台(种)数控机床床或数组组柔性制制造单元元为核心心，通过过自动化化物流系系统将其其联接，统一由由主控计计算机和和相关软软件进行行控制和和管理，组成多多品种变变批量和和混流方方式生产产的自动动化制造造系统。

18、6.1柔性制造造系统概概述6.1.2FMS的定义和和组成FMS组成：6.2柔性制造造系统中中的加工工系统6.2.1FMS对机床的的要求与与配置FMS对机床的的要求：（l）工序集集中（2）高柔性性和高生生产率（3）控制功功能强、可扩展展性好（4）具有通通讯接口口6.2柔性制造造系统中中的加工工系统6.2.2机床辅具具与自动动上下料料装置机床夹具具组合夹具具：利用用标准化化夹具零零部件快快速拼装装所需夹夹具；柔性夹具具：一部部夹具能能为多个个加工对对象服务务。托盘（Pallet）承载工工件和夹夹具完成成加工任任务，是是各加工工单元间间的硬件件接口。自动上下下料装置置托盘交换换器：联联接加工工系统和

19、和物料运运储系统统桥梁；工业机器器人：具具有较大大的柔性性度。6.3柔性制造造系统中中的物流流系统6.3.1工件流支支持系统统系统的构构成运输系统统的基本本回路自动导向向小车AGV自动化仓仓库6.3柔性制造造系统中中的物流流系统6.3.2刀具流支支持系统统刀具流系系统组成成及其管管理刀具预调调站设在FMS之外，按按要求对对刀具进进行装配配和调整整；刀具装卸卸站是刀具进进出FMS入口，多多为排架架式框架架结构；刀具库系系统存放当前前加工所所需的机机床刀库库，容量量小；存存放各加加工单元元共享的的中央刀刀库，容容量大；刀具运载载交换装装置负责刀具具运输和和交换，适时向向加工单单元提供供所需刀刀具；

20、计算机控控制管理理系统控制刀具具运输、存储和和管理，监控管管理刀具具的使用用，及时时取走已已报废或或寿命已已耗尽的的刀具。6.4柔性制造造系统中中的控制制与管理理系统6.4.1FMS系统的控控制方式式递阶控制制递阶控制制结构：将复杂系系统分层层分模块块设置，各层相相对独立立，便于于系统的的开发和和维护。递阶控制制特点：愈往底层层，实时时性愈强强；愈到到上层，处理信信息量愈愈大，实实时性要要求愈小小。FMS三层递阶阶控制结结构系统管理理与控制制层（单单元控制制层）-接受上级级任务，制定系系统作业业计划，进行任任务分配配，监控控系统执执行；过程协调调与监控控层（工工作站层层）-加工程序序分配、协调

21、工工件流动动、运行行状态采采集监控控、向上上层反馈馈信息；设备控制制层-控制设备备工作循循环，执执行上层层控制指指令，反反馈现场场数据。6.4柔性制造造系统中中的控制制与管理理系统控制系统统的特点点：在上述三三级递阶阶控制结结构中，每层的的信息流流都是双双向流动动的：向向下可下下达控制制指令，分配控控制任务务，监控控下层的的作业过过程；向向上可反反馈控制制状态，报告现现场生产产数据。在控制的的实时性性和处理理信息量量方面，各层控控制计算算机是有有所区别别的：愈愈往底层层，其控控制的实实时性要要求愈高高，而处处理的信信息量则则愈小；愈到上上层，其其处理信信息量愈愈大，而而对实时时性要求求则愈小小

22、。6.6.2智能制造造系统的的含义和和特征智能制造造系统的的含义智能制造造系统是是一种由由智能机机器和人人类专家家共同组组成的人人机一体体化智能能系统，它在制制造过程程中能以以一种高高度柔性性与集成成不高的的方式，借助计计算机模模拟人类类专家的的智能活活动进行行分析、推理、判断、构思和和决策等等，从而而取代或或者延伸伸制造环环境中人人的部分分脑力劳劳动。同同时，收收集、存存贮、共共享、完完善、集集成和发发展人类类专家的的智能。6.6.2智能制造造系统的的含义和和特征智能制造造系统的的特征自律能力人机一体化虚拟现实技术自组织与超柔性学习能力与自我维护能力第7章高高速加工工技术7.1高速加工工技术

23、概概述7.2高速切削削刀具7.3高速切削削加工机机床7.4高速切削削加工工工艺7.1高速加工工技术概述7.1.2高速切削削加工的定义及及特点高速切削削加工的的定义（High Speed Machining）几种高速速加工的的权威定定义:CIRP（国际生生产工程程研究院院）切削削委员会会1978年提出：切削速速度为500-7000m/min的加工为为高速切切削；德国Darmstadt工业大学学生产工工程与机机床研究究所（PTW）提出：切削速速度和进进给速度度为普通通切削的的510倍的加工工为高速速加工。根据Salomon高速切削削理论： 切削削温度不不再随切切削速度度的提高高而上升升，且以以高切

24、削削速度、高进给给速度为为主要特特征的切切削加工工为高速速加工。7.1高速加工工技术概述7.1.2高速切削削加工的定义及及特点高速切削削加工的特点生效率高高高速切削削加工允允许使用用较大的的进给率率，比常常规切削削加工提提高510倍，单位位时间材材料切除除率可提提高36倍。切削力低低高速切削削切削深深度和切切削宽度度小，因因此切削削力较小小，与常常规切削削相比，切削力力至少可可降低30%，适合加加工刚性性较差的的零件加加工。加工质量量得到提提高。精度高由于切削削深度、切削宽宽度和切切削力都都很小，使得刀刀具、工工件变形形小，保保证了尺尺寸的高高精度和和低粗糙糙度加工工。7.1高速加工工技术概述

25、7.1.2高速切削削加工的定义及及特点高速切削削加工的的特点能耗低由于单位位功率的的金属切切除率高高，所以以加工能能耗低，符合可可持续发发展的要要求。简化加工工工艺流流程。常规切削削加工不不能加工工淬火后后的材料料，淬火火变形必必须进行行人工修修整或通通过放电电加工解解决。高高速切削削则可以以直接加加工淬火火后的材材料，在在很多情情况下可可完全省省去放电电加工工工序，消消除了放放电加工工所带来来的表面面硬化问问题，减减少或免免除了人人工光整整加工。切削加工工的发展展方向是是高速切切削加工工，在发发达国家家，它正正成为切切削加工工的主流流。7.2高速切削削刀具7.2.1高速切削削对刀具具的要求求

26、刀具材料高强度、高硬度度、高韧韧性高切削速速度会导导致切削削温度的的急剧升升高，因因此，要要求刀具具材料具具有很高高的高温温力学性性能。高的耐热热性、抗抗热冲击击性能要求刀具具材料的的熔点高高、氧化化温度高高。高热硬性性、耐腐腐蚀和化化学稳定定性刀具材料料应能适适应难加加工材料料和新型型材料加加工的需需要目前的刀刀具材料料主要有有金刚石、立方氮氮化硼、陶瓷刀刀具、TiCN基硬质合合金刀具具（金属属陶瓷）、涂层层刀具和和超细硬硬质合金金刀具等等。7.2高速切削削刀具7.2.1高速切削削对刀具具的要求求刀具结构构和几何何参数刀具应具具有很好好的断屑屑、卷屑屑和排屑屑性能。切削塑性性材料时时切屑易易产生折折断与卷卷曲，将将