先进制造技术课件

先进制造技术课件1第十八章先进制造技术第一节

柔性自动化加工技术第二节现代集成制造系统第三节

快速原型制造技术第四节

先进制造模式第十八章先进制造技术第一节柔性自动化加工技术第二节2第十八章先进制造技术

现代科学技术的发展与交叉融合，不仅给制造技术提出了新的要求，也给制造技术提供了强大的支持。因此，近年来涌现出了许多先进制造技术，主要分为现代设计技术、先进制造工艺技术、柔性自动化制造技术、系统管理技术四大研究领域。由于教材篇幅所限，此处不能一一介绍。根据先进制造技术的发展趋势，结合我国国情，本章将扼要介绍柔性自动化加工技术、现代集成制造系统、快速原型制造技术和先进制造模式四方面的内容。

第十八章先进制造技术现代科学技术的发3第一节

柔性自动化加工技术

制造自动化是制造业发展的标志，通常将制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的长足发展。其中，计算机数字控制技术（CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地解决多品种、中小批量的自动化加工问题。

第一节柔性自动化加工技术制造自动化是制造业发4图18-1制造自动化发展的五个阶段图18-1制造自动化发展的五个阶段5一、数控加工技术数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。

一、数控加工技术数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现6数控机床的特点如下：（1）加工精度高、加工质量稳定

（2）加工生产率高

（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）实应性强、经济效益好（5）有利于生产管理的现代化数控机床的特点如下：7从经济角度出发，数控机床适用于加工：1）多品种小批量零件；2）结构较复杂，精度要求较高的零件；3）需要频繁改型的零件；4）价格昂贵，不允许报废的关键零件；5）需要最小生产周期的急需零件。

从经济角度出发，数控机床适用于加工：8二、计算机数控（CNC）系统1、CNC系统的基本原理

2、CNC系统的核心

3、CNC机床

CNC系统是一个位置控制系统，其主要任务是根据加工程序及相关数据，进行刀具与工件的相对运动控制，完成零件的自动加工。

二、计算机数控（CNC）系统1、CNC系统的基本原理9三、柔性制造系统柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）源于机械加工领域，其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，因此具有强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。

三、柔性制造系统10图18-2FMS的基本组成图18-2FMS的基本组成112．自动加工系统加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；工件清洗、在线检测等辅助设备构成。加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其它子系统相连接的标准接口。加工系统的性能直接影响着FMS的性能，加工系统也是FMS中耗资最多的部分，因此恰当地配置和选用加工系统是FMS成功与否的关键。

2．自动加工系统加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；123．物流系统在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统是FMS从进口到出口，实现对上述物料自动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。由于工件和刀具的流动频率较高，故FMS的物流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部分组成。

3．物流系统13图18-3两种托盘交换器图18-3两种托盘交换器14第二节现代集成制造系统CIMS

信息化是制造业发展的重要手段。随着计算机技术、自动化技术、科学管理技术、网络技术等的发展，全球市场、全球制造的逐步形成，制造业信息化、制造系统集成化技术也有了更加广度和深度的发展，并由此形成了现代集成制造系统。

第二节现代集成制造系统CIMS151．计算机集成制造

图18-4CIMS轮图（1985年SME发表）1．计算机集成制造图18-4CIMS轮图（1985年S16图18-5CIMS轮图（1993年SME发表）图18-5CIMS轮图（1993年SME发表）172、现代集成制造系统1998年，我国863计划/CIMS主题专家组根据全球制造业的发展趋势和中国国情，提出了现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS）的概念及其相关论点。现代集成制造系统是一种基于计算机集成制造理念的、数字化、信息化、智能化、绿色化、集成化的综合制造系统，是利用现代信息技术、现代管理技术与制造技术，在全球的制造环境范围内，将产品生命周期各阶段与企业内外部相关的活动和资源集成起来，力争使企业的运行相对于优化达到其理想运行状态。

2、现代集成制造系统1998年，我国863计划/CIMS主题18图18-6现代集成制造系统图18-6现代集成制造系统19第三节

快速原型制造技术随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发（快速设计和快速工模具）的能力成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。第三节快速原型制造技术20快速原型制造技术（RapidPrototypingManufacturing，RPM）就是在这种社会背景下，于80年代后期产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是近年来制造技术领域的一项重大突破。

快速原型制造技术（RapidPrototypingMan21一、快速原型制造技术的原理

图18-7RPM技术原理一、快速原型制造技术的原理图18-7RPM技术原理22二、RPM技术的典型工艺方法RPM技术的具体工艺有30余种，根据采用材料及对材料处理方式的区别，可归纳为以下4类方法。1．选择性液体固化2．选择性层片粘接3．选择性粉末熔结／粘接4．挤压成形

二、RPM技术的典型工艺方法RPM技术的具体工艺有30余种，23图18-9分层实体制造工艺原理图图18-9分层实体制造工艺原理图24图18-10选择性激光烧结原理图

图18-11熔融挤压成形方法图18-10选择性激光烧结原理图图18-11熔融挤压25三、RPM的应用RPM在国民经济极为广阔的领域得到了应用，并且还在向新的领域发展，除在制造业得到应用外，在医学、康复、考古工程、建筑工程等领域均有应用。

三、RPM的应用26第四节

先进制造模式生产管理是制造业发展的杠杆。世界制造业的发展经历了少品种小批量生产、少品种大批量

生产和多品种小批量生产模式的变化，先后出现了物料需求计划（MaterialRequirementsPlanning，MRP）、准时制（JustinTime，JIT）生产、精益生产、敏捷制造、绿色制造（GreenManufacturing，GM）等科学的生产管理理念与制造模式。

第四节先进制造模式27一、敏捷制造敏捷制造（AgileManufacturing，AM）是美国通用汽车公司和里海大学1991年提出的一种新型生产模式，其应用“竞争－合作一协同”机制，使制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻莫测的市场需求做出快速反映。敏捷制造企业通过采用现代通信技术，以敏捷、动态、优化的形式，组织新产品开发，通过动态联盟、先进生产技术和高素质员工的全面集成，快速响应客户需求，及时将开发的新产品投放市场，提高企业的竞争能力，从而赢得竞争的优势。

一、敏捷制造敏捷制造（AgileManufacturing28二、精益生产美国曾以福特方法（即用于汽车生产的流水线技术）赢得了全世界制造技术的优势，但是，这种优势因当今市场需求的发生变化而逐渐丧失，而日本的绝大多数企业在借鉴福特方法的基础上，不断更新技术和改进管理，适应了不断变化着的市场需求，创造出了一种“全企业的灵活的生产系统”。

二、精益生产美国曾以福特方法（即用于汽车生产的流水线技术）赢29三、绿色制造绿色制造也称环境意识制造ECM（Environ-mentallyConsciousManufacturing）、面向环境的制造MFE（ManufacturingForEnvironment）等。美国制造工程师协会（SME）于1996年发表了绿色制造的蓝皮书《GreenManufacturing》，系统地提出了绿色制造的概念、内涵和主要内容。

三、绿色制造30先进制造技术课件31第十八章先进制造技术第一节

柔性自动化加工技术第二节现代集成制造系统第三节

快速原型制造技术第四节

先进制造模式第十八章先进制造技术第一节柔性自动化加工技术第二节32第十八章先进制造技术

现代科学技术的发展与交叉融合，不仅给制造技术提出了新的要求，也给制造技术提供了强大的支持。因此，近年来涌现出了许多先进制造技术，主要分为现代设计技术、先进制造工艺技术、柔性自动化制造技术、系统管理技术四大研究领域。由于教材篇幅所限，此处不能一一介绍。根据先进制造技术的发展趋势，结合我国国情，本章将扼要介绍柔性自动化加工技术、现代集成制造系统、快速原型制造技术和先进制造模式四方面的内容。

第十八章先进制造技术现代科学技术的发33第一节

柔性自动化加工技术

制造自动化是制造业发展的标志，通常将制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的长足发展。其中，计算机数字控制技术（CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地解决多品种、中小批量的自动化加工问题。

第一节柔性自动化加工技术制造自动化是制造业发34图18-1制造自动化发展的五个阶段图18-1制造自动化发展的五个阶段35一、数控加工技术数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。

一、数控加工技术数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、现36数控机床的特点如下：（1）加工精度高、加工质量稳定

（2）加工生产率高

（3）减轻劳动强度、改善劳动条件（4）实应性强、经济效益好（5）有利于生产管理的现代化数控机床的特点如下：37从经济角度出发，数控机床适用于加工：1）多品种小批量零件；2）结构较复杂，精度要求较高的零件；3）需要频繁改型的零件；4）价格昂贵，不允许报废的关键零件；5）需要最小生产周期的急需零件。

从经济角度出发，数控机床适用于加工：38二、计算机数控（CNC）系统1、CNC系统的基本原理

2、CNC系统的核心

3、CNC机床

CNC系统是一个位置控制系统，其主要任务是根据加工程序及相关数据，进行刀具与工件的相对运动控制，完成零件的自动加工。

二、计算机数控（CNC）系统1、CNC系统的基本原理39三、柔性制造系统柔性制造系统FMS（FlexibleManufacturingSystem）源于机械加工领域，其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，因此具有强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。

三、柔性制造系统40图18-2FMS的基本组成图18-2FMS的基本组成412．自动加工系统加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；工件清洗、在线检测等辅助设备构成。加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其它子系统相连接的标准接口。加工系统的性能直接影响着FMS的性能，加工系统也是FMS中耗资最多的部分，因此恰当地配置和选用加工系统是FMS成功与否的关键。

2．自动加工系统加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备；423．物流系统在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、夹具、切屑及切削液。物流系统是FMS从进口到出口，实现对上述物料自动识别、存储、分配、输送、交换和管理的系统。由于工件和刀具的流动频率较高，故FMS的物流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部分组成。

3．物流系统43图18-3两种托盘交换器图18-3两种托盘交换器44第二节现代集成制造系统CIMS

信息化是制造业发展的重要手段。随着计算机技术、自动化技术、科学管理技术、网络技术等的发展，全球市场、全球制造的逐步形成，制造业信息化、制造系统集成化技术也有了更加广度和深度的发展，并由此形成了现代集成制造系统。

第二节现代集成制造系统CIMS451．计算机集成制造

图18-4CIMS轮图（1985年SME发表）1．计算机集成制造图18-4CIMS轮图（1985年S46图18-5CIMS轮图（1993年SME发表）图18-5CIMS轮图（1993年SME发表）472、现代集成制造系统1998年，我国863计划/CIMS主题专家组根据全球制造业的发展趋势和中国国情，提出了现代集成制造系统（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS）的概念及其相关论点。现代集成制造系统是一种基于计算机集成制造理念的、数字化、信息化、智能化、绿色化、集成化的综合制造系统，是利用现代信息技术、现代管理技术与制造技术，在全球的制造环境范围内，将产品生命周期各阶段与企业内外部相关的活动和资源集成起来，力争使企业的运行相对于优化达到其理想运行状态。

2、现代集成制造系统1998年，我国863计划/CIMS主题48图18-6现代集成制造系统图18-6现代集成制造系统49第三节

快速原型制造技术随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为竞争的主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发（快速设计和快速工模具）的能力成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足日益变化的用户需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变得十分关键了。第三节快速原型制造技术50快速原型制造技术（RapidPrototypingManufacturing，RPM）就是在这种社会背景下，于80年代后期产生于美国并很快扩展到日本及欧洲，是近年来制造技术领域的一项重大突破。

快速原型制造技术（RapidPrototypingMan51一、快速原型制造技术的原理

图18-7RPM技术原理一、快速原型制造技术的原理图18-7RPM技术原理52二、RPM技术的典型工艺方法RPM技术的具体工艺有30余种，根据采用材料及对材料处理方式的区别，可归纳为以下4类方法。1．选择性液体固化2．选择性层片粘接3．选择性粉末熔结／粘接4．挤压成形

二、RPM技术的典型工艺方法RPM技术的具体工艺有30余种，53图18-9分层实体制造工艺原理图图18-9分层实体制造工艺原理图54图18-10选择性激光烧结原理图

图18-11熔融挤压成形方法图18-10选择性激光烧结原理图图18-11熔融挤压55三、RPM的应用RPM在国民经济极为广阔的领域得到了应用，并且还在向新的领域发展，除在制造业得到应用外，在医学、康复、考古工程、建筑工程等领域均有应用。

三、RPM的应用56第四节

先进制造模式生产管理是制造业发展的杠杆。世界制造业的发展经历了少品