先进制造技术CAI34学时总结

先进制造技术

总结二零一四年十一月1目录第1章绪论第2章现代产品开发设计技术第3章现代工艺规划技术第4章计算机辅助制造技术第5章消费规划制定第6章柔性制造和智能制造系统第7章高速加工技术第8章非传统加工技术第1章绪论1.1制造业开展现状1.1.1制造和制造业1.1.2制造业的开展历程及目的1.2先进制造技术的概念与特点1.2.1先进制造技术的定义1.2.2先进制造技术的特点1.3先进制造技术的体系与分类1.3.1先进制造技术的体系构造1.3.2先进制造技术的分类1.4先进制造技术的目的是获得竞争优势第1章绪论1.1制造和制造业制造：把原资料变换成所希望的有用产品的过程，包括市场分析、规划设计、加工装配、营销效力和回收处置。制造系统三要素:硬件、软件、人员制造业：制造业是指对制造资源〔物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等〕，按照市场要求，经过制造过程，转化为可供人们运用和利用的工业品与生活消费品的行业。第1章绪论1.2先进制造技术的概念与特点先进制造技术定义是不断吸收机械、电子、信息、能源和现代系统管理等方面的成果，并将其运用于产品的全生命周期中，以实现高效(Time)、优质(Quality)、低耗(Cost)、及时(Service)、清洁(Environment)，提高对市场的顺应才干和竞争才干的制造技术的总称。先进制造技术的特点系统性、集成性、动态开展性、前瞻性第1章绪论1.3先进制造技术的体系与分类先进制造技术的体系包括设计、制造技术的主技术群；支撑技术群；制造技术环境。先进制造技术的分类按技术等级分类根底技术、新型单元技术、集成技术按学科分类现代设计技术、先进制造技术、自动化技术、系统管理技术第2章现代产品开发设计技术2.1产品设计概述2.2数字化外型技术2.3仿真分析技术2.1.1典型设计实际和设计方法产品设计理论方法系统化设计实际公理化设计实际通用化设计实际TRIZ实际计算机辅助设计优化设计可靠性设计有限元设计工业艺术外型设计反求工程设计模块化设计类似设计强壮设计三次设计思想方式和根本规律设计详细指南和根据设计是指为了完成某项任务而制定的方案和意图。手段设计工具和技术2.2数字化外型技术数字化设计：用数学方法在计算机中表达物体的外形、属性及其相互关系和模拟特定形状。数字化设计的中心内容：产品外型——形体在计算机内部的表示——以一定构造的数据来描画和表示三维物体的几何信息和拓扑信息。几何外形：用数学方法在计算机中表达物体的外形和大小。拓扑信息：表达几何实体中顶点、边、面的衔接关系。2.2数字化外型技术三维外型：线框外型：用一系列空间直线、圆弧和点描画模型的轮廓，在计算机中生成三维映像的方法。---数据存储量小,计算量少,但图形含意不确切,不能反映体积、面积、惯性矩等几何特征。曲面外型：用曲线和曲面来拟合和逼近物体外表的方法。实体外型：以几何外型为根底的实体外型方法。---构造实体几何法〔CSG〕、边境表示法〔B-rep〕。特征外型：包含精度、资料、热处置、装配、性能分析等制造信息的外型方法。工程特征定义：狭义工程特征：三维模型具有实体体素的拓扑关系的特征。广义工程特征：三维模型具有几何、拓扑、精度、资料、热处置装配、性能分析等信息的特征。参数外型：用尺寸约束、拓扑约束、工程〔应力、性能〕约束等定义和修正几何模型的方法。---基于特征、全尺寸约束、全数据相关。2.３仿真分析技术仿真分析技术通称为计算机辅助工程CAE(ComputerAidedEngineering〕。是用计算机辅助求解复杂工程和产品构造强度、刚度、屈曲稳定性、动力呼应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及构造性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。2.３仿真分析技术CAE系统的中心思想是构造的离散化，即将实践构造离散为有限数目的规那么单元组合体，实践构造的物理性能可以经过对离散体进展分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实践构造的分析，这样可以处理很多实践工程需求处理而实际分析又无法处理的复杂问题。有限元分析是利用数学近似的方法对真实物理系统〔几何和载荷工况〕进展模拟。它利用简单而又相互作用的单元元素，用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。2.３仿真分析技术有限元分析计算步骤物体离散化单元特性分析和计算单元组集求解方程有限元运用用于工程中的复杂问题求解，如设计中的静态分析、动态分析、热特性分析等。通用程序：NASTARN,ANSYS,ASKA,SAP。第3章现代工艺规划技术〔CAPP〕3.1计算机技术在工艺设计中的运用3.2修订式CAPP系统3.3生成式CAPP系统3.4专家系统CAPP3.5CAPP技术的开展趋势3.1计算机技术在工艺设计中的运用工艺规划定义也叫消费工艺流程，是指在消费过程中，利用消费工具将各种原资料、半废品经过一定的设备、按照一定的顺序延续进展加工，最终使之成为废品的方法与过程。工艺规划的原那么技术先进和经济上的合理。CAPPCAPP借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进展数值计算、逻辑判别和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。3.5CAPP技术的开展趋势各类CAPP的特点对比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章计算机辅助制造技术4.1计算机辅助制造的根本概念4.2数控加工程序编制4.3计算机辅助质量控制4.4加工过程监控4.1计算机辅助制造的根本概念计算机辅助制造〔CAM，computer-aidedmanufacturing〕是指在机械制造业中，利用电子数字计算机经过各种数值控制机床和设备，自动完成离散产品的加工、装配、检测和包装等制造过程。国际计算机辅助制造组织关于计算机辅助制造有一个广义的定义：“经过直接的或间接的计算机与企业的物质资源或人力资源的联接界面，把计算机技术有效地运用于企业的管理、控制和加工操作。〞计算机辅助制造的中心是计算机数值控制(简称数控)。数控的特征是由程序指令来控制机床。改动程序指令就可改动加工过程，数控的这种加工灵敏性称之为“柔性〞。4.2数控加工程序编制4.2.2数控机床程序编制的内容和步骤三、数控机床程序编制的内容和步骤数控加工程序编制含盖“分析零件图样〞到“程序检验〞的全过程。4.3计算机辅助质量控制质量控制(QualityControl)是为到达质量要求所采取的作业技术和活动。计算机辅助质量控制〔ComputerAidedQuality,CAQ)是在传感技术、信号处置技术、计算机技术的根底上，经过计算机及其软件，实如今加工过程中的质量数据的获取、处置、分析，并对加工过程进展有效的控制，从而保证产品加工质量满足设计要求。计算机辅助质量控制应贯穿于产品构成的全过程，即包括营销和市场调查、过程谋划与开发、产品设计与采购、消费或效力提供、验证、安装和储存、销售和分发、安装和投入运转、技术支持和效力、用后处置等各个环节或阶段的质量控制。4.4加工过程监控加工过程监控为确保消费过程处于受控形状，对直接或间接影响产质量量的消费、安装和效力过程所采取的作业技术和消费过程的分析，诊断和监控。第5章消费方案制定5.1概述5.2消费方案的制定5.3物料需求方案5.4企业资源方案5.5高级方案排程系统5.1消费方案制定概述消费方案定义：消费方案是关于企业消费运作系统总体方面的方案，是企业在方案期应到达的产品种类、质量、产量和产值等消费义务的方案和对产品消费进度的安排。消费方案是指点企业方案期消费活动的纲领性方案。消费方案按决策层面分为三大类：总消费方案——战略层方案：企业高层指点担任，确定总目的，提供所需资源。主消费方案——管理层方案：主管消费部门担任，提出消费目的和产品义务方案。消费作业方案——作业层方案：车间班组担任，配置设备和人力。5.2.2消费方案任务的内容编制消费方案的预备确定各项方案目的消费才干的核算与平衡确定产品的消费进度组织和检查消费方案的实施5.3物料需求方案物料需求MRP方案：是基于计算机技术,决策相关物料的数量和订货时间以满足主消费方案的方案。闭环MRP方案：在MRP根底上，结合采购方案、车间作业方案、消费才干方案而构成的方案。制造资源MRPⅡ方案把消费、库存、采购、销售、财务、本钱等子系统都联络起来，逐渐成为一个覆盖企业全部消费资源的管理信息系统的方案。5.4企业资源方案企业资源方案〔EnterpriseResourcePlanning，ERP〕将企业的财务、采购、消费、销售、库存和其它业务功能整合到一个信息管理平台上，从而实现信息数据规范化，系统运转集成化、业务流程合理化、绩效监控动态化、管理改善继续化，预测在今后信息时代企业管理信息系统的开展趋势和即将发生变革。5.5高级方案排程系统高级方案系统〔APS，AdvancedPlanningandScheduling〕被誉为供应链优化引擎，用于协调物流、开发瓶颈资源和保证交货日期。APS是企业信息中枢ERP系统的补充。APS内容：包括需求和供应方案、运输方案、消费方案和排程、分销方案等各种模块。APS的目的：追求消费方案优化和才干的平衡。讨论在满足约束条件的前提下，获得制造时间和本钱最优化。能协助制造企业高效地控制消费方案。第6章柔性制造和智能制造系统6.1柔性制造系统概述6.2柔性制造系统中的加工系统6.3柔性制造系统中的物流系统6.4柔性制造系统中的控制与管理系统6.5柔性制造系统实例6.6智能制造系统6.1柔性制造系统概述6.1.2FMS的定义和组成柔性制造系统flexiblemanufacturingsystem;FMS定义：在成组技术的根底上，以多台(种)数控机床或数组柔性制造单元为中心，经过自动化物流系统将其联接，一致由主控计算机和相关软件进展控制和管理，组成多种类变批量和混流方式消费的自动化制造系统。6.1柔性制造系统概述6.1.2FMS的定义和组成FMS组成：6.2柔性制造系统中的加工系统6.2.1FMS对机床的要求与配置FMS对机床的要求：〔l〕工序集中〔2〕高柔性和高消费率〔3〕控制功能强、可扩展性好〔4〕具有通讯接口6.2柔性制造系统中的加工系统6.2.2机床辅具与自动上下料安装机床夹具组合夹具：利用规范化夹具零部件快速拼装所需夹具；柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象效力。托盘〔Pallet〕承载工件和夹具完成加工义务，是各加工单元间的硬件接口。自动上下料安装托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁；工业机器人：具有较大的柔性度。6.3柔性制造系统中的物流系统6.3.1工件流支持系统系统的构成运输系统的根本回路自动导向小车AGV自动化仓库6.3柔性制造系统中的物流系统6.3.2刀具流支持系统刀具流系统组成及其管理刀具预调站设在FMS之外，按要求对刀具进展装配和调整；刀具装卸站是刀具进出FMS入口，多为排架式框架构造；刀具库系统存放当前加工所需的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享的中央刀库，容量大；刀具运载交换安装担任刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具；计算机控制管理系统控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的运用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。6.4柔性制造系统中的控制与管理系统6.4.1FMS系统的控制方式——递阶控制递阶控制构造：将复杂系统分层分模块设置，各层相对独立，便于系统的开发和维护。递阶控制特点：愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处置信息量愈大，实时性要求愈小。FMS三层递阶控制构造系统管理与控制层〔单元控制层〕-接受上级义务，制定系统作业方案，进展义务分配，监控系统执行；过程协调与监控层〔任务站层〕-加工程序分配、协调工件流动、运转形状采集监控、向上层反响信息；设备控制层-控制设备任务循环，执行上层控制指令，反响现场数据。6.4柔性制造系统中的控制与管理系统控制系统的特点：在上述三级递阶控制构造中，每层的信息流都是双向流动的：向下可下达控制指令，分配控制义务，监控下层的作业过程；向上可反响控制形状，报告现场消费数据。在控制的实时性和处置信息量方面，各层控制计算机是有所区别的：愈往底层，其控制的实时性要求愈高，而处置的信息量那么愈小；愈到上层，其处置信息量愈大，而对实时性要求那么愈小。6.6.2智能制造系统的含义和特征智能制造系统的含义智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进展分析、推理、判别、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，搜集、存贮、共享、完善、集成和开展人类专家的智能。6.6.2智能制造系统的含义和特征智能制造系统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章高速加工技术7.1高速加工技术概述7.2高速切削刀具7.3高速切削加工机床7.4高速切削加工工艺7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的定义〔HighSpeedMachining〕几种高速加工的权威定义:CIRP〔国际消费工程研讨院〕切削委员会1978年提出：切削速度为500-7000m/min的加工为高速切削；德国Darmstadt工业大学消费工程与机床研讨所〔PTW〕提出：切削速度和进给速度为普通切削的5～10倍的加工为高速加工。根据Salomon高速切削实际：切削温度不再随切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高进给速度为主要特征的切削加工为高速加工。7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的特点生效率高高速切削加工允许运用较大的进给率，比常规切削加工提高5～10倍，单位时间资料切除率可提高3～6倍。切削力低高速切削切削深度和切削宽度小，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30%，适宜加工刚性较差的零件加工。

加工质量得到提高。精度高由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保证了尺寸的高精度和低粗糙度加工。7.1高速加工技术概述7.1.2高速切削加工的定义及特点高速切削加工的特点能耗低由于单位功率的金属切除率高，所以加工能耗低，符合可继续开展的要求。简化加工工艺流程。常规切削加工不能加工淬火后的资料，淬火变形必需进展人工修整或经过放电加工处理。高速切削那么可以直接加工淬火后的资料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的外表硬化问题，减少或免除了人工光整加工。切削加工的开展方向是高速切削加工，在兴隆国家，它正成为切削加工的主流。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求刀具资料高强度、高硬度、高韧性高切削速度会导致切削温度的急剧升高，因此，要求刀具资料具有很高的高温力学性能。高的耐热性、抗热冲击性能要求刀具资料的熔点高、氧化温度高。高热硬性、耐腐蚀和化学稳定性刀具资料应能顺应难加工资料和新型资料加工的需求目前的刀具资料主要有金刚石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬质合金刀具〔金属陶瓷〕、涂层刀具和超细硬质合金刀具等。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削对刀具的要求刀具构造和几何参数刀具应具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。切削塑性资料时切屑易产生折断与卷曲，将缠绕在刀具或工件上，影响工件的外表加工质量，妨碍数控加工的正常