先进制造技术 第2版 教案全套 郭琼 第1-5章 绪言 -现代生产管理技术

PAGEPAGE10无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授课日期授课班级授课章节名称及教学内容、目的、要求第一章绪言了解现代制造技术的定义、特点了解现代制造技术的内涵及分类了解现代制造技术的现状及发展趋势教学重点教学难点重点：现代制造技术的内涵及分类使用教具多媒体课外作业作业1备注课程学习要求：作好笔记、上网查询第一章绪论第一节先进制造技术及其主要特点一、制造、制造技术、制造业与现代制造业背景制造（manufacturing）是利用制造资源（设计方法、工艺、设备和人力等）将材料“转变”为有用的物品的过程。制造技术（ManufacturingTechnology）是指制造活动所涉及到的一系列技术总称，是提高产品竞争力的关键，也是制造业赖以生存和发展的主体技术。制造业是指以制造技术为主导技术进行产品制造的企业群体的总称，是工业的主体。根据我国现行统计划分，工业由制造业、采掘业以及电力、燃气、和水的生产供应业构成，制造系指第二产业中除采掘业、电力、燃气及其生产和供应业、建筑业以外的所有行业，包括30个大类、169个中类、482个小类。二、先进制造技术的定义（计算机与通信、控制理论、人工智能等、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总三、先进制造技术的特点第二节先进制造技术的构成及分类（内涵与范畴）一、先进制造技术的构成二、先进制造技术的分类1、现代设计技术2、先进制造工艺3、自动化技术4、系统管理技术三、现代制造领域的关键技术第三节先进制造技术的现状及发展趋势1、美国制造业的竞争策略2、日本制造业的发展对策3、欧共体ESPRIT计划和BRITE－EURAM计划4、韩国G7计划无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授课日期授课班级授课章节名称及教学内容、目的、要求第二章现代设计技术第一节概述现代设计技术定义及体系第二节计算机辅助设计（CAD）技术一、计算机辅助设计技术的产生及发展二、计算机辅助设计的关键1、产品的几何造型技术2、单一数据库与相关性设计3、CAD与其他CAX系统的集成技术4、标准化技术三、CAD系统软件与应用1、系统软件2、支撑软件3、应用软件第三节有限元分析第四节并行设计第五节反求工程第六节绿色产品设计教学重点教学难点重点：CAD系统几何造型技术绿色设计的主要内容使用教具多媒体课外作业作业2备注无第二章现代设计技术第一节概述现代设计技术定义:现代设计技术是以满足应市产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。现代设计技术体系（1）基础技术:传统的设计理论与方法-运动学、静力学与动力学、材料力学等（2）主体技术:计算机辅助设计（3）支撑技术:现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。（4）应用技术:具体技术群第二节计算机辅助设计（CAD）技术一、计算机辅助设计技术的产生及发展二、计算机辅助设计的关键1、产品的几何造型技术——重点2、单一数据库与相关性设计3、CAD与其他CAX系统的集成技术4、标准化技术三、CAD系统软件与应用:1、系统软件2、支撑软件3、应用软件第三节有限元分析有限元法是将连续体的结构模型分解成数目有限的小块体，这些小块体称为有限元，它们彼此之间用有限个结点相互联结，再在这些结点上引进等效力代替作用到单元上的外力，通过计算这些单元阵点力和位移之间的关系来解决连续体的力学问题。有限元法实质上就是把无限个自由度的连续体理想化为只有有限个自由度的单元集合体，使复杂问题简化为适合于数值解法的结构型问题。第四节并行设计并行工程采用并行的方式，在产品设计阶段就集中产品研制周期中的各有关技术人员，同步地设计或考虑整个产品生命周期中的所有因素，对产品设计、工艺设计、装配设计、检验方式、售后服务方案等进行统筹考虑、协同进行。经系统的仿真和分析评估，对设计对象进行反复修改和完善，力争后续制造过程一次成功。第五节反求工程1、零件反求２、整机反求第六节绿色产品设计绿色产品设计：面向不损害产品质量、功能及其制作过程的、能与环境相容的设计。绿色产品的特点：优良的环境友好性、最大限度地利用材料资源、最大限度地节约能源绿色设计的主要内容：（1）绿色产品的描述与建模（2）绿色设计的材料选择（3）面向拆卸性设计（4）产品的可回收性设计（5）绿色产品的成本分析（6）绿色产品设计数据库无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授课日期授课班级授课章节名称及教学内容、目的、要求计算机辅助工艺设计(CAPP)重点成组技术(查表)CAD/CAM集成技术教学重点重点：CAPP系统的类型CAPP系统的基本原理成组技术难点：CAPP系统的基本原理教学难点使用教具多媒体课外作业无备注无2.3计算机辅助工艺设计CAPP技术CAPP概述1、CAPP基本概念：通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等，由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的过程。2、CAPP功能：接受输入或生成零件图上的几何及拓扑信息、工艺信息和测量信息；检索标准工艺文件；选择加工方法；安排加工路线；选择机床、刀具、夹具等；选择切削用量；计算切削参数、加工时间和监工费用等；进行工艺流程的优化及多工序、单工序切削用量的优化；确定工序尺寸和公差及选择毛坯等；绘制工序图；产生刀具运动轨迹，自动进行NC编程；模拟加工过程，显示刀具的运动轨迹。CAPP系统的类型：派生式CAPP系统；创成式CAPP系统；综合式CAPP系统。成组技术：将工程技术与管理技术集于一体的生产组织管理方法体系，它利用产品零件间的相似性，将零件分类成组，然后根据每组零件所持有的相似特征为其同组零件找出相对统一的最佳处理方法，从而在不变动原有的工艺和设备条件下，取得提高效率、节省资源、降低成本的效果1、零件分类编码系统2、零件的分类成组方法：编码分类法，生产流程分析法2.4CAD/CAM集成技术1、CAD/CAM系统的基本功能：交互图形输入及输出功能；几何建模功能；物性计算及工程分析功能；处理数控加工信息的功能；数据管理功能。2、CAD/CAM系统的工作方式：基本采用人机交互方式。3、CAD/CAM系统支撑软件简介国外软件：UG、SOLIDEDGE、AutoCAD、SolidWorks、Pro/Engineer国内软件：CAXA电子图板和CAXA-ME制造工程师、开目CAD、金银花系统无锡职业技术学院教案教 师 姓 名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级授课章节名称及教学内容、第三章先进制造工艺技术精密与超精密加工技术精密与超精密加工技术的进展、主要方法、刀具、设备和环境要求：了解精密加工和超精密加工的作用、发展趋势、加工方法、加工设备、测量设备、加工条件及国内外的发展动态教 学 重 点教 学 难 点重点：精密加工和超精密加工的含义、加工方法及其应用难点：精密加工和超精密加工的工艺特点及发展趋势使 用 教 具多媒体工艺特点及发展趋势课 外 作 业无备 注无第一节精密与超精密加工技术一、精密与超精密加工技术概述1、精密加工与超精密加工定义精密加工是指加工精度在0.1～lμm之间，表面粗糙度Ra在0.lμm以下（称微米加工）超精密加工的加工精度在0.lμm以下，表面粗糙度在0.02μm以下（称为亚微米加工）2、精密加工与超精密加工的特点和“进化”加工原则微量切除（极薄切削）形成综合制造工艺系统与自动化联系十分紧密特种加工方法和复合加工方法的出现加工检测一体化3、精密与超精密加工的应用与进展超精密加工研究范畴：超精密加工方法、超精密加工刀具、超精密加工设备、超精密加工环境、超精密加工精度的在线检测及计量测试。二、超精密加工方法根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工方法，可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类。三、超精密加工刀具金刚石刀具超精密磨削砂轮四、超精密加工设备超精密加工机床主要功能部件典型超精密加工机床五、加工环境六、超精密加工精度的在线检测及计量测试无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授课日期授课班级授课章节名称及教学内容、目的、要求高速加工及超高速加工技术超高速加工技术的内涵、范围、现状及发展趋势超高速加工技术的优势、超高速切削、磨削的相关技术要求：了解高速加工和超高速加工的作用、发展趋势、加工方法、加工设备、国内外的发展动态教学重点教学难点重点：高速加工和超高速加工的含义、加工方法及其应用难点：高速加工和超高速加工的工艺特点及发展趋势使用教具多媒体课外作业作业3备注无第二节高速加工及超高速加工技术一、超高速加工技术的内涵、范围内涵：采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术，其切削速度通常比常规高10倍左右。二、超高速加工技术的现状及发展趋势20世纪30年代：德国萨洛蒙博士首次提出高速切削概念50年代：机理与可行性研究70年代：工艺技术研究80年代：全面系统的高速切削技术研究90年代初：高速切削技术开始进入实用化90年代后期：商品化高速切削机床大量涌现21世纪初：高速加工技术在工业发达国家得到普遍应用，成为切削加工的主流技术。工业发达国家对超高速加工的研究起步早，水平高。在此项技术中，处于领先地位的国家主要有德国、日本、美国、意大利等。国内在超高速磨削技术方面与国外差距巨大。三、超高速加工技术的优势1、超高速切削加工的优越性：加工效率高切削力小热变形小加工精度高工艺系统振动减小减少后续加工工序良好的技术经济效益2、超高速磨削加工的优越性大幅度提高磨削效率磨削力小，零件加工精度高获得低粗糙度表面大幅度延长砂轮寿命，有助于实现磨削加工自动化改善加工表面完整性四、超高速切削的相关技术超高速切削的刀具材料：以镀膜的和未镀膜的硬质合金、金属陶瓷、氧化铝基或氮化硅基陶瓷、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼为主。五、超高速磨削的相关技术超高速磨削的砂轮，超高速主轴和超高速轴承，超高速磨削的砂轮平衡技术与防护装置无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级特种加工技术的特点及应用领域电加工（线切割、电脉冲、电解加工、激光加工的原理及特点加工装置（设备、加工技术的应用要求：了解特种加工的作用及加工方法分类了解在当前生产中广泛应用的一些特种加工的基本原理、规律、特点及应用授课章节名称及教学内容、教教重点：常用特种加工的特点及应用学重点难点：特种加工的基本原理学难点使用教具多媒体课外作业作业4备注无特种加工技术特种加工技术*特种加工技术的特点及应用领域特种加工主要特点是：范围不受材料力学性能的限制；切削中不存在显著的切削力，能获得良好的表面质量，残余应力、热应力等均比较小；加工复杂型面、微细表面以及柔性零件；发展成复合加工工艺，如电解磨削。电火花加工电火花加工又称放电加工、电蚀加工，简称EDM，是一种利用脉冲放电对导电材料电蚀来去除多余材料的工艺方法。1、加工原理与特点2、电火花加工的应用（1）电火花穿孔（2）电火花型腔加工（3）电火花线切割加工3、电火花加工机床简介三、电解加工1、加工原理与特点2、电解加工的应用（1）电解整体叶轮（2）深孔扩孔加工（4）电解磨削（3）电解去毛刺（5）电解抛光3、电解磨削4、电解加工机床简介激光加工一、激光加工原理与特点（简称LBM）是利用光能量进行加工的一种方法。它可以用于打孔、切割、雕刻、焊接、热处理等。激光的发射则是以受激辐射为主。2.激光具有亮度高且方向性、单色性、相干性好的特性。二、激光加工的应用激光打孔激光切割激光焊接激光热处理三、激光加工的设备激光加工的基本设备组成：激光器光学系统电源机械系统四、激光制造技术的发展趋势超紫外、超短脉冲、超大功率、高光束质量等特征的激光，尤其是能适应微制造技术要求的激光光源无锡职业技术学院教案教 师 姓 名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级授课章节名称及教学内容、超声加工、电子束加工、离子束加工、复合加工的原理及特点加工技术的应用教 学 重 点教 学 难 点重点：超声加工、电子束加工、离子束加工、复合加工的原理及特点难点：加工技术的应用使 用 教 具多媒体课 外 作 业无备 注无离子束加工离子束加工（简称IBM）是利用离子束对材料进行成形和改性的加工方法。一、加工原理与特点二、离子束加工的应用1、离子溅射2、离子刻蚀3、离子注入三、离子束加工装置离子束加工装置包括离子源、真空系统、控制系统和电源等部分。超声加工超声加工是利用工具做超声振动，通过悬浮液中磨料的高速轰击进行加工的方法。超声加工(简称USM)也称超声波加工，在加工硬脆材料等方面有其独特的优越性。一、加工原理与特点二、超声加工的应用超声电解加工、超声电火花加工、超声切削三、超声波加工机床简介超声波加工机床主要由超声波发生器、超声波振动系统和机床本体3部分组成。电子束加工电子束加工(EBM一、加工原理与特点二、电子束加工的应用电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同，可分别用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理、光刻加工等。三、电子束加工装置电子束加工装置的基本结构主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。一、复合加工方法1、复合切削加工2、化学机械复合加工3、磁场辅助研抛加工二、复合加工机床

复合加工无锡职业技术学院教案教 师 姓 名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级授课章节名称及教学内容、微机械与微细加工技术硅微细加工技术、光刻技术、牺牲层技术、LIGA技术、微细立体光刻技术教 学 重 点教 学 难 点硅微细加工技术、光刻技术、牺牲层技术、的工作原理了解及在微细加工中应用LIGA技术、微细立体光刻技术使 用 教 具多媒体课 外 作 业无备 注无第六节微细加工技术微机械是指可以批量制作的，集微型机械、微传感器、微能源、微致动器、微控制器、微执行器、信号处理、智能控制等于一体的微型装置或系统。一、光刻技术1、涂胶2、曝光3、显影与烘片4、刻蚀5、剥膜（去胶）二、高能束刻蚀技术1、电子束刻蚀2、离子束刻蚀3、等离子刻蚀4、激光刻蚀三、LIGA技术1、深层同步辐射X射线光刻2、电铸成形3、注塑四、牺牲层技术五、硅微细加工技术1、集成电路光刻2、体微加工3、表面微加工4、灰调光刻5、Lift-Off技术6、六、微细立体光刻技术无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级授课章节名称第四章制造自动化技术第一节制造自动化技术制造自动化技术定义、内涵、现状、发展趋势、关键技术及教学内容、自动化制造装备数控机床加工中心重点：制造自动化技术定义、内涵、现状、发展趋势、关键技术自动化制造装备教学重点教学难点使用教具多媒体课外作业无备注无一、制造自动化技术概论

第一节制造自动化技术二、制造自动化技术的发展历程及现状1、制造系统中的集成技术和系统技术已成为制造自动化研究中热点问题2、更加注重研究制造自动化系统中人的作用的发挥3、单元系统的研究仍然占有重要的位置4、制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见5、柔性制造技术的研究向着深度和广义发展6、适应现代生产模式的制造环境研究的兴起7、底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃三、制造自动化技术的发展趋势未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。四、制造自动化的关键技术1、制造业信息化的关键技术开发和集成应用2、先进制造自动化装备的开发及应用3、先进制造技术的前沿创新研究数字化设计与制造系统第二节现代数控加工技术一、现代数控加工发展历程1、新一代数控系统采用开放式体系结构2、新一代数控系统控制性能大大提高二、CNC系统的组成及结构特点（一）数控机床的组成数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元、伺服单元、驱动装置（或称执行机构、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。（二）CNC系统的结构特点三、生产CNC系统的厂家及典型型号四、现代数控加工技术发展趋势1、以“数字化”为发展核心2、以“精密化”将成为发展的关键3、突出“极端条件”，是发展的焦点4、以“自动化”技术为发展前提5、以“成化集”为发展的方法6、以“网络化”为发展道路7、“智能化”是CIMS未来发展的美好前景8、“绿色”是CIMS未来发展的必然趋势9、CIMS的标准化无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级第三节工业机器人技术机械手与工业机器人的定义、构成、分类、性能特征、应用与发展授课章节名称及教学内容、教学重点机械手与工业机器人的定义、构成、分类、性能特征、应用与发展教学难点使用教具多媒体课外作业作业5备注无第三节工业机器人技术一、工业机器人的基本概念机器人是一种自动化的机器，所不同的是这种机器具备一些与人或生物相似的智能能力，如感知能力、规划能力、动作能力和协同能力，是一种具有高度灵活性的自动化机器。工业机器人由执行机构、控制系统、驱动系统和位置检测机构四个基本部分组成二、工业机器人的机械结构1、工业机器人的手臂结构2、工业机器人的手腕结构三、工业机器人的控制系统机器人语言是在人与机器人之间的一种记录信号或交换信息的程序语言。根据作业描述水平的高低分为三级：（1）动作级（2）对象级（3）任务级四、工业机器人的应用1.在摩托车行业中的应用三水摩托车机器人焊装线使用9台机器人。海南新大洲摩托车厂：4台弧焊机器人工作站完成新大洲50系列摩托车的车架焊接。南京金城机械有限公司：7台机器人用于焊接和切割2.在电子、家电行业中的应用3.石化行业的应用哈工大博实公司自主开发的“自动包装机器人码垛生产线”应用于大庆石化公司“10万吨/年聚丙烯装置”4.在采矿业的应用特殊煤层采掘机器人凿岩机器人井下喷浆机器人瓦斯、地压检测机器人6.食品工业、核工业等行业用到工业机器人无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级第四节柔性制造技术一、柔性制造系统概述FMS的产生和发展FMS的组成二、加工系统加工系统的配置与要求加工系统中常用加工设备介绍三、物流系统FMS的物料运储系统、FMS的刀具管理系统四、FMS的刀具管理系统五、FMS的控制与管理系统授课章节名称及教学内容、重点：FMS的组成加工系统FMS的物料运储系统难点：FMS的控制与管理系统教学重点教学难点使用教具多媒体课外作业作业6备注现场教学FMS三、柔性制造系统概述FMS的产生和发展FMS的组成

第四节柔性制造技术从CIMS递阶结构来看，FMS包括了底三层(制造自动化)CIMS的制造单元:单元层、工作站层设备层柔性制造系统(FMS)可概括为由下列三部分组成：多工位的数控加工系统自动化的物料贮运系统计算机控制的信息系统四、加工系统1、 工系统的配置与要求2、加工系统中常用加工设备介绍三、物流系统物流系统一般由三个部分组成：输送系统建立各加工设备之间的自动化联系。贮存系统具有自动存取机能，用以调节加工节拍的差异。操作系统建立加工系统同物流系统和贮存系统之间的自动化联系。物流系统的输送装置输送带（2）自动小车分为有轨和无轨两种物流系统的物料装卸与交换装置物流系统的物料存储装置立体仓库（在计算机的控制和管理下，采用堆垛机等自动存取物料的高层料架）（2）水平回转型自动料架。（3）垂直回转型自动料架。（4）缓冲料架物流系统的监控四、FMS的刀具管理系统1．刀具运储系统的组成及其作业过程一个典型的FMS刀具运储系统组成：刀具顶调站、刀具装卸站、刀库系统、刀具运载交换装置、计算机控制管理系统。2．刀具运载交换装置FMS中的刀具运载通常由换刀机器人或刀具运输小车来实现。负责完成在刀具装卸站、中央刀库以及各加工单元(机床)之间的刀具搬运和交换。3．刀具的监控与刀具信息管理五、FMS的控制与管理系统无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级授课章节名称及教学内容、物联网技术及其应用一、物联网概念二、物联网属性三、物联网构架与关键技术四、物联网应用教学重点物联网构架与关键技术物联网应用教学难点使用教具多媒体课外作业无备注了解无锡智慧城市物联网技术应用物联网技术及其应用一、物联网概念二、物联网属性三、物联网构架与关键技术四、物联网应用无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级2017年12月6日第五节计算机集成制造系统一、计算机集成制造系统概述二、CIMS的构成三、CIMS递阶控制结构四、CIMS的体系结构五、CIMS的现状及发展授课章节名称及教学内容、二、CIMS的构成三、CIMS递阶控制结构教教学学重难点点使用教具多媒体课外作业无备注无第五节计算机集成制造系统一、计算机集成制造系统概述CIMS是一种基于CIM哲理构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统二、CIMS的组成工程设计自动化子系统、管理信息子系统、制造自动化子系统、质量保证子系统、计算机网络子系统、数据库子系统三、CIMS递阶控制结构工厂层、车间层、单元层、工作站层、设备层四、CIMS的体系结构CIMS／OSA的结构层次CIMS／OSA的建模层次CIMS／OSA的视图层五、CIMS的现状及发展以“数字化”为发展核心以“精密化”将成为发展的关键突出“极端条件”，是发展的焦点以“自动化”技术为发展前提以“成化集”为发展的方法以“网络化”为发展道路“智能化”是CIMS未来发展的美好前景“绿色”是CIMS未来发展的必然趋势CIMS的标准化无锡职业技术学院教案教师姓名授课形式多媒体授课时数2授 课 日 期与授课班级第五章现代生产管理技术制造资源计划（MRPⅡ）企业资源计划（ERP）准时生产（JIT）授课章节名称及教学内容、重点：制造自动化技术定义、内涵、现状、发展趋势、关键技术自动化制造装备教学重点教学难点使用教具多媒体课外作业作业7备注无制造资源计划（MRPⅡ）一、MRP的基本概念及功能MaterialRequirementsPlanning根据产品结构各层次物品的从属和数量关系，以每个物品为计划对象，以完工日期为时间基准倒排计划，按提前期长短区别各个物品下达计划时间的先后次序。二、MRPⅡ的基本概念及功能MRPⅡ的发展：订货点法物料需求计划（MRP）闭环MRP制造资源计划（MRPⅡ）MRPⅡ管理模式的特点计划的一贯性与可行性管理的系统性数据共享性动态应变性模拟预见性物流、资金流的统一一、ERP概念与历程

企业资源计划（ERP）EnterpriseResourc