现代机械制造技术

第9章现代机械制造技术9.1概述9.2数字化设计与制造技术9.3先进生产模式9.4自动化制造系统1机械工程学院机械制造根底9.1概述先进制造技术：是将制造技术、信息技术、现代管理技术综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、效劳乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。美国21世纪制造企业开展战略“当前正在发生的制造业的转变，对美国社会的影响是深远的〞。“全世界主要企业都要建立一个从大规模生产向敏捷制造转变的模式，这种情况为美国恢复其在70年代和80年代失去的领导地位提供了一次难得的时机〞。美国“必须立即采取行动，夺回美国在制造业中的世界领导地位〞。2机械工程学院机械制造根底现代制造企业面临的全球竞争经济和社会的开展科学和技术的进步消费需求多样化资源问题环境问题3机械工程学院机械制造根底现代制造企业经营战略的变化70年代以前：本钱(C)70年代－80年代：质量(Q)80年代－90年代初：交货期(T)90年代－90年代末：效劳(S)21世纪：环境(E)，知识创新(K)4机械工程学院机械制造根底生产方式的演变大批量生产刚性制造线多品种小批量柔性制造大批量定制敏捷制造信息化程度网络化设计制造1960s′1980s′2000s′5机械工程学院机械制造根底全面提升企业竞争力的五大要素企业动态联盟协同设计制造高质量(客户满意度高)低成本服务好对环境危害小新产品上市快QCTES6机械工程学院机械制造根底现代制造技术的开展新材料新技术：高强度高性能合金、陶瓷、复合材料加工精密化：常规0.01mm→1μm→0.1μm→0.01μm→1nm高效自动化：自动化加工技术、高速加工、快速制造管理科学化与信息化：人才管理、质量管理、资源管理、知识管理7机械工程学院机械制造根底9.2数字化设计与制造数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程，包括了产品3D设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际的产品。实施先进制造技术的首要目标是经济效益，现有条件那么是实施的根底，因此，先进一定要适用才能产生效益。综观国内外先进制造技术的现状和开展可以看出，数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术，是实施其它先进制造技术的平台。8机械工程学院机械制造根底9.2数字化设计与制造数字化技术是指以计算机硬件、软件、信息存储、通信协议、周边设备和互联网络等为技术手段，以信息科学为理论根底，包括信息离散化表述、扫描、处理、存储、传递、传感、执行、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化视听技术等。相对传统制造技术，数字化制造技术是一项融合数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论根底的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心，有广阔的应用前景。9机械工程学院机械制造根底国家“制造业信息化工程〞：制造业占传统产业产值总量的80％；投资百亿元打造“制造业信息化工程〞抓好5个数字化，建2000个数字化企业。制造业信息化的内涵是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，建造现代化的新兴制造业，全面提升我国制造业的国际竞争力。我国“制造业信息化工程〞将突出抓好5个数字化：数字化设计、数字化生产、数字化装备、数字化管理、数字化企业。9.2数字化设计与制造10机械工程学院机械制造根底数字化设计制造技术主要内涵数字化技术和制造技术不断融合形成数字化制造技术：以CAD／CAE／CAPP／DFx／VM／RE／RP／CAM以及成型和加工工艺仿真等为主体的上游骨干技术群。由NC／NGC／MC／CNC／DNC／FMC／FMS／Web—based制造、无图纸制造和机器人、物流系统等组成的下游数字控制制造技术群。以IGES、STEP、MRPII、ERP、MIS、PDM、TDM、工程数据库和因特网等为主体的制造信息支持技术群11机械工程学院机械制造根底9.3先进生产模式生产模式是指企业的劳务、资源〔包括能源、物料、装备、技术、信息与知识〕、资本金、企业营销、企业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。制造企业的生产模式也称为制造模式。先进生产模式的特点(1)注重管理体制的革新；(2)注重充分发挥人的作用；(3)特别强调计算机的应用等。12机械工程学院机械制造根底9.3先进生产模式先进生产模式开展的动因产品更新换代加快、交货期已成为主要的竞争因素用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流多品种小批量生产比例增大大市场和大竞争13机械工程学院机械制造根底先进生产模式的形式标准化与互换性成组技术柔性制造准时制生产精益生产计算机集成制造敏捷制造并行工程网络制造全球制造智能制造14机械工程学院机械制造根底计算机集成制造系统CIMSCIMS是根据CIM理念研发的计算机化、信息化、智能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造系统，或现代集成制造系统。CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络和数据库支持下，将制造企业的全部要素(人、技术、管理)和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制造、质量、本钱、相关效劳、交货期和环境保护等方面均取得整体最正确的效果。15机械工程学院机械制造根底精益生产LP精益生产定义—贯彻以人为中心的思想，通过系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终到达包括市场供销在内的生产的各方面最好的结果。16机械工程学院机械制造根底精益生产的体系结构把精益生产比做一座大厦，其根底是在计算机网络支持下的、以小组化工作的并行工作方式。其支柱是：(1)全面质量管理；(2)准时生产和零库存；(3)柔性成组技术；(4)企业重组，精简化；(5)以人为中心，充分发挥人的主观能动性。这座大厦的屋顶就是精益生产体系。17机械工程学院机械制造根底并行工程并行工程是一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所(IDA)的定义：“并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑到产品生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、本钱、进度与用户需求等。〞18机械工程学院机械制造根底串行过程和并行工程的比较〔a〕串行开发流程概念设计详细设计过程设计原型制造

及测试生产制造修改反馈频繁产品生命周期〔b〕并行开发流程概念设计详细设计过程设计原型制造

及测试生产制造对结构和功能的改进意见可加工性评价、

质量评估定位装夹可行性评估几何、特征、精度工艺过程、NC程序、装夹方案减少反馈次数缩短的产品开发时间19机械工程学院机械制造根底9.4自动化制造系统9.4.1大批量生产机械制造系统自动化单机自动化

通用自动机机床床和半自动机床

组合机床单机

专用机床单机

普通机床自动化改造如：简易数控机床20机械工程学院机械制造根底机械加工自动线组成：自动机床、专用机床、组合机床、工件输送和转位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。综合自动化系统在单机自动化和自动线根底上，增加工件检验、热处理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。21机械工程学院机械制造根底9.4.2多品种、中小批量生产制造自动化数控机床〔NC〕l

组成：主机、伺服系统、数控装置和输入装置l

控制方式：〔1〕运动控制：点动控制、直线控制、轮廓控制〔2〕伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制〔3〕数控装置l

特点：〔1〕加工精度高、稳定〔2〕自动化程度高〔3〕适应性强〔4〕便于自动化管理l

CNC：计算机数控机床l

MC〔加工中心〕：带刀库和自动换刀装置的多工序加工数控机床其开展趋势：功能强、速度快、精度高22机械工程学院机械制造根底由有台或多台计算机控制多台数控机床实施综合控制DNC系统柔性制造单元〔FMC〕加工中心配托盘交换系统数控机床配工业机器人23机械工程学院机械制造根底自动化物流系统柔性制造系统〔FMS〕自动化制造系统自动化控制系统：各局部的协调管理和控制24机械工程学院机械制造根底9.4.3快速制造快速成型制造RP快速成型〔Rapidprototyping〕技术是由CAD三维模型数据直接驱动，集成现代CAD技术、数控技术、激光技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。快速成型特点快速成型工艺具有高柔性、快速性、高自动化，无需任何工装、模具投入，成型条件几乎与工件复杂程度无关等特点。快速成型应用快速成型技术极大的缩短了产品开发周期，降低了设计风险，成倍降低了产品开发费用，已广泛应用于新产品开发过程中的外观造型验证与结构、装配验证，精密铸造、模具制造、产品市场开拓、宣传等领域。25机械工程学院机械制造根底快速成型工艺1〕立体印刷SLA：液态光敏树脂选择性固化。2〕分层实体制造LOM：薄形材料选择性切割并粘接。3〕选域激光烧结SLS：粉末材料(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)选择性激光烧结。变长线扫描SLSRPT：将SLS中CO2激光束光斑变为相同能量密度的可控细长线束进行激光烧结。高功率激光二极管线阵烧结SLSRPT：用假设干个二极瞥通过光纤藕合后，将光纤输出端精密地排列成线阵代替CO2激光束。26机械工程学院机械制造根底快速成型工艺4〕熔融沉积造型FDM：丝状材料选择性熔覆。5〕三维打印3D-P：粉末材料选择性粘结。6〕固基光敏液相法SGC：光敏液掩膜紫外光曝光，空隙处填充蜡料并磨平。7〕热塑性材料选择性喷洒：喷洒熔化的热塑性材料和蜡在工作台基底上迅速冷却后形成固态截面层，再铣平上外表。现有的工艺方法中，立体印刷SLA〔光敏树脂固化〕精度最高〔±0.1mm〕，外表质量最好〔6.3µm〕。27机械工程学院机械制造根底快速模具制造技术RTRT技术是一种用高新制造技术改造传统制造技术的技术，它包括用硅橡胶、金属粉、环氧树脂粉、低熔点合金等方法将RP原形准确地复制成简易模具，这种模具的寿命是50—1000件，适宜产品试制阶段。对制造长寿命的钢制模具，它是由原形翻制三维研具，用研具研磨整体石墨电极，再用电极在电火花机床上加工钢模具。工艺的特点是快速高效，耗时仅为传统制