ch18先進(jìn)制造技術(shù)30

1、第十八章 先進(jìn)制造技術(shù)第一節(jié) 柔性自動(dòng)化加工技術(shù)第二節(jié) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)第四節(jié) 先進(jìn)制造模式1第十八章 先進(jìn)制造技術(shù) 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展與交叉融合,不僅給制造技術(shù)提出了新的要求,也給制造技術(shù)提供了強(qiáng)大的支持。因此,近年來涌現(xiàn)出了許多先進(jìn)制造技術(shù),主要分為現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)、先進(jìn)制造工藝技術(shù)、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)四大研究領(lǐng)域。由于教材篇幅所限,此處不能一一介紹。根據(jù)先進(jìn)制造技術(shù)的開展趨勢,結(jié)合我國國情,本章將扼要介紹柔性自動(dòng)化加工技術(shù)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、快速原型制造技術(shù)和先進(jìn)制造模式四方面的內(nèi)容。 2第一節(jié) 柔性自動(dòng)化加工技術(shù) 制造自動(dòng)化是制造業(yè)開展的標(biāo)志,通常將制

2、造自動(dòng)化的開展分為五個(gè)階段。從早期的滿足大批大量生產(chǎn)要求的剛性自動(dòng)化,開展到以計(jì)算機(jī)數(shù)控為根底的柔性自動(dòng)化,依靠了許多根底單元技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及其相關(guān)裝備的長足開展。其中,計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)（CNC）、分布式數(shù)字控制技術(shù)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等的開展,已能較好地解決多品種、中小批量的自動(dòng)化加工問題。 3圖18-1 制造自動(dòng)化開展的五個(gè)階段 4一、數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控機(jī)床集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體,是現(xiàn)代制造技術(shù)的根底。它的廣泛使用給機(jī)械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。數(shù)

3、控機(jī)床是制造業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的根底,是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和折射出了國家綜合國力的重要根底性產(chǎn)業(yè),其水平的上下及擁有量是衡量一個(gè)國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。 5數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)如下：（1）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定 （2）加工生產(chǎn)率高 （3）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件（4）實(shí)應(yīng)性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)效益好 （5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化 6從經(jīng)濟(jì)角度出發(fā),數(shù)控機(jī)床適用于加工：1）多品種小批量零件；2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜,精度要求較高的零件；3）需要頻繁改型的零件；4）價(jià)格昂貴,不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件；5）需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。 7二、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）系統(tǒng)1、CNC系統(tǒng)的根本原理 2、CNC系統(tǒng)的

4、核心 3、CNC機(jī)床 CNC系統(tǒng)是一個(gè)位置控制系統(tǒng),其主要任務(wù)是根據(jù)加工程序及相關(guān)數(shù)據(jù),進(jìn)行刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)控制,完成零件的自動(dòng)加工。 8三、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing System）源于機(jī)械加工領(lǐng)域,其兼顧了生產(chǎn)效率和柔性這對矛盾,因此具有強(qiáng)大的生命力。FMS是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元,能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整,適用于多品種、中等批量生產(chǎn)。所謂柔性就是通過編程或稍加調(diào)整就可同時(shí)加工不同的工件。 9圖18-2 FMS的根本組成 102自動(dòng)加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)主要

5、由數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工設(shè)備；工件清洗、在線檢測等輔助設(shè)備構(gòu)成。加工設(shè)備在工件、刀具和控制三個(gè)方面都具有可與其它子系統(tǒng)相連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。加工系統(tǒng)的性能直接影響著FMS的性能,加工系統(tǒng)也是FMS中耗資最多的局部,因此恰當(dāng)?shù)嘏渲煤瓦x用加工系統(tǒng)是FMS成功與否的關(guān)鍵。 113物流系統(tǒng)在FMS中流動(dòng)的物料主要包括工件、刀具、夾具、切屑及切削液。物流系統(tǒng)是FMS從進(jìn)口到出口,實(shí)現(xiàn)對上述物料自動(dòng)識別、存儲、分配、輸送、交換和管理的系統(tǒng)。由于工件和刀具的流動(dòng)頻率較高,故FMS的物流系統(tǒng)主要由工件流系統(tǒng)和刀具流系統(tǒng)兩局部組成。 12圖18-3 兩種托盤交換器 13第二節(jié) 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)CIMS 信息化是制

6、造業(yè)開展的重要手段。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、科學(xué)管理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的開展,全球市場、全球制造的逐步形成,制造業(yè)信息化、制造系統(tǒng)集成化技術(shù)也有了更加廣度和深度的開展,并由此形成了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)。 141計(jì)算機(jī)集成制造 圖18-4 CIMS輪圖（1985年SME發(fā)表） 15 圖18-5 CIMS輪圖（1993年SME發(fā)表） 162、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)1998年,我國863方案/CIMS主題專家組根據(jù)全球制造業(yè)的開展趨勢和中國國情,提出了現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Contemporary Integrated Manufacturing Systems,CIMS）的概念及其相關(guān)論點(diǎn)。現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)是

7、一種基于計(jì)算機(jī)集成制造理念的、數(shù)字化、信息化、智能化、綠色化、集成化的綜合制造系統(tǒng),是利用現(xiàn)代信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù),在全球的制造環(huán)境范圍內(nèi),將產(chǎn)品生命周期各階段與企業(yè)內(nèi)外部相關(guān)的活動(dòng)和資源集成起來,力爭使企業(yè)的運(yùn)行相對于優(yōu)化到達(dá)其理想運(yùn)行狀態(tài)。 17圖18-6 現(xiàn)代集成制造系統(tǒng) 18第三節(jié) 快速原型制造技術(shù)隨著全球市場一體化的形成,制造業(yè)的競爭十分劇烈,產(chǎn)品的開發(fā)速度日益成為競爭的主要矛盾。在這種情況下,自主快速產(chǎn)品開發(fā)（快速設(shè)計(jì)和快速工模具）的能力成為制造業(yè)全球競爭的實(shí)力根底。同時(shí),制造業(yè)為滿足日益變化的用戶需求,又要求制造技術(shù)有較強(qiáng)的靈活性,能夠以小批量甚至單件生產(chǎn)而不增加產(chǎn)品

8、的本錢。因此,產(chǎn)品開發(fā)的速度和制造技術(shù)的柔性就變得十分關(guān)鍵了。19快速原型制造技術(shù)（Rapid Prototyping Manufacturing,RPM）就是在這種社會背景下,于80年代后期產(chǎn)生于美國并很快擴(kuò)展到日本及歐洲,是近年來制造技術(shù)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大突破。 20一、快速原型制造技術(shù)的原理 圖18-7 RPM技術(shù)原理 21二、RPM技術(shù)的典型工藝方法RPM技術(shù)的具體工藝有30余種,根據(jù)采用材料及對材料處理方式的區(qū)別,可歸納為以下4類方法。1選擇性液體固化2選擇性層片粘接 3選擇性粉末熔結(jié)粘接 4擠壓成形 22圖18-9 分層實(shí)體制造工藝原理圖 23圖18-10 選擇性激光燒結(jié)原理圖 圖18

9、-11 熔融擠壓成形方法 24三、RPM的應(yīng)用RPM在國民經(jīng)濟(jì)極為廣闊的領(lǐng)域得到了應(yīng)用,并且還在向新的領(lǐng)域開展,除在制造業(yè)得到應(yīng)用外,在醫(yī)學(xué)、康復(fù)、考古工程、建筑工程等領(lǐng)域均有應(yīng)用。 25第四節(jié) 先進(jìn)制造模式生產(chǎn)管理是制造業(yè)開展的杠桿。世界制造業(yè)的開展經(jīng)歷了少品種小批量生產(chǎn)、少品種大批量 生產(chǎn)和多品種小批量生產(chǎn)模式的變化,先后出現(xiàn)了物料需求方案（Material Requirements Planning,MRP）、準(zhǔn)時(shí)制（Just in Time,JIT）生產(chǎn)、精益生產(chǎn)、敏捷制造、綠色制造（Green Manufacturing,GM）等科學(xué)的生產(chǎn)管理理念與制造模式。 26一、敏捷制造敏捷制

10、造（Agile Manufacturing,AM）是美國通用汽車公司和里海大學(xué)1991年提出的一種新型生產(chǎn)模式,其應(yīng)用“競爭合作一協(xié)同機(jī)制,使制造系統(tǒng)在滿足低本錢和高質(zhì)量的同時(shí),對變幻莫測的市場需求做出快速反映。敏捷制造企業(yè)通過采用現(xiàn)代通信技術(shù),以敏捷、動(dòng)態(tài)、優(yōu)化的形式,組織新產(chǎn)品開發(fā),通過動(dòng)態(tài)聯(lián)盟、先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和高素質(zhì)員工的全面集成,快速響應(yīng)客戶需求,及時(shí)將開發(fā)的新產(chǎn)品投放市場,提高企業(yè)的競爭能力,從而贏得競爭的優(yōu)勢。 27二、精益生產(chǎn)美國曾以福特方法（即用于汽車生產(chǎn)的流水線技術(shù)）贏得了全世界制造技術(shù)的優(yōu)勢,但是,這種優(yōu)勢因當(dāng)今市場需求的發(fā)生變化而逐漸喪失,而日本的絕大多數(shù)企業(yè)在借鑒福特方法的根底上,不斷更新技術(shù)和改進(jìn)管理,適應(yīng)了不斷變化著的市場需求,創(chuàng)造出了一種“全企業(yè)的靈活的生產(chǎn)系統(tǒng)。 28三、綠色制造綠色制造也稱環(huán)境意識制造ECM（