課題二十九-現(xiàn)代制造技術簡介1

1、課題二十九 現(xiàn)代制造技術簡介【教學目的和要求】 了解現(xiàn)代制造技術中的新概念新模式及與本專業(yè)有關的典型事例，目的是擴大學生的知識面，增加感性認識，為今后進一步學習和應用相關知識和技術打下一定的基礎?！窘虒W內容摘要】 本課題內容主要包括：現(xiàn)代制造技術概論（基礎知識）及數(shù)控加工、反求工程、快速原型制造、激光加工、三坐標測量機、工業(yè)機器人、計算機集成制造系統(tǒng)（含柔性制造系統(tǒng)）等典型實例?！窘虒W重點、難點】教學重點：數(shù)控加工、三坐標測量機、工業(yè)機器人；教學難點：本課題內容為一般性介紹，不涉及更深的知識，因此沒有教學難點?！窘虒W方法和使用教具】教學方法：講授法與討論法想結合。通過讓學生先觀看部分錄 象，具

2、有了一定的感性認識后，再利用CAI課件講解。在講解過程中，適當穿插一些討論，師生雙方形成互動的良好氛圍。使用教具：錄象片、CAI課件和圖片。【教學時數(shù)】 4學時【教學內容】一、先進制造技術概論（一）制造業(yè)及制造技術 所謂制造業(yè)是指將制造資源通過制造過程轉化為可供人們使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品、生活消費品的行業(yè)。它涉及到國民經(jīng)濟的許多部門，是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的物質基礎，是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。傳統(tǒng)的制造業(yè)是建立在規(guī)模經(jīng)濟的基礎上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結構和重復性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強調資源的有效利用，以降低成本獲得高質量和高效率，其生產(chǎn)贏利是靠機器取代人力、復雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲

3、取的，但卻難以滿足市場對產(chǎn)品花色品種和交貨期的要求。 在制造業(yè)中所應用的技術統(tǒng)稱為制造技術。人類社會已進入21世紀，產(chǎn)品、市場和環(huán)境都呈現(xiàn)出下面所述的新的特點： 1用戶需求多樣化，產(chǎn)品生命周期縮短2產(chǎn)品開發(fā)周期縮短，上市時間更快3市場占有率競爭激烈4對產(chǎn)品質量的要求更高5分布、并行、集成并存6大市場和大競爭逐步形成7為適應市場的變化，必須提高柔性化8對人的知識、技術和綜合素質要求越來越高9增強環(huán)境保護意識，保證全球性的可持續(xù)發(fā)展由于產(chǎn)品、市場和環(huán)境所呈現(xiàn)出的這些新特點，使得制造技術也出現(xiàn)了新的特點。實際上兩者是相輔相成、互相促進的。制造技術的新特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1信息技術先進制造技術

4、的形成與發(fā)展，與信息技術的應用和注入密切相關，使制造技術的技術含量大大提高，使傳統(tǒng)的制造技術發(fā)生了質的變化。2現(xiàn)代設計技術包括計算機輔助設計，并行設計、優(yōu)化設計等等。3成形制造技術和改性技術成形制造技術是鑄造、塑性加工、連接、粉末冶金等單元技術的總稱。性能要求的表面（涂）層，同時大大減少能耗及完全消除對環(huán)境的污染。4加工制造技術的發(fā)展主要包括數(shù)控加工技術、超精密加工技術、超高速切削和新一代制造裝備的發(fā)展。5工藝設計和工藝模擬技術工藝設計由經(jīng)驗判斷走向定量分析，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學。6專業(yè)、學科間的界限逐步淡化、消失7綠色制造將成為21世紀制造業(yè)的重要特征，主要體現(xiàn)在：綠色產(chǎn)品設計技術、

5、綠色制造技術、產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造三方面。8虛擬現(xiàn)實技術在制造業(yè)中獲得越來越多的應用9信息技術、管理技術與工藝技術緊密結合，主要體現(xiàn)在：計算機集成制造系統(tǒng)的出現(xiàn)及應用，并逐步向智能制造技術和智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。（二）先進制造技術的概念先進制造技術AMT(Advanced Manufacturing Technology)是為了適應時代要求，不斷提高企業(yè)的競爭能力，對制造技術不斷優(yōu)化及推陳出新而形成的。它是一個相對的、動態(tài)的概念。目前先進制造技術主要是指制造業(yè)不斷吸收機械、電子、信息（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應用于產(chǎn)品設計、制造、檢測

6、、管理、銷售、使用、服務乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。（三）先進制造技術的內涵及技術構成 先進制造技術在不同發(fā)展水平的國家和同一國家不同的發(fā)展階段，有不同的技術內涵和構成。對我國而言，它是一個多層次的技術群。先進制造技術的內涵和層次及其技術構成如下圖所示。1基礎技術第一層次是優(yōu)質、高效、低耗、少無污染基礎制造技術。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護、機械加工等基礎工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟適用的技術，這些基礎工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的優(yōu)質、高效、低耗、少無污染基礎制造技術是先進制造技術的核心及重要組成

7、部分。2新型單元技術第二個層次是新型的先進制造單元技術。這是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術結合而形成的嶄新的制造技術。3集成技術第三個層次是先進制造集成技術。這是應用信息、計算機和系統(tǒng)管理技術對上述兩個層次的技術局部或系統(tǒng)集成而形成的先進制造技術的高級階段。以上三個層次是先進制造技術的組成部分，每一個層次中所含的局部都是先進制造技術的重要方面。（四）先進制造技術的特點1先進性2廣泛性3實用性4系統(tǒng)性5集成性6動態(tài)性7技術與管理的更緊密結合。8先進制造技術強調的是實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)。9先進制造技術是面向

8、21世紀的技術系統(tǒng)，其目的是提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益，贏得激烈的市場競爭。（五）先進制造技術中的四大領域先進制造技術包括四大領域，它們橫跨多個學科，并組成一個有機整體。1現(xiàn)代設計技術（1）計算機輔助設計技術。（2）性能優(yōu)良設計基礎技術。（3）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術。（4）全壽命周期設計。（5）可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設計。主要是綠色設計。（6）設計試驗技術。2先進制造工藝（1）精密潔凈鑄造成形工藝。（2）精確高效塑性成形工藝。（3）優(yōu)質高效焊接及切割技術。（4）優(yōu)質低耗潔凈熱處理技術。（5）高效高精機械加工工藝。（6）現(xiàn)代特種加工工藝。（7）新型材料成形與加工工藝（8）優(yōu)質清潔表面工程技術。（9）快速模具制

9、造技術。（10）擬實制造成形加工技術。3自動化技術（1）數(shù)控技術。（2）工業(yè)機器人。（3）柔性制造系統(tǒng)FMS。（4）計算機集成制造系統(tǒng)CIMS。（5）傳感技術。（6）自動檢測及信號識別技術。（7）過程設備工況監(jiān)測與控制。4系統(tǒng)管理技術（1）先進制造生產(chǎn)模式。（2）集成管理技術。（3）生產(chǎn)組織方法。二、先進制造技術典型應用實例（一）數(shù)控加工技術（二）反求工程（三）快速原型制造（四）激光加工技術激光加工具有以下特點：1加工范圍廣2操作簡單方便3適用于精微加工4激光頭不需要過分靠近難于接近的地方去進行切削和加工，甚至可以利用光纖傳輸進行遠距離遙控加工。5加工速度快、效率高、變形小6可控性好，易于實現(xiàn)

10、自動化激光加工在以下幾方面得到了日益廣泛的應用1激光打孔2激光切割3激光焊接4激光表面熱處理5精密測量6快速原型制造三、三坐標測量機三坐標測量機是集成了精密機械、電子技術、計算機技術、光學等先進技術而發(fā)展起來的一種高效的幾何量精密測量機。（一）三坐標測量機的用途1多種幾何量測量2設計一體化3實物程序編制（二）三坐標測量機的類型1按功能水平可分為：（1）數(shù)顯及打字型：用手動或機動測量，測量結果需人工處理，配有數(shù)顯裝置和打印機。（2）微機型：測量仍用手動或機動，測量結果由微型計算機處理。（3）計算機數(shù)控型：可按程序通過計算機數(shù)控系統(tǒng)進行自動測量。這是目前主要的常用機型。2按結構（總體布局）形式可分

11、為：（1）懸臂式：又可分為Z架移動式和Y架移動式。這種結構的特點是工作面開闊，有利于測量操作，缺點是易變形。（2）橋式：優(yōu)點是剛性好，缺點是橋框立柱限制了工件的裝卸。這種結構適宜用于大型測量機。（3）龍門式：又可分為龍門移動式和龍門固定式。龍門移動式便于工件的裝卸，操作性能好，尤其適用于大型、重型工件的測量。龍門固定式的龍門剛度大，結構穩(wěn)定性好，但不宜用于測量重型工件，否則，工作臺移動時的慣性太大。（4）鏜床式：又可分為坐標鏜床式和臥式鏜床式。前者測量范圍小，但精度較高。后者適合于完成與工作臺面垂直的工件端面上的檢測項目。3按測量方式可分為：（1）接觸式：（2）非接觸式：4按精度可分為：（1）

12、精密萬能型：（2）普通生產(chǎn)型：（三）測量系統(tǒng)三坐標測量機上測量系統(tǒng)的主要部件是測量頭和側長系統(tǒng)。1測量頭三坐標測量機的測量精度和效率與測量頭密切相關。目前常用的測量頭有以下幾種。（1）機械接觸式測頭（硬測頭） （基本上已淘汰）（2）電氣式測頭 根據(jù)其原理和功能可分為動態(tài)式和靜態(tài)式兩種。是目前應用最廣的一種 1）動態(tài)測頭 2）靜態(tài)測頭（3）光學非接觸式測頭 可用于對空間曲面、軟體表面、光學刻線等的測量，尤其是不能用機械測頭和電氣測頭測量的工件，只能用光學非接觸式測頭。（四）常用測量方法1點位測量常用于測量對象是由簡單幾何面構成的普通機械零件。點位測量時對測量頭的控制方式有3種。（1）人工控制（2

13、）全自動控制（3）半自動控制2連續(xù)掃描測量常用來測量曲面。測量曲面時，測量機能對以下5種掃描輪廓線類型進行控制和數(shù)據(jù)處理。（1）掃描輪廓線位于一個通過測量頭軸線的平面內。（2）掃描輪廓線構成的平面與測量頭垂直。（3）掃描輪廓線沿一個柱面。（4）掃描輪廓線所在平面既不通過也不垂直于測量頭軸線。（5）掃描輪廓線既不位于平面也不沿一個柱面。四、工業(yè)機器人 機器人是涉及機械學、傳感器技術、驅動技術、控制技術、通信技術和計算機技術的一門綜合性高新技術，既是光機電一體化的重要基礎，又是光機電一體化的典型代表。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，工業(yè)機器人主要用于多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化系統(tǒng)中，因此，在FMS、CIMS和

14、其它機電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應用，成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)中不可缺少的重要組成部分。（一）工業(yè)機器人的基本概念（二）工業(yè)機器人的組成1操作機構2控制系統(tǒng) 3驅動系統(tǒng)4位置檢測系統(tǒng)5人工智能系統(tǒng)6行走機構7機身（三）工業(yè)機器人的分類（四）工業(yè)機器人的應用（五）工業(yè)機器人的特點（六）工業(yè)機器人的性能特征1自由度2工作空間3抓舉重力4運動速度5位置精度（七）工業(yè)機器人的機械結構1手部結構（1）夾持類手部 利用夾鉗的開閉來夾緊和抓取工件，按其結構可分為：兩指或多指、回轉和平移、外夾和內撐等多種形式。（2）吸附類手部 利用真空吸力及負壓吸力吸持工作，適用于抓取薄片工件，吸盤由橡膠或塑料制成。（3）專用工具2

15、手臂結構3碗部結構（八）工業(yè)機器人的控制原理（九）工業(yè)機器人的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀及趨勢1發(fā)展歷史2現(xiàn)狀3發(fā)展趨勢精良機器人微型機器人智能機器人五、計算機集成制造系統(tǒng)（一）計算機集成制造系統(tǒng)的概念及組成計算機集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是在自動化技術、信息技術和制造技術的基礎上，通過計算機及其軟件，將制造工廠全部生產(chǎn)活動所需的各種分散的自動化系統(tǒng)有機地集成起來，所形成的一種適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的高柔性的先進制造系統(tǒng)。CIMS的核心是實現(xiàn)企業(yè)信息集成，使企業(yè)實現(xiàn)動態(tài)總體優(yōu)化，達到產(chǎn)品上市（T）快，質量（Q）高、成本（C）

16、低、服務（S）好、環(huán)境（E）清潔。從而提高企業(yè)的競爭能力與生存能力。計算機集成制造系統(tǒng)又稱計算機綜合制造系統(tǒng)，它是在網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫支持下，由以計算機輔助設計為核心的工程技術信息處理系統(tǒng)、計算機輔助制造為中心的加工、裝配、檢測、儲運、質量監(jiān)控自動化工藝系統(tǒng)和經(jīng)營管理信息系統(tǒng)等所組成的綜合體。（二）CIMS的經(jīng)濟效益 一個制造型企業(yè)采用CIMS，概括地講可以提高企業(yè)的整體效率，具體而言，體現(xiàn)在以下幾個方面：1在工程設計自動化方面，便于開發(fā)技術含量高和結構復雜的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品設計質量、縮短產(chǎn)品設計和工藝設計的周期，加速產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度，及時滿足用戶需求，從而能盡早占領市場。2在制造自動化方面，可提高產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)能力，加強了產(chǎn)品制造的質量和柔性，提高了設備的利用率，縮短了產(chǎn)品制造周期，增強了產(chǎn)品供貨能力。3在經(jīng)營管理方面，使企