先進制造技術CAI34學時總結

先進制造技術

總結二零一四年十一月1目錄第1章緒論第2章現(xiàn)代產品開發(fā)設計技術第3章現(xiàn)代工藝規(guī)劃技術第4章計算機輔助制造技術第5章消費規(guī)劃制定第6章柔性制造和智能制造系統(tǒng)第7章高速加工技術第8章非傳統(tǒng)加工技術第1章緒論1.1制造業(yè)開展現(xiàn)狀1.1.1制造和制造業(yè)1.1.2制造業(yè)的開展歷程及目的1.2先進制造技術的概念與特點1.2.1先進制造技術的定義1.2.2先進制造技術的特點1.3先進制造技術的體系與分類1.3.1先進制造技術的體系構造1.3.2先進制造技術的分類1.4先進制造技術的目的是獲得競爭優(yōu)勢第1章緒論1.1制造和制造業(yè)制造：把原資料變換成所希望的有用產品的過程，包括市場分析、規(guī)劃設計、加工裝配、營銷效力和回收處置。制造系統(tǒng)三要素:硬件、軟件、人員制造業(yè)：制造業(yè)是指對制造資源〔物料、能源、設備、工具、資金、技術、信息和人力等〕，按照市場要求，經過制造過程，轉化為可供人們運用和利用的工業(yè)品與生活消費品的行業(yè)。第1章緒論1.2先進制造技術的概念與特點先進制造技術定義是不斷吸收機械、電子、信息、能源和現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其運用于產品的全生命周期中，以實現(xiàn)高效(Time)、優(yōu)質(Quality)、低耗(Cost)、及時(Service)、清潔(Environment)，提高對市場的順應才干和競爭才干的制造技術的總稱。先進制造技術的特點系統(tǒng)性、集成性、動態(tài)開展性、前瞻性第1章緒論1.3先進制造技術的體系與分類先進制造技術的體系包括設計、制造技術的主技術群；支撐技術群；制造技術環(huán)境。先進制造技術的分類按技術等級分類根底技術、新型單元技術、集成技術按學科分類現(xiàn)代設計技術、先進制造技術、自動化技術、系統(tǒng)管理技術第2章現(xiàn)代產品開發(fā)設計技術2.1產品設計概述2.2數字化外型技術2.3仿真分析技術2.1.1典型設計實際和設計方法產品設計理論方法系統(tǒng)化設計實際公理化設計實際通用化設計實際TRIZ實際計算機輔助設計優(yōu)化設計可靠性設計有限元設計工業(yè)藝術外型設計反求工程設計模塊化設計類似設計強壯設計三次設計思想方式和根本規(guī)律設計詳細指南和根據設計是指為了完成某項任務而制定的方案和意圖。手段設計工具和技術2.2數字化外型技術數字化設計：用數學方法在計算機中表達物體的外形、屬性及其相互關系和模擬特定形狀。數字化設計的中心內容：產品外型——形體在計算機內部的表示——以一定構造的數據來描畫和表示三維物體的幾何信息和拓撲信息。幾何外形：用數學方法在計算機中表達物體的外形和大小。拓撲信息：表達幾何實體中頂點、邊、面的銜接關系。2.2數字化外型技術三維外型：線框外型：用一系列空間直線、圓弧和點描畫模型的輪廓，在計算機中生成三維映像的方法。---數據存儲量小,計算量少,但圖形含意不確切,不能反映體積、面積、慣性矩等幾何特征。曲面外型：用曲線和曲面來擬合和逼近物體外表的方法。實體外型：以幾何外型為根底的實體外型方法。---構造實體幾何法〔CSG〕、邊境表示法〔B-rep〕。特征外型：包含精度、資料、熱處置、裝配、性能分析等制造信息的外型方法。工程特征定義：狹義工程特征：三維模型具有實體體素的拓撲關系的特征。廣義工程特征：三維模型具有幾何、拓撲、精度、資料、熱處置裝配、性能分析等信息的特征。參數外型：用尺寸約束、拓撲約束、工程〔應力、性能〕約束等定義和修正幾何模型的方法。---基于特征、全尺寸約束、全數據相關。2.３仿真分析技術仿真分析技術通稱為計算機輔助工程CAE(ComputerAidedEngineering〕。是用計算機輔助求解復雜工程和產品構造強度、剛度、屈曲穩(wěn)定性、動力呼應、熱傳導、三維多體接觸、彈塑性等力學性能的分析計算以及構造性能的優(yōu)化設計等問題的一種近似數值分析方法。2.３仿真分析技術CAE系統(tǒng)的中心思想是構造的離散化，即將實踐構造離散為有限數目的規(guī)那么單元組合體，實踐構造的物理性能可以經過對離散體進展分析，得出滿足工程精度的近似結果來替代對實踐構造的分析，這樣可以處理很多實踐工程需求處理而實際分析又無法處理的復雜問題。有限元分析是利用數學近似的方法對真實物理系統(tǒng)〔幾何和載荷工況〕進展模擬。它利用簡單而又相互作用的單元元素，用有限數量的未知量去逼近無限未知量的真實系統(tǒng)。2.３仿真分析技術有限元分析計算步驟物體離散化單元特性分析和計算單元組集求解方程有限元運用用于工程中的復雜問題求解，如設計中的靜態(tài)分析、動態(tài)分析、熱特性分析等。通用程序：NASTARN,ANSYS,ASKA,SAP。第3章現(xiàn)代工藝規(guī)劃技術〔CAPP〕3.1計算機技術在工藝設計中的運用3.2修訂式CAPP系統(tǒng)3.3生成式CAPP系統(tǒng)3.4專家系統(tǒng)CAPP3.5CAPP技術的開展趨勢3.1計算機技術在工藝設計中的運用工藝規(guī)劃定義也叫消費工藝流程，是指在消費過程中，利用消費工具將各種原資料、半廢品經過一定的設備、按照一定的順序延續(xù)進展加工，最終使之成為廢品的方法與過程。工藝規(guī)劃的原那么技術先進和經濟上的合理。CAPPCAPP借助于計算機軟硬件技術和支撐環(huán)境，利用計算機進展數值計算、邏輯判別和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。3.5CAPP技術的開展趨勢各類CAPP的特點對比CAPP類型原理適用條件修訂式按零件形狀相似特征劃分零件族,由工藝屬性制定標準工藝規(guī)程零件族數較少，族內零件項數較多，零件種類和批量相對穩(wěn)定。生成式將的推理和決策方法轉換成決策模型、算法及程序代碼，自動生成零件的工藝規(guī)程。系統(tǒng)自動化程度較高,智能化程度較高。專家系統(tǒng)模擬人類專家解決問題的推理方式和思維過程，對現(xiàn)實中的問題作出判斷和決策。智能化程度高,解決復雜而專門的問題，沒有確定的算法。第4章計算機輔助制造技術4.1計算機輔助制造的根本概念4.2數控加工程序編制4.3計算機輔助質量控制4.4加工過程監(jiān)控4.1計算機輔助制造的根本概念計算機輔助制造〔CAM，computer-aidedmanufacturing〕是指在機械制造業(yè)中，利用電子數字計算機經過各種數值控制機床和設備，自動完成離散產品的加工、裝配、檢測和包裝等制造過程。國際計算機輔助制造組織關于計算機輔助制造有一個廣義的定義：“經過直接的或間接的計算機與企業(yè)的物質資源或人力資源的聯(lián)接界面，把計算機技術有效地運用于企業(yè)的管理、控制和加工操作。〞計算機輔助制造的中心是計算機數值控制(簡稱數控)。數控的特征是由程序指令來控制機床。改動程序指令就可改動加工過程，數控的這種加工靈敏性稱之為“柔性〞。4.2數控加工程序編制4.2.2數控機床程序編制的內容和步驟三、數控機床程序編制的內容和步驟數控加工程序編制含蓋“分析零件圖樣〞到“程序檢驗〞的全過程。4.3計算機輔助質量控制質量控制(QualityControl)是為到達質量要求所采取的作業(yè)技術和活動。計算機輔助質量控制〔ComputerAidedQuality,CAQ)是在傳感技術、信號處置技術、計算機技術的根底上，經過計算機及其軟件，實如今加工過程中的質量數據的獲取、處置、分析，并對加工過程進展有效的控制，從而保證產品加工質量滿足設計要求。計算機輔助質量控制應貫穿于產品構成的全過程，即包括營銷和市場調查、過程謀劃與開發(fā)、產品設計與采購、消費或效力提供、驗證、安裝和儲存、銷售和分發(fā)、安裝和投入運轉、技術支持和效力、用后處置等各個環(huán)節(jié)或階段的質量控制。4.4加工過程監(jiān)控加工過程監(jiān)控為確保消費過程處于受控形狀，對直接或間接影響產質量量的消費、安裝和效力過程所采取的作業(yè)技術和消費過程的分析，診斷和監(jiān)控。第5章消費方案制定5.1概述5.2消費方案的制定5.3物料需求方案5.4企業(yè)資源方案5.5高級方案排程系統(tǒng)5.1消費方案制定概述消費方案定義：消費方案是關于企業(yè)消費運作系統(tǒng)總體方面的方案，是企業(yè)在方案期應到達的產品種類、質量、產量和產值等消費義務的方案和對產品消費進度的安排。消費方案是指點企業(yè)方案期消費活動的綱領性方案。消費方案按決策層面分為三大類：總消費方案——戰(zhàn)略層方案：企業(yè)高層指點擔任，確定總目的，提供所需資源。主消費方案——管理層方案：主管消費部門擔任，提出消費目的和產品義務方案。消費作業(yè)方案——作業(yè)層方案：車間班組擔任，配置設備和人力。5.2.2消費方案任務的內容編制消費方案的預備確定各項方案目的消費才干的核算與平衡確定產品的消費進度組織和檢查消費方案的實施5.3物料需求方案物料需求MRP方案：是基于計算機技術,決策相關物料的數量和訂貨時間以滿足主消費方案的方案。閉環(huán)MRP方案：在MRP根底上，結合采購方案、車間作業(yè)方案、消費才干方案而構成的方案。制造資源MRPⅡ方案把消費、庫存、采購、銷售、財務、本錢等子系統(tǒng)都聯(lián)絡起來，逐漸成為一個覆蓋企業(yè)全部消費資源的管理信息系統(tǒng)的方案。5.4企業(yè)資源方案企業(yè)資源方案〔EnterpriseResourcePlanning，ERP〕將企業(yè)的財務、采購、消費、銷售、庫存和其它業(yè)務功能整合到一個信息管理平臺上，從而實現(xiàn)信息數據規(guī)范化，系統(tǒng)運轉集成化、業(yè)務流程合理化、績效監(jiān)控動態(tài)化、管理改善繼續(xù)化，預測在今后信息時代企業(yè)管理信息系統(tǒng)的開展趨勢和即將發(fā)生變革。5.5高級方案排程系統(tǒng)高級方案系統(tǒng)〔APS，AdvancedPlanningandScheduling〕被譽為供應鏈優(yōu)化引擎，用于協(xié)調物流、開發(fā)瓶頸資源和保證交貨日期。APS是企業(yè)信息中樞ERP系統(tǒng)的補充。APS內容：包括需求和供應方案、運輸方案、消費方案和排程、分銷方案等各種模塊。APS的目的：追求消費方案優(yōu)化和才干的平衡。討論在滿足約束條件的前提下，獲得制造時間和本錢最優(yōu)化。能協(xié)助制造企業(yè)高效地控制消費方案。第6章柔性制造和智能制造系統(tǒng)6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)6.5柔性制造系統(tǒng)實例6.6智能制造系統(tǒng)6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.1.2FMS的定義和組成柔性制造系統(tǒng)flexiblemanufacturingsystem;FMS定義：在成組技術的根底上，以多臺(種)數控機床或數組柔性制造單元為中心，經過自動化物流系統(tǒng)將其聯(lián)接，一致由主控計算機和相關軟件進展控制和管理，組成多種類變批量和混流方式消費的自動化制造系統(tǒng)。6.1柔性制造系統(tǒng)概述6.1.2FMS的定義和組成FMS組成：6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.2.1FMS對機床的要求與配置FMS對機床的要求：〔l〕工序集中〔2〕高柔性和高消費率〔3〕控制功能強、可擴展性好〔4〕具有通訊接口6.2柔性制造系統(tǒng)中的加工系統(tǒng)6.2.2機床輔具與自動上下料安裝機床夾具組合夾具：利用規(guī)范化夾具零部件快速拼裝所需夾具；柔性夾具：一部夾具能為多個加工對象效力。托盤〔Pallet〕承載工件和夾具完成加工義務，是各加工單元間的硬件接口。自動上下料安裝托盤交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物料運儲系統(tǒng)橋梁；工業(yè)機器人：具有較大的柔性度。6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.3.1工件流支持系統(tǒng)系統(tǒng)的構成運輸系統(tǒng)的根本回路自動導向小車AGV自動化倉庫6.3柔性制造系統(tǒng)中的物流系統(tǒng)6.3.2刀具流支持系統(tǒng)刀具流系統(tǒng)組成及其管理刀具預調站設在FMS之外，按要求對刀具進展裝配和調整；刀具裝卸站是刀具進出FMS入口，多為排架式框架構造；刀具庫系統(tǒng)存放當前加工所需的機床刀庫，容量??；存放各加工單元共享的中央刀庫，容量大；刀具運載交換安裝擔任刀具運輸和交換，適時向加工單元提供所需刀具；計算機控制管理系統(tǒng)控制刀具運輸、存儲和管理，監(jiān)控管理刀具的運用，及時取走已報廢或壽命已耗盡的刀具。6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)6.4.1FMS系統(tǒng)的控制方式——遞階控制遞階控制構造：將復雜系統(tǒng)分層分模塊設置，各層相對獨立，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護。遞階控制特點：愈往底層，實時性愈強；愈到上層，處置信息量愈大，實時性要求愈小。FMS三層遞階控制構造系統(tǒng)管理與控制層〔單元控制層〕-接受上級義務，制定系統(tǒng)作業(yè)方案，進展義務分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行；過程協(xié)調與監(jiān)控層〔任務站層〕-加工程序分配、協(xié)調工件流動、運轉形狀采集監(jiān)控、向上層反響信息；設備控制層-控制設備任務循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令，反響現(xiàn)場數據。6.4柔性制造系統(tǒng)中的控制與管理系統(tǒng)控制系統(tǒng)的特點：在上述三級遞階控制構造中，每層的信息流都是雙向流動的：向下可下達控制指令，分配控制義務，監(jiān)控下層的作業(yè)過程；向上可反響控制形狀，報告現(xiàn)場消費數據。在控制的實時性和處置信息量方面，各層控制計算機是有所區(qū)別的：愈往底層，其控制的實時性要求愈高，而處置的信息量那么愈??；愈到上層，其處置信息量愈大，而對實時性要求那么愈小。6.6.2智能制造系統(tǒng)的含義和特征智能制造系統(tǒng)的含義智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能以一種高度柔性與集成不高的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動進展分析、推理、判別、構思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。同時，搜集、存貯、共享、完善、集成和開展人類專家的智能。6.6.2智能制造系統(tǒng)的含義和特征智能制造系統(tǒng)的特征自律能力人機一體化虛擬現(xiàn)實技術自組織與超柔性學習能力與自我維護能力第7章高速加工技術7.1高速加工技術概述7.2高速切削刀具7.3高速切削加工機床7.4高速切削加工工藝7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的定義〔HighSpeedMachining〕幾種高速加工的權威定義:CIRP〔國際消費工程研討院〕切削委員會1978年提出：切削速度為500-7000m/min的加工為高速切削；德國Darmstadt工業(yè)大學消費工程與機床研討所〔PTW〕提出：切削速度和進給速度為普通切削的5～10倍的加工為高速加工。根據Salomon高速切削實際：切削溫度不再隨切削速度的提高而上升，且以高切削速度、高進給速度為主要特征的切削加工為高速加工。7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的特點生效率高高速切削加工允許運用較大的進給率，比常規(guī)切削加工提高5～10倍，單位時間資料切除率可提高3～6倍。切削力低高速切削切削深度和切削寬度小，因此切削力較小，與常規(guī)切削相比，切削力至少可降低30%，適宜加工剛性較差的零件加工。

加工質量得到提高。精度高由于切削深度、切削寬度和切削力都很小，使得刀具、工件變形小，保證了尺寸的高精度和低粗糙度加工。7.1高速加工技術概述7.1.2高速切削加工的定義及特點高速切削加工的特點能耗低由于單位功率的金屬切除率高，所以加工能耗低，符合可繼續(xù)開展的要求。簡化加工工藝流程。常規(guī)切削加工不能加工淬火后的資料，淬火變形必需進展人工修整或經過放電加工處理。高速切削那么可以直接加工淬火后的資料，在很多情況下可完全省去放電加工工序，消除了放電加工所帶來的外表硬化問題，減少或免除了人工光整加工。切削加工的開展方向是高速切削加工，在興隆國家，它正成為切削加工的主流。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求刀具資料高強度、高硬度、高韌性高切削速度會導致切削溫度的急劇升高，因此，要求刀具資料具有很高的高溫力學性能。高的耐熱性、抗熱沖擊性能要求刀具資料的熔點高、氧化溫度高。高熱硬性、耐腐蝕和化學穩(wěn)定性刀具資料應能順應難加工資料和新型資料加工的需求目前的刀具資料主要有金剛石、立方氮化硼、陶瓷刀具、TiCN基硬質合金刀具〔金屬陶瓷〕、涂層刀具和超細硬質合金刀具等。7.2高速切削刀具7.2.1高速切削對刀具的要求刀具構造和幾何參數刀具應具有很好的斷屑、卷屑和排屑性能。切削塑性資料時切屑易產生折斷與卷曲，將纏繞在刀具或工件上，影響工件的外表加工質量，妨礙數控加工的正常