第9章現代機械制造技術9.1概述9.2數字化設計與制造技術9.3先進生產模式9.4自動化制造系統1機械工程學院機械制造根底9.1概述先進制造技術：是將制造技術、信息技術、現代管理技術綜合應用于產品設計、加工、檢測、管理、銷售、使用、效勞乃至回收的全過程，以實現優質、高效、低耗、清潔、靈活生產，提高對動態多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱。美國21世紀制造企業開展戰略“當前正在發生的制造業的轉變，對美國社會的影響是深遠的〞?！叭澜缰饕髽I都要建立一個從大規模生產向敏捷制造轉變的模式，這種情況為美國恢復其在70年代和80年代失去的領導地位提供了一次難得的時機〞。美國“必須立即采取行動，奪回美國在制造業中的世界領導地位〞。2機械工程學院機械制造根底現代制造企業面臨的全球競爭經濟和社會的開展科學和技術的進步消費需求多樣化資源問題環境問題3機械工程學院機械制造根底現代制造企業經營戰略的變化70年代以前：本錢(C)70年代－80年代：質量(Q)80年代－90年代初：交貨期(T)90年代－90年代末：效勞(S)21世紀：環境(E)，知識創新(K)4機械工程學院機械制造根底生產方式的演變大批量生產剛性制造線多品種小批量柔性制造大批量定制敏捷制造信息化程度網絡化設計制造1960s′1980s′2000s′5機械工程學院機械制造根底全面提升企業競爭力的五大要素企業動態聯盟協同設計制造高質量(客戶滿意度高)低成本服務好對環境危害小新產品上市快QCTES6機械工程學院機械制造根底現代制造技術的開展新材料新技術：高強度高性能合金、陶瓷、復合材料加工精密化：常規0.01mm→1μm→0.1μm→0.01μm→1nm高效自動化：自動化加工技術、高速加工、快速制造管理科學化與信息化：人才管理、質量管理、資源管理、知識管理7機械工程學院機械制造根底9.2數字化設計與制造數字化設計與制造是指利用數字化技術完成產品設計和制造的全過程，包括了產品3D設計、虛擬裝配、仿真、虛擬制造、虛擬檢測和通過數字化機床加工出實際的產品。實施先進制造技術的首要目標是經濟效益，現有條件那么是實施的根底，因此，先進一定要適用才能產生效益。綜觀國內外先進制造技術的現狀和開展可以看出，數字化設計與制造是先進制造技術的核心技術，是實施其它先進制造技術的平臺。8機械工程學院機械制造根底9.2數字化設計與制造數字化技術是指以計算機硬件、軟件、信息存儲、通信協議、周邊設備和互聯網絡等為技術手段，以信息科學為理論根底，包括信息離散化表述、掃描、處理、存儲、傳遞、傳感、執行、物化、支持、集成和聯網等領域的科學技術集合。數字化技術和各種專業技術相融合就形成了各種數字化專業技術，如數字化制造技術、數字化設計技術、數字化視聽技術等。相對傳統制造技術，數字化制造技術是一項融合數字化技術和制造技術，且以制造工程科學為理論根底的重大的制造技術革新，是先進制造技術的核心，有廣闊的應用前景。9機械工程學院機械制造根底國家“制造業信息化工程〞：制造業占傳統產業產值總量的80％；投資百億元打造“制造業信息化工程〞抓好5個數字化，建2000個數字化企業。制造業信息化的內涵是將信息技術、自動化技術、現代管理技術與制造技術相結合，建造現代化的新興制造業，全面提升我國制造業的國際競爭力。我國“制造業信息化工程〞將突出抓好5個數字化：數字化設計、數字化生產、數字化裝備、數字化管理、數字化企業。9.2數字化設計與制造10機械工程學院機械制造根底數字化設計制造技術主要內涵數字化技術和制造技術不斷融合形成數字化制造技術：以CAD／CAE／CAPP／DFx／VM／RE／RP／CAM以及成型和加工工藝仿真等為主體的上游骨干技術群。由NC／NGC／MC／CNC／DNC／FMC／FMS／Web—based制造、無圖紙制造和機器人、物流系統等組成的下游數字控制制造技術群。以IGES、STEP、MRPII、ERP、MIS、PDM、TDM、工程數據庫和因特網等為主體的制造信息支持技術群11機械工程學院機械制造根底9.3先進生產模式生產模式是指企業的勞務、資源〔包括能源、物料、裝備、技術、信息與知識〕、資本金、企業營銷、企業組織與生產管理等要素的存在狀態及其動態運作方式。制造企業的生產模式也稱為制造模式。先進生產模式的特點(1)注重管理體制的革新；(2)注重充分發揮人的作用；(3)特別強調計算機的應用等。12機械工程學院機械制造根底9.3先進生產模式先進生產模式開展的動因產品更新換代加快、交貨期已成為主要的競爭因素用戶需求的多樣化和個性化逐漸成為世界的潮流多品種小批量生產比例增大大市場和大競爭13機械工程學院機械制造根底先進生產模式的形式標準化與互換性成組技術柔性制造準時制生產精益生產計算機集成制造敏捷制造并行工程網絡制造全球制造智能制造14機械工程學院機械制造根底計算機集成制造系統CIMSCIMS是根據CIM理念研發的計算機化、信息化、智能化、集成優化的制造系統，稱為計算機集成制造系統，或現代集成制造系統。CIMS是以系統工程理論為指導，強調信息集成和適度自動化，以過程重組和機構精簡為手段，在網絡和數據庫支持下，將制造企業的全部要素(人、技術、管理)和全部經營活動集成為一個有機的整體，實現以人為中心的柔性化生產，使企業在新產品開發、制造、質量、本錢、相關效勞、交貨期和環境保護等方面均取得整體最正確的效果。15機械工程學院機械制造根底精益生產LP精益生產定義—貫徹以人為中心的思想，通過系統結構調整，精簡生產過程中一切無用、多余的東西，使生產系統能很快適應用戶需求的不斷變化，并能最終到達包括市場供銷在內的生產的各方面最好的結果。16機械工程學院機械制造根底精益生產的體系結構把精益生產比做一座大廈，其根底是在計算機網絡支持下的、以小組化工作的并行工作方式。其支柱是：(1)全面質量管理；(2)準時生產和零庫存；(3)柔性成組技術；(4)企業重組，精簡化；(5)以人為中心，充分發揮人的主觀能動性。這座大廈的屋頂就是精益生產體系。17機械工程學院機械制造根底并行工程并行工程是一種綜合經營、工程和管理的哲理、指導思想、方法論和工作模式。美國國防分析研究所(IDA)的定義：“并行工程是對產品及其相關過程(包括制造過程和支持過程)進行并行、一體化設計的一種系統化的工作模式。這種模式力圖使開發者從一開始就考慮到產品生命周期(從概念形成到產品報廢)中的所有因素，包括質量、本錢、進度與用戶需求等。〞18機械工程學院機械制造根底串行過程和并行工程的比較〔a〕串行開發流程概念設計詳細設計過程設計原型制造

及測試生產制造修改反饋頻繁產品生命周期〔b〕并行開發流程概念設計詳細設計過程設計原型制造

及測試生產制造對結構和功能的改進意見可加工性評價、

質量評估定位裝夾可行性評估幾何、特征、精度工藝過程、NC程序、裝夾方案減少反饋次數縮短的產品開發時間19機械工程學院機械制造根底9.4自動化制造系統9.4.1大批量生產機械制造系統自動化單機自動化

通用自動機機床床和半自動機床

組合機床單機

專用機床單機

普通機床自動化改造如：簡易數控機床20機械工程學院機械制造根底機械加工自動線組成：自動機床、專用機床、組合機床、工件輸送和轉位裝置、切屑輸送裝置、專用夾具及控制系統等。綜合自動化系統在單機自動化和自動線根底上，增加工件檢驗、熱處理、清洗、裝配、噴涂、包裝等整個生產過程自動化。21機械工程學院機械制造根底9.4.2多品種、中小批量生產制造自動化數控機床〔NC〕l

組成：主機、伺服系統、數控裝置和輸入裝置l

控制方式：〔1〕運動控制：點動控制、直線控制、輪廓控制〔2〕伺服系統：開環控制、閉環控制、半閉環控制〔3〕數控裝置l

特點：〔1〕加工精度高、穩定〔2〕自動化程度高〔3〕適應性強〔4〕便于自動化管理l

CNC：計算機數控機床l

MC〔加工中心〕：帶刀庫和自動換刀裝置的多工序加工數控機床其開展趨勢：功能強、速度快、精度高22機械工程學院機械制造根底由有臺或多臺計算機控制多臺數控機床實施綜合控制DNC系統柔性制造單元〔FMC〕加工中心配托盤交換系統數控機床配工業機器人23機械工程學院機械制造根底自動化物流系統柔性制造系統〔FMS〕自動化制造系統自動化控制系統：各局部的協調管理和控制24機械工程學院機械制造根底9.4.3快速制造快速成型制造RP快速成型〔Rapidprototyping〕技術是由CAD三維模型數據直接驅動，集成現代CAD技術、數控技術、激光技術、材料技術等，快速制造任意復雜形狀三維物理實體的技術。快速成型特點快速成型工藝具有高柔性、快速性、高自動化，無需任何工裝、模具投入，成型條件幾乎與工件復雜程度無關等特點?？焖俪尚蛻每焖俪尚图夹g極大的縮短了產品開發周期，降低了設計風險，成倍降低了產品開發費用，已廣泛應用于新產品開發過程中的外觀造型驗證與結構、裝配驗證，精密鑄造、模具制造、產品市場開拓、宣傳等領域。25機械工程學院機械制造根底快速成型工藝1〕立體印刷SLA：液態光敏樹脂選擇性固化。2〕分層實體制造LOM：薄形材料選擇性切割并粘接。3〕選域激光燒結SLS：粉末材料(如蠟粉、PS粉、ABS粉、尼龍粉、覆膜陶瓷和金屬粉等)選擇性激光燒結。變長線掃描SLSRPT：將SLS中CO2激光束光斑變為相同能量密度的可控細長線束進行激光燒結。高功率激光二極管線陣燒結SLSRPT：用假設干個二極瞥通過光纖藕合后，將光纖輸出端精密地排列成線陣代替CO2激光束。26機械工程學院機械制造根底快速成型工藝4〕熔融沉積造型FDM：絲狀材料選擇性熔覆。5〕三維打印3D-P：粉末材料選擇性粘結。6〕固基光敏液相法SGC：光敏液掩膜紫外光曝光，空隙處填充蠟料并磨平。7〕熱塑性材料選擇性噴灑：噴灑熔化的熱塑性材料和蠟在工作臺基底上迅速冷卻后形成固態截面層，再銑平上外表。現有的工藝方法中，立體印刷SLA〔光敏樹脂固化〕精度最高〔±0.1mm〕，外表質量最好〔6.3μm〕。27機械工程學院機械制造根底快速模具制造技術RTRT技術是一種用高新制造技術改造傳統制造技術的技術，它包括用硅橡膠、金屬粉、環氧樹脂粉、低熔點合金等方法將RP原形準確地復制成簡易模具，這種模具的壽命是50—1000件，適宜產品試制階段。對制造長壽命的鋼制模具，它是由原形翻制三維研具，用研具研磨整體石墨電極，再用電極在電火花機床上加工鋼模具。工藝的特點是快速高效，耗時僅為傳統制