課題二十九-現(xiàn)代制造技術(shù)簡介1

1、課題二十九 現(xiàn)代制造技術(shù)簡介【教學(xué)目的和要求】 了解現(xiàn)代制造技術(shù)中的新概念新模式及與本專業(yè)有關(guān)的典型事例，目的是擴(kuò)大學(xué)生的知識面，增加感性認(rèn)識，為今后進(jìn)一步學(xué)習(xí)和應(yīng)用相關(guān)知識和技術(shù)打下一定的基礎(chǔ)?！窘虒W(xué)內(nèi)容摘要】 本課題內(nèi)容主要包括：現(xiàn)代制造技術(shù)概論（基礎(chǔ)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(biāo)測量機(jī)、工業(yè)機(jī)器人、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（含柔性制造系統(tǒng)）等典型實(shí)例?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：數(shù)控加工、三坐標(biāo)測量機(jī)、工業(yè)機(jī)器人；教學(xué)難點(diǎn)：本課題內(nèi)容為一般性介紹，不涉及更深的知識，因此沒有教學(xué)難點(diǎn)?！窘虒W(xué)方法和使用教具】教學(xué)方法：講授法與討論法想結(jié)合。通過讓學(xué)生先觀看部分錄 象，具

2、有了一定的感性認(rèn)識后，再利用CAI課件講解。在講解過程中，適當(dāng)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?！窘虒W(xué)時數(shù)】 4學(xué)時【教學(xué)內(nèi)容】一、先進(jìn)制造技術(shù)概論（一）制造業(yè)及制造技術(shù) 所謂制造業(yè)是指將制造資源通過制造過程轉(zhuǎn)化為可供人們使用和利用的工業(yè)產(chǎn)品、生活消費(fèi)品的行業(yè)。它涉及到國民經(jīng)濟(jì)的許多部門，是國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，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(jì)的基礎(chǔ)上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競爭優(yōu)勢的，它強(qiáng)調(diào)資源的有效利用，以降低成本獲得高質(zhì)量和高效率，其生產(chǎn)贏利是靠機(jī)器取代人力、復(fù)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(yīng)用的技術(shù)統(tǒng)稱為制造技術(shù)。人類社會已進(jìn)入21世紀(jì)，產(chǎn)品、市場和環(huán)境都呈現(xiàn)出下面所述的新的特點(diǎn)： 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(zhì)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(yīng)市場的變化，必須提高柔性化8對人的知識、技術(shù)和綜合素質(zhì)要求越來越高9增強(qiáng)環(huán)境保護(hù)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(diǎn)，使得制造技術(shù)也出現(xiàn)了新的特點(diǎn)。實(shí)際上兩者是相輔相成、互相促進(jìn)的。制造技術(shù)的新特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個方面：1信息技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)

4、的形成與發(fā)展，與信息技術(shù)的應(yīng)用和注入密切相關(guān)，使制造技術(shù)的技術(shù)含量大大提高，使傳統(tǒng)的制造技術(shù)發(fā)生了質(zhì)的變化。2現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，并行設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)等等。3成形制造技術(shù)和改性技術(shù)成形制造技術(shù)是鑄造、塑性加工、連接、粉末冶金等單元技術(shù)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(shù)的發(fā)展主要包括數(shù)控加工技術(shù)、超精密加工技術(shù)、超高速切削和新一代制造裝備的發(fā)展。5工藝設(shè)計(jì)和工藝模擬技術(shù)工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)判斷走向定量分析，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學(xué)。6專業(yè)、學(xué)科間的界限逐步淡化、消失7綠色制造將成為21世紀(jì)制造業(yè)的重要特征，主要體現(xiàn)在：綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)、

5、綠色制造技術(shù)、產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造三方面。8虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中獲得越來越多的應(yīng)用9信息技術(shù)、管理技術(shù)與工藝技術(shù)緊密結(jié)合，主要體現(xiàn)在：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的出現(xiàn)及應(yīng)用，并逐步向智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的方向發(fā)展。（二）先進(jìn)制造技術(shù)的概念先進(jìn)制造技術(shù)AMT(Advanced Manufacturing Technology)是為了適應(yīng)時代要求，不斷提高企業(yè)的競爭能力，對制造技術(shù)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(jìn)制造技術(shù)主要是指制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息（計(jì)算機(jī)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(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測

6、、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、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(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。（三）先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵及技術(shù)構(gòu)成 先進(jìn)制造技術(shù)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(shù)內(nèi)涵和構(gòu)成。對我國而言，它是一個多層次的技術(shù)群。先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵和層次及其技術(shù)構(gòu)成如下圖所示。1基礎(chǔ)技術(shù)第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少無污染基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少無污染基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心及重要組成

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

8、21世紀(jì)的技術(shù)系統(tǒng)，其目的是提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益，贏得激烈的市場競爭。（五）先進(jìn)制造技術(shù)中的四大領(lǐng)域先進(jìn)制造技術(shù)包括四大領(lǐng)域，它們橫跨多個學(xué)科，并組成一個有機(jī)整體。1現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)（1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。（2）性能優(yōu)良設(shè)計(jì)基礎(chǔ)技術(shù)。（3）競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術(shù)。（4）全壽命周期設(shè)計(jì)。（5）可持續(xù)性發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計(jì)。主要是綠色設(shè)計(jì)。（6）設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)。2先進(jìn)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(zhì)高效焊接及切割技術(shù)。（4）優(yōu)質(zhì)低耗潔凈熱處理技術(shù)。（5）高效高精機(jī)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(zhì)清潔表面工程技術(shù)。（9）快速模具制

9、造技術(shù)。（10）擬實(shí)制造成形加工技術(shù)。3自動化技術(shù)（1）數(shù)控技術(shù)。（2）工業(yè)機(jī)器人。（3）柔性制造系統(tǒng)FMS。（4）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。（5）傳感技術(shù)。（6）自動檢測及信號識別技術(shù)。（7）過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制。4系統(tǒng)管理技術(shù)（1）先進(jìn)制造生產(chǎn)模式。（2）集成管理技術(shù)。（3）生產(chǎn)組織方法。二、先進(jìn)制造技術(shù)典型應(yīng)用實(shí)例（一）數(shù)控加工技術(shù)（二）反求工程（三）快速原型制造（四）激光加工技術(shù)激光加工具有以下特點(diǎn)：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(jìn)行切削和加工，甚至可以利用光纖傳輸進(jìn)行遠(yuǎn)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(shí)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(yīng)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(biāo)測量機(jī)三坐標(biāo)測量機(jī)是集成了精密機(jī)械、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、光學(xué)等先進(jìn)技術(shù)而發(fā)展起來的一種高效的幾何量精密測量機(jī)。（一）三坐標(biāo)測量機(jī)的用途1多種幾何量測量2設(shè)計(jì)一體化3實(shí)物程序編制（二）三坐標(biāo)測量機(jī)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(jī)動測量，測量結(jié)果需人工處理，配有數(shù)顯裝置和打印機(jī)。（2）微機(jī)型：測量仍用手動或機(jī)動，測量結(jié)果由微型計(jì)算機(jī)處理。（3）計(jì)算機(jī)數(shù)控型：可按程序通過計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行自動測量。這是目前主要的常用機(jī)型。2按結(jié)構(gòu)（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(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是工作面開闊，有利于測量操作，缺點(diǎn)是易變形。（2）橋式：優(yōu)點(diǎn)是剛性好，缺點(diǎn)是橋框立柱限制了工件的裝卸。這種結(jié)構(gòu)適宜用于大型測量機(jī)。（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(jié)構(gòu)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(biāo)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(xiàng)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(biāo)測量機(jī)上測量系統(tǒng)的主要部件是測量頭和側(cè)長系統(tǒng)。1測量頭三坐標(biāo)測量機(jī)的測量精度和效率與測量頭密切相關(guān)。目前常用的測量頭有以下幾種。（1）機(jī)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(yīng)用最廣的一種 1）動態(tài)測頭 2）靜態(tài)測頭（3）光學(xué)非接觸式測頭 可用于對空間曲面、軟體表面、光學(xué)刻線等的測量，尤其是不能用機(jī)械測頭和電氣測頭測量的工件，只能用光學(xué)非接觸式測頭。（四）常用測量方法1點(diǎn)位測量常用于測量對象是由簡單幾何面構(gòu)成的普通機(jī)械零件。點(diǎn)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(jī)能對以下5種掃描輪廓線類型進(jìn)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(nèi)。（2）掃描輪廓線構(gòu)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(jī)器人 機(jī)器人是涉及機(jī)械學(xué)、傳感器技術(shù)、驅(qū)動技術(shù)、控制技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的一門綜合性高新技術(shù)，既是光機(jī)電一體化的重要基礎(chǔ)，又是光機(jī)電一體化的典型代表。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)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(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)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(jī)器人的基本概念（二）工業(yè)機(jī)器人的組成1操作機(jī)構(gòu)2控制系統(tǒng) 3驅(qū)動系統(tǒng)4位置檢測系統(tǒng)5人工智能系統(tǒng)6行走機(jī)構(gòu)7機(jī)身（三）工業(yè)機(jī)器人的分類（四）工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用（五）工業(yè)機(jī)器人的特點(diǎn)（六）工業(yè)機(jī)器人的性能特征1自由度2工作空間3抓舉重力4運(yùn)動速度5位置精度（七）工業(yè)機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)1手部結(jié)構(gòu)（1）夾持類手部 利用夾鉗的開閉來夾緊和抓取工件，按其結(jié)構(gòu)可分為：兩指或多指、回轉(zhuǎn)和平移、外夾和內(nèi)撐等多種形式。（2）吸附類手部 利用真空吸力及負(fù)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(jié)構(gòu)3碗部結(jié)構(gòu)（八）工業(yè)機(jī)器人的控制原理（九）工業(yè)機(jī)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(jī)器人微型機(jī)器人智能機(jī)器人五、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（一）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)的概念及組成計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是在自動化技術(shù)、信息技術(shù)和制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過計(jì)算機(jī)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(jī)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(jìn)制造系統(tǒng)。CIMS的核心是實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息集成，使企業(yè)實(shí)現(xiàn)動態(tài)總體優(yōu)化，達(dá)到產(chǎn)品上市（T）快，質(zhì)量（Q）高、成本（C）

16、低、服務(wù)（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(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)又稱計(jì)算機(jī)綜合制造系統(tǒng)，它是在網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫支持下，由以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為核心的工程技術(shù)信息處理系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)輔助制造為中心的加工、裝配、檢測、儲運(yùn)、質(zhì)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(jì)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(shè)計(jì)自動化方面，便于開發(fā)技術(shù)含量高和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)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(lǐng)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(qiáng)了產(chǎn)品制造的質(zhì)量和柔性，提高了設(shè)備的利用率，縮短了產(chǎn)品制造周期，增強(qiáng)了產(chǎn)品供貨能力。3在經(jīng)營管理方面，使企