先進(jìn)制造技術(shù)概論課件

先進(jìn)制造技術(shù)概論(AMT)課程編號(hào)：5601090學(xué)分：2學(xué)生班級(jí)：材料0505-0507班課程性質(zhì)：專業(yè)大類課、限選課基本要求：鞏固制造技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)；了解先進(jìn)制造技術(shù)的最新研究成果；掌握1-2項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)/方法；開闊視野；培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)/能力。開課時(shí)間：07-08年度第2學(xué)期每周4學(xué)時(shí)/（每次2學(xué)時(shí)）授課方式：課堂教學(xué)/一次參觀周二材213室/周五II館212室考核形式：課堂考試（開卷）或文獻(xiàn)查閱與綜述（中、外文）3頁；大作業(yè)7頁。主講教師：王續(xù)躍Tel:86929050Email:wbzzd@主要參考書：王潤孝主編先進(jìn)制造技術(shù)導(dǎo)論焦振學(xué)編著先進(jìn)制造技術(shù)趙汝嘉主編先進(jìn)制造系統(tǒng)導(dǎo)論查閱中英文（外文）文獻(xiàn)/網(wǎng)上信息8-10篇，外文不少于3篇。先進(jìn)制造技術(shù)概論(AMT)1課程簡介單項(xiàng)技術(shù)制造自動(dòng)化技術(shù)先進(jìn)制造模式課程簡介2單項(xiàng)技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)超高速加工技術(shù)高能束流加工與復(fù)合加工技術(shù)MEMS技術(shù)RPM技術(shù)生物制造技術(shù)單項(xiàng)技術(shù)精密與超精密加工技術(shù)3制造自動(dòng)化技術(shù)GTCAD/CAPP/CAMNC/CNCFMSCIMS制造自動(dòng)化技術(shù)GT4先進(jìn)制造模式智能制造敏捷制造并行工程虛擬制造綠色制造精益制造先進(jìn)制造模式智能制造5討論1先進(jìn)？機(jī)械？材料制備、成型、切削、加工、制造、生產(chǎn)？討論16MechanicalEngineeringdealswithanythingwhichmoves.AdvancedTechnologymeansanytechniqueormethodthatrelateleadingedgeorhighquality.MechanicalEngineeringdealsw7討論2

零件？

產(chǎn)品？

質(zhì)量？討論2

零件？

產(chǎn)品？

質(zhì)量？8第一章概述(BI)

基本概念：生產(chǎn)方式，品種與批量，規(guī)模/系列，質(zhì)量，成本，時(shí)間，服務(wù)，制造技術(shù)/先進(jìn)制造技術(shù)

產(chǎn)品特點(diǎn)：品種多樣化--需求的個(gè)性化、多樣化，時(shí)尚化；制造者：搶先占領(lǐng)市場(chǎng)，制造裝備系統(tǒng)/競(jìng)爭。生產(chǎn)方式：單件/小批；大批大量；“中等”批量。

制造技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)：常規(guī)制造工藝的優(yōu)化；加工方法不斷創(chuàng)新；學(xué)科間的界限逐漸淡化；設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)走向定量分析；工藝技術(shù)與信息、管理結(jié)合。

可持續(xù)發(fā)展：人與自然的關(guān)系/技術(shù)與資源利用先進(jìn)制造技術(shù)概論9第一節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)與機(jī)械制造系統(tǒng)機(jī)械制造系統(tǒng)任務(wù)：高效率和低消耗地制造出高質(zhì)量的產(chǎn)品

生產(chǎn)系統(tǒng)組成：以機(jī)床和機(jī)械加工等生產(chǎn)技術(shù)為中心的“物質(zhì)流”以生產(chǎn)管理和信息等管理技術(shù)為中心的“信息流”為工藝裝備提供動(dòng)力的“能量流”

任何一個(gè)工廠：都是一個(gè)有輸入和輸出、信息流和物質(zhì)流的生產(chǎn)系統(tǒng)。

典型生產(chǎn)系統(tǒng)：決策級(jí)；經(jīng)營管理級(jí)；設(shè)計(jì)制造級(jí)。設(shè)計(jì)制造級(jí)：包括開發(fā)和設(shè)計(jì)；生產(chǎn)工藝和調(diào)度；制造三個(gè)子系統(tǒng)技術(shù)裝備形式：制造業(yè)—機(jī)械制造/先進(jìn)機(jī)械制造—機(jī)械加工/先進(jìn)機(jī)械加工--先進(jìn)機(jī)械制造技術(shù)典型代表：CIMS--局部自動(dòng)化A—整體自動(dòng)化A；--制造過程自動(dòng)化A--設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化A--生產(chǎn)過程自動(dòng)化A和經(jīng)營管理過程自動(dòng)化A用系統(tǒng)工程的原理和方法組織生產(chǎn)使工廠的生產(chǎn)和管理科學(xué)化。

先進(jìn)制造技術(shù)概論10機(jī)械制造系統(tǒng)組成：機(jī)床，工具和制造過程（工藝、檢驗(yàn)、管理）。

1）機(jī)床：為零件成形提供工具與工件之間的相對(duì)位置和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，加工出滿足圖紙技術(shù)要求包擴(kuò)形狀、尺寸、幾何精度和表面質(zhì)量的零件。2）工具：指切削刀具和必要的夾具、模具，測(cè)量工具和輔助工具等。3）制造過程：包括輸入材料或毛坯的加工、中間的熱處理、探傷檢驗(yàn)等轉(zhuǎn)換過程/生產(chǎn)流程和管理等。4）多級(jí)機(jī)械制造系統(tǒng)：單臺(tái)CNC機(jī)床構(gòu)成基本的制造系統(tǒng)，多臺(tái)CNC機(jī)床由一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)集中控制，形成直接數(shù)控DNC制造系統(tǒng)。生產(chǎn)系統(tǒng)的三個(gè)級(jí)（決策級(jí)；經(jīng)營管理級(jí)；設(shè)計(jì)制造級(jí)）通過集成技術(shù)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制的一體化管理，形成高效益、高智能計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS。機(jī)械制造系統(tǒng)組成：機(jī)床，工具和制造過程（工藝、檢驗(yàn)、管理）。11

第二節(jié)

先進(jìn)制造技術(shù)的概念，特點(diǎn)與分類先進(jìn)制造技術(shù):是制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息(包括控制論,人工智能等)、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)，制造，檢測(cè)，管理，銷售，使用，服務(wù)以及回收的制造全過程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)，高效，低耗，清潔，靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭能力的制造技術(shù)的總稱。傳統(tǒng)制造技術(shù)特點(diǎn)：設(shè)計(jì)獨(dú)立性強(qiáng)；生產(chǎn)連續(xù)穩(wěn)定；以產(chǎn)品為對(duì)象組織生產(chǎn)；準(zhǔn)備、生產(chǎn)、裝配周期長；生產(chǎn)結(jié)構(gòu)剛性強(qiáng)。先進(jìn)制造技術(shù)特點(diǎn)：先進(jìn)性；廣泛性；實(shí)用性；系統(tǒng)性；集成性；動(dòng)態(tài)性；環(huán)保性

12先進(jìn)制造技術(shù)分類: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)：包括：有限于元法，優(yōu)化設(shè)計(jì)，CAD，反求工程，模糊智能CAD，工程數(shù)據(jù)庫。(2)優(yōu)良性能設(shè)計(jì)技術(shù)：可靠性設(shè)計(jì)，安全性設(shè)計(jì)，動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，疲勞設(shè)計(jì)，減摩與耐磨設(shè)計(jì)，環(huán)境設(shè)計(jì)，維護(hù)設(shè)計(jì)，測(cè)試性設(shè)計(jì)，人機(jī)工程設(shè)計(jì)。(3)競(jìng)爭創(chuàng)建設(shè)計(jì)技術(shù):包括：快速響應(yīng)設(shè)計(jì)，智能設(shè)計(jì)，仿真與虛擬設(shè)計(jì)，工業(yè)設(shè)計(jì)，價(jià)值工程設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)。(4)全壽命周期設(shè)計(jì)技術(shù)，并行設(shè)計(jì)，面向制造設(shè)計(jì)，全壽命周期設(shè)計(jì)。(5)可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)品設(shè)計(jì):主要有綠色設(shè)計(jì).(6)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù):包括：產(chǎn)品可靠性試驗(yàn)，產(chǎn)品環(huán)保性試驗(yàn)與控制，仿真試驗(yàn)與虛擬試驗(yàn)。先進(jìn)制造技術(shù)概論132.現(xiàn)代加工工藝：(1)精密潔凈鑄造成型工藝，（2）精密高效塑性成型工藝，（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）新型材料成型與加工工藝，（8）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程新技術(shù)，（9）快速模具制造新技術(shù)，（10）擬實(shí)制造成型加工技術(shù)。2.現(xiàn)代加工工藝：(1)精密潔凈鑄造成型工藝，（2）精密143自動(dòng)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:包括：FMS加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS物流系統(tǒng)，F(xiàn)MS調(diào)度與控制系統(tǒng)，F(xiàn)MS的故障診斷。（4）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS，（5）傳感技術(shù)，（6）自動(dòng)檢測(cè)及信號(hào)識(shí)別技術(shù)，（7）過程設(shè)備工況監(jiān)測(cè)與控制。4系統(tǒng)管理技術(shù)：（1）全面質(zhì)量管理，（2）成組技術(shù)，（3）即時(shí)生產(chǎn)，（4）物流管理，（5）企業(yè)資源規(guī)劃5先進(jìn)制造模式：（1）先進(jìn)制造生產(chǎn)模式，包括：精益生產(chǎn)（LP），CIMS，敏捷制造（AM），網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)，智能制造。（2）集成管理技術(shù)，包括：并行工程，現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)，質(zhì)量保障體系，生產(chǎn)率工程，制造資源快速集成。（3）生產(chǎn)組織方法，包括：虛擬公司理論與組織，企業(yè)組織與變革，以人為本的團(tuán)隊(duì)建設(shè)，企業(yè)重組工程。先進(jìn)制造技術(shù)概論15第三節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)面臨/適應(yīng)挑戰(zhàn)（1）新技術(shù)革命的挑戰(zhàn)（2）信息時(shí)代的挑戰(zhàn)（3）有限資源與日益增長的環(huán)保壓力的挑戰(zhàn)（4）制造全球化和貿(mào)易自由化的挑戰(zhàn)（5）消費(fèi)觀念變革的挑戰(zhàn)發(fā)展趨勢(shì)：柔性化、智能化、集成化、全球化、綠色制造第三節(jié)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)16第四節(jié)

先進(jìn)制造技術(shù)—自動(dòng)化制造技術(shù)(1)成組技術(shù)(GT)-特點(diǎn):集中處理,規(guī)范化,信息的重復(fù)使用(2)數(shù)控技術(shù)（NC)：用數(shù)字量及字符發(fā)布指令，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。數(shù)字化—越來越廣泛。（3）CAD—功能：建立幾何模型，工程分析，動(dòng)態(tài)模擬，自動(dòng)繪圖。（4）CAPP—承接CAD數(shù)據(jù)，處理轉(zhuǎn)換成CAM加工信息。

（5）CAM—類型：直接應(yīng)用：物流/生產(chǎn)/質(zhì)量–控制間接應(yīng)用：支持CAPP/工裝設(shè)計(jì)/作業(yè)計(jì)劃等（6）仿真技術(shù)(ST)-步驟：定義被建模系統(tǒng)，建立系統(tǒng)模型，收集數(shù)據(jù)，驗(yàn)證模型，運(yùn)行模型，維護(hù)模型。（7）FMS—適合于多品種，中小批量的生產(chǎn)方式。方向：FMS組成工廠和車間；與CAD/CAM聯(lián)結(jié)形成綜合生產(chǎn)系統(tǒng)；FMC模塊化和商品化；配套裝備(8)CAQC-重點(diǎn)考慮：質(zhì)量控制—計(jì)劃/功能/方法，可以100%檢測(cè)。（9）CIM及新一代CIMS—適應(yīng)市場(chǎng)機(jī)制的新概念與先進(jìn)技術(shù)的融合。先進(jìn)制造技術(shù)概論17第五節(jié)

先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)前沿（1）可重組制造技術(shù)：研究階段內(nèi)容：基礎(chǔ)理論；建模于仿真；新的系統(tǒng)；控制與通信（2）無浪費(fèi)工藝：無切削加工/廢棄物可利用，低消耗工藝/室溫代替高溫環(huán)境（3）新的材料工藝：指超物理性能的新材料，微型化產(chǎn)品，原子級(jí)/納米制造，屬于基因鏈接，生物工藝。（4）生物制造技術(shù)：包括：用設(shè)計(jì)酶、細(xì)胞組織和生物催化劑的元件制造，還包括用自組織系統(tǒng)和生物原料生產(chǎn)特殊材料的遺傳工程。（5）企業(yè)建模和仿真：依靠—通信與信息技術(shù)；建模工具。（6）信息技術(shù)：把信息轉(zhuǎn)化為知識(shí)，進(jìn)而決策的技術(shù)。（7）增強(qiáng)型人-機(jī)界面：例如：語音輸入。（8）新型勞動(dòng)力培訓(xùn)：適應(yīng)新技術(shù)環(huán)境，學(xué)習(xí)型模式（9）智能協(xié)作系統(tǒng)軟件：滿足專業(yè)不同/語言不同/文化不同的交流，實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)和協(xié)作。以及不同背景企業(yè)間協(xié)作。先進(jìn)制造技術(shù)概論18第六節(jié)

發(fā)達(dá)國家制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略美國：68%財(cái)富來源于制造業(yè)/面臨的問題立法、政策和資金投入、教育、目標(biāo)日本：精益生產(chǎn)；注重滿足客戶需求；培訓(xùn)西歐/德國：歐共體；創(chuàng)新中國：政策、專項(xiàng)基金、聯(lián)合攻關(guān)第六節(jié)發(fā)達(dá)國家制造業(yè)的發(fā)展戰(zhàn)略19第二章高能束加工與復(fù)合加工技術(shù)第一節(jié)概述1.1背景材料、成本、效率1.2特點(diǎn)與發(fā)展個(gè)性、競(jìng)爭、全球1.3材料難加工（硬度、韌性、脆性）第二章高能束加工與復(fù)合加工技術(shù)20第二節(jié)激光加工技術(shù)2.1激光的產(chǎn)生與特點(diǎn)產(chǎn)生的條件、三要素、波長、能量/功率，特點(diǎn)2.2激光加工基本原理與特點(diǎn)吸收與反射、能量密度、溫度控制，特點(diǎn)2.3激光加工設(shè)備組成、運(yùn)行控制2.4激光加工技術(shù)的應(yīng)用打孔、切割、焊接、改性、清洗、快速成型、直寫等第二節(jié)激光加工技術(shù)21課堂練習(xí)1本課程包含的主要內(nèi)容（3個(gè)模塊，6、5、6章節(jié)）2設(shè)想手機(jī)的新功能與對(duì)應(yīng)技術(shù)方案課堂練習(xí)22第三節(jié)電子束加工技術(shù)3.1電子束加工原理和特點(diǎn)產(chǎn)生的條件、能量/功率，特點(diǎn)3.2電子束加工裝置3.3電子束加工應(yīng)用打孔/型孔、切割、焊接、光刻、刻蝕、改性等第四節(jié)離子束加工技術(shù)4.1離子束加工原理、分類和特點(diǎn)4.2離子束加工裝置4.3離子束加工應(yīng)用打孔、切割、焊接、刻蝕、鍍膜、改性、注入等第三節(jié)電子束加工技術(shù)23第五節(jié)復(fù)合加工技術(shù)5.1機(jī)械復(fù)合加工(機(jī)械與其它方法復(fù)合，超聲、化學(xué)、熱）5.2電化學(xué)復(fù)合加工(電化學(xué)與其它方法復(fù)合，超聲、EDM）5.3電火花復(fù)合加工(電火花與其它方法復(fù)合，超聲、EDM、磨削）5.4超聲復(fù)合加工（超聲與其它方法復(fù)合；應(yīng)用：清洗、檢測(cè)、硬脆材料拷貝成型）5.5磨料水射流加工（AWJ）5.6化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）第五節(jié)復(fù)合加工技術(shù)24第三章精密與超精密加工技術(shù)概述成形方式分類：去除成形；受迫成形；堆積成形；生成成形。先進(jìn)制造工藝技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀：1）加工精度不斷提高從第一臺(tái)蒸汽機(jī)1mm，20世紀(jì)中的0.001mm級(jí)，近年來達(dá)到10-8mm,逐步進(jìn)入原子級(jí)的加工。2）加工速度不斷提高主軸轉(zhuǎn)速：8000-10000rpm;快速進(jìn)給40-60m/min3）材料科學(xué)促進(jìn)工藝變革4）重大裝備促進(jìn)制作造技術(shù)發(fā)展5）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程不斷發(fā)展6）精密成型技術(shù)進(jìn)展較大先進(jìn)制造技術(shù)概論25精密加工0.1-1umRa0.1um微米級(jí)超精密加工0.01-0.1umRa0.05um亞微米級(jí)納米級(jí)加工0.01-0.001Ra0.001um納米級(jí)原子級(jí)加工超精密加工的范疇需求：飛機(jī)、潛艇、導(dǎo)彈中的制導(dǎo)儀表的精密陀螺；激光核聚變用的反射鏡；大型天文望遠(yuǎn)鏡的透鏡；大規(guī)模集成電路的各種基片；計(jì)算機(jī)磁盤基底和復(fù)印機(jī)磁鼓；高精度的光學(xué)元器件；各種硬盤及記憶體的襯底；相關(guān)模具等。超精密加工刀具天然單晶金剛石（刃磨質(zhì)量：晶面選擇，最小刃口半徑）替代品CBN和金剛石（砂輪質(zhì)量：磨料品級(jí)、粒度均勻、耐磨性、分布均勻、修整）精密加工0.1-1umRa0.1um微米26超精密加工設(shè)備1）主軸及其驅(qū)動(dòng)裝置圓度基準(zhǔn)回轉(zhuǎn)精度：0.01-0.1um剛性高溫度恒定控制等采用空氣靜壓軸承，皮帶卸載驅(qū)動(dòng)、磁性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動(dòng)主軸系統(tǒng)2）導(dǎo)軌及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置直線性基準(zhǔn)直線精度：0.02-0.2um/100mm剛性平穩(wěn)無間隙移動(dòng)靈敏采用空氣靜壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌，0.025um/100mm3）微量進(jìn)給裝置尺寸精度分辨率/基準(zhǔn)彈性變形微量進(jìn)給裝置、熱變性微量進(jìn)給裝置、電致伸縮微量進(jìn)給裝置、磁致伸縮微量進(jìn)給裝置、流體膜變形微量進(jìn)給裝置超精密加工設(shè)備27超精密加工的工作環(huán)境恒溫、超凈、防振恒溫20+-0.06C超凈生產(chǎn)256K芯片1立方尺大于0.1的塵埃小于10個(gè)。生產(chǎn)4M芯片1立方尺大于0.01的塵埃小于10個(gè)。防振防振溝、隔振地基、隔振設(shè)備超精密加工的工作環(huán)境28超精密加工精度的在線監(jiān)測(cè)和計(jì)量檢測(cè)激光干涉儀、掃描隧道顯微鏡、原子力顯微鏡誤差預(yù)防原則設(shè)備精度/成本誤差補(bǔ)償原則實(shí)時(shí)建模、動(dòng)態(tài)分析/理論、技術(shù)涉及的技術(shù)：微量去除/刀具的刃磨/測(cè)量與補(bǔ)償/工作環(huán)境/操作者技能/設(shè)備部件性能，包括：精度/剛度/穩(wěn)定性/抗振性/控制性。超精密加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)：納米加工---原子級(jí)去除；大型化方向；微型化方向；多功能、光機(jī)電、測(cè)控等一體化；復(fù)合工藝；作業(yè)環(huán)境超精密加工精度的在線監(jiān)測(cè)和計(jì)量檢測(cè)29超精密切削加工：刀具主要用金剛石，切削對(duì)象為有色金屬及其和金，光學(xué)玻璃，復(fù)合材料等，最典型零件是鏡面零件。要求刀具刃口半徑越小越好：日本大阪大學(xué)與美國的LLL實(shí)驗(yàn)室合作研究：超精密切削極限，用鋒利刀具和性能最佳的機(jī)床，實(shí)現(xiàn)切削厚度為納米級(jí)的穩(wěn)定連續(xù)切削。國內(nèi)金剛石刀具刃口半徑0.2-0.5x10-4mm,最高水平0.1x10-4mm.超精密磨削和磨料加工：包括:砂輪/砂帶/ELID/研磨與拋光/磁流體拋光/復(fù)合拋光/精密特種加工（三束等）/硅片磨、拋、檢測(cè)/創(chuàng)造性加工（三平板等）超精密切削加工：刀具主要用金剛石，切削對(duì)象為有色金屬及其和金30第四章超高速加工技術(shù)4.1概述超高速加工的內(nèi)涵和范圍4.2超高速加工的機(jī)制(SalomonCurve)4.3超高速加工技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)超高速切削/超高速磨削4.4超高速加工技術(shù)的優(yōu)越性(效率、F、精度與質(zhì)量、穩(wěn)定性、節(jié)省工序、技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益)超高速切削/超高速磨削4.5超高速加工技術(shù)的應(yīng)用（航天、汽車、模具、難加工材料、超精密微細(xì)加工）超高速切削/超高速磨削第四章超高速加工技術(shù)4.1概述31不同加工工藝的切削速度范圍加工工藝速度范圍/m/min車削700-7000銑削300-6000鉆削200-1100拉削30-75鉸削20-500鋸削50-500磨削5000-10000不同加工工藝的切削速度范圍加工工藝速度范圍/32不同加工工藝的切削速度范圍加工材料速度范圍/m/min鋁合金2000-7500銅合金900-5000鋼600-3000鑄鐵800-3000耐熱合金500鈦合金150-1000纖維增強(qiáng)塑料2000-9000不同加工工藝的切削速度范圍加工材料速度范圍/33超高速加工技術(shù)與普通切削相比其切削原理發(fā)生變化：切削溫度與切削力隨切削速度的增大，由升高變?yōu)橄陆?；脆性材料的切削變?yōu)樗苄匀コ^程；同時(shí)效率大大提高。德國的格林自動(dòng)化公司1983第一臺(tái)高效深切快進(jìn)磨床：功率60KW;轉(zhuǎn)速：10000rpm;CBN砂輪300mm;線速度：150m/s;以磨代銑日本、美國后來居上。東北大學(xué)：線速度:400m/s國內(nèi)實(shí)際應(yīng)用：80m/s,研究水平150m/s,目標(biāo)：250m/s關(guān)鍵技術(shù)：高速切削機(jī)理；大功率超高速主軸單元；高加減速直線進(jìn)給電機(jī)；超硬耐磨刀具材料及結(jié)構(gòu)；切削處理和冷卻系統(tǒng)；安全裝置和高性能CNC系統(tǒng)與測(cè)試技術(shù)。應(yīng)用領(lǐng)域：大批量生產(chǎn)/汽車工業(yè)；剛度不足零件/薄壁件；復(fù)雜曲面/模具、工具制造；難加工材料；超精密微細(xì)切削加工/FUNAC公司研制的超精密銑床：主軸轉(zhuǎn)速達(dá)55000rpm;生產(chǎn)率和精度超過光刻技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)自由曲面的微細(xì)加工。超高速加工技術(shù)344.6超高速切削的相關(guān)技術(shù)超高速切削的刀具技術(shù)（CBN、金剛石、PCD、陶瓷/結(jié)構(gòu)、角度）超高速切削機(jī)床（主軸、進(jìn)給—直線電機(jī)、夾具、支撐、并聯(lián)結(jié)構(gòu)）超高速切削機(jī)床的數(shù)控技術(shù)超高速切削的安全性超高速切削的切削液及供液系統(tǒng)高速切削的工件材料4.6超高速切削的相關(guān)技術(shù)354.7超高速磨削的相關(guān)技術(shù)超高速磨削的砂輪（砂輪質(zhì)量：結(jié)構(gòu)、磨料品級(jí)、粒度均勻、耐磨性、分布均勻、修整）超高速主軸和超高速軸承（材料與結(jié)構(gòu)、平衡/精度）超高速磨削的砂輪平衡技術(shù)與防護(hù)裝置超高速磨削的磨削液選擇與使用4.7超高速磨削的相關(guān)技術(shù)364.8超高速加工測(cè)試技術(shù)刀具狀態(tài)檢測(cè)CNC機(jī)床的位置檢測(cè)工件狀態(tài)檢測(cè)機(jī)床工況監(jiān)測(cè)4.8超高速加工測(cè)試技術(shù)37第五章微機(jī)械及其微細(xì)加工技術(shù)5.1概述MEMS/NEMS(Microelectromechanicalsystem)按外廓尺寸：1-10mm,1um-1mm,1nm-1um名稱：MEMS;Micro-machine；Micro-system0.005mm鑷子夾起一個(gè)紅血球；幾厘米大小微型車床加工0.0015mm微軸；0.05mm的齒輪、齒輪泵；電子探針：原子力及原子去除；MEMS特點(diǎn)：體積?。恍阅芊€(wěn)定；能耗低/靈敏；多功能/智能化；適于批量生產(chǎn)MEMS優(yōu)勢(shì)：活動(dòng)空間，操作對(duì)象，工作環(huán)境；高度智能化，功能多樣化。第五章微機(jī)械及其微細(xì)加工技術(shù)5.1概述385.2微機(jī)械的研發(fā)內(nèi)容理論基礎(chǔ)：與尺寸有關(guān)的慣性力，電磁力，等作用相對(duì)減小；而粘性力，彈性力，表面張力，靜電力等作用增大；同時(shí)，表面積與體積之比增大，熱傳導(dǎo)、化學(xué)反應(yīng)加速和表面建摩擦力顯著增大。技術(shù)基礎(chǔ)：微機(jī)械設(shè)計(jì)，微機(jī)械材料，微細(xì)加工，微裝備與封裝，集成技術(shù)，微測(cè)量，微能源，微系統(tǒng)控制。應(yīng)用研究：精密儀器，醫(yī)療衛(wèi)生，生物工程，航空航天機(jī)載設(shè)備領(lǐng)域等；微靜電/微電機(jī)問世，推動(dòng)微致動(dòng)器，微傳感器，微控制器相繼問世（表6.1-p164）。國內(nèi)與日本合作的微型機(jī)器人：位移范圍0.05mm,精度0.0001mm5.2微機(jī)械的研發(fā)內(nèi)容395.3微細(xì)加工技術(shù)（表6.2）薄膜制備技術(shù)/168光刻技術(shù)/169，掩模制作工藝（圖6-3），曝光技術(shù)（表6.3），刻蝕技術(shù)（圖6-4/6.5；表6.34）。犧牲層技術(shù)/分離層技術(shù)外延技術(shù)/生長的外延層保持與襯底相同的晶向，制得微型3維結(jié)構(gòu)。高能束刻蝕技術(shù)/離子束刻蝕（直接刻蝕，物化反應(yīng)刻蝕），激光刻蝕（多數(shù)為激光化學(xué)反應(yīng)刻蝕）典型微機(jī)械的微細(xì)加工技術(shù)（體微細(xì)加工圖6-7，表面微細(xì)加工圖6-8LIGA技術(shù)圖6-9/10/11）微機(jī)械裝配與集成（堆裝技術(shù)表6-5，封裝技術(shù)/丁漢）5.3微細(xì)加工技術(shù)（表6.2）40微細(xì)加工技術(shù)：光刻技術(shù)/LIGA;IC;RPM;微型機(jī)械測(cè)試技術(shù)：STM--AFM--SPM--LST分子/原子/納米示例：典型微機(jī)械產(chǎn)品：硅壓力傳感器，微加速度傳感器，螺旋狀制動(dòng)壓力傳感器和加速度傳感器，智能傳感器，衛(wèi)星冷卻器，微型干涉儀，硅材油墨噴嘴，分離同位素微噴嘴，微型泵，微型閥，微型開關(guān)（密度12400個(gè)/cm2），微齒輪、微彈簧、微曲柄等，直徑60um微電機(jī)（表6-1）微細(xì)加工技術(shù)：光刻技術(shù)/LIGA;IC;RPM;41示例2不同形式的微細(xì)加工方法（表6-2）分離加工；接合加工；變形加工；材料改性示例2不同形式的微細(xì)加工方法（表6-2）425.4典型微機(jī)電系統(tǒng)裝置集成機(jī)構(gòu)（圖6-12）硅微加速度計(jì)（圖6-13/14。表6-6）微型機(jī)械材料：硅體物質(zhì)（單晶，多晶，氧化硅/碳化硅），石英，金剛石，壓電陶瓷，記憶合金，稀貴金屬等。5.4典型微機(jī)電系統(tǒng)裝置43Intel的CEO保羅·歐德寧說，“中國是英特爾全球增長最快的主要市場(chǎng)，我們相信在這一市場(chǎng)的加大投入將使我們能夠更好地服務(wù)客戶，與中國共同成長”2月前國內(nèi)報(bào)道，發(fā)改委的公告顯示，該項(xiàng)目總投資的25億美元全部由Intel公司自籌解決，建成后工廠將具有月產(chǎn)12英寸、90納米集成電路芯片5.2萬片的生產(chǎn)能力,主要產(chǎn)品為CPU芯片組。到2010年落成之時(shí)，大連晶圓廠將成為Intel全球八個(gè)300毫米晶圓工廠網(wǎng)絡(luò)中的一員，其余七家座落在美國、愛爾蘭和以色列。Intel的CEO保羅·歐德寧說，“中國是英特爾全球增長最快44第六章快速原型制造技術(shù)RP/RPM基本原理:(軟件--CAD)離散//（材料---細(xì)微）疊加的原理制造零件。幾種典型RPM：SLA;LOM;SLS;FDM等應(yīng)用：制造任意復(fù)雜內(nèi)部結(jié)構(gòu)的零件；微型零件/目前樣件；第六章快速原型制造技術(shù)RP/RPM45區(qū)別：去除/增材特點(diǎn)：任意形狀、數(shù)字化、快捷發(fā)展趨勢(shì)：生物制造、直接成型零件、復(fù)雜零件等區(qū)別：去除/增材46第七章制造自動(dòng)化技術(shù)制造自動(dòng)化技術(shù)概述定義、內(nèi)涵及技術(shù)地位發(fā)展歷程及現(xiàn)狀,發(fā)展趨勢(shì)關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)代數(shù)控加工技術(shù)發(fā)展歷程CNC機(jī)床系統(tǒng)組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)第七章制造自動(dòng)化技術(shù)47生產(chǎn)CNC系統(tǒng)的廠家及典型產(chǎn)品數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)CAD/CAPP/CAMCAD計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD/CAPP/CAM的組成CAD/CAPP/CAM中的連接CAD/CAPP/CAM的應(yīng)用情況和發(fā)展前景生產(chǎn)CNC系統(tǒng)的廠家及典型產(chǎn)品487.1概述CAD被認(rèn)為是當(dāng)代最杰出的工程技術(shù)成就之一；CAD技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用水平已成為衡量一個(gè)國家科技現(xiàn)代化和工業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。發(fā)展概況50年代，由描述刀具軌跡---直接描述被加工工件的尺寸和形狀，產(chǎn)生了CAD的最初的概念；美國的CALCOMP/GERBER公司分別研制滾筒式、平板式繪圖儀為CAD的發(fā)展提供了基本條件。60年代，MIT的青年博士Sutherland首先發(fā)表了“SKETCHPAD—人機(jī)對(duì)話系統(tǒng)”論文，提出了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、交互技術(shù)等新思想，初步設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了操作光筆和鍵盤完成屏幕菜單拾取、光標(biāo)定位、圖面動(dòng)態(tài)修改及熒光屏顯示圖形。引起關(guān)注/美國GE、IBM；英國、日本、意大利等國的汽車公司開始應(yīng)用，逐步擴(kuò)展到其他行業(yè)。7.1概述4970年代，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使小型機(jī)性能大幅度提高，CAD系統(tǒng)由16位小型機(jī)、數(shù)字化儀、顯示裝置、繪圖機(jī)等硬件和相應(yīng)的軟件組成。80年代，32位機(jī)、超級(jí)微型機(jī)的出現(xiàn)、齊全的計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備的系列化為CAD技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展提供了條件，CAPP、CAM、CAQ得到快速發(fā)展。90年代，從單一模式、單一功能、單一領(lǐng)域發(fā)展轉(zhuǎn)變成綜合設(shè)計(jì)、制造、管理等多信息、支持并行工程的集成化CAD系統(tǒng)技術(shù)。發(fā)展趨勢(shì)CAD系統(tǒng)的集成化CAD系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化CAD系統(tǒng)的智能化CAD系統(tǒng)幾何建模的特征化CAD系統(tǒng)的界面友好化與開發(fā)工具化70年代，大規(guī)模集成電路的應(yīng)用使小型機(jī)性能大幅度提高，CAD50CAD發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)1）軟件工程技術(shù)2）集成產(chǎn)品模型研究3）分布式環(huán)境技術(shù)4）集成環(huán)境中統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)技術(shù)5）人工智能技術(shù)6）面向?qū)ο蠹夹g(shù)7）多媒體技術(shù)CAD的基本概念不僅是具體的設(shè)計(jì)流程和方法的簡單映像，而且是反映當(dāng)代先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和進(jìn)程，發(fā)揮計(jì)算機(jī)優(yōu)勢(shì)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。1)設(shè)計(jì)過程分析任務(wù)規(guī)劃/方案設(shè)計(jì)/結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)/試制加工/試驗(yàn)使用CAD發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)512)CAD工作過程輸入設(shè)計(jì)要求---//描述、構(gòu)造設(shè)計(jì)模型//---方案設(shè)計(jì)---結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)|||/數(shù)據(jù)庫、圖形庫、程序庫/---輸出結(jié)果/修改---輸出設(shè)計(jì)結(jié)果/技術(shù)文件

3)CAD的效益(1）提高效率、縮短設(shè)計(jì)周期(2）進(jìn)行精確計(jì)算分析、降低成本，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量(3）有利于發(fā)揮設(shè)計(jì)人員的創(chuàng)造性(4）有利于產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化(5）有利于CAM的發(fā)展2)CAD工作過程52CAD系統(tǒng)的硬件和軟件CAD系統(tǒng)包括硬件和軟件兩部分。硬件由計(jì)算機(jī)和外圍設(shè)備組成。軟件由系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件組成。CAD系統(tǒng)|——————|———————|硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)|———|———||—————|——————|計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備系統(tǒng)軟件

支持軟件

應(yīng)用軟件CAD硬件系統(tǒng)類型：獨(dú)立式CAD系統(tǒng)//分布式CAD系統(tǒng)CAD系統(tǒng)的硬件和軟件531）獨(dú)立式CAD系統(tǒng)類型主機(jī)系統(tǒng)：由中央處理機(jī)CPU配有多個(gè)圖形終端和字符終端的系統(tǒng)。成套系統(tǒng)：是針對(duì)用戶要求的全套、無需再開發(fā)的CAD系統(tǒng)。工程工作站系統(tǒng)：具有計(jì)算、圖形交互處理的微機(jī)系統(tǒng)。個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：逐漸與工作站縮小差距。二維圖形向三維圖形發(fā)展。2）分布式CAD系統(tǒng)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)，將分布于各處的多臺(tái)計(jì)算機(jī)以網(wǎng)絡(luò)的形式連接起來構(gòu)成分布式CAD系統(tǒng)。特點(diǎn)：計(jì)算機(jī)之間的通信由制造商的網(wǎng)絡(luò)軟件完成，每臺(tái)計(jì)算機(jī)有各自獨(dú)立的操作系統(tǒng)，啟動(dòng)和失效是獨(dú)立的；可以資源共享、易于擴(kuò)展，提高CAD系統(tǒng)的技術(shù)性能等。CAD硬件系統(tǒng)的選擇原則1）系統(tǒng)功能：配置/容量、運(yùn)算速度、運(yùn)算精度；性能/圖形顯示、處理能力，接口通信聯(lián)絡(luò)能力等。2）開放性與可移植性：國際標(biāo)準(zhǔn)、交互操作與移植界面等1）獨(dú)立式CAD系統(tǒng)類型543）系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展能力：向下兼容，向上擴(kuò)展等。4）可靠性、維護(hù)性與服務(wù)質(zhì)量：相應(yīng)指標(biāo)。CAD軟件系統(tǒng)類型1)系統(tǒng)軟件：包括，管理和操作程序；維護(hù)程序；用戶維護(hù)程序。---連接硬件和操作用戶2)支撐軟件：包括，繪圖軟件；幾何建模軟件；有限元分析軟件；優(yōu)化方法軟件；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件；系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)仿真軟件。---連接系統(tǒng)和使用用戶。3)應(yīng)用軟件：包括，數(shù)據(jù)庫、圖形庫和程序庫。---與使用用戶聯(lián)合開發(fā)。CAD應(yīng)用軟件類型檢索型---系列化產(chǎn)品；自動(dòng)型---建模產(chǎn)品；交互型---開發(fā)比較式設(shè)計(jì)；智能型---利用人工智能、專家系統(tǒng)進(jìn)行推理、判斷式設(shè)計(jì)3）系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展能力：向下兼容，向上擴(kuò)展等。55CAD軟件開發(fā)基礎(chǔ)軟件工程的基本概念軟件危機(jī)：一是軟件開發(fā)落后于硬件的發(fā)展；二是大量軟件無法維護(hù)。軟件工程：為解決上世紀(jì)60年代出現(xiàn)的“軟件危機(jī)”形成一門新興學(xué)科。解決的辦法：借鑒從事工程項(xiàng)目的原理、概念、技術(shù)來開發(fā)和維護(hù)軟件；把管理和技術(shù)結(jié)合起來---軟件工程，即軟件開發(fā)和維護(hù)的工程科學(xué)。軟件工程重要目的：提高軟件的可維護(hù)性，減少軟件維護(hù)的代價(jià)。1）軟件的生存周期：從開發(fā)、使用和不斷修訂，到最后被淘汰的過程。6各階段：可行性論證與計(jì)劃階段/需求分析階段/設(shè)計(jì)階段/實(shí)現(xiàn)階段/測(cè)試階段/運(yùn)行與維護(hù)階段。---據(jù)統(tǒng)計(jì)：軟件維護(hù)階段成本超過整個(gè)周期成本的50%。2）軟件文檔：（文檔編制表4-1）按軟件生存周期方法，對(duì)每個(gè)階段采用科學(xué)的管理手段與技術(shù)方法，形成開發(fā)全周期的和每階段的軟件文檔，保證軟件質(zhì)量。CAD軟件開發(fā)基礎(chǔ)56設(shè)計(jì)資料的程序化處理1）數(shù)值程序化:參數(shù)/手冊(cè)/模型等關(guān)系，用合理編制的程序存入計(jì)算機(jī)。數(shù)組形式存入數(shù)據(jù)/數(shù)學(xué)公式計(jì)算數(shù)據(jù)---模塊式調(diào)用。2）數(shù)表程序化：函數(shù)關(guān)系數(shù)表等，編制的程序存入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行檢索和調(diào)用。3）線圖程序化：經(jīng)驗(yàn)公式等關(guān)系，編制的程序存入計(jì)算機(jī)。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)庫的基本原理數(shù)據(jù)：包括，字符/數(shù)據(jù)項(xiàng)/組合項(xiàng)/記錄/文建/數(shù)據(jù)庫---數(shù)據(jù)的層次。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：研究與管理不僅是數(shù)據(jù)本身，重要的是數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)理論研究數(shù)據(jù)元素之間的抽象化關(guān)系，較少涉及元素具體內(nèi)容。包括，數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)和物理結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)：描述數(shù)據(jù)之間的邏輯關(guān)系。非構(gòu)造型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（線性結(jié)構(gòu)）/數(shù)組構(gòu)造型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（非線性結(jié)構(gòu)）/樹狀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)資料的程序化處理57數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)：指在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)方式，從物理存儲(chǔ)的角度描述數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。1）順序存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：依次存放2）鏈地址法存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)：指針指令存放文件：是記錄的的集合。文件的組織方法：順序文件/索引文件/直接存取文件—隨機(jī)文件文件的操作：查找和排序數(shù)據(jù)庫：CAD過程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理的過程。靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)文件管理---存取/操作方法（數(shù)據(jù)與程序相互獨(dú)立和聯(lián)系）數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)1）數(shù)據(jù)模型描述數(shù)據(jù)同時(shí)，描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系---數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。2）數(shù)據(jù)共享性3）數(shù)據(jù)相對(duì)獨(dú)立性本身有操作功能。4）數(shù)據(jù)的安全性和完整性數(shù)據(jù)的物理結(jié)構(gòu)：指在計(jì)算機(jī)內(nèi)的存儲(chǔ)方式，從物理存儲(chǔ)的角度描述58數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成有硬件；軟件；專職管理人員和數(shù)據(jù)庫組成。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的的功能負(fù)責(zé)定義、管理、建立、維護(hù)、通信及設(shè)備控制等。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)模型表示實(shí)體與實(shí)體之間聯(lián)系的模型---數(shù)據(jù)模型。三種：層次模型---一對(duì)多/網(wǎng)狀模型---多對(duì)多/關(guān)系模型---多對(duì)多（常用）計(jì)算機(jī)繪圖計(jì)算機(jī)繪圖：包括，產(chǎn)生和復(fù)制各類圖形（二維、三維、零件圖、部件裝配圖、傳動(dòng)系統(tǒng)圖等）以及對(duì)圖形進(jìn)行存儲(chǔ)、調(diào)用、編輯、修改和繪圖。計(jì)算機(jī)繪圖圖形軟件的類型和功能

類型：基本繪圖軟件指令---繪點(diǎn)、線等基本圖圖形支撐軟件---例如微機(jī)上的AUTOCAD專用圖形軟件---在繪圖軟件基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地開發(fā)專門用途軟件。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)成59計(jì)算機(jī)繪圖功能：1）定義窗口---用戶作用區(qū)與屏幕顯示區(qū)、二者的坐標(biāo)變換等。2）圖形描述---畫基本要素包括多邊形、橢圓、曲線等，進(jìn)行幾何計(jì)算（求交點(diǎn)、切點(diǎn)等）確定相應(yīng)位置參量。3）圖形編輯與變換---變比例、平移、旋轉(zhuǎn)等；編輯修改。4）圖形控制---初始化、顯示和輸出控制的等。5）圖形文件處理---文件管理6）交互處理功能---人機(jī)對(duì)話/界面友好繪圖程序的基本編制方法1）調(diào)用基本繪圖指令法（軸的畫法）2）調(diào)用圖形元素拼合圖形法（軸的拼法）3）裝備專用圖形庫二維圖形變換的基本原理計(jì)算機(jī)繪圖功能：60圖形變換1）窗、視變換窗口功能：定義窗口、視區(qū)復(fù)制窗口內(nèi)容（定義/選中坐標(biāo)點(diǎn)）視區(qū)功能：復(fù)制窗口內(nèi)容窗、視變換：坐標(biāo)變換。二維圖形的幾何變換基本原理：對(duì)圖形的一系列點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換；點(diǎn)的表示/矩陣變換/點(diǎn)變換變換類型：比例變換/對(duì)稱變換/旋轉(zhuǎn)變換/平移變換復(fù)合變換：集中變換的組合三維幾何建模類型：線框建模/表面建模/實(shí)體建模---相應(yīng)體素的描述---點(diǎn)表、邊表、面表圖形變換61實(shí)體建模生成方法：體素法---基本素體及其疊加造型---組合類平面輪廓掃描法造型---回轉(zhuǎn)類/伸展類整體掃描法造型---刀具軌跡模擬表示方法：1）邊界表示法---體由面定義，面由邊定義，邊由點(diǎn)定義，點(diǎn)由三維坐標(biāo)定義---數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。2）構(gòu)造實(shí)體幾何法---基本體素及其集合運(yùn)算構(gòu)成---數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為樹狀結(jié)構(gòu)。3）混合模式---在CAD中使用較多。特征建模上述模型沒有考慮生產(chǎn)過程的要求，后續(xù)的CAPP/CAM難以提取工程信息---除公稱尺寸外，還需要形位公差、表面粗糙度和材料性能等信息。實(shí)體建模62特征建模：面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)過程，包括所有生產(chǎn)信息，表達(dá)這些信息之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)者以某種功能意義形狀如：孔、鍵、槽、齒等為基本元素進(jìn)行組合、分割/拼接，建造所需實(shí)體模型。特征的實(shí)現(xiàn)：特征的定義；特征的識(shí)別。CAD系統(tǒng)中特征造型模塊的功能：1）預(yù)定義特征，建立特征庫；2）實(shí)現(xiàn)基于特征的零件設(shè)計(jì)；3）為特征附加注釋，并為用戶行列舉參考特征；4）支持用戶自定義特征及管理，操作特征庫；5）特征的消隱、移動(dòng)；6）零件設(shè)計(jì)中，跟蹤和提取有關(guān)幾何屬性。特征建模：面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)過程，包括所有生產(chǎn)信息，表達(dá)63特征建模：面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)過程，包括所有生產(chǎn)信息，表達(dá)這些信息之間的關(guān)系。設(shè)計(jì)者以某種功能意義形狀如：孔、鍵、槽、齒等為基本元素進(jìn)行組合、分割/拼接，建造所需實(shí)體模型。特征的實(shí)現(xiàn)：特征的定義；特征的識(shí)別。CAD系統(tǒng)中特征造型模塊的功能：1）預(yù)定義特征，建立特征庫；2）實(shí)現(xiàn)基于特征的零件設(shè)計(jì)；3）為特征附加注釋，并為用戶行列舉參考特征；4）支持用戶自定義特征及管理，操作特征庫；5）特征的消隱、移動(dòng)；6）零件設(shè)計(jì)中，跟蹤和提取有關(guān)幾何屬性。特征建模：面向整個(gè)設(shè)計(jì)過程、生產(chǎn)過程，包括所有生產(chǎn)信息，表達(dá)64舉例：齒輪：模數(shù)，齒數(shù)設(shè)計(jì)：載荷，失效CAD結(jié)果：零件圖工藝設(shè)計(jì)：CAPP加工CAM指令至數(shù)控機(jī)床舉例：657.2CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)7.2.1概述CAPP是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造之間的紐帶、操作者的依據(jù)。CAPP的任務(wù)---依據(jù)圖紙要求編制加工該零件的各個(gè)工序，即選擇合理的方法、設(shè)備、加工參數(shù)，使毛坯轉(zhuǎn)變成圖紙規(guī)定的零件最終形狀和精度，生產(chǎn)出合格產(chǎn)品。內(nèi)容包括：1）選擇加工方法、設(shè)備、刀具和夾具；2）安排合理的加工順序；3）選擇毛坯、確定加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差；4）選擇切削用量；5）計(jì)算工時(shí)定額和加工成本；6）把上述內(nèi)容編制成含有工序圖的工藝規(guī)程文件。傳統(tǒng)方法是由有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)者手工完成。計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展---出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)---CAPP。7.2CAPP計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)66CAPP的功能：1）檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件；2）選擇加工方法；3）安排合理的加工路線；4）選擇設(shè)備、刀具和夾具；5）選擇切削用量；6）選擇毛坯、確定加工余量，計(jì)算工序尺寸及公差；7）計(jì)算工時(shí)定額和加工費(fèi)用；8）編制工序圖；9）生成刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。此外，NC編程，加工過程模擬等。CAPP系統(tǒng)的工作原理：派生法/創(chuàng)成法派生法/比照：根據(jù)成組技術(shù)原理，檢索已有標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程，結(jié)合現(xiàn)有零件要求進(jìn)行編輯、修改，得到適合該零件的工藝規(guī)程。CAPP的功能：67創(chuàng)成法/創(chuàng)新：在系統(tǒng)中建立大量加工知識(shí)和工藝數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上建立一系列的決策邏輯。使用時(shí)，輸入零件的幾何信息、工藝信息，系統(tǒng)自動(dòng)選擇加工方法、加工順序、刀具、設(shè)備等，自動(dòng)生成工藝設(shè)計(jì)文件。目前處于半創(chuàng)成式的CAPP，人工智能將提高CAPP的自動(dòng)化水平。7.2.2派生法CAPP系統(tǒng)工作原理：經(jīng)驗(yàn)法通過零件信息的代碼化、經(jīng)驗(yàn)和工藝知識(shí)的代碼化，編碼后，按相似性原理分組，制定標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程。研制過程：1）零件編碼；2）零件分組；3）設(shè)計(jì)零件組的主樣件；4）設(shè)計(jì)典型工藝；5）建立工步代碼文件；6）建立工藝數(shù)據(jù)文件；7）設(shè)計(jì)功能子程序；8）CAPP系統(tǒng)總程序設(shè)計(jì)創(chuàng)成法/創(chuàng)新：在系統(tǒng)中建立大量加工知識(shí)和工藝數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上687.2.3創(chuàng)成法CAPP系統(tǒng)工作原理：依靠決策邏輯，按加工要素和邏輯規(guī)則，代替人工的判斷，實(shí)現(xiàn)模擬人工設(shè)計(jì)的目的。包括，自動(dòng)進(jìn)行CAPP的各過程。研制內(nèi)容：1）零件信息描述---成組編碼法/型面描述法/體素描述法/特征描述法/CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中提取。2）創(chuàng)成法CAPP系統(tǒng)的工藝決策邏輯---建立工藝依據(jù)/工藝決策形式（決策表---外圓類、孔類、平面類的等；決策樹---面-類型-成形法）。3）創(chuàng)成法CAPP中的逆向編程原理---正向：從毛坯-成品按加工順序編制；逆向：從最終的零件要求分析，分解出前一工序的余量等，恢復(fù)到毛坯原狀。后者容易滿足加工要求。4）工序設(shè)計(jì)---工序內(nèi)容的確定；工序尺寸和公差的計(jì)算；工序圖的生成與繪制。5）工藝文件輸出---包括，產(chǎn)品名稱、批量、圖號(hào)、機(jī)床、刀具、工序名稱、工序內(nèi)容及切削參數(shù)、工序圖等。輸出與CAM連接；研究工藝過程優(yōu)化/加工過程動(dòng)態(tài)仿真/成本計(jì)算7.2.3創(chuàng)成法CAPP系統(tǒng)697.2.4人工智能在CAPP中的應(yīng)用專家系統(tǒng)的基本概念：以知識(shí)為基礎(chǔ)的智能程序系統(tǒng)，在專業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，把人類專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)，表示成計(jì)算機(jī)能接受的和處理的符號(hào)形式，采用專家的推理方法和控制策略，解決該領(lǐng)域內(nèi)只有專家才能解決的問題。專家系統(tǒng)的特點(diǎn)：1）啟發(fā)性---給出一種提示或經(jīng)驗(yàn)估計(jì)；2）透明性---解釋推理過程；3）靈活性---自學(xué)習(xí)的功能；4）處理不確定知識(shí)的能力---無法用固定的算法求解/靠經(jīng)驗(yàn)處理。專家系統(tǒng)的組成：1）知識(shí)庫---事實(shí)知識(shí)、過程知識(shí)、控制知識(shí)；2）推理機(jī)---搜索程序中的與之相關(guān)匹配的法則；7.2.4人工智能在CAPP中的應(yīng)用703）知識(shí)獲取---有自動(dòng)修改功能/學(xué)習(xí)的功能；4）人機(jī)接口。專家系統(tǒng)CAPP1）專家系統(tǒng)CAPP與一般CAPP系統(tǒng)的區(qū)別2）專家系統(tǒng)CAPP的設(shè)計(jì)過程---零件信息描述/工藝知識(shí)庫的建立/推理機(jī)7.2.5CAPP中的關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)CAPP的體系結(jié)構(gòu)研究1）適應(yīng)不同種類零件的通用化設(shè)計(jì)；2）從產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面獲取輸入數(shù)據(jù)；3）動(dòng)態(tài)連接CAD和CAM---設(shè)計(jì)、編程、加工過程模擬并行與動(dòng)態(tài)化；4）工藝設(shè)計(jì)模式的多樣化---滿足自動(dòng)選擇工藝設(shè)計(jì)的方式。3）知識(shí)獲取---有自動(dòng)修改功能/學(xué)習(xí)的功能；71面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，程序與數(shù)據(jù)是分離的，可能產(chǎn)生錯(cuò)誤的通信；針對(duì)性地提出研究面向?qū)ο蟮募夹g(shù)：它集數(shù)據(jù)抽象機(jī)制、模塊化程序設(shè)計(jì)和集成性為一體的技術(shù)。對(duì)象是構(gòu)成系統(tǒng)的元素，即是信息存儲(chǔ)的單元，又是信息處理的單位。面向?qū)ο蠹夹g(shù)對(duì)零件特征、機(jī)床、工藝過程進(jìn)一步抽象化---反映零件幾何信息和工藝信息的數(shù)據(jù)抽象化，也反映工藝方法、加工設(shè)備、工藝參數(shù)等工藝知識(shí)的抽象化---以適應(yīng)不同環(huán)境的要求。正在研究的熱點(diǎn)課題：CAPP中的并行工程/分布式結(jié)構(gòu)/數(shù)據(jù)交換/接口技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化等。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的應(yīng)用72CAM計(jì)算機(jī)輔助制造概況CAM的含義：利用計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的活動(dòng)。應(yīng)用CAM的直接應(yīng)用：物流運(yùn)行控制/生產(chǎn)控制/質(zhì)量控制；CAM的間接應(yīng)用：CAPP/NC程序編制/輔助工裝設(shè)計(jì)/輔助作業(yè)計(jì)劃編制發(fā)展?fàn)顩r1952年第一臺(tái)數(shù)控機(jī)床；1955年在通用計(jì)算機(jī)上，實(shí)現(xiàn)了NC程序編制的自動(dòng)化；1958年研制成功了自動(dòng)換刀的鏜銑加工中心；1962年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人；1966年一臺(tái)通用計(jì)算機(jī)集中控制多臺(tái)NC機(jī)床DNC.1970年第一個(gè)FMS；80年代在CAD、CAPP、CAM等基礎(chǔ)上致力于CIMS的研究和開發(fā)。計(jì)算機(jī)輔助NC程序編制CAM計(jì)算機(jī)輔助制造73切削成型控制的簡單比較：普通機(jī)床由人工控制；普通自動(dòng)機(jī)床引入凸輪、靠模等裝置輔助控制刀具運(yùn)動(dòng)；NC加工過程由程序控制。CNC機(jī)床的自動(dòng)編程舉例：由二次曲線組成的平板零件---采用直線插補(bǔ)，計(jì)算交點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)和刀具中心軌跡。計(jì)算機(jī)輔助NC程序編制發(fā)展概況：由百種，代表性APT---自動(dòng)編成工具.1955年推出APT；1958年APT-II型—曲線；1961年APT-III3-5坐標(biāo)立體曲面；70’sAPT-IV自由曲面；1985年ISO公布（ISO4342-1985）以APT為基礎(chǔ)。（JB3112-82）APT的基本組成1）基本符號(hào)---字母、數(shù)字、標(biāo)點(diǎn)符號(hào)、算術(shù)運(yùn)算符號(hào)（鍵盤）等；2）詞匯---元素詞匯（point,line,plane）;形位關(guān)系詞匯（parlel,perpto,tanto）;函數(shù)類詞匯（sin,cos,exp,sqrt);加工工藝詞匯（bore,cham,rough,feed,toler）;刀具詞匯（turntl,miltl,dritl）;刀具運(yùn)動(dòng)詞匯（gofwd,tllft）切削成型控制的簡單比較：743）語句：幾何定義語句、刀具運(yùn)動(dòng)語句、工藝數(shù)據(jù)語句---由詞匯、數(shù)值和標(biāo)識(shí)符號(hào)按語法規(guī)則組成.幾何定義語句：表示地點(diǎn)、線、面（17種幾何元素）及其位置關(guān)系的語句。刀具運(yùn)動(dòng)語句：用來模擬加工過程刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。定義三個(gè)控制面，即零件面、導(dǎo)向面、檢查面。語句功能：描述保持零件面、導(dǎo)向面、到檢查面的位置關(guān)系，直到檢查面---終止限定面。語句例子6-22/6-12工藝數(shù)據(jù)語句---表示切學(xué)用量的語句、初始語句---確定刀具與工件起始位置/狀態(tài)的語句、終止語句---按規(guī)程順序依次關(guān)閉操作動(dòng)作的語句。數(shù)控程序系統(tǒng)：評(píng)價(jià)內(nèi)容：工藝處理能力/圖形處理能力（例如圖6-15）工作過程：輸入翻譯階段，軌跡計(jì)算階段，后置處理階段。發(fā)展：專用系統(tǒng)、交互式系統(tǒng)、語音NC系統(tǒng)、NC編成與CAD集成6-17.3）語句：幾何定義語句、刀具運(yùn)動(dòng)語句、工藝數(shù)據(jù)語句---由詞75NC程序動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)對(duì)數(shù)控程序的檢驗(yàn)---提出了虛擬制造技術(shù)。對(duì)模擬系統(tǒng)的要求---程序的動(dòng)態(tài)檢查/模擬加工全過程N(yùn)C程序動(dòng)態(tài)模擬系統(tǒng)767.3數(shù)控技術(shù)（NC）概述數(shù)控技術(shù)—數(shù)字控制技術(shù)：是自動(dòng)控制技術(shù)之一；指用數(shù)字量及字符發(fā)出指令和實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的技術(shù)。采用數(shù)控技術(shù)的控制系統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)；裝備數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。1948年美國Parsons提出設(shè)想：按照微小增量的步距移動(dòng)得到所需要的軌跡。指令代碼輸入紙帶/穿孔卡。1952年改造一臺(tái)銑床，同時(shí)控制三軸。基本原理：直線和圓弧的插補(bǔ)。即根據(jù)給定的數(shù)學(xué)函數(shù)，（線性的、圓弧的，或高次方函數(shù)）在理想的軌跡或輪廓上的已知點(diǎn)之間，確定一些中間點(diǎn)的的方法，稱為插補(bǔ)。直線插補(bǔ)/圓弧插補(bǔ)---控制/擬合:刀具與機(jī)床的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡7.3數(shù)控技術(shù)（NC）77數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：1）提高加工精度和同一批零件的尺寸重復(fù)精度，即質(zhì)量穩(wěn)定性。a.數(shù)控系統(tǒng)/裝置具有補(bǔ)償功能。b.在數(shù)控機(jī)床上，精度不受復(fù)雜形狀影響。c.減少安裝次數(shù)，減少安裝誤差。d.減少人為操作的誤差。2）加工復(fù)雜形狀的零件3）提高生產(chǎn)率（自動(dòng)化減少機(jī)動(dòng)時(shí)間、輔助時(shí)間、測(cè)量時(shí)間、準(zhǔn)備時(shí)間等）4）柔性好（調(diào)整程序/靈活方便）5）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度6）有助于質(zhì)量控制7）經(jīng)濟(jì)性好8）有利于向高級(jí)制造系統(tǒng)發(fā)展數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)：78CNC機(jī)床的組成和分類組成：（1）主機(jī)---數(shù)控機(jī)床的主體：車床、銑床、加工中心等（2）CNC裝置：系統(tǒng)軟件：管理軟件：程序的輸入輸出/顯示/診斷控制軟件：譯碼/刀具補(bǔ)償/速度控制/插補(bǔ)運(yùn)算/位置控制數(shù)控功能：多軸控制/插補(bǔ)功能/準(zhǔn)備功能G/進(jìn)給功能F1200/主軸功能S800/刀具功能T/輔助功能M（100種）/補(bǔ)償功能R/圖形顯示功能（3）驅(qū)動(dòng)裝置：步進(jìn)電機(jī)/伺服電機(jī)（4）輸入輸出設(shè)備（5）可編程控制器PLC---邏輯運(yùn)算實(shí)現(xiàn)開關(guān)量的控制（6）輔助裝置傳統(tǒng)機(jī)床/車床、銑床的傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)/有級(jí)、定比、簡單等CNC機(jī)床的組成和分類79分類：（1）按運(yùn)動(dòng)軌跡分點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床/直線控制數(shù)控機(jī)床/輪廓控制數(shù)控機(jī)床（2）按驅(qū)動(dòng)裝置的控制方式分開環(huán)控制/半閉環(huán)控制/閉環(huán)控制（3）按加工用途分金屬切削類數(shù)控機(jī)床/金屬成形類數(shù)控機(jī)床/特種加工數(shù)控機(jī)床（4）按功能水平分分辨率和進(jìn)給量0.01mm/8-15m/mim為低檔0.001mm/15-24m/min為中檔0.0001mm/15-100m/min為高檔驅(qū)動(dòng)進(jìn)給類型開環(huán)和步進(jìn)電機(jī)為低檔半閉環(huán)和閉環(huán)/交流或直流電機(jī)為中高檔分類：80聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2-3軸為低檔；3-4為中檔；5以上為高檔通信功能低檔一般無通信功能；中檔一般有DNC---直接控制數(shù)控接口高檔一般有MAP---制造自動(dòng)化協(xié)議通信接口；網(wǎng)絡(luò)通信功能顯示功能低檔一般數(shù)碼顯示或CRT字符顯示中檔一般有齊全的CRT顯示包括字符、圖形、對(duì)話和自診斷高檔一般有三維圖形顯示CPU/PLC低檔一般8或16位CPU/無PLC中檔一般32位CPU/有PLC高檔一般64位CPU/有強(qiáng)功能PLC聯(lián)動(dòng)軸數(shù)2-3軸為低檔；81插補(bǔ)原理插補(bǔ)是整個(gè)CNC系統(tǒng)控制軟件的核心1。脈沖增量插補(bǔ)和數(shù)字增量插補(bǔ)脈沖增量插補(bǔ)---每個(gè)脈沖使運(yùn)動(dòng)軸前進(jìn)或后退一個(gè)基本長度單位，稱為脈沖當(dāng)量。其插補(bǔ)計(jì)算比較簡單，用加/減法便可實(shí)現(xiàn)，但速度較慢。用于步進(jìn)電機(jī)控制。數(shù)字增量插補(bǔ)---分兩步插補(bǔ)，第一步粗插補(bǔ)（等長度線段），第二步精插補(bǔ)（數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化）。特點(diǎn)是進(jìn)給速度高，用于伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的半閉環(huán)或閉化控制。數(shù)字積分法（DDA）---屬于脈沖增量插補(bǔ)，它比逐點(diǎn)比較法速度快，脈沖分配均勻，適合于多軸聯(lián)動(dòng)。插補(bǔ)原理82時(shí)間分割法---把加工一段直線或圓弧的整段時(shí)間細(xì)分為許多相等的時(shí)間間隔，根據(jù)給出的加工進(jìn)給速度，計(jì)算出插補(bǔ)周期內(nèi)的進(jìn)給量，進(jìn)行出插補(bǔ)計(jì)算和各聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸的的位移增量值，然后再計(jì)算粗插補(bǔ)周期內(nèi)的坐標(biāo)軸的位移增量、變換成坐標(biāo)方向的均勻運(yùn)動(dòng)，即精插補(bǔ)。數(shù)控加工程序的編制數(shù)控編成的內(nèi)容和步驟分析零件圖紙--確定加工工藝過程/計(jì)算走刀軌跡—得出刀位數(shù)據(jù)/編寫零件加工程序/制作程序載體（控制介質(zhì)）/校對(duì)及試切數(shù)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)包括：1.數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系和運(yùn)動(dòng)方向的規(guī)定；2.編碼與輸入；3.零件的加工程序先進(jìn)制造技術(shù)概論83手工編程舉例N1G91G00G17G41X+70.0Y+90.0D03M03S700M08；N2G02Y+100.0F150R50.0；N3G01X+150.0；N4Y-100.0；N5X-150.0；N6G40G00X-70.0Y-90.0M05M09；N7M02其中：G指令---準(zhǔn)備/功能指令常見：G00點(diǎn)位控制，確定坐標(biāo)系，G91相對(duì)坐標(biāo)系G01直線插補(bǔ)，G02順時(shí)針圓弧插補(bǔ)，G41刀具左偏，G40刀具半徑補(bǔ)償注銷指令，G17選擇坐標(biāo)XY平面M指令---輔助功能指令常見：M01啟動(dòng)程序，M02程序結(jié)束，M03主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，M05主軸停轉(zhuǎn)，M08打開工作液，M09關(guān)閉工作液D03刀具號(hào)-半徑手工編程舉例84自動(dòng)編程上述過程主要由計(jì)算機(jī)完成。必要的準(zhǔn)備工作，根據(jù)零件圖紙的要求編寫簡短的零件加工源程序，輸入計(jì)算機(jī)后自動(dòng)進(jìn)行處理，計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡，編出加工程序，通過程序輸入或直接連通通信接口。自動(dòng)編程種類計(jì)算機(jī)語言輸入/圖形輸入/語音輸入等隨機(jī)/在線或脫機(jī)編程數(shù)控技術(shù)與PLCPLC定義：是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專門在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)、和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入、輸出，控制各種機(jī)械和生產(chǎn)過程。----國際電工委員會(huì)IEC自動(dòng)編程85PLC的特點(diǎn)：1）可靠性好2）編程簡單3）通用性強(qiáng)4）容易實(shí)現(xiàn)“機(jī)-電-儀”一體化5）直接代負(fù)載能力強(qiáng)PLC的分類小、中、大、超大型---I/O點(diǎn)數(shù)、存儲(chǔ)容量和功能依次增大。小型的用于單機(jī)；大型的用于FMS等內(nèi)裝型和獨(dú)立式兩種---前者是CNC本身的一種功能、從屬于CNC系統(tǒng)；統(tǒng)一設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)緊湊。后者突出特點(diǎn):便于設(shè)備功能更新升級(jí)。PLC的工作原理：單板機(jī)/微機(jī)工作原理硬件設(shè)備、模塊、芯片、管角功能軟件匯編語言---邏輯代數(shù)為基礎(chǔ)。PLC的特點(diǎn)：867.4柔性制造系統(tǒng)（FMS）概述FMS的組成FMS中的數(shù)據(jù)流FMS的應(yīng)用情況和發(fā)展前景7.4柔性制造系統(tǒng)（FMS）87第一節(jié)概述柔性：指加工對(duì)象、工藝過程、工序內(nèi)容、生產(chǎn)節(jié)拍和加工設(shè)備的自動(dòng)調(diào)整性。柔性制造系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和物流系統(tǒng)連接起來并具有一系列自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)備，加工對(duì)象、工藝過程、工序內(nèi)容和生產(chǎn)節(jié)拍等自動(dòng)調(diào)整的高度自動(dòng)化制造系統(tǒng)。包括以下內(nèi)容：1）管理和控制系統(tǒng)---單元級(jí)控制器、工作站級(jí)控制器、設(shè)備級(jí)控制器2）物流系統(tǒng)---裝卸工作站、自動(dòng)化倉庫、無人運(yùn)輸小車、托盤交換站等3）刀具流系統(tǒng)---刀庫系統(tǒng)、刀具預(yù)調(diào)儀、刀具存取工作站、、清洗裝置、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和換刀機(jī)器人等。4）加工單元---配置主要是加工中心、車削中心及其它數(shù)控機(jī)床等。5）監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)---包括工件監(jiān)控和檢測(cè)系統(tǒng)、刀具監(jiān)控和加工過程監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控。第一節(jié)概述88柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)，內(nèi)容如下：1）系統(tǒng)管理和控制技術(shù)---單元控制/設(shè)備數(shù)字及邏輯控制2）系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)---一是功能和信息建模，二是全過程仿真3）系統(tǒng)監(jiān)測(cè)和檢測(cè)技術(shù)---包括物流、設(shè)備、刀具、質(zhì)量等的監(jiān)測(cè)、檢測(cè)4）刀具及其系統(tǒng)管理技術(shù)---編碼識(shí)別技術(shù)和管理技術(shù)5）柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的支持技術(shù)---制造技術(shù)/計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)/伺服控制技術(shù)/工程檢測(cè)技術(shù)/人工智能/成組技術(shù)/加工程序自動(dòng)生成技術(shù)第二節(jié)柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法柔性制造系統(tǒng)的評(píng)價(jià)指標(biāo)1）柔性及產(chǎn)品界定---面向零件的可調(diào)整性2）生產(chǎn)率---中小批量、多品種3）利用率---包括設(shè)備、刀具、系統(tǒng)等綜合利用率4）經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)---投資利潤率、回收期，包括靜態(tài)和動(dòng)態(tài)指標(biāo)。5）系統(tǒng)可靠性和維修性柔性自動(dòng)化制造系統(tǒng)，內(nèi)容如下：896）自動(dòng)化程度7）加工質(zhì)量指標(biāo)柔性制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)步驟1）立項(xiàng)條件分析---市場(chǎng)、技術(shù)條件等2）概念設(shè)計(jì)---包括效益估算、效率估計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和實(shí)現(xiàn)的可行性、投資條件、可行性論證3）初步設(shè)計(jì)---系統(tǒng)工藝技術(shù)方案設(shè)計(jì)4）技術(shù)及詳細(xì)設(shè)計(jì)---結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、管理與控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、編制技術(shù)文件、有關(guān)建筑設(shè)計(jì)系統(tǒng)功能模型和信息模型設(shè)計(jì)1）功能模型設(shè)計(jì)基本功能需求---信息變化/制造變換建立功能模型內(nèi)容/步驟：初始化/分析用戶需求信息/確定柔性制造系統(tǒng)的邊界/系統(tǒng)上層功能的分解/設(shè)計(jì)下層功能模型/評(píng)審功能模型/形成文件和功能模型圖6）自動(dòng)化程度902）信息模型設(shè)計(jì)信息模型目標(biāo)是提供一個(gè)數(shù)據(jù)含義及相互關(guān)系一致的定義，用來集成、管理和共享數(shù)據(jù)。用于全面描述和分析柔性制造系統(tǒng)的信息需求，為設(shè)計(jì)、開發(fā)或購買單元/設(shè)備/數(shù)據(jù)庫提供技術(shù)準(zhǔn)備和要求。柔性制造系統(tǒng)配置與布局包括：工位設(shè)置、設(shè)備配置、物流和刀具流系統(tǒng)配置。1）獨(dú)立工位及其配置---加工工位/裝卸工位/監(jiān)測(cè)工位/清洗工位2）物流和刀具流系統(tǒng)及配置---物流系統(tǒng)/刀具流系統(tǒng)3）設(shè)備配置---順序/節(jié)拍總體布局布局原則：緊湊流暢/物流方便/互不干擾（振動(dòng)、信號(hào)）/模塊化/便于擴(kuò)展/安全與防護(hù)布局形式：1）設(shè)備關(guān)系：功能布局/模塊布局/單元布局2）傳輸關(guān)系：直線形布局/環(huán)形布局/網(wǎng)絡(luò)布局2）信息模型設(shè)計(jì)917.5計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）概述CIMS的組成CIMS中的信息集成技術(shù)CIMS的現(xiàn)狀和發(fā)展7.5計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）92第一節(jié)概述產(chǎn)生和發(fā)展---計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展使機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)方式由局部自動(dòng)化走向全局自動(dòng)化；由單項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展到生產(chǎn)過程與市場(chǎng)競(jìng)爭結(jié)合的需求。1974年由美國人提出的CIM.基于企業(yè)生產(chǎn)過程的各個(gè)環(huán)節(jié)是整體；制造過程的實(shí)質(zhì)是對(duì)信息的采集、傳遞、處理加工的過程。在功能上包含了工廠的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動(dòng)、從市場(chǎng)預(yù)測(cè)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、生產(chǎn)管理到售后服務(wù)的全部活動(dòng)。CIMS的關(guān)鍵是技術(shù)、信息集成。發(fā)達(dá)國家重視CIMS的發(fā)展；中國1987年開始對(duì)CIMS關(guān)鍵技術(shù)研究。作為新的生產(chǎn)模式在新世紀(jì)占主導(dǎo)地位。第二節(jié)結(jié)構(gòu)與組成決策層、信息層、物質(zhì)層。分類：1）面向CIMS系統(tǒng)功能構(gòu)成和控制結(jié)構(gòu)的體系構(gòu)成；2）面向CIMS系統(tǒng)生命周期的體系構(gòu)成；3）面向CIMS系統(tǒng)集成平臺(tái)的體系構(gòu)成。第一節(jié)概述93例如：美國國家標(biāo)準(zhǔn)局自動(dòng)化研究所AMRF建立的CIMS1）用戶接口---包括輸入輸出2）制造管理分級(jí)控制結(jié)構(gòu)---通過用戶數(shù)據(jù)接口，把工作指令分解成控制指令3）網(wǎng)絡(luò)通信---包括信息，媒介，傳遞軟件等4）公用數(shù)據(jù)庫---制造數(shù)據(jù)庫，商用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，物理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，邏輯視圖處理機(jī)，數(shù)據(jù)操作語言，編譯程序及軟件。5）車間系統(tǒng)---基本制造活動(dòng)（加工、運(yùn)輸、檢測(cè)、儲(chǔ)存等）的執(zhí)行裝置，外圍設(shè)備和技術(shù)。CIMS是各種設(shè)備的集成、各種信息的集成。分級(jí)控制結(jié)構(gòu)德國MTU公司采用三級(jí)結(jié)構(gòu)：計(jì)劃級(jí)、管理級(jí)、執(zhí)行級(jí)美國AMRF采用五級(jí)結(jié)構(gòu)：工廠級(jí)、車間級(jí)、單元級(jí)、工作站級(jí)、設(shè)備級(jí)，每一級(jí)分解為子級(jí)和模塊。例如：美國國家標(biāo)準(zhǔn)局自動(dòng)化研究所AMRF建立的CIMS94第三節(jié)實(shí)現(xiàn)CIMS的關(guān)鍵技術(shù)一.信息傳輸MAP網(wǎng)(制造自動(dòng)化協(xié)議)---工業(yè)局域網(wǎng)，GE公司1980年提出把公司內(nèi)4萬臺(tái)來自不同廠商自動(dòng)化設(shè)備，連接統(tǒng)一通信問題。TOP協(xié)議---技術(shù)與辦公環(huán)境的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。MAP/TOP---Boeing,GE,BMW安裝了MAP寬頻帶網(wǎng)。二.產(chǎn)品集成模型CAD是CIMS的核心，但目前無法滿足要求。CAD解決的是體素拼合、剖面計(jì)算、消隱和真實(shí)圖形的顯示。CIMS要求還包括工藝特征、材料、加工精度、表面粗糙度等信息。前者是造型，后者是加工方法，工藝路線、刀具，切削用量等前提。產(chǎn)品集成模型是面向產(chǎn)品、技術(shù)和過程。三.生產(chǎn)管理1）訂貨選擇---市場(chǎng)需求的集成計(jì)劃；2）供應(yīng)管理---工期信息；3）庫存物資---MRP制造資源計(jì)劃第三節(jié)實(shí)現(xiàn)CIMS的關(guān)鍵技術(shù)95英國的ICL公司開發(fā)MRP-III由5部分組成：MRP-II，JIT，專家系統(tǒng)，并行工程和人員。第四節(jié)CIMS技術(shù)的進(jìn)展和應(yīng)用863高技術(shù)計(jì)劃中安排CIMS主題1）信息集成---企業(yè)建模、異構(gòu)環(huán)境下的信息集成；2）過程集成---串行過程到并行過程，可制造性、可裝配性、質(zhì)量分配；3）企業(yè)集成---適應(yīng)全球經(jīng)濟(jì)和制造模式，CIMS模式資源共享、虛擬制造、資源優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，目標(biāo)是快速、優(yōu)質(zhì)、低耗地響應(yīng)市場(chǎng)英國的ICL公司開發(fā)MRP-III由5部分組成：MRP-II96成都飛機(jī)工業(yè)公司實(shí)施CIMS對(duì)比生產(chǎn)方式傳統(tǒng)方式采用CIMS技術(shù)

綜合設(shè)計(jì)從總體設(shè)計(jì)之板金、3天放碼排料11天工藝設(shè)計(jì)5-6天工藝文件1-2小時(shí)下發(fā)至每個(gè)操作崗位

生產(chǎn)單元工位組織調(diào)整、按CAPP編排調(diào)整1天安排及順產(chǎn)1天累計(jì)生產(chǎn)時(shí)間

17-18天4天成都飛機(jī)工業(yè)公司實(shí)施CIMS對(duì)比977.6成組技術(shù)（GT）第一節(jié)概述技術(shù)基礎(chǔ)是相似理論相似概念：介于相同和相異之間的概念。相同體現(xiàn)對(duì)原事物的繼承；相異表現(xiàn)出對(duì)原事物的發(fā)展或創(chuàng)新。GT應(yīng)用相似的屬性：1）目的性：分組的判據(jù)；2）條件性：對(duì)象相似與環(huán)境相似不可缺少；3）層次性：系列中的產(chǎn)品、部件、組件、零件、體素、特征等構(gòu)成；4）多樣性：一方面指不變屬性（物理的）/另一方面有可變屬性（批量、交貨期）等GT的發(fā)展；需求/產(chǎn)品/競(jìng)爭/條件；生產(chǎn)方式的改進(jìn)；是生產(chǎn)技術(shù)和管理技術(shù)的綜合方法體系，是CAD/CAM/CAPP基礎(chǔ)。效果：使產(chǎn)品設(shè)計(jì)/生產(chǎn)準(zhǔn)備/工廠設(shè)計(jì)等節(jié)省50%7.6成組技術(shù)（GT）98第二節(jié)分類代碼系統(tǒng)分類：按照選定的屬性（或特征）處理對(duì)象，將有某種共同屬性（或特征）的對(duì)象集中的過程；代碼：是表示事物（或概念）的特定字符；編碼：是給事物（或概念）賦予代碼的過程；分類代碼系統(tǒng)：用特定字符（代碼）描述（或標(biāo)識(shí)）分類對(duì)象的法則體系。典型分類代碼系統(tǒng)簡介1）機(jī)床零件分類編碼系統(tǒng)（JCBM-1）基本組成；舉例《先1-2-5/6》。2）SULSER分類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理；三個(gè)字代碼系統(tǒng)（工件、工序、設(shè)備）；數(shù)字代碼。《先1-2-7》第二節(jié)分類代碼系統(tǒng)99分類代碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理1）原則包容性：能包容全部和可能出現(xiàn)的事物；唯一性：不得出現(xiàn)異議的情況；穩(wěn)定性：永久的、易確認(rèn)的特征；方便性：簡單。2）過程總體方案；定義編碼細(xì)則；表達(dá)方式；結(jié)構(gòu)形式與信息容量。第三節(jié)分類成組方法組：是指與生產(chǎn)過程有關(guān)、具有相同或相似屬性（或特征）的事物集合。分組：以零件為對(duì)象分類成組。視檢法：由專業(yè)人員---分析圖紙/劃分類型---分成組/平衡調(diào)整；編碼分組法：由計(jì)算機(jī)輔助分組；編碼/信息統(tǒng)計(jì)/制定分組標(biāo)準(zhǔn)/分組《先1-2-17》流程分析法：基于機(jī)群布置/依據(jù)工藝卡/相似零件集合新方法：應(yīng)用圖像識(shí)別和勢(shì)函數(shù)法（描述零件特征、工藝特征）的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)分類代碼系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理100第四節(jié)成組技術(shù)的應(yīng)用成組設(shè)計(jì)原理：運(yùn)用成組技術(shù)標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，建庫存檔舉例：1.國外一家工具公司：產(chǎn)品6500種，最少3件，最多2000件（平均70件）利用CODER代碼系統(tǒng)（8位16進(jìn)制）對(duì)31000種零件編碼。1975年實(shí)施成組技術(shù)，兩年后獲經(jīng)濟(jì)效益93.3萬美元，其中成組零件設(shè)計(jì)56.2萬元。1978年僅采用檢索設(shè)計(jì)方法節(jié)省設(shè)計(jì)費(fèi)9.4萬美元。2.國內(nèi)一家高壓開關(guān)廠：成組生產(chǎn)子系統(tǒng)1988年省級(jí)鑒定包括五個(gè)零件族，37組700種零件，進(jìn)行成組設(shè)計(jì)：減少設(shè)計(jì)品種數(shù)52%，減少圖紙數(shù)10%，工作圖減少30%。成組工藝與成組布置設(shè)計(jì)制定工藝路線/選擇設(shè)備、工具、量具/設(shè)備布局、物料搬運(yùn)---相似原理第四節(jié)成組技術(shù)的應(yīng)用101成組生產(chǎn)管理計(jì)劃調(diào)度信息符合成組生產(chǎn)要求/生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃按成組單元實(shí)施舉例：國內(nèi)某機(jī)床廠1980-1985年科技與生產(chǎn)聯(lián)合攻關(guān)項(xiàng)目。生產(chǎn)組織貫穿GT技術(shù)/全部信息代碼為技術(shù)數(shù)據(jù)/GT—NC—CAD結(jié)合；效果：工藝準(zhǔn)備周期縮短33%，工藝設(shè)計(jì)效率提高10倍，廢品率由1%降低到0.7%，工時(shí)定額壓縮5.4%，加工生產(chǎn)率提高25-30%。成組生產(chǎn)管理102第七章先進(jìn)制造技術(shù)模式/新概念新的國際經(jīng)濟(jì)、科技形勢(shì)下，先進(jìn)制造技術(shù)的組織方式、目標(biāo)。主要內(nèi)容：智能制造、敏捷制造、精益生產(chǎn)、并行工程、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)化制造等制造模式；CIMS/ERP、未來制造環(huán)境下的綠色制造等。問題的提出：背景、新技術(shù)，問題及措施：1）CIMS由技術(shù)支撐轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)調(diào)人、技術(shù)和經(jīng)營的集成；2）實(shí)施CIMS必須變革企業(yè)的管理機(jī)制（管理與技術(shù)一體化）；3）多種模式；4）實(shí)施CIMS必須以企業(yè)為核心，集成和重視人的力量（發(fā)揮人的創(chuàng)造性）。第一節(jié)精益生產(chǎn)---LP上世紀(jì)初FORD公司開創(chuàng)大量生產(chǎn)方式。1950’sTOYOTA公司開創(chuàng)的新生產(chǎn)體制，在MP基礎(chǔ)上結(jié)合日本的國情，綜合單件/小批和MP的特點(diǎn)，實(shí)施崗位增值---LP。SIEMENS、大眾等公司廣泛采用。第七章先進(jìn)制造技術(shù)模式/新概念103LP的構(gòu)成核心：準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)方式JIT。構(gòu)成形式：精益生產(chǎn)體系|||JITGTTQCLP的特點(diǎn)1）以人為本---線上的每個(gè)人有權(quán)叫停，檢查、排除故障；是終身雇員；不斷學(xué)習(xí)，發(fā)揮創(chuàng)造性。2）崗位增值---簡化為手段，去除不增值工作；簡化過程；一體化質(zhì)量保證。3）零缺陷為目標(biāo)---不斷改進(jìn)、無廢品、零庫存、低成本。LP與CIMS是同一目標(biāo)兩種方法；CIMS突出的是信息、功能、資源等集成，LP強(qiáng)調(diào)的是組織、過程、安排等簡化；發(fā)展方向：把LP的哲理融