ch先進制造技術(shù)

第十八章先進制造技術(shù)第一節(jié)

柔性自動化加工技術(shù)第二節(jié)現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)第三節(jié)

快速原型制造技術(shù)第四節(jié)

先進制造模式第十八章先進制造技術(shù)

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與交叉融合，不僅給制造技術(shù)提出了新的要求，也給制造技術(shù)提供了強大的支持。因此，近年來涌現(xiàn)出了許多先進制造技術(shù)，主要分為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)、先進制造工藝技術(shù)、柔性自動化制造技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)四大研究領(lǐng)域。由于教材篇幅所限，此處不能一一介紹。根據(jù)先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢，結(jié)合我國國情，本章將扼要介紹柔性自動化加工技術(shù)、現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)、快速原型制造技術(shù)和先進制造模式四方面的內(nèi)容。

第一節(jié)

柔性自動化加工技術(shù)

制造自動化是制造業(yè)發(fā)展的標志，通常將制造自動化的發(fā)展分為五個階段。從早期的滿足大批大量生產(chǎn)要求的剛性自動化，發(fā)展到以計算機數(shù)控為基礎(chǔ)的柔性自動化，依靠了許多基礎(chǔ)單元技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)及其相關(guān)裝備的長足發(fā)展。其中，計算機數(shù)字控制技術(shù)（CNC）、分布式數(shù)字控制技術(shù)（DNC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等的發(fā)展，已能較好地解決多品種、中小批量的自動化加工問題。

圖18-1制造自動化發(fā)展的五個階段一、數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控機床集傳統(tǒng)的機械制造技術(shù)、計算機技術(shù)、現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測技術(shù)、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動技術(shù)、光機電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ)。它的廣泛使用給機械制造業(yè)的生產(chǎn)方式、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)帶來了深刻的變化。數(shù)控機床是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合國力的重要基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，其水平的高低及擁有量是衡量一個國家工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標志。

數(shù)控機床的特點如下：（1）加工精度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定

（2）加工生產(chǎn)率高

（3）減輕勞動強度、改善勞動條件（4）實應(yīng)性強、經(jīng)濟效益好（5）有利于生產(chǎn)管理的現(xiàn)代化從經(jīng)濟角度出發(fā)，數(shù)控機床適用于加工：1）多品種小批量零件；2）結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，精度要求較高的零件；3）需要頻繁改型的零件；4）價格昂貴，不允許報廢的關(guān)鍵零件；5）需要最小生產(chǎn)周期的急需零件。

二、計算機數(shù)控（CNC）系統(tǒng)1、CNC系統(tǒng)的基本原理

2、CNC系統(tǒng)的核心

3、CNC機床

CNC系統(tǒng)是一個位置控制系統(tǒng)，其主要任務(wù)是根據(jù)加工程序及相關(guān)數(shù)據(jù)，進行刀具與工件的相對運動控制，完成零件的自動加工。

三、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystem）源于機械加工領(lǐng)域，其兼顧了生產(chǎn)效率和柔性這對矛盾，因此具有強大的生命力。FMS是數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的柔性自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整，適用于多品種、中等批量生產(chǎn)。所謂柔性就是通過編程或稍加調(diào)整就可同時加工不同的工件。

圖18-2FMS的的基基本本組組成成2．自動動加加工工系系統(tǒng)統(tǒng)加工工系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要由由數(shù)數(shù)控控機機床床、、加加工工中中心心等等加加工工設(shè)設(shè)備備；；工工件件清清洗洗、、在在線線檢檢測測等等輔輔助助設(shè)設(shè)備備構(gòu)構(gòu)成成。。加加工工設(shè)設(shè)備備在在工工件件、、刀刀具具和和控控制制三三個個方方面面都都具具有有可可與與其其它它子子系系統(tǒng)統(tǒng)相相連連接接的的標標準準接接口口。。加加工工系系統(tǒng)統(tǒng)的的性性能能直直接接影影響響著著FMS的性性能能，，加加工工系系統(tǒng)統(tǒng)也也是是FMS中耗耗資資最最多多的的部部分分，，因因此此恰恰當當?shù)氐嘏渑渲弥煤秃瓦x選用用加加工工系系統(tǒng)統(tǒng)是是FMS成功功與與否否的的關(guān)關(guān)鍵鍵。3．物流流系系統(tǒng)統(tǒng)在FMS中流流動動的的物物料料主主要要包包括括工工件件、、刀刀具具、、夾夾具具、、切切屑屑及及切切削削液液。。物物流流系系統(tǒng)統(tǒng)是是FMS從進進口口到到出出口口，，實實現(xiàn)現(xiàn)對對上上述述物物料料自自動動識識別別、、存存儲儲、、分分配配、、輸輸送送、、交交換換和和管管理理的的系系統(tǒng)統(tǒng)。。由由于于工工件件和和刀刀具具的的流流動動頻頻率率較較高高，，故故FMS的物物流流系系統(tǒng)統(tǒng)主主要要由由工工件件流流系系統(tǒng)統(tǒng)和和刀刀具具流流系系統(tǒng)統(tǒng)兩兩部部分分組組成成。。圖18-3兩兩種種托托盤盤交交換換器器第二二節(jié)節(jié)現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)CIMS信息息化化是是制制造造業(yè)業(yè)發(fā)發(fā)展展的的重重要要手手段段。。隨隨著著計計算算機機技技術(shù)術(shù)、、自自動動化化技技術(shù)術(shù)、、科科學(xué)學(xué)管管理理技技術(shù)術(shù)、、網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)技技術(shù)術(shù)等等的的發(fā)發(fā)展展，，全全球球市市場場、、全全球球制制造造的的逐逐步步形形成成，，制制造造業(yè)業(yè)信信息息化化、、制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)集集成成化化技技術(shù)術(shù)也也有有了了更更加加廣廣度度和和深深度度的的發(fā)發(fā)展展，，并并由由此此形形成成了了現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)。。1．計計算算機機集集成成制制造造圖18-4CIMS輪輪圖圖（（1985年年SME發(fā)發(fā)表表））圖18-5CIMS輪輪圖圖（（1993年年SME發(fā)發(fā)表表））2、現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)1998年，，我我國國863計劃劃/CIMS主題題專專家家組組根根據(jù)據(jù)全全球球制制造造業(yè)業(yè)的的發(fā)發(fā)展展趨趨勢勢和和中中國國國國情情，，提提出出了了現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)（（ContemporaryIntegratedManufacturingSystems，CIMS）的的概概念念及及其其相相關(guān)關(guān)論論點點?！，F(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)是是一一種種基基于于計計算算機機集集成成制制造造理理念念的的、、數(shù)數(shù)字字化化、、信信息息化化、、智智能能化化、、綠綠色色化化、、集集成成化化的的綜綜合合制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)，，是是利利用用現(xiàn)現(xiàn)代代信信息息技技術(shù)術(shù)、、現(xiàn)現(xiàn)代代管管理理技技術(shù)術(shù)與與制制造造技技術(shù)術(shù)，，在在全全球球的的制制造造環(huán)環(huán)境境范范圍圍內(nèi)內(nèi)，，將將產(chǎn)產(chǎn)品品生生命命周周期期各各階階段段與與企企業(yè)業(yè)內(nèi)內(nèi)外外部部相相關(guān)關(guān)的的活活動動和和資資源源集集成成起起來來，，力力爭爭使使企企業(yè)業(yè)的的運運行行相相對對于于優(yōu)優(yōu)化化達達到到其其理理想想運運行行狀狀態(tài)態(tài)。。圖18-6現(xiàn)現(xiàn)代代集集成成制制造造系系統(tǒng)統(tǒng)第三三節(jié)節(jié)快速速原原型型制制造造技技術(shù)術(shù)隨著著全全球球市市場場一一體體化化的的形形成成，，制制造造業(yè)業(yè)的的競競爭爭十十分分激激烈烈，，產(chǎn)產(chǎn)品品的的開開發(fā)發(fā)速速度度日日益益成成為為競競爭爭的的主主要要矛矛盾盾。。在在這這種種情情況況下下，，自自主主快快速速產(chǎn)產(chǎn)品品開開發(fā)發(fā)（（快快速速設(shè)設(shè)計計和和快快速速工工模模具具））的的能能力力成成為為制制造造業(yè)業(yè)全全球球競競爭爭的的實實力力基基礎(chǔ)礎(chǔ)。。同同時時，，制制造造業(yè)業(yè)為為滿滿足足日日益益變變化化的的用用戶戶需需求求，，又又要要求求制制造造技技術(shù)術(shù)有有較較強強的的靈靈活活性性，，能能夠夠以以小小批批量量甚甚至至單單件件生生產(chǎn)產(chǎn)而而不不增增加加產(chǎn)產(chǎn)品品的的成成本本。。因因此此，，產(chǎn)產(chǎn)品品開開發(fā)發(fā)的的速速度度和和制制造造技技術(shù)術(shù)的的柔柔性性就就變變得得十十分分關(guān)關(guān)鍵鍵了了。?？焖偎僭托椭浦圃煸旒技夹g(shù)術(shù)（（RapidPrototypingManufacturing，RPM）就就是是在在這這種種社社會會背背景景下下，，于于80年代代后后期期產(chǎn)產(chǎn)生生于于美美國國并并很很快快擴擴展展到到日日本本及及歐歐洲洲，，是是近近年年來來制制造造技技術(shù)術(shù)領(lǐng)領(lǐng)域域的的一一項項重重大大突突破破。。一、、快快速速原原型型制制造造技技術(shù)術(shù)的的原原理理圖18-7RPM技技術(shù)術(shù)原原理理二、、RPM技術(shù)的典型工工藝方法RPM技術(shù)的具體工工藝有30余種，根據(jù)采采用材料及對對材料處理方方式的區(qū)別，，可歸納為以以下4類方法。1．選擇性液體體固化2．選擇性層層片粘接3．選擇性粉粉末熔結(jié)／粘粘接4．擠壓成形形圖18-9分分層實體制制造工藝原理理圖圖18-10選擇性性激光燒結(jié)原原理圖圖18-11熔融擠壓壓成形方法三、RPM的應(yīng)用RPM在國民經(jīng)濟極極為廣闊的領(lǐng)領(lǐng)域得到了應(yīng)應(yīng)用，并且還還在向新的領(lǐng)領(lǐng)域發(fā)展，除除在制造業(yè)得得到應(yīng)用外，，在醫(yī)學(xué)、康康復(fù)、考古工工程、建筑工工程等領(lǐng)域均均有應(yīng)用。第四節(jié)先進制造模式式生產(chǎn)管理是制制造業(yè)發(fā)展的的杠桿。世界界制造業(yè)的發(fā)發(fā)展經(jīng)歷了少少品種小批量量生產(chǎn)、少品品種大批量生產(chǎn)和多品種種小批量生產(chǎn)產(chǎn)模式的變化化，先后出現(xiàn)現(xiàn)了物料需求求計劃（MaterialRequirementsPlanning，MRP）、準時制（（JustinTime，JIT）生產(chǎn)、精益益生產(chǎn)、敏捷捷制造、綠色色制造（GreenManufacturing，GM）等科學(xué)的生生產(chǎn)管理理念念與制造模式式。一、敏捷制造造敏捷制造（AgileManufacturing，AM）是美國通用用汽車公司和和里海大學(xué)1991年提出的一種種新型生產(chǎn)模模式，其應(yīng)用用“競爭－合合作一協(xié)同””機制，使制制造系統(tǒng)在滿滿足低成本和和高質(zhì)量的同同時，對變幻幻莫測的市場場需求做出快快速反映。敏敏捷制造企業(yè)