现代制造技术教学课件.

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1、课题二十九 现代制造技术简介 【教学目的和要求】 了解现代制造技术中的新概念新模式及与本专业有关的典型事例， 目的是扩大学生的知识面，增加感性认识，为今后进一步学习和应 用相关知识和技术打下一定的基础。 【教学内容摘要】 本课题内容主要包括：现代制造技术概论（基础知识）及数控加工 、反求工程、快速原型制造、激光加工、三坐标测量机、工业机器 人、计算机集成制造系统（含柔性制造系统）等典型实例。 【教学重点、难点】 教学重点：数控加工、三坐标测量机、工业机器人； 教学难点：本课题内容为一般性介绍，不涉及更深的知识，因 此没有教学难点。 【教学方法和使用教具】 教学方法：讲授法与讨论法想结合。通过让

2、学生先观看部分录 象，具有了一定的感性认识后，再利用CAI课件讲解。在讲解 过程中，适当穿插一些讨论，师生双方形成互动的良好氛围。 使用教具：录象片、CAI课件和图片。 【教学时数】 4学时 【教学内容】 一、先进制造技术概论 （一）制造业及制造技术 所谓制造业是指将制造资源通过制造过程转化为可供人们使用 和利用的工业产品、生活消费品的行业。它涉及到国民经济的许多 部门，是国民经济和社会发展的物质基础，是一个国家综合国力的 重要体现。传统的制造业是建立在规模经济的基础上，靠企业规模 、生产批量、产品结构和重复性来获得竞争优势的，它强调资源的 有效利用，以降低成本获得高质量和高效率，其生产赢利是

3、靠机器 取代人力、复杂的专业加工取代人的技能来获取的，但却难以满足 市场对产品花色品种和交货期的要求。 在制造业中所应用的技术统称为制造技术。 人类社会已进入21世纪，产品、市场和环境都呈现出下面 所述的新的特点： 1用户需求多样化，产品生命周期缩短 2产品开发周期缩短，上市时间更快 3市场占有率竞争激烈 4对产品质量的要求更高 5分布、并行、集成并存 6大市场和大竞争逐步形成 7为适应市场的变化，必须提高柔性化 8对人的知识、技术和综合素质要求越来越高 9增强环境保护意识，保证全球性的可持续发展 由于产品、市场和环境所呈现出的这些新特点，使得制造技术也出现 了新的特点。实际上两者是相辅相成、

4、互相促进的。制造技术的新 特点主要体现在以下几个方面： 1信息技术 先进制造技术的形成与发展，与信息技术的应用和注入密切相关，使 制造技术的技术含量大大提高，使传统的制造技术发生了质的变化 。 2现代设计技术 包括计算机辅助设计，并行设计、优化设计等等。 3成形制造技术和改性技术 成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、粉末冶金等单元技术的总称 。性能要求的表面（涂）层，同时大大减少能耗及完全消除对环境 的污染。 4加工制造技术的发展 主要包括数控加工技术、超精密加工技术、超高速切削和新一代制 造装备的发展。 5工艺设计和工艺模拟技术 工艺设计由经验判断走向定量分析，加工工艺由技艺发展为工程科 学

5、。6专业、学科间的界限逐步淡化、消失 7绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征，主要体现在：绿色 产品设计技术、绿色制造技术、产品的回收和循环再制造三方 面。 8虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用 9信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，主要体现在：计算 机集成制造系统的出现及应用，并逐步向智能制造技术和智能 制造系统的方向发展。 n（二）先进制造技术的概念 n先进制造技术AMT(Advanced Manufacturing Technology) 是为了适应时代要求，不断提高企业的竞争能力，对制造 技术不断优化及推陈出新而形成的。它是一个相对的、动 态的概念。目前先进制造技术主要是指制

6、造业不断吸收机 械、电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等 ）、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用 于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至 回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵 活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能 力的制造技术的总称。 n（三）先进制造技术的内涵及技术构成 n先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家不同的发 展阶段，有不同的技术内涵和构成。对我国而言，它是一 个多层次的技术群。先进制造技术的内涵和层次及其技术 构成如下图所示。 n1基础技术 n第一层次是优质、高效、低耗、少无污染基础制造技术。铸造、锻 压、焊接、热

7、处理、表面保护、机械加工等基础工艺至今仍是生产 中大量采用、经济适用的技术，这些基础工艺经过优化而形成的优 质、高效、低耗、少无污染基础制造技术是先进制造技术的核心及 重要组成部分。2新型单元技术 n第二个层次是新型的先进制造单元技术。这是在市场需求及新兴产 业的带动下，制造技术与电子、信息、新材料、新能源、环境科学 、系统工程、现代管理等高新技术结合而形成的崭新的制造技术。 3集成技术 n第三个层次是先进制造集成技术。这是应用信息、计算机和系统管 理技术对上述两个层次的技术局部或系统集成而形成的先进制造技 术的高级阶段。以上三个层次是先进制造技术的组成部分，每一个 层次中所含的局部都是先进制

8、造技术的重要方面。 （四）先进制造技术的特点 1先进性 2广泛性 3实用性 4系统性 5集成性 6动态性 7技术与管理的更紧密结合。 8先进制造技术强调的是实现优质、高效、低耗、清 洁、灵活生产。 9先进制造技术是面向21世纪的技术系统，其目的是 提高制造业的综合经济效益，赢得激烈的市场竞争 。 （五）先进制造技术中的四大领域 先进制造技术包括四大领域，它们横跨多个学科，并组成一个有机整 体。 1现代设计技术 （1）计算机辅助设计技术。 （2）性能优良设计基础技术。 （3）竞争优势创建技术。 （4）全寿命周期设计。 （5）可持续性发展产品设计。主要是绿色设计。 （6）设计试验技术。 2先进制造

9、工艺 （1）精密洁净铸造成形工艺。 （2）精确高效塑性成形工艺。 （3）优质高效焊接及切割技术。 （4）优质低耗洁净热处理技术。 （5）高效高精机械加工工艺。 （6）现代特种加工工艺。 （7）新型材料成形与加工工艺 （8）优质清洁表面工程技术。 （9）快速模具制造技术。 （10）拟实制造成形加工技术。 3自动化技术 （1）数控技术。 （2）工业机器人。 （3）柔性制造系统FMS。 （4）计算机集成制造系统CIMS。 （5）传感技术。 （6）自动检测及信号识别技术。 （7）过程设备工况监测与控制。 4系统管理技术 （1）先进制造生产模式。 （2）集成管理技术。 （3）生产组织方法。 二、先进制造

10、技术典型应用实例 （一）数控加工技术 （二）反求工程 （三）快速原型制造 （四）激光加工技术 激光加工具有以下特点： 1加工范围广 2操作简单方便 3适用于精微加工 4激光头不需要过分靠近难于接近的地方去进行切削和 加工，甚至可以利用光纤传输进行远距离遥控加工。 5加工速度快、效率高、变形小 6可控性好，易于实现自动化 激光加工在以下几方面得到了日益广泛的应用 1激光打孔 2激光切割 3激光焊接 4激光表面热处理 5精密测量 6快速原型制造 三、三坐标测量机 三坐标测量机是集成了精密机械、电子技术、计算机技术、光学等先进技术而 发展起来的一种高效的几何量精密测量机。 （一）三坐标测量机的用途

11、1多种几何量测量 2设计一体化 3实物程序编制 （二）三坐标测量机的类型 1按功能水平可分为： （1）数显及打字型：用手动或机动测量，测量结果需人工处理，配有数显装 置和打印机。 （2）微机型：测量仍用手动或机动，测量结果由微型计算机处理。 （3）计算机数控型：可按程序通过计算机数控系统进行自动测量。这是目前 主要的常用机型。 2按结构（总体布局）形式可分为： （1）悬臂式：又可分为Z架移动式和Y架移动式。这种结构的特点是工作面开阔，有利 于测量操作，缺点是易变形。 （2）桥式：优点是刚性好，缺点是桥框立柱限制了工件的装卸。这种结构适宜用于大 型测量机。 （3）龙门式：又可分为龙门移动式和龙门

12、固定式。龙门移动式便于工件的装卸，操作 性能好，尤其适用于大型、重型工件的测量。龙门固定式的龙门刚度大，结构稳定 性好，但不宜用于测量重型工件，否则，工作台移动时的惯性太大。 （4）镗床式：又可分为坐标镗床式和卧式镗床式。前者测量范围小，但精度较高。后 者适合于完成与工作台面垂直的工件端面上的检测项目。 3按测量方式可分为： （1）接触式： （2）非接触式： 4按精度可分为： （1）精密万能型： （2）普通生产型： （三）测量系统 三坐标测量机上测量系统的主要部件是测量头和侧长系统。 1测量头 三坐标测量机的测量精度和效率与测量头密切相关。目前常用的 测量头有以下几种。 （1）机械接触式测头（

13、硬测头） （基本上已淘汰） （2）电气式测头 根据其原理和功能可分为动态式和静态式两种 。是目前应用最广的一种 1）动态测头 2）静态测头 （3）光学非接触式测头 可用于对空间曲面、软体表面、光学刻 线等的测量，尤其是不能用机械测头和电气测头测量的工件， 只能用光学非接触式测头。 （四）常用测量方法 1点位测量 常用于测量对象是由简单几何面构成的普通机械零件。点位测量时对测量 头的控制方式有3种。 （1）人工控制 （2）全自动控制 （3）半自动控制 2连续扫描测量 常用来测量曲面。测量曲面时，测量机能对以下5种扫描轮廓线类型进行控 制和数据处理。 （1）扫描轮廓线位于一个通过测量头轴线的平面内

14、。 （2）扫描轮廓线构成的平面与测量头垂直。 （3）扫描轮廓线沿一个柱面。 （4）扫描轮廓线所在平面既不通过也不垂直于测量头轴线。 （5）扫描轮廓线既不位于平面也不沿一个柱面。 四、工业机器人 机器人是涉及机械学、传感器技术、驱动技术、控制技术、通信技术和计算机技 术的一门综合性高新技术，既是光机电一体化的重要基础，又是光机电一体化的典 型代表。在现代制造系统中，工业机器人主要用于多品种、中小批量生产的自动化 系统中，因此，在FMS、CIMS和其它机电一体化系统中得到了广泛的应用，成为现 代制造系统中不可缺少的重要组成部分。 （一）工业机器人的基本概念 （二）工业机器人的组成 1操作机构 2控

15、制系统 3驱动系统 4位置检测系统 5人工智能系统 6行走机构 7机身 （三）工业机器人的分类 （四）工业机器人的应用 （五）工业机器人的特点 （六）工业机器人的性能特征 1自由度 2工作空间 3抓举重力 4运动速度 5位置精度 （七）工业机器人的机械结构 1手部结构 （1）夹持类手部 利用夹钳的开闭来夹紧和抓取工件，按其结构可分为：两指 或多指、回转和平移、外夹和内撑等多种形式。 （2）吸附类手部 利用真空吸力及负压吸力吸持工作，适用于抓取薄片工件， 吸盘由橡胶或塑料制成。 （3）专用工具 2手臂结构 3碗部结构 （八）工业机器人的控制原理 （九）工业机器人的发展历史、现状及趋势 1发展历史

16、 2现状 3发展趋势 精良机器人 微型机器人 智能机器人 五、计算机集成制造系统 （一）计算机集成制造系统的概念及组成 计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计 算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化 系统有机地集成起来，所形成的一种适合于多品种、中小批量生产 的高柔性的先进制造系统。CIMS的核心是实现企业信息集成，使 企业实现动态总体优化，达到产品上市（T）快，质量（Q）高、 成本（C）低、服务（S）好、环境（E）清洁。从而提高企业的竞 争能力与生存能力。 计算机集成制造系统又称计算机综合制造系统，它是在网络、数据库 支持下，由以计算机