现代先进制造技术综述

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1、现代先进制造技术（NC、FMS、RPM）综述摘要：本文主要介绍了当今机械制造领域应用的先进制造技术NC （数控技术）、FMS （柔性制造技术）、 RPM （快速成型制造技术）的系统构成、发展状况等。一、引言先进制造技术（Advanced Manufactuing Technology）,人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技 术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、 自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计 算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条

2、件之一，但并非充分条件，其优 势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。本文将综述其 中的NC （数控技术）、FMS （柔性制造技术）、RPM （快速成型制造技术）。二、正文（一）NC （数控技术）1. 数控技术与数控机床数控（英文名字：Numerical Control简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一 台或多台机械设备动作控制的技术。数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计 算机数控（Computer Numerical Control ），简称CNC，国外一般都称为CNC,很少再用NC这个概念了。

3、它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载 体和二进制形式数据运算的出现。 1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载 体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定 了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。 1952 年，第 一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。台数控机床现在，数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computer Numerical Control） ，目前它是采

4、用计算机实现数字程序控 制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对 设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计 算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指 令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均 可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服 驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的 技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业 和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，如数控机床等。其技术涉及多个领域： （1）机械制造技 术；（2）信息处理、加工、传输技

5、术；（3）自动控制技术；（4）伺 服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。世界各国信息产业、生 物产业、航空、航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能 力。工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅大力发展自己的数控技术及其产业，而 且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。因此大力发展以数控技术为核心的先进制 造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。2. 数控机床的特点与通用机床相比，除了数控机床在结构上的

6、改进提高了性能 外，采用数控机床加工在工艺上还有以下特点：加工精度高，具有稳定的加工质量； 可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件； 加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产 准备时间；机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生 产率高（一般为普通机床的 35 倍）；机床自动化程度高，可以减轻劳动强度； 对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更 高。数控机床一般由下列几个部分组成：主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、 进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部 件。数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 CRT 显示器、键盒、纸带

7、阅读机等）以及相应的软件，用于输 入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、 插补运算以及实现各种控制功能。2010 版数控机床 李雪梅电子工业出版社t作为一项新兴技术，数控机床发展迅猛驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定 位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控

8、检 测装置等。编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。3. 数控机床的组成数控机床主要有输入装置、数控装置、伺服系统和机床本体四部分组成。1）输入装置输入装置是数控机床读取加工信息的工具，可以是控制机操作面板上的键盘和按钮，通过它进行人工编程 输入。大多数情况下，为了提高数控机床的利用率，加工信息事先被录入信息载体。根据使用信息载体的不 同，数控机床相应配置光电纸带输入机、磁带机或磁盘驱动器等不同的输入装置，通过它迅速读取加工信息 令机床按程序指令进行加工。2 ）数控装置数控机床的核心。它的功能是接受零件加工信息，经过数据处理和运算，向数控机床各执行部分输出各种 相应的控制

9、信息。3 ）伺服系统该系统实现数控机床执行机构的驱动，它接受控制机的指令，完成数控机床主轴的启动、停止、变速及各 进给轴的联动。按被加工零件所要求的轮廓形面，完成点位、直线、平面或空间自由曲面的加工，达到零件的 工艺要求。数控机床的伺服系统要求具有较好的快速响应特性，以实现加工过程中机床快速准确地对加工轨迹 的跟踪。4 ）机床本体它是数控机床实现切削加工的机械结构部分，与普通机床相比有以下几方面的差别：1 为满足多种小批量产品的生产，粗、精加工甚至全部加工往往在一次装夹下由一台设备完成，因此机床要 求具有较大的功率，较高的精度、刚度、热稳定性和耐磨性。2 为了减小机械传动误差，采用了提高传动件

10、刚度，消除传动间隙，丝杠、导轨由滑动改为滚动等措施。3 由电伺服代替了纯机械变速，缩短了传动链，简化了传动结构。4 必要的辅助功能，如切削液、排屑、自动换刀、监控保护、交换工作台等。4. 数控技术的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越 重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的 趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。1. 高速、高精加工技术及装备的新趋势效率、质量是先进制造技术的

11、主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩 短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一，国际生产工程学 会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。2. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接 方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简 化操作方面的智能化，如智能化的

12、自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方 便系统的诊断及维修等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运 行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便 地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具 有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功 能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化

13、将极大地满足生产线、制 造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。 国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向 网络化方向发展的趋势。（二）FMS（柔性制造技术）80年代以来，在工业化国家中，柔性制造系统作为迈向工厂自动化的第一步，己获得了实际的应用。它 的应用，圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。一、柔性自动化的兴起随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品 的复杂程度也随之增高，传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不

14、仅对中小企业形成了威胁，而且也困 扰着国有大中型企业。因为，在大批量生产方式中，柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知，只有品种单一、 批量大、设备专用、工艺稳定、效率高，才能构成规模经济效益；反之，多品种、小批量生产，设备的专用性 低，在加工形式相似的情况下，频繁的调整工夹具，工艺稳定难度增大，生产效率势必受到影响。为了同时提 高制造工业的柔性和生产效率，使之在保证产品质量的前提下，缩短产品生产周期，降低产品成本，是终使中 小批量生产能与大批量生产抗衡，柔性自动化系统便应运而生。C1型钣材柔性制造系统自从 1954 年美国麻省理工学院第一台数字 控制铣床诞生后，70 年代初柔性自动化进入了 生产

15、实用阶段。几十年来，从单台数控机床的 应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔 性制造系统和计算机集成制造系统，使柔性自 动化得到了迅速发展。二、柔性制造系统的类型与构成柔性制造系统的类型 柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工 对象变化的制造系统。柔性制造系统有以下三 种类型：柔性制造单元柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工 中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形 状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。柔性制造系统柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产

16、系统。该系统由电子计算机实 现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量 大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。柔性自动生产线柔性自动生产线是把多台可以调整的机床（多为专用机床）联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生 产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生 产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。柔性制造系统的构成就机械制造业的柔性制造系统而言，其基本组成部分有：自动加工系统自动加工系统，指以成组技术为基础，把外形尺寸（形状不必完全一致）、重量大致相似，材料相同，工艺相 似的零件集中在一台或数台数控机