第九章 先进制造技术 21世纪的产品特点 产品结构的特点 知识-->技术-->产品的时间越来越来短、 结构越来越复杂 • 1782年摄影原理到1838年照相机 56年 • 1831年电机原理到1872年发动机 41年 • 1948年半导体到1954年半导体收音机 6年 • 产品的批量 更小 • 产品价格的特点 取决于独占知识的含量 • 产品的市场特点 • 顾客对产品功能、性能、质量、服务 更高 • 参与全球竞争 更加激烈

现代制造企业环境的变化 • 大市场和大竞争； • 产品生命周期缩短； • 交货期成为主要竞争因素； • 用户需求个性化, 多品种小批量生产 比例增大。 发达国家的制造业发展迅速 例：波音777的设计和制造是20世纪90年代制造业的标志性进展 • 全数字化定义——无纸生产； • 数字化预装配——无金属样机的生产(虚拟) • 广域网上的异地设计、异地制造； • 基于ＳＴＥＰ的数据交换； • 协同工作小组（Team work) 238 设计制造周期大大缩短： 　　波音757,767 —— 9-10年 　　波音7７7缩短到4.5年，并获得巨大的独占性利润，每架波音777要价1.4亿美元。

第一节　CAD/CAPP/CAM 1、几何造型功能 2、有限元分析和优化设计功能 3、工程绘图功能 一、计算机辅助设计（CAD） 计算机辅助设计（CAD）是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识对产品进行总体设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 1、线框造型 2、曲面造型 3、实体造型 4、特征造型

CAD • CAD：Computer Aided Design 计算机辅助设计 • CAD是为了解决CAM的数控机床的加工指令才出现的，即CAD是由CAM引发的。 • CAM中所需的信息和数据大都由CAD提供，CAM离不开CAD的支持；许多信息和数据又为CAD和CAM所共享。

CAM • CAM：Computer Aided Manufacturing， 　　　 计算机辅助制造 • 在制造的各个环节，人们反复地使用系统的一次性输入信息及其处理后的二次信息，从而使计算机辅助渗透到制造的全过程，这就是CAM。

三、计算机辅助制造（CAM） 从广义的角度讲，CAM指利用计算机辅助从毛坯到产品制造过程中的直接和间接的活动，包括计算机辅助生产计划、计算机辅助工艺设计、计算机数控编程、计算机控制加工过程等内容。 而从狭义的角度讲，CAM仅指数控程序的编制，包括刀具路径的确定、刀位文件的生成、刀具轨迹仿真以及NC代码的生成等

数控编程与CAD、CAPP的集成是一个重要发展方向数控编程与CAD、CAPP的集成是一个重要发展方向 • NC/CAD/CAPP集成： • NC模块作为CAD的一个组成部分； • CAD输出的数据以标准接口的方式传递给数控编程系统； • CAD直接产生一个针对特定数控语言的专用零件源程序，由后置处理系统生成数控程序。 • CAPP与CAM的集成： • CAPP系统生成标准的自动编程程序，由一个后置处理系统将此自动编程程序翻译成数控程序； • 将刀具路径计算结果转换成特定的数控系统的指令代码，从而生成数控程序。

第二节 数控技术 2.1 数控与数控机床 1.概念 数字控制（NC — Numerical Control）,以数字化信 息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。NC已成为数控加工的专用术语。 数控: 数控技术： 用数控机床（数控设备）进行自动化加工的一种 技术，它综合应用了多种学科的知识。 数控机床：是实现柔性自动化的关键设备，是柔性自动生产系统的基本单元。 2.数控技术产生的原因 高精度、高效率； ■刚性自动化不能满足的要求（手工、小规模、大规模生产）；■柔性自动化（多品种、变批量）、复杂零件的加工（多坐 标加工）；■计算机技术的发展。

数控系统成套工程

3.数控技术的发展历史 ■1952年，第一代电子管数控系统； ■1959年，第二代晶体管数控系统。随之出现刀库，机械手、 加工中心； ■1960年，第三代集成电路数控系统，硬逻辑数控系统（称为 NC； ■1970年，第四代小型计算机数控（CNC ）； ■1974年，第五代微型计算机数控（MNC，统称CNC） ； ■1980年后，FMS、FMC、CIMS、开放式数控（open NC）系 统、智能制造系统（IMS）大发展。 ■1990年后,高速加工，纳米制造。

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X P Q 1 2 Y 3 O 点位控制 1.2 数控机床的工作原理 1.机床数字控制的原理 将被加工零件图纸上的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序，然后将程序输入数控装置，按照程序的要求，经过信息处理，分配，使各坐标以最小位移量为单位移动，其合成运动实现了刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。 最小位移量的合成运动是机床数字控制的基本原理，即轨 迹控制原理（插补原理）。 ◆点位控制：严格控制点到点的距离，不严格要求路径，运 动中不加工。

◆轮廓控制： X δ 15 16 14 △y 13 △x 12 • L • T 11 • O • Y 加工平面曲线、空间曲线、空间曲面时，需要多坐标联动。 以平面（两维）的任意曲线L为例，要求刀具Τ沿（逼近）曲线 轨迹运动，进行切削加工。 轮廓控制 轮廓控制也称连续轨迹控制，它的特点是不仅对坐标的移动量 进行控制，而且对各坐标的速度及它们之间的比率都要进行严 格控制，以便加工出给定的轨迹

2 .数控机床的应用 1）多品种变批量、单件小批量的自动化 2）柔性加工和柔性自动化 3 .数控机床的分类 ◆点位控制数控机床 ◆直线控制数控机床(单轴数控) ◆轮廓控制的数控机床：分为两坐标联动，2.5坐标联动，三坐 标联动，四坐标联动，五坐标联动等数控机床。五坐标联动 是关键技术。 柔性制造系统 简称ＦＭＳ，是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成。

第三节　CIMS CIM作为一种组织、管理与进行企业生产的哲理，它在计算机网络和数据库技术的支撑下，综合运用现代管理、制造、信息、自动化和系统工程等领域的技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行，以实现产品高质量、低成本、上市快，从而使企业赢得市场竞争。 简单地说，CIM是用计算机通过信息集成实现现代化的生产制造，求得企业的总体效益”，即以计算机作为工具，制造为其内容的CIM，其哲理的核心为信息的“集成”。 1、CIM与CIMS的定义 CIM

二、CIMS在我国的发展及实施CIMS的效益 我国“863计划”中将CIMS确定为自动化领域的主题研究项目之一，并规定了我国863/CIMS的战略目标为：跟踪国际CIMS有关技术的发展；掌握CIMS关键技术；在制造业中建立能获得综合经济效益并能带动全局的CIMS示范工厂，通过推广应用及产品化促进我国CIMS高技术产业的发展。 效益驱动、总体规划、重点突破、分步实施、推广应用 目标 方针

效益 • 实施CIMS的效益主要体现在信息集成的效益上； • 由于系统集成度提高，使各功能分系统间的配合和参数配置更加优化，各种生产要素的潜力得到更有效的利用，减少实际存在于企业生产中的各种资源浪费，同时使管理科学化，提高企业对市场的响应能力。 • 具体表现在：1）提高产品质量 2）提高设备利用率 3）提高科学管理水平。 • 实施CIMS后，明显提高企业新品开发能力，提高企业市场竞争能力。产品质量明显提高，交货期短而准确，价格合理，企业的信誉随之提高； • CIMS在其发展历程中的主要应用对象是离散型制造业（约占全部制造业的50%）。

必须指出 CIMS的思想、系统方法和集成技术同样可用于诸如连续型或混合型企业中，国内外在电器、化工、电子元件、钢铁行业中已有不少企业实施CIMS应用工程并取得了成功。

第四节 快速原型制造技术 一、概述 快速原型制造技术是20世纪80年代依托计算机三维立体图形产生的新的加工制造技术。采用这一技术加工零件时，首先在计算机上得到零件虚拟的三维立体图形，再利用特定的分层软件，将零件的三维立体图形化解成许许多多个水平层片，最后使用快速成型设备从平台上开始逐一制造出实体零件的水平层片，并将其牢牢地枯接在前一层上，从而将虚拟的三维立体图形制成一个实体零件。 传统的加工方法基于去除，快速原型制造技术基于叠加，两 种加工思路截然不同，形成快速原型制造技术的新特点。 二、 快速原型制造技术原理与特点 1、光固化立体造型； 2、层片叠加制造； 3、熔融沉积制造； 4、选择性激光烧结等。

光固化立体造型原理

层片叠加造型原理

熔融沉积造型原理

三、 快速成型制造技术原理与特点 快速成型技术主要目标是在CAD技术的支持下快速完成零件的制造，其主要技术特征为： 1、直接用CAD软件驱动，无需准备工装夹具； 2、制造全过程快速完成； 3、不受复杂三维形状所限制度工艺方法的影响。 四、 快速原型制造技术的应用 一）、RPM技术体系的基本环节 1、三维CAD；2、反求工程；3、数据转换；4、原型制造； 5、物性转换。

薄材叠层激光快速成形系统（LOM） 二）、RPM技术的应用 1、产品设计评估和功能检测； 2、快速模具制造； 3、医学上的仿生制造； 4、艺术品的制造。 三）、RPM技术的应用实例