課題一先進(jìn)制造技術(shù)

課題一先進(jìn)制造技術(shù)一.課題分析所謂先進(jìn)制造技術(shù)，是指集機(jī)械工程技術(shù)、電子技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等多種技術(shù)為一體,用于制造產(chǎn)品的技術(shù)、設(shè)備和系統(tǒng)的總稱。從狹義上來說,它是指各種計算機(jī)輔助制造設(shè)備和計算機(jī)集成制造系統(tǒng)。如果說機(jī)械化和自動化技術(shù)代替了人的四肢和體力的話,那么以計算機(jī)輔助制造技術(shù)和信息技術(shù)為中心的先進(jìn)技術(shù),則在某種程度和某些部分代替了人的大腦而進(jìn)行有效的思維與判斷,它對傳統(tǒng)制造業(yè)所引起的是一場新的技術(shù)變革。1、計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）是指工程技術(shù)人員以計算機(jī)為工具，用各自的專業(yè)知識對產(chǎn)品進(jìn)行總體設(shè)計、繪圖、分析和編寫技術(shù)文檔等設(shè)計活動的總稱。1、二維設(shè)計2、線框造型3、曲面造型4、實體造型1、幾何建模功能2、工程分析和計算功能3、機(jī)構(gòu)設(shè)計與分析功能1、有限元分析2、優(yōu)化設(shè)計3、可靠性設(shè)計4、自動繪圖功能二、相關(guān)知識（一）CAD/CAPP/CAM2、計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計（CAPP）計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計方法派生式創(chuàng)成式綜合式派生式計算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計原理零件編碼矩陣化零件組特征的矩陣化主樣件設(shè)計零件上各種形面的數(shù)字化工序工步名稱編碼綜合加工工藝路線的數(shù)字化工序工步內(nèi)容矩陣工藝信息數(shù)字化CAPP數(shù)據(jù)庫特征矩陣文件綜合工藝路線工序、工步文件工藝數(shù)據(jù)文件

從廣義的角度講，CAM指利用計算機(jī)輔助從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接和間接的活動，包括計算機(jī)輔助生產(chǎn)計劃、計算機(jī)輔助工藝設(shè)計、計算機(jī)數(shù)控編程、計算機(jī)控制加工過程等內(nèi)容。而從狹義的角度講，CAM僅指數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的確定、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及NC代碼的生成等3、計算機(jī)輔助制造（CAM）在市場上比較成熟的CAD/CAM系統(tǒng)有Pro/engineer系統(tǒng)和MasterCAM系統(tǒng)。前者是一體化的CAD/CAM系統(tǒng)，其內(nèi)部是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，能直接調(diào)用CAD系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)。后者是CAD模塊與CAM模塊的無縫集成，其系統(tǒng)內(nèi)部通過中性文件獲取其它CAD系統(tǒng)的圖形信息。

數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟進(jìn)行工藝處理數(shù)值計算編制工件的數(shù)控加工程序校核加工程序制備控制介質(zhì)

市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快，產(chǎn)品品種增多，而每種產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量卻并不很多。世界上75％~80％的機(jī)械產(chǎn)品是以中小批生產(chǎn)方式制造的。與大量生產(chǎn)企業(yè)相比，中小批生產(chǎn)企業(yè)的勞動生產(chǎn)率低，生產(chǎn)周期長，產(chǎn)品成本高，市場競爭能力差。能否把大批量生產(chǎn)的先進(jìn)工藝和高效設(shè)備以及生產(chǎn)方式用于組織中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，一直是國際生產(chǎn)工程界廣為關(guān)注的重大研究課題。成組技術(shù)就是針對生產(chǎn)中的這種需求發(fā)展起來的一種生產(chǎn)和管理相結(jié)合的科學(xué)。（二）成組技術(shù)（GT）

充分利用事物之間的相似性，將許多具有相似信息的研究對象歸并成組，并用大致相同的方法來解決這一組研究對象的生產(chǎn)技術(shù)問題，這樣就可以發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，達(dá)到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的，這種技術(shù)統(tǒng)稱為成組技術(shù)（GroupTechnology簡稱GT）。1、成組技術(shù)的概念零件編碼就是用數(shù)字表示零件的形狀特征，代表零件特征的每一個數(shù)字碼稱為特征碼。迄今為止，世界上已有70多種分類編碼系統(tǒng)。應(yīng)用最廣的是奧匹茲（Opitz）分類編碼系統(tǒng)。我國機(jī)械工業(yè)行業(yè)于1984年制訂了“機(jī)械零件編碼系統(tǒng)（簡稱JLBM-1系統(tǒng)）”。該系統(tǒng)由名稱類別、形狀及加工碼、輔助碼三部分共15個碼位組成，每一碼位包括從0到9的10個特征項號，詳見圖12-1和表12-1、12-2、12-3、12-4、12-5。JLBM-1系統(tǒng)的特點是零件類別按名稱類別矩陣劃分，便于檢索，碼位適中，又有足夠的描述信息的容量。

日本KK系統(tǒng)。2、零件的分類編碼系統(tǒng)3、零件的分類成組

根據(jù)零件的分類編碼系統(tǒng)對零件進(jìn)行編碼后，可根據(jù)零件的代碼劃分零件組，采用不同的相似性標(biāo)準(zhǔn)，可將零件劃分為具有不同屬性的零件組。特征碼位法特征位碼域法碼域法提高生產(chǎn)效率提高加工質(zhì)量提高生產(chǎn)管理水平4、推廣應(yīng)用成組技術(shù)的效果

應(yīng)用計算機(jī)輔助制造技術(shù)，將數(shù)控機(jī)床、加工中心、物料自動儲存?zhèn)魉脱b置和輔助控制裝置等在計算機(jī)的統(tǒng)一控制下，形成柔性加工自動生產(chǎn)線，既柔性制造系統(tǒng)。（三）柔性制造技術(shù)1．設(shè)備柔性：指制造系統(tǒng)中能加工不同類型零件所具備的轉(zhuǎn)換能力，其中包括刀具轉(zhuǎn)換、夾具轉(zhuǎn)換等。2．工藝柔性：能以多種工藝方法加工某一零件組的能力。如鏜、銑、鉆、鉸、攻螺紋等加工。3．工序柔性：能自動改變零件加工工序的能力。4．路徑柔性：能自動更變零件加工路徑。如遇到系統(tǒng)中某臺設(shè)備的故障,能自動將工件轉(zhuǎn)換到另一臺設(shè)備上加工?？梢愿鶕?jù)負(fù)荷,自動改變加工路線,提高利用率,減少等待時間。5．產(chǎn)品柔性：產(chǎn)品改變時能經(jīng)濟(jì)、迅速的轉(zhuǎn)產(chǎn)。6．批量柔性：能在不同批量下運(yùn)行都能獲取經(jīng)濟(jì)效益。7．?dāng)U展柔性：能根據(jù)生產(chǎn)的需要組建和擴(kuò)展生產(chǎn)能力。1、柔性制造技術(shù)中“柔性”的概念

通常配置有零件緩沖區(qū)、刀具自動更換裝置的數(shù)控機(jī)床或加工中心與工件存儲運(yùn)輸裝置組成。柔性制造單元中數(shù)控機(jī)床數(shù)量約1--3臺，具有加工多品種,中小批量靈活的生產(chǎn)能力?？梢宰鳛镕MS中的基本單元,也可視為小規(guī)模的FMS。它的自動化程度略低于FMS,但其投資比FMS少得多，而經(jīng)濟(jì)效益相接近。這是中小型企業(yè)優(yōu)先發(fā)展的機(jī)型,當(dāng)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大時,FMC可以重組和擴(kuò)展,以適應(yīng)生產(chǎn)規(guī)模的需求。2、柔性制造技術(shù)的類型（1）FMC柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備（或FMC）,物料運(yùn)儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。一個柔性制造系統(tǒng)一般可概括為由下列三個部分組成，一是可編程控制的加工系統(tǒng)，二是自動化的物料儲運(yùn)系統(tǒng)，三是計算機(jī)控制系統(tǒng)。三個系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成了一個制造系統(tǒng)的能量流（通過制造工藝改變工件的形狀和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造過程的信息和數(shù)據(jù)處理）。（2）FMS柔性制造系統(tǒng)

FMF是FMS擴(kuò)大達(dá)到全廠范圍內(nèi)的生產(chǎn)管理過程。機(jī)械加工過程和物料儲運(yùn)過程全盤自動化。它的主要特點是：（1）分布式多級計算機(jī)系統(tǒng)，生產(chǎn)計劃、日生產(chǎn)進(jìn)度計劃的生產(chǎn)管理的主計算機(jī)，它與CAD/CAM系統(tǒng)相聯(lián)，以取得自動編制加工用的數(shù)控程序數(shù)據(jù)。（2）FMF全部的日程計劃進(jìn)度和作業(yè)可以由主計算機(jī)和各級計算機(jī)通過在線控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，并可以進(jìn)行無人化加工。（3）CNC機(jī)床的數(shù)量一般在十幾臺到幾十臺?？梢允歉鞣N形式的加工中心、車削中心、CNC機(jī)床等。（4）系統(tǒng)可以全自動地加工各種形狀、尺寸和材料的工件。全部刀具可以自動交換、自動檢測磨損或損壞的刀具，能自動更新廢舊刀具。（5）物料儲運(yùn)系統(tǒng)必須包括自動立體倉庫，以滿足存取為數(shù)眾多的工件和刀具的需求。系統(tǒng)可以從自動立體倉庫中提取所需的坯料，并以最有效的途徑實現(xiàn)物流和進(jìn)行加工。3.FMF柔性制造工廠加工系統(tǒng)實際是完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng)，主要由數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工設(shè)備（有的FMS還帶有工件清洗、在線檢測等輔助與檢測設(shè)備）構(gòu)成。對加工箱體類零件為主的FMS而言,通常配置數(shù)控加工中心,CNC銑床等；對于加工軸類零件為主的FMS,則配有CNC車削中心,CNC車床和CNC磨床；對于加工復(fù)雜零件的FMS,由于數(shù)控機(jī)床的刀庫容量有限,必要時要增加機(jī)外自動交換刀庫。3、柔性制造系統(tǒng)的組成（1）加工系統(tǒng)FMS中的物料主要指的是工件（毛坯）、刀具、夾具、切屑以及切削液等。物料儲運(yùn)系統(tǒng)就是實現(xiàn)對物料的自動識別、存儲、分配、輸送、交換和管理的系統(tǒng)。（2）物料儲運(yùn)系統(tǒng)1、CIM與CIMS的定義CIM作為一種組織、管理與進(jìn)行企業(yè)生產(chǎn)的哲理，它在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)的支撐下，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理、制造、信息、自動化和系統(tǒng)工程等領(lǐng)域的技術(shù)，將企業(yè)生產(chǎn)全部過程中有關(guān)人、技術(shù)、經(jīng)營管理要素及其信息流與物流有機(jī)地集成并優(yōu)化運(yùn)行，以實現(xiàn)產(chǎn)品高質(zhì)量、低成本、上市快，從而使企業(yè)贏得市場競爭。簡單地說，CIM是用計算機(jī)通過信息集成實現(xiàn)現(xiàn)代化的生產(chǎn)制造，求得企業(yè)的總體效益”，即以計算機(jī)作為工具，制造為其內(nèi)容的CIM，其哲理的核心為信息的“集成”。CIM（四）計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMSCIMS

CIM是一種組織現(xiàn)代化生產(chǎn)的哲理，CIMS是基于CIM哲理構(gòu)成的優(yōu)化運(yùn)行的企業(yè)制造系統(tǒng)”。在CIMS的研究和實施中必須強(qiáng)調(diào)“信息流”和“系統(tǒng)集成”這兩個最基本觀點。CIMS是一種工程技術(shù)系統(tǒng)，是CIM的具體實施，可以把CIMS看成是未來生產(chǎn)自動化系統(tǒng)的一種模式，但這種模式不是單純的技術(shù)上的“自動化”，它所強(qiáng)調(diào)的是用集成來提高企業(yè)競爭力。2、CIMS的組成管理信息系統(tǒng)設(shè)計自動化系統(tǒng)制造自動化系統(tǒng)計算機(jī)輔助質(zhì)量保證體系計算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)計算機(jī)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)3、CIMS在我國的發(fā)展及實施CIMS的效益目標(biāo)方針我國“863計劃”中將CIMS確定為自動化領(lǐng)域的主題研究項目之一，并規(guī)定了我國863/CIMS的戰(zhàn)略目標(biāo)為：跟蹤國際CIMS有關(guān)技術(shù)的發(fā)展；掌握CIMS關(guān)鍵技術(shù)；在制造業(yè)中建立能獲得綜合經(jīng)濟(jì)效益并能帶動全局的CIMS示范工廠，通過推廣應(yīng)用及產(chǎn)品化促進(jìn)我國CIMS高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。效益驅(qū)動、總體規(guī)劃、重點突破、分步實施、推廣應(yīng)用經(jīng)過十多年的努力，我國CIMS事業(yè)取得了迅速發(fā)展，已形成了一個健全的組織和一支研究隊伍；實現(xiàn)了我國CIMS研究和開發(fā)的基本框架；建設(shè)研究環(huán)境和工程環(huán)境，包括一個國家CIMS實驗工程中心和7個單元技術(shù)開放實驗室，完成了一大批課題的研究工作，陸續(xù)選定了一批CIMS典型應(yīng)用工廠作為利用CIMS推動企業(yè)技術(shù)改造的示范點；這些工廠包括飛機(jī)、機(jī)床、大型鼓風(fēng)機(jī)、紡織機(jī)械、汽車、家電、服裝以及鋼鐵、化工等行業(yè)。發(fā)展實施CIMS的效益主要體現(xiàn)在信息集成的效益上；由于系統(tǒng)集成度提高，使各功能分系統(tǒng)間的配合和參數(shù)配置更加優(yōu)化，各種生產(chǎn)要素的潛力得到更有效的利用，減少實際存在于企業(yè)生產(chǎn)中的各種資源浪費(fèi)，同時使管理科學(xué)化，提高企業(yè)對市場的響應(yīng)能力。具體表現(xiàn)在：1）提