第三节 先进制造技术1第六章 机械制造3一、机电一体化2第六章 机械制造3(一)概述n机电一体化定义n机电一体化技术n机电一体化产品 3第六章 机械制造3n机电一体化产品的类型n在原有的机械本体上应用电子控制设备n用电子设备置换机械控制系统n在信息机器中采用电子设备n在信息处理机中，用电子设备全面置换机械 装置n在检测系统中采用电子设备n用电子设备代替机械本体 4第六章 机械制造3n机电一体化产品的设计方式n机电互补法n融合法n组合法5第六章 机械制造3n机电一体化设计类型n开发性设计n适应性设计n变异性设计6第六章 机械制造3(二)机电一体化系统的主要组成及功能 n机械本体部分n动力部分n传感部分n驱动部分n执行部分n控制及信息部分7第六章 机械制造3(三)机电一体化的技术体系 n机电一体化的相关学科n机械学n电子学n微电子学n控制论8第六章 机械制造3n机电一体化的相关技术n机械技术n计算机与信息处理技术n系统技术n自动控制技术n传感与检测技术n伺服传动技术9第六章 机械制造3(四)机电一体化的技术、经济和社会效益n提高精度n增强功能n提高生产效率，降低成本n节约能源，降低消耗n提高安全性、可靠性n改善操作性和使用性n减轻劳动强度，改善劳动条件n简化结构，减轻重量n降低价格n增强柔性应用功能 10第六章 机械制造3二、CAD/CAMn计算机辅助设计 与计算机辅助制 造（CADCAM ）系统11第六章 机械制造3(一)概述n计算机辅助设计 (CAD)和计算机辅助 制造(CAM)是指以计 算机作为主要技术 手段来生成和处理 各种数字信息和图 形信息，以进行产 品的设计和制造。12第六章 机械制造3nCAD/CAM技术的产生n1959年美国麻省理工学院(MIT)制 定的CAD计划标志着计算机辅助 设计技术的诞生13第六章 机械制造3nCAD/CAM技术的发展n系统功能丰富、灵活、实用和可靠n系统可扩充性好n系统的开放性好n系统的集成度高14第六章 机械制造3nCAD/CAM系统应用n用于设计方案的动态修改n用于机械制造工艺过程n用于企业管理15第六章 机械制造3(二)CAD/CAM系统组成n CAD/CAM系统由工作人员、硬件和软件 三大部组成。n电子计算机及外围设备称为CAD/CAM的硬件 系统n操作系统和应用软件称为CAD/CAM的软件系 统16第六章 机械制造3nCAD/CAM系统和网络n计算机网络n计算机网络是指“以能够相互共享资 源(硬件、软件和数据)的方式连接起 来，并且各自具备独立功能的计算机 系统之集合”17第六章 机械制造3n计算机网络结构18第六章 机械制造3nCAD/CAM硬件系统19第六章 机械制造3nCAD/CAM软件系统的功能n雕塑曲面造型功能n实体造型功能n物体质量特性计算功能n三维运动机构的分析和仿真功能n二、三维图形的转换功能n三维几何模型的显示处理功能n有限元法网格自动生成的功能n优化设计功能n数控加工的功能n信息处理和信息管理功能20第六章 机械制造3nCAD/CAM系统概念结构21第六章 机械制造3(三)CAD/CAM的发展趋势 n集成化n智能化n网络化22第六章 机械制造3三、数控技术 n定义n数字控制技术是综合应用了微电子技术、计 算机技术、自动控制和自动检测等方面的新 成就而发展起来的一门新技术 n应用n数控机床、数控切割机、数控绘图仪23第六章 机械制造3(一)数字控制机床 24第六章 机械制造3数字控制机床的工作原理n根据被加工零件的图纸与工艺方案，用 规定的代码和程序格式编制加工程序n将数控程序输入到数控装置n刀具与工件及其他辅助装置严格地按照 加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行 工作25第六章 机械制造31.数控机床的组成n输入输出装置n数控系统n伺服系统n机床本体及机械部件26第六章 机械制造327第六章 机械制造32.数控机床的分类 n按加工工艺方法分n一般数控机床n数控车床、铣床、钻床、磨床、齿轮加工机床n数控技术也大量用于压力机、冲床、弯管机、扩管机 、电火花加工机床28第六章 机械制造329第六章 机械制造3n加工中心n具有刀库，能自动更换刀具，对一 次装夹的工件进行多工序加工的数 字控制机床n按主轴布置方式分为立式和卧式n加工中心的自动换刀装置由存放刀 具的刀库和换刀机构组成30第六章 机械制造331第六章 机械制造3n按控制刀具相对工件移动轨迹分n点位控制 n直线控制n连续轨迹控制32第六章 机械制造3n按伺服机构分类可分n开环伺服机构n半闭环伺服机构n闭环伺服机构 33第六章 机械制造33.计算机数控系统 n计算机数控系统（Computerized Numerical Control，编写为CNC）是一种 用计算机通过执行其存储器内的程序来 实现部分或全部数控功能，并配有接口 电路和伺服装置的专用计算机系统34第六章 机械制造3基本控制流程n输入译码，预处理插补位 置控制电机35第六章 机械制造3CNC装置组成 n硬件nCPU、存储器、输入输出接口n数控要求的专用接口和部件n位置控制器、纸带阅读机和接口，手动数据输入接口和显 示（CRT）接口n软件n为了CNC系统各项功能而编制的专用软件n管理软件包括零件加工程序的输入和输出、I/O处理、系 统的显示和诊断能力n控制软件可完成从译码、刀具补偿、速度处理到插补运算 和位置控制等方面的工作36第六章 机械制造3四、柔性制造系统FMS37第六章 机械制造338第六章 机械制造3(一)概述 39第六章 机械制造31.柔性制造系统(FMS)定义n柔性制造系统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 40第六章 机械制造32.FMS的产生n为了进一步提高劳动生产率，缩短零件生产周 期，充分提高机床利用率，必须在中小批量生 产领域里进一步提高自动化程度，即在上述各 个环节尽量实现自动化n FMS自20世纪60年代问世n国际上以柔性生产方式生产的产品产值，已占 制造总产值的75以上，其中在美国78，日 本占80 41第六章 机械制造33.FMS的柔性n设备柔性n工艺柔性n产品柔性n工序柔性n运行柔性n批量柔性n扩展柔性n生产柔性 42第六章 机械制造34.FMS的效益n提高劳动生产率n缩短生产周期n提高产品质量n充分提高机床利用率n较大地减少操作人员n较大地降低成本n减少在制品数量和库存容量43第六章 机械制造3(二) FMS的组成n 加工系统(数控加工设备，一般是加工中心)n物料系统(工件和刀具的运输和存储)n计算机控制系统(中央计算机及其网络)44第六章 机械制造31.加工系统n以加工箱体类零件为主的FMSn以加工回转体类零件为主的FMSn适于混合零件加工的FMSn用于专门零件加工的FMS45第六章 机械制造346第六章 机械制造32.物料系统n工件的输送n工件的存储47第六章 机械制造33.计算机控制系统n三级分布式计算机控制系统n第三级为设备层控制系统n第二级是工作站层控制系统n第一级为单元级控制系统48第六章 机械制造3(三)柔性制造系统的应用(航天发动机行业 ）49第六章 机械制造350第六章 机械制造3(四)柔性制造系统的发展趋势 n向小型化、单元化方向发展n模块化、集成化方向发展n各项技术性能与系统性能不断提高n重视人的因素n应用范围逐步扩大51第六章 机械制造3五、计算机集成系统 52第六章 机械制造3(一)概述 n计算机集成制造(Computer Integrated ManufacturingCIM)是企业组织、管理与运行的 一种新哲理，借助计算机软硬件，综合运用现代 管理技术、制造技术、信息技术、自动化技术、 系统工程技术等，将企业生产经营全过程中有关 人、技术和管理三要素及有关的信息流、物流和 价值流有机地集成并优化运行。n计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing SystemCIMS)是基于CIM，哲 理而构成的系统 53第六章 机械制造3(二)CIMS发展的三个阶段 n以信息集成为特征的阶段(20世纪70年代 一80年代) n以过程集成为特征的阶段n以企业集成为特征的阶段54第六章 机械制造3(三)计算机集成制造系统组成n应用系统n工程设计系统n管理信息系统n柔性制造系统n质量管理系统n支持系统n数据库管理系统n计算机通信网络系统55第六章 机械制造3(四)学科构成 n从学科看，计算机集成制造系统是系统 科学、计算机科学和技术、制造技术交 互渗透结合产生集成方法和技术，并将 此技术用到制造环境中56第六章 机械制造357第六章 机械制造3六、快速成形制造(一)快速成形制造原理20世纪80年代初，出现了材料堆积 制造的全新概念，即快速原型(零件)制造 (Rapid Prototype(Part) Manufacturing RPM)，又称快速成形制造58第六章 机械制造3n利用离散与堆积成形技术，将一个三维 实体零件分解为若干个有一定厚度的二 维实体层(实际上仍是三维实体)，再将它 们堆积起来而构成三维实体零件，它是 一种接合法。很明显，零件分解的层数 越多，则每个二维实体的厚度越薄，所 堆积出的零件精度越高。所以，当前的 快速成形制造的基本原理是分层制造， 所用的技术是分层制造技术59第六章 机械制造3(二)RPM技术主要方法 n选择性液体固化60第六章 机械制造3n选择性层片粘接61第六章 机械制造3n选择性粉末熔结粘接 62第六章 机械制造3n挤压成形 63第六章 机械制造3n喷墨印刷64第六章 机械制造3