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1、第9章 现代机械制造技术,9.1 概述9.2 数字化设计与制造技术9.3 先进生产模式9.4 自动化制造系统,机械工程学院 机械制造基础,2,9.1 概述,先进制造技术：是将制造技术、信息技术、现代管理技术综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。美国21世纪制造企业发展战略“当前正在发生的制造业的转变，对美国社会的影响是深远的”。“全世界主要企业都要建立一个从大规模生产向敏捷制造转变的模式，这种情况为美国恢复其在 70年代和 80年代失去的领导地位提供了一次难得的机
2、会”。美国“必须立即采取行动，夺回美国在制造业中的世界领导地位”。,机械工程学院 机械制造基础,3,现代制造企业面临的全球竞争,经济和社会的发展,科学和技术的进步,消费需求多样化 资源问题 环境问题,机械工程学院 机械制造基础,4,现代制造企业经营战略的变化,70年代以前：成本(C),70年代 80年代：质量(Q),80年代 90年代初：交货期(T),90年代 90年代末：服务(S),21世纪：环境(E)，知识创新(K),机械工程学院 机械制造基础,5,生产方式的演变,大批量生产刚性制造线,多品种小批量柔性制造,大批量定制敏捷制造,信息化程度,网络化设计制造,1960s,1980s,2000s
3、,机械工程学院 机械制造基础,6,全面提升企业竞争力的五大要素,企业动态联盟,协同设计制造,机械工程学院 机械制造基础,7,现代制造技术的发展,新材料新技术：高强度高性能合金、陶瓷、复合材料加工精密化：常规0.01mm1m0.1 m 0.01 m 1nm高效自动化：自动化加工技术、高速加工、快速制造管理科学化与信息化：人才管理、质量管理、资源管理、知识管理,机械工程学院 机械制造基础,8,9.2 数字化设计与制造,数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程，包括了产品3D设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际的产品。实施先进制造技术的首要目标是经济
4、效益，现有条件则是实施的基础，因此，先进一定要适用才能产生效益。综观国内外先进制造技术的现状和发展可以看出，数字化设计与制造是先进制造技术的核心技术，是实施其它先进制造技术的平台。,机械工程学院 机械制造基础,9,9.2 数字化设计与制造,数字化技术是指以计算机硬件、软件、信息存储、通信协议、周边设备和互联网络等为技术手段，以信息科学为理论基础，包括信息离散化表述、扫描、处理、存储、传递、传感、执行、物化、支持、集成和联网等领域的科学技术集合。数字化技术和各种专业技术相融合就形成了各种数字化专业技术，如数字化制造技术、数字化设计技术、数字化视听技术等。相对传统制造技术，数字化制造技术是一项融合
5、数字化技术和制造技术，且以制造工程科学为理论基础的重大的制造技术革新，是先进制造技术的核心，有广阔的应用前景。,机械工程学院 机械制造基础,10,国家“制造业信息化工程”：制造业占传统产业产值总量的80；投资百亿元打造“制造业信息化工程”抓好5个数字化，建2000个数字化企业。制造业信息化的内涵是将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，建造现代化的新兴制造业，全面提升我国制造业的国际竞争力。我国“制造业信息化工程”将突出抓好5个数字化：数字化设计、数字化生产、数字化装备、数字化管理、数字化企业。,9.2 数字化设计与制造,机械工程学院 机械制造基础,11,数字化设计制造技术主要内
6、涵,数字化技术和制造技术不断融合形成数字化制造技术：以CAD CAE CAPPDFxVMRE RPCAM 以及成型和加工工艺仿真等为主体的上游骨干技术群。由NCNGCMCCNCDNCFMCFMSWebbased制造、无图纸制造和机器人、物流系统等组成的下游数字控制制造技术群。以IGES、STEP、MRPII、ERP、MIS、PDM、TDM、工程数据库和因特网等为主体的制造信息支持技术群,机械工程学院 机械制造基础,12,9.3 先进生产模式,生产模式是指企业的劳务、资源（包括能源、物料、装备、技术、信息与知识）、资本金、企业营销、企业组织与生产管理等要素的存在状态及其动态运作方式。制造企业的生
7、产模式也称为制造模式。先进生产模式的特点(1)注重管理体制的革新；(2)注重充分发挥人的作用；(3)特别强调计算机的应用等。,机械工程学院 机械制造基础,13,9.3 先进生产模式,先进生产模式发展的动因产品更新换代加快、交货期已成为主要的竞争因素用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流多品种小批量生产比例增大大市场和大竞争,机械工程学院 机械制造基础,14,先进生产模式的形式,标准化与互换性成组技术柔性制造准时制生产精益生产计算机集成制造敏捷制造并行工程网络制造全球制造智能制造,机械工程学院 机械制造基础,15,计算机集成制造系统CIMS,CIMS是根据CIM理念研发的计算机化、信息化、智
8、能化、集成优化的制造系统，称为计算机集成制造系统，或现代集成制造系统。CIMS是以系统工程理论为指导，强调信息集成和适度自动化，以过程重组和机构精简为手段，在网络和数据库支持下，将制造企业的全部要素(人、技术、管理)和全部经营活动集成为一个有机的整体，实现以人为中心的柔性化生产，使企业在新产品开发、制造、质量、成本、相关服务、交货期和环境保护等方面均取得整体最佳的效果。,机械工程学院 机械制造基础,16,精益生产LP,精益生产定义贯彻以人为中心的思想，通过系统结构调整，精简生产过程中一切无用、多余的东西，使生产系统能很快适应用户需求的不断变化，并能最终达到包括市场供销在内的生产的各方面最好的结
9、果。,机械工程学院 机械制造基础,17,精益生产的体系结构,把精益生产比做一座大厦，其基础是在计算机网络支持下的、以小组化工作的并行工作方式。其支柱是：(1)全面质量管理；(2)准时生产和零库存；(3)柔性成组技术；(4)企业重组，精简化；(5)以人为中心，充分发挥人的主观能动性。这座大厦的屋顶就是精益生产体系。,机械工程学院 机械制造基础,18,并行工程,并行工程是一种综合经营、工程和管理的哲理、指导思想、方法论和工作模式。美国国防分析研究所(IDA)的定义：“并行工程是对产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。这种模式力图使开发者从一开始就考虑
10、到产品生命周期(从概念形成到产品报废)中的所有因素，包括质量、成本、进度与用户需求等。”,机械工程学院 机械制造基础,19,串行过程和并行工程的比较,（a）串行开发流程,产品生命周期,（b）并行开发流程,机械工程学院 机械制造基础,20,9.4 自动化制造系统,9.4.1 大批量生产机械制造系统自动化单机自动化 通用自动机机床床和半自动机床 组合机床单机 专用机床单机 普通机床自动化改造如：简易数控机床,机械工程学院 机械制造基础,21,机械加工自动线,组成：自动机床、专用机床、组合机床、工件输送和转位装置、切屑输送装置、专用夹具及控制系统等。,综合自动化系统 在单机自动化和自动线基础上，增加
11、工件检验、热处理、清洗、装配、喷涂、包装等整个生产过程自动化。,机械工程学院 机械制造基础,22,9.4.2 多品种、中小批量生产制造自动化,数控机床（NC）l 组成：主机、伺服系统、数控装置和输入装置 l控制方式：（1）运动控制：点动控制、直线控制、轮廓控制（2）伺服系统：开环控制、闭环控制、半闭环控制（3）数控装置 l特点：（1）加工精度高、稳定（2）自动化程度高（3）适应性强（4）便于自动化管理 lCNC：计算机数控机床 lMC（加工中心）：带刀库和自动换刀装置的多工序加工数控机床 其发展趋势：功能强、速度快、精度高,机械工程学院 机械制造基础,23,由有台或多台计算机控制多台数控机床实
12、施综合控制,DNC系统,柔性制造单元（FMC）加工中心配托盘交换系统数控机床配工业机器人,机械工程学院 机械制造基础,24,自动化物流系统,柔性制造系统（FMS）,自动化制造系统,自动化控制系统：各部分的协调管理和控制,机械工程学院 机械制造基础,25,9.4.3 快速制造,快速成型制造RP快速成型（Rapid prototyping）技术是由CAD三维模型数据直接驱动，集成现代CAD技术、数控技术、激光技术、材料技术等，快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术。快速成型特点快速成型工艺具有高柔性、快速性、高自动化，无需任何工装、模具投入，成型条件几乎与工件复杂程度无关等特点。快速成型应用快速成
13、型技术极大的缩短了产品开发周期，降低了设计风险，成倍降低了产品开发费用，已广泛应用于新产品开发过程中的外观造型验证与结构、装配验证，精密铸造、模具制造、产品市场开拓、宣传等领域。,机械工程学院 机械制造基础,26,快速成型工艺,1）立体印刷SLA：液态光敏树脂选择性固化。,2）分层实体制造LOM：薄形材料选择性切割并粘接。,3）选域激光烧结SLS：粉末材料(如蜡粉、PS粉、ABS粉、尼龙粉、覆膜陶瓷和金属粉等)选择性激光烧结。,变长线扫描SLS RPT：将SLS中CO2激光束光斑变为相同能量密度的可控细长线束进行激光烧结。高功率激光二极管线阵烧结SLS RPT：用若干个二极瞥通过光纤藕合后，将
14、光纤输出端精密地排列成线阵代替CO2激光束。,机械工程学院 机械制造基础,27,快速成型工艺,4）熔融沉积造型FDM：丝状材料选择性熔覆。,5）三维打印3D-P：粉末材料选择性粘结。,6）固基光敏液相法SGC：光敏液掩膜紫外光曝光，空隙处填充蜡料并磨平。,7）热塑性材料选择性喷洒：喷洒熔化的热塑性材料和蜡在工作台基底上迅速冷却后形成固态截面层，再铣平上表面。,现有的工艺方法中，立体印刷SLA（光敏树脂固化）精度最高（0.1mm），表面质量最好（6.3m）。,机械工程学院 机械制造基础,28,快速模具制造技术RT,RT技术是一种用高新制造技术改造传统制造技术的技术，它包括用硅橡胶、金属粉、环氧树
15、脂粉、低熔点合金等方法将RP原形准确地复制成简易模具，这种模具的寿命是501000件，适宜产品试制阶段。对制造长寿命的钢制模具，它是由原形翻制三维研具，用研具研磨整体石墨电极，再用电极在电火花机床上加工钢模具。工艺的特点是快速高效，耗时仅为传统制造的1/5，精度也有所提高。制造钢制模具也可以采用快速铸造。例如，在汽车轮毂的制造中，每个轮毂仅石墨电极的制造用传统的加工方法最少需140小时，而用振动研磨电极法仅需35小时，同时精度也高。运用RP/RT技术比传统的数控加工制造模具，周期缩短1/31/10，费用降低1/31/5。,机械工程学院 机械制造基础,29,谢谢！,南京理工大学机械工程学院 丁武学联系电话：025-84315613E-mail：,
