《先进制造技术概论》第三章PPT课件

铸造过程计算机模拟
铸造过程计算机仿真 在计算机上进行虚拟浇铸，分析预测 铸液充填及凝固过程，预测不合理铸造工艺缺陷，对不同铸 造工艺方案作出最优的选择。 铸造过程仿真发展 • 60年代丹麦学者开始用计算机对铸件凝固过程进行模拟 • 随后工业国家相继开发了铸造过程计算机模拟软件，如：
德国 MACMAsoft 软件， 英国 Procast 软件， 清华大学 Flsoft 软件等。
第二节 材料受迫成形工艺技术
3.2.1 精密洁净铸造成形 3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺 3.2.3 粉末锻造成形工艺 3.2.4 高分子材料注射成形
机械零件成形方法：
• 受迫成形 在特定边界和外力约束下 成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射 成形等； • 去除成形 将材料从基体中分离出去 成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激 光切割； • 堆积成形 将材料有序地合并堆积成 形，如快速原形制造、焊接等。
气冲造型
消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四 周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。
• 可避免砂型溃散 • 可消除起模斜度，减小铸件壁厚 • 能够获得表面光洁、尺寸精确 • 无飞边、少无余量精密铸件
泡沫塑料模 造型
浇注过程
铸件
特种铸造技术 类型：压力铸造、低压铸造、熔模铸造
真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力浇注取代重力浇注，
不足：液压油温升高，影响主轴精度，会将空气带入液压 油降低轴承刚度；
应用：一般用于大型超精密机床。 •空气静压轴承 高回转精度、工作平稳，温升小；
不足：刚度较低，承载能力不高； 应用：超精密机床中得到广泛的应用。
典型液体静压轴承主轴结 构原理图
1-径向液压轴承 2-止推液压轴承 3-真空吸盘

19子线分析
手段：优化加工方法；开发和研制新型刀具材料；研
制超精密机床；对加工精度进行监控。
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21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进
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（2）切削加工速度迅速提高
刀具材料发展。
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20世纪前，碳素钢，耐热温度低于200ºC，切削速度不超 过10m/min；
、电火花、激光切割；
• 堆积成形 将材料有序地合并 堆积成形，如快速原形制造、焊 接等。
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二、先进制造工艺的产生和发展
先进制造工艺是在传统的机械制造工艺基础上发展来的， 优化后的工艺和新型加工方法。是核心和基础。
（1）制造加工精度不断提高
18世纪，其加工精度为1mm； 19世纪末，0.05mm； 20世纪初，μm级过渡； 20世纪50年代末，实现了μm级的加工精度； 目前达到10nm的精度水平。
1900
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普通加工
加工设备 车床,铣床
精密车床 磨床
测量仪器 卡尺
百分尺 比较仪
精密加工
坐标镗床 坐标磨床
气动测微仪 光学比较仪
金刚石车床 光学磁尺
精密磨床
电子比较仪
超精密加工
超精密磨床 激光测长仪 精密研磨机 圆度仪轮廓仪
超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
1920 1940
代 码
名称
0
1
2
3
4
5
6
7 89
中类名称
0 铸造
砂型铸造 特种铸造
1 压力加工
锻造
轧制
冲压 挤压 旋压 拉拔

第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点 （2）. 先进制造技术是面向新世纪的技术系统，它的目的很 明确，即提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益 和环境生态效益），赢得激烈的国际市场竞争。 （3）.先进制造技术并不抛弃传统技术，而是不断用科技新 手段去研究它，并运用科技新成果去改造它，充实它。特别 是利用先进技术研究传统工艺的成形原理，建立数学模型， 并利用优化设计技术进行传统工艺方法的优化。
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点 （7）.先进制造技术不是一项具体技术，它是利用系统工程 技术将各种相关技术集成的一个有机整体。 （8）. 先进制造技术特别强调环境保护，既要求其产品是所 谓的“绿色商品”，又要求产品的生产过程是环保型的。
第一章先进制造技术概述
3. 先进制造技术特点的具体体现 （1）.高效率 在提高生产效率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方 向。近些年来，计算机数控（CNC）、计算机辅助设计与制 造（CAD∕CAM）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成 制造系统（CIMS）发展非常迅速。各种新理论层出不穷， 如敏捷制造、快速原型制造、并行工程、及时生产、虚拟制 造，集成相关信息和资源，其本质均是实现高效率、自动化 生产的思想。就应用于实践的CNC、FMC、FMS来看，已 有力地显示出其有柔性化、自动化、资源共享和高效率的强 大生命力。
第一章先进制造技术概述
（2） 、高精度
在提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这是世界 各主要工业发达国家致力发展的方向。例如，超大规模集成电 路、导弹火控系统、惯导陀螺、精密仪器、精密雷达、精机 床等都需要采用超精密加工技术。众所周知，在飞机、潜艇等 军事设施中使用的精密陀螺、复印机的磁鼓、大型天文望远镜 以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工 技术的支持。精密加工是指加工精度在0.1-1µm之间，表面粗 糙度Ra在0.1µm以下的加工方法；而加工精度控制在0.1µm 以下，表面粗糙度Ra在0.02µm以下的加工方法则称为超精密 加工。

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3. FMF柔性制造工厂
FMF是FMS扩大达到全厂范围内的生产管理过程。机械加工过程和物料 储运过程全盘自动化。它的主要特点是： （1）分布式多级计算机系统，生产计划、日生产进度计划的生产管理 的主计算机，它与CAD/CAM系统相联，以取得自动编制加工用的数控程 序数据。 （2）FMF全部的日程计划进度和作业可以由主计算机和各级计算机通 过在线控制系统进行调整，并可以进行无人化加工。 （3）CNC机床的数量一般在十几台到几十台。可以是各种形式的加工 中心、车削中心、CNC机床等。 （4）系统可以全自动地加工各种形状、尺寸和材料的工件。全部刀具 可以自动交换、自动检测磨损或损坏的刀具，能自动更新废旧刀具。 （5）物料储运系统必须包括自动立体仓库，以满足存取为数众多的工 件和刀具的需求。系统可以从自动立体仓库中提取所需的坯料，并以 最有效的途径实现物流和进行加工。
后者是CAD模块与CAM模块的无缝集成，其系统内部通过中性 文件获取其它CAD系统的图形信息。
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数控编程的内容与步骤
进行工艺处理 数值计算 编制工件的数控加工程序 制备控制介质 校核加工程序
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7.2 成组技术（GT）
市场竞争日趋激烈，产品更新换代越来越快，产品品种 增多，而每种产品的生产数量却并不很多。世界上75％~80％ 的机械产品是以中小批生产方式制造的。
码位组成，每一码位包括从0到9的10个特征项号，详见图
12-1和表12-1、12-2、12-3、12-4、12-5。
➢JLBM-1系统的特点是零件类别按名称类别矩阵划分，便于
检索，码位适中，又有足够的描述信息的容量。
➢202日1/6/本10 KK系统。

硬件
软件
制造系统特性
转变特性
原材料 供应者 原材料 库存 零件 加工 零件 库存 转变阶段 成品 库存 最终 用户
装配
获取阶段
分配阶段
ห้องสมุดไป่ตู้
研究制造系统转变特性，主要从技术角度出发，如何使转 变过程更有效进行。
汽车生产物流示意图
压力加工
车身装配
油漆
内部装饰
变速箱装配 锻造
热处理
机械加工
熔化
自动线
发动机装配
第一章
1.1 1.2
绪论
有关制造的几个基本概念 制造业的发展及其在国民经济中的地位
1.3 先进制造技术的内涵和特点
1.1
有关制造的几个基本概念
生产与制造
制造：人类所有经济活动的基石，人类历史发展和文明进步的动力。
狭义：生产过程中从原材料→成品直接起作用的那部分工作内 容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操 作（物质流）。 广义：制造 = 生产
制造系统结构
经营管理 用 户 、 市 场 与 外 部 环 境 财务 市场与销售 研究与开发 工程设计 质量控制 采购 资源管理 生产管理
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
车间制造 （加工、装配、检 验、输送、 存储 … ）
制造系统特性
结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效 能，必须有软件支持。
发动机试验
浇铸 造型
油漆
机械加工 热处理 驱动桥装配
底盘装配
车身安装 最后试验
压铸
轮胎装配
制造系统特性
程序特性 程序 —— 一系列按时间和逻辑安排的步骤

先进制造技术
概述
先进制造技术—概述
1 制造的造业成就及其重大意义
制造业面临的竞争和挑战
4
5 6
先进制造技术
先进制造技术在我国的发展状况
1、制造的概念
1.1 制造
制造（Manufacturing): 是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进 步的动力。 狭义：机电产品的机械加工工艺过程 广义：国际生产工程学会1990年： 制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、 生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系 列相关活动和工作的总称。 制造（Manufacturing）：是一种将物料、能量、资金、人 力资源、信息等有关资源，按照社会的需求，转变为新的、 有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品 资源的行为和过程。
狭义
制造
产品制造的全过程
市场需 求调研 产品设 计开发 售后服 务回收 产品 销售 产品 制造
1、制造的概念
1.3 制造技术（Manufacturing Technology)
按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物 资工具，将原材料转化为人类所需产品的工程技术。 即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称 产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等的全 过程，也称为产品生命周期。 将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、信 息、人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为 供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。是 所有与制造活动有关的实体或企业机构的总称。
3、中国制造业的成就及其重大意义
3.1 2001年中国工程院的调查结论: 1）中国制造业占国民生产总值的1/3 2）占整个工业生产的4/5 3）为国家财政提供1/3以上的收入 4）贡献出口总额的90% 5）就业人员8043万

集成性
• 传统制造技术的学科，专业单一、界限分明，而现代
制造技术使各专业、学科间不断交叉、融合，其界限逐渐 淡化甚至消失，发展成为集机械、电子、 信息、材料和 管理技术为一体的新型交叉学科。例如，加工中引入声、 光、电、磁等特种切削工艺，并与机械加工复合组成复合 加工工艺（超声磨削、激光辅助切削等）。还有，生产技 术与管理模式相结合产生新的生产方式：敏捷制造( Agile Manufacturing，AM)、并行工程(Concurrent Engineering，CE)、精益生产(Lean Production，LP)等 。集成技术显示出高效率、多样化、柔性化、自动化、资 源共享等特点。
• 先进制造技术是一个相对的、动态的概念，是为了适应 时代要求，提高竞争能力，对制造技术不断优化所形成的 。虽然目前对先进制造技术仍没有一个明确的、一致公认 的定义，但经过对其内涵和特征的分析研究，可以定义为 ：“先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息（ 计算机与通信、控制理论、人工智能等）、能源及现代系 统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造 、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 变的产品市场的适应能力和竟争能力并取得理想经济效果 的制造技术总称。”
及纸制品业；11印刷业记录媒介的复制；12文教体育用品制造业；
13石油加工及炼焦业；14化学原料及化学制品制造业；15医药制造
业；16化学纤维制造业；17橡胶制品业；18塑料制品业；19非金属
矿物制品业；20黑色金属矿物制品业；21有色金属冶炼及压延加工
业；22金属制品业；23普通机械制造业；24专业设备制造业；25交
制造技术( Manufacturing Technology)

二、计算机数控（CNC）系统
1、CNC系统的基本原理 2、CNC系统的核心 3、CNC机床
CNC系统是一个位置控制系统，其主 要任务是根据加工程序及相关数据，进 行刀具与工件的相对运动控制，完成零 件的自动加工。
三、柔性制造系统
柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）源于机械加工领域， 其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，因此具有 强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运 储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制 造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制 造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用 于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过 编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。
3．物流系统
在FMS中流动的物料主要包括工件、刀 具、夹具、切屑及切削液。物流系统是 FMS从进口到出口，实现对上述物料自 动识别、存储、分配、输送、交换和管 理的系统。由于工件和刀具的流动频率 较高，故FMS的物流系统主要由工件流 系统和刀具流系统两部分组成。
图18-3 两种托盘交换器
第二节 现代集成制造系统CIMS
第一节 柔性自动化加工技术
制造自动化是制造业发展的标志，通常将 制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满 足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以 计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多 基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的 长足发展。其中，计算机数字控制技术 （CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、 柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地 解决多品种、中小批量的自动化加工问题。
图18-1 制造自动化发展的五个阶段
一、数控加工技术
数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、 现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、 网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于 一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用 给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结 构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现 自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系 到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基 础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个 国家工业现代化水平的重要标志。

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（二）叠(分）层实体制造技术
（LOM技术，Laminated Object Manufacturing ）
工业设计依托高水平的制造技术，新技 术的涌现促进了设计风格的变化，而工业 设计也赋予了技术一种视觉形式，创造了 崭新的现代生活方式，并提供了一系列表 现现代化确切含义的符号。
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2
三、产品开发战略的演变：
60年代: “如何做得更多”。 70年代: “如何做得更便宜”。 80年代：“如何做得更好”。 90年代：“做得更快”。
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“集”：集成化制造
“集成化”是技术的集成，是管理的集成， 是技术与管理的集成。现代的制造技术就是 集成的技术，先进制造技术就是制造技术、 信息技术、管理科学与有关科学技术的集成。
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“快”：敏捷化制造
即指对市场的快速响应，对生产的快速 重组，这两个快速必然要求生产模式有高 度柔性与高度敏捷性 ．
敏捷制造、动态联盟、快速成型技术、 快速模具技术等。
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绿色制造 “绿”：绿色制造
又称清洁制造，其目标是使产品从设计、 生产、运输到报废处理的全过程对环境的负 面影响达到最小”.其内涵是产品生命周期的 全过程均具有绿色性。
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我国改革开放取得巨大成就，保持着世界上最 快的经济发展速度，但是仍然沿袭着粗放型的经 济增长模式。例如近年我国年GDP约占全世界 GDP的4%。但各类资源消费总量约合50亿吨。 其中钢铁、煤炭、水泥分别占全世界总消费量的 30%、31%和40%。
(2)被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固 化，形成零件的一个薄层。
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河南省精品课程“先进制造技术”
第1章
概述
Introduction
1.3 先进制造技术的特点和发展趋势
Characteristics of Advanced Manufacturing Technology And Its Developing Trend
……
与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也 有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的 各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产 品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息 处理系统。
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1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重基石
20世纪兴起的核技术、空间技术、信息技术、生物医学技 术等高新技术无一不是通过制造业的发展而产生并转化为规 模生产力的。其直接结果是导致诸如集成电路、计算机、提 动通信设备、国际互联网、机器人、核电站、航天飞机等产 品相继问世，并由此形成了制造业中的高新技术产业。
生产 技术 信息 产品 设计 产品 设计 信息 工艺 过程 计划 工艺 过程 信息
需求 订货 信息
综合 生产 计划
生产 计划 信息
生产 进度 计划
进度 计划 信息
作业 计划
作业 计划 信息
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
控制阶段
图1-6 制造系统的程序特性
研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。
制造业是国家安全的重要保障
美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果 导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不 敌日本的局面。20世纪80年代，发生了轰动一时的“东芝 事件” 。美国重新关注制造业的发展，至 1994 年美国汽 车产量重新超过日本。

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1、制造的概念
1.1 概念
制造（Manufacturing):
是人类所有经济活动的基石， 是人类历史发展和文明进步的动 力。
狭义：为机电产品的机械加工工 艺过程
广义：国际生产工程学会1990年：
制造是涉及制造工业中产品设 计、物料选择、生产计划、生产 过程、质量保证、经营管理、市 场销售和服务的一系列相关活动 和工作的总称。
的影响小一些。
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学习的榜样——瑞士
• 瑞士依靠什么使人均产值居世 界第一？
1）瑞士是一个仅700万人口的小 国，但瑞士的制造业十分发达， 瑞士的精密机械产品的出口量 是我国的8倍，瑞士的手表世 界第一，连小小的军刀，也风 靡全世界。
2）现在瑞士的年人均国民生产 总值达到4.3万美元以上,居世 界第一。
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1.5 先进制造技术的体系结构及分类
面向制造的设计技术群 制造工艺技术群
产品/工艺设计
材料生产工艺
1
计算机辅助设计 工艺过程建模和仿真
加工工艺 联接与装配
体
工艺规程设计 系统工程基础
测试和检测 环保技术
快速成型技术
维修技术
系
并行工程
其他
结 信息技术 接口技术 数据库
先进制造技术
1
先进制造技术的发展及体系结构
1.1 知识经济条件下制造业的发展 1.2 制造业的变革及挑战 1.3 先进制造技术的提出及工业化国家制造业的发展战略 1.4 先进制造技术的内涵、技术构成及特点 1.5 先进制造技术的体系结构及分类 1.6 先进制造技术发展趋势 1.7 先进制造技术的技术前沿
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1、制造的概念
•制造技术（Manufacturing Technology) 按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资