《现代制造技术》PPT幻灯片

FMS的分类
按系统的规模分类
观点 内容
布局分类 1. 直线型 机器人型 环形
典型的柔性制造系统示意图
1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；6-卧式加工中心； 7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；10-计算机控制室
FMS产生
背景条件
FMS的组成示意图
自动仓库
工厂计算机
中央计算机
物流控制计算机
运输小车
加工单元1
加工单元2
加工单元n
信 息 传 输 网 络
工夹具站
机械制造业的柔性制造系统的基本组成部分
该系统由自动化加工设备、检验站、清洗站、装配站等组成，是FMS的基础部分。可以任意顺序自动加工各种工件、自动换工件和刀具。
系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。
2.加工系统常用配置形式
2）.配备可互相替换机床的FMS
从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。
1.FMS工件运储系统组成
2.FMS物料输送基本回路 直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠； 环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动； 网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。
FMS的刀具运储系统
1.刀具运储系统的组成 刀具预调站: 设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整； 刀具装卸站: 刀具进出FMS的门户，多为排架式框架结构； 刀库系统: 存放当前加工所需刀具的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享刀具的中央刀库，容量大； 刀具运载交换装置: 负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具； 计算机控制管理系统: 控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。

现代制造技术的主要研究内容
1 制造系统自动化 发展阶段：单机自动化、自动线、数控机床、加工中心、柔性制造
系统、计算机集成制造系统和并行工程等几个阶段，并进一步向柔性化、 集成化、智能化发展。
自动化的目的： 提高生产效率和改善劳动条件； 保证产品质量； 提高市场响应速度和竞争能力。
并行工程的应用： 集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程的支
第一章 现代制造技 术的发展2010
主要内容
1.1 现代制造技术的主要特点 1.2 现代制造技术的研究内容 1.3 现代制造技术的发展现状 1.4 现代制造技术的发展趋势 1.5 现代制造技术的发展战略
人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了 材料、能源、信息外，还应包括“制造”。
直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具 开始的。
2 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变 实例：设计与工艺一体化
1）制造工程的主要内容可分为设计和工艺两大部分。 2）设计和工艺的脱离，源于大生产的分工；
3）产品设计往往受到制造可行性限制，两者必须 密切结合。
现代制造技术的特点
3 精密加工技术是关键 1）精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重要指标。 2）当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。
持过程)的系统方法， 要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品全生命周期。
并联 机床
现代制造技术的主要研究内容
2 精密工程和微型机械 精密工程包括精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工
技术、纳米技术等方面。 以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机
械技术代表了当前精密工程的方向。由于原子晶格间距是0.2~0.4nm， 因此纳米加工技术是当今的极限工艺。

3.4.2 珩磨工艺特点 ① 珩磨加工是一种使工件加工外表到达高精
度、高外表质量、高寿命的一种高效加工方法。 可有效地提高尺寸精度、形状精度和减小Ra值， 但不能提高孔与其他外表的位置精度。
② 可加工铸铁件、淬硬和不淬硬钢件及青铜 件等，但不宜加工韧性大的有色金属件。
③ 珩磨主要用于孔加工。在孔珩磨加工中， 是以原加工孔中心来进行导向。加工孔径 范围为φ5～ φ500，深径比可达10。
3.1.3 工艺特点
1．精密加工和超精密加工都是以精密元件为 加工对象，与精密元件密切结合而开展起 来的。
2．精密加工和超精密加工不仅要保证很高的 精度和外表质量，同时要求有很高的稳定 性或保持性，不受外界条件变化的干扰， 因此，要注意以下几个方面：
〔1〕工件材料本身的均匀性和性能的一致性，不允 许存在内部或外部的微观缺陷，甚至对材料组织 的纤维化有一定要求，如精密磁盘的铝合金盘基 就不允许有组织纤维化，精密金属球也是一样。
精密切削加工
3.2.1 精密切削加工
精密、超精密切削加工主要是利用立方氮 化硼〔CBN〕、人造〔聚晶〕金刚石和单晶 金刚石刀具进行的切削加工。
3.2.2 精密、超精密切削加工应用实例
尖端产品和现代化武器依赖于超精密加工， 如：
(1)导弹的命中精度，由惯性仪决定，而惯性 仪是超精密加工产品，1Kg重的陀螺转子， 其质量中心偏离其对称轴0.5nm，会引起 100m的射程误差和50m的轨道误差；
3.3.3 精密磨削加工实例
1〕圆柱形镜面磨削加工方法：磨削速度选 V=25~35m/s，粗磨时fr=0.02~0.07mm，精 磨时fr=3~10µm；当用油石研、抛时， V=10~50m/min，材料的去除速度为 0.1µm~1µm/min。超精磨削可到达0.01µm的 圆度和Ra 0.002µm的外表粗糙度。

2.1.4 超高速切削加工的关键技术
超高速电主轴结构
1、2 、 5－密封圈;3－定子;4－转子;6－旋转变压器转子; 7－旋转变压器定子;8－螺母
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
2）快速进给系统 要求进给系统能瞬时达到高速、瞬时停止，还要具有很
高的定位精度。采用的主要技术措施是大幅度减轻移动部件 重量以及采用新开发的多头螺纹行星滚珠丝杠，或采用直线 电机，省去了中间传动件。
2）多砂轮磨削 多砂轮磨削是在一台磨床上安装了多片砂轮，可同时加工 零件的几个表面。多砂轮磨削的砂轮片数可多达8片以上，砂
轮组合宽度达900～1000mm。在生产线上，采用多砂轮磨
床可减少磨床数量和占地面积。多砂轮磨削主要用在外圆和 平面磨床上，内圆磨床也可采用同轴多片砂轮磨同心孔。
2.2 高效磨削技术
几种常见（超）高速加工中心的技术数据：
VCP/UCP 600 /800
主 轴 转 速 ： 12000/20000/42000 转/分 工作行程：X轴：600/530mm
Y轴: 450 mm Z轴: 450mm 快移速度：22 米/分 工作进给：15 米/分 刀库容量：30把
VCP/UCP 710
VCP/UCP 1000/1350
图2-3 BIG-PLUS刀柄系统
2.1.4 超高速切削加工的关键技术
图2-4 HSK刀柄系统
2.2 高效磨削技术
1. 高速重负荷荒磨
其砂轮线速度普遍达到了80m/s，有的高达120m/s；磨削 法向力通常达到了10000～12000N，有的高达30000N； 磨削功率一般为100～150kW，有的高达300kW；材料去 除率可达150kg/h。
第二章 现代制造工艺技术

5 计算机网络与数据库分系统（Network & DB）
CIMS发展简况（国外）
➢ 美国——不仅企业重视，国家也极为重视，认为CIM是 夺回失去市场、取得竞争成功的关键技术，并将不可逆转 地成为21世纪占主导地位的新的生产方式。20世纪80年代 初，美国国家标准局（NBA）所属AMRF（自动化研究实 验基地）建立了世界上第一个CIMS实验系统（见图3-3）
图3-2 CIMS功能模型
质量 信息
1 管理信息分系统（MIS）
以MRP和 ERP为核心主要包括:
经营管理(BM) 生产管理(PM) 物料管理(MM) 人事管理(LM) 财务管理(FM)
2 工程技术信息分系统(EIS/TIS)
计算机辅助设计（CAD) 50年代后期 计算机辅助工程分析(CAE) 60年代初期 计算机辅助工艺过程设计(CAPP) 60年代中期 计算机辅助工装设计(CATD) 数控程序编制（NCP）
◆ 搞CIM是非常复杂的事情，是一项高投入、高风险项目， 必须审慎行事（20世纪80，90年代只有少数公司获得成功）。
3.2 CIMS的体系结构 Architecture of CIMS
CIMS的组成
CIMS的体系结构指以现代信息技术的观点建立的企业模型框
架（或功能模型）。CIMS 功能模型通常由 5 个分系统组成
2）整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处 理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。
➢ CIM概念提出后，未被立即接受，因条件不成熟。直至 20世纪80年代初，各项单元技术（CAD、CAPP、CNC、 MIS、FMC、FMS …）得到充分发展，并形成一个个自动 化 “孤岛”。在这种形势下，为取得更大的经济效果，需 要将这些“孤岛”集成起来，CIM概念受到重视并被实施 。

主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
超精加工可在普通车床、外圆磨床上进行 ，对于批量较大的生产则宜在专用机床上进行。 工作时应充分地加润滑油，以便形成油膜和清洗 极细地磨屑。 超 精 加 工 后 地 工 件 表 面 粗 糙 度 Ra 值 约 在 0.1~0.006μm之间。 (四)、抛光 抛光是利用机械、化学或电化学地作用， 使工件获的光亮、平整表面的加工方法
主讲人：韩志仁
飞机制造工程技术基础
经研磨后的工件表面,尺寸精度可达IT4～IT1级;
表面粗糙度值可减小到0.1~0.006μm。形状精度 亦可相应提高。 2)生产效率低，加工余量小。
3) 研磨剂易飞溅，污染环境。
在现代制造业中研磨应用很广，许多精密量 块、量规、齿轮、钢球、喷油嘴、石英晶体、陶 瓷元件、光学镜头及棱镜等零件均需研磨。
超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
1900
1960 1980 图7-17 精密加工与超精密加工的发展（Taniguchi，1983）
1920
1940
离子束加工 扫描电镜 分子对位加工 电子线分析 仪 2000 年份
一 精密与超精密加工技术
◆ 几种典型精密零件的加工精度（表7-3）
表7-3 几种典型精密零件的加工精度 零件 激光光学零件 多面镜 磁头 磁盘 雷达导波管 卫星仪表轴承 天体望远镜 加 工 精 度 形状误差 0.1μm 平面度误差 0.04μm 平面度误差 0.04μm 波度 0.01 ～0.02μm 平面度垂直度误差 ＜ 0.1μm 圆柱度误差 ＜0.01μm 形状误差 ＜ 0.03μm 表面粗糙度 Ra 0.01～0.05μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.02μm Ra ＜0.002μm Ra ＜0.01μm

不同材料的大致切削速度范围图
2.1.3：高速切削优越性
（1）单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减少， 生产率大幅度提高； （2） 在高速切削范围内，切削力降低，减少了切削变 形引起的加工误差，有利于薄壁件的切削加工； （3）高速切削时，切屑以很高的速度排出，带走大量的 切削热，传给工件的热量大幅度减少，有利于减少工件 的内应力和热变形，提高加工精度； （4）工作平稳，振动小，零件的加工表面质量高。 （5）可以加工各种难加工材料。
第二章 高速切削技术


2.1 概述
概念：高速切削是指在比常规切削速度高出很多的情况下 进行的切削加工。 主要特点：高切削速度、高进给速度、高加工精度和优良 的加工表面质量，具有不同于传统切削加工技术的加工机 理和应用优势。

应用领域：航空航天、模具制造、汽车制造等行业， 加工对象包括：钛合金、铝镁合金、钢、铸铁、碳纤 维增强塑料等材料。

2.1.1：高速切削技术发展历程
完成一个零件机械加工所需要的时间，包括切削时间和非 切削时间。切削时间是直接改变工件尺寸和形状所需的时间， 非切削时间包括辅助时间、服务时间和休息时间。
加工时间 制造周期 5％
30％
运输与等待时间
95％ 70％
加工时间
切削 调整、装夹、对刀、检测等
生产的时间分配
30年来切削时间的变化情况


制造技术发展历程：
（1）制造技术萌芽：石器时代利用天然石料等制作工 具以获得生活资料；青铜器和铁器时代，开始冶炼、锻 造工具；农业社会生产时代，采用作坊式的生产方式； （2）工业革命：18世纪70年代，蒸汽机的改进引发了 第一次工业革命，产生了近代工业化生产方式，手工劳 动被机器生产代替； （3）电气化：19世纪中叶，电磁场理论的建立为发电 机和电动机的产生奠定了基础，电作为新的动力源大大 改变了机器结构和生产效率，迎来电气化时代，制造业 进入了快速发展时期； 这一阶段出现了以经验管理为主 的原始机械工厂为代表的制造系统。