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1、现代制造第1页，共46页，编辑于2022年，星期一1数控技术的发展 第一代数控硬件系统：1952年、1959年，采用电子元件构成的专用数控系统(NC)；第二代数控硬件系统：从1959年开始，采用晶体管电路的NC系统；第三代数控硬件系统：从1959年开始，采用中、小型模型集成电路的NC系统；第四代数控硬件系统：从1970年开始，采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制的系统(CNC)；第五代数控硬件系统：从1974年开始，采用微型电子计算机和微处理机组成的控制系统(称MNC，目前仍习惯称为CNC)。第2页，共46页，编辑于2022年，星期一1、数控机床原理用计算机通过伺服电机控制机床的切削运动
2、（主要是进给运动），自动进行加工的机床。第3页，共46页，编辑于2022年，星期一数控系统数控系统是数控机床的中枢，由它接收和处理来自信息载体的指令信息并将其输送到伺服系统去执行。这种工作如果用单片机实现，称为普通数控（NC）；发展为使用小型通用计算机后，称为计算机数控（CNC）；现在已普遍采用微型计算机，称为微机数控（MNC），但习惯上仍称CNC。第4页，共46页，编辑于2022年，星期一2.数控机床加工的特点工序自动化程序高工件与刀具间的快速移位、切削、打开冷却液、停车等动作全部自动进行。对加工对象的适应性强当零件变化时，只需重新编制其加工程序，即可使数控床加工出新的零件。生产效率高加工中
3、工件装夹次数少，可省去划线找正等许多准备工序。第5页，共46页，编辑于2022年，星期一数控机床加工的特点加工精度高、质量稳定作为精密机械和自动化技术综合的数控机床，其加工精度一般在0.0050.01mm之间，且不受零件复杂程度的影响。消除或减少了操作者的人为误差，保证了质量的稳定性（一致性）。数控机床价格昂贵，设备投资费用大；数控机床的维护保养和数控加工的编程技术要求较高；首件加工准备周期较长；加工中难以调整。因此，零件的加工成本大大高于普通机床。第6页，共46页，编辑于2022年，星期一3.数控机床的分类按伺服系统的类型可分为开环伺服系统闭环伺服系统和半闭环伺服系统三类；按可同时控制的坐标
4、轴数，可分为两坐标、两轴半、三坐标及多坐标数控机床；按刀具（或工件）进给运动轨迹可分为点位控制、直线控制、连续控制（轮廓控制）三类。第7页，共46页，编辑于2022年，星期一按进给运动轨迹分点位控制系统其特点是刀具在相对于机床工作台的位移过程中不进行切削。数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床、数控测量机等都属于点位控制系统。直线控制系统直线控制系统的特点是刀具相对机床工作台的运动按平行于坐标轴的方向移动，并以给定的进给速度进行切削。数控车床、数控磨床等均可实现直线控制。第8页，共46页，编辑于2022年，星期一连续控制系统又称轮廓控制系统，其特点是能对两个或两个以上坐标方向的运动同时进行严格的连续
5、控制，它要控制每一个坐标的位置，其运动轨迹必须满足工件的曲线表面要求。该系统能加工曲面、凸轮、锥度等复杂形状的零件。这类控制系统的机床有数控铣床与加工中心及数控车床等。数控机床和通用机床一样，有数控车、铣、钻、镗、磨等类机床其中每类又有很多品种，例如数控铣床中就有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等等。第9页，共46页，编辑于2022年，星期一第10页，共46页，编辑于2022年，星期一第11页，共46页，编辑于2022年，星期一第12页，共46页，编辑于2022年，星期一加工中心（MC）加工中心是一种功能较全的数控加工机床。常见的加工中心一般分为两类：镗铣类加工中心和车削类加工中心。第13页，共46
6、页，编辑于2022年，星期一第14页，共46页，编辑于2022年，星期一加工中心特点能自动换刀加工中心设置有刀具库和换刀机械手。刀具库中存放有十几种甚至上百种刀具，按预定程序，可自动地把各种刀具换到主轴上去。加工效率高加工中心将若干个工序集中起来，在一次装夹中自动实现多种加工，减少了零件的周转，加工效率是普通设备的510倍。加工精度高加工中心加工的零件，不但象数控机床一样，有高的尺寸、形状精度，而且有高的位置精度。这是因为工件各孔、面之间的相对位置是由坐标的定位精度来保证。第15页，共46页，编辑于2022年，星期一车削中心第16页，共46页，编辑于2022年，星期一柔性制造系统柔性制造技术是
7、集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。自20世纪60年代以来，为多品种、小批量生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等应运而生。第17页，共46页，编辑于2022年，星期一柔性制造单元（FMC）柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell，简称FMC）是一种最简单的柔性加工系统，通常由单台加工中心及托盘输送装置（或工业机器人）组成。它由单元计算机进行控制和管理，可以实现不停机转换品种连续生产。柔性制造单元是一个可变加工单元，可以
8、独立工作，也可以作为柔性制造系统的一个基本单元。第18页，共46页，编辑于2022年，星期一第19页，共46页，编辑于2022年，星期一柔性制造系统（FMS）柔性制造系统（Flexible ManufacturingSystem，简称FMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，自主地完成多品种中、小批量的生产任务。第20页，共46页，编辑于2022年，星期一柔性制造系统组成：多工位数控加工系统包括两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元（一般多为加工中心），以及其它辅助加工设备，如测量机等；自动化物料运储系统包括上
9、下料托盘、传送带、自动运输小车、工业机器人、自动化仓库系统等；计算机控制信息系统包括各级计算机、网络、接口、数据库等。能够实现对FMS的运行控制、刀具管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。第21页，共46页，编辑于2022年，星期一在柔性制造系统中，成组技术、数控技术、计算机技术和自动检测与控制技术得到了综合运用。FMS具有以成组技术为核心的对零件分类编组的功能；以计算机为核心的编排作业计划的智能功能；以加工中心为核心的自动换刀、换工件的加工功能；以托盘和运输系统为核心的工件存放与运输功能；以各种自动检测装置为核心的自动测量、定位与质保功能。这些功能的实现，使得柔性制造系统在技术与经
10、济方面都具有充分的柔性。第22页，共46页，编辑于2022年，星期一成组技术（GT）随着科学技术的迅速发展和社会产品需求的多样化，多品种规格和小批量生产在机械制造业中所占的比例越来越大。为了解决多品种、小批量零件生产的机械化和自动化问题，产生了一种将程技术与管理技术集于一体的生产组织管理方法体系，它利用设计的零件间的相似性特征，按其加工工艺要求的相似性分类，然后采用相似的方法成组加工，这就是成组技术。第23页，共46页，编辑于2022年，星期一成组技术第24页，共46页，编辑于2022年，星期一零件分类编码零件分类是成组技术的重要环节，分类的合理与否将直接影响成组技术的经济效果。零件按特征分类
11、后，需建立一种编码系统对零件特征进行标识，编码就是用数字表示零件的形状等特征，通过对每个零件赋予规定的一组数字符号，描述零件设计和工艺的基本特征信息，代表零件特征的每一个数字码称为特征码。分类编码的方法要综合考虑设计和工艺两个方面，因此，编码系统的一组特征代码一般由以设计为基本特征的主码和以工艺为基本特征的副码组成。第25页，共46页，编辑于2022年，星期一编码系统各国在成组技术的研究和实践中都首先致力于分类编码方法的研究与制定。现在世界上已有多种编码系统，应用最广的是奥匹兹（Opitz）分类编码系统，该系统是1964年由德国阿亨工业大学Opitz教授领导编制的，是世界上最早的一种适用于设计
12、和工艺的多功能系统。第26页，共46页，编辑于2022年，星期一我国于1984年制订的机械零件编码系统（JLBM-1系统），是在分析德国奥匹兹系统和日本KK系统的基础上，结合我国机械产品的具体情况制订的。该系统由十五位组成，每一码位包括从09的10个特征项号。第27页，共46页，编辑于2022年，星期一成组技术码位特征第28页，共46页，编辑于2022年，星期一成组技术第29页，共46页，编辑于2022年，星期一成组技术的应用1.产品设计方面通过对己设计、制造过的零件编码和分组，可建立起设计图纸和资料的检索系统。据统计，当设计一种新产品时，往往有3/4以上的零件可直接利用或经局部修改便可利用己
13、有产品的零件图，这就大大减少了设计人员的重复劳动。第30页，共46页，编辑于2022年，星期一2.在制造工艺方面(1)采用成组工艺装备以取代通用工装和为每种零件单独设计制造的专用工艺装备。(2)按照零件组加工的要求选择机床设备、组织生产单元或成组流水线。(3)设计和使用成组工艺规程，以取代为每种零件单独制订的工艺规程，在扩大了成组批量的基础上，实现工序或整个工艺过程的柔性自动化;进而在成组技术的基础上实现计算机辅助工装设计、计算机辅助工艺过程设计(CAPP)以及设计与制造的一体化等。第31页，共46页，编辑于2022年，星期一3.在生产管理方面 成组技术同样能在生产计划、生产调度、质量管理、库
14、存管理及工时定额、成本核算等管理工作中应用，将实行按零件组组织生产。第32页，共46页，编辑于2022年，星期一4.成组技术的效果据国外资料报导，实施成组技术后所获得明显效果。我国一些企业初步应用成组技术以来，在没有完善的零件分类编码系统且尚未与数控技术、计算机技术密切结合的情况下，也取得较好的成效。第33页，共46页，编辑于2022年，星期一例如，北京朝阳机床厂用一台多工位可调组合机床和几台通用机床组成了拨叉类零件生产单元，用于生产30多个品种零件。与原来相比，单件工时减少了2/39/10；加工成本降低了2/33/4。第34页，共46页，编辑于2022年，星期一CIMS计算机集成制造技术CI
15、MS通过其系统集成方法为先进制造技术的集成提供设计的方法和手段、管理的理论和指南、实施的工具、平台和环境。现代企业的生产组织和管理强调两个观点：1.系统观点：企业的各种生产经营活动是不可分割的，需要统一考虑；2.信息观点：整个生产制造过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。3.二者都是信息时代组织、管理生产最基本、最重要的观点。第35页，共46页，编辑于2022年，星期一CIMS定义“将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合，并应用于企业产品全生命周期（从市场需求分析到最终报废处理）的各个阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行，达到人（组织、管理
16、）、经营和技术三要素的集成，以加强企业新产品开发的T（时间）、Q（质量）、C（成本）、S（服务）、E（环境），从而提高企业的市场应变能力和竞争能力。”第36页，共46页，编辑于2022年，星期一 CIMS的组成CIMS通常由四个功能分系统和两个支撑分系统组成。（1）管理信息分系统（2）设计自动化分系统（3）制造自动化分系统（4）质量保证分系统（5）计算机网络分系统（6）数据库分系统第37页，共46页，编辑于2022年，星期一（1）管理信息分系统具有预测、经营决策、生产计划、生产技术准备、销售、供应、财务、成本、设备、工具和人力资源等管理信息功能。第38页，共46页，编辑于2022年，星期一2）
17、设计自动化分系统用计算机辅助产品设计、工艺设计、制造准备及产品性能测试等工作，即CAD/CAPP/CAM系统，目的是使产品开发活动更高效、更优质地进行。第39页，共46页，编辑于2022年，星期一（3）制造自动化分系统 它是CIMS中信息流和物流的结合点。对于离散型制造业，可以由数控机床、加工中心、清洗机、测量机、运输小车、立体仓库、多级分布式控制(管理)计算机等设备及相应的支持软件组成。第40页，共46页，编辑于2022年，星期一（4）质量保证分系统 它包括质量决策、质量检测与数据采集、质量评价、控制与跟踪等功能。第41页，共46页，编辑于2022年，星期一（5）计算机网络分系统 采用国际标准和工业规定的网络协议，实现异种机互联、异构局域网络及多种网络互联。它以分布为手段，满足各应用分系统对网络支持的不同需求，支持资源共享、分布处理、分布数据库、分层递阶和实时控制。第42页，共46页，编辑于2022年，星期一（6）数据库分系统它是逻辑上统一、物理上分布的全局数据管理系统，通过该系统可以实现企业数据共享和信息集成。第43页，共46页，编辑于2022年，星期一第44页，共46页，编辑于2022年，星期一第45页，共46页，编辑于2022年，星期一快速原型技术第46页，共46页，编辑于2022年，星期一