第7章 现代制造技术

7.1 数控机床和加工中心
20世纪50年代开始起步的数控技术， 使单件小批生产的零件加工自动化成为 可能，并出现了计算机控制的数控车床、 数控铣床和数控钻床、加工中心等，这 就使机械制造由刚性自动化逐步走向计 算机控制的柔性自动化。
7.1.1数控机床（CNC）
1952年美国麻省理工学院（MIT）研制成功 了世界上第一台数控机床。 目前，数控机床已经历了电子管控制、晶体 管控制、集成电路控制、计算机数控，直到今 天的微机数控五个阶段。 数控机床也称数字程序控制机床，是一种由 数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或 专用电子计算装置控制的机床。
JLBM-1系统
法兰盘 应用JLBM-1 分类编码 系统举例。
7.2.3 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有产品的零件图， 这就大大减，零件图和技术条件等方面的数 据按划分的零件组加以组织和存放。它可以是一个人 工检索系统，也可将有关数据存人计算机的存储器， 再由计算机按零件组的代码自动调出所需资料，有利
⑶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、面之间的相对位置不是依靠划线或模具来 确定，而是由坐标的定位精度来保证。
车削加工中心
主要用于加工 回转体类零件。
除数控车的功能外，还增加了动力刀具功能和C轴位控制 功能。使车削加工中心能够在工件外径上铣削（铣六方铣螺 旋槽等），并能横向钻孔。 C轴是指以卡盘的回转中心轴 （即Z轴）为中心的旋转坐标轴。
7.3柔性制造系统
柔性制造技术是集数控技术、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。 目前，随着全球化市场的形成和发展，无论是发 达国家还是发展中国家都越来越重视柔性制造技术 的发展，由于FMS技术已日臻成熟而得到迅速的应 用。
3.数控机床的分类
数控机床的品种、规格繁多。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。 ⑴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。
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 名称类别码（第一～第二位）， 形状及加工码（第三～第九位）， 辅助码（第十～第十五位） 三部分共十五位组成，每一码位包括从 0～9的10个特征项号。
⑷整个生产过程是一个以生产对象、机床 设备、工艺装备等为中心的物质流，以 生产管理和信息处理等管理技术为主的 信息流，以为了保证生产过程正常进行 而必须的能量流的现代化过程。 ⑸更加重视工程技术与经营管理的结合， 以期实现优质、高效、低耗、清洁、灵 活的生产而取得最佳技术经济效果．
内容：
对制造技术不断优化进步而言，现代机械制造技术 是一个相对的、动态的概念。目前已较为成熟的技术 主要有：
数控装置是数控机床的中枢，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。 这种工作如果用专用计算机实现，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。
2. 数控机床加工的特点

精密与超精密加工技术；√ 特种加工技术；√ 成组技术（GT）； 计算机数控（CNC）、计算机直接控制和分布 式控制（DNC）、计算机辅助设计与计算机辅 助制造（CAD/CAM）； 工业机器人（ROBOT）；× 柔性制造系统（FMS）； 计算机集成制造系统（CIMS）等。 其中有些技术已在有关章节中进行了介绍√。
⑴工序自动化程度高 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。 ⑵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 机床加工出新的零件。 ⑶生产效率高 加工中工件装夹次数少，可 省去划线找正等许多准备工序。
⑷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0.005～0.1mm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。 ⑸· 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。
7.1.2 加工中心（MC）
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。 镗铣类加工中心 集中了钻床、铣床和镗床的功能，主要用于加工 箱体类零件，如变速箱、气缸体、气缸盖等。 这类零件往往重量较大且形状复杂，加工工序较 多。使用加工中心可在一台机床上，一次装夹中自 动地完成铣端面、钻孔、螺纹、镗孔等大部分工序。 有的机床还有自动转位工作台，不但可用来保证各 面各孔间的角度，而且可进行“掉头镗”，保证箱 体零件相对的两个面上孔的同轴度。
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和工艺的 多功能系统。 该系统构造简单、码位少、功能范围广，编 排科学，能按人们对零件的认识过程和加工顺 序布置码位次序，使用比较方便。 其不足之处是对非回转体零件的描述比较粗 糙，在尺寸和工艺特征上给出信息较少。很多 国家以它为基础建立了本国的分类编码系统。
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。
4.成组技术的效果 据国外资料报导，实施成组技术后获得了很好的效 果。 我国一些企业初步应用成组技术以来，也取得较好 的成效。 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 2/3～9/10；加工成本降低了2/3～3/4，在国内具有很 强的竞争力。 可见，成组技术与计算机技术相结合，已经成为计 算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)、计算 机辅助工艺过程设计(CAPP)和柔性制造系统（FMS） 等的重要技术基础之一。成组技术将为机械制造自动 化开辟广阔的道路。
于设计的合理化和标准化。
2.在制造工艺方面
按零件组进行生产准备和加工时，可用多种形式实 施成组技术。例如：
(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。
成组技术原理图
原理
意义：
充分利用零件间在形状、尺寸大小、精度等 级等方面的相似性，通过对制造系统的输入加 以合理组织，使小批量生产的多种相似零件成 为批量较大的零件族，对各零件族制定统一的 工艺方案，配备相应的工艺装备成组加工，从 而为提高制造系统的自动化程度创造条件。 成组技术已成为中小批量生产中缩短生产周 期、降低产品成本、改善经营管理和提高劳动 生产率的有效技术措施，成为现代数控技术、 柔性制造技术和计算机集成制造系统的一项重 要的基础技术。
7.2成组技术（GT） 7.2.1基本原理
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，产生了一种将工程技术与管理技术 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。
7.2.2 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。
⑵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、数控磨床等均属于直线控制系统。 若将点位控制与直线 控制系统结合在一起就 成为点位/直线控制系统， 数控镗铣床即属于这种 控制系统
⑶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 铣床与加工中心及有的数控车床等。 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。