现代制造技术简介

现代制造技术简介

本章主要介绍以下内容：

1．概述

2．现代制造系统物流技术

3．现代制造生产管理技术

课时分配：1、2、3，共两学时

重点：难点：略

现代科学技术的发展与交叉融合，给制造技术提出了新的要求，也给予了强大支持。因此，涌现了许多先进制造技术。超高速切削、超精密加工、微机械制造等技术近年来有了长足的发展。

制造系统主要由物流、信息流和资金流组成。制造系统的设计主要对这三个系统进行设计。快速响应制造技术主要包括产品的快速设计、快速开发、快速制造及生产系统的快速组成。先进制造技术的许多重要概念都与快速响应密切相关。其中主要有快速成形制造

（RP&M，Rapid Prototyping & Manufacturing），并行工程、虚拟制造、CIMS、敏捷制造、动态联盟与虚拟公司等。

可持续发展战略以高技术努力降低自然资源消耗，把环境保护与自然资源统筹考虑地发展

1．1制造技术的新发展制造技术的新发展

一、超精密加工

现代机械工业之所以要致力于提高加工精度，其主要原因在于：提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性，促进产品的小型化，增强零件的互换性，提高装配生产率，并促进自动化装配。超精密加工。它是尖端技术产品发展中不可缺少的关键加工手段。精密、超精密加工技术的提高，有力地推动了各种新技术的发展。

精密和超精密加工目前包含三个领域：

①超精密切削。如超精密金刚石切削，可加工各种镜面，它成功地解决了高精度大型抛物面镜的加工，用于激光光核聚变系统和天体望远镜。

②精密和超精密磨削研磨。可以解决大规模集成电路基片的加工和高精度硬磁盘的加工等。

③精密特种加工。如电子束、离子束加工，使美国超大规模集成电路线宽达0.1μm(八十年代水平)。

二、微机械制造技术

在机械装置的小型化过程中出现两类机械，即小型机械和微型机械。可以这样划分：10mm～1mm为小型机械,用精密加工的方法可以制造出来;1mm～1um为微型机械,需要用硅

微加工技术或LIGA技术等微细加工方法才能制造出来；1um～1nm为纳米机械,是分子级的

零件,需采用生物工程的方法制造。

微型机械不是传统机械的简单微型化，而是指集微型机构、微型传动器以及信号处理和控制电路，甚至外围接口电路、通讯电路和电源等于一体的微型机电系统。因此，微型机械远远超出了传统机械的概念和范畴，是基于现代科学技术，用崭新的思维方法指导的产物。

三、超高速切削

通常把切削速度比常规高5～10倍以上的切削叫做超高速切削。切削温度通常随切削速度升高而升高，但超过一定范围后，切削温度反而随切削速度的升高而下降。如图示。

超高速切削的优点：①切屑形态将从带状演变为片状或碎屑；②切削热的95%将被切屑带走；③切削力至少降低30%以上；④工件非常精密、光洁；⑤工件表面的残留应力也小,直接达到精加工的要求；⑥单位时间材料切削率增加了6倍。超高速切削目前主要用于飞机、汽车及模具工业。超高速切削希望刀具强度高、耐热性能好。

超高速机床，是实现超高速切削的前提条件和关键因素。超高速切削对机床的主要要求如下：（1）要有一个适应于超高速运转的主轴部件及其驱动系统。

（2）要有一个快速反应的数控伺服系统和进给部件。

（3）高压大流量喷射冷却系统。

（4）要有一个"三刚"（静刚度、动刚度、热刚度）特性都很好的机床支承件。

1．2制造哲理与生产模式制造哲理与生产模式

在大批量制造模式下，提高工序效率，可以显著提高生产率。因此，制造技术的许多研究，致力于切削速度的提高在大批量生产情况下，由于生产准备终结时间占的比例很少，加工的辅助时间（如装夹、换刀时间）也经过精确的设计，因而基本加工时间占比例较大，提高切削速度、加大切深，这些单工序优化的措施，取得了良好的效益。在多品种、中小批量生产类型中，上述措施的效益就不再是那么显著。因为辅助时间占了较大的比重，因此必须在如何缩短辅助时间方面下功夫。

从系统观点及资金流（见本章第三节）来诊断制造过程的瓶颈问题。分析在制品滞留时

间，发现存在如下问题：

①批量制造中，为防止质量事故、设备故障等因素的超量投料。

②工序进度不平衡，设备有闲置时间。

③生产准备时间长，如消化图纸、准备工装卡具、编制及输入数控程序、对刀等。

④工件装夹时间。

⑤工件在机床工序间的运输时间。

⑥工件检测时间。

计算机集成制造系统（CIMS）更是将制造中的的信息（技术、管理、控制等信息）集成保证了统一的计划与调度，进一步缩短了在制品通过时间和设备利用率。然而制造自动化系统需要巨额的投资。80年代初期，人们对以CIMS为代表的自动化制造系统寄予了很大的希望，认为它能带来巨大的效益。但是，统计表明，制造业采用CIMS的实际效益与期望值尚有距离。

信息高速公路的发展大大缩短了人们之间的物理距离，使基于网络的远程设计及制造成为现实。

虚拟公司就是当有了好的产品设计后（技术及市场均占优的），不需要像常规的方法那样组织生产，而是通过计算机网络，在全球范围内，选取最优的制造资源组成联盟或称虚拟公司，通过网络、数据库、多媒体等技术的支撑来协调设计、制造、装配、销售活动。各加盟单位根据贡献和合同分享利润，当该产品的市场寿命结束了，虚拟公司就解体了。

1．3制造系统的设计与评估制造系统的设计与评估

制造系统主要由物流、信息流和资金流组成。制造系统的设计主要对这三个系统进行设计。物流就是将毛坯（原料）转化为产品的流运过程。物流系统的设计主要是规划制造系统的硬件。

信息流主要指制造系统的决策、计划、管理、控制和评估活动中发生的信息。控制信息使制造活动按照决策和计划进行，管理和评估则是发现执行状态与设计的偏离，以图保证目标的实现。

资金流是从经济角度分析评估制造系统设计、运行的优劣，诊断效益的瓶颈环节。

一、制造系统的设计

制造系统设计的目标一般是满足一定的生产任务要求。制造系统设计的程序如下：

(1)需求调研与分析

(2)建立功能模型

(3)规划物流

(4)建立信息流模型

(5)规划制造设备配置

(6)规划信息支撑系统硬件配置

(7)规划软件平台及应用软件开发内容

(8)规划建设进度

(9)系统运行仿真

(10)项目概预算

(1)系统资金流评估

(12)系统柔性及风险分析

以上步骤要反复交叉进行，直至所设计出来的系统较为满意为止。