先进制造技术大作业.docx

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先进制造技术大作业

上海第二工业大学

先进制造技术大作业报告

院系机电工程学院

专业机械工程及自动化

班级09机自A2

姓名张胜利

学号094811943

指导老师姚国强

完成时间2012年6月1日

目录

第1章先进制造技术作业.................................................................1

1.1第一章作业………………………...............……….……….…..1

1.2第三章作业………………………...............……….……….…..3

1.3第四章作业………………………...............……….……….…..5第2章先进制造技实验报告..............................................................8

2.1快速成型实验报告.......................................................................8

2.2数控加工中心、FMS、德玛吉数控铣床的认识实验报告......10

第3章关于先进精密测量技术发展趋势的大作业报告....................13

3.1引言................................................13

3.2国内先进代测量技术的现状...........................14

3.3先进测量技术的发展趋势..............................20

第4章先进制造技术学习小结..........................................................23

参考文献.................................................25

第1章先进制造技术作业

1.1第一章作业

1.1.1叙述制造﹑制造系统与制造业的概念，比较广义制造与侠义制造的区别。

答:

制造即为人类按照市场需求，运用主观掌握的只适合技能，借助于手工或可以利用市场的全过程；制造系统是指由制造过程及其所涉及的硬件﹑软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体；制造业是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金﹑技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人类使用和消费产品的行业；狭义的制造，系指生产车间内与物流有关的加个和装配过程；而广义制造，则包括市场分析﹑产品设计﹑工艺设计﹑生产准备﹑加个装配﹑质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务、以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。

1.1.2制造业在国民经济中的地位和作用如何？

答：

制造业是一个国家经济发展的支柱，在整个国民经济中一直处于十分重要的地位，是国民收入的重要来源。

制造业是工业经济年代一个国家经济增长的“发动机”。

制造业一方面创造价值，生产物质财富和新的知识；另一方面为国民经济各部门包括国防和科学技术的进步和发展提供各种先进的手段和设备。

在工业化国有家中，越有1/4的人口从事各种形式的制造活动。

纵观世界各国，如果一个国家的制造业发达，他的经济必然强大，大多数国家和地区的经济腾飞，其制造业功不可没。

1.1.5叙述先进制造技术提出的背景，各国和我国对先进制造技术的发展战略如何？

第一提出背景1社会经济发展背景近20年来，市场环境发生了九大变化，一方面表现为消费需求日趋主题化、个性化和多样画，消费行为具有选择性，产品的生命周期缩短，产品的质量和性能至关重要；另一方面全球性产业结构调整步伐加快，制造商着眼于全球市场激烈竞争的同时，着力于实力与信誉基础上的合作与协作。

制造业的核心是质量、成本和生产率。

2科学技术发展背景制造业从从20世纪初开始逐步走上了科学发展的道路。

制造技术已经由技艺发展为集机械、材料﹑电子及信息等多门科学交叉的科学。

3可持续发展战略日益严峻的环境问题引起了国际社会的普遍关注。

1987年世界环境与发展委员会提出了“可持续发展战略，”强调当代人在创造和追求世界发展和消费的时候，不能以牺牲以后几代人的利益为代价。

第二世界各国的先进制造技术的发展战略1美国政府在20世纪90年代提出了一系列的制造业振兴计划，其中包括“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”。

2日本通产省1990年提出了智能制造计划，该计划的目标为：

要全面展望21世纪制造技术的发展局势，先行开发未来主导技术，同时致力于全球信息﹑制造技术的体系化﹑标准化。

3欧共体各国政府与企业界共同掀起了一场旨在通过“欧共体统一市场法案”的运动，并确定了“尤里卡计划”﹑“欧洲信息技术研发战略计划”﹑和“欧洲工业基础研究”等一系列的发展计划。

4韩国1991年提出了“感激先进技术国家计划”，目标是将韩国技术实力提升到世界一流的发达国家水平，并希望通过这一计划的实施，在21世纪初加入二十国集团。

第三我国的先进制造技术的发展战略近十多年来，我国政府及有关领导对先进制造技术的开发给以了高度关注，主要战略有如下：

1提高认识，全面规划，力促先进制造技术的发展。

2深化科技体制改革，推动技术创新体系的建设。

3将引进和消化国内外先进制造技术与自主开发创新相结合。

4大力发展先进高新制造技术及其产业。

5积极培养创新性人才努力提高制造业的全员素质。

1.2第三章作业

1.2.1有哪几种零件成形方法？

列举这些零件成形方法的工艺内容。

答：

依照材料成形学观点，从物质组成方式上可把零件成形方法分为如下三种类型：

1.受迫成形，他是利用材料的课成形性，在特定的边界和约束力的条件下的成形方法，如铸造，锻压，粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法就属于这一类。

2.去除成形，是将一部分材料有序的从机体中分离出去的成形方法，如传统的车，铣，刨，磨切削加工以及电火花，激光切削等特种加工工艺方法。

3.堆积成形，运用合并连接等手段，将材料有序的合并，并堆积起来的成形方法，如快速原型制造，焊接等，这种成型方法又称添加成形。

1.2.5什么是超塑性？

目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？

答：

超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。

有人将伸长率超过１００％的材料称之为超塑性材料。

一般金属的伸长率均不超过百分之几十，如黑色金属不大于４０％，有色金属也不超过６０％，而目前所已知的如锌合金、铝合金、铜合金、钛合金、和高温合金中，其最大伸长率可达１０００％，有的甚至达２０００％。

目前主要主要有两种工艺手段获得：

1细晶超塑性，又称组织超塑性或者恒温超塑性，其超塑性产生的内在条件是具有均匀、稳定的等轴细晶组织，外在条件是每种超塑性材料应在特定的温度及速率下形变。

2相位超塑性，又称环境超塑性，是指在材料相变点上下进行温度变化循环的同时对试样加载，经多次循环试样得到积累的大变形。

相位超塑性不要求微细等轴晶粒，这是有利的，但是要求变形温度频繁变化，给生产上带来困难，所以实用上受到一些限制。

1.2.6目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？

答：

目前在高分子材料注射成形工艺中有气体辅助成形，注射压缩成型法，磨具滑合成型法，剪切场控制趋向成型法，直接注射成型法。

1.2.11在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？

分析高速切削加工所需解决的关键技术。

答：

高速加工是一个相对的概念，由于不同的加工方式、不同的工件材料有不同的高速加工范围。

几种常用的材料：

铝合金为1000~7000m/min，铜为900~5000m/min，钢为500~2000m/min，灰铸铁800~3000m/min，钛为100~1000m/min。

与之对应的进给速度一般为2~25m/min，高的可达60~80m/min。

高速切削加工所需解决的关键技术，包括：

高速主轴：

高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。

快速进给系统：

实现高速切削技术不仅要求有很高的主轴转速和功率，同时要求机床的工作台有很高的进给速度。

高性能CNC控制系统：

用于高速加工的CNC控制系统必须具有很高的运算速度和运算进度，以及快速响应的伺服控制，以满足高速及复杂型腔的加工要求。

先进的机床结构：

为了适应粗精加工、轻重切削负荷和快速移动的要去，同时保证高精度，高速切削机床床身必须具有足够的刚度、强度和高的阻尼特性及高的热稳定性。

高速加工刀具：

高速切削的一个重要的问题是刀具的磨损。

1.2.13分析RPM的工作原理和作业过程，列举典型的RPM工艺方法。

答：

工作原理：

采用（软件）离散/（材料）堆积的原理而制造零件，通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。

作业过程：

CAD模型建立、前处理（如生成STL文件格式，将模型分层切片）、快速原型过程（原型制作）和后处理（如去除支架、清理表面、固化处理）等四个步骤。

典型工艺方法：

立体印刷（SLA）、分层实体制造（LOM）、选择性激光烧结（SLS）、熔融沉积成形（FDM）。

1.2.15叙述微机械的基本特征，目前有哪些微细加工工艺方法？

答：

微机械的基本特征：

1体积小，精度高。

2性能稳定，可靠性高。

3能耗低，灵敏度和工作效率高。

4多功能和智能化。

5适用于大批量生产，制造成本低。

目前，常用的有以下的加工方法：

1超微机械加工.2光刻加工。

3体刻蚀加工技术。

4面刻蚀技术。

5LIGA技术封接技术。

6分子装配技术。

1.3第四章作业

1.3.1叙述制造自动化技术发展与趋势。

答：

纵观新世纪的制造自动化技术发展趋势，可用六化来概括，即敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、全球化、绿色化。

（1）敏捷化制造环境和制造过程是新世纪制造活动的必然趋势，其核心是使企业对面临市场竞争作出快速响应，利用企业内外各方面的优势，形成动态联盟，缩短产品开发周期，尽快抢占市场。

（2）通过制造环境的网络化，实现制造过程的集成，实现企业的经营管理，工业设计和制造控制等各子系统的集成；通过企业与企业间的网络化，可实现异地制造、远程协调作业。

（3）制造虚拟化的核心是计算机仿真，通过仿真来模拟真实系统，发现设计与生产中可避免的缺陷和错误，保证产品的制造过程一次成功。

（4）智能制造技术的宗旨在于扩大、延伸以及部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。

（5）制造全球化包括市场的国际化，产品设计和开发的国际合作及产品制造的跨国化，制造企业在世界范围内的重组与集成，制造资源的跨地区、跨国家的协调、共享和优化利用。

（6）绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目的是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境影响最小、资源利用效率最高

1.3.7描述工业机器人的结构组成。

答：

工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分组成。

1执行机构是一组具有与人手脚功能相似的机械结构，又俗称操作机，通常包括如下的组成部分：

（1）手部：

又称抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具。

若在手部安装专用工具，就构成了专用的特殊手部。

（2）腕部：

是连接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。

（3）臂部：

是支撑手腕与手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定的位置。

（4）机身：

又称立柱，是支撑臂部的部件，用以扩大臂部活动和作业范围。

（5）机座及行走机构：

是支撑整个机器人的基础件，用以确定或改变机器人的位置。

2控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，可再现控制所存储的示教信息。

3驱动系统是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发来的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。

4位置检测装置通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到设定的位置。

1.3.11分析FMS结构组成、特点和适用范围。

答：

（1）FMS的结构组成：

1、加工系统包括由两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元以及其他加工设备所组成。

2、工件运储系统由工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站托盘交换装置所组成，能对工件和原材料进行只懂装卸、运输和存储。

3、刀具运储系统包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。

4、计算机控制系统能够实现对FMS进行计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。

（2）FMS的特点：

FMS有如下特点：

1柔性高，适应多品种小批量生产；2系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的；3可混流加工不同的零件；4系统局部调整或维修不影响整个系统的运作；5梯阶结构的计算机控制；6可进行第三班无人值守生产。

（3）FMS的适用范围：

1.柔性制造模块（flexiblemanufacturingmodule,FMM）

2.柔性制造单元（flexiblemanufacturingcell,FMC）

3.柔性制造系统（flexiblemanufacturingsystem,FMS）

4.柔性制造生产线（flexiblemanufacturingline,FML）

5.柔性制造工厂（flexiblemanufacturingfactory,FMF）

1.3.16简述FMS控制系统的体系结构。

答：

FMS控制系统一般采用三层递阶控制结构，包括：

系统管理与控制层、过程协调与监控层、设备控制层。

1系统管理与控制层又称单元控制层，它执行上级下达的任务，制定系统生产作业计划，实时分配作业任务给各个工作站，监控系统的执行、协调各部门与FMS的工作与相关支援等。

2过程协调与监控层主要协调工件在系统中的流动，完成各设备间的交接、系统运行状态的监视与控制、加工程序的分配、工况和运行数据的采集、以及上上级控制器报告等。

3设备控制层它直接控制各类加工设备和物料系统的自动工作循环，接受和执行上级系统的控制指令，并向上级系统反馈现场数据和控制信息。

第二章先进制造技术实验报告

2.1快速成型实验报告

一实验目的

1了解快速成型设备的组成和工作原理，初步学会使用该设备。

2掌握快速成型技术（RPM）的基本原理。

3了解典型的快速成型技术（RPM）工艺方法。

二实验仪器

HTS--300快速成型机（柜式）如图1所示

图1HTS--300快速成型机

HTS--300快速成型机采用世界目前先进技术的高压螺杆式专利喷头，很大程度上解决了喷头堵塞问题，喷头运行的稳定型大大提高，而传统机型的喷头由于始终无法解决喷头的堵塞现象，机器喷头的稳定性无法得到保证，如果使用双喷头，他们产品的稳定性更加难以保证；成形时翘曲变形很小，材料不吸潮，无需采取保温措施，同时配备上先进的HTS软件，无需采用双喷头，支撑材料的分离性就能够等到充分保证。

三实验原理

1快速成型作业过程

快速成型技术是集CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术等技术于一体的综合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制造的一体化技术，它采用软件离散--材料堆积的原理实现零件的成型过程，其原理如下图2所示。

图2快速成型作业过程

2熔丝沉积形成法（FDM）原理

熔丝沉积形成法工艺使用以讴歌外观很像二维平面绘图仪的装置，只是笔头被一个挤压头代替。

通过挤压出一束非常细的热熔塑料丝的方法来形成堆积有切片软件所给出的二维切片薄层。

同样制造原型从底层开始，一层一层进行，由于热熔塑料冷却快，这样就形成了一个有二维薄膜轮廓堆积并粘结成的立体原型。

图3熔丝沉积形成法原理图

四实验步骤

1零件CAD数据模型的建立

运用三维建模软件进行三维实体造型。

2数据转换文件的生成

由三维造型系统将零件CAD数据模型转化成一种可被快速成型系统所能接受的数据文件，如STL格式文件。

3分层切片

分层切片处理是将三维实体沿着给定方向切成一个个二维薄片的过程，薄片的厚度可根据快速成型系统的制造精度在0.05~0.5之间选择。

4快速堆积成型

快速成型系统根据切片的轮廓和厚度要求，用片材，丝材，液体或者粉末材料制成所要的薄片，通过一片片的堆积，最终完成三维形体原型的制备。

五实验小结

通过对这次实验的学习，我初步认识到快速成型技术在国民经济极为广泛的领域已经得到了应用，并且还在向新的领域发展，主要体现在以下几方面。

1外观设计很多产品特别是家电产品和汽车等对外形的美观和新颖性要求极高。

传统检验外形的方法是将产品图形显示于计算机终端，但经常发生“画出来好看而做出来不好看”的现象。

采用RP技术可以很快做出原型，供设计人员和用户审查，使得外形设计及检验更直观有效快捷。

2设计检查以模具制造为例，传统的方法是根据几何造型在数控机床上加工，这对于一个价值数十万乃至数百万元的复杂模具来说风险太大，设计上任何不慎反映到模具上就是不可挽回的损失。

RP方法可在开模前真实而准确地制造出零件原型，设计上的各种细微特征和错误就能在模型上一目了然地显示出来，这就大大减少了修模和开模风险。

3功能测试设计者可以利用原型快速进行功能测试以判明是否最好地满足设计要求，从而优化产品设计。

如风扇、风鼓等的设计，可获得最佳的扇叶曲面、最低噪音的结构等。

4可触摸型通过原型，人们能触摸和感受实体，这对照相机、手握电动工具的外形设计极为重要，这一点在人机工程应用方面具有广泛的意义。

5装配干涉检验在有限空间内的复杂系统，对其进行装配干涉检验是极为重要的。

原型可以用来做装配模拟，观察工件之间如何配合、如何相互影响。

如汽车发动机上的排气管，由于安装关系极其复杂，通过原型装配模拟可以一次成功地完成设计。

2.2数控加工中心、FMS、德玛吉数控铣床的认识

一实验目的

1了解HERMLE数控加工中心的基本参数、数控系统和适用范围。

2掌握FMS的基本组成和工作原理。

3了解德玛吉数控铣床的基本参数、数控系统和适用范围。

二实验设备

1HERMLE数控加工中心

心

图1HERMLE数控加工中心

2柔性制制造系统（FMS）

图2柔性制制造系统

3DMG五轴联动数控铣床

图3DMG五轴联动数控铣床

三实验内容

1HERMLE数控加工中心

HERMLE五轴联动系列加工中心,其主要是高速主轴摆动柔性型五轴联动加工中心，其规格及要点如下：

工作行程X-Y-Z：

600-450-450mm，速度：

10,000/16,000/40,000rpm，快速移动（所有轴）：

45m/min，控制系统：

HEIDENHAIN，数控旋转摆动工作台（在夹紧工作台内）：

φ280mm。

C系列可以做到性能、精度、通用性集中在一个解决方案中。

这个系列包含了我们最万能的机器之一：

它的构造带有改良的龙门设计，通过独立于工件外的三轴刀具运动来提供高动态切削，并运用拾取刀库来简化刀具交换。

2柔性制制造系统（FMS）

柔性制制造系统（FMS）是在成组技术的基础上，以多台（种）数控机床或数组柔性制造单元为核心，通过自动化物流系统将其联接，统一由主控计算机和相关软件进行控制和管理，组成多品种变批量和混流方式生产的自动化制造系统。

由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。

3DMG五轴联动数控铣床

DMC五轴铣削加工中心主要参数

X/Y/Z轴行程毫米600/700/600

短暂的屑-屑换刀时间，以及极高的机床精度，使得这种生产型五轴加工中心成为高效五轴加工领域内的新里程碑。

它解决方案通过快速的链式刀库和回转托盘交换装置及高精度数控回转工作台和选配B轴数控摆动铣头实现了具备5轴全能性的高效组合。

以很小的占用空间提供从600x700x600mm至1,600x1,250x1,000mm大型、畅通性良好的工作区域是该结构设计的另一大亮点。

除了带有两个托盘的快速、标配托盘交换装置之外，还可以选配圆形存储器RS4、RS5或RS10（DMC60U）。

B轴行程度30/-120

工作台尺寸毫米630×500

快移速度米/分60

刀柄SK40

刀库把60

主轴功率千瓦28/121

第3章关于先进精密测量技术发展趋势的大作业报告

摘要:

本文主要概述了国内外先进精密测量技术的现状和特征。

并指出了先进精密测量技术的发展趋势将是精密化﹑高速化﹑自动化﹑智慧化﹑集成化﹑经济化﹑非接触化和多功能化。

关键词:

先进精密测量技术现状发展趋势

AdvancedPreciseMeasurementTechniqueStatusandDevelopmentTrends

Abstract:

Thispaperoutlinesthedomesticandinternationalstatuesofadvancedprecisemeasurementtechniqueandfeatures.Andpointedoutthemaintrendsofadvancedmeasurementtechniqueareprecision,high-speed,automated,integrated,intelligent,economies,non-contactandmulti-functional.

Keywords:

ModernprecisemeasurementtechniqueStatuesTrends

3.1引言

在科学技术高度发展的今天，先进精密测量技术对一个国家的发展起着十分重要的作用。

如果没有先进的测量技术与测量手段，就很难设计和制造出综合性能和单相性能均优良的产品，更谈不发展现代高新尖端技术，因此世界各个工业发达国家都很重视和发展先进精密测量技术。

[1]

先进精密测量技术是一门集光学、电子、传感器、图像、制造及计算机技术为一体的综合性交叉学科，涉及广泛的学科领域，它的发展需要众多相关学科的支持。

在现代工业制造技术和科学研究中，测量仪器具有精密化、集成化、智慧化的发展趋势。

三坐标测量机（CMM）是适应上述发展趋势的典型代表，它几乎可以对生产中的所有三维复杂零件尺寸、形状和相互位置进行高准确度测量。

发展高速坐标测量机是现代工业生产的要求。

同时，作为下世纪的重点发展目标，各国在微/纳米测量技术领域开展了广泛的应用研究。

[2]

3.2国内先进代测量技术的现状

3.2.1坐标测量机的最新发展

三坐标测量机作为几何尺寸数字化检测设备在机械制造领域得到推广使用，技术应用于自己的产品以满足生产实际的需要。

1误差自补偿技术

德国CarlZeiss公司最近开发的CNC小型坐标测量机采用热不灵敏陶瓷技术，使坐标测量机的测量精度在17.8～25.6℃范围不受温度变化的影响。

国内自行开发的数控测量机软件系统PMIS包括多项系统误差补偿、系统参数