最新先进制造技术(第三版)知识点总结资料

第一章概述

1、先进制造技术的特点：先进性、广泛性、实用性、集成性、系统性、动态性。

2、先进制造技术分为三个技术群：主体技术群、支撑技术群、制造技术环境。

3、主体技术：面向制造的设计技术群（1）产品、工艺设计

（2）快速成形技术（3）并行工程

制造工艺技术群：（1）材料生产工艺（2）加工工艺（3）连接与装配

（4）测试和检测（5）环保技术（6）维修技术（7）其他支撑技术：（1）信息技术（2）标准和框架（3）机床和工具技术

（4）传感器和控制技术

4、先进制造技术研究的四大领域：

（1）现代设计技术

（2）先进制造工艺技术

（3）制造自动化技术

（4）系统管理技术

4、美国的先进制造技术发展概况P10

美国先进制造技术发展概况：美国政府在20 世纪90 年代初提出了一系列制造业的振兴计划，其中包括“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”。

先进制造技术计划

美国的发展目标：

1、为美国人创造更过高技术、高工资的就业机会，促进美国经济增长。

2、不断提高能源效益，减少污染，创造更加清洁的环境。

3、使美国的私人制造业在世界市场上更具有竞争力，保持美国的竞争地位。

4、使教育系统对每位学生进行更有挑战性的教育。

5、鼓励科技界把确保国家安全以及提高全民生活质量作为核心目标

三个重点领域的研究：

1、成为下一代的“智能”制造系统

2、为产品、工艺过程和整个企业的设计提供集成的工具

3、基础设施建设

第二章柔性制造系统（FMS）技术

1、柔性制造系统（FMS）的特点：

（1）主要特点：柔性和自动化

（2）设备利用率高，占地面积小

（3）减少直接劳动工人数

（4）产品质量高而稳定

（5）减少在制品库存量

（6）投资高、风险大，开发周期长，管理水平要求高

2、FMS与传统的单一品种自动生产线（即刚性自动生产线，其物流设备和加工工艺是相对

固定的，只能加工一个零件，或加工几个相互类似的零件）

缺点：改变加工产品的品种，刚性自动线做较大改动，投资和时间方面耗资大，难以男足市场要求。（不适应变化，维修成本高）

优点：刚性自动线设备利用率高，生产率高

3、FMS的组成：

（1）加工系统：加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种元件，并能自动地更换工件和刀具。

（2）运输系统：包含传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工件和原材料等物料进行自动装卸和运输。

（3）计算机控制系统：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。

4、自动导向小车AGV的类型（工作原理、适用范围）：

（1）线导小车：线导小车是利用电磁感应制导原理进行导向的，小车除有驱动系统以外，在前部还装有一对扫描线圈。当埋入地沟内的导线通以低频率变电流时，在导线周围便形成一个环形磁场。当导线从小车前部两个扫描

线圈中间通过时，两个扫描线圈中的感应电势相等。当小车偏离轨道时，扫描线圈就会产生感应电动势差，其中势差经过放大后给转向制导电机，使AGV 朝向减少误差的方向偏转，直至电动势差消除为止，从而保证小车始终沿着导线方向进行。

（2）光导小车：光导小车是采用光电制导原理进行导向的。沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带，还安装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接收，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。

（3）遥控制导小车：这种小车没有传送信息的电缆，而是使用无线电或激光发送和接收设备来传送控制命令和信息。小车的顶部装有一个可沿360°按一定频率发射激光的装置，同时在小车运行范围的四周一些固定位置上放置反射镜片。当小车运行时，不断接受到从已知位置反射来的激光束，经过运算后确定小车的位置，从而实现导航引导。

第三章计算机集成制造系统（CIMS）技术

1、CIMS系统包括人、经营、技术三要素。

2、CIMS技术的发展从系统集成优化发展的角度来划分为三个阶段：信息集成、过程集成、企业集成。

3、CIMS的主要功能分系统及各部分作用：

（1）管理信息系统：管理信息系统是CIMS 的神经中枢，指挥与控制着其他各部分有条不紊地工作。

（2）工程设计系统：工程设计系统实际上是指在产品开发过程中引用计算机技术，使产品开发活动更高效、更优质、更自动地进行。通常的有CAD、CAPP、CAM 三大部分。（3）制造自动化系统：制造自动化系统是CIMS 的信息流和物料流的集合点，是CIMS 最终产生经济效益的聚集地，通常由CNC 机床、加工中心、柔性制造单元（FMC）或FMS 等组成。

（4）质量保证系统：除了要具有直接实施检测的功能外，还要采集、存储和处理企业的质量数据，并以此为基础进行质量分析、评价、控制、规划、和决策。

（5）计算机通信网络系统-----支撑分系统之一：计算机网络是用通信线路将分散在不同地点，并具有独立功能的多个计算机系统互相连接，按照网络协议进行数据通信，并实现共享资源的计算机以及线路与设备的集合。

4、敏捷制造的组织形式是企业针对某特定产品，建立企业动态联盟，即所谓虚拟企业。

虚拟企业：为了完成某一种产品，多个企业联合其智力资源与生产设备而组成的联盟。第四章快速原型制造技术（RPM）

1、快速原型制造技术基本过程及特点：

基本原理：快速原型制造技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维添加的组合，它能在CAD 模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。

过程：（1）产品的CAD建型

（2）三维模型的近似处理

（3）三维模型的Z向离合化（即分层处理）

（4）处理层片信息，生成数控代码

（5）逐层堆积制造

（6）后处理

特点：（1）高速柔性化

（2）技术高度集成化

（3）设计制造一体化

（4）大幅度缩短新产品的开发成本和周期

（5）制造自由成型化

（6）材料使用广泛性

2、快速原型制造技术的四种工艺方法（特点、方法）：

一、光固化成型工艺（SLA）：

1、工艺原理：SLA 工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。

液槽中盛满液态光敏树脂，紫外激光束在偏转镜作用下，能在液体表面上进行扫描,扫描的轨迹及激光的有无均按零件的各分层截面信息由计算机控制，光点扫描到的地方，液体就固化。成型开始时，工作平台在液面下一个确定的深度,聚焦后的光斑在液面上按计算机的指令逐点扫描，即逐点固化。当一层扫描完成后，未被照射的地方仍是液态树脂。然后升降台带动工作台沿Z 轴下降一层的高度（约0.1㎜），已成型的层面上又布满一层液态树脂，之后刮平器将黏度较大的树脂液面刮平，在进行下一层的扫描，新固化的一层牢固地粘在前一层上，如此重复知道整个零件制造完毕，得到一个三维实体原型。

2、工艺特点：（1）尺寸精度高（2）表面质量好（3）成型过程自动化程度高

（4）原材料利用率高（5）能制造形状特别复杂、特别精细的零件

（6）制造出来的原型件可快速翻制各种模具。

不足：成型过程中需要支撑，否则也会引起制件变形：设备运转及维护成本高等。

二、叠层实体制造工艺（LOM）：

1、工艺原理：LOM 工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为成型材料，片材表面事先涂覆上一层热熔胶。加工时，用CO2激光器（或刀）在计算机控制下按照CAD 分层模型轨迹切割片材，然后通过热压辊热压，使当前层与下面已成型的工件层粘连，从而堆积成型。

2、工艺特点：（1）生产效率高（2）零件精度较高（3）无需设计和制作支撑结构

（4）后处理工艺简单（5）原型制作成本低

（6）制件能承受高达200℃的高温，有较高的硬度和较好的力学性能，可

以进行各种切削加工。

不足：工件（薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好：工件易吸湿膨胀，因此成型后应尽快做表面防潮处理。

三、选择性激光烧结工艺（SLS）：

1、工艺原理：此法采用CO2激光器作能源。加工时，在工作台上均匀铺上一层很薄

（0.1mm-0.2mm）的粉末，再用平整辊将粉末滚平、压实，每层粉末的厚度均对应于CAD

模型的切片厚度。激光束在刚铺的新层上以一定速度和能量密度在计算机的控制下按照零件分层轮廓有选择性地进行烧结，得到零件的截面，一层完成后，再铺上新的一层粉末，选择地再进行下一层烧结，并与下面已成型的部分连接，如此反复直到整个零件加工完毕。全部烧结后去掉多余的粉末，再进行打磨、烘干等处理便获得零件。

2、工艺特点：

（1）采用多种材料（2）无需支撑。

（3）制作具有较好的力学性能，可直接用作功能测试或小批量使用的产品。

（4) 材料利用率高。

四、熔融沉积造型工艺（FDM）：

1、工艺原理：FDM 工艺是利用热塑性材料的热熔性、粘结性，在计算机控制下层层堆积成型。材料先抽成丝状，通过送丝机构送进喷头，在喷头内被加热熔化，喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料加热挤出，迅速固化并与周围的材料粘接，层层堆积成型。

2、工艺特点：

（1）由于该工艺无需激光系统，因此设备使用、维护简便，成本较低，其设备成本往往只是SLA 设备成本的1/5。

（2）FDM 设备系统可以在办公室环境下使用。

（3）用蜡成型的零件原型可以直接用于失蜡铸造。

（4）原材料在成型过程中无化学变化，制作翘曲变形小。

（5）当使用水溶性支撑材料时，支撑去除方便快捷，且效果较好。

不足之处在于成型精度比其他RP 工艺的低，成型时间较长。

第五章工业机器人

1、现代工业机器人一般由机械系统（执行机构）、控制系统、驱动系统、智能系统4大部分

组成。

2、工业机器人的集中典型控制方法：P107

机器人的位置伺服控制、自适应控制和力控制等集中典型控制方法。

第六章先进制造生产模式

1、并行工程CE：是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行、一体化设计的一种系统化的工作模式。

运行特性：

（1）并行特性（2）整体特性（3）协同特性（4）集成特性

2、智能制造系统（IMS）：是一种智能化的制造系统，是由智能机器人和人类专家共同组成的人机一体化的智能系统，它将智能技术融入制造系统的各个环节，通过模拟人类的智能活动，取代人类专家的部分智能活动，使系统具有智能特征。

3、智能制造系统的特征：

（1）自组织能力（2）自律能力（3）学习能力和自我维护能力（4）人机一体化4、智能制造系统的主要支撑技术：

（1）人工智能技术

（2）并行工程

（3）虚拟制造技术

（4）信息网络技术

5、绿色制造GM的两个实现目标：资源优化和环境保护。

6、虚拟制造系统VMS的体系结构由三层构成：经营决策层、产品决策层、生产决策层。

7、精良生产LP的核心内容是准时制生产JIT。

第七章其他先进制造技术

1、水喷射加工的原理：利用液体增压原理，通过特定的装置（增压器或高压泵），将动力源（电动机）的机械能转换成压力能，具有巨大压力能的水再通过小孔喷嘴将压力能转变成动能，从而形成高速射流，喷射到工件表面，从而达到去除材料的加工目的。

2、水喷射加工的特点：

（1）适应范围广（2）加工质量高

（3）加工时对材料无热影响，共建不会产生热变形和热影响区，对加工热敏感材料有利，切削无火花，同时由于水的冷却作用，工件温度较低，非常适合对易燃易爆物件的加工。（4）加工清洁，不产生有害人体的物质，对环境无污染，提高了操作人员的安全性。（5）加工“刀具”为高速高压水流，加工过程中不会变钝，减少了刀具准备、刃磨等时间，生产效率高。

3、高速切削的关键技术：

（1）高速主轴

（2）高速切削机床结构

（3）高速切削的刀具系统。

4、高精度加工范畴内，根据精度水平的不同，分三个层次：

（1）精密加工加工精度为3μm~0.3μm，粗糙度为0.3μm~0.03μm

（2）超精密加工（亚微米加工）加工精度0.3μm~0.03μm，粗糙度0.03μm~0.005μm （3）纳米加工加工精度为0.03μm，粗糙度由于0.005μm以上。

AMT （Advanced Manufacturing Technology）先进制造技术

FMS （Flexible Manufacturing System）柔性制造系统

FMC（Flexible Manufacturing Cell）柔性制造单元

AGV （Automatic Guided Vehicle）自动引导小车

CIMS （Computer Integrated Manufacturing System）计算机集成制造系统

CE （Concurrent Engineering）并行工程

MRPⅡ（Manufacturing Resource PlanningⅡ）制造资源计划（物料管理）

RPM （Rapid Prototype Manufacturing）快速原型制造

SLA （Stereo Lithography Apparatus）光固化成型工艺

LOM （Laminated Object Manufacturing）叠层实体制造工艺

SLS （Selected Laser Sintering）选择性激光烧结工艺

FDM （Fused Deposition Modeling）熔融沉积造型工艺

PDM（Product Data Management）产品数据管理

IM （Intelligent Manufacturing System）智能制造系统

VM（Virtual Manufacturing）虚拟制造

JIT （Just In Time）准时制生产

GM （Green Manufacturing）绿色制造（Green Material）绿色材料LP （Lean Production）精良生产