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　　1、机械工程学科前沿动态讲 义授课对象：机械08级授课时间：2011年秋学期授课教师：丁飞机械工程（0802）机械制造及其自动化（080201）机械电子工程（080202）机械设计及理论（080203）车辆工程（080204）第一章 概述一、机械工程学科的研究范围机械制造及其自动化以工艺流程、工装夹具、制造系统为主；机械电子工程以信息处理、自动控制为主；机械设计及理论以设计理论、结构设计为主；车辆工程以汽车技术、设计理论为主。二、机械制造及其自动化（080201）机械制造及其自动化是一门研究机械制造理论、制造技术、自动化制造系统和先进制造模式的学科。该学科融合了各相关学科的最新发展，使制造技术、制

　　2、造系统和制造模式呈现出全新的面貌。研究方向：将机械设备与自动化通过计算机的方式结合起来，形成一系列先进的制造技术，包括：精密加工与细微加工、特种加工、绿色制造、CAM（计算机辅助制造）、FMS（柔性制造系统）等等，最终形成大规模计算机集成制造系统（CIMS），使传统的机械加工得到质的飞跃。l 柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）：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。l 计算机集成制造系统（Compute

　　3、r Integrated Manufacturing System，CIMS）、现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing System）：由一个多级计算机控制硬件结构，配合一套订货、销售、设计、制造和管理综合为一体的软件系统所构成的全盘自动化制造系统。 三、机械电子工程（080202）机械电子工程是将机械学、电子学、信息技术、计算机技术、控制技术等有机融合而形成的一门综合性学科，广泛应用于交通、电力、冶金、化工、建材等各领域机电一体化设备及生产自动化过程。主要研究对象是机电一体化系统，包括执行机构、控制器、检测装置、动力装置和传动装置。涉及现

　　4、代控制理论、现代检测技术、故障诊断技术、微计算机技术等基础知识。研究方向：有机电控制及自动化、机器人技术、机械系统动态测试与故障诊断、现代传感器与测控技术、机电产FB体育 FB体育平台品设计与控制。四、机械设计及理论（080203）机械设计及理论是对机械进行功能分析与综合定量描述与控制的基础技术学科。专业基础：力学、机构学、强度理论、流体力学、CAD技术、计算机编程、机械参量测量、信号处理、微处理器应用研究方向：现代机械设计理论与方法、机械摩擦学、机械机构学与系统动力学、机械强度分析、人机工程学、计算机集成设计与制造、智能机械系统设计、产品生命周期管理（Product Lifecycle Management，PL

　　5、M）、计算机图形学等。五、车辆工程（080204）车辆工程是研究汽车、拖拉机、机车车辆、军用车辆及其他工程车辆等陆上移动机械的理论、设计及制造技术的工程技术领域。初期涉及到力学、机械设计、材料、流体力学、化工今天拓展至与机械电子工程、机械设计及理论、计算机、电子技术、测试计量技术、控制技术等学科相互渗透、相互联系并进一步触及医学、生理学及心理学等广泛的领域，形成了一门涵盖多种高新技术的综合性学科和工程技术领域。研究方向：车辆的研究、开发；车辆的制造、加工；车辆的性能检测、试验、分析；车辆的使用、管理、保养、维修；与生产检测车辆有关的设备、检测仪器的开发等。第二章 机械制造及其自动化要点：一、柔

　　6、性制造系统FMS二、计算机集成制造系统CIMS三、绿色集成制造系统GIMS四、几种先进制造工艺技术推荐阅读书目1. 刘忠伟主编. 先进制造技术. 北京：国防工业出版社,2011.62. 李长河等编著. 先进制造工艺技术. 北京：科学出版社,2011.33. 朱胜等编著. 再制造技术与工艺. 北京：机械工业出版社,2011.14. 宾鸿赞等编著. 先进加工过程技术. 武汉：华中科技大学出版社,2009.95. 盛晓编. 先进制造技术. 北京：机械工业出版社,2003.66. 刘飞主编. 先进制造系统. 北京：中国科学技术出版社,2001.67. 芮延年等编著. 协同设计. 北京：机械工业出版

　　7、社,2003.78. 来可伟等编著. 并行设计. 北京：机械工业出版社,2003.4一、柔性制造系统FMS柔性制造系统是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（Flexible Manufacturing System，英文缩写为FMS）。柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。l 发展历程1967年，英国莫林斯公司首次根据威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系统24”。其主要设备是六台模块化结构的多工序数控机床，目标是

　　8、在无人看管条件下，实现昼夜24小时连续加工，但最终由于经济和技术上的困难而未全部建成。1967年，美国的怀特森斯特兰公司建成Omniline I系统，它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，工件被装在托盘上的夹具中，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。这种柔性自动化设备适于少品种、大批量生产中使用，在形式上与传统的自动生产线相似，所以也叫柔性自动线。日本、前苏联、德国等也都，先后开展了FMS的研制工作。1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(Flexible ManuFB体育 FB体育平台facturing Cell,简称FMC)，为发展FMS提供了重要的设备形式。FMC一般

　　9、由12台数控机床与物料传送装置组成，有独立的工件储存站和单元控制系统，能在机床上自动装卸工件，甚至自动检测工件，可实现有限工序的连续生产，适于多品种小批量生产应用。随着时间的推移，FMS在技术上和数量上都有较大发展，实用阶段，以由35台设备组成的FMS为最多，但也有规模更庞大的系统投入使用。1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间，由60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库组成，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件，此外还有一个无人化电机装配车间，它们都能连续24小时运转。这种自动化和无人化车间，是向实现计算机集成的自动化工厂迈出的重要一步。与此同时，还出现了若干仅具有F

　　10、MS基本特征，但自动化程度不很完善的经济型FMS，使FMS的设计思想和技术成就得到普及应用。l 工艺基础FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产（即具有“柔性”），并能及时地改变产品以满足市场需求。 FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。l 系统组成（加工设备、储存和搬运、信息控制）加工设

　　11、备加工设备主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。中、大批量少品种生产中所用的FMS，常采用可更换主轴箱的加工中心，以获得更高的生产效率。储存和搬运储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。毛坯一般先由工人装入托盘上的夹具中，并储存在自动仓库中的特定区域内，然后由自动搬运系统根据物料管理计算机的指令送到指定的工位。固定轨道式台车和传送滚道适用于按工艺顺序排列设备的FMS，自动引导台车搬送物料的顺序则与设备排列位置无关，具有较大灵活性。工业机器人可在有限的范围内

　　12、为14台机床输送和装卸工件，对于较大的工件常利用托盘自动交换装置(简称APC)来传送，也可采用在轨道上行走的机器人，同时完成工件的传送和装卸。磨损了的刀具可以逐个从刀库中取出更换，也可由备用的子刀库取代装满待换刀具的刀库。车床卡盘的卡爪、特种夹具和专用加工中心的主轴箱也可以自动更换。切屑运送和处理系统是保证 FMS连续正常工作的必要条件，一般根据切屑的形状、排除量和处理要求来选择经济的结构方案。信息控制FMS信息控制系统的结构组成形式很多，但一般多采用群控方式的递阶系统。第一级为各个工艺设备的计算机数控装置(CNC)，实现各的口工过程的控制；第二级为群控计算机，负责把来自第三级计算机的生产计划

　　13、和数控指令等信息，分配给第一级中有关设备的数控装置，同时把它们的运转状况信息上报给上级计算机；第三级是FMS的主计算机(控制计算机)，其功能是制订生产作业计划，实施FMS运行状态的管理，及各种数据的管理；第四级是全厂的管理计算机。性能完善的软件是实现FMS功能的基础，除支持计算机工作的系统软件外，数量更多的是根据使用要求和用户经验所发展的专门应用软件，大体上包括控制软件(控制机床、物料储运系统、检验装置和监视系统)、计划管理软件(调度管理、质量管理、库存管理、工装管理等)和数据管理软件(仿真、检索和各种数据库)等。为保证FMS的连续自动运转，须对刀具和切削过程进行监视，可能采用的方法有：测量机

　　14、床主轴电机输出的电流功率，或主轴的扭矩；利用传感器拾取刀具破裂的信号；利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的变化；累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命管理。此外，还可利用接触测头来测量机床热变形和工件安装误差，并据此对其进行补偿。l 系统类型柔性制造系统有以下三种类型：1、柔性制造单元柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。2、柔性制造系统柔性制造系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组

　　15、成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。3、柔性自动生产线柔性自动生产线是把多台可以调整的机床（多为专用机床）联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。l 系统优点柔性制造系统的优点：1、设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。2、在制品减少80%左右。3、生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床FB体育 FB体育平台组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。4、产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度高，加工形式稳定。5、运行灵活。有些柔性制造系统的检验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。6、产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性

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