现代机械设计与制造读书笔记05--14(8)

2025-07-06

相近,更适用于财力有限的中小型企业。目前国外众多厂家将FMC列为发展之重。

2)发展效率更高的FML多品种大批量的生产企业如汽车及拖拉机等工厂对PML的需求引起了FMS制造厂的极大关注。采用价格低廉的专用数控机床替代通用的加工中心将是FML的发展趋势。

3)朝多功能方向发展由单纯加工型FMS进一步开发已焊接、装配、检验及材加工乃至铸、锻等制造工序兼具的多种功能FMS。

柔性制造技术是实现未来工厂的新颖概念模式和新的发展趋势,是决定制造企业未来 发展前途的具有战略意义的举措。届时,智能化机械与人之间将相互融合,柔性地全面协调从接收订货单至生产、销售这一企业生产经营的全部活动。近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学“哲理”和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。他作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技,为未来机构制造工厂提供了一副宏伟的蓝图。

60年代开始至今,FMT的出现、发展、进步和广泛应用,对机械加工行业及工厂自动化技术发展产生了重大影响,并开创了工厂自动化技术应用的新领域,大大促进了计算机集成制造技术(CIMT)的发展和应用。世界范围内的FMS获得了约30%的年增长率的快速发展和应用。在FMS领域,美国、西欧和日本居世界之首。20世纪90年代后,工业界更加注重信息集成和人在CIMS和FMS中的积极作用,认识到对FMS而言,如果系统规模小些,并允许人更多地能动介入,系统运行往往会更有成效。现在,FMT已朝着更加正确的方向发展。并开发了新的柔性制造设备,使高性能柔性加工中心构成的FMC。fTrL得到广泛应用。同时,工业界已更加注重FMT与集成化CAD/CAPP/CAM,工厂或车间生产控制和管理系统PCMS相集成,以达到使企业生产经营能力整体优化的目的,适应动态多变型市场的需求。

当今,“柔性”“敏捷”“智能”和“集成”乃是制造设备和系统的主要发展趋势。FMS的构成和应用形式将更加灵活和多样化,小型FMS在吸取了FMS应用实践经验后获得了迅速发展,其总体结构通常采用模块化、通用化、硬软件功能兼容和可扩展的设汁技术。这些模块具有通用功能化特征,相对独立性好,配有相应硬软件接口,易按不同需求进行组合和扩展。与大型FMS相比,投资较低,运行可靠性好。成功率较高。这种小型化FMS和伴随着DNC,FMS技术发展而附带生产的FMC技术将具有更加强大的生命力,并将得到快速发

展和广泛应用。还可能形成商品化的柔性制造设备,成为制造业先进设备的主要发展趋势和面向21世纪的先进生产模式。

6.自学小结

近年来,柔性制造作为一种现代化工业生产的科学哲理和工厂自动化的先进模式已为国际上所公认,可以这样认为:柔性制造技术是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上,将以往企业中相互独立的工程设计、生产制造及经营管理等过程,在计算机及其软件的支撑下,构成一个覆盖整个企业的完整而有机的系统,以实现全局动态最优化,总体高效益、高柔性,并进而赢得竞争全胜的智能制造技术。它将成为21世纪机构制造业的主要生产模式。 但目前而言其仍有一些不足之处:FMS尽管具有高柔性,但是这种柔性仍然限于特定的范围。比如,加工箱体零件 的FMS就不能用于加工旋转体、冲压件等。同样是箱体零件的FMS,用于加工变速箱 体零件的FMS就不一定适合于加工发动机汽缸体;FMS系统技术复杂,开发、研制、调试一套FMS系统需要较长的周期;FMS价值昂贵,这对于财源有限的中小企业来说是难以承受 的,即使是技术与经济承受能力较强的大公司和大企业,采用FMT也有很大的风险。这些对于柔性制造技术的推广而言是很大的阻力。

九.快速原型制造技术

快速原型制造( RPM : Rapid Prototyping Manufacturing )技术,又叫快速成形技术,简称 RP 技术,是 90 年代初发展起来的新兴技术, RPM 是 CAD 技术、数控技术、激光技术和材料技术等现代科技成果,被认为是近年来制造技术领域的一次重大突破,融合了机械工程、 CAD 技术、激光技术、数控技术和材料技术等,可以直接、自动、快速地将设计师的设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能验证,有效地缩短了产品的研发周期,为企业的新产品开发和创新提供了技术支持。

1.RPM技术产生背景

随着全球市场一体化的形成,制造业的竞争十分激烈,产品的开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。在这种情况下,自主快速产品开发的能力(周期和成本)成为制造业全球竞

争的实力与基础。同时,制造业为满足日益变化的用户需求,又要求制造技术有较强的灵活性,能够以小批量甚至单件生产而不大幅度增加产品的成本。因此,产品开发的速度和制造技术的柔性就变的十分关键了。

RPM 技术就是在这种社会背景下,于 80 年代后期产生于美国,并很快扩展到日本及欧洲,是近 20 年来制造技术领域的一项重大突破。 RPM 技术问世不到十年,已实现了相当大的市场,发展非常迅速,在短短不到十年的时间里已实现了近五亿美元的市场。人们对材料逐层添加法这种新的制造方法已逐步适应。制造行业的工作人员都想方设法利用这种现代化手段,与传统制造技术的接轨工作也进展顺利。人们用其长避其短,效益非凡。与数控加工、铸造、金属冷喷涂、硅胶模等制造手段一起,快速成型已成为现代模型、模具和零件制造的强有力手段,在航空航天、汽车摩托车、家电等领域得到了广泛应用。

2.RPM技术的原理及主要方法

RPM技术,是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体和技术总称。 RPM技术采用离散/堆积成型原理,其过程是:先由三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型;然后根据工艺要求,将其按一定厚度进行分层,使原来的三维电子模型变成二维平面信息(截面信息),加入加工参数,产生数控代码;微机控制下,数控系统以平面加工方式,有序地连续加工出每个薄层,并使它们自动粘接而成形,这就是材料堆积的过程。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同,成形原理和系统特点也各有不同。但是,其基本原理都是一样的,那就是\分层制造,逐层叠加\, 类似于数学上的积分过程。形象地讲,快速成形系统就像是一台\立体打印机\,如下图所示.

RPM技术的工艺不下30余种,最成熟的主要有以下四种: 1)立体印刷(SLA:Stereolithgraphy Apparatus)

将激光聚焦到液态固化液态材料(如光固化树脂)表面,令其有规律地固化,由点到线、到面、完成一个层面的建造;而后升降平台,移动一个层片厚度的距离,重新覆盖一层液态材料,再建造一个层,由此层层迭加,成为一个三维实件。

成形材料:液态光敏树脂; 制件性能:相当于工程塑料或蜡模;

主要用途:高精度塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 2)分层实体制造(LOM:Laminated Odject Manufacturing)

它采用激光或刀具对箔材进行切割而获得一个层面。具体的说,首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线,而后将不属于原型的材料切割成网格状。通过升降平台的移动和箔材的送给,可以切割出新的层片,并将其与筠有的层片粘接在一起,这样层层迭加后得到一个块状物;最后将不属于原型的材料小块剥除,就获得所需的三维实体。这里所说的箔材可以是涂覆纸(涂有粘接剂覆层的纸),涂覆陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材。

成形材料:涂敷有热敏胶的纤维纸; 制件性能:相当于高级木材;

主要用途:快速制造新产品样件、模型或铸造用木模。 3)选择性激光烧结(SLS:Selective Laser Sintering)

对于由粉末铺成的很好密密实度和平整度的层面,有选择地直或间接粉末熔化或粘接,形成一个层面,铺粉压实,再熔结或接成另一个层面,并与原层面熔结或粘接,哪此层层迭加为一个三维实体。

成形材料:工程塑料、尼龙、石蜡等粉末; 制件性能:相当于工程塑料、蜡模、砂型; 主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。 4)熔融沉积成形(FDM:Fused Deposition Modeling)

将热熔性材料( ABS、尼龙或蜡)通过国热器熔化,挤压喷出并堆积一个层面,然后将第二个层面用同样的方法建造出,并与前一个层面熔结在一起,如此层层堆积面获得一个三维实体。

成形材料:固体丝状工程塑料; 制件性能:相当于工程塑料或蜡模;

主要用途:塑料件、铸造用蜡模、样件或模型。

这几种方法各有优势,比如粉末激光烧结法( SLS)利于复杂薄壁件设计,分层实体制

造(LOM)利于厚壁件设计。它们的共同点是:基本过程都是通过CAD建立实体模型,在文件以STL的格式输出后,经过切片软件的处理,得到片层文件并传递至快速成型系统,由系统自动生成整个零件。快速成型技术是添加法的代表,它为机械制造工业开辟了一条全新的制造途径,而且不用任何刀具。

3.PM技术的独有特性

RPM最主要特征就是由CAD模型直接驱动快速制造任意复杂形状三维实体,具有以下独有特性:

(1)运用RPM技术能自动、快速、精确地将设计思想转变成一定功能的产品原型或直接制造零件,对缩短产品开发周期、减少开发费用、提高企业的市场竞争能力具有重要意义;

(2)RPM集成了机械工程、计算机控制、CAD、数控技术、检测技术、激光材料和各种学科的前沿技术,是一种造型的高新技术;

(3)RPM改变了传统制造加工采用的“去除”原理,而是采用了离散一-堆积原理; (4)由CAD模型直接驱动; (5)成型设备无需专用工具;

(6)成型过程中无人干预或者较少干预。 RPM具有以下特点:

(1) 可以制成几何形状任意复杂的零件,而不受传统机械加工方法中刀具无法达到某些型面的限制, 可实现自由制造 。

(2)由于采用非接触加工的方式,没有工具更换和磨损之类的问题,可做到无人值守,无需机加工方面的专门知识就可操作。

(3) 曲面制造过程中, CAD数据的转化(分层)可百分之百地全自动完成,而不靠数控切削加工中需要高级工程人员数天复杂的人工辅助劳动才能转化为完全的工艺数控代码。

(4) 不需要传统的刀具或工装等生产准备。任意复杂零件的加工只需在一台设备上完成,因而大大缩短了新产品的开发成本和周期,其加工效率远胜于数控加工。

(5) 设备购置投资低于数控机床。

(6) 产品的单价几乎与批量无关,特别适合于新产品的开发和单件小批量零件的生产。 (7)无切割、噪音和振动等,有利于环保。

(8)整个生产过程数字化,与CAD模型具有直接的关联,零件可大可小,所见即所得,

可随时修改,随时制造。

(9)与传统方法结合,可实现快速铸造,快速模具制造、小批量零件生产等功能,为传统制造方法注入新的活力。

4.自学小结

RPM技术融合了机械工程、 CAD 技术、激光技术、数控技术和材料技术等,可以直接、自动、快速地将设计师的设计思想物化为具有一定功能的原型或直接制造零件,从而可以对产品设计进行快速评价、修改及功能验证,有效地缩短了产品的研发周期,为企业的新产品开发和创新提供了技术支持。同时快速原型制造技术作为一种新兴的制造技术,要想进一步发展,关键是看该技术是否符合绿色制造的要求 ,只有体现绿色制造的内涵,该技术才具有可持续性。


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