《先进制造技术》教案.doc

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先进制造技术

教案

科目先进制造技术

授课班级

任课老师

教案

授课日期

授课时数2

授课章节

名称

第一章概述

第一节制造系统的基本概念和发展

教学目的

了解先进制造技术的发展背景，

了解先进制造技术的概念和特点

教学重点

先进制造技术的发展背景、先进制造技术的发展背景

教学难点

制造、制造系统的概念

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

课本P13，复习思考题1、2、6.

课后体会

由于是概括性内容，所以学生比较容易接受

授课主要内容或板书设计

第1章概述

§1.1制造系统的基本概念和发展

1.1.1制造系统的基本概念：

1、制造业的概念：

制造业是将可用资源与能源通过制造过程，转化为可供人和社会使用和利用的工业产品或生活消费品的行业，它涉及到国民经济的各个行业。

2、制造与社会：

（1）制造是人类按照生活所需，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或客观可以利用的物质工具，采用有效的方法将原材料转化成最终物质产品，并投放市场的全过程。

（2）制造业是所有与制造有关的实体或企业机构的总称。

（3）制造技术是完成制造活动所需的一切手段的总和。

高质量、高水平的制造业必然有先进的制造技术做后盾。

（4）制造系统的基本概念：

制造系统是由包括人、生产设备、生产工具、物料传输设备及其他辅助装置组成的硬件环境，以及由生产信息、决策信息、生产方法、工艺手段和管理模式所形成的软件支持的条件所构成的有机整体，其根本目标是把制造资源转变成财富或产品。

§1.1.2制造系统的发展

1、材料及制造方法的发展：

材料的发展与产品的发展密切相关。

1770年瓦特发明蒸汽机后，陆续出现汽油发动机、蒸汽轮机等，20世纪50年代，出现导弹、人造卫星，目前正向星际探测器等宇航新时代迈进。

蒸汽机时代，主要材料是：

低碳钢、铸铁；燃汽轮机时代，出现耐磨、耐热的合金钢。

1950年前后，由于发展飞机和人造卫星的需要，出现钛和钛合金。

目前，结构陶瓷、复合材料、超高强度合金材料以及智能材料等层出不穷。

2、加工质量的发展：

加工质量指标中最重要的加工精度。

提高加工精度的措施主要有：

开发新的机械加工工艺方法、研究超精密加工用机床。

3、制造自动化发展：

未来自动化技术的发展可用“七化”来描述：

（1）制造集成化；

（2）制造智能化；

（3）制造敏捷化；

（4）制造虚拟化；

（5）制造网络化；

（6）制造全球化；

（7）制造绿色化；

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

授课时数2

授课章节

名称

第二节先进制造技术的发展背景

第三节先进制造技术的概念与特点

教学目的

了解生产过程的概念及特点，

了解先进制造技术的概念和特点

教学重点

生产过程的概念和特点，先进制造技术的概念和特点

教学难点

先进制造技术的概念和特点

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

课本P13，复习思考题3、4.

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、什么是制造？

什么是制造业？

2、什么是制造系统？

<导入>

生产过程与先进制造技术的特点

<新课内容>

第二节先进制造技术的发展背景

1.2.1市场变化的特点：

（1）竞争愈来愈激烈；

（2）市场竞争的国际化；

（3）市场动态化；（4）市场的多元化；（5）公司虚拟化。

1.2.2产品结构的特点

目前，产品呈现如下特点：

（1）环保型产品；

（2）功能先进适用；

（3）效率高；（4）体积小（微型化）；

（5）质量优良；（6）价格低；

（7）创新性；（8）寿命周期的缩短；

（9）品种上的多样化、单件化

1.2.3生产过程的特点

1、生产过程的概念：

从原材料转变为产品的全部过程。

2、生产过程的特点：

（1）生产过程柔性化；

（2）生产过程环保化；

（3）生产过程高速化；（4）精密生产技术的应用；

（5）生产过程自动化；（6）少、无切削加工过程；

（7）非传统工艺方法的采用。

1.2.4制造格局的变革及新技术发展：

先进制造技术AMT这一概念是美国根据本国制造业面临来自世界各国，特别是亚洲国家的挑战，为增强制造业的竞争力，夺回美国制造工业的优势，促进国家经济的发展，于20世纪80年代末提出的。

1.3先进制造技术的概念和特点

1、先进制造技术的概念：

先进制造技术是以提高制造企业综合效益为目的，以人为主体，以计算机技术为支柱，综合利用信息、材料、能源、环保等高新技术以及现代人系统管理技术，对传统制造过程中与产品在整个故事周期中的使用、维护、回收利用等有关环节，进行研究并改造的所有适用技术的总称。

2、先进制造技术的特点：

1）不是一成不变的，是个动态技术；

2）是面向新世纪的技术系统；

3）不摒弃传统技术，利用科技新手段去研究它；

4）不仅限于制造过程的本身，它涉及到产品从市场调研、产品设计、工艺设计、加工制造、售前售后服务等所有内容；

5）强调人的主体作用，强调人、技术、管理三者的有机结合；

6）强调各专业学科之间的渗透、融合和淡化；

7）特别强调环境保护，既要求产品是“绿色商品”，又要求产品的生产过程是环保型的。

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第一节CAD/CAM集成

教学目的

了解CAD/CAM的系统组成，

掌握CAD/CAM系统集成方式

教学重点

CAD/CAM的系统组成、CAD/CAM系统集成方式

教学难点

CAD/CAM系统软件、集成方式

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

1、CAD/CAM系统的组成；2、集成系统的关键技术

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、什么是生产过程？

生产过程的特点是什么？

2、什么的先进制造技术？

简述先进制造技术的特点。

<导入>

CAD/CAM集成技术的作用

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第一节CAD/CAM集成

一、CAD、CAM的含义：

CAD是计算机辅助设计（ComputerAidedDesign）的简称；

CAM是计算机辅助制造（ComputerAidedManufacture）的简称。

CAD/CAM是围绕着产品的设计与制造两大部分独立发展起来的。

二、CAD/CAM系统的组成：

CAD/CAM系统和运行环境由硬件、软件和人三大部分构成。

CAD/CAM系统的软件包括：

系统软件：

与计算机硬件直接联系；

管理软件：

负责生成各类数据，是CAD/CAM软件系统的核心。

支撑软件：

是基础软件，包括：

工程绘图、三维实体造型等。

应用软件：

是用户为解决某种应用问题而编制的一些程序。

三、CAD/CAM系统在CIMS中的地位

实现CAD/CAPP/CAM的信息集成是实现CIMS的基础与核心。

四、CAD/CAM系统集成方式：

1、通过专用格式文件的集成方式；（图1）

2、通过标准格式数据文件的集成方式；（图2）

3、利用公共工程数据库进行系统集成。

（图3）

图1

图2

五、CAD/CAM集成系统的关键技术。

（1）产品建模技术

（2）集成的数据管理技术

（3）产品数据交换接口技术

（4）集成的执行控制程序

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年2月22日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

教学目的

了解手工编程与自动编程的概念

掌握常用数控编程指令G00、G01等

教学重点

数控编程的概念、常用指令

教学难点

常用指令的编程格式

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

课本P51第3、4题，编程练习

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、CAD、CAM分别指的是什么？

什么是CAD/CAM集成？

2、CAD/CAM集成系统的由哪几部分组成？

<导入>

随着工业的发展，机床的发展出现了新的分支，即数控机床，这类机床利用数控编程技术可以大大提高劳动生产率，也使操作者的劳动强度降低到了最低，同时也解决了普通机床生产中不易避除的错误。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

一、数控编程的概念：

按照机床规定的指令代码及程序格式编制加工程序。

数控编程的方法分为：

手工编程、自动编程。

二、编程内容和步骤：

1、分析零件图样

2、确定加工工艺过程

3、数值计算

4、编写程序单

5、制作控制介质

6、程序校验与首件试切

三、手工编程：

人工进行运算和编制指令。

程序格式：

NGXYZ……FSTM；

式中：

N为程序段号；G准备功能字；X、Y、Z为尺寸字；

F为进给功能字；S为主轴功能字；T为刀具功能字；

M为辅助功能字。

1、机床坐标系：

右手笛卡尔坐标系。

直径：

X，轴线：

Z坐标。

拇指——X，食指——Y，中指——Z轴

2、G00指令：

——快速点定位；

格式：

G00XZ；

用于刀具快速靠近工件与快速远离工件。

6、G01指令：

——直线插补；

格式：

G01XZF；

适用场合：

外圆、内孔、台阶、端面、圆锥、倒角、切槽等。

7、编程举例：

（程序在此略）

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年2月27日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

教学目的

掌握常用的数控指令

教学重点

数控编程常用指令的应用

教学难点

常用指令的编程格式

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

根据所给的图进行数车程序编程

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、什么是数控？

什么是数控编程？

2、手工编程的程序段格式是怎样的？

<导入>

数控编程的程序是由一些程序指令按照固定的格式形成的，常用的有G指令、M指令、S指令、T指令等。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

1、几个常用的G功能指令：

G99、G98、G97、G96：

（1）G99——每转进给量，指定F功能的进给量为每转多少mm.

（2）G98——每分进给量，指定F功能的进给量为每分多少mm.

（3）G97——恒定转速，指定S功能的转速恒定为每分钟多少转。

（4）G96——恒定线速度，指定S功能的转速为每分钟多少米。

2、几个常用的M功能指令：

M00、M02、M03、M04、M05、M30。

（1）M00——程序暂停；

（2）M02——程序停止；

（3）M03——主轴正转；

（4）M04——主轴反转；

（5）M05——主轴停转；

（6）M30——程序结束，返回开头。

1、其他功能指令：

S功能、T功能、F功能。

（1）S功能——主轴转速功能；G97指定时，单位为r/min；

G96指定时，单位为m/min；

（2）T功能——刀具功能；用四位数字表示：

T××××

前面两位为刀具号，后面两位为补偿值号。

如：

T0101前面的01表示第一号刀具，选用第一组刀具补偿值。

（3）F功能——进给功能；G99指定时，单位为mm/r；

G98指定时，单位为mm/min；

2、程序编辑举例：

程序在此略。

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年2月29日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

教学目的

掌握常用的数控指令

教学重点

数控编程常用指令的应用

教学难点

无

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

根据所给的图进行数车程序编程

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、常用的G功能有哪些？

2、S功能的含义？

<导入>

数控编程的程序是由一些程序指令按照固定的格式形成的，常用的有G指令、M指令、S指令、T指令等。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

利用所学的功能指令代码编写下图的数车加工程序。

1、零件图分析

该零件图为一阶梯轴的零件图，毛坯尺寸为Φ50，其余阶梯轴直径相差3到4mm。

在长度方向的尺寸中，零件的公差较小。

所以编程时以各自的基本尺寸为主进行尺寸计算。

2、确定加工工艺过程

由于长度方向的公差较小，且没给出批量生产的说明，所以加工工序分三步，采用工序集中的原则：

1）切端面2）粗车各阶梯3）精车各阶梯。

采用三爪卡盘装夹工件左侧，工件伸出长度为100，手工对刀，对刀点为工件右侧端面圆心，粗加工留给精加工的加工余量为1，粗加工的切削用量选择如下：

V=600r/mm，F=0.3mm，ap=3mm，精加工的切削用量选择如下：

V=1000r/mm，F=0.1mm，ap=1mm，

3、程序编制

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年3月5日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

教学目的

掌握常用的数控指令

教学重点

数控编程常用指令的应用

教学难点

无

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

根据所给的图进行数车程序编程

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、数控编程时如何确定其加工工艺？

2、机械加工时如何确定切削用量？

<导入>

数控编程的程序是由一些程序指令按照固定的格式形成的，常用的有G指令、M指令、S指令、T指令等。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第二节数控编程技术

一、圆弧指令

1、G02：

顺时针方向圆弧插补

2、G03：

逆时针方向圆弧插补

3、G02、G03的指令格式：

G02（G03）XZRF

顺逆的方向根据机床上的坐标来确定，一般是从第三轴的正向看向负向，如果圆弧为顺时针则用G02，如果圆弧为逆时针则用G03。

二、例题

1、零件图分析

该零件图为带有圆弧和凹槽的零件图，毛坯尺寸为Φ25，圆弧的曲率半径较大，在图示的表面粗糙度的情况下可以采用90度外圆车刀进行加工。

切槽时要用到切槽刀，刀宽为5。

在长度方向的尺寸中，零件的公差较大。

编程时以各自的基本尺寸为主进行尺寸计算。

2、确定加工工艺过程

由于没给出批量生产的说明，所以加工工序分三步，采用工序集中的原则：

1）切端面2）粗车各阶梯3）精车各阶梯。

采用三爪卡盘装夹工件左侧，工件伸出长度为100，手工对刀，对刀点为工件右侧端面圆心，粗加工留给精加工的加工余量为1，粗加工的切削用量选择如下：

V=600r/mm，F=0.3mm，ap=3mm，精加工的切削用量选择如下：

V=1000r/mm，F=0.1mm，ap=1mm，

3、程序编制

圆弧处编程指令：

G02X21Z-43.5R12.9；

G03X24.5Z-67R75；

其它程序段略。

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年3月7日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第三节计算机集成制造

教学目的

掌握CIMS的概念和基本组成，了解CIMS的实施与经济效益

教学重点

CIMS的概念及基本组成

教学难点

CIMS的基本组成

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

1、cims的基本组成

2、管理信息系统的模型

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、自动编程的优点？

2、圆弧加工指令的格式？

<导入>

计算机集成制造系统CIMS是基于CIM哲理而组成的现代制造系统，是CIM思想的物理体现。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第三节计算机集成制造

一、CIM（ComputerIntegratedManufacturing）的概念：

计算机集成制造的简称，是一种组织、管理与运行企业生产的新哲理，它借助计算机软硬件，综合运用现代管理技术，以实现产品高质、低耗、上市快，从而使企业赢得市场竞争。

它的基本观点是：

1、企业生产的各个环节是一个不可分割的整体，要紧密连接，统一考虑；

2、整个生产过程实质上是一个数据的采集、传递和加工处理的过程。

二、CIMS（ComputerIntegratedManufacturingSystem）的基本概念：

通过计算机硬件和软件，并综合运用现代管理技术、制造技术、信息技术、自动技术、系统工程技术，将企业生产全部过程中有关人、技术、经营管理三要素及其信息流与物流有机地集成并优化运行的复杂的大系统。

三、CIMS的基本组成：

CIMS的组成包含三个要素：

即人/机构、经营与技术

1、在三要素的相交部分需解决四类集成问题：

（1）使用技术以支持经营；

（2）使用技术以支持人员和组织机构的运行；

（3）人员设岗/机械设置协调工作以支持经营活动；

（4）统一管理并实现经营、人员、技术的集成优化运行。

2、系统总体功能方面，由以下几个方面组成：

（1）经营管理信息系统；

（2）工程设计自动化系统；

（3）制造自动化系统；

（4）质量保证系统；

（5）CIMS数据库系统；

（6）CIMS计算机网络系统；

三、CIMS的体系结构

将复杂的CIMS系统的设计实施过程沿结构方向、建模方向和视图方向分别作为通用程度维、生命周期维和视图维三维坐标，对应于从一般到特殊、推导求解和逐步生成的三个过程，以形成CIMS开放式体系结构总体框架图。

四、CIMS的实施与经济效益：

1、CIMS的实施要点：

1）要改造原有的经营模式、体制和组织，以适应市场竞争的需要；

2）对于人的因素要给予充分重视，并妥善处理；

3）整个过程必须有正确的方法指导和规范化的实施步骤。

2、CIMS的经济效益：

1）提高产品的研制和生产能力；

2）加强产品制造的质量和柔性，提高设备利用率；

3）企业的经营决策和生产管理趋于科学化。

五、CIMS成功应用的案例;

1985年，从CIMS方面处于领先地位的五家公司——迪尔拖拉机公司、通用汽车公司等分析：

产品质量提高200%~500%；生产率提高40%～70%；设备利用率提高200%～300%；生产周期缩短30%～60%。

<总结>

<布置作业>

教案

授课日期

2***年3月26日

授课时数2

授课章节

名称

第二章制造自动化技术

第四节柔性制造系统

教学目的

了解现代的先进制造技术及方法，掌握柔性制造在先进生产加工领域的地位。

利用现有设备切身体会柔性制造系统的自动化和先进性。

并初步掌握它的各工作单元的工作原理及工作过程。

教学重点

柔性制造系统的特点及加工单元

教学难点

柔性制造系统的在线测量工作站

更新、补充

删节内容

无

教学方法

讲授

使用教具

多媒体

课外作业

1、什么是柔性制造系统？

2、柔性制造系统的组成？

课后体会

授课主要内容或板书设计

<复习提问>

1、CIMS的含义？

2、CIMS的实施要点？

<导入>

柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。

<新课内容>

第二章制造自动化技术

第四节柔性制造系统

一、概述

随着经济的发展和消费水平的提高，中小批量、多品种生产已成为当今机械制造业的一个重要的特征，随之而起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展。

其具体应用就是柔性制造景统（FMS）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造自动线（FML）和柔性制造工厂（FMF），其中柔性制造系统（FMS）最具代表性。

FMS由多台数控机床、加工中心和自动上下料装置与输送系统组成，在计算机的控制下，实现自动化加工，是具有高效率、高精度、高柔性的加工系统。

一般地，用于切削加工的FMS具有以下功能：

（1）能自动完成多品种多工序零件的加工这是靠由计算机控制的数控机床群来实现的（包括自动更换刀具、自动安装工件、冷却液的自动供应和切屑的自动处理等）。

（2）自动输送和储料由各种自动输送设备（如环形输送拖板、传输装置、无轨小车、工业机器人等）和自动化储料仓库（如毛坯仓库、中间仓库、零件仓库和夹具、刀具仓库等）组成。

（3）自动诊断包括系统工况监视功能（如对零件加工精度的检测、刀具磨损或破损的检测）和指令、恢复功能（如加工精度的自动补偿、磨损或破损刀具的自动更换等）。

（4）信息处理即对所需信息进行综合控制（由生产计划和生产管理程序、数控机床、输送装置、储料装置及其他设备的工作程序、生产工程信息的论证及其数据库来完成）。

二、柔性制造系统的组成

1、工业机器人

工业机器人是指具有类似人体的上肢（臂、手）或下肢动作功能的、可进行多种动作的，或具有感觉功能、可自动按规律性行动的自动化设备。

按记忆能力和输入信息，工业机器人可分为机械手、记忆再生机器人、数字控制机器人和智能机器人。

目前使用的工业机器人都是数字控制型的，大都具有记忆再生功能，有的还具有视觉、触觉和声觉等功能。

工业机器人的控制系统与机床数控系统有90％的功能是一样的。

机器人的控制方式亦有点位式和连续路径式之分。

对于用作喷漆场合的机器人，则需要控制机器人的运动路线，但对于执行搬运零件的机器人来说，主要关心的是执行机构所应到达的位置，此时就可以采用简单的点位控制方式。

2、加工单元

加工单元的形式随柔性制造系统的内容变化而变化。

在加工型的柔性制造系统中，它的基本单位就是由数控机床、工业机器人和工件台架等组成的。

典型的加工单元由下列六部分组成

1）数控机床2）工件台架（3）工业机器人或可换工作台