【正文】 （ 1）接收或生成零件圖上的幾何及拓?fù)湫畔?、工藝信息? 測(cè)量信息； （ 2）檢索標(biāo)準(zhǔn)工藝文件； （ 3）選擇加工方法； （ 4）安排加工路線； （ 5）選擇機(jī)床、刀具及夾具； （ 6）選擇切削用量； （ 7）計(jì)算切削參數(shù)、加工時(shí)間和加工費(fèi)用； （ 8）進(jìn)行工藝流程的優(yōu)化及多工序、單工序切削用量的優(yōu) 化； （ 9）確定工序尺寸和公差，選擇毛坯；繪制工序； （ 10）產(chǎn)生刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，自動(dòng)進(jìn)行數(shù)控加工編程； （ 11）模擬加工過程、顯示刀具運(yùn)動(dòng)軌跡。利用專家系統(tǒng)輔助設(shè)計(jì)，可以使知識(shí)信息處理與一般數(shù)值信息結(jié)合起來，利用專家知識(shí)來求解專門的問題，機(jī)器的智能可以通過知識(shí)的積累、存儲(chǔ)、聯(lián)想、類比、分析、計(jì)算、論證、比較、優(yōu)化等信息處理過程，求得問題的解答。 可視化技術(shù)將科學(xué)計(jì)算過程中以及計(jì)算結(jié)束后的數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果，借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，以圖形圖像的形式表達(dá)出來，并進(jìn)行交互處理。 1. CAD系統(tǒng)的集成化 CAD技術(shù)是 CIMS的核心技術(shù)，而 CIMS的概念是把設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)和管理連成一 體，不僅在設(shè)計(jì)和制造過程中用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，而且在庫存管理、生產(chǎn)計(jì)劃、財(cái)務(wù)管理、銷售等方面也使用計(jì)算機(jī)完成，通過計(jì)算機(jī)通信，控制實(shí)現(xiàn)信息共享和交換，使各部門協(xié)調(diào)一致，成為一個(gè)整體。 開始 確定設(shè)計(jì)要求 指定設(shè)計(jì)方案 分析設(shè)計(jì)方案 評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)方案 決策 結(jié)束 修改設(shè)計(jì)要求 再設(shè)計(jì) N Y 詳細(xì)設(shè)計(jì) CAD 1. 二維設(shè)計(jì) 在機(jī)械制造中通常用一組工程圖來表達(dá)產(chǎn)品的形狀和尺寸，每個(gè)視圖都是物體在某一平面上的投影，反映產(chǎn)品幾何形狀的一個(gè)側(cè)面。下圖是專家系統(tǒng) CAD求解設(shè)計(jì)方案的一般過程。 6. 工程數(shù)據(jù)管理 管理產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生和使用的各種數(shù)據(jù)、文字和圖形，保持其良好的數(shù)據(jù)獨(dú)立性、 一致性和完整性，并提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口。 3. 計(jì)算機(jī)圖形顯示與幾何造型 利用 CAD系統(tǒng)豐富多樣的交互方法與造型工具，通過人機(jī)對(duì)話進(jìn)行方案的構(gòu)思與總體設(shè)計(jì)。 ? 事務(wù)管理 實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)文檔的計(jì)算機(jī)管理，有利于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成組化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，減少了設(shè)計(jì)人員的重復(fù)工作量。 ? 上世紀(jì) 80年代 CAD/CAM技術(shù)用于工程設(shè)計(jì)，圖形接口、圖形功能日趨標(biāo)準(zhǔn)化，出現(xiàn)了由 CAD/CAM/CAE構(gòu)成的 CIMS，提高了設(shè)計(jì)自動(dòng)化。 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD） 概述 1. CAD的發(fā)展過程 ? 1950年 MIT研制出 Whir/WindⅠ 可以顯示簡單的圖形。 4. 面向產(chǎn)品全生命周期的設(shè)計(jì) 將并行工程思想用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)階段便綜合考慮產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中的設(shè)計(jì)、加工、裝配、測(cè)試、維修、銷售及報(bào)廢回收環(huán)節(jié)的影響因素，全面評(píng)價(jià)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，達(dá)到開發(fā)周期短、成本低、質(zhì)量高的目的。近年來優(yōu)化設(shè)計(jì)與可靠性設(shè)計(jì)、模糊設(shè)計(jì)等方法相結(jié)合形成了新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 特點(diǎn)： 1. 從單一目標(biāo)規(guī)劃向多目標(biāo)規(guī)劃轉(zhuǎn)變 目標(biāo) 2. 從傳統(tǒng)的手工設(shè)計(jì)向計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過渡 手段 3. 從傳統(tǒng)的順序設(shè)計(jì) 并行設(shè)計(jì) 組織方式 4. 從單純的產(chǎn)品設(shè)計(jì) 全生命周期設(shè)計(jì) 環(huán)節(jié) 5. 異地設(shè)計(jì) 地域 6. 可持續(xù)發(fā)展的綠色設(shè)計(jì) 功能 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)十分重要。 正朝著柔性化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化和清潔化的 方向發(fā)展。 ? 先進(jìn)切削加工技術(shù)、成形加工技術(shù)、表面工程技術(shù)、 特種加工技術(shù)和快速原型制造技術(shù)。 ? 4. 管理技術(shù) 計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理、物料需求計(jì)劃、制造資源規(guī) 劃、企業(yè)資源規(guī)劃、供應(yīng)鏈管理、質(zhì)量管理、準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn) （ JIT）、精益生產(chǎn)（ LP）、企業(yè)業(yè)務(wù)流程再造等。主要標(biāo)志：電子計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī) 器人的出現(xiàn)。 制造的定義：制造企業(yè)中所涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇、生產(chǎn)計(jì) 劃、生產(chǎn)質(zhì)量保證、經(jīng)營管理、市場(chǎng)營銷和服務(wù)等一系列相關(guān)活動(dòng)的 總稱。 制造業(yè)是將有關(guān)的制造資源（原材料、設(shè)備、工具、能源、資 金、人才、技術(shù)以及信息）轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的、可供人們利用和消費(fèi)的 產(chǎn)品與服務(wù)的行業(yè)。 制造業(yè)的水平反映了一個(gè)國家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力、科技和生活水平。 制造技術(shù)：與制造業(yè)相關(guān)的一系列技術(shù)的總和。 制造技術(shù)的發(fā)展過程 19世紀(jì)： 手工制造 20世紀(jì)初： 批量生產(chǎn) 20世紀(jì) 30年代： 剛性自動(dòng)化 20世紀(jì) 60－ 80年代： CAD/CAM/CAE、 FMS、 JIT 20世紀(jì) 80年代： 集成制造、并行工程 20世紀(jì) 90年代： 敏捷制造、虛擬制造、 智能制造、綠色制造 先進(jìn)制造技術(shù) （ 5大領(lǐng)域） ? 1. 系統(tǒng)總體技術(shù) 柔性制造（ FMS）、計(jì)算機(jī)集成制造（ CIMS）、敏捷制造 (AM）、智能制造（ IM）。 ? 5. 支撐技術(shù) 標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件工程、數(shù)據(jù)庫技 術(shù)、通訊技術(shù)、人工智能、多媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī) 工程學(xué)、環(huán)境科學(xué)。 ? 數(shù)控加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、 FMS、 CIMS。 第二章 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù) 概述 現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的概念 是根據(jù)產(chǎn)品功能要求及市場(chǎng)競爭要素（質(zhì)量、成本、服務(wù)、環(huán)保）的要求，綜合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，通過設(shè)計(jì)人員科學(xué)、規(guī)范和創(chuàng)造性的工作產(chǎn)生載有相應(yīng)文字、數(shù)據(jù)、圖形等信息的技術(shù)條件，制定用于產(chǎn)品制造的設(shè)計(jì)方案。產(chǎn)品設(shè)計(jì)成本占產(chǎn)品成本的 15％－ 20％，但決定了產(chǎn)品成本的 70％到 80％。 2. 有限元分析方法 將零件看成是由有限個(gè)元素組成，通過對(duì)每一個(gè)元素求解（位移、應(yīng)力）來獲取零件整體的解。 5. 網(wǎng)絡(luò)化異地設(shè)計(jì) 隨著網(wǎng)絡(luò)和通訊技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、異地的設(shè)計(jì)開發(fā)資源的共享與整合，極大地 拓展了設(shè)計(jì)工作的時(shí)空維度。 ? 1958年美國 Calp公司研制滾筒式繪圖儀， Gerber公司平板繪圖儀。 2. CAD的功能 ? 工程與產(chǎn)品設(shè)計(jì) 借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，工程技術(shù)人員可以方便的完成某一工程或產(chǎn)品的方案選型、評(píng)估、詳細(xì)設(shè)計(jì)、優(yōu)化等工作，實(shí)現(xiàn)從零件圖到裝配圖、總裝圖、平面布置圖、管道布置圖的自動(dòng)繪制。 通常 CAD的工作 1. 信息管理 提供豐富的設(shè)計(jì)需要的信息。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中建立產(chǎn)品的幾何模型，在顯示器上展示產(chǎn)品的形狀。 概念設(shè)計(jì) CAD 概念設(shè)計(jì)是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中最具創(chuàng)造性的工作，根據(jù)市場(chǎng)和用戶的需求，完成設(shè)計(jì)方案的制定、分析和選擇，需要設(shè)計(jì)人員憑借豐富的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行構(gòu)思、推理和判斷。 此過程是一個(gè)“設(shè) 計(jì) —— 評(píng)價(jià) —— 再設(shè)計(jì)”過程。因此需要二維設(shè)計(jì)，產(chǎn)生產(chǎn)品二維的幾何輪廓。 基于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的 CAD系統(tǒng)技術(shù)迅速發(fā)展，開放式、分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程資源共享。利用可視化技術(shù)可以處理大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，控制和干涉計(jì)算分析過程和設(shè)計(jì)過程。智能 CAD系統(tǒng)還不成熟。 ①．變異式方法 變異式方法的工作原理建立成組技術(shù)（ GT）基礎(chǔ)上，利用零件的相似性，建立具有相似的工藝規(guī)程的一組零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝，采用以成組技術(shù)（ GT）為基礎(chǔ)的編碼系統(tǒng)，標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)，一個(gè)新零件的工藝規(guī)程是通過 GT碼檢索系統(tǒng)中已有的相似零件的標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程加以篩選、編輯而成。它根據(jù)輸入的零件信息去訪問知識(shí)庫，并通過推理機(jī)中的控制策略從知識(shí)庫中搜索能夠處理零件當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則，然后去執(zhí)行這條規(guī)則，并按照每一次執(zhí)行規(guī)則得到的結(jié)論按先后次序記錄下來，直到零件加工到終結(jié)狀態(tài)，從而形成工藝規(guī)程。這意味著在設(shè)計(jì)階段就要考慮到產(chǎn)品生命歷程的所有環(huán)節(jié)，以求產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)的綜合優(yōu)化。 ④分布式環(huán)境：由于工作地點(diǎn)的分散性，每個(gè)設(shè)計(jì) 人員都有自己的終端，所以為了保 證設(shè)計(jì)工作的快速協(xié)作完成，必須 有完善網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和分布式知識(shí)庫來 保證設(shè)計(jì)人員彼此之間的信息傳遞 和資源共享。 隨著產(chǎn)品種類和質(zhì)量的提高，要求產(chǎn)品研發(fā)周期短，因而提出了并行設(shè)計(jì)。在組織上，并行設(shè)計(jì)需要建立由各階段專家組成的多功能設(shè)計(jì)小組，并采用全過程協(xié)調(diào)技術(shù)。 （ 2）產(chǎn)品可拆卸性設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)易于拆卸，因而維護(hù)方便，在產(chǎn)品報(bào)廢以后可重用部分能有效地回收和重復(fù)使用，達(dá)到節(jié)約資源和能源的目的。 （ 5）綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫：數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容包括產(chǎn)品生命周期中與環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等有關(guān)的數(shù)據(jù)，還包含產(chǎn)品制造、裝配、銷售、使用過程中所生產(chǎn)的附加物數(shù)量及對(duì)環(huán)境的影響值，以及對(duì)環(huán)境評(píng)估準(zhǔn)則所需的各種判斷準(zhǔn)則。 （ 1）面向材料設(shè)計(jì)技術(shù)的主要內(nèi)容 ? 產(chǎn)品計(jì)劃階段：采用產(chǎn)品的技術(shù)性、經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性三維指標(biāo)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性分析，確定與環(huán)境協(xié)調(diào)的方案。 （ 2）對(duì)材料選擇的要求 對(duì)材料提出更高的要求：不僅滿足產(chǎn)品的基本性能要求，還應(yīng)有利于環(huán)保。 ? 尋求合理的設(shè)計(jì)參數(shù)，控制材料應(yīng)用和環(huán)境影響方面的變化，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的綠色化。 ? （ 3）拆卸易操作 ? （ 4）易于分離 包括一次表面原則，便于識(shí)別零部件標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化原則。包 括先進(jìn)切削加工技術(shù)、成形加工技術(shù)、變 形加工技術(shù)、聯(lián)接加工技術(shù)、材料性能調(diào) 整技術(shù)和特種加工技術(shù)。 （ 1）定義 指采用超硬材料刀具、磨具和高速運(yùn)動(dòng)的設(shè)備加工零件的現(xiàn)代加工技術(shù)。包括主軸動(dòng)力源、主軸軸承和機(jī)架四個(gè) 部分。并配備冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和變頻驅(qū)動(dòng)電氣裝置，形成一個(gè)獨(dú)立的單元，可以直接裝配到各種加工中心和超高速磨床上，實(shí)現(xiàn)無中間環(huán)節(jié)的直接傳動(dòng)?；?25176。目前，市場(chǎng)上高速主軸的回轉(zhuǎn)精度可達(dá)。 ? 空氣靜壓軸承高速主軸 進(jìn)一步提高主軸轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度?；剞D(zhuǎn)精度可達(dá) 。要求能達(dá)到高速和瞬間加速及瞬時(shí)準(zhǔn)停性。 ? 直線電機(jī)的特點(diǎn) （ a）高速響應(yīng)（系統(tǒng)中取消了一些慣性大的機(jī)械傳動(dòng) 件） （ b）定位精度高（取消了由于絲杠等機(jī)構(gòu)間隙和誤差） （ c）傳動(dòng)剛度高（由于“直接驅(qū)動(dòng)”，避免了啟動(dòng)、變速 和換向時(shí)系統(tǒng)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造 成的運(yùn)動(dòng)滯后） （ d）速度快、加減速過程短：直線電機(jī)最早用于磁懸 浮列車（時(shí)速 500km/h）可獲得高的加速度，一 般可達(dá) 2g－ 10g。 加工對(duì)象：激光聚焦腔、高密度磁盤、磁鼓、 雷達(dá)、陀螺、 IC相關(guān)技術(shù) 加工技術(shù)：方法和機(jī)理 材料技術(shù)：工具材料和工件材料 加工設(shè)備：精度、剛度、穩(wěn)定性、自動(dòng)化 測(cè)量及誤差補(bǔ)償技術(shù)： 環(huán)境：溫度 1℃ ～ ℃ 甚至 ℃ 濕度 55～ 60％，潔凈度 1000級(jí)～ 100級(jí) 100指每立方英尺空氣中大于 埃 ≤100個(gè) （ 2）超精密切削加工 ? 超精密銑床 關(guān)鍵部件：高精度主軸、低摩擦高平穩(wěn)性滑臺(tái)。 機(jī)理：在加工過