【正文】 　　 CAD／ CAM系統(tǒng)的應(yīng)用，如圖 44所示。其中，產(chǎn)品綜合信息管理系統(tǒng) (PIIMS)實(shí)現(xiàn)了 CAD與 CAM之間的集成，并為 CAD／ CAM系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的其他子系統(tǒng)之間交換和共享信息提供良好的交互界面支持。通過(guò) SFCS，可以實(shí)現(xiàn)集成的CAM系統(tǒng)，這種集成系統(tǒng)成為車(chē)間及計(jì)算機(jī)集成制作系統(tǒng)。 　　 前 8個(gè)模塊主要完成制造企業(yè)生產(chǎn)管理中的控制和執(zhí)行功能，屬于計(jì)算機(jī)輔助制造 (CAM)范疇?！　?(11)產(chǎn)品綜合信息管理系統(tǒng) (PIIMS) 其功能是基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)和框架，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)文檔、設(shè)計(jì)輔助數(shù)據(jù)、產(chǎn)品模型(二維或三維 )、版本信息、工程圖紙、工藝規(guī)程、工藝數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)加工程序等各項(xiàng)信息實(shí)行統(tǒng)一管理。　　 (7)全面質(zhì)量保證系統(tǒng) (Total Quality Insurance System，TQIS)　　 (8)車(chē)間生產(chǎn)計(jì)劃控制系統(tǒng) (ShoopFloor Control System，SFCS)　　 (9)計(jì)算機(jī)輔助工程制圖系統(tǒng) 其功能包括輔助制圖、圖樣掃描及光柵 矢量混合編輯、圖樣管理等。　　 (5)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng) 其功能包括計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)管理、工藝規(guī)程管理等?！　?(3)分布式直接數(shù)控及設(shè)備控制系統(tǒng) 包括直接數(shù)控 (DNC)系統(tǒng)及其與自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)的互聯(lián)系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)等。 　三、 CAD／ CAM系統(tǒng)的功能　　以制造業(yè)為例，一個(gè)完整的制造企業(yè)的 CAD／ CAM系統(tǒng)應(yīng)具備的功能模塊如下：　　 (1)CNC系統(tǒng)及各種自動(dòng)化加工設(shè)備 包括數(shù)控加工中心等各種數(shù)控機(jī)床、三坐標(biāo)數(shù)控測(cè)量機(jī)、 PLC、檢測(cè)設(shè)備等。通常又稱(chēng)為軟件產(chǎn)品的 “二次開(kāi)發(fā) ”，由于針對(duì)性特別強(qiáng)，通用的商品化的軟件不多，價(jià)格特別昂貴。常用的有 Pro／ Engineer、 CATIA等軟件。整個(gè)軟件由數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，使各分系統(tǒng)之間全部關(guān)聯(lián)，支持并行工程，并提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，使信息描述完整，從文件管理到過(guò)程管理都納入有效的管理機(jī)制之中，為用戶建造了一個(gè)界面風(fēng)格、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、操作方式都統(tǒng)一的工程設(shè)計(jì)環(huán)境，協(xié)助用戶完成大部分設(shè)計(jì)工作。這類(lèi)軟件在 CAD／ CAE／CAM技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，如機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)自動(dòng)分析軟件 ADAMS， MSC公司的 Visual Nastran Desktop和 Working Model。動(dòng)力學(xué)模擬仿真軟件可以仿真、分析、計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)在質(zhì)量特性和力學(xué)特性作用下，系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和力的動(dòng)態(tài)特性?！　?6）運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)仿真軟件是利用建立真實(shí)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型的仿真技術(shù)，對(duì)物體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力學(xué)模擬的軟件。如 FOXPRO， SQL SERVER， ACCESS， ORACLE， INFORMIX， SYBASE，DB2等。這類(lèi)軟件綜合多種優(yōu)化計(jì)算方法，為求解數(shù)學(xué)模型提供了強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)工具，目的是為設(shè)計(jì)項(xiàng)目選擇最優(yōu)方案，取得最優(yōu)解。國(guó)產(chǎn)的三維幾何建模軟件有 CAXA3D、金銀花 MDA等。 2）三維幾何建模軟件為用戶提供一個(gè)完整、準(zhǔn)確地描述和顯示三維幾何形狀的方法和工具。通常，支撐軟件可以直接從軟件市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)，一般包括七種類(lèi)型： 1）二維繪圖軟件側(cè)重于二維圖形繪制。 （ 2）支撐軟件 是 CAD／ CAM系統(tǒng)的核心?！　?2）語(yǔ)言編譯系統(tǒng)用于將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯成計(jì)算機(jī)能夠直接執(zhí)行的機(jī)器指令。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是提供網(wǎng)絡(luò)通信和網(wǎng)絡(luò)資源的共享。實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)是較少有人工干預(yù)的監(jiān)控系統(tǒng)，其特點(diǎn)是事件驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，要求以足夠快的速度、足夠高的可靠性完成對(duì)事件的處理，尤其是對(duì)信息的處理和過(guò)程的監(jiān)控。如微機(jī)上使用的 DOS就是單用戶單任務(wù)的操作系統(tǒng)。操作系統(tǒng)具有處理機(jī)管理、存儲(chǔ)管理、設(shè)備管理、文件管理和作業(yè)管理的功能。 　 1）操作系統(tǒng)是系統(tǒng)軟件的核心，是管理計(jì)算機(jī)軟、硬件資源的程序集合?；A(chǔ)性是指系統(tǒng)軟件是支撐軟件和應(yīng)用軟件的基礎(chǔ)，應(yīng)用軟件要借助于系統(tǒng)軟件編制與實(shí)現(xiàn)。具有通用性、基礎(chǔ)性的特點(diǎn)。 CAD／ CAM軟件系統(tǒng)可分為三個(gè)層次，即系統(tǒng)軟件、支撐軟件和應(yīng)用軟件。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)軟件提供的通信功能，每個(gè)結(jié)點(diǎn)上的用戶既可以享用其他結(jié)點(diǎn)上的資源，如大型繪圖儀、激光打印機(jī)等硬件設(shè)備，又能共享網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件及公共數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)。 （ 3）分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 20世紀(jì) 80年代，出現(xiàn)了把多個(gè)獨(dú)立工作的工作站組織在高速局域網(wǎng)中的分布式計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)系統(tǒng)，通過(guò)網(wǎng)關(guān) (Gateway)可以和其他局域網(wǎng)的大型主機(jī)相連。適用于大中型設(shè)計(jì)部門(mén)。 （ 2)主機(jī)系統(tǒng) 以一個(gè)主機(jī)為中心，連接幾個(gè)至幾十個(gè)圖形終端顯示器，系統(tǒng)共享一個(gè) CPU。工作站是具有高速的科學(xué)計(jì)算、豐富的圖形處理及靈活的窗口與網(wǎng)絡(luò)管理功能的交互式計(jì)算機(jī)系統(tǒng) ,采用多處理器結(jié)構(gòu)，即采用多個(gè) CPU并行工作，系統(tǒng)日趨開(kāi)放，因而成為高檔 CAD／ CAM系統(tǒng)的主流，市場(chǎng)占有率不斷上升?！　「鶕?jù)系統(tǒng)總體配置及組織方式的不同，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配置可分為單機(jī)獨(dú)立系統(tǒng)、主機(jī)系統(tǒng)、分布式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備主要包括主機(jī)、外存儲(chǔ)器、輸入輸出設(shè)備及其他通信接口等?！?1．硬件系統(tǒng)　 CAD／ CAM系統(tǒng)的硬件通常是指構(gòu)成生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)備實(shí)體，是一切可以觸摸到的物理設(shè)備的總稱(chēng)。CAD／ CAM技術(shù)雖然興起的時(shí)間不長(zhǎng)，但發(fā)展速度很快，目前它已經(jīng)成為新一代生產(chǎn)技術(shù)的核心，被公認(rèn)為是提高制造業(yè)生產(chǎn)率和產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵技術(shù)。 CAD／ CAM是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、制造工程技術(shù)的發(fā)展和需求，從早期的 CAD、 CAPP、 CAM和計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）技術(shù)發(fā)展演變而來(lái)的。 CAM包括數(shù)字化控制、工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、機(jī)器人、柔性制造系統(tǒng) (FMS)和工廠管理等。（ 2）計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃 (Computer Aided Process Planning， CAPP) 借助計(jì)算機(jī)對(duì)制造加工工藝過(guò)程進(jìn)行設(shè)計(jì)或規(guī)劃，以期對(duì)工藝過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。 　　一、概念（ 1）計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì) (Computer Aided Design， CAD) 是指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為輔助工具，通過(guò)計(jì)算機(jī)和 CAD軟件對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行分析、計(jì)算、仿真、優(yōu)化與繪圖。自 20世紀(jì) 50年代以來(lái)，數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控、直接數(shù)控、柔性制造單元、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助工藝等新的制造技術(shù)相繼出現(xiàn)，作為對(duì)這些技術(shù)綜合應(yīng)用的結(jié)果， 20世紀(jì) 70年代起柔性制造系統(tǒng)徹底改變了制造技術(shù)的內(nèi)涵，使制造自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)入了新的發(fā)展階段?；仡欀圃熳詣?dòng)化技術(shù)的發(fā)展歷史，大約經(jīng)歷了五個(gè)階段 第四章 制造自動(dòng)化技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)：通過(guò)對(duì)本章的學(xué)習(xí)，了解制造自動(dòng)化的主要技術(shù)： CAD／ CAM集成技術(shù)，數(shù)控技術(shù)，工業(yè)機(jī)器人，柔性制造系統(tǒng) (FMS)。　　 4）采用光化掩膜加工法，如光刻法， LIGA法 (X射線蝕刻和電鑄制模成形法 )。 2）采用電加工或在其基礎(chǔ)上的復(fù)合加工，如微細(xì)電火花加工 (MEDM)、線放電磨削加工 (WEDG)、線電化磨削 (WECG)、電化加工 (ECM)。　　　 　微細(xì)加工方法主要以下五方面： 　 1）采用微型化的定形整體刀具或非定形磨料工具進(jìn)行機(jī)械加工，如車(chē)削、鉆削、銑削和磨削。由于尺寸微小，因而其尺寸公差和形狀公差小至 100nm左右，而表面粗糙度要達(dá) 10nm。這些需求導(dǎo)致了自 70年代起出現(xiàn)了微細(xì)加工和納米制造技術(shù)，它們也促使了微型機(jī)器向系統(tǒng)化方向發(fā)展，并形成了有廣闊發(fā)展前景的微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)。　 三、微細(xì)加工和納米技術(shù)　 隨著人們對(duì)許多工業(yè)產(chǎn)品的功能集成化和外形小型化的需求，使零部件的尺寸日趨微小　　例如便攜式錄音機(jī)的機(jī)械和電路的空間容積僅為 60年代產(chǎn)品的 1％，此外，進(jìn)人人體的醫(yī)療機(jī)械和管道自動(dòng)檢測(cè)裝置等都需要微型的齒輪、電機(jī)、傳感器和控制電路。推廣應(yīng)用真空熱處理、控制氣氛熱處理、感應(yīng)熱處理、離子熱處理、少或無(wú)污染化學(xué)熱處理、高能密度熱處理、少或無(wú)污染淬火劑和清洗劑、真空清洗、高效節(jié)能熱處理爐。應(yīng)開(kāi)拓和應(yīng)用節(jié)能材料、節(jié)能工藝、節(jié)能設(shè)備、新型絕熱材和爐型結(jié)構(gòu)的加熱設(shè)備、非調(diào)質(zhì)鋼新材料和控制冷卻技術(shù)、余熱熱處理、復(fù)合熱處理工藝、共滲及催滲工藝等先進(jìn)工藝、技術(shù)、材料及設(shè)備等。要側(cè)重發(fā)展和應(yīng)用模型化和模擬技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、專(zhuān)家系統(tǒng)等相關(guān)技術(shù)，控制工藝過(guò)程參數(shù)，提高產(chǎn)品質(zhì)量可靠性和重現(xiàn)性，對(duì)過(guò)程的結(jié)果進(jìn)行精確的預(yù)報(bào)，使熱處理由一種憑借經(jīng)驗(yàn)的生產(chǎn)技能轉(zhuǎn)變?yōu)槟軡M足各種性能要求的可控生產(chǎn)過(guò)程?！? 為使熱處理成為先進(jìn)的制造工藝，必須積極發(fā)展和推廣應(yīng)用無(wú)氧化、無(wú)脫碳、無(wú)變形、無(wú)污染、無(wú)人操作、無(wú)廢品、節(jié)能等優(yōu)質(zhì)低耗潔凈的熱處理工藝技術(shù)。　當(dāng)代精密潔凈鑄造成形工藝涉及的內(nèi)容，見(jiàn)表 33?，F(xiàn)代鑄造技術(shù)在發(fā)揮成形隨意性和綜合經(jīng)濟(jì)性?xún)?yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，不斷吸納電子、信息和傳感等高新技術(shù)，形成一系列先進(jìn)鑄造技術(shù)。 （ 4）精沖壓力機(jī) 精沖壓力機(jī)是完成精沖工藝的專(zhuān)用壓力機(jī)，它能同時(shí)提供沖裁力、壓邊力和反壓力，滑塊有很高的導(dǎo)向精度和剛度，滑塊行程速度的變化滿足快速閉合、慢速?zèng)_裁和快速回程的要求，沖裁速度可以調(diào)節(jié)，有可靠的模具保護(hù)裝置及其他自動(dòng)檢測(cè)和安全裝置，具備單機(jī)自動(dòng)生產(chǎn)能力。（ 2）精沖材料 大約 95％的精沖件都是鋼件，除鉛黃銅外，多數(shù)非鐵金屬和合金均可以精沖。 2）固定凸模式，適合精沖中、大件或窄長(zhǎng)的零件以及采用連續(xù)模。（ 1）精沖模具 精沖模的沖裁間隙小，有 V形環(huán)壓邊圈和反壓板，工件和廢料都是上出料，要求精度高，剛性和導(dǎo)向性好。6)采用適于不同材料的工 藝潤(rùn) 滑 劑 。4)利用 壓邊 力和反 壓 力提高 變 形區(qū)材料的 壓應(yīng) 力 張 量，以提高材料的塑性。2)壓邊 圈和反 壓 板的 夾 持作用，再 結(jié) 合凸、凹模的小 間 隙使材料在沖裁過(guò) 程中始 終 保持和沖裁方向垂直，避免彎曲 翹 起而在 變 形區(qū) 產(chǎn) 生拉 應(yīng) 力，從而構(gòu)成塑性剪切的條件。3)精沖 過(guò) 程中工件和條料最后分離前始 終 保持 為 一個(gè)整體 ， 維 持塑性 變形狀 態(tài) 。 （ 4）面廣 許多鑄、鍛毛坯切削加工件以及切削加工后用鉚、焊聯(lián)接在一起的組合件，均有精沖復(fù)合工藝生產(chǎn)，已廣泛用于汽車(chē)、摩托車(chē)、起重機(jī)械、紡織機(jī)械、農(nóng)機(jī)、電器開(kāi)關(guān)、家用電器、儀器儀表、航空器等制造部門(mén)，一輛轎車(chē)就有 80多種 100多個(gè)精沖件。 （ 2）高效 和切削加工相比精沖一般可提高工效 10倍左右，精沖片齒輪可提高工效 20倍左右，精沖凸輪提高工效 40多倍。 4）以汽車(chē)覆蓋件為代表的板料成形 5）在三向應(yīng)力狀態(tài)下的板料精沖技術(shù) 6）金屬在超塑狀態(tài)下的成形技術(shù) 二、精密沖裁 精密沖裁簡(jiǎn)稱(chēng)精沖，是一種先進(jìn)制造技術(shù)，在一定條件下可取代切削加工，具有優(yōu)質(zhì)、高效、面廣的特點(diǎn)，適合于組織自動(dòng)化生產(chǎn)。 2）以工具回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)成形的輥鍛和楔橫軋。 4）成形件加工裕量小、尺寸一致性好。 2）節(jié)省了切削加工，從而使成形件表層的細(xì)化晶粒得以保存，金屬纖維的連續(xù)性也因而得以保持，從而提高了零件性能。同時(shí)這也是為什么近 20多年來(lái)精確高效塑性成形技術(shù)在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家普遍受到重視，其發(fā)展逮度也普遍高于機(jī)械制造業(yè)的平均發(fā)展速度的主要原因。 由于市場(chǎng)的激烈競(jìng)爭(zhēng)，制造企業(yè)為了降低產(chǎn)品生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量，要求毛坯制造業(yè)提供的成形件尺寸越來(lái)越精確，而制造企業(yè)在其基礎(chǔ)上只需要少量切削加工或干脆不加工就能達(dá)到最終零件形狀和尺寸。n 例如：用激光焊接技術(shù)焊接帶燃料棒的核供熱堆鋯元件盒，外形尺寸為 2384mm ，采用 2mm厚鋯合金板焊接而成，最后在鋯元件盒全長(zhǎng)范圍內(nèi)，各面及相互間的平面度、平行度、垂直尺寸公差均達(dá)到在 ～ ，正反面焊縫表面直線度小于 ，充分體現(xiàn)激光焊接的先進(jìn)性。在這里只有采用激光焊接才能保證拼焊后表面平整，無(wú)翹曲和變形，確保車(chē)身覆蓋件的質(zhì)量。用激光將不同厚度，不同材質(zhì)，不同性能的小塊拼焊起來(lái)，再?zèng)_壓成形。激光焊接的應(yīng)用n 在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，激光焊接已在許多工業(yè)部門(mén)得到應(yīng)用，而汽車(chē)是其中最重要的部門(mén)。n 3）可對(duì)高熔點(diǎn)、高熱導(dǎo)率，熱敏感材料及非金屬進(jìn)行焊接。小孔隨著激光束沿焊接方向移動(dòng)時(shí)，小孔前方熔化的金屬繞過(guò)小孔流向后方，凝固后形成焊縫， 激光深熔焊原理 激光焊接的工藝特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)：n 1）加熱范圍小，焊縫和熱影響區(qū)窄，接頭性能優(yōu)良。這種焊接模式熔深淺，深寬比較小。激光焊接是以高功率聚焦的激光束為熱源，熔化材料形成焊接接頭的高精度高效率焊接方法。n 概述 :n 焊接是通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，使分離的兩部分金屬形成原子結(jié)合的一種永久性聯(lián)接方法。第六節(jié) 優(yōu)質(zhì)、高效焊接技術(shù) 一、概述 焊接是通過(guò)加熱或加壓或兩者并用，使分離的兩部分金屬形成原子結(jié)合的一種永久性聯(lián)接方法。n （ 3）平衡設(shè)備 提高主軸轉(zhuǎn)速，必須要有相應(yīng)的平衡設(shè)備，對(duì)砂輪和主軸進(jìn)行實(shí)時(shí)在線平衡或在磨削過(guò)程中進(jìn)行連續(xù)平衡，以便把由動(dòng)不平衡所引起的振動(dòng)降低到最低水平。n （ 2）砂輪的磨損 高速磨削加劇了磨削熱量的產(chǎn)生，從而增加了砂輪的磨損。當(dāng)前生產(chǎn)實(shí)踐中，高速磨削的切削速度一般在 100～ 200 m／ s。n （ 4）降低成本和提高質(zhì)量 尤其對(duì)于某些以磨削為最終工序的產(chǎn)品而言，高速n 磨削可以大幅度地降低生產(chǎn)成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量