1、信息時代的先進制造技術(shù)信息時代的先進制造技術(shù) 姚福生姚福生 2005-12-19人類技術(shù)文明史進入了信息人類技術(shù)文明史進入了信息時代，計算機軟硬件的飛速時代，計算機軟硬件的飛速開展，給信息的普及、應(yīng)用開展，給信息的普及、應(yīng)用提供了技術(shù)手段。面對提供了技術(shù)手段。面對21世世紀(jì)的制造技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字化紀(jì)的制造技術(shù)創(chuàng)新，數(shù)字化是主要手段，數(shù)字化的核心是主要手段，數(shù)字化的核心是離散化，如何將自然界的是離散化，如何將自然界的連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確連續(xù)物理現(xiàn)象、模糊的不確定現(xiàn)象，以及人的經(jīng)驗與技定現(xiàn)象，以及人的經(jīng)驗與技能等離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字能等離散化，進而實現(xiàn)數(shù)字化，是涉及技術(shù)創(chuàng)新成敗、化，是涉及技術(shù)創(chuàng)

2、新成敗、優(yōu)劣的問題。優(yōu)劣的問題。人類在人類在20世紀(jì)取得了世紀(jì)取得了令人矚目的制造技術(shù)令人矚目的制造技術(shù)成果，其中計算機輔成果，其中計算機輔助設(shè)計制造、數(shù)控助設(shè)計制造、數(shù)控CNC技術(shù)與快技術(shù)與快速成型制造技術(shù)速成型制造技術(shù)RPM是三項具是三項具有先進制造技術(shù)代表有先進制造技術(shù)代表性的突破性創(chuàng)新成果。性的突破性創(chuàng)新成果。21世紀(jì)數(shù)字化設(shè)計和制世紀(jì)數(shù)字化設(shè)計和制造技術(shù)已進入虛擬現(xiàn)實造技術(shù)已進入虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已領(lǐng)域。虛擬現(xiàn)實技術(shù)已滲透到各行各業(yè)。由于滲透到各行各業(yè)。由于它具有沉浸感、交互性，它具有沉浸感、交互性，所以近年來在制造技術(shù)所以近年來在制造技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈受到領(lǐng)域的應(yīng)用愈來愈

3、受到青睞。值得科技工作者青睞。值得科技工作者去認(rèn)識、研究和應(yīng)用虛去認(rèn)識、研究和應(yīng)用虛擬現(xiàn)實技術(shù)。擬現(xiàn)實技術(shù)。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義虛擬現(xiàn)實技術(shù)的定義 虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)是利用三維圖形生成技術(shù)、多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，多傳感交互技術(shù)以及高分辨顯示技術(shù)，生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上生成三維逼真的虛擬環(huán)境，使用者戴上特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或特殊的頭盔、數(shù)據(jù)手套等傳感設(shè)備，或利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進利用鍵盤、鼠標(biāo)等輸入設(shè)備，便可以進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進入虛擬空間，成為虛擬環(huán)境的一員，進行實時交互，感知

4、和操作虛擬世界中的行實時交互，感知和操作虛擬世界中的各種對象，從而獲得身臨其境的感受和各種對象，從而獲得身臨其境的感受和體會。體會。 虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三個根本特征虛擬現(xiàn)實技術(shù)的三個根本特征 虛擬現(xiàn)實的沉浸感Immersion 虛擬現(xiàn)實的交互性Interaction 虛擬現(xiàn)實的思想性Imagination 虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱虛擬現(xiàn)實技術(shù)又稱 I3 技術(shù)技術(shù) 虛擬現(xiàn)實的沉浸感虛擬現(xiàn)實的沉浸感VR是通過計算機生成一個非常逼真是通過計算機生成一個非常逼真的、足以的、足以“迷惑人類視覺的虛幻迷惑人類視覺的虛幻的世界。這種的世界。這種“迷惑是多方面的，迷惑是多方面的，我們不僅可以看到而且可以聽到、我們不僅可以

5、看到而且可以聽到、觸到及嗅到這個虛擬世界中所發(fā)生觸到及嗅到這個虛擬世界中所發(fā)生的一切。這種感覺是如此的真實，的一切。這種感覺是如此的真實，以至于我們能全方位地沉浸在這個以至于我們能全方位地沉浸在這個虛幻的世界中，這就是虛幻的世界中，這就是VR的首要功的首要功能，即沉浸感能，即沉浸感Immersion。虛擬現(xiàn)實與通常虛擬現(xiàn)實與通常CAD系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是系統(tǒng)所產(chǎn)生的模型是不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而是一不一樣的，它不是一個靜態(tài)的世界，而是一個開放的環(huán)境，它可以對使用者的輸入如個開放的環(huán)境，它可以對使用者的輸入如手勢，語言命令作出響應(yīng)。比方你可以拿手勢，語言命令作出響應(yīng)。比方你可以拿起一虛擬

6、的火炬并翻開其開關(guān)，你一推操縱起一虛擬的火炬并翻開其開關(guān)，你一推操縱桿，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虛桿，仿佛可以在里面漫游，你甚至可以用虛擬的手感觸到虛擬物體存在，虛擬現(xiàn)實環(huán)境擬的手感觸到虛擬物體存在，虛擬現(xiàn)實環(huán)境可以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影可以通過控制與監(jiān)視裝置影響或被使用者影響，這是響，這是VR的第二個特征，即交互性的第二個特征，即交互性Interaction。虛擬現(xiàn)實的交互性虛擬現(xiàn)實的交互性Interaction 虛擬現(xiàn)實思想性虛擬現(xiàn)實思想性Imagination 虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個媒體，一個高級用戶界面，虛擬現(xiàn)實不僅僅是一個媒體，一個高級用戶界面，它是為解決工程、醫(yī)學(xué)

7、、軍事等方面的問題而由開它是為解決工程、醫(yī)學(xué)、軍事等方面的問題而由開發(fā)者設(shè)計出來的應(yīng)用軟件，它以夸大的形式反映了發(fā)者設(shè)計出來的應(yīng)用軟件，它以夸大的形式反映了設(shè)計者的思想，比方當(dāng)在生產(chǎn)一個新產(chǎn)品之前，你設(shè)計者的思想，比方當(dāng)在生產(chǎn)一個新產(chǎn)品之前，你首先要做的事是對新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)做細(xì)致的構(gòu)思，為首先要做的事是對新產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)做細(xì)致的構(gòu)思，為了使之定量為放大人們心靈的工具，或人工現(xiàn)實了使之定量為放大人們心靈的工具，或人工現(xiàn)實artifical reality。這是。這是VR所具有的第三類特所具有的第三類特征，即思想性征，即思想性Imagination化，你還需設(shè)計許化，你還需設(shè)計許多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能

8、內(nèi)行人讀懂。正如這些多圖紙，當(dāng)然這些圖紙只能內(nèi)行人讀懂。正如這些圖紙反映的是設(shè)計者的構(gòu)思，虛擬現(xiàn)實同樣反映的圖紙反映的是設(shè)計者的構(gòu)思，虛擬現(xiàn)實同樣反映的是某個設(shè)計者的思想，只不過它的功能遠(yuǎn)比那些呆是某個設(shè)計者的思想，只不過它的功能遠(yuǎn)比那些呆板的圖紙生動，強大的多。所以國外有些學(xué)者稱板的圖紙生動，強大的多。所以國外有些學(xué)者稱VR 。 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同，可分成兩種虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)按其功能不同，可分成兩種類型：類型： 桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有多通道顯示系統(tǒng)桌面型虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)有多通道顯示系統(tǒng)Multi-Display System和頭盔顯示系和頭盔顯示系統(tǒng)統(tǒng)Head Moun

9、ted Display，HMD兩兩種形式。種形式。共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 。多通道顯示系統(tǒng)多通道顯示系統(tǒng)多通道顯示系統(tǒng)對于我們多通道顯示系統(tǒng)對于我們來說有更寬的視角，由多來說有更寬的視角，由多通道計算機如通道計算機如SGI工作工作站或計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)站或計算機網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)多顯示通道的輸出，可以多顯示通道的輸出，可以由多個顯示器做屏幕擴展，由多個顯示器做屏幕擴展，或者多個投影機來完成顯或者多個投影機來完成顯示工作即本站推廣的多通示工作即本站推廣的多通道投影系統(tǒng)，在這種實現(xiàn)道投影系統(tǒng)，在這種實現(xiàn)方式下，需要使用專業(yè)立方式下，需要使用專業(yè)立體眼鏡或者立體投影來觀體眼鏡或者立體

10、投影來觀察立體圖像。察立體圖像。 上海交通大學(xué)上海交通大學(xué) Power wall 150度環(huán)幕顯示裝置度環(huán)幕顯示裝置大視角環(huán)幕顯示裝置大視角環(huán)幕顯示裝置多通道顯示系統(tǒng)多通道顯示系統(tǒng)CAVE型型CAVE型虛擬樣型虛擬樣機演示裝置機演示裝置浙江大學(xué)從國外引進浙江大學(xué)從國外引進的的CAVE系統(tǒng)現(xiàn)場系統(tǒng)現(xiàn)場用 戶音響系統(tǒng)（三維立體聲輸出）CAVETM（立體圖象輸出）數(shù)據(jù)手套Tracker(Ascension FOB)6-DOF 三維鼠標(biāo)麥克風(fēng)（語音輸入） StereoGraphics立體眼鏡 SGI Onyx2 (4 R10000 CPUs, 1G Memory, 2 Graphics Pipelin

11、es)觸覺反饋 立體同步信號發(fā)射器 CAVE系統(tǒng)的外部設(shè)備配置系統(tǒng)的外部設(shè)備配置虛擬設(shè)計虛擬設(shè)計- 風(fēng)機物性試驗風(fēng)機物性試驗CAVE型型沉浸式沉浸式 汽車駕駛室虛擬設(shè)計汽車駕駛室虛擬設(shè)計CAVE型型頭盔顯示虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)頭盔顯示虛擬現(xiàn)實系統(tǒng) 頭盔顯示虛擬系統(tǒng)是一套頭盔顯示虛擬系統(tǒng)是一套比較復(fù)雜的系統(tǒng)。使用者比較復(fù)雜的系統(tǒng)。使用者必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)必須頭戴頭盔、手帶數(shù)據(jù)手套等傳感跟蹤裝置，才手套等傳感跟蹤裝置，才能與虛擬世界進行交互。能與虛擬世界進行交互。由于這種系統(tǒng)可以將使用由于這種系統(tǒng)可以將使用者的視覺、聽覺與外界隔者的視覺、聽覺與外界隔離，因此，用戶可排除外離，因此，用戶可排除外界干擾，

12、全身心地投入到界干擾，全身心地投入到虛擬現(xiàn)實中去。虛擬現(xiàn)實中去。 這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可這種系統(tǒng)的優(yōu)點是用戶可完全沉浸到虛擬世界中去，完全沉浸到虛擬世界中去，缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，缺點是系統(tǒng)設(shè)備價格昂貴，難以普及推廣。難以普及推廣。 便攜式便攜式DeskTop型顯示數(shù)字化樣機裝置型顯示數(shù)字化樣機裝置設(shè)計者微機（Intergraph圖形卡）音箱PC顯示器頭盔i-glasses數(shù)據(jù)手套5th GLOVE（一雙）位置跟蹤器Ascension FOB六自由度鼠標(biāo)Ascension 6D Mouse麥克風(fēng) DESKTOPDESKTOP顯示顯示系統(tǒng)系統(tǒng) DESKTOP DESKTOP顯示裝置顯示裝置空間

13、有足夠的視域空間有足夠的視域觀者可任意移動觀者可任意移動無觀者數(shù)限制無觀者數(shù)限制不用戴不用戴3D眼鏡眼鏡符合人機工程符合人機工程深度可由無限深度可由無限遠(yuǎn)至眼前遠(yuǎn)至眼前裸眼顯示器裸眼顯示器3D裸眼液裸眼液晶顯示器晶顯示器PDM APDM B甲地甲地乙地乙地Windows NTUnix 共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)1E-VIS/電子會議電子會議實實時協(xié)同的根本工具時協(xié)同的根本工具 共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實例演示共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)實例演示共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)2 共享型分布式虛共享型分布式虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利擬現(xiàn)實系統(tǒng)是利用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，將用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，

14、將異地的不同用戶異地的不同用戶聯(lián)結(jié)起來，共享聯(lián)結(jié)起來，共享一個虛擬空間，一個虛擬空間，多個用戶通過網(wǎng)多個用戶通過網(wǎng)絡(luò)對同一虛擬世絡(luò)對同一虛擬世界進行觀察和操界進行觀察和操作，到達協(xié)同工作，到達協(xié)同工作的目的。作的目的。 虛擬制造技術(shù)制作軟件虛擬制造技術(shù)制作軟件虛擬技術(shù)軟件虛擬技術(shù)軟件DenabMultigendVISEWorldToolkitMeditMRLightscapeRelease XEAIMOSS從使用情況看，這從使用情況看，這些軟件大大豐富了些軟件大大豐富了CAD技術(shù)內(nèi)容，但技術(shù)內(nèi)容，但價格較貴，產(chǎn)品的價格較貴，產(chǎn)品的模塊一般為數(shù)萬美模塊一般為數(shù)萬美元左右元左右 上述軟件的功能上述

15、軟件的功能 美國美國Deneb Robotics虛擬樣機設(shè)計分析虛擬樣機設(shè)計分析虛擬環(huán)境漫游虛擬環(huán)境漫游離散事件仿真離散事件仿真加工過程仿真加工過程仿真虛擬裝配和拆卸仿真虛擬裝配和拆卸仿真人體建模與分析人體建模與分析DenebEnvisionVirtualNC Quest AssemblyERGO美國美國Engineering Animation INC裝配分析裝配分析裝配設(shè)置評估裝配設(shè)置評估模型可視化模型可視化三維工程動畫三維工程動畫EAIVisMockUpVisLab VisFly 英國英國Division實時網(wǎng)上信息瀏覽實時網(wǎng)上信息瀏覽虛擬樣機虛擬樣機裝配拆卸仿真裝配拆卸仿真dVISEd

16、v/WebFlydv/Review dv/Playerdv/Mock-UpdvReality美國美國Sence 8建立實時交互虛擬環(huán)境建立實時交互虛擬環(huán)境WorldToolKit WorldUp 上述軟件功能續(xù)上述軟件功能續(xù) 虛擬技術(shù)支持建設(shè)指揮倉虛擬技術(shù)支持建設(shè)指揮倉 指揮倉是綜合信息的工作室，可以非常形象指揮倉是綜合信息的工作室，可以非常形象實觀地來使企業(yè)管理人員和設(shè)計、制造、生實觀地來使企業(yè)管理人員和設(shè)計、制造、生產(chǎn)、售后效勞、營銷人員實現(xiàn)業(yè)務(wù)操作。產(chǎn)、售后效勞、營銷人員實現(xiàn)業(yè)務(wù)操作。 指揮倉指揮倉 虛擬現(xiàn)實作品虛擬現(xiàn)實作品拿到拿到Wacom的的6D美術(shù)美術(shù)筆，從外型看很像現(xiàn)筆，從外型看

17、很像現(xiàn)實中的實中的MARK筆，特筆，特別是筆頭的造型與別是筆頭的造型與MARK完全一樣，據(jù)完全一樣，據(jù)說這支新的數(shù)位筆具說這支新的數(shù)位筆具有現(xiàn)實中有現(xiàn)實中MARK的功的功能，所以用一個例子能，所以用一個例子做個嘗試。首先在做個嘗試。首先在Painting9中繪制出汽中繪制出汽車的外型輪廓，需要車的外型輪廓，需要注意的就是透視的把注意的就是透視的把握，主要表達在汽車握，主要表達在汽車的輪胎中心。大家可的輪胎中心。大家可以看到的輔助線。筆以看到的輔助線。筆刷方面設(shè)置的比較靈刷方面設(shè)置的比較靈活，我的設(shè)置為：活，我的設(shè)置為：6D美術(shù)筆繪制汽車美術(shù)筆繪制汽車在汽車造型的根底上，增加細(xì)節(jié)注意用筆的虛實變

18、化，在汽車造型的根底上，增加細(xì)節(jié)注意用筆的虛實變化，深入細(xì)節(jié)，記住我們在深入細(xì)節(jié)，記住我們在完成作品時不要只顧某完成作品時不要只顧某個細(xì)節(jié)。盡量做到隨時個細(xì)節(jié)。盡量做到隨時可以停筆后，仍然能夠可以停筆后，仍然能夠保持作品有相對的完整保持作品有相對的完整性。細(xì)節(jié)刻畫到一定程性。細(xì)節(jié)刻畫到一定程度，因為是概念草圖，度，因為是概念草圖，所以細(xì)節(jié)不必非常多所以細(xì)節(jié)不必非常多我們來調(diào)節(jié)一種筆刷適我們來調(diào)節(jié)一種筆刷適合與合與MARK筆的效果，筆的效果，我的設(shè)置為：為了筆刷我的設(shè)置為：為了筆刷的大小以及效果，我繪的大小以及效果，我繪制時多少都有些調(diào)整，制時多少都有些調(diào)整，大家可以靈活掌握筆刷大家可以靈活掌握

19、筆刷的設(shè)置根據(jù)自身的要求的設(shè)置根據(jù)自身的要求來創(chuàng)作。來創(chuàng)作。使用調(diào)整好的筆刷，給汽車鋪大的調(diào)子，完成大致的使用調(diào)整好的筆刷，給汽車鋪大的調(diào)子，完成大致的色彩關(guān)系，為深入作準(zhǔn)備。色彩關(guān)系，為深入作準(zhǔn)備。深入中，將黑白灰效果確立，注意整個畫面的冷暖關(guān)系。在繪制畫面的深入中，將黑白灰效果確立，注意整個畫面的冷暖關(guān)系。在繪制畫面的時候，我們很容易關(guān)注某處的筆刷效果，或者是為了準(zhǔn)求某種筆刷而這時候，我們很容易關(guān)注某處的筆刷效果，或者是為了準(zhǔn)求某種筆刷而這樣畫，個人感覺大可不必這樣，無論多好的筆刷目的都是更好的表現(xiàn)作樣畫，個人感覺大可不必這樣，無論多好的筆刷目的都是更好的表現(xiàn)作品。我在汽車的上部采用的噴筆

20、通過顏色的冷暖變化把造型的立體感塑品。我在汽車的上部采用的噴筆通過顏色的冷暖變化把造型的立體感塑造出來。車的側(cè)面我是采用了造出來。車的側(cè)面我是采用了MARK的效果，進行過度。的效果，進行過度。大的顏色以及刻畫完成后，我們要提亮高光處，這一點非大的顏色以及刻畫完成后，我們要提亮高光處，這一點非常重要，作品的精到程度就完全靠這些高光襯托了，采用常重要，作品的精到程度就完全靠這些高光襯托了，采用筆刷和線結(jié)合的方式，盡量做到簡潔明快而不拖拉。筆刷和線結(jié)合的方式，盡量做到簡潔明快而不拖拉。最后加一個很簡單的背景，目的也是為了突出主體，使畫面更加完整。最后加一個很簡單的背景，目的也是為了突出主體，使畫面更

21、加完整。這個案子也只是短時間的創(chuàng)作，大約是這個案子也只是短時間的創(chuàng)作，大約是1個小時。練習(xí)的目的就是為個小時。練習(xí)的目的就是為了了6D美術(shù)筆在美術(shù)筆在Painter9在噴筆和在噴筆和MARK的運用的運用 虛擬現(xiàn)實作品虛擬現(xiàn)實作品多媒體教材設(shè)計多媒體教材設(shè)計多媒體教材設(shè)計-火電廠動力系統(tǒng)火電廠動力系統(tǒng) 多媒體教材設(shè)計多媒體教材設(shè)計-火電廠動力系統(tǒng)火電廠動力系統(tǒng)多媒體教材設(shè)計 D E S I G N Digital Media可交互可交互的的虛擬虛擬場景設(shè)場景設(shè)計計 可交互的虛擬場景設(shè)計上?？萍寂o可交互的虛擬場景設(shè)計上?？萍寂o數(shù)控加工設(shè)備含義數(shù)控加工設(shè)備含義 數(shù)控加工是生產(chǎn)產(chǎn)品過程中最重要的手?jǐn)?shù)控

22、加工是生產(chǎn)產(chǎn)品過程中最重要的手段，是制造業(yè)的根底技術(shù)。段，是制造業(yè)的根底技術(shù)。 數(shù)控加工設(shè)備包括：設(shè)備主體、控制系數(shù)控加工設(shè)備包括：設(shè)備主體、控制系統(tǒng)、單元部件以及配套工具等。統(tǒng)、單元部件以及配套工具等。 數(shù)控機床和數(shù)字化裝備采用數(shù)字控制或數(shù)控機床和數(shù)字化裝備采用數(shù)字控制或計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)實現(xiàn)機床及計算機控制技術(shù)和信息技術(shù)實現(xiàn)機床及機械設(shè)備的運動控制與加工過程的自動機械設(shè)備的運動控制與加工過程的自動化、智能化?；⒅悄芑?。數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系開展數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系開展 數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床和數(shù)字化設(shè)備的核數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)控機床和數(shù)字化設(shè)備的核心，經(jīng)過心，經(jīng)過50多年的開展，數(shù)控系統(tǒng)已由多年的開展，

23、數(shù)控系統(tǒng)已由原來傳統(tǒng)的封閉體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開展到了原來傳統(tǒng)的封閉體系結(jié)構(gòu)系統(tǒng)開展到了采用微型計算機的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，采用微型計算機的開放式結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)，并且進一步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和控并且進一步與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)和控制技術(shù)相結(jié)合，向網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智制技術(shù)相結(jié)合，向網(wǎng)絡(luò)化、集成化和智能化方向開展能化方向開展 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng) 傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用專用的封閉體系結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)采用專用的封閉體系結(jié)構(gòu)的數(shù)控系統(tǒng)，如的數(shù)控系統(tǒng)，如FANUC 0系統(tǒng)、系統(tǒng)、MITSUBISHI M50系統(tǒng)、系統(tǒng)、Siemens 810系系統(tǒng)等。由于其封閉的硬件軟件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)等。由于其封閉的硬件軟件結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)功

24、能的擴展、改變和維修都比較困難，統(tǒng)功能的擴展、改變和維修都比較困難，一般須由系統(tǒng)供給商進行。目前，由于一般須由系統(tǒng)供給商進行。目前，由于開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的開展，傳統(tǒng)數(shù)開放體系結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的開展，傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減控系統(tǒng)的市場正在受到挑戰(zhàn)，已逐漸減小。小?！癙C嵌入嵌入NC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 這是一種專用數(shù)控軟硬件技術(shù)與通用計算這是一種專用數(shù)控軟硬件技術(shù)與通用計算機結(jié)合的開發(fā)的產(chǎn)品，如機結(jié)合的開發(fā)的產(chǎn)品，如FANUC18i、16i系統(tǒng)、系統(tǒng)、Siemens840D系統(tǒng)、系統(tǒng)、Num1060系統(tǒng)、系統(tǒng)、AB 9/360等數(shù)控系統(tǒng)。它具有一定的開放等數(shù)

25、控系統(tǒng)。它具有一定的開放性，但由于它的性，但由于它的NC局部仍然是傳統(tǒng)的數(shù)局部仍然是傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)仍是不開放的。因此，控系統(tǒng)，其體系結(jié)構(gòu)仍是不開放的。因此，用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)用戶無法介入數(shù)控系統(tǒng)的核心。這類系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強大，但價格昂貴。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強大，但價格昂貴。“NC嵌入嵌入PC結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的開放式數(shù)控系統(tǒng) 由開放體系結(jié)構(gòu)運動控制卡由開放體系結(jié)構(gòu)運動控制卡+PC機構(gòu)成。這種機構(gòu)成。這種運動控制卡運動控制卡,通常選用高速處理器作為通常選用高速處理器作為CPU，具，具有很強的運動控制和有很強的運動控制和PLC控制能力。如美國控制能力。如美國De

26、lta Tau公司用公司用PMAC多軸運動控制卡構(gòu)造的多軸運動控制卡構(gòu)造的PMAC-NC數(shù)控系統(tǒng)、日本數(shù)控系統(tǒng)、日本MAZAK公司用三公司用三菱電機的菱電機的MELDASMAGIC 64構(gòu)造的構(gòu)造的MAZATROL 640 CNC等。這類系統(tǒng)具有較好等。這類系統(tǒng)具有較好的開放性，它開放的函數(shù)庫供用戶在的開放性，它開放的函數(shù)庫供用戶在WINDOWS平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系平臺下自行開發(fā)構(gòu)造所需的控制系統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應(yīng)用統(tǒng)。因而這種開放結(jié)構(gòu)運動控制卡被廣泛應(yīng)用于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。于制造業(yè)自動化控制各個領(lǐng)域。軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)軟件開放式數(shù)控系統(tǒng) 系統(tǒng)的系統(tǒng)的CNC

27、功能根本上由計算機軟件實現(xiàn)，而功能根本上由計算機軟件實現(xiàn)，而硬件局部僅是計算機與伺服驅(qū)動和外部硬件局部僅是計算機與伺服驅(qū)動和外部I/O之之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。其典型產(chǎn)品有美國間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。其典型產(chǎn)品有美國MDSI公司的公司的Open CNC、德國、德國Power Automation公司的公司的PA8000 NT等。這種系統(tǒng)的等。這種系統(tǒng)的開放性非常好，用戶可以在其系統(tǒng)平臺上，利開放性非常好，用戶可以在其系統(tǒng)平臺上，利用開放的用開放的CNC內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)內(nèi)核，開發(fā)所需的各種功能，構(gòu)成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)，成各種類型的高性能數(shù)控系統(tǒng)， 軟件開放式數(shù)軟件開放式數(shù)控系統(tǒng)具有最

28、高的性能價格比，成為當(dāng)今數(shù)控控系統(tǒng)具有最高的性能價格比，成為當(dāng)今數(shù)控技術(shù)開展的方向。技術(shù)開展的方向。數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展1 開放性：系統(tǒng)可通過光纖與開放性：系統(tǒng)可通過光纖與PC機連接，機連接，采用采用Window兼容軟件和開發(fā)環(huán)境。功能兼容軟件和開發(fā)環(huán)境。功能以高速、超精具有高精納米插補功能以高速、超精具有高精納米插補功能為核心，并具有智能控制。特別適合於為核心，并具有智能控制。特別適合於加工航空機械零件、汽車及家電的高精加工航空機械零件、汽車及家電的高精零件、各種模具和需零件、各種模具和需5軸加工的復(fù)雜零件，軸加工的復(fù)雜零件，以及用作超精機械控制。以及用作超精

29、機械控制。數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展 2 高級復(fù)雜的功能：可進行各種數(shù)學(xué)的插高級復(fù)雜的功能：可進行各種數(shù)學(xué)的插補，如直線、圓弧、螺旋線、漸開線、補，如直線、圓弧、螺旋線、漸開線、螺旋漸開線、樣條等插補，也可以進行螺旋漸開線、樣條等插補，也可以進行NURBS插補。采用插補。采用NURBS插補可以大大插補可以大大減少減少NC程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時程序的數(shù)據(jù)輸入量，減少加工時間，特別適合于模具加工。間，特別適合于模具加工。NURBS插補插補不需任何硬件。不需任何硬件。 數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展 3 強大的聯(lián)網(wǎng)通信功能：適應(yīng)工廠自強大的聯(lián)網(wǎng)通

30、信功能：適應(yīng)工廠自動化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)動化需要，支持標(biāo)準(zhǔn)FA網(wǎng)絡(luò)及網(wǎng)絡(luò)及DNC的連接?？陕?lián)接工廠干線或控制層的連接?？陕?lián)接工廠干線或控制層通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備層通信網(wǎng)絡(luò)、通信網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備層通信網(wǎng)絡(luò)、RS-485接口傳送接口傳送I/O信號或采用信號或采用Prellbus-DP進行高速通信。進行高速通信。高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求-平安性、有效性。平安性、有效性。高速加工走刀速度是常規(guī)加工的高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編倍或更高，任何

31、編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴(yán)程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴(yán)重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預(yù)重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預(yù)防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)必須系統(tǒng)必須具備全自動的具備全自動的(而不能是半自動或人工的而不能是半自動或人工的)防過切，防防過切，防碰撞功能，確保碰撞功能，確保NC指令的絕對平安性，是對高速加工指令的絕對平安性，是對高速加工設(shè)備提出的一個根本要求。設(shè)備提出的一個根本要求。

32、另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。載荷均勻性。高速加工設(shè)備的編程高速加工設(shè)備的編程 高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高速加工設(shè)備的大量應(yīng)用，對編程系統(tǒng)的要求越來越高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求高，價格昂貴的高速加工設(shè)備對軟件提出更高的要求-平安性、有效性。平安性、有效性。 高速加工走刀速度是常規(guī)加工的高速加工走刀速度是常規(guī)加工的10倍或更高，任何編倍或更高，任何編程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非

33、常嚴(yán)程過程的失誤如過切、干擾、碰撞等都會造成非常嚴(yán)重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預(yù)重的事故，而且由于高速運動，無法靠人工急停來預(yù)防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故防，高速加工設(shè)備是非常貴重的設(shè)備，任何意外事故都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要都會給企業(yè)造成不可估量的損失，需要CAM系統(tǒng)必須系統(tǒng)必須具備全自動的具備全自動的(而不能是半自動或人工的而不能是半自動或人工的)防過切，防碰防過切，防碰撞功能，確保撞功能，確保NC指令的絕對平安性，是對高速加工設(shè)指令的絕對平安性，是對高速加工設(shè)備提出的一個根本要求。備提出的一個根本要求。 另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加

34、工質(zhì)另外要保證刀具路徑的光滑平穩(wěn)，來確保零件加工質(zhì)量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中量和機床主軸等部件的壽命，以及刀具在切削過程中載荷均勻性。載荷均勻性。數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展數(shù)控系統(tǒng)性能和功能方面開展4 高速內(nèi)裝高速內(nèi)裝PMC：由專用的：由專用的PMC處理器控處理器控制梯形圖和順序程序，可用制梯形圖和順序程序，可用C語言在語言在PC機上編程，根本機上編程，根本PMC指令執(zhí)行時間為：；指令執(zhí)行時間為：；最大步數(shù)：最大步數(shù)：32,000步。步。 友好的用戶界面，操作、維護方便：普友好的用戶界面，操作、維護方便：普遍采用觸摸屏、遍采用觸摸屏、2D和和3D彩色圖形顯示、彩色圖形顯示、

35、軟件硬件的模塊化結(jié)構(gòu)等，給操作和系軟件硬件的模塊化結(jié)構(gòu)等，給操作和系統(tǒng)維護帶來很大方便。統(tǒng)維護帶來很大方便。新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征1 高速化：目前，車床和車削中心的主軸高速化：目前，車床和車削中心的主軸轉(zhuǎn)速到達轉(zhuǎn)速到達8000r/min，加工中心的主軸轉(zhuǎn)，加工中心的主軸轉(zhuǎn)速一般都在速一般都在1500020000r/min，高的到，高的到達達60000r/min，切削進給速度一般到達，切削進給速度一般到達20m/min，高的甚至到達，高的甚至到達60m/min，為充，為充分發(fā)揮刀具材料性能、提高加工效率、分發(fā)揮刀具材料性能、提高加工效率、降低加工本錢，并且提高加工精度和

36、外降低加工本錢，并且提高加工精度和外表加工質(zhì)量，數(shù)控裝備將進一步向更高表加工質(zhì)量，數(shù)控裝備將進一步向更高速度或超高速方向開展。速度或超高速方向開展。 新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征2 高精度：在加工精度方面，近十年高精度：在加工精度方面，近十年來，普通級數(shù)控機床的加工精度已來，普通級數(shù)控機床的加工精度已由由10m提高到提高到5m，精密級加，精密級加工中心那么從工中心那么從35m，提高到，提高到，并且超精密加工精度已開始進入納并且超精密加工精度已開始進入納米級米級(0.001m)。 新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征3 高可靠性：在可靠性方面，高可靠性：在可靠性方

37、面，國外數(shù)控裝置的國外數(shù)控裝置的MTBF值已達值已達6000小時以上，伺服系統(tǒng)的小時以上，伺服系統(tǒng)的MTBF值到達值到達30000小時以上，小時以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性表現(xiàn)出非常高的可靠性.新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征4 柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化：為適應(yīng)制造柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、集成化：為適應(yīng)制造自動化的開展，向自動化的開展，向FMC、FMS和和CIMS提供根底設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完提供根底設(shè)備，要求數(shù)控系統(tǒng)不僅能完成通常的加工功能，而且還能夠具備自成通常的加工功能，而且還能夠具備自動測量，自動上下料、自動換刀、自動動測量，自動上下料、自動換刀、自動更換主軸頭有時帶坐標(biāo)變換、

38、自動更換主軸頭有時帶坐標(biāo)變換、自動誤差補償，自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，誤差補償，自動診斷、進線和聯(lián)網(wǎng)功能，特別是依據(jù)用戶的不同要求，可方便地特別是依據(jù)用戶的不同要求，可方便地靈活配置及集成。靈活配置及集成。 新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征5 智能化：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智智能化：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化，設(shè)備有自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成能化，設(shè)備有自適應(yīng)控制，工藝參數(shù)自動生成的功能；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的功能；為提高驅(qū)動性能及使用連接方便方面的智能化，有前饋控制，電機參數(shù)自適應(yīng)運算，的智能化，有前饋控制，電機參數(shù)自適應(yīng)運算，自動識別負(fù)載自動

39、選定模型，自整定等功能；自動識別負(fù)載自動選定模型，自整定等功能；簡化編程、簡化操作方面的智能化，有智能化簡化編程、簡化操作方面的智能化，有智能化的自動編程、智能化的人機界面等功能；還有的自動編程、智能化的人機界面等功能；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。此外有許多特別的智能功能，如診斷及維修。此外有許多特別的智能功能，如加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境加工運動規(guī)劃、推理、決策能力以及加工環(huán)境的感知能力、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力包括與人的的感知能力、制造網(wǎng)絡(luò)通信能力包括與人的交互、智能編程、智能數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控等。交互、智能編程、智能

40、數(shù)據(jù)庫、智能監(jiān)控等。新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征6 工藝復(fù)合化：以減少工序、輔助時間為主要目工藝復(fù)合化：以減少工序、輔助時間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向開展。數(shù)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在方向開展。數(shù)控機床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多外主軸頭或轉(zhuǎn)臺等各種措施，完成多工序、多外表的復(fù)合加工，以減少非加工時間。因為在零表的復(fù)合加工，以減少非加工時間。因為在零件加工過程中有大量的無用時間消耗在工件搬件加工過

41、程中有大量的無用時間消耗在工件搬運、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降運、上下料、安裝調(diào)整、換刀和主軸的升、降速上，因此，復(fù)合功能的機床是近年來開展很速上，因此，復(fù)合功能的機床是近年來開展很快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、快的機種，其核心是在一臺機床上要完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔和擴孔等多種操作工序。序。 新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征7 綠式化、平安化：隨著全世界對環(huán)綠式化、平安化：隨著全世界對環(huán)境問題的關(guān)注，境問題的關(guān)注，“綠色制造在全綠色制造在全球興起，相應(yīng)的，數(shù)控裝備及其相球興起，相應(yīng)的，數(shù)控裝備及其相關(guān)工藝的綠色

42、、無公害化，更好的關(guān)工藝的綠色、無公害化，更好的平安性受到人們的重視，高檔數(shù)控平安性受到人們的重視，高檔數(shù)控機床外觀質(zhì)量趨向于工藝品化。機床外觀質(zhì)量趨向于工藝品化。新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征新一代數(shù)控加工設(shè)備的特征8 實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，進行遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，進行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其他機床進行編可在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資源共享，科學(xué)管理。減少了人力揚力，源共享，科

43、學(xué)管理。減少了人力揚力，降低了本錢，提高了效率。降低了本錢，提高了效率。實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，進行遠(yuǎn)程控制實現(xiàn)數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化，進行遠(yuǎn)程控制和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，和無人化操作。通過數(shù)控機床的聯(lián)網(wǎng)，可在任何一臺機床上對其他機床進行編可在任何一臺機床上對其他機床進行編程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同程、設(shè)定和操作。不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資時顯示在每一臺機床的屏幕上，實現(xiàn)資源共享，科學(xué)管理。減少了人力揚力，源共享，科學(xué)管理。減少了人力揚力，降低了本錢，提高了效率。降低了本錢，提高了效率。 數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)控技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化 (9) 新一代數(shù)控加工設(shè)備的例如新一

44、代數(shù)控加工設(shè)備的例如汽車輪胎模具加工汽車輪胎模具加工 數(shù)控技術(shù)是先進制數(shù)控技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心，是制造技術(shù)的核心，是制造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)造業(yè)實現(xiàn)自動化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、復(fù)合絡(luò)化、智能化、復(fù)合化等的根底。化等的根底。快速成型制造技術(shù)快速成型制造技術(shù)快速原型制造快速原型制造RPMRapid Prototype RPMRapid Prototype ManufacturingManufacturing技術(shù)是一項國外技術(shù)是一項國外8080年代中期才開年代中期才開展起來的高新技術(shù)，包括一切由展起來的高新技術(shù)，包括一切由CADCAD模型直接驅(qū)動模型直接驅(qū)動的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實體的技術(shù)總稱。的快

45、速制造任意復(fù)雜形狀三維實體的技術(shù)總稱。RPMRPM改變了傳統(tǒng)采用的改變了傳統(tǒng)采用的“去除原理，采用離散去除原理，采用離散/ /堆堆積成型原理成型，先有三維積成型原理成型，先有三維CADCAD制成三維實體電制成三維實體電子模型，然后將三維電子模型變成二維平面信息子模型，然后將三維電子模型變成二維平面信息離散過程，最后在離散過程，最后在RPMRPM設(shè)備中分層加工每個薄設(shè)備中分層加工每個薄層并自動粘接材料堆積過程形成原型或零件。層并自動粘接材料堆積過程形成原型或零件。 實物掃描點云利用UG進行CAD實體建模質(zhì)量檢測 新構(gòu)思加工中心RPM2D圖形CAMRPMCAERPM的主要技術(shù)特征是成形的快捷性。的

46、主要技術(shù)特征是成形的快捷性。運用運用RPM技術(shù)能自動、快速、精確地將技術(shù)能自動、快速、精確地將設(shè)計思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或設(shè)計思想轉(zhuǎn)變成一定功能的產(chǎn)品原型或直接制造零件，對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、直接制造零件，對縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、減少產(chǎn)品開發(fā)費用、提高企業(yè)競爭力有減少產(chǎn)品開發(fā)費用、提高企業(yè)競爭力有重要作用。重要作用。快速原型技術(shù)從快速原型技術(shù)從“八五期間開始起步，八五期間開始起步，“九五期間邁向成熟，工藝、裝備并舉開九五期間邁向成熟，工藝、裝備并舉開展，技術(shù)立足國內(nèi)，應(yīng)用初具規(guī)模取得了突展，技術(shù)立足國內(nèi)，應(yīng)用初具規(guī)模取得了突破性的進展。破性的進展。我國我國RPM技術(shù)在成果轉(zhuǎn)化方面效果顯著，技技

47、術(shù)在成果轉(zhuǎn)化方面效果顯著，技術(shù)應(yīng)用已初具規(guī)模。術(shù)應(yīng)用已初具規(guī)模?！熬盼迤陂g，在西安、九五期間，在西安、天津、武漢、深圳、寧波建立了天津、武漢、深圳、寧波建立了5個快速原個快速原型技術(shù)效勞中心，已為行業(yè)及地方開展了大型技術(shù)效勞中心，已為行業(yè)及地方開展了大量技術(shù)效勞，為量技術(shù)效勞，為250多個企業(yè)提供快速原型多個企業(yè)提供快速原型制件制件1500余件。余件。快速成型制造技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域幾乎包括了制造領(lǐng)域的各個行業(yè)，在醫(yī)療、人快速成型制造技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域幾乎包括了制造領(lǐng)域的各個行業(yè)，在醫(yī)療、人體工程、文物保護等行業(yè)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。體工程、文物保護等行業(yè)也得到了越來越廣泛的應(yīng)用。汽車、摩托車：外形及內(nèi)

48、飾件的設(shè)計、改型、裝配試驗，發(fā)動機、汽缸汽車、摩托車：外形及內(nèi)飾件的設(shè)計、改型、裝配試驗，發(fā)動機、汽缸頭試制。頭試制。家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，市場宣家電：各種家電產(chǎn)品的外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，市場宣傳，模具制造。傳，模具制造。通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，模具制造。通訊產(chǎn)品：產(chǎn)品外形與結(jié)構(gòu)設(shè)計，裝配試驗與功能驗證，模具制造。航空、航天：特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動機航空、航天：特殊零件的直接制造，葉輪、渦輪、葉片的試制，發(fā)動機的試制、裝配試驗。的試制、裝配試驗。輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的實際、驗證、裝配、市場宣傳、玩具

49、、鞋類模具的輕工業(yè)：各種產(chǎn)品的實際、驗證、裝配、市場宣傳、玩具、鞋類模具的快速制造?？焖僦圃臁ａt(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計、試產(chǎn)、試用，醫(yī)療：醫(yī)療器械的設(shè)計、試產(chǎn)、試用，CT掃描信息的實物化，手術(shù)模掃描信息的實物化，手術(shù)模擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。擬，人體骨關(guān)節(jié)的配制。國防：各種武器零部件的設(shè)計、裝配、試制、特殊零件的直接制作，遙國防：各種武器零部件的設(shè)計、裝配、試制、特殊零件的直接制作，遙感信息的模型制作。感信息的模型制作。激光快速成形激光快速成形 LPR 技術(shù)最新開展及應(yīng)用技術(shù)最新開展及應(yīng)用近期開展的近期開展的LPR主要有：主要有： 立體光造型立體光造型(SLA) 技術(shù)；技術(shù)； 選擇性激光燒結(jié)選擇性激

50、光燒結(jié)(SLS) 技術(shù)；技術(shù)； 激光熔覆成形激光熔覆成形LCF技術(shù)；技術(shù)； 激光近形激光近形LENS技術(shù)；技術(shù)； 激光薄片疊層制造激光薄片疊層制造(LOM) 技術(shù)；技術(shù)； 激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形LF技術(shù)及三維印刷技術(shù)等。技術(shù)及三維印刷技術(shù)等。 立體光造形立體光造形(SLA)技術(shù)技術(shù) SLA技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計算機控制技術(shù)又稱光固化快速成形技術(shù)，其原理是計算機控制激光束對光敏樹脂為原料的外表進行逐點掃描，被掃描區(qū)激光束對光敏樹脂為原料的外表進行逐點掃描，被掃描區(qū)域的樹脂薄層約十分之幾毫米產(chǎn)生光聚合反響而固化，域的樹脂薄層約十分之幾毫米產(chǎn)生光聚合反響而固化，形成零件

51、的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離，以便形成零件的一個薄層。工作臺下移一個層厚的距離，以便固化好的樹脂外表再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進行下一層固化好的樹脂外表再敷上一層新的液態(tài)樹脂，進行下一層的掃描加工，如此反復(fù)，直到整個原型制造完畢。的掃描加工，如此反復(fù)，直到整個原型制造完畢。由于光聚合反響是基于光的作用而不是基于熱的作用，故由于光聚合反響是基于光的作用而不是基于熱的作用，故在工作時只需功率較低的激光源。此外，因為沒有熱擴散，在工作時只需功率較低的激光源。此外，因為沒有熱擴散，加上鏈?zhǔn)椒错懩軌蚝芎玫乜刂?，能保證聚合反響不發(fā)生在加上鏈?zhǔn)椒错懩軌蚝芎玫乜刂疲鼙ＷC聚合反響不發(fā)生在激光點之外，因而

52、加工精度高激光點之外，因而加工精度高 ，外表質(zhì)量好，原材料的利，外表質(zhì)量好，原材料的利用率接近用率接近100%，能制造形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件，效率高。，能制造形狀復(fù)雜、精細(xì)的零件，效率高。對于尺寸較大的零件，那么可采用先分塊成形然后粘接的對于尺寸較大的零件，那么可采用先分塊成形然后粘接的方法進行制作。方法進行制作。 SLA 成型技術(shù)是根據(jù)某些材料成型技術(shù)是根據(jù)某些材料在特定波長的激光照射下具有在特定波長的激光照射下具有可固化性的特點，采用紫外可固化性的特點，采用紫外 UV 激光為光源，計算機激光為光源，計算機按分層信息精密控制掃描振鏡按分層信息精密控制掃描振鏡組，精確定位、掃描，在光敏組，精確定

53、位、掃描，在光敏樹脂液面聚合、固化形成一個樹脂液面聚合、固化形成一個固化層面，順序逐層掃描固化，固化層面，順序逐層掃描固化，直至完成整個零件的成形。使直至完成整個零件的成形。使用的原料是光敏樹脂。用的原料是光敏樹脂。 SLA 激光固化快速成型制品具激光固化快速成型制品具有外表質(zhì)量高，成型尺寸精準(zhǔn)有外表質(zhì)量高，成型尺寸精準(zhǔn)等優(yōu)點，可用于設(shè)計檢驗?zāi)Ｐ偷葍?yōu)點，可用于設(shè)計檢驗?zāi)Ｐ椭谱鳌⒖焖倌＞咴椭谱鞯?。制作、快速模具原型制作等。SLA激光樹脂液固化快激光樹脂液固化快速成型速成型 激光快速成型機激光快速成型機SLA 激光快速成型機激光快速成型機SLA選擇性激光燒結(jié)選擇性激光燒結(jié)SLS技術(shù)技術(shù) SLS技

54、術(shù)與技術(shù)與SLA技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光技術(shù)很相似，只是用粉末原料取代了液態(tài)光聚合物，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料。該技聚合物，并以一定的掃描速度和能量作用于粉末材料。該技術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應(yīng)用范圍廣等術(shù)具有原材料選擇廣泛、多余材料易于清理、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光優(yōu)點，適用于原型及功能零件的制造。在成形過程中，激光工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的工作參數(shù)以及粉末的特性和燒結(jié)氣氛是影響燒結(jié)成形質(zhì)量的重要參數(shù)。重要參數(shù)。在汽車模具制造中應(yīng)用在汽車模具制造中應(yīng)用 美國德克薩斯州立大學(xué)研究的美國

55、德克薩斯州立大學(xué)研究的SLS技技術(shù)，已由美國術(shù)，已由美國DTM公司商品化。目前該公司已研制出公司商品化。目前該公司已研制出SLS2000系列第三代產(chǎn)品。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼系列第三代產(chǎn)品。該系統(tǒng)能燒結(jié)蠟、聚碳酸酯、尼龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，龍、金屬等各種材料。用該系統(tǒng)制造的鋼銅合金注塑模具，可注塑可注塑5萬件工件。近年來基于萬件工件。近年來基于RPM技術(shù)模具制造技術(shù)已從技術(shù)模具制造技術(shù)已從最初的原型制造，開展到快速工模具制造最初的原型制造，開展到快速工模具制造,成為國內(nèi)外應(yīng)用研成為國內(nèi)外應(yīng)用研究開發(fā)的重點?；诰块_發(fā)的重點?；赗PM的模具制造方法可分為直接

56、制模法的模具制造方法可分為直接制模法和間接制模法。和間接制模法。 激光熔覆成形激光熔覆成形LCF技術(shù)技術(shù) LCF技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)根本相同，也技術(shù)的工作原理與其他快速成形技術(shù)根本相同，也是通過對工作臺數(shù)控，實現(xiàn)激光束對粉末的掃描、熔覆，是通過對工作臺數(shù)控，實現(xiàn)激光束對粉末的掃描、熔覆，最終成形出所需形狀的零件。研究結(jié)果說明：零件切片最終成形出所需形狀的零件。研究結(jié)果說明：零件切片方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、方式、激光熔覆層厚度、激光器輸出功率、光斑大小、光強分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、光強分布、掃描速度、掃描間隔、掃描方式、送粉裝置、送粉量及

57、粉末顆粒的大小等因素均對成形零件的精度和送粉量及粉末顆粒的大小等因素均對成形零件的精度和強度有影響。強度有影響。 與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別在于，激光熔覆成形能制成與其他快速成形技術(shù)的區(qū)別在于，激光熔覆成形能制成非常致密的金屬零件，其強度到達甚至超過常規(guī)鑄造或非常致密的金屬零件，其強度到達甚至超過常規(guī)鑄造或鍛造方法生產(chǎn)的零件，因而具有良好的應(yīng)用前景。鍛造方法生產(chǎn)的零件，因而具有良好的應(yīng)用前景。 激光近形激光近形LENS技術(shù)技術(shù) LENS技術(shù)是將技術(shù)是將SLS技術(shù)和技術(shù)和LCF技術(shù)相結(jié)合，并保持了技術(shù)相結(jié)合，并保持了這兩種技術(shù)的優(yōu)點。選用的金屬粉末有三種形式：這兩種技術(shù)的優(yōu)點。選用的金屬粉末有三種

58、形式： 1單一金屬；單一金屬； 2金屬加低熔點金屬粘結(jié)劑；金屬加低熔點金屬粘結(jié)劑； 3金屬加有機粘結(jié)劑。由于采用的是鋪粉方式，金屬加有機粘結(jié)劑。由于采用的是鋪粉方式，所以不管使用哪種形式的粉末，激光燒結(jié)后的金屬的所以不管使用哪種形式的粉末，激光燒結(jié)后的金屬的密度較低、多孔隙、強度較低。要提高燒結(jié)零件強度，密度較低、多孔隙、強度較低。要提高燒結(jié)零件強度，必須進行后處理，如浸滲樹脂、低熔點金屬，或進行必須進行后處理，如浸滲樹脂、低熔點金屬，或進行熱等靜壓處理。但這些后處理會改變金屬零件的精度。熱等靜壓處理。但這些后處理會改變金屬零件的精度。 激光薄片疊層制造激光薄片疊層制造LOM技技術(shù)術(shù) LOM技

59、術(shù)是一種常用來制作模技術(shù)是一種常用來制作模具的新型快速成形技術(shù)。其原具的新型快速成形技術(shù)。其原理是先用大功率激光束切割金理是先用大功率激光束切割金屬薄片，然后將多層薄片疊加，屬薄片，然后將多層薄片疊加，并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最并使其形狀逐漸發(fā)生變化，最終獲得所需原型的立體幾何形終獲得所需原型的立體幾何形狀。狀。 LOM技術(shù)制作沖模，其本錢約技術(shù)制作沖模，其本錢約比傳統(tǒng)方法節(jié)約比傳統(tǒng)方法節(jié)約1/2，生產(chǎn)周期，生產(chǎn)周期大大縮短。用來制作復(fù)合模、大大縮短。用來制作復(fù)合模、薄料模、級進模等，經(jīng)濟效益薄料模、級進模等，經(jīng)濟效益也甚為顯著。該技術(shù)在國外已也甚為顯著。該技術(shù)在國外已經(jīng)得到了廣泛的使用。經(jīng)得

60、到了廣泛的使用。 激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形激光誘發(fā)熱應(yīng)力成形LF技術(shù)技術(shù) LF技術(shù)的原理是基于金屬熱脹冷縮的特性，即對材料進行技術(shù)的原理是基于金屬熱脹冷縮的特性，即對材料進行不均勻加熱，產(chǎn)生預(yù)定的塑性變形。該技術(shù)具有以下特點：不均勻加熱，產(chǎn)生預(yù)定的塑性變形。該技術(shù)具有以下特點： 1無模具成形：生產(chǎn)周期短、柔性大無模具成形：生產(chǎn)周期短、柔性大,特別適合單件特別適合單件小批量或大型工件的生產(chǎn)；小批量或大型工件的生產(chǎn)； 2無外力成形：材料變形的根源在于其內(nèi)部的熱應(yīng)無外力成形：材料變形的根源在于其內(nèi)部的熱應(yīng)力；力； 3非接觸式成形：成形精度高、無工模具磨損，可非接觸式成形：成形精度高、無工模具磨損，可用于精