第8章-现代制造技术-机械制造工艺学-教学课件.ppt

第八章第八章 先进制造技术先进制造技术主要内容：主要内容：v现代制造工艺技术现代制造工艺技术v自动化加工技术自动化加工技术v先进制造生产模式先进制造生产模式第一节第一节 概述概述一、先进制造技术（一、先进制造技术（AMTAMT）：）：先进制造技术先进制造技术(Advanced Manufactuing Technology)就是指就是指集集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。技术、设备和系统的总称。主要包括：主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。系统等。AMT是是制造业制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管组织管理，理，有赖于有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。技术、管理和人力资源的有机协调和融合。二、制造技术的发展过程二、制造技术的发展过程知识密集型知识密集型劳动密集型劳动密集型设备密集型设备密集型信息密集型信息密集型智能密集型智能密集型劳动密集型：劳动密集型：生产率低，工人劳动强度大，产品精度低，生产率低，工人劳动强度大，产品精度低，制造主体技术是手工生产和早期的机械化生产。制造主体技术是手工生产和早期的机械化生产。设备密集型：设备密集型：生产活动依赖大量专用高效设备，生产率生产活动依赖大量专用高效设备，生产率较高，制造过程主体技术是以高效专用加工设备组成的较高，制造过程主体技术是以高效专用加工设备组成的刚性流水线。刚性流水线。知识密集型：知识密集型：制造系统不但能与人进行交流，而且还要制造系统不但能与人进行交流，而且还要求在获得较少信息的情况下自动完成要求，用于制造过求在获得较少信息的情况下自动完成要求，用于制造过程的程的主体技术是柔性制造系统主体技术是柔性制造系统和和计算机集成制造系统计算机集成制造系统。智能密集型：智能密集型：制造系统应具有模仿人类思维的能力，使制造系统应具有模仿人类思维的能力，使制造系统能够根据市场的变化，迅速作出决策和影响。制造系统能够根据市场的变化，迅速作出决策和影响。目前正在研究的全新的生产方式。目前正在研究的全新的生产方式。信息密集型：信息密集型：实现了人与机器之间的信息交流，机器设实现了人与机器之间的信息交流，机器设备可通过获取的信息，快速、准确地实现加工和装配要备可通过获取的信息，快速、准确地实现加工和装配要求，生产的适应性（求，生产的适应性（柔性柔性）强。）强。制造主体技术是以数控制造主体技术是以数控机床、加工中心为代表的数控加工技术。机床、加工中心为代表的数控加工技术。四、先进制造技术的分类四、先进制造技术的分类1.1.现代设计技术现代设计技术（1 1）设计方法现代化）设计方法现代化l产品动态分析和设计产品动态分析和设计l产品可靠性产品可靠性l可维护性及可维护性及安全设计安全设计l产品优化设计产品优化设计l快速响应设计快速响应设计l创新设计创新设计l智能设计智能设计l仿真与虚拟设计仿真与虚拟设计l价值工程设计价值工程设计l模块化设计模块化设计（2 2）设计手段计算机化）设计手段计算机化l有限元法有限元法l优化设计优化设计l计算机辅助设计计算机辅助设计l反求工程技术反求工程技术lCAD/CAMCAD/CAM一体化技术一体化技术l工程数据库工程数据库（3 3）向全寿命周期设计发展）向全寿命周期设计发展（4 4）由单纯考虑技术因素转向）由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素综合考虑技术、经济和社会因素2.2.现代制造工艺技术现代制造工艺技术（1 1）精密成型制造技术）精密成型制造技术精密铸造、锻压、焊接，优精密铸造、锻压、焊接，优质低耗热处理。制造工件的质低耗热处理。制造工件的毛坯、从接近零件形状向直毛坯、从接近零件形状向直接制成工件的方向发展。接制成工件的方向发展。（2 2）精密、超精密加工技）精密、超精密加工技术术l精密加工：精度为精密加工：精度为10100.10.1m Ra0.3m Ra0.30.03 0.03 m ml超精密加工：精度为超精密加工：精度为0.10.10.010.01m Ra0.3m Ra0.30.005 0.005 m ml纳米加工：精度达到纳米加工：精度达到0.0010.001m Ram Ra小于小于0.005 0.005 m m（3 3）特种加工技术）特种加工技术l高能束流加工（电子高能束流加工（电子束、离子束、激光束）束、离子束、激光束）l电加工（电解和电火电加工（电解和电火花花)l超声波加工超声波加工l高压水加工高压水加工l多种能源的组合加工多种能源的组合加工3.3.制造自动化技术制造自动化技术（3 3）柔性制造系统）柔性制造系统l加工系统加工系统l物流系统物流系统l调度与控制调度与控制l故障诊断故障诊断（4 4）自动检测与信号识别技术）自动检测与信号识别技术l信号识别信号识别l数据获取数据获取l数据处理数据处理l特征提取与识别特征提取与识别v过程设备工况监测与控制过程设备工况监测与控制l过程监视系统过程监视系统l在线反馈质量控制在线反馈质量控制（1 1）数控技术）数控技术l数控装置数控装置l进给系统进给系统l主轴系统主轴系统lNCNC程序编制程序编制（2 2）工业机器人）工业机器人l机器人操作机机器人操作机l控制系统控制系统l传感器传感器l生产线总线控制生产线总线控制五、五、先进制造技术的发展趋势先进制造技术的发展趋势1.1.集合多学科成果形成一个完整的制造体系集合多学科成果形成一个完整的制造体系 传统制造技术、信息技术、计算机技术、自传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学等。动化技术、先进的管理科学等。2.2.先进制造技术的动态发展过程先进制造技术的动态发展过程 不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时不断地吸收各种高新技术逐渐形成，不同时期、不同区域有各自的重点和内容。期、不同区域有各自的重点和内容。3.3.信息技术对先进制造技术的发展作用越来越重信息技术对先进制造技术的发展作用越来越重要。要。现代集成制造系统（现代集成制造系统（CIMSCIMS）、）、虚拟企业、虚虚拟企业、虚拟制造。拟制造。精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化4.4.向超精微细领域扩展向超精微细领域扩展 微型机械，纳米测量、微米微型机械，纳米测量、微米/纳米加工制造纳米加工制造5.5.制造过程集成化制造过程集成化 产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一产品的设计、加工、检测、物流、装配过程一体化。体化。CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERPCAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成精密成形集成精密成形工艺工艺6.6.制造科学与制造技术、生产管理的融合制造科学与制造技术、生产管理的融合 制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述。数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、述。数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、动力学、结构强度、摩擦学。运动学、动力学、结构强度、摩擦学。制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一起。起。精密化精密化柔性化柔性化网络化网络化虚拟化虚拟化智能化智能化清洁化清洁化集成化集成化全球化全球化第二节第二节 现代制造工艺技术现代制造工艺技术一、特种加工技术一、特种加工技术 将将电电、热热、光光、声声、化化学学等等能能量量或或其其组组合合施施加加到到工工件件被被加加工工的的部部位位上上，从从而而实实现现材材料料去去除除的的非非传传统统加加工方法。工方法。2 2、电火花加工原理、电火花加工原理（1 1）电火花加工的物理本质）电火花加工的物理本质 电火花加工基于电火花加工基于电火花腐蚀原理电火花腐蚀原理，把工件与工具，把工件与工具分别作为两极，在工具电极与工件电极相互靠近时，两分别作为两极，在工具电极与工件电极相互靠近时，两极之间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时极之间形成脉冲性火花放电，在电火花通道中产生瞬时高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下高温，使金属局部熔化，甚至气化，从而将金属蚀除下来。来。1 1）工具电极与工件被）工具电极与工件被加工表面必须保持一定加工表面必须保持一定的放电间隙的放电间隙2 2）火花放电必须是瞬）火花放电必须是瞬间的脉冲放电（间的脉冲放电（1010-7-71010-3-3 s s）3 3）火花放电应在绝缘）火花放电应在绝缘强度较高的介质中进行强度较高的介质中进行二、二、快速成型技术快速成型技术1.快速成形技术产生快速成形技术产生快速成形技术快速成形技术(Rapid Prototyping；RP)又称快速原型制造又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称简称RPM)技术。技术。诞生于诞生于20世纪世纪80年代后期，年代后期，是基于材料堆积法的一种高是基于材料堆积法的一种高新制造技术新制造技术，被认为是近，被认为是近20年来制造领域的一个重大成年来制造领域的一个重大成果。它果。它集机械工程、集机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技、逆向工程技术、分层制造技术术、数控技术、材料科学、激光技术于一身数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，即，快速成形技术就是利用三维快速成形技术就是利用三维CAD的数据，通过快速成型的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。机，将一层层的材料堆积成实体原型。2.2.快速成形制造的基本过程快速成形制造的基本过程CAD建模建模 分层分层层面信息处理层面信息处理层面加工与粘接层面加工与粘接层层堆积层层堆积 后处理后处理 由由CAD软件设计出所需软件设计出所需零件的计算机三维曲面零件的计算机三维曲面或实体模型或实体模型将三维模型沿一定方向将三维模型沿一定方向（通常为（通常为Z向）离散成向）离散成一系列有序的二维层片一系列有序的二维层片（习惯称为分层）（习惯称为分层）根据每层轮廓信息，根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选进行工艺规划，选择加工参数，自动择加工参数，自动生成数控代码生成数控代码成形机制造一系列成形机制造一系列层片并自动将它们层片并自动将它们联接起来，得到三联接起来，得到三维物理实体维物理实体清理零件表面，清理零件表面，去除辅助支撑去除辅助支撑结构结构照相机激光树脂原型照相机激光树脂原型鼠标外壳激光树脂原型鼠标外壳激光树脂原型快速成形制造在医学上的应用快速成形制造在医学上的应用 根根据据CTCT扫扫描描信信息息，应应用用熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形的的方方法法可可以以快快速速制制造造人人体体的的骨骨骼骼（如如颅颅骨骨、牙牙齿齿）和和软软组组织织（如如肾肾）等等模模型型，并并且且不不同同部部位位采采用用不不同同颜颜色色的的材材料料成成形形，病病变变组组织织可可以以用用醒醒目目颜颜色色，可可以以进进行行手手术术模模拟拟、人人体体骨骨关关节节的的配制，颅骨修复配制，颅骨修复。在在康康复复工工程程上上，采采用用熔熔融融挤挤压压快快速速成成形形的的方方法法制制造造人人体体假假肢肢具具有有最最快快的的成成形形速速度度，假假肢肢和和肌肌体体的的结结合合部部位位能能够够做做到到最最大大程程度度的的吻吻合合，减轻了假肢使用者的痛苦。减轻了假肢使用者的痛苦。3.快速成形制造技术的应用快速成形制造技术的应用医学医学实验分析模型实验分析模型全全球球RP设设备备装装机机量量社会发展的不同阶段社会发展的不同阶段都有该时代的加工精都有该时代的加工精度极限，所以说精密度极限，所以说精密加工与超精密加工技加工与超精密加工技术的涵义是相对的术的涵义是相对的.目前，普通加工、精密加工、超精密加工界定如下：目前，普通加工、精密加工、超精密加工界定如下：（1）普通加工：）普通加工：加工精度在加工精度在10左右，表面粗糙度在左右，表面粗糙度在0.3-0.8 车、铣、刨、车、铣、刨、磨、镗等。磨、镗等。（2）精密加工：）精密加工：加工精度在加工精度在10-0.1，表面粗糙度在，表面粗糙度在0.3-0.03 金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、砂带磨削、镜金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、砂带磨削、镜 面磨等面磨等（3）超精密加工：）超精密加工：加工精度不低于加工精度不低于0.1-0.01，表面粗糙度不大，表面粗糙度不大 于于0.03-0.05，如金刚石刀具超精密切削、超，如金刚石刀具超精密切削、超 精密磨料加工，超精密特种加工和复合加工精密磨料加工，超精密特种加工和复合加工.（4）纳米加工：）纳米加工：加工精度达到加工精度达到0.001，表面粗糙度小于，表面粗糙度小于0.005 加工方法已不是传统的加工方法，试件表面的加工方法已不是传统的加工方法，试件表面的 一个个原子或分子成为加工对象，实质是切断一个个原子或分子成为加工对象，实质是切断 原子间的结合，加工已达到了加工精度的极限。原子间的结合，加工已达到了加工精度的极限。四、超高速加工技术四、超高速加工技术1.采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大提高切削速度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大提高切削速度来达到材料切除率、加工精度和表面质量。度来达到材料切除率、加工精度和表面质量。2.高速切削时的主轴转速要比普通切削时高高速切削时的主轴转速要比普通切削时高5-10倍倍3.高速切削各种材料的切削速度范围：高速切削各种材料的切削速度范围：铸铁：铸铁：900-5000m/min 钢：钢：600-3000m/min 铝合金：铝合金：2000-7500m/min4.对加工工种而言，超高速切削的车削速度对加工工种而言，超高速切削的车削速度700-7000m/min；铣削速度；铣削速度300-6000m/min；钻削；钻削200-1100m/min；磨削；磨削150m/s以上以上。本课程本课程讲授结束讲授结束谢谢 谢！谢！