制造基础课件1

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1、第五讲 数控技术及其它新技术第一节 数控技术第二节 成组技术第三节 快速响应制造技术第四节 纳米技术简介 返回第一节 数控技术一、概念 数控机床 - 能按照加工要求预先编制的 程序，由控制系统发出数字信息指令进 行工作的机床。 数控 - 用数字化信号对机床运动及其加 工过程进行控制的一种方法。 3. 数控系统-对机床运动及其加工过程 进行控制的装置（系统）。二、工作过程和工作原理早期数控机床工作过程是：根据零件图纸 数据和工艺过程内容，用数控装置规定的指令 代码和程序格式编制程序单；根据编好的程序 单制作穿孔带；穿孔带上的代码信息经光电阅 读机输入到数控装置；数控装置对纸带上的信 息进行运算和

2、处理，转换为驱动伺服机构的指 令信号；由伺服机构控制机床的工作。二、现代数控机床工作原理现代数控机床工作过程是：根据零件 图纸数据和工艺过程内容，用数控装置规 定的指令代码和程序格式编制程序单；根 据编好的程序单直接输入（通过键盘、磁 盘等）到数控装置；数控装置根据程序指 令进行运算和处理，转换为驱动伺服机构 的指令信号；由伺服机构控制机床的工作 。三、数控机床分类1.按数控装置的控制形式分为：点位控制、 直线控制和轮廓控制三类。1）点位控制：其特点是只要求控制刀具 或机床工作台从一点移动到另一点的准确 定位，点和点之间移动的轨迹原则上不加 控制。只两个坐标值的准确控制。且在移动 过程中刀具不

3、进行切削。常用点位控制的机床有钻床、冲床、镗 床等。2）直线控制：其特点是除了控制点和点 之间的准确定位外，还要保证被控制的 两个坐标点间移动的轨迹是一条直线， 且在移动的过程中刀具能够按照指定的 进给速度进行切削。要实现1个坐标方向的连续控制。常用直线控制的机床有车床、铣床、 磨床等。3）轮廓控制：其特点是能够对两个或两 个以上坐标方向同时进行严格的不间断 的运动控制，并且在运动过程中，刀具 对工件表面连续进行切削。能实现2个坐标方向的连续控制。 常用轮廓控制的机床有车床、铣床 、磨床、齿轮加工机床等。2.按伺服机构控制方式分数控机床按伺服机构控制方式分可以分为： 开环控制、闭环控制和半闭环

4、控制三种。1）开环控制数控装置根据程序指令向伺服机构发出脉冲 信号，控制机床工作台或刀具移动一定距离，它 没有位置测量装置，不能将被控制量的实际值反 馈回去和指令值进行比较。这类机床的定位精度主要取决于伺服驱动元 件和传动机构的精度，优点是控制系统简单，成 本低。缺点是精度低。2）闭环控制闭环控制不仅要控制机床的运动，而且还 要通过测量装置测量出机床工作台或刀具（执 行元件）的实际位移量，经过反馈送回数控装 置，与指令值进行比较，再用比较差值进行控 制，直到差值消除时机床才停止运动。这类机床的定位精度精度高、速度快，但 系统复杂，成本高。高精度数控机床才采用闭 环控制系统。 3）半闭环：检测装

5、置装在丝杠上（伺服机构）。数控装置丝杠 伺服机构工作台 检测装置 2；3；4；5轴控制3.按控制轴数分4.按功能与配置分 低档 中档 高档分辨率（m） 10 1 0.1进给量（M/min) 8-15 15-24 15-100检测装置 开环 半闭环 半闭环、闭环步进电机 交（直）流伺服电机控制轴数 2-3 2-4 3-5主CPU 8 16 32-64位PC 无 有 且有控制的扩展功能经济型 标准型四、特点（与机械控制方式比较） 柔性高，生产准备时间较短当加工对象改变时，除了装夹工件和更换刀具外，只需改变加工 程序，比设计制造机床或调整自动机床上的凸轮或靠模所花时间少得多。 机床利用率高 生产效率

6、高 加工精度高 五、应用 中小批量零件的自动加工 复杂形面的加工 加工质量稳定（IT 尺寸、形状）1. 单件、小批量生产的比重大、产量高、生产水平低生产类型 成批、大量生产 单件、小批量生产比重 15 - 25 % 75 - 85 % 产量 33 % 67 %雇员、人力 20 % 80 % 2. 传统的小批量生产方式的主要问题 生产计划、组织管理复杂，生产过程难以控制 零件的生产周期长 生产准备工作量极大 生产水平、效益低第二节 成组技术 一、引出二、概念成组技术 （GT - Group Technology）将各种产品中加工工艺相似的零件集中在一起，扩大零件 的批量，减少调整时间和加工时间，

7、将大批量生产中行之有效 的各种高生产率的工艺方法与设备，应用于中小批量生产，从 而提高中小批量生产的生产水平和经济效益。1. 技术工作的内容 按几何形状、结构及加工工艺的相似性进行分类和分组 将机床划分为相应的若干组，使零件组与机床组一一对应 将同组零件按共同的加工工艺过程，在同一机床组内稍加调整后加工出来2. 生产组织形式 成组加工单机 由一个工作位置构成。成组零件从开始加工至终了的整个工艺过程均在 一台设备上完成。成组生产单元由一个零件组的全部工艺过程所需用的一组机床，按 照工艺流程原则合理布置而构成的车间内的一个封闭生产 系统。 成组流水线严格按照零件组的工艺过程组织生产。四、成组技术在

8、机械加工方面的应用零件加工、装配零件的设计、工艺设计、工厂设计市场预测、劳动量测定生产管理、工资管理三、成组技术中零件的分类1. 复杂零件或特殊件 占5 - 10% ，结构复杂、产值高2. 相似件 占70%，结构中等复杂、种类多、相似程度高3. 简单件 结构简单、重复使用性高、多为低值件第三节 快速响应制造技术* 引出技术的发展，生产力的进步，使工业体系满足人类物质需求的能力越来越强。不断地有功能更强、更经济、更赏心悦目的消费产品涌现，产品的市场寿命越来越短。* 内容 快速设计快速开发 并行工程（集成地、并行地系统化地设计）虚拟制造（产品开发过程的全过程仿真）快速成形制造 快速原形制造 （RP

9、）快速模具制造 （RT）快速精铸 （QC）快速反求 （RE）生产系统的快速组成 利用计算机网络将智力资源进行优化重组。快速原形制造原理将任何复杂的三维实体用平行的截面去 截取分层，从而获得若干层面；再将这些层 面叠加起来就可还原成三维实体。 快速原形制造原理分层虽然增加了数据处理工作量，但是它 将三维问题简化为二维问题，不但简化了下 一步的数据处理难度，而且彻底地消除了制 造中的几何干涉问题，即制造将不再受零件 复杂程度的限制。 快速成形技术的特点 由以上各种工艺的原理可以看出，快速成形技术有一个共 同的特点，即先将产品零件作分层处理，然后再一层层地叠加 。这一特点，决定了快速成型技术有以下特

10、点。 可以加工出任意形状的产品零部件； 可以加工多种材料，以得到不同的机械性能和热特性的工件； 不需要制造专用的模具、夹具； 不需要编制工艺文件； 非常适合于计算机集成制造； 制造速度快； 成本几乎与零件的复杂程度和生产批量无关，因此快速成型制 造技术适合于小批量零部件，尤其是一些独特的零部件。第四节 纳米技术简介纳米技术是指0.1 - 100 nm（0.0001- 0.1m）的材 料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。* 纳米技术与切削技术的不同切削技术 纳米技术 加工对象 金属层 原子、分子 物理实质 金属层的剪切、滑移 切断原子间的结合目的 切除多余金属 去除原子、分子 加工条件 刀具

11、硬度工材硬度 切断能量原子间的结合 能IT 1 m 1nm纳米级加工的主要方向和主要方法是直接利用光子 、电子、离子等基本能子的加工。扫描隧道显微加工技术 扫描隧道显微镜的发明初期是用于测量试件表面纳米级的形貌，不久又发明了原子 力显微镜。在这些显微探针检测技术的实用 中发现可以通过显微探针操纵试件表面的单 个原子，实现单个原子和分子的搬迁、去除 、添加和原子排列重组，实现极限的精加工 ，原子级的纳米加工。扫描隧道显微加工原理当显微镜的探针对准试件表面某个原子并非常接近时，试件上的该原子受到两个力，一 个是探针尖端原子对该原子间作用力，另一个 是试件其他原子对该原子间的结合力。如果探 针尖端原

12、子和该原子的距离小到某个极小距离 时，探针针尖可以带动该原子跟随针尖移动而 又不脱离试件表面，实现了试件表面的原子搬 迁。扫描隧道显微加工现状1990年美国IBM的D.M.Eigler等人在4K和超真 空环境中用STM将Ni（110）表面吸附的Xe原子逐 一搬迁，最终以35个Xe原子排列成IBM三个字母 ，每个字母高5nm，Xe原子间最近距离约1nm。 扫描隧道显微加工现状北京真空物理实验室，用电流脉冲工作模 式搬动Si表面的原子，写出“中国”字样。扫描隧道显微加工现状我国科学家 应用类似方法操 纵铁原子成功地 排列出“原子”二 字的图案。 扫描隧道显微加工现状我国能够按 照人的意愿操纵 原子写字是1993 年末，当时首先 写出来的是“毛 泽东”和“100”。 因为当时正是毛 泽东诞生100周 年。 原子级加工技术正在研究对大分子 中的原子搬迁、增加原子、去除原子和 原子排列的重组。这无疑可以创造很多 按人类需要而制成的新材料，对蛋白质 分子的修改将对纳米生物学开拓一个广 阔的新天地。