《机械制造技术 教学课件 ppt 作者 任家隆 第10章 机械制造技术的展望》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机械制造技术 教学课件 ppt 作者 任家隆 第10章 机械制造技术的展望（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第10章 机械制造技术的展望,10.1 机械制造系统自动化的发展 10.2 精密加工和超精密加工 10.3 环境保护与可持续制造,10.1 机械制造系统自动化的发展,10.1.1 机械制造系统自动化 1)提高或保证产品的质量。 2)减少人的劳动强度、劳动量，改善劳动条件，减少人的因素影响。 3)提高生产率。 4)减少生产面积、人员，节省能源消耗，降低产品成本。 5)提高对市场的响应速度和竞争能力。,10.1 机械制造系统自动化的发展,表10-1 三种自动化方式的比较,10.1 机械制造系统自动化的发展,表10-1 三种自动化方式的比较,10.1 机械制造系统自动化的发展,表10-1 三种自动化
2、方式的比较,10.1 机械制造系统自动化的发展,10.1.2 柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS) 1.柔性制造系统的特点和适用范围,图10-1 柔性制造系统的适用范围,10.1 机械制造系统自动化的发展,1)具有高度柔性。 2)设备利用率高。 3)自动化程度高、稳定性好、可靠性强，可以实现长时间连续自动工作。 4)产品质量、劳动生产率有所提高。 2.柔性制造系统的组成和结构,10.1 机械制造系统自动化的发展,图10-2 柔性制造系统的组成,1)以成组技术为核心的零件编组。,10.1 机械制造系统自动化的发展,2)以托盘和运输系统为核心的物料输送
3、和存放。 3)以数控机床(或加工中心)为核心的自动换刀、换工件的自动加工。 4)以各种自动检测装置为核心的故障诊断、自动测量、物料输送和存储系统的监视等。 5)以微型计算机为核心的智能编排作业计划。 3.柔性制造系统的分类 (1)柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell，FMC) FMC由一台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人所组成，采用切削监视系统实现自动加工，在不停机的情况下转换工件进行连续生产。,10.1 机械制造系统自动化的发展,图10-3 柔性制造系统,10.1 机械制造系统自动化的发展,图10-4 FMC的基本布局形式 a)FM
4、C的基本布局 b)配置机器人的柔性制造单元,10.1 机械制造系统自动化的发展,(2)柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS) 它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有自动上下料装置、自动输送装置和自动化仓库，并能实现监视功能、计算机综合控制、数据管理、生产计划和调度管理功能。 (3)柔性制造生产线(Flexible Manufacturing Line，FML) 它是针对某种类型(族)零件，带有专业化生产或成组化生产特点的生产线。 (4)柔性制造工厂(Flexible Manufacturing Factory，FMF) 柔性
5、制造工厂由各种类型的数控机床或加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造生产线等组成，完成工厂中全部机械加工工艺过程(零件不限于同族)、装配、涂装、试验、包装等，具有更高的柔性。,10.1 机械制造系统自动化的发展,10.1.3 计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS) 1. CIMS的基本概念 2. CIMS的构成 (1)功能构成 从功能上看，CIMS包括了一个制造企业中设计、制造、经营管理和质量保证等主要功能，并运用信息集成技术和支撑环境使以上功能有效集成。,图10-5 CIMS的功能构成,10.1 机械制造系统自
6、动化的发展,1)工程设计自动化系统。 2)制造自动化系统。 3)经营管理信息系统。 4)质量管理信息系统。 5)支撑环境系统。 (2)结构构成 任何企业都具有层次结构，但各层的职能及信息特点可能不同。 (3)学科构成 CIMS是一个跨多个学科的复杂大系统。 3.实施CIMS的效益 1)产品质量提高200%500%。 2)生产率提高40%70%。 3)设备利用率提高200%300%。,10.1 机械制造系统自动化的发展,4)生产周期缩短30%60%。 5)在制品减少30%60%。 6)工程设计费用减少15%30%。 7)人力费用减少5%20%。 8)工程师的设计能力提高300%3500%。 4.
7、 CAD/CAPP/CAM之间的集成 (1)CAD/CAPP/CAM三者之间的集成关系 在CIMS中，CAD是CAPP的输入，其主要完成的任务是机械零件的设计，即机械零件的几何造型及绘图，它输出的主要是零件的几何信息(图形、尺寸、公差等)和加工信息(材料、热处理、批量等)。,10.1 机械制造系统自动化的发展,图10-6 CIMS实验工程系统结构图,10.1 机械制造系统自动化的发展,图10-7 CAD、CAPP、CAM的集成关系,(2)集成环境下的CAD 需完成零件的几何元素定义、工程绘图、,10.1 机械制造系统自动化的发展,特征定义、模型管理及相关的一些公共功能。 (3)集成环境下的CA
8、PP 需完成零件特征信息获取、工艺决策专家系统、工序图生成、工艺文件管理和知识库管理功能。 (4)集成环境下的CAM 具有信息处理及刀位计算、刀位文件编辑及加工仿真、视图变换和后置处理功能。,10.2 精密加工和超精密加工,10.2.1 精密加工和超精密加工的概念 1.精密加工和超精密加工的范畴 2.精密加工和超精密加工特点 (1)蜕化和进化加工原则 一般加工时，工作母机(机床)的精度总要比被加工零件的精度高，这一规律称为蜕化原则。 (2)微量切削 超精密加工时，吃刀量极小，属于微量切除和超微量切除，因此对刀具刃磨、砂轮修整和机床都有很高要求。 (3)形成了综合制造工艺系统 在精密加工和超精密
9、加工中，要达到高加工精度和高表面质量要求，需综合考虑加工方法、加工设备与工具、测试手段、工作环境等多种因素，因此，精密加工和超精密加工是一个系统工程，不仅复杂，而且难度较大。,10.2 精密加工和超精密加工,(4)与自动化技术联系紧密 精密加工和超精密加工中采用了计算机控制、在线检测、适应控制、误差补偿等技术，以减少人为因素的影响，可提高加工质量。 (5)特种加工和复合加工应用越来越多 精密加工和超精密加工中，不仅有传统加工方法，如超精密车削、磨削等，而且有特种加工和复合加工方法，如精密电加工、激光加工、电子束加工等。 (6)加工检测一体化 精密加工和超精密加工中，加工和检测紧密相连，有时采用
10、在线检测和在位检测(工件加工完毕后不卸下，在机床上直接进行检测)，甚至进行在线检测和误差补偿，以提高加工精度。 10.2.2 精密加工和超精密加工的方法,10.2 精密加工和超精密加工,图10-8 精密加工和超精密加工的方法,10.2.3 几种具有代表性的精密加工和超精密加工的方法,10.2 精密加工和超精密加工,1.金刚石刀具超精密切削 (1)金刚石刀具超精密切削的原理 由于金刚石刀具超精密切削属于微量切削，故其原理与一般切削有较大差别。 (2)影响金刚石刀具超精密切削的因素 1)刀具刃磨质量。,图10-9 金刚石刀具的研磨,10.2 精密加工和超精密加工,2)刀具几何角度。 3)超精密加工
11、机床。,图10-10 两种金刚石车刀,4)被加工材料。,10.2 精密加工和超精密加工,5)工件的定位和夹紧。 6)工作环境。 (3)金刚石刀具超精密切削的应用 金刚石精密切削最初主要应用于加工各种精密的光学反射镜。 2.固体磨料精密与超精密加工 (1)精密磨削 1)精密磨削的原理。 微刃的微切削作用。磨粒的微刃性和等高性如图10-11所示。,图10-11 磨粒的微刃性和等高性,10.2 精密加工和超精密加工,微刃的等高切削作用。 微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。 2)影响精密磨削质量的因素。 精密磨削砂轮及其修整。精密磨削时，磨粒上大量的等高微刃是通过金刚石修整工具以极低且均匀的进给精细修整而得
12、到的，故砂轮修整是精密磨削的关键之一。,图10-12 砂带振动磨削方式 a)闭式砂带磨削 b)开式砂带磨削,10.2 精密加工和超精密加工,精密磨床结构。精密磨床应有高几何精度以保证工件的几何形状精度；应有高精度的横向进给机构，以保证工件的尺寸精度；砂轮修整时应有微刃性与等高性；应有低速稳定性好的工作台作为纵向移动机构，以防产生爬行及振动，保证砂轮修整质量和加工质量。 磨削参数的选择。 磨削工作环境。 (2)精密和超精密砂带磨削 砂带磨削是一种新的高效磨削方法，能得到高的加工精度和表面质量，具有广阔的应用范围，可补充或部分代替砂轮磨削。 1)砂带磨削方式。,10.2 精密加工和超精密加工,闭式
13、砂带磨削。采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带高速回转，砂带线速度为30m/s，可用于粗加工和精加工。 开式砂带磨削。采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作缓慢的移动，砂带绕过接触轮外圆以一定的工作压力与工件被加工表面接触，从而对工件进行磨削。由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区域不断出现新砂粒，因此磨削工作状态稳定，磨削质量高、效果好，多用于精密和超精密磨削，但效率不如闭式砂带磨削。 2)砂带磨削的特点及其应用范围。,10.2 精密加工和超精密加工,砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，具有抛光作用，同时还能减振，故有弹性磨削之称。加之
14、工件受力小，发热少，因而可获得好的加工表面质量，Ra值可达0.02m。 用静电植砂法制作砂带，磨粒有方向性，尖端向上，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦生热少，散热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效地减少了工件变形和表面烧伤，故又有冷态磨削之称。 强力砂带磨削的效率可与砂轮磨削媲美。砂带不需修整，磨削比(切除工件质量与砂带磨耗质量之比)较高，因此有高效磨削之称。,10.2 精密加工和超精密加工,可生产各种类型的砂带磨床，用于加工内、外表面及成形表面。砂带磨削头架可作为部件装在车床等各类机床上进行磨削加工。可加工各种金属和非金属材料，有很强的适应性。 (3)超硬磨料砂轮精密和超精
15、密磨削 超硬磨料砂轮目前主要指金刚石砂轮和立方氮化硼(CBN)砂轮，主要用来加工难加工材料，如各种高硬度、高脆性金属及非金属材料。 1)超硬磨料砂轮磨削的特点。 可加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，对于钢铁等材料适合采用立方氮化硼砂轮来磨削。 磨削能力强，耐磨性好，砂轮寿命长，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。 磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好。,10.2 精密加工和超精密加工,磨削效率高。 加工综合成本低。 2)超硬磨料砂轮的修整。 整形。通常采用碳化硅砂轮或金刚石笔进行整形。 修锐。修锐的目的是去除部分结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度(一般为磨粒尺寸的1/3左右)，目前多采用
16、电解方法进行在线修锐。 3.游离磨料加工 (1)弹性发射加工 弹性发射加工靠抛光轮高速回转(并施加一定的工作压力)，造成磨料的弹性发射进行加工。 (2)液体动力抛光 在抛光工具上开有锯齿槽，如图10-14所示。,10.2 精密加工和超精密加工,图10-13 弹性发射加工,10.2 精密加工和超精密加工,图10-14 液体动力抛光,4.微细加工技术,10.2 精密加工和超精密加工,(1)微细加工及其特点 微细加工起源于半导体制造工艺，原来是指制造微小尺寸零件的生产加工技术，其加工尺度约在微米级范围。 (2)微细加工方法 微细加工方法和精密加工方法一样，也可分为切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工，大多数方法是共同的。,10.2 精密加工和超精密加工,表10-2 常用的微细加工方法,10.2 精密加工和超精密加工,表10-2 常用的微细加工方法,10.2 精密加工和超精密加工,表10-2 常用的微细加工方法,10.2 精密加工和超精密加工,表10-2 常用的微细加工方法,10.2 精密加工和超精密加工,表10-2 常用的微细加工方法,10.3 环
