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1、装 配 钳 工 工 艺 学,09CD6,第十章 先进制造技术简介,1。了解制造技术的基本概念与发展状况、内涵及特点、发展趋势。 2.了解现代制造生产模式。 3.熟悉各种先进加工技术方法。 4.熟悉柔性制造系统技术。,09CD6,第一节 先进制造技术概述,1)用机器代替手工，从作坊转变为工厂。 2)从单件生产方式发展成大量生产方式。 3)柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术。 1)计算机辅助设计(CAD)技术普及化。 2)快速原型制造技术由起步迈向成熟，应用初具规模。,一、制造技术的基本概念与发展概况,1.制造技术的基本概念 .传统制造业及其技术的发展,.现代制造及其技术的发展 4.先进
2、制造技术在我国的发展状况,09CD6,第一节 先进制造技术概述,3)精密工程与加工技术水平显著提高，在汽车零部件、重大装配制造中获得广泛应用。 4)热加工工艺模拟优化技术取得重要进展，使材料热加工由“技艺”走向“科学”。 5)激光加工在基础研究和技术开发方面有实质性进展，产业应用获得经济效益。 6)数控技术取得重要进展，国内市场占有率有所提高。 7)现场总线智能仪表的研究开发获重要进展，应用已有一定的基础。,09CD6,第一节 先进制造技术概述,8)微型机械研究进展迅速，标志着先进制造技术正向微观领域扩展。 9)现代集成制造系统研究和应用取得突破，在国际上占有一席之地。 10)新生产模式的研究
3、和实践具有特色，推动了中国制造业的技术进步和管理现代化。,二、先进制造技术的内涵及特点,1.先进制造技术的定义 2.先进制造技术的内涵 3.先进制造技术的特点,09CD6,第一节 先进制造技术概述,(1)先进性 先进制造技术的核心和基础是经过优化的先进工艺(优质、高效、低耗、清洁工艺)。 (2)广泛性 先进制造技术不是单独分割在制造过程的某一环节，而是将其综合运用于制造的全过程，它覆盖了产品设计、生产设备、加工制造、销售使用、维修服务，甚至回收再生的整个过程。,09CD6,第一节 先进制造技术概述,(3)实用性 先进制造技术的发展是针对某一具体的制造目标(如汽车制造、电子工业)的需求而发展起来
4、的先进、适用技术，有明确的需求导向；先进制造技术不是以追求技术的高新度为目的，而是注重产生最好的实践效果，以提高企业竞争力和促进国家经济增长和综合实力为目标。 (4)集成性 先进制造技术由于专业、学科间的不断渗透、交叉、融合，界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为一体的新兴交叉学科，因此可以称其为“制造工程”。,09CD6,第一节 先进制造技术概述,(5)系统性 随着微电子、信息技术的引入，先进制造技术能驾驭信息生成、采集、传递、反馈、调整的信息流动过程。 (6)动态性 它不断地吸收各种高新技术成果，将其渗透到企业生产的所有领域和产品寿命循
5、环的全过程。,图10-1 先进制造技术的体系结构,三、先进制造技术的体系结构及分类,1.先进制造技术的体系结构,09CD6,第一节 先进制造技术概述,(1)现代设计技术 1)计算机辅助设计技术。 2)性能优良设计基础技术。 3)竞争优势创建技术。 4)全寿命周期设计技术。 5)产品设计技术。 6)设计试验技术。 (2)先进制造工艺技术 1)精密铸造技术。,2.先进制造技术的分类,09CD6,第一节 先进制造技术概述,2)精确塑性成形技术。 3)优质高效焊接及切割技术。 4)优质低耗洁净热处理技术。 5)高效高精机械加工工艺。 6)现代特种加工工艺。 7)新材料成形加工技术。 8)优质清洁表面工
6、程新技术。 9)快速模具制造技术。,09CD6,第一节 先进制造技术概述,(3)制造自动化技术 制造自动化是指用机电设备工具取代或放大人力，甚至取代和延伸人的部分智力，自动完成特定的作业，包括物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化。 1)数控技术。 2)工业机器人。 3)柔性制造系统(FMS)。 4)自动检测及信号识别技术。 5)过程设备工况监测与控制。 (4)系统管理技术,09CD6,第一节 先进制造技术概述,1)先进制造生产模式。 2)集成管理技术。 3)生产组织方法。,四、先进制造技术发展趋势,09CD6,第二节 先进加工技术简介,1.激光加工的原理与特点,图10-2
7、固体激光器加工原理示意图,1)加工范围广，几乎可以加工任何金属与非金属材料，,一、激光加工技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,如钢材、耐热合金、高熔点材料、陶瓷、宝石、玻璃、硬质合金和复合材料等。 2)属于高能束流加工，不存在工具的磨损和更换问题。 3)加工时不产生振动和机械噪声，加工效率高，可实现高速打孔和高速切割，也易于实现加工过程自动化。 4)属非接触加工，工件不受机械切削力，能加工易变形的薄板和橡胶等弹性工件。 5)加工速度快，热影响区小。 6)激光可通过玻璃、空气及惰性气体等透明介质进行加工，如可对隔离室或真空室内工件进行加工。,09CD6,第二节 先进加工技术简介,7)激光
8、可以通过聚焦，形成微米级的光斑，输出功率的大小又可以调节，因此可用于精密微细加工。 1)激光器。 2)激光器电源。 3)光学系统。 4)机械系统。 1)激光表面处理。 2)激光焊接。,2.激光加工的基本设备,3.激光加工的应用,09CD6,第二节 先进加工技术简介,3)激光打孔。 4)激光切割。,表10-1 不同材料的原子间结合能密度,(1)纳米级尺寸精度 1)较大尺寸的绝对精度很难达到纳米级。,二、纳米级加工技术,1.概述 2.纳米级加工的物理实质,3.纳米级加工精度,09CD6,第二节 先进加工技术简介,2)较大尺寸的相对精度或重复精度达到纳米级。 3)微小尺寸加工达到纳米级精度。 (2)
9、纳米级几何形状精度 这在精密加工中经常遇到，例如，精密轴和孔的圆度和圆柱度；精密球(如陀螺球、计量用标准球)的圆度；制造集成电路用的单晶硅基片的平面度；光学、激光、X射线的透镜和反射镜、要求非常高的平面度或是要求非常严格的曲面形状。 (3)纳米级表面质量 表面质量指包括表面粗糙度内在的表层物理状态。,4.纳米级加工的LIGA技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,1.概述,图10-3 Salomon高速切削理论的示意图,三、高速切削技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(1)高速主轴 高速主轴是高速切削的首要条件，对于不同的工件材料，目前的切削速度可在5100m/s的范围内选取。 1
10、)滚珠轴承高速主轴。 2)液体静压轴承高速主轴。 3)气体静压轴承高速主轴。 4)磁浮轴承高速主轴。,2.高速切削的关键技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(2)高速切削机床结构 自20世纪90年代起，高速切削机床开始向两个方向发展：一是在普通机床的基础上对关键零部件进行改进；二是研制完全不同于普通机床的新型结构机床。 1)进给驱动系统高速化。,图10-4 六杆机床的结构和运动原理示意图,09CD6,第二节 先进加工技术简介,2)运动部件轻量化和伺服进给控制精密化。 3)新运动原理机床的出现六杆机床(又称并联结构机床)。 (3)高速切削的刀具系统 高速切削时的一个主要问题是刀具磨损，另
11、外，由于高速切削时离心力和振动的影响，刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能。 (1)精密加工 加工精度为0.33m，表面粗糙度为0.030.3m。,四、超精密加工技术,1.概述,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(2)超精密加工(或称亚微米加工) 加工精度为0.03m0.3m，表面粗糙度为0.0050.03m。 (3)纳米加工 加工精度为0.03m，表面粗糙度优于0.005m以上。 (1)概述 超精密车削加工主要是指金刚石刀具超精密车削，一般称为金刚石刀具切削或SPDT技术(Single Point Diamond Turning)。 (2)超精密金刚石切削的机理 超精密切削加工与普通切削
12、加工的重要区别就是背吃刀量小，一般都在微米级。,2.超精密车削技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,1)切削刃的粗糙度。 2)切削刃口的复映性。 3)毛刺与加工变质层。 (3)超精密切削加工用金刚石刀具 1)刀具刃口的锋利性。 2)切削刃的粗糙度。 3)刀具与被切削材料的亲和性。 4)刀具的切削刃强度高、耐磨损。,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(4)金刚石车削的应用范围 金刚石车削早期主要用来加工非铁金属材料，如无氧铜或铝合金等，其产品主要是各种光学系统中的反射镜，如激光切割机床中的反射镜等。 (1)概述 超精密磨削和磨料加工是利用细粒度的磨粒和微粉对钢铁材料、硬脆材料等进行加工
13、的，利用这种技术可以得到较高的加工精度和较低的表面粗糙度。 1)固结磨料加工。 2)游离磨料加工。,3.超精密磨削和磨料加工技术,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(2)超精密砂轮磨削技术 超精密磨削指加工精度在0.1m以下、表面粗糙度在0.025m以下的砂轮磨削方法，此时因磨粒去除切屑极薄，将承受很高的压力，其切削刃表面受到高温和高压作用，因此，需要用人造金刚石、立方氮化硼(CBN)等超硬磨料砂轮。 (3)超精密砂带磨削技术 砂带制作质量较提高，砂带上砂粒的等高性和微刃性较好，并采用带有一定弹性的接触轮材料，使砂带磨削具有磨削、研磨和抛光的多重作用，从而可以达到高精度和低表面粗糙度值。,
14、09CD6,第二节 先进加工技术简介,(4)ELID(电解在线修整)超精密镜面磨削技术 ELID技术的基本原理是利用在线的电解作用对金属基砂轮进行修整，即在磨削过程中在砂轮和工具电极之间浇注电解液并加以直流脉冲电流，使作为阳极的砂轮金属结合剂产生阳极溶解效应而被逐渐去除，使不受电解影响的磨料颗粒凸出砂轮表面，从而实现对砂轮的修整，并在加工过程中始终保持砂轮的锋锐性。,图10-5 ELID磨削原理示意图,09CD6,第二节 先进加工技术简介,图10-6 ELID的修整循环示意图,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(5)电泳磨削技术 基于超微磨粒电泳效应的磨削技术即电泳磨削技术也是一种新的超精
15、密纳米级磨削技术，其磨削机理是利用超细磨粒的电泳特性，在加工过程中使磨粒在电场力作用下向磨具表面运动，并在磨具表面沉积形成一超细磨粒吸附层，利用磨粒吸附层对工件进行切削加工，同时新的磨粒又不断补充，如图10-7所示。,图10-7 电泳磨削示意图,09CD6,第二节 先进加工技术简介,(6)超精密研磨与抛光技术 1)超精密研磨技术。 2)磁流体精研技术。 3)磁力研磨技术。 4)电解研磨、机械化学研磨、超声研磨等复合研磨方法。 5)软质磨粒机械抛光。 6)超精研抛。,09CD6,第三节 柔性制造系统技术简介,1)设备利用率高，占地面积小。 2)减少直接劳动工人数。 3)产品质量高而稳定。 4)减
16、少在制品库存量。 5)投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高。,二、柔性制造系统(FMS)的定义及组成,一、柔性制造系统技术概述,1.FMS的定义 2.FMS的组成,09CD6,第三节 柔性制造系统技术简介,(1)加工系统 加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。 (2)储运系统 包含传送带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工件和原材料等物料进行自动装卸和传送。 (3)计算机控制系统 能够实现对FMS的运行控制、刀具管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。,图10-8 FMS的组成框图及功能特征,09CD6,第三节 柔性制造系统技术简介,图10-9 典型的柔性制造系统示意图,09CD6,第三节 柔性制造系统技术简介,1.控制系统的结构,图10-10 FMS多级递阶控制系统,三、柔性制造系统(FMS)的控制,09CD6,第三节 柔性制造系统技术简介,(1)中央管理计算机 中央管理计算机主要是负责全面的管理工作和支持FMS按计划的调度和控制，它通过如下的三个方面与下层系
