先进制造技术概论 .ppt

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1、先进制造技术概论 (AMT),课程编号：5601090 学 分：2 学生班级：材料0505-0507班 课程性质：专业大类课、限选课 基本要求：巩固制造技术基础知识；了解先进制造技术的最新研究成果；掌握1-2项先进制造技术/方法；开阔视野；培养创新意识/能力。 开课时间：07-08年度 第2学期 每周4学时 / （每次2学时） 授课方式：课堂教学/一次参观 周二材213室 /周五II馆212室 考核形式：课堂考试（开卷） 或 文献查阅与综述（中、外文）3页；大作业7页。 主讲教师：王续跃 Tel: 86929050 Email: 主要参考书：王润孝 主编 先进制造技术导论 焦振学 编著 先进

2、制造技术 赵汝嘉 主编 先进制造系统导论 查阅中英文（外文）文献/网上信息8-10篇，外文不少于3篇。,课程简介 单项技术 制造自动化技术 先进制造模式,单项技术,精密与超精密加工技术 超高速加工技术 高能束流加工与复合加工技术 MEMS技术 RPM技术 生物制造技术,制造自动化技术,GT CAD/CAPP/CAM NC/CNC FMS CIMS,先进制造模式,智能制造 敏捷制造 并行工程 虚拟制造 绿色制造 精益制造,讨论1 先进？ 机械？ 材料制备、成型、切削、加工、制造、生产？,Mechanical Engineering deals with anything which moves.

3、 Advanced Technology means any technique or method that relate leading edge or high quality.,讨论2 零件？ 产品？ 质量？,第一章 概述 (BI) 基本概念：生产方式，品种与批量，规模/系列，质量，成本，时间，服务，制造技术/先进制造技术 产品特点：品种多样化-需求的个性化、多样化，时尚化； 制造者：抢先占领市场，制造装备系统/ 竞争。 生产方式：单件/小批；大批大量；“中等”批量。 制造技术发展特点：常规制造工艺的优化；加工方法不断创新；学科间的界限逐渐淡化；设计由经验走向定量分析；工艺技术与信息、

4、管理结合。 可持续发展：人与自然的关系/技术与资源利用,第一节 生产系统与机械制造系统 机械制造系统任务：高效率和低消耗地制造出高质量的产品 生产系统组成：以机床和机械加工等生产技术为中心的“物质流” 以生产管理和信息等管理技术为中心的“信息流” 为工艺装备提供动力的“能量流” 任何一个工厂：都是一个有输入和输出、信息流和物质流的生产系统。 典型生产系统：决策级；经营管理级；设计制造级。 设计制造级：包括开发和设计；生产工艺和调度；制造三个子系统 技术装备形式：制造业机械制造/先进机械制造机械加工/先进机械加工 - 先进机械制造技术典型代表：CIMS - 局部自动化A 整体自动化A ； - 制

5、造过程自动化A -设计过程自动化A -生产过程自动化A和经营管理过 程自动化A 用系统工程的原理和方法组织生产使工厂的生产和管理科学化。,机械制造系统组成：机床，工具和制造过程（工艺、检验、管理）。 1）机床：为零件成形提供工具与工件之间的相对位置和相对运动，加工出满足图纸技术要求包扩形状、尺寸、几何精度和表面质量的零件。 2）工具：指切削刀具和必要的夹具、模具，测量工具和辅助工具等。 3）制造过程：包括输入材料或毛坯的加工、中间的热处理、探伤检验等转换过程/生产流程和管理等。 4）多级机械制造系统：单台CNC机床构成基本的制造系统，多台CNC机床由一台通用计算机集中控制，形成直接数控DNC制

6、造系统。 生产系统的三个级（决策级；经营管理级；设计制造级）通过集成技术实现计算机控制的一体化管理，形成高效益、高智能计算机集成制造系统CIMS。,第二节 先进制造技术的概念，特点与分类 先进制造技术: 是制造业不断吸收机械、电子、信息(包括控制论,人工智能等)、能源及现代系统管理等方面成果，将其综合应用于产品设计，制造，检测，管理，销售，使用，服务以及回收的制造全过程，以实现优质，高效，低耗，清洁，灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。 传统制造技术特点：设计独立性强；生产连续稳定；以产品为对象组织生产；准备、生产、装配周期长；生产结构刚性强。 先进制造技术

7、特点：先进性；广泛性；实用性；系统性；集成性；动态性；环保性,先进制造技术分类: 1.现代设计技术：(1) 计算机辅助设计技术： 包括： 有限于元法，优化设计， CAD ，反求工程，模糊智能CAD ，工程数据库。(2) 优良性能设计技术：可靠性设计，安全性设计，动态设计，疲劳设计，减摩与耐磨设计，环境设计，维护设计，测试性设计，人机工程设计。(3) 竞争创建设计技术: 包括：快速响应设计，智能设计，仿真与虚拟设计，工业设计，价值工程设计，模块化设计。(4) 全寿命周期设计技术，并行设计，面向制造设计，全寿命周期设计。(5) 可持续发展产品设计:主要有绿色设计. (6) 设计实验技术:包括：产品

8、可靠性试验，产品环保性试验与控制，仿真试验与虚拟试验。,2. 现代加工工艺：(1) 精密洁净铸造成型工艺，（2）精密高效塑性成型工艺，（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）新型材料成型与加工工艺，（8）优质清洁表面工程新技术， （9）快速模具制造新技术，（10）拟实制造成型加工技术。,3 自动化技术：（1）数控技术，（2）工业机器人，（3）柔性制造系统FMS : 包括： FMS加工系统， FMS物流系统， FMS调度与控制系统， FMS的故障诊断。（4）计算机集成制造系统CIMS，（5）传感技术，（6）自动检测及信

9、号识别技术，（7）过程设备工况监测与控制。 4 系统管理技术： （1）全面质量管理，（2）成组技术，（3）即时生产，（4）物流管理，（5）企业资源规划 5 先进制造模式：（1）先进制造生产模式，包括：精益生产（LP）， CIMS，敏捷制造（AM），网络化制造系统，智能制造。（2）集成管理技术，包括：并行工程，现代信息管理系统，质量保障体系，生产率工程，制造资源快速集成。（3）生产组织方法，包括：虚拟公司理论与组织，企业组织与变革，以人为本的团队建设，企业重组工程。,第三节 先进制造技术发展趋势 面临/适应挑战 （1）新技术革命的挑战 （2）信息时代的挑战 （3）有限资源与日益增长的环保压力的挑

10、战 （4）制造全球化和贸易自由化的挑战 （5）消费观念变革的挑战 发展趋势：柔性化、智能化、集成化、全球化、绿色制造,第四节 先进制造技术自动化制造技术 (1)成组技术(GT)-特点:集中处理,规范化, 信息的重复使用 (2)数控技术（NC)：用数字量及字符发布指令，实现自动控制的技术。 数字化越来越广泛。 （3）CAD功能：建立几何模型，工程分析，动态模拟，自动绘图。 （4）CAPP承接CAD数据，处理转换成CAM加工信息。 （5）CAM类型：直接应用：物流/生产/质量 控制 间接应用：支持CAPP/工装设计/作业计划等 （6）仿真技术(ST)-步骤：定义被建模系统，建立系统模型，收集数据，

11、验证模型，运行模型，维护模型。 （7） FMS适合于多品种，中小批量的生产方式。方向： FMS组成工厂和车间；与CAD/ CAM联结形成综合生产系统；FMC模块化和商品化；配套装备 (8) CAQC-重点考虑：质量控制计划/功能/方法，可以100%检测。 （9）CIM及新一代CIMS适应市场机制的新概念与先进技术的融合。,第五节 先进制造技术的技术前沿 （1）可重组制造技术：研究阶段内容：基础理论；建模于仿真；新的系统；控制与通信 （2）无浪费工艺：无切削加工/废弃物可利用，低消耗工艺/室温代替高温环境 （3）新的材料工艺：指超物理性能的新材料，微型化产品，原子级/纳米制造，属于基因链接，生物

12、工艺。 （4）生物制造技术：包括：用设计酶、细胞组织和生物催化剂的元件制造，还包括用自组织系统和生物原料生产特殊材料的遗传工程。 （5）企业建模和仿真：依靠通信与信息技术；建模工具。 （6）信息技术：把信息转化为知识，进而决策的技术。 （7）增强型人-机界面：例如：语音输入。 （8）新型劳动力培训：适应新技术环境，学习型模式 （9）智能协作系统软件：满足专业不同/语言不同/文化不同的交流，实现联机和协作。以及不同背景企业间协作。,第六节 发达国家制造业的发展战略 美国：68%财富来源于制造业/面临的问题 立法、政策和资金投入、教育、目标 日本：精益生产； 注重满足客户需求；培训 西欧/德国：欧

13、共体；创新 中国：政策、专项基金、联合攻关,第二章 高能束加工与复合加工技术 第一节 概述 1.1 背景 材料、成本、效率 1.2 特点与发展 个性、竞争、全球 1.3 材料 难加工（硬度、韧性、脆性）,第二节 激光加工技术 2.1 激光的产生与特点 产生的条件、三要素、波长、能量/功率，特点 2.2 激光加工基本原理与特点 吸收与反射、能量密度、温度控制，特点 2.3 激光加工设备 组成、运行控制 2.4 激光加工技术的应用 打孔、切割、焊接、改性、清洗、快速成型、直写等,课堂练习 1 本课程包含的主要内容（3个模块，6、5、6章节） 2 设想手机的新功能与对应技术方案,第三节 电子束加工技

14、术 3.1 电子束加工原理和特点 产生的条件、能量/功率，特点 3.2 电子束加工装置 3.3 电子束加工应用 打孔/型孔、切割、焊接、光刻、刻蚀、改性等 第四节 离子束加工技术 4.1离子束加工原理、分类和特点 4.2 离子束加工装置 4.3 离子束加工应用 打孔、切割、焊接、刻蚀、镀膜、改性、注入等,第五节 复合加工技术 5.1 机械复合加工(机械与其它方法复合，超声、化学、热） 5.2 电化学复合加工(电化学与其它方法复合，超声、EDM） 5.3 电火花复合加工(电火花与其它方法复合，超声、EDM、磨削） 5.4 超声复合加工（超声与其它方法复合；应用：清洗、检测、硬脆材料拷贝成型） 5

15、.5 磨料水射流加工（AWJ） 5.6 化学机械抛光（CMP）,第三章 精密与超精密加工技术 概述 成形方式分类：去除成形；受迫成形；堆积成形；生成成形。 先进制造工艺技术的发展现状： 1）加工精度不断提高 从第一台蒸汽机1mm，20世纪中的0.001mm级， 近年来达到10-8mm, 逐步进入原子级的加工。 2）加工速度不断提高 主轴转速：8000-10000rpm;快速进给40-60m/min 3）材料科学促进工艺变革 4）重大装备促进制作造技术发展 5）优质清洁表面工程不断发展 6）精密成型技术进展较大,精密加工 0.1-1um Ra 0.1um 微米级 超精密加工 0.01-0.1um

16、 Ra 0.05um 亚微米级 纳米级加工 0.01-0.001 Ra 0.001um 纳米级 原子级加工 超精密加工的范畴 需求：飞机、潜艇、导弹中的制导仪表的精密陀螺；激光核聚变用的反射镜；大型天文望远镜的透镜；大规模集成电路的各种基片；计算机磁盘基底和复印机磁鼓；高精度的光学元器件；各种硬盘及记忆体的衬底；相关模具等。 超精密加工刀具 天然单晶金刚石 （刃磨质量：晶面选择，最小刃口半径）替代品 CBN 和 金刚石 （砂轮质量：磨料品级、粒度均匀、耐磨性、分布均匀、修整）,超精密加工设备 1）主轴及其驱动装置 圆度基准 回转精度：0.01-0.1um 刚性高 温度恒定控制等 采用空气静压轴承，皮带卸载驱动、磁性联轴节驱动主轴系统 2）导轨及进给驱动装置 直线性基准 直线精度： 0.02-0.2um/100mm 刚性 平稳 无间隙 移动灵敏 采用空气静压导轨、液体静压导轨，0.025um/100mm 3）微量进给装置 尺寸精度分辨率/基准 弹性变形微量进给装置、热变性