先进制造技术.ppt

一 先进生产技术有以下几个方面组成 一 CAD技术1 现代设计方法与技术 2 优化设计技术3 质量与可靠性技术4 有限元分析技术5 计算机辅助装配技术6 数字化产品设计开发7 并向工程技术 二 先进制造技术 精密制造 极端制造 成套制造 绿色制造 1 高速加工技术2 先进刀具技术3 计算机辅助工艺编程技术4 快速原型制造技术5 电加工技术6 成型制造技术7 飞秒激光加工技术8 微小型制造技术9 绿色制造技术 三 精密测量技术 1 精密测量技术2 精密测量仪器 四 先进设备 1 先进切削机床2 先进电加工机床3 高速切削机床4 FMS系统5 CIMS系统 五 先进管理技术 1 ERP MRP技术2 OA技术3 PGS技术4 PDM技术5 CIMS技术 一 CAD 产品的全生命周期 一 CAD 优化设计技术 优化设计是一种现代设计方法 目的是产品或系统设计中寻求最优方案和优化参数 最后达到最优的技术 经济效益的能力 优化设计常用一维搜索方法 无约束问题的优化方法 约束问题的优化方法 用这些方法解决机械优化设计的优化问题 一 CAD 质量与可靠性技术 质量是满足客户需求的能力 分为量技术线内质量 线外质量 质量检验 与质量管理 设计的系统具有可靠性 是系统水平的重要特征 系统可靠性研究系统可靠性指标 系统可靠性模型 可靠性指标分别配 可靠性仿真 可靠性增长等问题 使系统达到预期的可靠性 BK6122EV2型纯电动车 面向电动运载工具的故障树分析 故障诊断专家系统展示 面向电动运载工具的故障树分析 一 CAD 有限元分析技术 有限元分析是一种工程数值计算方法 是一种强有力的计算和分析的手段 它主要是对零件或机械结构进行划分网格 带入零件或结构参数 逐点进行强度 刚度 变形分析 进行逐点的强度校核 校核结果通过图形表达 具有很好的可视性 有限元法方法的工程运用从军工行业发展到民品行业 a 钟表机构的有限元分析结果 表面形貌数值模拟图 一 CAD 计算机辅助装配技术 计算机辅助装配技术也称虚拟装配 指在计算机上进行零部件的装配 检验设计的正确性和产品的可用性 它首先在计算技术建立零件的三维立体模型 再按装配关系及顺序进行装配工作 如发生干涉等情况则报警并发现 使得研制速度大大加快 一 CAD 数字化产品设计开发 数字化产品设计开发是指借助PDM方法对产品进行数字化设计 进行三维建模 建模后的数字化数据进行自动处理储存 后续工作中强度 刚度校核 计算机辅助装配 计算机绘图及后续的计算机辅助制造都应用这些数字化数据 使设计制造一体化 数字化 一 CAD 并行工程技术 过去的设计制造是串行的 即先进行完设计 再进行工艺准备 再进行加工装配 这样设计生产周期长 费用高 采用并行工程思想及相应软件 使设计制造同时考虑 设计中考虑制造装配的问题 可以缩短研制周期 节约成本 因此 近年来 并行工程用有广泛 二 先进制造技术传统机械加工工艺及先进制造 35 特种加工 激光加工FIB加工RIE加工 复合加工 物理化学等离子腐蚀充电放电 二 先进制造技术 高速加工技术 加工分为粗加工 半精加工 精加工 光整加工 以往的精加工采用磨削方法 80年代后 高速切削加工方法被接受 高速切削加工是指用常规切削速度的5 10倍速度进行切削 可以达到磨削的效果 但比磨削环保 切削力小 变形小 效率高 高速加工要采用高速机床 采用先进加工刀具 二 先进制造技术 先进刀具技术 切削加工离不开刀具 传统的刀具材料有高速钢和硬质合金 其切削速度为30米 分及180米 分以下 要进行高速切削或提高生产率 重要的方法是提高刀具的切削加工性 近年来 涌现出的先进切削刀具有涂层刀片 陶瓷刀具 立方氮化硼刀具 人造金刚石刀具等 使切削速度达到1000米 分以上 大大提高了劳动生产率 提高了加工精度 滚刀模数m 0 05mm外径D 25mm滚刀铲磨量K 0 6mm容屑槽深度H 3 0mm 二 先进制造技术 计算机辅助工艺编程技术 CAPP技术 编制工艺规程是加工前的重要工艺准备阶段 过去 编制工艺规程是根据工艺原则手工编制的 近来 采用计算机辅助工艺编程技术 CAPP技术 越来越普遍 它首先针对确定的产品系列进行零件族分析 进而面向产品系列的典型零件族 相似零件组 进行工艺规程设计 采用计算机编制成组工艺规程 选择 配置加工设备 用综合分析法编制工艺过程卡 最后 根据给定的零件采用创成法或检索法生成工序卡片 极大地提高了零件工艺编制的的速度 并使加工工艺优化 2020 3 15 51 可编辑 二 先进制造技术 快速原型制造技术 快速原型制造方法产生于80年代后期 它于过去传统的去除加工完全不同 而是一种将材料进行累加或堆积的近无废料的高新制造技术 这种新的制造方法是二十世纪制造领域内一次最重大的原理性的技术突破 被美国汽车工程杂志评为全球15项重大技术发明之首 受到全球制造业的广泛关注 55 液槽中盛满液态光固化树脂 激光束在偏转镜作用下 能在液态表面上扫描 扫描的轨迹及光线的有无均由计算机控制 光点打到的地方 液体就固化 图1 3光固化快速成型原理 典型快速成型系统 光固化快速成型SLA 二 先进制造技术 成型制造技术 成形制造是利用模具给被加工材料施加一定的力使之产生变形而获得所需形状的制造加工方法 这种成形方法既适用于金属材料的制造加工也适用于非金属材料的制造加工 特别地 由于金属材料的成形加工是在塑性范围内进行的 因此 它所具有的优点是其他制造方法不能代替的 二 先进制造技术 飞秒激光加工技术 飞秒激光以其极高的峰值功率和较低的平均功率的完美结合 开创了材料超精细 低损伤和空间3D加工和处理的新领域 该技术在超精密激光切割 激光打孔取得了重要进展 是超精密加工的重要手段 另外 飞秒激光加工可进行三维透明材料物体内部进行微细加工 不损伤材料表面 还可进行退火处理 可以很好的抑制掺杂物的扩散 在电子元器件的制造中也有广泛用途 二 先进制造技术 微小型制造技术 微小型零件是指尺寸特征为1 m至10 的零件 它是极端制造的重要部分 微机械在军事上有重要用途 采用硅微细加工技术 光刻技术 高能束刻蚀加工技术 LIGA技术 精密微细电火花加工技术 精密微细电解加工技术 精密微小型数控加工技术可以达到加工要求 微细加工的基础 62 1 精密机床 精密传动精密测量反馈振动平衡配置 2 精密工具 金刚石刀具金刚石砂轮微细电极等 3 严格加工条件 细化加工参数温度湿度管理严格操作规范 在线检测 平衡配置 Microdrillingtool 63 Micromechanics 64 Hinges journalbearingsandlinearbearingsareexamplesofmechanisms Micromechanics 65 Microcircuitboard 66 Microgrinding 67 f0 04 f0 08 1 加工精度高 2 表面质量高 3 可加工材料多 二 先进制造技术 电加工技术 工作原理 电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时火花放电所产生的高温熔蚀工件表面材料来实现加工 工具电极 一般为钼丝 钨丝或铜丝 3 1电火花加工 进给系统 放电间隙 工具电极 工件电极 直流脉冲电源 工作液 图1 15电火花加工原理图 图1 16线切割加工原理图 图1 17线切割机床及加工 电火花线切割机床 电火花线切割加工 加工过程显示 3 1电火花加工 电火花的加工精度 粗加工 Ra10 20 m 半精加工 Ra2 5 10 m 精加工 Ra0 32 2 5 m 应用 加工硬 脆 韧 软和高熔点的导电材料 加工半导体材料及非导电材料 加工各种型孔 曲线孔和微小孔 加工各种立体曲面型腔 如锻模 压铸模 塑料模 切断 切割以及进行表面强化 刻写 打印铭牌和标记等 原理 利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理对工件进行成形加工的一种方法 3 2电解加工 图1 18电解加工原理图 10 24V 0 5 2MPa 0 05 1 0mm 特点 工作电压小 工作电流大 以简单的进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔 可加工难加工材料 生产率较高 约为电火花加工的5 10倍 加工中无机械切削力或切削热 适于易变形或薄壁零件的加工 平均加工公差可达 0 1mm左右 附属设备多 占地面积大 造价高 电解液既腐蚀机床 又容易污染环境 3 2电解加工 应用 加工型孔 型腔 复杂型面 小直径深孔 膛线 去毛刺 刻印等 3 2电解加工 旋转盘7腰形槽工件 电解加工弹膛抛壳槽剖视 表面粗糙度 加工铝合金型面时 Ra0 2 Ra0 4加工镍基铸造合金 Ra0 16 Ra0 8 原理 通过光学系统将激光聚焦成一个极小的具有极高功率密度的光斑 使工件材料瞬时气化 激光打孔 或使材料熔融 激光焊接 3 3激光加工 图1 19激光机加工原理图 特点 不需要加工工具 激光束的功率密度很高 几乎对任何难加工金属和非金属都可加工 激光加工是非接触加工 工件无受力变形 激光打孔 切割速度很高 加工部位周围的材料几乎不受切削热的影响 工件热变形很小 激光切割的切缝窄 切割边缘质量好 3 3激光加工 原理 利用超声频 16 25KHz 振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨料 由磨粒对工件表面撞击抛磨来加工 3 4超声波加工 图1 20超声波加工原理图 特点 能获得较好的加工质量 一般尺寸精度可达0 01 0 05mm Ra0 4 0 1 m 3 4超声波加工 应用 在加工难切削材料时 常将超声振动与其它加工方法配合进行复合加工 如超声车削 超声磨削 超声电解加工 超声线切割等 这些复合加工方法把两种甚至多种加工方法结合在一起 能起到取长补短的作用 使加工效率 加工精度及工件的表面质量显著提高 图1 21超声波加工样件 14 绿色制造技术 人类逐步认识到环境保护对人类发展的重要性 从上世纪末相继提出了清洁生产 绿色制造 可持续发展 循环经济等思想和理论 也提出了相应的方法与手