第八章 现代制造技术幻灯片.ppt

第八章现代制造技术 第一节概述第二节非传统加工技术与快速成型制造技术第三节超精密加工与微细加工技术第四节制造自动化技术和现代制造模式 第一节概述 一 制造技术的发展过程二 现代制造技术的概念及其特点三 本章内容简介本章将简要介绍如下内容 1 非传统加工技术与快速成型制造技术 2 超精密加工与微细加工技术 3 制造自动化技术和现代制造模式 第二节非传统加工技术与快速成型制造技术 一 概述与传统加工方法相比 非传统加工方法有其自身的特点 1 加工过程中的工具与工件之间不直接接触 2 不是主要依靠机械能 而是利用其他能进行加工的 3 使用的工具硬度一般小于被加工材料的硬度 甚至无需工具 如激光束 电子束等加工 二 电火花加工1 电火花加工的基本原理 图8 1 2 电火花加工的工艺特点电火花加工具有如下特点 1 电火花加工不受加工材料硬度限制 可以使用较软的纯铜 石墨等工具电极 对任何硬 脆 韧 软的导电材料进行加工 2 电火花加工是一种非接触式加工 加工时不产生切削力 不受工具和工件刚度限制 有利于实现微细加工 如薄壁 深小孔 不通孔 窄缝及弹性零件等的加工 3 电火花加工时 电脉冲参数调节及工具电极的自动进给均易实现自动化 4 电火花加工时 工具电极会产生损耗 这会影响加工精度 3 电火花加工的应用 1 电火花成形加工 2 电火花线切割加工 WireCutEDM WEDM 图8 2 三 电解加工电解加工 Electro chemicalMachining ECM 是利用金属工件在电解液中产生 阳极溶解 的电化学反应原理 将工件加工成形的一种加工技术 它又被称为 电化学加工 1 电解加工的基本原理 图8 3 2 电解加工的工艺特点及其应用 1 电解加工的工艺特点 2 电解加工的应用 3 电解磨削四 超声波加工1 超声波加工的基本原理 图8 4 2 超声波加工的工艺特点及应用 1 超声波加工的工艺特点 2 超声波加工的应用 图8 5 五 高能束与射流加工1 激光束加工 1 激光加工的基本原理 2 激光加工的工艺特点 3 激光加工的应用 图8 6 2 电子束加工 1 电子束加工的基本原理 2 电子束加工的工艺特点 3 电子束加工的应用 图8 7 图8 9 图8 8 3 离子束加工 1 离子束加工的基本原理 2 离子束加工的工艺特点 3 离子束加工的应用 图8 10 4 超高压水射流切割加工离子束加工 1 超高压水射流切割加工离子束加工的基本原理 2 超高压水射流切割加工的工艺特点 3 超高压水射流切割加工离子束加工的应用 图8 11 六 复合加工当把两种或两种以上的能量形式 包括机械能 合理地组合在一起 就发展成复合加工 CombinedMachining CM 其主要优点是能成倍地提高加工效率和进一步改善加工质量 图8 12 图8 13 第三节超精密加工与微细加工技术 一 超精密加工技术1 概述把能按照超稳定 超微量切除等原则实现加工尺寸误差和形状误差在0 1 m以下的加工技术 称为超精密加工技术 2 金刚石刀具超精密切削加工 1 金刚石刀具1 超精密切削对刀具的要求 2 金刚石刀具的刃磨 2 超精密切削加工的微量进给装置1 超精密切削对微量进给装置的要求 2 压电陶瓷微量进给装置简介 图8 14 3 超精密磨料加工 1 固结磨料超精密加工 2 游离磨料超精密加工二 微细加工技术1 微细加工技术的概念以形状尺寸微小或操作尺寸极小为特征的微机械已成为人们在微观领域认识和改造客观世界的一种高新技术 2 微细加工技术的分类及应用目前常使用的微细加工方法主要分以下几种 1 微细机械加工 2 微细电加工 3 微细高能束加工 4 光刻加工 三 纳米加工技术1 纳米技术的内涵目前 纳米技术研究的主要内容包括 1 纳米级精度和表面形貌测量及表面层物理 化学性能检测 2 纳米级加工技术 3 纳米材料 4 纳米级传感与控制技术 5 微型与超微型机械 2 纳米加工技术简介STM工作原理是基于量子力学的隧道效应 STM有两种测量模式 1 等高测量模式 2 恒电流测量模式 图8 15 图8 16 第四节制造自动化技术和现代制造模式 一 概述1 制造系统的功能结构把能按照超稳定 超微量切除等原则实现加工尺寸误差和形状误差在0 1 m以下的加工技术 称为超精密加工技术 图8 17 2 制造系统的自动化技术为了提高系统的柔性和自动化效率 一般可以从以下两个途径入手并相互结合 第一 采用成组 相似 技术 扩大和应用相似性原理 如从利用零件形状和生产相似 使小批量扩大到大批量 逐步扩大到工艺设计 产品设计 生产管理 信息控制 最后到制造系统中的模块和子系统的广义相似 第二 采用数控技术 提高加工设备 生产线和制造系统的柔性 如NC FMC FMS CAM CIMS等 使其能高效 自动化地加工不同的零件 生产出不同的产品 快速响应市场和顾客的需求 二 成组技术1 成组技术的基本概念所谓成组技术 GroupTechnology GT 就是研究和利用了有关事物的相似性 将企业生产的多种产品 部件和零件 按一定的相似性准则分类编组 并以这些组为基础 组织生产的各个环节 从而实现多品种中小批量生产的产品设计 制造和管理的合理化 图8 18 2 零件的分类编码系统 1 零件分类编码的基本原理 图8 19 2 Opitz编码系统简介 图8 20 3 零件分类成组的方法 1 视检法 2 编码分类法 3 生产流程分析法4 成组技术的意义和应用成组技术揭示和利用了制造系统中的相似性 它把零件按相似性原理进行分类成组 并在设计 制造和管理中利用它们的相似性 三 数控技术为合理解决多品种 批量生产自动化的迫切需要 出现并发展了数字程序控制机床 简称数控机床 数控机床是一种以数字量作为指令信息形式 通过电子计算机或专用电子计算装置对这种信息进行处理 按照规定的程序实现工作过程自动化的机床 数控机床是电子技术 计算技术 自动控制 精密测量 伺服驱动和精密机械结构等新技术综合应用的成果 是一种柔性好 效率高的自动化机床 数控机床使机床自动化进入了一个新阶段 开辟了工业制造技术的新纪元 1 数控机床的组成与工作原理2 数控机床的分类数控机床的种类很多 分类的原则也很多 常用的分类方法有以下四种 1 按工艺用途分类 2 按加工路线分类 3 按有无检测装置分类 4 按可联动的坐标轴数分类 图8 21 3 数控机床的特点和应用4 数控机床的发展前三代是采用专用计算机的数控系统 一般称为NC数控系统 控制功能不易改变 这类数控系统工艺性差 适应性差 功能不强 现已停止生产 第四代数控系统称为计算机数控系统 CNC 目前使用较多的是第五代数控系统 MNC 目前数控技术的发展趋势是高速高效化 高精度化 多功能化 复合化 智能化 模块化和柔性化 四 计算机辅助工艺规程设计1 CAPP的基本概念通过向计算机输入被加工零件的原始数据 加工条件和加工要求 由计算机自动地进行编码 编程直至最后形成优化的工艺规程卡片的过程 称为计算机辅助工艺规程设计 ComputerAidedProcessPlanning CAPP 2 CAPP的基本方法 1 派生法1 准备阶段 2 使用阶段 2 创成法 3 半创成式CAPP系统3 CAPP的意义和应用 图8 22 五 柔性制造系统1 柔性制造系统的基本概念及其特点FMS具有如下特点 柔性制造系统以成组技术为基础 柔性高 适应多品种 中小批量生产 系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的 可混流加工不同的零件 系统局部调整或维修不中断整个系统的运作 递阶结构的计算机控制 可以与上层计算机联网通信 可进行第三班的无人值守生产 图8 23 2 柔性制造系统的组成 图8 24 3 柔性制造系统的类型及适用范围按照制造系统的规模 柔性和其他特征 柔性自动化具有如下几种不同级别的形式 1 柔性制造单元 图8 25 2 柔性制造系统 图8 26 六 计算机辅助制造利用计算机分级结构将产品的设计信息自动地转换成制造信息 以控制产品的加工 装配 检索 试验 包装等全过程 以及与这些过程有关的全部物流系统和初步的生产调度 这就是计算机辅助制造 ComputerAidedMachining CAM 目前 CAM时应用可以概括为两大类 一类是CAM的直接应用 计算机直接与制造过程连接 以对制造过程及其设备实施监视和控制 另一类是CAM的间接应用 计算机并不直接与制造过程连接 而是用计算机提供生产计划 进行技术准备和发出各种指令和有关信息 以便使生产资源和管理更为有效 从而对制造过程进行支持 七 现代制造模式及制造技术的展望现代科学技术的飞速发展 已经改变了或正在改变着制造技术的传统面貌 制造技术的内涵不断地扩展 它与当代最新科技成果不断地交叉 融合 已经形成了 现代制造模式 的全新概念 下面简介几种制造模式和制造技术 1 计算机集成制造模式 1 计算机集成制造的基本概念 2 CIMS的基本组成 图8 27 图8 28 2 并行工程模式所谓并行工程 ConcurrentEngineering CE 就是将原先时间上先后处理和作业实施的串行工作模式转变为同时考虑和尽可能同时处理的并行工作模式 要求产品开发人员在设计开始阶段就考虑产品生命周期 从概念形成到产品报废 的所有因素 包括质量 成本 工作进度和用户需求等 图8 29 图8 30 3 精益生产模式精益生产的特点是 1 强调人的作用 以人为中心 工人是企业的主人 生产工人在生产中享有充分的自主权 2 以 简化 为手段 去除生产中一切不增值的工作 3 精益求精 以 尽善尽美 为最终目标 4 敏捷制造模式敏捷制造的核心思想是要灵活快捷地响应市场需求 摈弃传统的全能企业思想 强调企业之间的动态联盟和各种形式的合作 甚至可以在全球范围内合作 即通过 虚拟公司 来实现产品的敏捷制造 5 虚拟制造技术从制造过程的系统角度出发 可以把虚拟制造划分为三类 以设计为中心的虚拟制造 以生产为中心的虚拟制造和以控制为中心的虚拟制造 6 智能制造技术智能制造系统与传统制造系统相比 具有如下突出特点 1 具有自组织能力 2 具有自律能力 3 具有自学习和自我优化能力 4 具有自我修复和自我维护能力 5 整个制造环境的智能集成 7 绿色制造技术绿色制造的涉及面极广 如绿色制造的理论体系建立 系统的专题技术和相关支撑技术体系等 绿色制造系统的专题技术是实施与开展绿色制造技术的关键 这主要包括 绿色设计技术 绿色材料选择技术 绿色工艺规划技术 绿色包装技术 绿色处理技术等 8 生物制造技术生物制造 BiologicalManufacturing BM 是指运用现代制造科学的原理和方法 在生物分子学 细胞学 组织工程学的科学层次上 研究具有生物相容性的人工假体的设计 加工 成形 装配和植入 以及细胞诱导和培养 组织和人体器官的组织工程培养及活体制造以及完成上述任务的材料和材料加工成形技术 设备和软件的研究与开发的科学与技术总称