造型材料与工艺-先进制造技术.ppt

第八章先进制造技术简介 1 定义传统机械制造不断地吸收机械 电子 信息 材料 能源及现代管理等方面的技术成果 将其综合应用于产品设计 制造 检测 管理 售后服务等过程中 实现优质 高效 低耗 清洁 灵活地生产 以取得理想技术经济效果的制造技术的总称 第一节先进制造技术概述 2 现代制造技术的特征计算机 传感技术 自动化等技术的引入 使得制造过程准确可控贯穿了整个设计 加工制造 销售 服务等全过程各专业 学科间交叉融合 敏捷制造 绿色制造 现代管理技术介入 制造资源计划MRP 2 管理信息系统MIS等 商品的生产策略转变为小批量多品种 以销定产 发展趋势 系统化 集成化 智能化 第二节 现代制造技术简介 1 计算机辅助设计与制造 CAD CAM 设计中的甩图板工程80年代中期开始 利用语言编程的方式绘图 Windows操作系统与计算机的发展 设计软件的发展 如CAD PRO E UG等 使设计走向智能化 自动化 统一化模型 计算机辅助工艺过程设计CAPP 辅助数控程序编制 工装设计 作业设计CAD CAM集成系统 2 柔性制造系统 FMS 刚性制造的概念刚性 的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品 表现为生产产品的单一性 特点 刚性自动线生产率高 但柔性较差 当加工工件变化时 需要停机 停线并对机床 夹具 刀具等工装设备进行调整或更换 通常调整工作量大 停产时间较长 柔性生产线是一种技术复杂 高度自动化的系统 它将微电子学 计算机和系统工程等技术有机地结合起来 理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾 一汽大众的焊装车间 分类 柔性制造单元 FMC 柔性制造系统 FMS 柔性制造线 FML 柔性制造工厂 FA 系统内容 数控加工设备 物料储运装置和计算机控制系统 软件系统和附属系统 冷却 排屑 优点效益分析 第一 设备利用率高 一组机床编入柔性生产线后 产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍 第二 在制品减少80 左右 第三 生产能力相对稳定 自动加工系统由一自或多台机床组成 发生故障时 有降级运转的能力 物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力 第四 产品质量高 零件在加工过程中 装卸一次完成 加工精度嵩 加工形式稳定 第五 运行灵活 有些柔性生产线的检验 装卡和维护工作可在第一班完成 第二 第三班可在无人照看下正常生产 在理想的柔性生产线中 其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换 物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题 第六 产品应变能力大 刀具 夹具及物料运输装置具有可调性 且系统平面布置合理 便于增减设备 满足市场需要 3 计算机集成制造系统 CIMS 利用计算机网络把企业生产活动全过程有机地集成为一个能协调工作的整体 以保证企业内部信息的有效传递 实现生产的自动化 柔性化 达到高效率 高质量 低成本 灵活生产的目的 计算机集成制造系统的组成计算机管理信息系统 计算机辅助设计与制造 柔性制造系统 优点效益分析 1 产品质量提高2 提高生产率40 70 3 生产周期缩短30 60 4 在制品减少30 60 5 设计费用减少15 30 6 提高工程师的工作能力 4 快速成型技术 RPM 利用计算机生成的三维数据直接驱动快速成型机加工出所需要的产品 方法有多种应用于模型制造 小批量零件的生产 模具加工 快速成形制造的基本过程 CAD建模分层层面信息处理层面加工与粘接层层堆积后处理 根据每层轮廓信息 进行工艺规划 选择加工参数 自动生成数控代码 清理零件表面 去除辅助支撑结构 由CAD软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型 将三维模型沿一定方向 通常为Z向 离散成一系列有序的二维层片 习惯称为分层 成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来 得到三维物理实体 快速成型制造的主要方法 选择性层片粘接 LOM 选择性激光烧结 SLS 熔融沉积成型 FDM 选择性液体固化 SLA 粉末烧结 光敏树脂固化 纸材切割粘接 吐丝堆积 石膏分层堆积 基于液态光敏树脂的光聚合原理 将激光聚集到液态光固化材料 如光固化树脂 表面逐点扫描 令其有规律地固化 由点到线到面 完成一个层面的建造 而后升降移动一个层片厚度的距离 重新覆盖一层液态材料 进行第二层扫描 再建造一个层面 第二层就牢固地粘贴到第一层上 由此层层迭加成为一个三维实体 SLA工艺于1984年获美国专利 1988年美国3DSystem公司推出的商品化样机SLA 1 是世界上第一台快速原型技术成形机 目前 SLA各型成形机占据着RP设备市场的较大份额 这种方法的代表还有日本DMET公司的SOUP系列 D MEC公司的SCS系列和TeijinSeiki公司的Mark1000 德国EOS公司的STEREOS系列 优点 SLA工艺成形的零件精度较高 能达到0 1mm 产品透明美观 可直接做力学实验 缺点 这种方法也有自身的局限性 比如需要支撑 树脂收缩导致精度下降 光固化树脂价格昂贵 有一定的毒性 且产品不能溶解 不利于环保 选择性层片粘接的基本原理 采用激光或刀具对片材进行切割 首先切割出工艺边框和原型的边缘轮廓线 而后将不属于原型的材料切割成网格状 片材表面事先涂覆上一层热熔胶 通过升降平台的移动和箔材的送给 并利用热压辊辗压将后铺的箔材与先前的层片粘接在一起 再切割出新的层片 这样层层迭加后得到下一个块状物 最后将不属于原型的材料小块剥除 就获得所需的三维实体 选择性层片粘接工艺 LOM 分层实体制造 LOM LaminatedObjectManufacturing 又称固体切片制造 SSM SolidSlicingManufacturing LOM工艺由美国Helisys公司于1986年研制成功 这种方法的代表是美国Helisys公司的LOM 1050和LOM 2030成形机 日本Kira公司的KSC 50成形机 由于LOM工艺只须在片材上切割出零件截面的轮廓 而不用扫描整个截面 因此工艺简单 成型速度快 易于制造大型零件 工艺过程中不存在材料相变 因此不易引起翘曲变形 零件的精度较高 激光切割为0 1mm 刀具切割为0 15mm 工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用 所以LOM工艺无需加支撑 材料广泛 成本低 用纸制原料还有利于环保 力学性能差 只适合做外形检查 分层实体制造 LOM 产品的特点 选择性激光烧结的基本原理 SLS工艺是利用粉末状材料成形的 先在工作台上铺上一层有很好密实度和平整度的粉末 用高强度的CO2激光器在上面扫描出零件截面 有选择地将粉末熔化或粘接 形成一个层面 利用滚子铺粉压实 再熔结或粘接成另一个层面并与原层面熔结或粘接 如此层层叠加为一个三维实体 选择性激光烧结工艺 SLS 选择性激光烧结 SLS SelectiveLaserSintering 又称激光熔结 LF LaserFusion 选择性激光烧结工艺由美国德克萨斯大学奥斯汀分校于1989年研制成功 已被美国DTM公司商品化 推出SLSModel125成形机 德国EOS公司和我国的北京隆源自动成形系统有限公司也分别推出了各自的SLS工艺成形机 选择性激光烧结 SLS 的产品特点 1 材料适应面广 不仅能制造塑料零件 还能制造陶瓷 蜡等材料的零件 特别是可以制造出能直接使用的金属零件 这使SLS工艺颇具吸引力 2 SLS工艺不需加支撑 因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用 3 精度不高 平均精度为 0 15 0 2mm 表面粗糙度不好 不宜做薄壁件 熔融沉积成形的基本原理 将热熔性材料 ABS 尼龙或蜡 通过喷头加热器熔化 喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动 同时将熔化的材料挤出 材料迅速凝固冷却后 与周围的材料凝结形成一个层面 然后将第二个层面用同样的方法建造出来 并与前一个层面熔结在一起 如此层层堆积而获得一个三维实体 不需激光系统 熔融沉积成形工艺 FDM 熔融沉积成形 FDM FusedDepositionModeling 又称熔融挤压成形 MEM MeltedExtrusionModeling 熔融沉积成形工艺于1988年研制成功 后由美国Stratasys公司推出商品化的3DModeler1000和FDM1600等规格的系列产品 最新产品是制造大型ABS原型的FDM8000 Quantum等型号的产品 熔融沉积成形 FDM 的产品特点 FDM工艺不用激光器件 因此使用 维护简单 成本较低 精度可达 0 12mm 适合做薄壁件 污染小 材料可以回收 用蜡成形的零件原型 可以直接用于失蜡铸造 用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计 测试与评估等方面得到广泛应用 由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成形工艺具有一些显著优点 该类工艺发展极为迅速 5 虚拟制造技术 VM 在计算机上模拟产品的制造和装配全过程 虚拟制造技术是一种软 硬件结合的技术 它填补了CAD CAM与生产过程和企业管理之间的技术鸿沟 把企业的生产和管理活动在产品投入生产之前就在计算机屏幕上加以显示和评价 使工程师能够预见可能发生的问题和后果 6 敏捷制造技术 AgileManufacturingAM 在柔性制造技术的基础上 通过企业内部的多功能项目组 组建虚拟生产单位 把全球的范围内的各种资源集成起来 实现制造 满足用户的需求 共同的虚拟公司环境 克服了地域障碍 数字化设计 试验 评价 大大节省了设计时间和设计费用 7 工业机器人 IndustrialRobot 具有人的某些特点和功能 并能够自动地进行多种操作的 可重复编程的自动控制操作机 分类 专用机械手 通用机器人 示教再现式机器人 智能机械人应用 单调 繁重 危险 有害的劳动如搬运 涂装 点焊 弧焊 监测和装配 8 智能制造技术 IntelligentManufacturing IM 利用集成制造系统 人工智能技术 计算机技术而组成的智能化制造系统 智能化制造的专家系统是关键 它能替代人脑进行分析 推理 判断 构思和决策等