机电先进制造技术

1、先进制造技术 AMT:由微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来 的种种变化与新型系统，具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化 技术、信息技术等技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。 先进制造技术的内涵：为了适应时代要求，提高竞争力，对制造技术不断进行优 化而形成的。先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和 现代管理技术等方面的成果，将其 综合应用与产品设计、加工、检测、管理、销 售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活 生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术总称。 其要点在于： 1）、 目标是提高制造企业

2、对市场的适应能力和竞争力；2）、强调信息技术、现代管理技术和制造技术的有机结合 ；3） 、注重信息技术、现代管理技术在整个制造过程 中的综合应用。 先进制造技术体系结构：主体技术群、支撑技术群和制造技术基础设施三部分。 其中，主体技术群是先进制造技术的核心；支撑技术群包括支撑设计和制造工艺 两方面取得进步的一系列基础性技术； 我国三层次先进制造技术体系结构：基础技术、新型制造单元技术、系统集成技 术。先进制造技术分类：现代设计技术、先进制造工艺、制造自动化技术、现代生产 管理技术、先进制造生产模式。先进设计技术的概括 : 先进设计技术是先进制造技术的基础。它是以满足产品的 质量、性能、时间、成

3、本 / 价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主 体，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到技术 群体的总称。 先进制造技术体系结构： 基础技术、主体技术、支撑技术、应用技术。CAD的关键技术：产品建模技术、 单一数据库与相关性设计、 NURBS曲面造型技术、 计算机辅助设计与其他 CAX系统的集成技术、标准化技术。CAPP的基本概念：计算机辅助工艺规程设计是向计算机输入被加工零件的几何信 息和加工工艺信息等，由计算机自动进行编码、编程直至最后输出经过优化的零 件工艺规程的过程。派生型 CAPP系统的基本原理， 大多数派生型 CAPP系统都建在成组技术的基础上，

4、 即将零件按其制造特征分为若干零件组，为每一零件组设计一个标准工艺规程， 将标准工艺规程存入计算机数据库中。当编制一个新零件的工艺规程时先对要编 工艺规程的零件进行分类编码。当把零件编码输入计算机后，便可检索出相应的 标准工艺规程。当待编工艺规程的零件技术要求与标准工艺规程不同时，需要对 标准工艺规程进行编辑修改。创成型 CAPP系统：在一个 CAPP系统中没有预先存入标准工艺规程，将零件的工 艺规程不是依靠检索方法生成的，而是由系统根据输入零件的信息，依靠存储的 信息、规则、逻辑推理和决策算法，在无人工干预的情况下自动产生的。 模块化设计概念：模块化设计（ MD）是通过对一定范围内功能不同或

5、者工程相同 而性能和规格不同的产品进行功能分析，从而划分并设计出一系列功能模块，通 过模块的选择和组合构成不同的产品，以满足市场的不同需求的设计方法。 机械模块化设计的分类：横系列模块化设计、纵系列模块化设计、跨系列模块化 设计、全系列模块化设计。逆向工程的内涵：很多场合，产品的初始信息状态并不是CAD模型，而是各种形式的物理模型或实物样件，要进行仿制或再设计 ，必须以设计方法学为指导，以 现代设计理论、方法、技术为基础，运用各种专业人员的工程设计经验、知识和 创新思维，对已有产品进行解剖、深化和再创造，使之成为新产品。 逆向工程设计的基本方法：实物反求法、软件反求法、影像反求法。 创新设计的

6、类型：开发设计、变异设计、反求设计。创新思维模式：联想思维、形象与抽象思维、多向性思维、综合性思维、正向、 侧向、逆向和迂回思维。优化设计数学模型由设计变量、约束条件、目标函数三个基本要素组成。在价值工程中， 产品价值 V与产品功能 F和产品成本 C之间的关系可表示为 V=F/C 零件成型：受迫成形、去除成形、堆积成形、生成成形。先进制造工艺的内容：精密、超精密加工技术，精密成形制造技术，特种加工技 术，表面工程技术。加工精度的划分： 普通加工（10010um）、精密加工（ 103um）、高精密加工（ 30.1um）、 超精密加工（ 0.10.005um ）、极超精密加工（ =0.005um）

7、 天然金刚石刀具是目前最主要的超精密切削工具，由于它的刃口形状会被直接反 映到被加工材料的表面上，因此金刚石刀具刃磨技术是超精密切削中的一项重要 技术。刃磨技术包括晶面的选择、刃口刃磨工艺以及刃磨后刃口半径的测量等三 个方面。研磨加工机理： 在刚性研具里注入 1um至十几微米大小的氧化铝和碳化硅等磨料， 在一定压力下，通过研具与工件的相对运动，借助磨料的微切削作用，除去微量 的工件材料，已达到高的几何精度和低的表面粗糙度的加工方法。抛光加工机理：抛光使用的磨粒是 1um 以下的微细磨粒，微小的磨粒被抛光器弹 性夹持并研磨工件，以磨粒的微小塑性切削生成切屑为主，磨粒和抛光器与工件 的流动摩擦使工

8、件表面的凹凸变平，同时加工液对工件有化学性溶析作用，而工 件和磨粒之间受局部高温作用有直接的化学反应，有助于抛光的进行。 微细与超微细加工技术四种方法：离子束溅射（去除加工） 、镀膜、注入、离子束 曝光微细加工技术：微细切削加工、微细特种加工、光刻加工直接线性驱动： 载流导体在电场 （或磁场） 作用产生微小形变， 并转化为微位移。 纳米加工工艺主要由以下几种： 1）、 X 射线刻蚀点铸模技术 ,X 射线刻蚀电铸模技 术的特点表现在以下方面： X 射线具有良好的平行性， 显影分辨力和穿透性能， 克 服了光刻法制造的零件厚度过薄的不足；原材料的多元性，几何图形的任意性， 高深宽比、高精度； X 射

9、线同步辐射源比较昂贵。 2）、扫描隧道显微加工技术，通 过扫描隧道显微镜的探针来操纵试件表面的单个原子，可实现单个原子的和分子 的搬迁、去除、增添和原子排列重组，从而实现纳米技术。3）、原子力显微镜机械刻蚀加工，通过增加针尖与试件表面之间的作用力，使二者接触区域产生局部 结构变化，即通过针尖对试件表面的机械刻蚀作用进行纳米加工。 4）、原子力显 微镜阳极氧化法加工，该工艺早期采用扫描隧道显微镜，后来多采用原子力显微 镜，主要是由于原子力显微镜法利用氧化反应，操作简单易行，刻蚀处的结构性 能稳定。高速加工技术的概念：是指超硬材料刀具和磨具，利用高速、高精度、高自动化 和高柔性的制造设备，以达到提

10、高切削速度、材料切除率和加工质量目的的先进 加工技术激光加工技术是利用激光束对材料的光热效应来进行加工的一门技术， 是涉及光、 机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术。离子束加工原理是在真空条件下，使离子源产生的离子束经过加速度聚焦后撞击 到工件表面的加工方法，离子带正电，其质量比电子大数千数万倍，一旦加速到 较高速度时， 离子束比电子束具有更大的撞击动能， 它是靠微观的机械撞击能量， 而不是靠动能转化为热能来加工的。离子束加工的特点： 1）离子刻蚀可达到纳米级的加工精度。 2）污染少，特别用 于对易氧化的金属，合金材料和高纯度半导体材料加工。3）加工应力、热变形等极小，加工质量高， 适合

11、对各种材料和低刚度零件加工 4）离子束加工设备价格高、 加工成本高而效率低，因此其应用受到一定的限制。离子束加工的应用： 目前用于改变零件尺寸和表面物理力学性能的离子束加工有： 用于在工件上做去除加工的离子刻蚀加工； 用于给工件表面涂覆的离子镀膜加工； 用于表面改性的离子注入加工等。快速成型制造技术的基本原理：先用三维CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型；然后根据工艺要求，将计算机内的三维数据模型进行分层切 片，得到各层截面的轮廓数据，计算机据此信息控制激光束有选择性地切割一层 一层的纸，或烧结一层接一层的粉末材料，或固化一层又一层的液态光敏树脂， 或用喷嘴喷射一层又一层的热熔

12、材料或粘接剂，形成一系列具有一个微小厚度的 片状实体；在采用溶结、聚合、黏结等手段使其逐层堆积成一体，便可以制造出 所设计的新产品样件、模型或模具。快速成形制造技术的特点：制造过程柔性化、产品开发快速化、可以制造任意复 杂的三维几何实体、制造过程中实现完全数字化、材料来源广泛、发展的可持续 性。快速成型系统可以分为两大类：基于激光或其他光源的成形技术，如立体光刻SLA）、分层实体制造 （ LOM）、选择性激光烧结 （ SLS）等；基于喷射的成型技术，如熔融沉积成形（ FDM）、三维印刷（ 3DP）等。 绿色制造技术的概念：绿色制造技术（ MFE）是在保证产品的功能、质量、成本的 前提下，综合考

13、虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品在设 计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品周期中，对环境的影响（负 面）最小，资源效率追高。 绿色制造涉及的三个问题：一是制造问题，包括产品寿命周期全过程；二是环境 保护问题；三是资源优化利用问题。 绿色加工可分为节约资源的加工技术和环保型加工技术；绿色加工技术主要从选 材、生产加工方法、加工设备三个方面来实现。 干式切削的刀具材料只要有超细硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石等超 硬度材料。数控机床的组成：一般由数控系统、伺服系统、主传动系统、强电控制柜 、机床 本体和各类辅助装置组成。并联运动机床和传统机床的比较：并联运动机床

14、具有刚度高、动态性能好、机床 的模块化程度高、易于重构以及机械机构简单等优点，是新一代机床结构的重要 发展方向。工业机器人的性能特征：运动自由度、工作空间、提取重力、运动速度、位置精 度。机器人控制系统的组成：由控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、检测传感 器、 I/O 接口、通信接口等部分组成。柔性制造系统的定义：柔性制造系统就是由若干台数控加工设备、物料运输装置 和计算机控制系统组成，并能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调整，以 适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。 加工系统常用配置形式：互替式机床配置、互补式配置、混合式配置。 双臂机器手：钩手、抱手、伸缩手、叉手工件装卸站在

15、 FMS入口处 刀具运载交换工具：换刀机械手、换刀机器人、运载小车 自动导向小车：有轨小车、线导小车、光导小车、遥控小车 柔性制造系统中的刀具交换通常由换刀机器人或刀具输送小车来完成。 自动监测系统组成：传感器、测量电路、显示记录装置调节、执行装置和电源。 传感器由敏感元件、传感元件及测量转换电路三部分组成。物料需求计划（ MRP）、制造资源规划（ MRP）2 物料需求计划是针对改善传统的 库存计划与控制而提出的一种新的思想。经过进一步发展，又增加了生产能力计 划于生产活动控制等功能，并且集成了企业中生产、财务、销售、技术、采购等 子系统，逐渐形成了一个闭环的反馈系统。此时物料需求计划的含义已转变成制 造资源规划，该系统是一种以计划控制为主体的计算机辅助企业管理系统。 企业资源规划 ERP定义为：一种进行高效规划与控制全部所所需资源的获取、制 作、采购的方法，并在制造、分配或服务过程中考虑顾客的订单。准时制生产（JIT ）又称为准时生产或及时生产， 它原本是物料管理中的一个概念， 指的是必要的零件、以必要的数量、在必要的时间送到生产位置，并且只把所需 要的零件、只以所需要的数量、只在正好需要的时间送到生产位置。管理软件 PDM产品数据管理定