《机械制造工艺学》课件-第八章 先进制造技术

第八章先进制造技术一、先进制造技术的概念第一节概述先进制造技术是在传统制造技术的基础上，不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理等技术成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、售后服务等机械制造全过程，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各种现代制造技术的总称。二、先进制造技术的特征（1）先进制造技术的实用性（6）先进制造技术的环保性（3）先进制造技术的动态特征（2）先进制造技术应用的广泛性（5）先进制造技术的系统性（4）先进制造技术的集成性三、先进制造技术的分类（4）先进制造生产管理模式（1）现代设计技术（2）现代制造工艺技术（3）制造自动化技术第二节现代制造工艺技术一、特种加工技术2）非接触加工。1）不是主要依靠机械能。6）特种加工对简化加工工艺、变革新产品的设计及零件结构工艺性等产生积极的影响。4）不存在加工中的机械应变或大面积的热应变，可获得较低的表面粗糙度。3）微细加工，工件表面质量提高。5）两种或两种以上的不同类型的能量可相互组合形成新的复合加工。二、快速成型技术RPM技术对材料的处理方式光固化法（SLA）叠层法（LOM）激光选区烧结法（SLS）熔融沉积法（FDM）快速成型制造技术RPM是一种基于离散和堆积原理的崭新制造技术，它将零件的CAD模型按一定方式离散成可加工的离散面、离散线和离散点，而后采用物理或化学手段，将这些离散的面、线段和点堆积而形成零件的整体形状。主要技术特征：成型的快捷性1、光固化法（SLA）光固化法使用液态光敏树脂作为成型材料。光固化法的主要特点有：必须制作支撑，材料固化中伴随一定的收缩导致零件变形，光固化数脂有一定毒性。制造精度高（±0.1mm）、表面质量好、原材料利用率接近100%。能制造形状特别复杂（如腔体等）及特别精细（如首饰、工艺品等）的零件（尤其适合壳体形零件制造）。2、叠层法（LOM）原理图：层叠法的主要特点有：不需要制作支撑；激光只作轮廓扫描，而不需填充扫描，成形效率高；运行成本低；成形过程中无相变且残余应力小，适合于加工较大尺寸的零件。材料利用率较低，表面质量较差。

3、激光选区烧结法（SLS）（1）不需要制作支撑，成形零件的机械性能好，强度高；原理图：主要特点：（2）粉末较松散，烧结后精度不高，Z轴精度难以控制。4、熔融沉积法（FDM）原理：成形过程中喷头喷出的熔融材料在X-Y工作台的带动下按截面形状铺在底板上，逐层加工，最后制作出所需零件。熔融沉积法的主要特点有：①成形零件的机械性能好、强度高；成形材料的来源广、成本低、可采用多个喷头同时工作。③成形精度不高，不适合制作复杂精细结构的零件。②不用激光器，而是由熔丝喷头喷出加热熔融的材料，因此使用维护简单，成本低。原材料利用率较高，用蜡成形的零件原型，可直接用于失蜡铸造。三、精密与超精密加工技术1．基本概念加工精度在10μm左右、表面粗糙度Ra值在0.3μm～0.8μm的加工技术。（1）普通加工（2）精密加工加工精度在10μm～0.1μm，表面粗糙度Ra值在0.3μm～0.03μm的加工技术。（3）超精密加工

加工精度不低于0.1μm～0.01μm，表面粗糙度Ra值不大于0.03μm～0.05μm的加工技术。（4）纳米加工加工精度达到0.001μm，表面粗糙度Ra小于0.005μm的加工技术。2．超精密加工技术所涉及的技术领域（2）材料技术即加工工具和被加工材料；（5）超稳定的工作环境。（4）测量及误差补偿技术；（3）加工设备及其基础元部；（1）加工技术即加工方法与加工机理；四、超高速加工技术1、概念带涂层的硬质合金刀具、氮化硅（Si4N4）陶瓷材料、超细晶粒硬质合金、立方氮化硼（CBN）或聚晶金刚石（PCD）刀具。2、常用的刀具材料超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。3、主要要求2）适应于超高速加工的超高速加工进给单元。5）适应于超高速加工的刀具系统。4）要有一个静刚度、动刚度、热刚度特性都很好的机床支承件。3）高压大流量喷射冷却系统，避免产生机床、刀具和工件的热变形。1）适应于超高速运转的超高速主轴单元。主要有半导体加工技术、LIGA技术、集成电路（IC）技术、特种精密加工技术、微细切削磨削加工技术、快速原型制造技术和键合技术等。2．纳米制造技术纳米级加工的物理实质就是要切断原子间的结合，实现原子或分子的去除微细加工技术指微机械构件的加工或微机械与微电子、微光学等的集成结构的制作技术。1．微细加工技术五、微纳技术第三节自动化加工技术一、计算机辅助制造1、概念（1）广义：计算机辅助制造CAM（ComputerAidedManufacting）通常可定义为利用计算机完成从毛坯到产品制造过程中的直接和间接制造工作的统称（2）狭义：CAM是指工艺准备或其中的某个活动应用计算机辅助工作2、典型的CAM技术计算机数控制造和编程、计算机控制的机器人制造和装配、柔性制造系统。二、数控技术1、概念数控技术就是以数字量编程实现控制机械或其他设备自动工作的技术。2、现状采用32位微型计算机，应用精简指令集计算机（RISC），能进行高速处理；数控系统具有高速化和高精度；采用模块化结构；有丰富的软件功能：采用了全数字化交流变频伺服系统；具有智能化功能等。数控设备的核心是数控系统，数控机床是典型的数控设备1、概念三、工业机器人技术工业机器人是一种由计算机进行控制，是无人参与的具有柔性的自动化控制系统，能自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机。2、工业机器人的组成由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等组成。3、工业机器人的分类（1）按自动化功能专用机器人通用机器人示教再现机器人智能机器人（2）按驱动方式气压传动机器人电气传动机器人液压传动机器人复合传动机器人（3）按坐标形式直角坐标式圆柱坐标式极坐标式关节式四、柔性制造技术柔性制造系统FMS是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统1、概念柔性制造技术FMT是一种主要用于多品种中小批量或变批量生产的制造自动化技术，是对各种不同形状加工对象进行有效地且适应性转化为成品的各种技术总称。2．柔性制造系统的分类（1）柔性制造单元（FMC）按FMS的规模大小可分为（3）柔性制造生产线（FML）（4）柔性制造工厂（FMF）（2）柔性制造系统（FMS）3．柔性制造系统的基本组成和工作原理（1）加工系统（2）物流系统（3）控制与管理系统第四节先进制造生产模式一、敏捷制造1、背景（1）影响企业生存发展的共性问题是目前竞争环境的变化太快，而现有企业自我调整、适应的速度跟不上；2、概念3、基本资源（2）依靠对现有大规模生产模式与系统的逐步改进和完善是不能实现重振美国制造业雄风的目标的。敏捷制造是一种结构，在这个结构中每一个公司都能开发自己的产品和实施自己的经营战略。有创新精神的管理结构和组织；有技术、有知识的高素质人员；先进制造技术（柔性制造技术和智能制造技术）。3、敏捷制造的特点1）组织具有在快速变化、持续不断地分化的全球市场中提供个别化服务的能力。2）制造过程变成了一种服务。3）制造是为了开发各种信息、知识和关系的高速变化的市场价值。4）制造需要全面、快速、积极地反映基于解决顾客需求的生产和销售，并且以信息和服务为特征。4、敏捷制造的组成敏捷制造的基础结构敏捷制造虚拟企业物理基础结构法律基础结构社会基础结构信息基础结构敏捷制造敏捷制造虚拟公司的优点：1）中小企业可以通过分享其它合作者的资源完成过去只有大企业才能完成的工作，而大企业也能通过转包生产的方式在不需要大量投资的情况下迅速扩大它的生产能力和市场占有率。2）由于合作者有着不同的专长，虚拟公司可以在经济和技术实力上很方便地超过它的所有竞争对手而赢得竞争。这也从另一个角度降低了失败的风险。

3）跨地区、跨国界的国际合作使每一个合作者都有机会进入更广泛的市场。它们各自的资源也可以得到更充分的利用，取得局部最优基础上的全局最优。二、精益生产1、概念精益生产方式是指用多种现代管理手段和方法，以社会需求为依据，以充分发挥人的作用为根本，有效配置和合理使用企业资源，最大限度地为企业谋求经济效益的一种新型生产方式。2、核心内容准时制生产方式（JIT）。3、基础在计算机网络支持下的、以小组方式工作的并行工作方式。4、支柱1）全面质量管理；2）准时生产和零库存；3）成组技术。精益生产的体系构成

5、精益生产方式的特征（1）以用户为“上帝”尽可能满足用户的需求，分析用户的消费需求来开发新产品。（2）强调人的作用，充分发挥人的创新精神。（3）以“精简”为手段。（4）项目组和并行设计。（5）采用拉动式生产方式。（6）“零缺陷”工作目标。1、概念三、并行工程并行工程是一种对产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行并行的、一体化设计的工作模式。

这种工作模式可使产品开发人员一开始就能考虑到从产品概念设计到消亡的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户要求。2．并行工程的特点（1）并行特性；（2）整体特性；（3）协同特性；（4）集