先進制造技術

1、先進制造技術,先進制造技術—概述,21世紀科學技術發(fā)展的總趨勢,中國制造業(yè)成就及其重大意義,,2,1,3,4,制造業(yè)面臨的競爭和挑戰(zhàn),制造技術的發(fā)展,制造的概念,5,先進制造技術,6,1.1 概念 制造（Manufacturing): 是人類所有經濟活動的基石，是人類歷史發(fā)展和文明進步的動力。狹義：為機電產品的機械加工工藝過程廣義：國際生產工程學會1990年： 制造是涉及制造工業(yè)中產品設計、物料選擇、生產計劃、生

2、產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱。(Manufacturing is series of interrelated activities and operations involving the design，planning，production，quality assurance，management and marketing of the products of the manufact

3、uring industries。),1、制造的概念,制造技術（Manufacturing Technology) 按照人們所需的目的，運用知識和技能，利用客觀物資工具，將原材料物化為人類所需產品的工程技術。即：使原材料成為產品而使用的一系列技術的總稱制造過程 產品從設計、生產、使用、維修、報廢、回收等的全過程，也稱為產品生命周期。制造業(yè) 將制造資源（物料、能源、設備、工具、資金、信息、人力

4、等）利用制造技術，通過制造過程，轉化為供人們使用或利用的工業(yè)品或生活消費品的行業(yè)。,1、制造的概念,1.2 制造系統(tǒng) 制造系統(tǒng)是制造業(yè)的基本組成實體。結構：是制造過程所涉及的硬件（物料、設備、工具、能源等）、軟件（制造理論、工藝、信息等）、人員所組成的具有特定功能的有機整體。 功能：輸入制造系統(tǒng)的資源（原材料、能源、信息、人力...）通過制造過程輸出產品過程：制造生產的運行過程，包括市場分析、產品設計、工藝規(guī)劃、

5、制造裝配、檢驗出廠、產品銷售、售后服務、報廢、回收、再利用等。,1、制造的概念,一、美國的教訓1) 上個世紀70年代,美國不重視制造業(yè),把制造業(yè)稱為“夕陽工業(yè)”,結果導致美國80年代的經濟衰退。2) 80年代后期，美國的一些國會議員、政府要員紛紛要求政府出面，協(xié)調和支持制造產業(yè)的發(fā)展，1991年，布什政府期間，美國白宮科學技術政策辦公室發(fā)表了總數為22項的美國國家關鍵技術，其中制造技術占4項，標志著美國科技政策的轉變。3)

6、克林頓上臺后，對制造業(yè)大力支持，他把先進制造技術列為六大國防關鍵技術之首。結果美國在機械工業(yè)、汽車工業(yè)、航空工業(yè)及信息產業(yè)等方面取得了明顯的進展，使美國的經濟連續(xù)8年取得了2-3%的增長率，而且還同時保持低通脹率和低失業(yè)率。這就是克林頓雖發(fā)生丑聞而未被彈劾的主要原因。,2 制造業(yè)發(fā)展的教訓,二、日本的經驗1）在上個世紀70-80年代，日本非常重視制業(yè)，特別大抓了汽車制造和微電子制造，結果日本的汽車和家用電器占領了全世界的市場，特別是大

7、舉進入了美國市場。2）日本的微電子芯片成為美國高技術產品的關鍵元件。1991年海灣戰(zhàn)爭結束后，日本人說美國贏得這場戰(zhàn)爭是依靠的日本的芯片，是“日本的芯片打敗了伊拉克的鋼片”。,2 制造業(yè)發(fā)展的教訓,三、東南亞經濟危機的啟示1）1998年爆發(fā)的東南亞經濟危機，從另一個側面反映了一個國家發(fā)展制造業(yè)的重要。一個國家，如果把經濟的基礎放在股票、旅游、金融、房地產、服務業(yè)上，而無自己的制造業(yè)，這個國家的經濟就容易形成泡沫經濟，一有風吹草動就會

8、產生經濟危機。2）新加坡、臺灣都有自己的制造業(yè)，因此受經濟危機的影響小一些。,2 制造業(yè)發(fā)展的教訓,四、 瑞士依靠什么使人均產值居世界第一？1）瑞士是一個僅700萬人口的小國，但瑞士的制造業(yè)十分發(fā)達，瑞士的精密機械產品的出口量是我國的8倍，瑞士的手表世界第一，連小小的軍刀，也風靡全世界。2）現在瑞士的年人均國民生產總值達到4.3萬美元以上,居世界第一。,2 制造業(yè)發(fā)展的教訓,3 制造業(yè)是產業(yè)革命的主力軍,一、 第一次產業(yè)革命：17

9、33-18781）又稱為：蒸汽革命。2）產業(yè)革命的標志：瓦特發(fā)明的蒸汽機。3）英國的制造業(yè)孕育和實現了瓦特的發(fā)明4）制造業(yè)和瓦特的發(fā)明推動了熱力學理論 的誕生。,二、第二次產業(yè)革命：1879-19451）又稱為：電氣革命。2）產業(yè)革命的標志：電燈（愛迪生）、電話（貝爾）、電機（西門子）等電氣化產品。3）制造業(yè)肇始了電的應用，而后才有麥克斯韋電動力學理論的誕生。4）麥克斯韋電動力學理論推動了20世紀初開始的無線

10、電、微波、雷達、合成孔徑、微波成像、衛(wèi)星通信、宇宙微波探測等技術的發(fā)展。5）牛頓力學和電動力學又為量子力學的發(fā)展指引了道路，導致了量子場論的創(chuàng)立。,三、第三次產業(yè)革命：1945-19721）又稱為：電子（原子）革命。2）產業(yè)革命的標志：原子彈（1945）、電子計算機（1946）、晶體管（1948）、集成電路、微電子技術等。3）微電子制造技術開創(chuàng)了全新的信息時代。,四、第四次產業(yè)革命：1973-1）又稱為：高新技術產業(yè)革命。

11、2）產業(yè)革命的標志：眾多高新技術產品，如微電子產品、電腦、新一代通信產品、新一代汽車、磁懸浮列車、新一代飛機、機器人、生物工程產品、新一代藥物、綠色食品、轉基因產品等等。3）微器件制造工藝，如拉單晶、摻雜、擴散、離子注入、外延、濺射、化學沉積（CVD）、光刻、表面貼裝、自動化組裝、進而到納米器件制造工藝將把高新技術產業(yè)革命推向頂峰。,4 二十一世紀科學技術發(fā)展的總趨勢,4.1 中心科學技術的轉移1）信息科學技術目前是發(fā)展高峰期，

12、預計其中心科學技術的地位還可持續(xù)四十年。2）生命科學技術 現在已開始注重其發(fā)展與應用，預計21世紀30年代開始逐步轉變?yōu)橹行目茖W技術。3）認知科學技術智能化趨勢現已顯露，預計21世紀70年代開始將成為科學技術發(fā)展的中心,4.2 世界科技中心（地區(qū)或國家）的轉移 中國 （公元3世紀—公元13世紀)→ 意大利（1540年—1610年）→ 英國 （1660年—1730年）→ 法國 （1770年—1830

13、年）→ 德國 （1810年—1920年）→ 美國 （1920年— ）→ 可能轉向東方（日本、中國）,4.3 高技術及其產業(yè)領域,(1)信息科學技術（包括微電子、光電子科學技術）(2)生物科學技術（包括生命科學技術）(3)新能源科學技術（包括核能科學技術）(4)新材料科學技術（包括納米科學技術）(5)環(huán)境科學技術（包括地球科學技術）(6)航空航天科學技術（包括軍事科學技術） (7)海洋科學技術（

14、包括地球科學技術）(8)先進制造科學技術（包括微機電系統(tǒng)科學技術）(9)管理科學技術（包括軟科學技術）(10)認知科學技術（包括人腦和智能系統(tǒng)科學技術）,科學 物質科學 生命科學,技術 信息技術 生物技術 納米技術,4.4 二十一世紀改變人類的科學與技術,從科學發(fā)現到技術發(fā)明,5 二十一世紀科學技術發(fā)展的總趨勢,20世紀改變世界的重要機電產品,20世紀改變世界的重要機電產品,5 中國制造業(yè)的成就及其重大意義,5

15、.1 2001年中國工程院的調查結論:1）中國制造業(yè)占國民生產總值的1/3 2）占整個工業(yè)生產的4/53）為國家財政提供1/3以上的收入4）貢獻出口總額的90%5）就業(yè)人員8043萬,5.2 改革開放20年來中國制造業(yè)的進步：1）引進國外先進技術2500多項，占全國的1/3以上。近幾年發(fā)展的新產品，50%達到80年代中后期的世界水平。2）一些重要產品的年生產能力已躍居世界前列，如汽車280萬輛以上（其中轎車120萬

16、輛以上），大中型發(fā)電設備1200萬千瓦以上（火電1000萬千瓦，水電200萬千瓦），大中型拖拉機11萬臺以上，金切機床10萬臺以上。3）我國已成為世界最大的服裝紡織品出口國；與日本、馬來西亞和韓國并稱世界消費類電子產品四大生產國。4）成功開發(fā)生產了運七、運八、新舟60等支線飛機。5）一些新產品的技術水平已達世界領先或先進水平，如沈陽機床集團的電主軸高速臥式加工中心、激光切割機床，沈陽變壓器廠的50萬伏超高壓變壓器，黎明航發(fā)集團的中

17、國第一臺擁有完全知識產權的航空發(fā)動機、 燃氣輪機，沈陽新松機器人自動化有限公司的6000米水下機器人等產品，清華大學制造工程研究所研制開發(fā)的并聯(lián)構型機床。,5.3 制造業(yè)的重大意義1）在發(fā)達國家中,制造業(yè)創(chuàng)造了約60%的社會財富、約 45%的國民經濟收入。2）據統(tǒng)計，美國68%的社會財富來自于制造業(yè)。3）CIRP在1999年的報告中指出：在國家生產力的構成中，制造技術的作用一般占55%-65%。4）在許多國家的科技發(fā)展計劃中，

18、先進制造技術都被列為優(yōu)先發(fā)展的科技。,“十五”規(guī)劃中確定的八個最具戰(zhàn)略影響的領域: 1) 信息技術 2) 生物技術 3) 新材料技術 4) 先進制造與自動化技術 5) 資源環(huán)境技術 6) 航空航天技術 7) 能源技術 8) 先進防御技術，

19、 其中，先進制造與自動化技術又是實現各種高新技術的保障技術。,6 制造業(yè)面臨的競爭和挑戰(zhàn),6.1 國際形勢的變化,90年代以來，世界出現了多級化的新格局；政治冷戰(zhàn)→經濟熱戰(zhàn)國際競爭和對抗的焦點由軍備競賽轉向全球范圍內的以科技為先導，經濟為基礎、軍事為后盾的綜合國力的較量；,6.2 制造業(yè)市場競爭的新特點,20世紀90年代制造業(yè)的標志性進展波音777的設計和制造,全數字化定義——無紙生產 數字化預裝配——無

20、金屬樣機的生產（虛擬制造的一部分） 廣域網上的異地設計、異地制造 基于STEP的數據交換協(xié)同工作小組Team work 238個→設計制造周期大大縮短：4年（而波音757、767約9-10年）更大的利潤，每架777，$1.4億,基于分布式CAD/CAM系統(tǒng)在8臺IBM大型計算機ES/9000和IBM5080～5086圖形終端，發(fā)現零件干涉2500處，減少工程更改50％以上,設計、工藝、制造、供應商、潛在用戶

21、的工作小組，7000人參加，采用并行工程的模式。,Internet將發(fā)動機供應商GE、HP和諾依斯羅斯聯(lián)在一起。,63M長的波音777，裝配準誤差僅0.58mm.,波音各種機型研制交付周期比較,2）產品批量 更??；汽車生產：大批量生產→大批量定制生產；3）顧客對產品功能、性能、質量的要求 更高；4）能參與全球競爭的企業(yè) 更多；5）跨國公司的壟斷性更明顯；6）企業(yè)的兼并重

22、組更激烈、更動蕩；7）一般水平的產品及制造能力 嚴重過剩；8）人口老齡化更嚴重；9）環(huán)保意識、綠色制造呼聲更強。,,0,,25,,50,,75,,100,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,低,,高,,擾動程度,,,80年代,,90年代,,54,,50,,30,,27,25,,22,,36,,54,60,45,,38,,28,,36,55,,46,,

23、51,,41,,53,,63,,53,,52,,51,,63,,,64,,41,,54,,62,,76,,40,,55,,56,,74,,,,,,,,,,,,,,,,,/,,/,,/,市場影響因素的變化,Pine和 B. Joseph II “ Mass Customization,The New Frontier in Business Competition.” Boston: Harvard Business School Pr

24、ess,,,“中心”的變化,以產品為中心,以顧客為中心,以市場為中心,,消費觀念的變化消費者的行為更具選擇性顧客化產品：批量生產的產品逐步被個性化、多樣化產品所代替制造業(yè)“服務”：產品生產與產品服務的界限越來越模糊、不滿足感增加：“新三年、舊三年、縫縫補補又三年”的觀念逐步消失 對生產及產品的影響 產品訂貨批量下降，單件、小批 產品壽命周期減短：5-10年-3-5年甚至更短 產品生產周期縮短,企業(yè)的競爭優(yōu)勢,,6.3 制

25、造全球化和貿易自由化,原因：世界自由貿易體制進一步完善全球交通運輸進一步完善全球通訊網絡建立國際經濟合作與交往日益緊密導致：全球產業(yè)界結構大調整世界逐步形成一個統(tǒng)一的大市場使得：供應與需求國家化、國際化，不同時間、地區(qū)、國家，市場需求有波動對于同一用戶、同一產品，可供選擇的市場國際化、競爭國際化,任何國家、地區(qū)，不論實行怎樣的社會制度，不可能離開世界市場而獨立謀求發(fā)展;制造業(yè)發(fā)展應該進入國家目標層次，才能促進經濟

26、增長,6.4 科技進步與信息社會,從微電子、信息（計算機與通信、控制理論、人工智能等）、新材料、系統(tǒng)科學所代表的新一代工程科學與技術的迅猛發(fā)展在制造領域中的廣泛滲透、應用、衍生，極大的拓展了制造活動的深度和廣度，急劇的改變了現代設計方法、產品結構、生產方式、生產工藝、設備以及生產組織結構，產生了一大批新的制造技術和制造模式。高新技術的綜合作用促進了制造技術在宏觀(制造系統(tǒng)集成）和微觀（精密、超精密、微納米加工檢測）兩個方向上的蓬勃發(fā)

27、展，成為一門涵蓋整個生產過程的各個環(huán)節(jié)（市場分析、產品設計、工藝規(guī)劃、加工準備、制造裝配、監(jiān)控檢測、質量保證、生產管理、售后服務、回收再利用等）、包括人、機器、能量、信息等多種資源的組織、控制與管理，橫跨多個學科的集成技術。,6.5 環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展,環(huán)境問題： 大量消耗資源和破壞環(huán)境的傳統(tǒng)工業(yè)發(fā)展模式與工藝技術系統(tǒng)引起了嚴重的環(huán)境問題可持續(xù)發(fā)展思想： 重視環(huán)境方面對制造業(yè)及其產品的制約社會壓力國家

28、政策與立法經濟手段結論: 面向可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)安全型和資源節(jié)約型的制造技術將是制造領域中亟待解決的一個重要問題.,先進制造技術（AMT—Advanced Manufacturing Technology） 指在制造過程和制造系統(tǒng)中融合電子、信息、管理以及新工藝等科學技術，使材料轉換為產品的過程更有效、成本更低、更能及時滿足市場需求的先進的工程技術的總稱。,先進制造技術的定義

29、及體系結構先進制造技術的學科內容先進制造技術的發(fā)展趨勢,1、定義: 在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收機械.電子.信息.材料.能源和現代管理等方面的成果,并將其綜合應用于產品設計.制造.檢測.管理.銷售.使用.服務的制造全過程,以實現優(yōu)質.高效.低耗.清潔.靈活的生產,提高對動態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術總稱,也是取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱.,先進制造技術的定義與體系結構,面向制造的設計技術群 產品/工

30、藝設計 計算機輔助設計 工藝過程建模和仿真 工藝規(guī)程設計 系統(tǒng)工程基礎 快速成型技術 并行工程,制造工藝技術群 材料生產工藝 加工工藝 聯(lián)接與裝配 測試和檢測 環(huán)保技術 維修技術 其他,,信息技術 接口技術 集成技術 人工智能,數據庫 軟件工程 決策支持,標準和框架 數據標準 工藝標準 接口框架,產品定義和標準 檢驗標準 機床和工具技術 傳感器和控制技術,,質

31、量管理 用戶/供應商交互作用 工作人員培訓和教育,全國監(jiān)督和基準評測 技術獲取和利用,,,,,,,主體技術群,支撐技術群,,,制造基礎設施環(huán)境,,,2、體系結構,1、先進設計技術設計方法現代化產品動態(tài)分析和設計產品可靠性可維護性及安全設計產品優(yōu)化設計快速響應設計創(chuàng)新設計智能設計仿真與虛擬設計價值工程設計模塊化設計,先進制造技術的學科內容,設計手段計算機化有限元法優(yōu)化設計計算機輔助設計反求工

32、程技術CAD/CAM一體化技術工程數據庫向全壽命周期設計發(fā)展由單純考慮技術因素轉向綜合考慮技術、經濟和社會因素,2、先進制造工藝技術精密、超精密加工技術精密加工：精度為3～0.3μm Ra0.3～0.03 μm超精密加工：精度為0.3～0.03μm Ra0.3～0.005 μm納米加工：精度高于0.03μm Ra小于0.3～0.005 μm,精密成型制造技術從制造工件的毛坯、從接近零件形狀向直接制成工件的方向發(fā)展特

33、種加工技術高能束流加工（電子束、離子束、激光束）電加工（電解和電火花)超聲波加工高亞水加工多種能源的組合加工,3、制造自動化技術數控技術數控裝置進給系統(tǒng)主軸系統(tǒng)NC程序編制工業(yè)機器人機器人操作機控制系統(tǒng)傳感器生產線總線控制,柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)調度與控制故障診斷自動檢測與信號識別技術信號識別數據獲取數據處理特征提取與識別過程設備工況監(jiān)測與控制過程監(jiān)視系統(tǒng)在線反饋質量控制,4、

34、先進制造系統(tǒng)先進制造生產模式計算機集成制造系統(tǒng)CIMS敏捷制造系統(tǒng)AMS智能制造系統(tǒng)IMS精良生產LP并行工程CE集成管理技術企業(yè)資源管理ERP基于作業(yè)的成本管理ABC現代質量保障體系生產率工程制造資源快速有效集成,生產組織方法虛擬公司理論與組織企業(yè)組織結構的變革以人為本的團隊建設企業(yè)重組工程,精密化柔性化網絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化,1、集合多學科成果形成一個完整的制造體系 傳統(tǒng)制造技術

35、、信息技術、計算機技術、自動化技術、先進的管理科學2、先進制造技術的動態(tài)發(fā)展過程 不斷地吸收各種高新技術逐漸形成，不同時期、不同區(qū)域有各自的重點和內容。3、信息技術對先進制造技術的發(fā)展作用 越來越重要。CIMS、CE、AM、虛擬企業(yè)、虛擬制造；4、向超精微細領域擴展 微型機械，納米測量、微米/納米加工制造；,精密化柔性化網絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化,5、制造過程集成化 產品的設計、加工、檢測

36、、物流、裝配過程一體化。 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成 精密成形工藝 6、制造科學與制造技術、生產管理的融合 制造科學是制造系統(tǒng)和制造過程知識的系統(tǒng)描述。 數字描述、仿真、優(yōu)化、設計理論和方法、運動學、動力學、結構強度、摩擦學 制造技術包含在制造科學之中，制造科學體現在制造技術里，技術和管理由生產模式結合在一起。,精密化柔性化網絡化虛擬化智能化清潔化集成化全球化,7、綠色

37、制造 綠色產品設計技術。 綠色制造技術 產品的回收和循環(huán)再制造 8、虛擬現實技術 虛擬制造技術； 虛擬企業(yè)。 9、制造全球化 制造企業(yè)在世界范圍內的重組與集成 制造技術信息和知識的協(xié)調、合作和共享 全球制造的體系結構、制造產品及市場的分布及協(xié)調。,1、先進成形加工技術(Advanced Forming and Manufacturing Technology),應用的

38、原因 ⑴對硬質合金……等難切材料的加工⑵對模具上的……等復雜型面的加工⑶對細長件\薄……等特殊結構件的加工加工的特點 ⑴加工不受材料機械性能的限制⑵易于加工復雜型面\微細表面及柔性零件⑶能獲得良好的表面質量⑷易復合形成新的工藝技術,1.1電火花加工 Electric Discharge (Spark)Machining,,,⑴基本原理 利用工具電極和工件電極間瞬時火花放電所產生的高溫來熔蝕工件表面材料；電\熱能

39、進行加工的工藝方法.,電火花加工,(2) 極性效應 電火花加工時,陽極\陰極均受到腐蝕,但二者的蝕除量或蝕除速度是不同的,這種由于極性不同產生的蝕除量不同的現象叫做極性效應. 陽極表面受到電子撞擊,陰極表面受到正離子撞擊…… ①正極性加工 ②負極性加工 一般:短脈沖\精加工時采用正極性加工(工件接正極) 長脈沖\粗加工時采用負極性加工(工件接負極),電火花加工,⑶特點①可以

40、加工任何導電的難切削材料。在一定條件下也可加工半導體材料，甚至絕緣體材料。甚至可加工聚晶金剛石、立方氮化硼一類超硬材料。②不產生切削力引起的殘余應力和變形.(其材料去除是靠放電時的電熱作用實現的,電極和工件間不存在切削力)③脈沖參數可根據需要任意調節(jié)，因而可以在同一臺機床上完成粗、細、精三個階段的加工,易于實現自動化.④尺寸精度為:0.01～0.05mm,Ra=5～0.63.,⑷應用①各種復雜成型表面\成型孔(加工通孔，加工盲

41、孔，電火花線切割不能加工盲孔).②各種小孔\微孔.③對零件表面強化.,1.2線切割加工（Wire Electric Spark Discharge Machining),,電火花線切割加工示意圖 1-儲絲筒 2-驅動電機3-導輪 4-電極絲 5-工件 6-脈沖電源 7-計算機控制系統(tǒng),用途,1. 可加工微細異型孔，窄縫和復雜形狀的工件，加工精度可控制在0.01mm左右，表面粗糙度Ra＜2.5μm。

42、 2. 線切割因切縫很窄，對金屬去除量很少，對節(jié)省貴重金屬有重要意義。,1.3激光加工 Laser machining,激光加工是利用激光固有的特性，使光能很快轉變?yōu)闊崮軄砦g除金屬.,1.加工原理,,1-全反射鏡 2-激光工作物質 3-激勵能源 4-部分反射鏡 5-透鏡 6-工件,2.特點（1）光點小，強度高、能量集中，熱影響區(qū)小。（2）不受電磁干擾，與電子束加工相比應用更 方便。（3）

43、激光束易于聚焦導向，光束可聚到0.00lmm， 便于自動化控制。（4）不接觸加工工件，對工件變形小。（5）加工材料范圍廣。可加工陶瓷、玻璃、 寶石、金剛石、硬質合金、石英等各種金 屬和非金屬材料，特別是難加工材料。 (6)加工性能好。工件可以離開加工機械而透過透 明材料加工，不需要真空。 (7)價格比較昂貴。另外激光對人體有害，應采取

44、 防護措施。,3.應用（1）激光打孔:孔徑0.01～1mm.（2）激光切割:厚度大,割縫寬度僅為 0.1～0.2mm.（3）激光焊接（4）表面強化.,1.4超聲波加工Ultrasonic Machining,1.原理 利用作超聲頻（16～25kHZ）振動的工具，使工作液中的懸浮磨粒對工件表面撞擊拋磨來實現加工，稱為超聲加工。,超聲波加工原理示意圖1-超聲波發(fā)生器2-冷卻水入口

45、3-換能器4-外罩5-循環(huán)冷卻水6-變幅桿7-冷卻水出口8-工具9-磨料懸浮液10-工件11-工作槽,2 特點,①適合于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料，如玻璃、寶石、陶石及各種半導體材料。 可加工各種復雜形狀的型孔、型腔和型面，還可進行套料、切割和雕刻。 ②工件受力小，變形小。精度可達0.01一0.05mm，表面粗糙度可達0.63一0.08，優(yōu)于電火花加工。

46、 ③機床結構簡單、但生產率較低。,3. 應用,①不導電硬脆材料、也可加工各種高硬度與高強度的金屬材料。 ②要求較高的模具的拋磨精加工。各種圓孔、型孔、型腔、溝槽、異形貫通孔、彎曲孔、微細孔、套料等。,1.5電解加工 Electrochemical Machining,⑴基本原理 電解加工是利用金屬在電解液中產生電化學陽極溶解的原理將工件加工成形的.,⑵特點①能加工各種硬度與強度的金屬材

47、料②生產率高(約為電火花加工的5~10倍以上)③工具陰極不會損耗,壽命長.④精度難以嚴格控制,精度為±0.1mm,但表面好,Ra=1.25～0.2.⑤電解液對設備有腐蝕作用,電解產物需妥善處理。,⑶應用,①能加工各種深孔\型孔\型腔和復雜成型表面.如炮管膛線、葉片型面、模具型腔與花鍵、異型孔及復雜零件的薄壁結構等。②電解去毛刺③電解刻字,1.6電解磨削 Electrochemical Grinding

48、 它靠陽極金屬的電化學溶解(占95%~98%)和機械磨削作用(占2%~5%)相結合進行復合加工。,1.7離子束加工 IBM,⑴基本原理離子束加工是在真空條件下，將離子源產生的離子束經加速與聚焦，使之打到工件表面。離子帶正電荷，其質量比電子大千、萬倍,比電子束具有更大的撞擊動能，它是靠微觀的機械撞擊能量而不是靠動能轉化為熱能來加工的。加速到1萬～幾萬電子伏特---離子銑削加速到幾十萬電子伏特---離子鍍膜---離子

49、注入,,氬,離子束加工 IBM,⑵特點 ①離子束流密度與離子能量可精確控制，可進行“原子級加工”或“毫微米級加工”，是所有特種加工方法中最精密最微細的加工方法,是當代毫微米加工技術的基礎. ②在真空中加工,污染少，工件材料不易氧化. ③加工應力與變形極小，質量高. ④設備費用貴，加工效率低，應用受到一定限制.,3. 應用,（1）刻蝕加工 離

50、子刻蝕加工是逐個原子剝離的過程，剝離速度大約每秒一層到幾十層原子。離子束刻蝕可用于加工空氣軸承的溝槽、打孔、加工極薄材料及超高精度非球面透鏡。離子束還可用于刻蝕集成電路等器件的高精度圖形。（2）鍍膜加工 熱應力少，結合力強，膜層不易脫落。離子鍍鍍層組織細密，針孔氣泡少。離子鍍可在金屬或非金屬表面上鍍制金屬或非金屬材料，已用于鍍制潤滑膜、耐熱膜、耐蝕膜、耐磨損膜、裝飾膜和電氣膜等。,（3）注入加工 離子注入是向工件表面

51、直接注入離子，注入量可精確控制，深度可達ｌµｍ以上。離子注入在半導體方面得到了廣泛的應用。用硼、磷等“雜質”離子注入半導體材料可以改變導電型式成P型或Ｎ型，可制造出一些通常熱擴散難以得到的、各種特殊要求的半導體器件。離子注入還可以顯著改善金屬表面的耐蝕、耐磨和潤滑性能。,1.8 微型機械加工,在機械裝置的小型化過程中出現兩類機械，小型機械和微型機械?？梢赃@樣劃分：10～1mm為小型機械，用精密加工的方法可以制造出來；1mm～1

52、μm為微型機械，需要細微加工技術方法才能制造出來；1μm～1nm為納米機械，是分子級的零件，需要采用生物工程技術制造。,微型機械是指集微型機構、微型傳動器以及信號處理和控制電路，甚至外圍接口電路、通訊電路和電源等于一體的微型機電系統(tǒng)（Micro Electro-Mechanical Systems，即MEMS）。,微型機械技術涉及電子、電氣、機械、材料、制造、信息與自動控制、物理、化學、光學、醫(yī)學以及生物技術等多種工程技術和科學并集約了

53、當今科學技術的許多尖端成果。,微型機器可應用醫(yī)療、汽車運輸、航空航天、環(huán)境、制造、軍事等，尤其以其在生物醫(yī)學、環(huán)境、交通和國防領域的應用令人矚目。如日本名古屋大學研制出不需要電纜的管內移動微型機器人，可用于生物醫(yī)學（如清理人體血管壁）、小直徑管道檢測等。,目前微型機械的制造主要采用基于半導體工藝的硅微細加工技術，以及德國研制的LIGA工藝（LIGA是德文Lithographie，Galvanoformung 和Abformung三個詞，

54、即光刻、電鑄和注塑的縮寫）。,2、快速成形制造技術（Rapid Prototyping）,2.1快速成形原理 快速成形技術是在計算機控制下，基于離散堆積原理采用不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術。從成型角度看，零件可視為“點” 或“面” 的疊加而成。從CAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數信息結合，控制材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。,2.2特點,（1）高度柔性 快速成形技

55、術的最突出特點就是柔性好，它取消了專用工具，在計算機管理和控制下可以制造出任意復雜形狀的零件，把可重復編程、重組、連續(xù)改變的生產裝備用信息方式集成到一個制造系統(tǒng)中。（2）技術的高度集成 快速成形技術是計算機技術、數控技術、激光技術與材料技術的綜合集成。在成形概念上，它以離散／堆積為指導，在控制上以計算機和數控為基礎，以最大的柔性為目標。因此只有在計算機技術、數控技術高度發(fā)展的今天，才有可能誕生快速成形技術。,（3）設計制造一體化 快

56、速成形技術的另一個顯著特點就是CAD／CAM一體化。在傳統(tǒng)的CAD、CAM技術中，由于成型思想的局限性，致使設計制造一體化很難實現。而對于快速成形技術來說，由于采用了離散／堆積分層制造工藝，能夠很好地將CAD/CAM結合起來。 （4）快速性 快速成形技術的一個重要特點就是其快速性。由于激光快速成形是建立在高度技術集成的基礎之上，只需在片材上切割出零件截面的輪廓，而不用掃描整個截面。因此成形厚壁零件的速度較快，易于制造大型零件。從CAD

57、設計到原型的加工完成只需幾小時至幾十小時，比傳統(tǒng)的成型方法速度要快得多，這一特點尤其適合于新產品的開發(fā)與管理。 （5）材料的廣泛性 由于各種 RP工藝的成形方式不同，因而材料的使用也各不相同，如金屬、紙、塑料、光敏樹脂、蠟、陶瓷、纖維等材料在快速成型領域已有很好的應用。,2.3快速成型技術的應用,1.快速模具制造;鑄造模具、電解加工、電鑄加工、壓力加工 . 2.醫(yī)學上的仿生制造RP技術 ,例如進行顱骨修復手術時，采用RP

58、迅速、準確地將病人顱骨的CT數據轉換為三維實體模型，采用快速原形方法制作的修復件成形精度高，能十分吻合病人顱骨幾何形狀，減少固定螺釘約1/2，減少手術時間，有利于病人恢復。,3、數控加工,數控就是數字控制（Numerical Control）的簡稱，數控加工即用數字和符號構成的程序來控制機床自動進行加工。,3.1數控機床的主要組成部分和工作原理,數控機床的主要組成部分和基本工作過程示意圖1-輸入裝置 2-數控裝置 3-伺服系統(tǒng) 4-機

59、床本體,,3.2數控機床分類,(1)點位控制系統(tǒng)鉆床、鏜床、沖床及鉆鏜類加工中心,,(2)輪廓控制系統(tǒng),輪廓控制又稱連續(xù)切削控制，除了使刀具準確定位之外，還必須控制刀具相對工件以給定速度沿著指定的路徑運動。刀具運動軌跡確定被加工零件的表面形狀 。如數控銑床、車床屬于這類控制系統(tǒng) 。,3.3 數控編程的數學處理,（1）平面輪廓零件的數學處理方法 ①基點（組成該零件輪廓的各幾何元素間的連接點，即交點或切點）坐標的計

60、算； ②節(jié)點（用直線段逼近曲線時，曲線被分割成多條直線段，各相鄰兩直線段的交點）坐標的計算.,,,,直線段逼近等步長法,1.利用求極值的方法求出曲線方程Y＝f(x)最小曲率半徑Rmin(最大插補誤差產生在曲線曲率半徑最小處 )； 2.由插補允許誤差δ求Ｒmin處的插補直線段長度L ； 3.以曲線起點為圓心．以L為半徑作圓，與曲線相交于b點即為第一個所求的節(jié)點

61、；再以所求得的節(jié)點為圓心．以L為半徑作圓； 4.重復以上步驟，依次可分別求得其余各節(jié)點坐標。缺點：大多數插補誤差小于δ，利用精度不夠。,,用圓弧段逼近非圓曲線的計算方法,用彼此相切圓弧段逼近零件輪廓非圓曲線時，由于相鄰圓弧彼此相切,則被逼近的曲線為光滑聯(lián)結，即不會出現尖點．從而可提高零件的光滑程度。,,目標：各分段圓弧的起、終點坐標 以及圓心坐標和半徑值 1.采用三

62、點定一圓的圓弧逼近方法，計算各段圓弧的圓心坐標和半徑值。其步驟是首先過P1、P2、P3 三點作圓，圓的方程可表示為： X2+Y2+DX+EY+F=02.根據P1,P2,P3點坐標可確定方程中的D、E、F系數，則該圓的圓心坐標和半徑分別為： X01=-D/2 Y01=-E/2R1=1/2(D2+E2-4F)1/23.再從P2點開始過三點作圓，順次重復上述計算步驟。即可分別求出各段圓弧的

63、圓心坐標和半徑值。,,插補,已知該圓弧的起點A與終點B的坐標、圓心坐標或半徑值，要把圓弧AB光滑地描繪出來，必須把圓弧段AB之間各插補點的坐標值計算出來，填補到A、B之間，稱為插補。插補功能由專用邏輯電路實現,,(a)-直線插補 (b)-園弧插補,3.4機床坐標系與運動方向規(guī)定 為了準確地描述機床運動并使所編程序具有互換性，國內外標準化組織已經對數控機床的坐標和運動方向作了明文規(guī)定。 （1）坐標和運動方向命

64、名的原則 機床在加工零件時刀具與工件之間產生相對運動，JB3051-82標準規(guī)定：永遠假定刀具相對于靜止的工件坐標而運動。,（2）坐標系的規(guī)定 為了確定機床的運動方向、移動距離，要在機床上建立一個坐標系，這個坐標系就是標準坐標系，也叫機床坐標系。數控機床上的坐標系是采用右手直角笛卡爾坐標系。圖中，大拇指的方向為X軸的正方向，食指為Y軸的正方向，中指為Z軸正方向。,,,右手笛卡爾坐標系統(tǒng),運動方向的確定

65、 標準規(guī)定機床某一部件運動的正方向，是增大工件和刀具之間距離的方向。 1)Z坐標的運動由傳遞切削力的主軸決定，與主軸軸線平行的坐標軸即為Z坐標。Z坐標的正方向為增大工件與刀具之間距離的方向。如在鉆床加工中，鉆入工件的方向為Z坐標的負方向，退出方向為正方向。,2)X坐標為水平且平行于工件的裝卡面，這是在刀具或工件定位平面內運動的主要坐標。對于刀具旋轉的機床（如銑床、鉆床等），X運動的正方向指向如圖,,3)Y

66、坐標軸垂直于X、Z坐標軸。Y運動的正方向根據X和Z坐標的正方向，按右手直角坐標系來判斷。,3.5工件坐標系,工件坐標系是為了確定工件幾何形體上各要素的位置而設置的，其原點為工件零點，通常將編程零點作為工件坐標系的零點。,3.6刀具半徑補償功能,指具有這種功能的控制裝置能使刀具中心自動從零件輪廓上偏離一個指定的刀具半徑值（補償量），使刀具中心在這個被補償的軌跡上運動，從而把工件加工成圖紙上所要求的輪廓形狀,,3.7數控加工編程,數控編程的

67、第一步工作是細致分析零件圖，明確加工內容和技術要求，然后著手擬定零件的加工方案和選擇合適的數控機床，然后編制加工程序。,（1）確定零件的裝夾方法并選擇夾具 數控加工中，為了盡量減少輔助時間，一般使用夾具來加快零件的定位和夾緊過程。夾具的結構大多比較簡單。利用通用元件拼裝的組合夾具有很大的優(yōu)越性，生產準備周期短，標準件可以反復使用，經濟實用。,（2）確定對刀點和換刀點 “對刀點”是數控加工中刀具相對于工件運動的起點。

68、程序也是從這一點開始執(zhí)行，所以對刀點也可以稱作“程序原點”。 選擇對刀點的原則是方便數學處理和簡化程序編制；在機床上容易找正；加工過程中便于檢查；引起的加工誤差小。 對刀點可以設在零件上、夾具上或機床上，但必須與零件的定位基準有已知的準確關系。當對刀精度要求高時，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。,對于以孔定位的零件，可以取孔的中心點作為對刀點。對刀時應使對刀點和刀位點重合。所謂刀位點，是指刀具的定位基