先进制造技术3.pptx
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1、先进制造技术教学目的与要求:1.了解先进制造工艺技术。2.了解自动化制造系统。3.了解工业机器人。4.了解先进制造模式。5.了解先进制造系统投资项目评价。教学内容:1.先进制造工艺技术。2.自动化制造系统。3.工业机器人。4.先进制造模式。5.先进制造系统投资项目评价。先进制造技术 1.先进制造技术不是一项具体的技术,而是一项综合系统的技术。先进制造技术的主要特征先进制造技术的主要特征 2.先进制造技术的先进性是建立在不断地汲取其他相关领域新技术的基础上的,是动态的、相对的。3.创新是先进制造技术的灵魂,并贯穿于制造全过程(产品创新、生产工艺过程创新、生产手段创新、管理创新、组织创新及市场创新
2、)。4.技术与管理的结合是先进制造技术的一个突破,对市场变化做出更敏捷的反应及对最佳技术经济效益的追求,使先进制造技术十分重视生产过程组织管理体制的合理化和最佳化。先进制造技术 5.市场和工业界的需求是先进制造技术的出发点与归宿,是先进制造技术的动力和目标。先进制造技术成果的成败取决于生产检验,企业是先进制造技术的创新主体。先进制造技术的核心是优质、高效、低耗、清洁、灵活等基础制造技术,其最终的目标是要提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力。发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策,同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经济持续稳定发展、科技保持先进领先的长远大计。先
3、进制造技术1.现代设计技术先进制造技术的研究领域:2.先进制造工艺技术3.自动化技术4.系统管理技术先进制造技术一、超精密加工1.金刚石精密切削 精密与超精密加工是一个十分广泛的领域,它包括了所有能使零件的形状、位置和尺寸精度达到微米和亚微米范围的机械加工方法。第一节 先进制造工艺技术 金刚石具有无与伦比的硬度,是最佳的切削刀具材料。用金刚石刀具进行精密切削,主要用来加工无氧铜、铝合金、黄铜、非电解镍等有色金属和某些非金属材料。金刚石精密切削用于加工陀螺仪、天文望远镜的反射镜、激光切割机床中的反射镜等;也可以加工计算机磁盘、激光打印机的多面镜、录像机的磁头、复印机的硒鼓。先进制造技术 当磨削后
4、的工件表面反射光的能力达到一定程度时,该磨削过程被称为镜面磨削。镜面磨削的工件材料有脆性材料、金属材料。2.镜面磨削 日本东京大学理化研究所发明了电解在线修整磨削法ELID(Electrolytic In-Process Dressing)。ELID磨削方法最适合于加工平面,磨削后的工件表面粗糙度可达1nm的水平,即使在可见光范围内,这样的表面确实可以作为镜面来使用。ELID磨削的生产率远远超过常规的抛光加工,故在许多应用场合取代了抛光工序。ELID也可用于加工其他几何形状如球面、柱面和环面等。先进制造技术二、超高速加工 通常把切削速度比常规高510倍以上的切削叫做超高速切削。如车削70070
5、00m/min;铣削3006000m/min;钻削2001100m/min;磨削150360m/s。在高速铣削时,进给速度随切削速度的提高相应提高510倍,单位时间材料切削率可增加6倍。超高速切削目前主要用于飞机、汽车及模具工业。飞机制造工业中的轻合金零件特别适合采用超高速切削。先进制造技术三、微型机械加工 在机械装置的小型化过程中出现两类机械,小型机械和微型机械。可以这样划分:101mm为小型机械,用精密加工的方法可以制造出来;1mm1m为微型机械,需要细微加工技术方法才能制造出来;1m1nm为纳米机械,是分子级的零件,需要采用生物工程技术制造。微型机械是指集微型机构、微型传动器以及信号处理
6、和控制电路,甚至外围接口电路、通讯电路和电源等于一体的微型机电系统(Micro Electro-Mechanical Systems,即MEMS)。先进制造技术 微型机械技术涉及电子、电气、机械、材料、制造、信息与自动控制、物理、化学、光学、医学以及生物技术等多种工程技术和科学并集约了当今科学技术的许多尖端成果。微型机器可应用医疗、汽车运输、航空航天、环境、制造、军事等,尤其以其在生物医学、环境、交通和国防领域的应用令人瞩目。如日本名古屋大学研制出不需要电缆的管内移动微型机器人,可用于生物医学(如清理人体血管壁)、小直径管道检测等。目前微型机械的制造主要采用基于半导体工艺的硅微细加工技术,以及
7、德国研制的LIGA工艺(LIGA是德文Lithographie,Galvanoformung 和Abformung三个词,即光刻、电铸和注塑的缩写)。先进制造技术四、快速原型制造技术 快速原型/零件制造(RPMRapid Prototyping/Parts Manufacturing)技术是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光加工技术的技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。RPM技术是直接根据产品CAD的三维实体模型数据,经计算机数据处理后,将三维实体数据模型转化为许多平面模型的叠加,然后直接通过计算机进行控制以制造一系列的平面模型,然后加以联
8、结,即可形成复杂的三维实体。先进制造技术1.RPM原理(1)零件的设计及分层切片(2)零件的成形 激光快速成形过程 2.RPM方法目前已开发出许多RPM方法,通常按制造工艺原理进行分类,主要有:立体印刷成型(SLA);层合实体制造(LOM);选域激光烧结(SLS);熔融沉积制模(FDM);三维喷涂粘接(3DPG);焊接成型(WF);数码累积造型(DBL)等。先进制造技术五、特种加工五、特种加工 特种加工是指切削加工以外的一切新的去除加工方法,它与切削加工有着明显的区别。切削加工是靠机械能来切除多余材料,而特种加工是以电能、化学能、光能、声能、热能等来实现对零件材料加工的。特种加工用的工具材料硬
9、度可以低于被加工工件材料的硬度,甚至可以不用加工工具。特种加工过程中工具与工件之间不存在明显的机械切削力。特种加工可以加工任何硬度、强度、韧性、脆性的金属或非金属材料,且专长于加工复杂、微细表面和低刚度零件,同时,有些方法还可以进行超精加工、镜面光整加工和纳米级加工。先进制造技术(一)电火花加工 电火花加工(Electrical Discharge Machining 简称EDM)是利用工具和工件(正、负电极)之间脉冲性电火花放电时的电腐蚀现象来除去工件上的多余金属以实现加工目的。电火花加工原理 1直流脉总电源 2一工件 3一工作液 4一工具电极 5一自动进给调节装置 电火花加工的基本原理 电
10、火花放电时火花通道中瞬时产生大量的热,达到很高的温度,使电极表面的金属局部融化甚至气化蒸发而被蚀除,形成放电凹坑。先进制造技术实现电火花加工必须具备的条件:工具和工件被加工表面之间经常保持一定的间隙通常为几微米至几百微米)。火花放电必须是脉冲性放电(脉宽0.11000s,脉间不小于10s),这样才能使放电所产生的热量来不及传导扩散到其余部分,而仅仅使放电区域产生瞬时高温。火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质进行,如去离子水、煤油、皂化液等。解决上述问题的办法是:使用脉冲电源和放电间隙自动进给控制系统,在具有一定绝缘强度和一定粘度的电介质中进行放电加工。先进制造技术 电火花加工特点 可加工任何
11、导电材料,不受材料硬度、脆性、韧性、熔点的限制。适用于加工特殊及复杂形状的零件。脉冲参数可调,加工范围大,在一台机床上可连续进行粗、精加工。电火花加工在特种加工中是发展比较成熟的工艺方法,主要有电火花穿孔成型加工、电火花线切割加工;电火花内孔、外圆和成型磨削;电火花表面强化、刻字等。广泛应用于机械(特别是模具制造)、航天、航空、电子、电机电器、精密机械、仪器仪表、汽车拖拉机、轻工等行业。3.电火花加工应用先进制造技术(二)电化学加工(二)电化学加工电化学加工(Electro-chemical Machining,简称ECM)是当前迅速发展的一种特制加工方式,按加工原理可以分为三大类:利用阳极金
12、属的溶解作用去除材料(如电解加工、电解抛光、电解研磨等)、利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工(如电铸、电镀、涂镀等)、电化学加工与其他加工方法结合完成的电化学复合加工(如电解电火花复合加工、电化学阳极机械加工等)。电解加工示意图 1一直流电源 2一进给机构 3一工具 4一工件 5一电解液泵 6一电解液 先进制造技术电解加工的特点及应用 不受材料的硬度、强度和韧性的限制,可加工硬质合金、淬火钢、不锈钢、高温合金等。能以简单进给运动一次加工出复杂的型面或型腔(如锻模、叶片),生产率比电火花加工高510倍以上。加工过程中无切削力或切削热影响,没有飞边和毛刺,可以加工薄壁、深孔零件。工具电极(阴极)基
13、本不损耗。电解加工附属设备多,占地面积较大,初期投资较大。电解液的处理和回收有一定的难度,而且对设备有一定的腐蚀作用,加工过程中对环境有一定的污染。先进制造技术(三)激光加工(三)激光加工 1.激光加工原理 激光与其它光源相比具有相干性好、单色性好、方向性好和能量密度高等特性,通过光学系统可以使它聚焦为一个极小的光斑(直径仅几微米到几十微米),从而获得极高的能量密度(可达1010W/cm),温度可达10000以上。当能量密度极高的激光束照射在被加工表面上时,光能被加工表面吸收,并转换成热能,使照射斑点的局部区域的材料在千分之一秒,甚至在更短的时间内,迅速被融化以至气化,从而达到材料蚀除的目的。
14、激光加工机示意图激光加工机示意图 1激光器 2光圈 3反射镜 4聚集镜 5工件 6工作台 7电源 先进制造技术2.激光加工的特点 激光是20世纪60年代发展起来的一项重大科技成果,它的出现深化了人们对光的认识,扩展了光在人类服务的领域。目前,激光加工已较为广泛地应用于切割、打孔、焊接、表面处理、切削加工、快速成形、电阻微调、半导体处理等领域中。激光加工的能量密度高,几乎可以加工任何材料。高硬、耐热合金,陶瓷、石英、金刚石等材料都能加工。激光加工不需要工具,不存在工具损耗、更换和调整等问题,适应于自动化连续操作。激光束可聚焦到微米级,输出功率可以调节,且加工中没有机械力的作用,故适合精密微细加工
15、。激光可以透过透明的物质(如空气、玻璃等),故激光加工可以在任何透明的环境中进行,包括空气、惰性气体、真空甚至某些液体。先进制造技术(四)超声加工(四)超声加工 声波是人耳能感受的一种纵波,它的频率在1616000Hz范围内。当频率超过16000Hz就称为超声波。超声波具有波长短、能量大,传播过程中反射、折射、共振、损耗等现象显著的特点。1.超声加工 利用工具端面作16 25kHz的超声频振动,使工作液中的悬浮磨粒对工件表面撞击抛磨来实现加工,称为超声加工。超声波加工原理 1超声波发生器 2换能器 3振幅扩大棒 4工作液 5一工件 6一工具 先进制造技术 超声波加工的特点 适应于加工硬脆材料,
16、特别是不导电的非金属材料,如玻璃、陶瓷、石英、硅、锗、玛瑙、宝石、金刚石等。加工精度高,表面质量好。工件在加工过程中受力较小,可以加工薄壁、窄缝等低刚度工件。加工出工件的形状与工具形状一致,只要将工具做成不同的形状和尺寸,就可以加工出各种复杂形状的型孔、型腔、成形表面,不需要使工具和工件做较复杂的运动。因此,超声波加工机床结构比较简单,操作维修方便。超声加工是基于局部撞击作用,越是脆硬材料,受撞击作用遭受的破坏愈大,愈易超声加工。相反,脆性和硬度不大的韧性材料,由于它的缓冲作用而难以加工。先进制造技术(五)水喷射加工(五)水喷射加工 水喷射加工(Water Jet Machining)又称水射
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