1、,1 先进制造技术,康敏 聂信天,Advanced Manufacturing Technology ( AMT ),1.1 概述,1.1.1 先进制造技术的提出,传统制造业不 能满足快速 变化的环境,美国对本 国制造业 的反省,机械制造工艺学,工业化国家发展战略,先进制造技术计划 AMT,制造技术中心计划 MTC,尤里卡计划 EREKA,智能制造计划 IMS,欧洲信息技术研究发展计划 ESPRIT,欧洲工业技术基础研究计划 BRITE,美国,日本,欧共体,机械制造工艺学,先进制造技术在我国的进展,政府及有关领导对先进制造技术的发展给予了高度的关注,国务委员宋健1995年4月在接见先进制造技术
2、专家时指出,“先进制造技术是一个国家、一个民族赖以繁荣昌盛的重要手段”，“如果制造技术不发达，这个国家、民族就不可能富裕”，“因此，我国相当长的时间内，发展制造技术是至关重要的”。,国家计委、国家科委、国家经贸委在联合编制全国科技发展“九五”计划和到2010年长期规划中明确将先进制造技术专项列入高技术研究与发展专题。,1995年5月中共中央、国务院关于加速科技进步的决定中提出；为提高工业增长的质量和效益，要重点开发推广电子信息技术、先进制造技术、节能降耗技术、清洁生产和环保技术等共性技术。,1995年9月中共中央关于制定国民经济和社会发展“九五”计划和2010年远景目标的建议中明确要大力采用先
3、进制造技术。,机械制造工艺学,1.1.2 先进制造技术的定义,先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、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，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。,机械制造工艺学,AMT的特点,实用性,集成性,动态性,系统性,环保性,广泛性,1.1.3 先进制造技术的特点,机械制造工艺学,特种加工的产生,难切削加工材料加工,复杂型面加工,特殊零件加工,精密表面加工,1.2 现代制造工艺技术,1.2
4、.1 特种加工技术,机械制造工艺学,特种加工的特点,不是主要依靠机械能,工具硬度可以低于被加工材料的硬度，非接触加工,加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力,对产品零件的结构设计带来很大的影响,多种能量可组合形成复合加工,机械制造工艺学,1.2 特种加工的分类和综合比较,表1 常用特种加工方法分类,机械制造工艺学,1.2.2 快速成形技术,快速原型制造技术20世纪80年代起源于日本，很快发展到美国和西欧，是近20年来制造技术领域的一次重大突破。快速原型制造技术是CAD技术、数控技术、激光技术以及材料科学与工程技术等技术的集成，它可以自动、快速地将设计思想物化为具有一定结构和功能的原型或
5、直接制造零部件，从而可以对产品设计进行快速评价、修改，以响应市场需求，提高企业的竞争能力。,机械制造工艺学,一、原形 （prototype),是指用来建造未来模型或系统基础的一个初始模型或系统,原型制造（Prototyping）是设计、建造原型的过程。,一、快速原型制造的概念、原理及分类,机械制造工艺学,二、零件的成形方式,成形方式,去除成形,堆积成形,受迫成形,生成成形,机械制造工艺学,三、RP含义,RP技术是基于离散堆积成形原理的新型数字化成形技术,是在计算机的控制下,根据零件的CAD模型,通过材料的精确堆积,制造原形或零件。,机械制造工艺学,四、快速原型制造技术原理,机械制造工艺学,五、
6、RPM的分类,1）按采用的原材料分类,液体聚合、固化,粉末烧结与粘接,丝材、线材熔化粘接,膜、板材层合,2）按制造工艺原理分类,立体印刷成型,层合实体制造,选域激光烧结,熔融沉积制模,三维喷涂粘结,机械制造工艺学,立体光照成型,立体光照成型是目前世界上研究最深人、技术最成熟、应用最广泛的一种快速成型方法。美国3D System公司的SLA技术在国际快速原型制造系统市场上占的比例最大，自1988年推出SLA-250机型以后，又于1997年推出SLA-250HR、SLA-3500、SLA-5000三种机型，在技术上有了长足进步。其中，SLA3500和SLA5000使用半导体激励的固体激光器，扫描速
7、度分别达到2.54m/s和5m/s，成型层厚最小可达0.05mm。该公司于 1999年推出的SLA-7000机型与SLA-5000机型相比，成型体积虽然大致相同，但其扫描速度达到9.52m/s，平均成型速度提高了1倍。,机械制造工艺学,工艺原理,Stereo Lithography Apparatus （SLA）,机械制造工艺学,层合实体制造,层合实体制造是几种最成熟的快速原型制造技术之一。层合实体制造方法和设备自 1991年问世以来，得到迅速发展。目前世界上已有100多套设备投入使用，主要是Helisys Inc.的纸张叠层造型LOM系列。Helisys公司1992年推出LOM-1015（台
8、面380mmx250mmx 350mm）机型后，于1996年又推出台面达815mmx550mm x 508mm的LOM-2030H机型，成型时间比原来缩短了30%。Helisys公司除原有的LPH、LPS和LPF三个系列纸材品种以外，还开发了塑料和复合材料品种。,机械制造工艺学,工艺原理,Laminated Object Manufacturing (LOM),机械制造工艺学,选域激光烧结,选域激光烧结是借助精确引导的激光束使材料粉末烧结或熔融后凝固形成三维原型或制件。目前研究选域激光烧结工艺的有DTM公司、EOS GmbH公司、北京隆源公司、南京航空航天大学和华中理工大学等。选域激光烧结法设
9、备主要有DTM公司的Sinterstation和EOS GmbH的EOSSINT系列产品。利用这种成型技术可以制造出高强度的原型或零件。目前成熟的工艺材料为蜡粉及塑料粉，用金属粉或陶瓷粉进行粘结或烧结的工艺还正在实验阶段。,机械制造工艺学,工艺原理,Selected Laser Sintering （SLS）,机械制造工艺学,熔融沉积造型,熔融沉积造型技术以美国Stratasys公司开发的产品制造系统应用最为广泛。Stratasys公司于1993年开发出第一台FDM-1650（台面为250mmx 250mm x 250mm）机型后，先后推出了FDM-2000、FDM-3000和FDM-8000
10、机型。其中FDM8000的台面达457mmx457mmx610mm。引人注目的是 1998年Stratasys公司推出的FDMQuantum机型，最大造型体积为600mmx500mmx600mm。由于采用了挤出头磁浮定位系统，可在同一时间独立控制两个挤出头。因此其造型速度为过去的5倍。Stratasys公司1998年与Med Modeler公司合作开发了专用于一些医院和医学研究单位的Med Modeler机型，使用ABS材料，并于1999年推出可使用聚酯热塑型塑料的Genisys型改进机型Genisys Xs，造型体积达305mm x 203mmx 203mm。目前Stratasys正在与IB
11、M合作开发桌面制造系统。,机械制造工艺学,工艺原理,Fused Deposition Modeling （FDM）,机械制造工艺学,清华大学GIMINI双喷头熔融挤压快速成形件,机械制造工艺学,清华大学M-RPMS激光快速成形件,机械制造工艺学,清华大学SSM分层实体制造件,机械制造工艺学,1.2.3 精密与超精密加工,所谓精密加工，是指加工精度和表面质量达到极高程度的加工工艺。不同的发展时期，其术指标有所不同。,精密加工精度为 101m，表面粗糙度值为： Ra03003m； 超精密加工精度为 01001 m，表面粗糙度值为 Ra003 0005m，又称亚微米加工；（1微米=0.001mm）
12、纳米加工精度高于 001 m，表面粗糙度值小于 Ra 0.005 m。,机械制造工艺学,超精密车削加工,机械制造工艺学,微细铣削,微型飞行器,移动原子世界上最小的广告,用STM移动分子组成的IBM字样,扫描探针显微加工技术-加工方法,1.2.4 高速切削加工技术,1）1978年，CIRP切削委员会提出以线速度（5007000）m/min的切削速度,2）根据ISO1940标准，主轴转速高于 8000r/min,3）PTW提出以高于（510）倍的普通切削速度,4）DN值达（52000）105mmrmin时,尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提
13、高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。,机械制造工艺学,高速切削加工技术的机制,机械制造工艺学,1.3 自动化加工技术,一、计算机辅助制造二、数控技术三、工业机器人技术四、柔性制造技术,机械制造工艺学,数字化设计/制造创我国枭龙飞机研制周期最短的奇迹,枭龙/FC-1型飞机从冻结技术状态到首飞成功，只用了23个月的时间，这是采用了数字化设计/制造/管理技术创造的奇迹。,建立枭龙/FC-1型飞机全机 结构数字样机，实现产品数据共享全机工艺规程编制计算机化实现枭龙/FC-1飞机主要结构件数字化设计/工艺/加工/检测，突破结构件制造瓶颈,柔性制造系统,柔性制造系统是由若干台CNC设备和可
14、编程自动物料储运系统,通过由一共同的层次化计算机网络连接起来控制的,能实现动态平衡优化资源使用,并可自动适用在系统预定义零件族中的任意零件数量、品种混合加工的生产系统。,（1）柔性制造单元(FMC, Flexible Manufacturing Cell),（2）柔性自动线(FML, Flexible Manufacturing Line),（3）柔性制造系统(FMS, Flexible Manufacturing System),（4）柔性制造工厂(FMF, Flexible Manufacturing Factory),机械制造工艺学,柔性制造系统的组成,机械制造工艺学,柔性制造系统的工作
15、原理,机械制造工艺学,1.4 先进制造生产模式,1.4.1敏捷制造的概念和特征,敏捷制造(AM， Agile Manufacturing)的基本思想就是通过把灵活的动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质的人员进行全面集成，从而使得企业能够从容应付快速的和不可预测的市场需求，获得企业的长期经济效益。敏捷制造的基本含义如下：在先进柔性生产技术的基础下，通过企业的多功能项目组(团队)与企业外部多功能项目组(团队)组成虚拟企业这个动态多变的动态组织机构，把全球范围内的各种资源，包括人的资源集成在一起，实现技术、管理和人的集成，从而能够在整个产品生命周期内最大限度地满足用户的需求，提高企业的竞争能力，获取
16、企业的长期效益。,机械制造工艺学,敏捷制造有以下特点,重视发挥人的作用 根据用户需求、个性化设定和市场变化，全方位做出快速响应 通过动态联盟形成虚拟企业，在企业和用户之间形成快速畅通的分销网 在结盟企业间形成快速有效的协调工作机制 推行并行工程技术和虚拟制造技术 建立敏捷制造企业,机械制造工艺学,1.4.2 精益生产,起源于20世纪50年代丰田汽车公司，而在80年代中期被欧美企业纷纷采用。随着微利时代的来临，精益生产模式成为企业竞争的有力武器,2）美国工业的困惑,3）美国对丰田生产方式的研究,1）丰田生产方式的形成及其推广,4）精益生产方式的兴起,机械制造工艺学,什么是精益生产-五个原则,机械
17、制造工艺学,精益生产的定义,精益生产是为了适应市场多元化的需要，在多品 种小批量的市场需求制约下诞生的全新生产方式。精益生产的核心是消除一切无效劳动和浪费。精益的“ 精 ”就是指更少的投入，而“ 益 ”指更多的产出。,机械制造工艺学,精益生产的特征,以用户为“上帝” 以“人”为中心 以“精简”为手段 Team Work和并行设计 JIT供货方式 “零缺陷”工作目标,机械制造工艺学,1.4.3 并行工程的概念,并行工程实质就是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程的一种系统方法。这种方法要求产品开发人员与其他人员一起共同工作，在设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的
18、所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。,机械制造工艺学,并行产品开发工程,机械制造工艺学,并行工程的特点,并行工程的特点,设计人员的团队化,设计过程的系统性,设计过程的快速反馈,设计过程的并行性,机械制造工艺学,1.4.4 虚拟制造的定义,佛罗里达大学Gloria J.Wiens的定义是：虚拟制造是这样一个概念，即与实际一样在计算机上执行制造过程。其中虚拟模型是在实际制造之前用于对产品的功能及可制造性的潜在问题进行预测(VM is a concept of executing manufacturing processes in computers as well as in the real world,where virtual modelsallow for prediction of potential problems for product functionality and manufacturability before real manufacturing occurs.)。该定义强调VM“与实际一样”“虚拟模型”和“预测”，即着眼于结果。,机械制造工艺学,实际制造和虚拟制造的关系,机械制造工艺学,虚拟制造的分类,机械制造工艺学,谢谢各位,
