零件先进制造技术概论.ppt

1、11.1 概 述 1.2 计算机辅助设计与制造技术 1.3 现代制造系统 1.4 特种加工技术,第11章 零件先进制造技术概论,11.1 概述,先进制造技术(Advanced Manufacturing Technique，缩写AMT)是中国1995年列入为提高工业质量及效益的重点开发推广项目，该技术涉及到信息、机械、电子、材料、能源、管理等方面的知识。该技术的发展对推动国民经济的发展有着重要的作用。,11.1.1 先进制造技术发展历程,人类漫长的历史发展中，使用工具、制造工具进行产品制造是基本生产活动之一。,20世纪上半叶，以机械技术和机电自动化技术为基础的制造业的生产空前发展。,先进制造技

2、术是传统制造技术与微电子、计算机、自动控制等现代高新技术相交叉融和的结果，是一个集机械、电子、光学、信息科学、材料科学、生物科学、管理学等新成就于一身的新兴技术。,11.1.2 先进制造技术的发展趋势和特色1“数”是发展的核心 “数”是指制造领域的数字化。它包括以设计为中心的数字制造、以控制为中心的数字制造和以管理为中心的数字制造。 2“精”是发展的关键 “精”是指加工精度及其发展。 3“极”是发展的焦点 “极”就是极端条件，是指生产特需产品的制造技术，必须达到“极”的要求。4“自”是发展的条件 “自”就是自动化。它是减轻、强化、延伸、取代人的有关劳动的技术或手段。,11.1 概述,5“集”是

3、发展的方法 “集”就是集成化。 6“网”是发展的道路 “网”就是网络化。制造技术的网络化是先进制造技术发展的必由之路。 7“智”是发展的前景 “智”就是智能化。制造技术的智能化是制造技术发展的前景。 8“绿”是发展的必然 “绿”就是“绿色”制造。人类必须从各方面促使自身的发展与自然界和谐一致，制造技术也不例外。上面所讲的数、精、极、自、集、网、智、绿这八个方面，彼此渗透，相互促进，形成一个整体。 先进制造技术不是一门具体的、单一的科学技术，它是一个集成的、多学科的、综合的一门学科。,11.1 概述,计算机辅助设计和计算机辅助制造(缩写CAD/CAM)的基本意思是指产品设计和制造技术人员在计算机

4、系统的支持下，根据产品设计和制造流程进行设计和制造的一项技术。 11.2.1 计算机辅助设计（CAD）技术 计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称CAD。 系统组成 通常以具有图形功能的交互计算机系统为基础，主要设备有：计算机主机，图形显示终端，图形输入板，绘图仪，扫描仪，打印机，磁带机，以及各类软件。 现代CAD系统的功能包括: (1)设计组件重用 (2)简易的设计修改和版本控制功能(3)设计的标准组件的自动产生 (4)设计是否满足要求和实际规则的检验(5)无需建立物理原型的设计模拟 (6)装配件的自动设计(7)工程文档的输出，例如制造图纸，材料明细表(8)设计

5、到生产设备的直接输出 (9)到快速原型或快速制造工业原型的机器的直接输出,11.2 计算机辅助设计与制造技术,11.2.2计算机辅助工艺过程设计CAPP（computer aided process planning,计算机辅助工艺过程设计）的作用是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，把毛坯加工成工程图纸上所要求的零件。特点：CAPP可以总结、保存有经验的、高水平的工艺人员的设计技术技巧和经验CAPP可以协助新的无经验的工艺人员设计出高水平的工艺文件；CAPP可以大大减轻工艺过程设计的文书性。CAPP又是CIMS，FMS和MRP的基础之一，是制造行业进行自动化、现代化的必不可少的技术措施。

6、,11.2 计算机辅助设计与制造技术,1 、 CAPP的基本概念随着机械制造生产技术的发展和当今市场多品种、小批量生产的要求，计算机辅助工艺设计（CAPP Computer Aided process Planning） 也就日益得到了重视。主要表现在： 1）可以将工艺设计人员从繁琐和重复性的劳动中解放出来，转而从事新产品及新工艺开发等创造性的工作；2）可以大缩短工艺设计周期，提高产品在市场上的竞争力；3）有助于对工艺设计人员的宝贵经验进行总结和继承；4）为实现CIMS创造条件。80年代以来，随着机械制造业向CIMS或IMS的发展，CAD/CAM集成化的要求越来越强烈，CAPP在CAD、CAM

7、中起到桥梁和纽带作用。在集成系统中，CAPP必须能直接从CAD模块中获取零件的几何信息、材料信息、工艺信息等，以代替人机交互的零件信息输入，CAPP的输出是CAM所需的各种信息。随着CIMS的深入研究与推广应用，人们已认识到CAPP是CIMS的主要技术基础之一，因此，CAPP从更高、更新的意义上再次受到广泛的重视。,11.2 计算机辅助设计与制造技术,2 CAPP的基本技术（1） 成组技术， 我国CAPP系统的民开发可以说是与成组技术密切相关，早期的CAPP系统的开发一般多为以GT为基础的变异CAPP系统。（2） 零件信息的描述与获取 CAPP与CAD、CAM一样，其单元技术都是按照自己的特点

8、而各自发展的。（3） 工艺设计决策机制 其核心为特征型面加工方法的选择，零件加工工序及工步的安排及组合，故其主要决策内容如下：工艺流程的决策；工序决策；工步决策；工艺参数决策。为保证工艺设计达到全局最优化，系统把这些内容集成在一起，进行综合分析，动态优化，交叉设计。（4） 工艺知识的获取及表示 工艺设计是随设计人员、资源条件、技术水平、工艺习惯而变。按所开发CAPP系统的要求，有不同的形式表示这些经验及决策逻辑。（5） 工序图及其它文档的自动生成。（6） NC加工指令的自动生成及加工过程动态仿真。（7） 工艺数据库的建立。,11.2 计算机辅助设计与制造技术,现代制造系统包含虚拟制造技术、并行

9、工程技术、绿色制造等几个方面的内容。11.3.1 虚拟制造虚拟制造是一种新的制造技术，它以信息技术、仿真技术和虚拟现实技术为支持。 1、虚拟制造的核心技术 虚拟制造技术涉及面很广，虚拟现实技术、建模与仿真技术是虚拟制造的核心技术。1、 建模技术（1）生产模型 （2）产品模型 （3）工艺模型 2、仿真技术仿真的基本步骤为：研究系统收集数据建立系统模型确定仿真算法建立仿真模型运行仿真模型输出结果并分析。3、虚拟现实技术虚拟现实技术是在为改善人与计算机的交互方式，提高计算机可操作性中产生的，它是综合利用计算机图形系统、各种显示和控制等接口设备，在计算机上生成可交互的三维环境（称为虚拟环境）中提供沉浸

10、感觉的技术。,11.3 现代制造技术,2、虚拟制造在制造业中应用1、虚拟企业 虚拟企业建立，就是利用不同地域的现有资源、不同的企业或不同地点的工厂，重新组织一个新公司。这种联作公司称为虚拟公司，或者叫作动态联盟，是一种虚拟企业。虚拟企业的特征是：企业地域分散化。企业组织临时化。虚拟企业是市场多变的产物。企业功能不完整化。企业信息共享化。 2、虚拟产品设计在复杂管道系统设计中， 采用虚拟技术，设计者可以“进入其中”进行管道布置，并可检查能否发生干涉。3、虚拟产品制造应用计算机仿真技术，对零件的加工方法、工序顺序、工装的选用、工艺参数的选用，可以提前发现加工缺陷。4、虚拟生产过程对产品市场进行分析

11、预测等，从而对人力资源、制造资源的合理配置，对缩短产品生产周期，降低成本意义重大。,11.2 计算机辅助设计与制造技术,11.3.2 并行工程并行工程是对产品及其相关过程（包括制造过程和支持 过程）进行并行、集成化处理的系统方法和综合技术。 1、并行工程的特征 （1）并行交叉 它强调产品设计与工艺过程设计、生产技术准备、采 购、生产等种种活动并行交叉进行。（2）、尽早开始工作正因为强调各活动之间的并行交叉，以及并行工程为了 争取时间，所以它强调人们要学会在信息不完备情况下就开 始工作。,11.2 计算机辅助设计与制造技术,2、并行工程在先进制造技术中的地位与作用 并行工程在先进制造技术中具有承

12、上启下的作用，这主要体 现在两个方面：1、并行工程是在CAD、CAM、CAPP等技术支持下，将原 来分别进行的工作在时间和空间上交叉、重迭，充分利用了原有 技术，并吸收了当前迅速发展的计算机技术、信息技术的优秀成 果，使其成为先进制造技术中的基础。2、在并行工程中为了达到并行的目的，必须建立高度集成 的主模型，通过它来实现不同部门人员的协同工作；为了达到产 品的一次设计成功，减少反复，它在许多部分应用了仿真技术； 主模型的建立、局部仿真的应用等都包含在虚拟制造技术中，可 以说并行工程的发展为虚拟制造技术的诞生创造了条件，虚拟制 造技术将是以并行工程为基础的，并行工程的进一步发展方向是 虚拟制造

13、,11.2 计算机辅助设计与制造技术,1、绿色制造技术概述 绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环 境影响和资源效率的现代制造模式。也就是说要在产品整个生命周期内，以系 统集成的观点考虑产品环境属性，改变了原来末端处理的环境保护办法，对环 境保护从源头抓起，并考虑产品的基本属性，使产品在满足环境目标要求的同 时，保证产品应有的基本性能、使用寿命、质量等。2、现状及国内外发展趋势 当前，世界上掀起一股“绿色浪潮”，环境问题已经成为世界各国关注的热 点，国外不少国家的政府部门已推出了以保护环境为主题的“绿色计划”。1991 年日本推出了“绿色行业计划”，加拿大政府已开始实

14、施环境保护“绿色计划”。 美国、英国、德国也推出类似计划。 国际经济专家分析认为，目前“绿色产品” 比例大约为510，再过10年，所有产品都将进入绿色设计家族，可回收、易 拆卸，部件或整机可翻新和循环利用。国内一些高等院校和研究院所在国家和有关部门的支持下对绿色制造技术 进行了广泛的研究探索。国内已形成了一支从事绿色制造技术研究的专业队 伍，为我国发展绿色制造技术奠定了基础。,11.3.3 绿色制造,1、特种加工技术概述特种加工主要是利用电能、光能、声能、电化学能、热能和化学能及机械能对材料进行加工的方法。又称非传统加工工艺。 材料愈来愈难加工,零件结构和形状愈来愈复杂,对表面粗糙度和精度的要

15、求愈来愈高,因而对机械制造部门提出了加工超硬材料,复杂表面和超精零件等一系列新的要求，使得原先的传统加工方法难以满足要求，市场呼唤更好的加工方法的出现。特种加工的出现解决了上述问题，满足了市场的需求。 特种加工的特点有下列特点： 不用机械能, 工具与工件无显著的切削力。加工作用力极小,可进行微细加工,无大面积热应变等。 工具的硬度可以低于工件的硬度、能用简单的运动加工复杂的型面、其内容包括去除和结合等加工。正是有了这些特点，特种加工改变了过去对机械制造工艺的认识，对机械制造工艺技术产生非常大的影响，这个影响主要体现在1)提高了材料的可加工性; 2)改变了零件的工艺路线; 3)缩短了新产品的试制

16、周期; 4)对产品和零件的结构设计产生较大影响; 5)需重新评估传统结构工艺性.,11.4 特种加工技术,1、特种加工技术的分类：特种加工方法可按其能量来源和加工原理分为电火花加工,电化学加工,高能束加工,物料切蚀加工,化学加工,成形加工和复合加工等多种门类的加工。 1、 电火花加工 电火花加工是直接利用电能对零件进行加工的一种方法，其加工原理是使工件和工具之间产生周期性的、瞬间的脉冲放电，依靠电火花产生的高温将金属熔蚀，并在工件上形成与工具电极截面形状相同的精确形状，而工具电极的形状保持原有的形状。电火花加工的特点及应用 1)可用硬度低的紫铜或石墨作为工具电极对任何硬,脆,高熔点的导电材料进

17、行加工。 2)可以加工特殊和形状复杂的表面,常用于注塑模,压铸模等型腔模的加工。3)无明显的机械切削力,适宜于加工薄壁,窄槽和细微精密零件; 4)由于脉冲电源的输出脉冲参数可任意调节,因而能在同一台床子上连续进行粗加工,半精加工和精加工.,11.4 特种加工技术,2 、电火花线切割加工 电火花线切割加工是在电火花加工基础上发展起来的一种加工工艺。其工具电极为金属丝,在金属丝与工件间施加脉冲电压,利用脉冲放电对工件进行切割加工,因而也称线切割。 电火花线切割加工的特点 1)可切割各种高硬度材料,用于加工淬火后的模具,硬质合金模具和强磁材料。2)由于采用数控技术,可编程切割形状复杂的型腔,易于实现

18、CAD/CAM。3)由于几乎无切削力,故可切割极薄工件。4)由于金属丝直径小,因而加工时省料,特别适宜于切割贵重金属材料。5)试制新产品时,可直接将某些板类工件切割出,省去了模具,刀具,工夹具等工装,使开发产品周期明显缩短。 电火花线切割由于上述特点，加上其他新技术的融合，使得这种设备价格大大降低，加工成本也大大降低了，目前这种工艺已经很普及了。3、 电解加工 电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学腐蚀原理对工件进行成形加工的一种方法。 电解加工的特点和应用 1)加工范围广,可加工高硬度,高强度和高韧性的各类导电材料,可加工汽轮机叶片,叶轮等复杂型面;,11.4 特种加工技术,2)生

19、产率高; 3)能以简单的直线进给运动一次完成复杂型腔表面的加工,不产生变形和残余应力,也无飞边,毛刺等; 4)可获得较好的表面粗糙度,加工精度不高; 5)加工过程中,工具阴极在理论上不会损耗,可长期使用. 4、 超声加工 超声加工也称超声波加工是利用超声振动的工具冲击磨料对工件进行加工的一种方法，超声加工不仅能加工金属导电材料,而且更适宜加工玻璃,陶瓷,半导体锗和硅片等不导电的非金属脆硬材料,还可以用于清洗和探伤等。超声加工是磨粒在超声振动作用下的机械撞击和抛磨作用以及空化作用的综合结果. 超声加工的特点和应用 1)适宜加工各种硬脆材料,特别是非金属材料; 2)能以简单的进给运动加工复杂的表面

20、; 3)由于切削力很小,因而其工件的残余应力和加工变形很小,表面质量好,表面粗糙度可达Ra10.1m,加工精度可达0.010.02mm.可以加工微细结构,如薄型,窄缝和低刚度零件.,11.4 特种加工技术,5、 激光加工 激光加工是利用光能经透镜聚焦以极高的能量密度靠光热效应加工各种材料的一种新工艺。由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性，因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。由于它是无接触加工，因此无机械变形；激光加工过程中无“刀具磨损”；激光加工过程中，激光束能量密度高，加工速度快，并且是局部加工，对非激光照射部位没有或影响极小。因此，其热影响的区小工件热变

21、形小后续加工最小；由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换，极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法；生产效率高，加工质量稳定可靠。激光切割：激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中，可大大减少加工时间，降低加工成本，提高工件质量。 激光焊接：通过控制激光脉冲的参数，使工件熔化，形成特定的熔池。由于其独特的优点，已成功地应用于微、小型零件焊接中。激光钻孔：随着产品朝着便携式、小型化的方向发展，对电路板小型化提出了越来越高的需求，提高电路板小型化水平的关键就是越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔和盲孔。目前用激光加工在工业上可获得过孔直径达到在30-40m的小孔，甚至可以获得10m左右的小孔。,11.4 特种加工技术,