先進(jìn)制造技術(shù)最新課件

1、先進(jìn)制造技術(shù)最新本章要點(diǎn)一、現(xiàn)代機(jī)械技術(shù)的發(fā)展二、現(xiàn)代制造工藝技術(shù)三、特種加工先進(jìn)制造技術(shù)最新先進(jìn)制造技術(shù)最新 表1-1 三種自動(dòng)化形式比較比較項(xiàng)目剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)目標(biāo) 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本 減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期 除左外，提高設(shè)計(jì)工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力控制對(duì)象物流物流物流，信息流特點(diǎn) 通過機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動(dòng)困難 以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的 不僅針對(duì)具體操作和工人的體力勞動(dòng)，而且涉及腦力勞動(dòng)以

2、及設(shè)計(jì)、經(jīng)營管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備 自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動(dòng)生產(chǎn)線 NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS CAD/CAM系統(tǒng)，MRP，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù) 繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論 數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論 系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)最新 圖7-1 汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代先進(jìn)制造技術(shù)最新 柔性自動(dòng)化50年代圖7-2 焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代圖7-3 綜合自動(dòng)化先進(jìn)制造技術(shù)最新本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manu

3、facturing SystemFMS） q 柔性制造系統(tǒng)的組成 圖7-4 FMS的組成自動(dòng)倉庫工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信 息 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò)工夾具站先進(jìn)制造技術(shù)最新q 加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺(tái)架（暫存工件）機(jī)器人或托盤交換裝置檢測(cè)、監(jiān)控裝置設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)（圖7-5） 傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測(cè)報(bào)告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識(shí)庫預(yù)維修知識(shí)庫學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報(bào)警預(yù)知故障報(bào)警輸出圖7-5 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)框圖先進(jìn)制造技術(shù)最新鉆頭破損檢測(cè)器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號(hào)或鉆頭破損模擬信號(hào)，與檢測(cè)

4、信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號(hào)。加工過程監(jiān)控與檢測(cè)重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測(cè)。圖7-6為聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置示意圖。加工過程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到鉆頭破損信號(hào)，將其送至鉆頭破損檢測(cè)器進(jìn)行處理。鉆頭破損檢測(cè)器圖7-6 聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺(tái)聲發(fā)射傳感器破損信號(hào)先進(jìn)制造技術(shù)最新q 物料傳輸系統(tǒng)又稱立體倉庫或自動(dòng)化倉庫系統(tǒng)（Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高層料架 、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際

5、需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。 自動(dòng)倉庫（圖7-7）圖7-7 自動(dòng)倉庫運(yùn)輸小車出入庫裝卸站堆垛機(jī)料架先進(jìn)制造技術(shù)最新 傳輸裝置 滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人先進(jìn)制造技術(shù)最新轉(zhuǎn)向舵比較放大電路信號(hào)拾取線圈引導(dǎo)電纜圖7-8 電磁引導(dǎo)原理在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以510kHz的低壓電流。小車上裝有對(duì)稱的一組信號(hào)拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時(shí)，右方的感應(yīng)信號(hào)減弱，左方的增強(qiáng)，控制器根據(jù)這些信號(hào)的強(qiáng)弱，控制小車的舵輪。電磁導(dǎo)向方式原理（圖7-8）先進(jìn)制造技術(shù)最新沿小車預(yù)定路徑在

6、地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車的舵輪。 光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖7-9）信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶圖7-9 光學(xué)引導(dǎo)原理先進(jìn)制造技術(shù)最新切屑處理系統(tǒng)斷屑 加工部位封閉排屑 機(jī)床、工夾具設(shè)計(jì)要便于排屑 冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）先進(jìn)制造技術(shù)最新工廠計(jì)算機(jī)：制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計(jì)劃； 對(duì)中央計(jì)算機(jī)和物流計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制。單元控制器：監(jiān)視與控制機(jī)床加工、檢測(cè)、上下料 物流計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)自動(dòng)倉 庫、堆垛機(jī)、緩沖站、運(yùn)輸小車等

7、進(jìn)行監(jiān) 視與控制。中央計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)各加工 單元進(jìn)行監(jiān)視與控制。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計(jì)算機(jī)與單元控制器之間進(jìn)行信 息傳遞。q 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)先進(jìn)制造技術(shù)最新q FMS特點(diǎn)除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（2030種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度先進(jìn)制造技術(shù)最新q FMS應(yīng)用品種圖7-11 零件品種、批量

8、與自動(dòng)化加工方式010 100 1000 批量10,000 1000 100 10FMLFMCFMS數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床剛性線生產(chǎn)柔性產(chǎn)量先進(jìn)制造技術(shù)最新圖7-12 飛機(jī)零件加工FMS（ Cincinnati ）1裝卸站 2運(yùn)輸小車 3MC 4切屑處理站 5清洗站 6檢測(cè)站 7手工檢測(cè)站 8計(jì)算機(jī)室 9 小車維修站 10 包裝站q FMS實(shí)例（1）先進(jìn)制造技術(shù)最新q 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)a） b） c） d）圖7-15 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式先進(jìn)制造技術(shù)最新 實(shí)物照片 先進(jìn)制造技術(shù)最新 可完成測(cè)量項(xiàng)目 表7-2 坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可完成的測(cè)量項(xiàng)目可完成的測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標(biāo)圓柱體軸心線與直徑

9、球心坐標(biāo)與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點(diǎn)與交角由兩個(gè)給定面坐標(biāo)的差值確定尺寸測(cè)量孔上3點(diǎn)，計(jì)算確定孔徑與孔中心線坐標(biāo)測(cè)量圓柱面上3點(diǎn)，計(jì)算確定軸心線與直徑測(cè)量球面上4點(diǎn)，計(jì)算確定球心坐標(biāo)與球面半徑用3點(diǎn)接觸法測(cè)定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個(gè)觸點(diǎn)最小值規(guī)定平面，再計(jì)算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測(cè)定交點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)最新先進(jìn)制造技術(shù)最新精密加工 在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。 超精密加工 在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī) 鏜孔精度 1mm 20 世紀(jì) 40 年代 最高精度 1m

10、20 世紀(jì) 末 精密加工：0.1m，Ra 0.01m（亞微米加工） 超精密加工： 0.01m ，Ra 0.001m（納米加工）微細(xì)加工 微小尺寸的精密加工 超微細(xì)加工 微小尺寸的超精密加工先進(jìn)制造技術(shù)最新 零件 加 工 精 度 表面粗糙度 激光光學(xué)零件 形狀誤差 0.1m Ra 0.010.05m 多面鏡 平面度誤差 0.04m Ra 0.02m 磁頭 平面度誤差 0.04m Ra 0.02m 磁盤 波度 0.01 0.02m Ra 0.02m 雷達(dá)導(dǎo)波管 平面度垂直度誤差 0.1m Ra 0.02m 衛(wèi)星儀表軸承 圓柱度誤差 0.01m Ra 0.002m 天體望遠(yuǎn)鏡 形狀誤差 0.03m

11、Ra 0.01m 表7-3 幾種典型精密零件的加工精度 幾種典型精密零件的加工精度（表7-3）精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖7-17）先進(jìn)制造技術(shù)最新圖7-17 精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量儀器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（m）10010110210-210-110-3190019201940196019802000

12、年份先進(jìn)制造技術(shù)最新精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01m；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1m，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國陀螺儀球圓度0.1m，粗糙度Ra0.01m，導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60m降至12m，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4m減小1m，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展q 精密與超精密

13、加工地位先進(jìn)制造技術(shù)最新結(jié)合加工 分類 加工機(jī)理 加工方法示例去除加工電物理加工 電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工 電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工 切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解） 電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué) 化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué) 電鍍、電鑄熱熔化 真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué) 氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué) 陽極氧化熱熔化 摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長力物理 離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理 激光焊接、快速成形化學(xué) 化學(xué)粘接變形加工熱流動(dòng) 精密鍛造、電子束流動(dòng)加工、激光流動(dòng)加工粘滯流動(dòng) 精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向 液晶定向表7

14、-4 精密與超精密加工分類先進(jìn)制造技術(shù)最新?！斑M(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同。微量切削機(jī)理特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。q 精密與超精密加工特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)最新要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。形成綜合制造工藝廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量。與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如加工直徑3m射電

15、天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）。與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合加工與檢測(cè)一體化精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。先進(jìn)制造技術(shù)最新先進(jìn)制造技術(shù)最新先進(jìn)制造技術(shù)最新q 非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)最新機(jī)械過程q 非傳統(tǒng)加工方法分類按加工機(jī)理和采用的能源劃分）熱學(xué)過程電化學(xué)過程化學(xué)過程先進(jìn)制造技術(shù)最新復(fù)合過程工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖7-61 磁力拋光示意圖NS先進(jìn)制造技術(shù)最新q 發(fā)展趨勢(shì)圖7-62 EI 收錄文章數(shù)比較70年代80年代90年代20841104232142244424214441321252353316激

16、光加工 電火花加工 超聲加工 電化學(xué)加工圖7-62反映了學(xué)術(shù)界和工程界對(duì)幾種非傳統(tǒng)加工方法的關(guān)注程度。先進(jìn)制造技術(shù)最新q 工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去（圖7-63）。 4個(gè)階段： 1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道； 2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹； 3）拋出蝕除物； 4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。 圖7-63 電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液Real先進(jìn)制

17、造技術(shù)最新圖7-64 電火花加工機(jī)床先進(jìn)制造技術(shù)最新q 工作要素先進(jìn)制造技術(shù)最新q 電火花加工類型圖7-65 電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件RealRealReal先進(jìn)制造技術(shù)最新電火花線切割機(jī)床圖7-66 電火花線切割加工加工過程顯示先進(jìn)制造技術(shù)最新q 電火花加工特點(diǎn)q 電火花加工應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)最新工作原理：工件接陽極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓624V，極間保持0.11mm間隙。在間隙處通以 660m/S高速流動(dòng)電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，保持極間間隙。 圖7-67 電解加工原理圖電解液直流電源泵工

18、件陽極陰極進(jìn)給工具陰極先進(jìn)制造技術(shù)最新q 電解加工特點(diǎn)q 電解加工應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)最新 導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽極膜q 電解磨削（圖7-68）先進(jìn)制造技術(shù)最新圖7-69 電子束加工原理圖控制柵極加速陽極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺(tái)工作原理（圖7-69）先進(jìn)制造技術(shù)最新q 特點(diǎn)及應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)最新q 工作原理（圖7-70）電源Real先進(jìn)制造技術(shù)最新混合氣體：氦約80%，氮約15%， CO2 約5%通過高壓直流放電進(jìn)行激勵(lì)波長10.6m，為不可見光能量效率5% 15%反射凹鏡反射平鏡電極放電管CO2氣體冷卻水進(jìn)口冷卻水出口激光高壓直流電源圖7-71 CO2激光器示意圖q 激光器先進(jìn)制造技術(shù)最新q 激光加工特點(diǎn)先進(jìn)制造技術(shù)最新q 激光加工應(yīng)用圖7-72 焦點(diǎn)位置對(duì)孔形狀影響Real先進(jìn)制造技術(shù)最新圖7-74 激光焊接車身圖7-73 激光切割先進(jìn)制造技術(shù)最新q 工作原理（圖7-75） 變幅桿超聲波發(fā)生器圖7-75 超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器工作液噴嘴工件Real先進(jìn)制造技術(shù)最新圖7-7