智能制造概論-3 智能制造工藝

3智能制造工藝2023/6/191主要內(nèi)容2023/6/192經(jīng)典制造工藝簡述經(jīng)典制造工藝是指常規(guī)機(jī)械制造領(lǐng)域中使用的一般制造工藝。這些工藝都是經(jīng)過長期的生產(chǎn)實(shí)踐形成的基本制造工藝，主要包括車削、銑削、鉆削、鏜削、刨削及磨削。2023/6/193特種加工2023/6/194解決各種難切削材料的加工問題如硬質(zhì)合金、欽合金、耐熱鋼、不銹鋼、淬硬鋼、金剛石、寶石、石英以及鎢、硅等各種高硬度、高強(qiáng)度、高韌性、高脆性的金屬及非金屬材料的加工。解決各種特殊復(fù)雜表面的加工問題如噴氣渦輪機(jī)葉片、整體渦輪、冷拔模上特殊斷面的型孔．炮管內(nèi)膛線，噴油嘴．噴絲頭上的小孔、窄縫等的加工。解決各種超精、光整或具有特殊要求的零件的加工問題如對表面質(zhì)量和精度要求很高的航天航空陀螺儀、伺服閥，以及細(xì)長軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工。2023/6/195特種加工特種加工的特點(diǎn)利用能源：電能、電化學(xué)能、光能及聲能等；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；切削力：加工時(shí)一般沒有明顯的切削力；切削速度：加工去除工件材料速度比切削加工低。機(jī)械切削加工的本質(zhì)和特點(diǎn)：一是靠刀具材料比工件更硬，二是靠機(jī)械能把工件上多余的材料切除。特種加工2023/6/196（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用

電火花加工又稱放電加工、電蝕加工，是一種基于工具和工件之間不斷脈沖放電產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)的高溫將金屬蝕除掉的加工方法。2023/6/197電火花加工

（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用1.基本原理當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間，便在當(dāng)時(shí)條件下某一間隙最小處或絕緣強(qiáng)度最低處擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生火花放電，瞬時(shí)高溫使工具和工件表面都蝕除掉一小部分金屬，形成一個(gè)小凹坑。2023/6/198電火花加工

（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用2.電火花加工條件工具電極和工件電極之間必須始終保持一定的放電間隙，這一間隙隨加工條件而定，通常約為幾微米至幾百微米；火花放電必須是瞬時(shí)的脈沖性放電，放電延續(xù)一段時(shí)間（一般為10-7~10-3s）后，需停歇一段時(shí)間；火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。2023/6/199電火花加工

（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用3.電火花加工的過程電火花腐蝕是一個(gè)物理微觀過程，是電場力、磁力、熱力、液體動(dòng)力、電化學(xué)和膠體化學(xué)等綜合作用的過程；這一過程大致分為四個(gè)連續(xù)的階段：極間介質(zhì)的電離、擊穿，形成放電通道；介質(zhì)熱分解、電極材料熔化、氣化熱膨脹；電極材料的拋出。2023/6/1910電火花加工

（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用4.電火花加工特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：適合于任何難切削材料的加工；可以加工特殊及復(fù)雜形狀的零件；沒有機(jī)械切削力，工件不會(huì)產(chǎn)生受力變形；加工表面微觀形貌圓滑、無刀痕溝紋等缺陷；工藝適應(yīng)面寬、靈活性大，可與其他工藝結(jié)合；直接利用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。局限性：加工速度較慢；存在電極損耗和二次放電；主要加工金屬等導(dǎo)電材料；放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行。2023/6/1911電火花加工

（二）電火花加工工藝方法電火花成型；電火花線切割；電火花高速小孔加工；其他工藝：電火花表面強(qiáng)化與刻字；電火花磨削與鏜削；電火花同步共軛回轉(zhuǎn)加工等。2023/6/1912電火花加工（EDM）電火花加工（EDM）（二）電火花加工工藝方法

1.電火花成型加工工作原理：利用工具電極的不斷進(jìn)給，靠脈沖火花放電，將工具的形狀逐漸復(fù)制在工件上。2023/6/1913電火花加工

（二）電火花加工工藝方法1.電火花成型加工穿孔加工：電火花成型加工能夠加工各種小孔(Φ0.1～1mm)、型孔(如圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔等）。2023/6/1914電火花加工

（二）電火花加工工藝方法1.電火花成型加工型腔加工：電火花成型加工能夠加工鍛模、壓鑄模、塑料模等型腔以及整體葉輪、葉片等曲面零件。2023/6/1915電火花加工

（二）電火花加工工藝方法2.電火花線切割工作原理：利用移動(dòng)的細(xì)金屬導(dǎo)線（鉬絲或銅絲）作電極，靠脈沖火花放電對工件進(jìn)行切割。2023/6/1916儲絲筒導(dǎo)輪電極絲工件電火花線切割原理圖XY電火花加工

（二）電火花加工工藝方法2.電火花線切割加工設(shè)備：高速走絲電火花線切割機(jī)床低速走絲電火花線切割機(jī)床

2023/6/1917電火花加工

（二）電火花加工工藝方法2.電火花線切割特點(diǎn)：由于電極絲比較細(xì)，可以加工微細(xì)異形孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件；由于采用移動(dòng)的長電極絲進(jìn)行加工，單位長度電極絲的損耗少，從而對加工精度的影響較??；采用水或水基工作液不會(huì)引燃起火，容易實(shí)現(xiàn)安全無人運(yùn)轉(zhuǎn)；在實(shí)體部分開始切割時(shí)，需加工穿絲用的預(yù)孔。2023/6/1918電火花加工

（二）電火花加工工藝方法2.電火花線切割穿絲孔：穿絲孔直徑大小的選擇，應(yīng)便于鉆孔或鏜孔加工，不宜過大或過小，一般在3-10mm范圍內(nèi)選擇，并取整數(shù)直徑。由于穿絲孔常用作加工基準(zhǔn)，因此，穿絲孔的加工一般在具有較高精度的機(jī)床上進(jìn)行，也可采用電火花穿孔，以保證穿絲孔的位置、尺寸精度。2023/6/1919電火花加工

（二）電火花加工工藝方法2.電火花線切割應(yīng)用范圍：加工各類模具；各類材料的切斷；試制新產(chǎn)品；加工薄片零件、特殊難加工材料零件；加工電火花成型加工用的電極。2023/6/1920電火花加工（EDM）電火花加工

（二）電火花加工工藝方法3.電火花高速小孔加工管狀電極回轉(zhuǎn)并沿軸向進(jìn)給，1～5MPa高壓工作液（去離子水、乳化液等）排屑,加工速度達(dá)60mm/min左右，孔深徑比可超過100。電火花加工

2023/6/1921

在陰、陽電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱之為電化學(xué)反應(yīng)。

利用這種電化學(xué)作用對金屬進(jìn)行加工（包括電解和鍍覆）的方法即電化學(xué)加工（electrochemicalmachining）。2023/6/1922電解加工（一）基本原理利用電極在電解液中發(fā)生的電化學(xué)作用對金屬材料進(jìn)行成形加工的一種工藝。當(dāng)兩金屬片接上電源并插入任何導(dǎo)電的溶液（如水中加入少許CuCl2）中，即形成通路，導(dǎo)線和溶液中均有電流流過。如果所接的是直流電源，則溶液中的離子將作定向移動(dòng)，正離子移向陰極，在陰極上得到正離子而進(jìn)行還原反應(yīng)。負(fù)離子移向陽極，在陽極表面失掉正離子而進(jìn)行氧化反應(yīng)。2023/6/1923電解加工（一）基本原理

利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽極溶解將工件加工成形。

加工開始時(shí)，陰極與陽極之間距離越近的地方通過的電流密度越大，電解液的流速越高，陽極溶解的速度也越快。陰極工具不斷向工件進(jìn)給，陽極工件表面不斷被電解，直至工件表面形狀與陰極工作表面形狀相似為止.2023/6/1924電解加工（二）電解加工的分類利用陽極金屬的溶解作用去除金屬材料：

主要有電解加工、電解拋光、電解研磨、電解倒棱、電解去毛刺等。利用陰極金屬的沉積作用進(jìn)行鍍覆加工：

主要有電鑄、電鍍、電刷鍍、涂鍍、復(fù)合電鍍等；電解加工與其他加工方法結(jié)合完成的電化學(xué)復(fù)合加工：主要有電解磨削、電解電火花復(fù)合加工、電化學(xué)陽極機(jī)械加工等。2023/6/1925

電解加工（二）電解加工的特點(diǎn)

優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)范圍廣：凡是能夠?qū)щ姷牟牧隙伎梢约庸?，并且不受材料力學(xué)性能的限制；加工質(zhì)量高：在加工過程中沒有機(jī)械切削力的存在，工件表面無變質(zhì)層、無殘余應(yīng)力，也無毛刺及棱角；可以達(dá)到較好的表面粗糙度和±0.1mm左右的平均加工精度；生產(chǎn)效率高：加工過程不需要?jiǎng)澐蛛A段，可以同時(shí)進(jìn)行大面積加工；陰極工具在理論上不會(huì)耗損。

2023/6/1926電解加工（二）電解加工的特點(diǎn)

局限性：不易達(dá)到較高的加工精度，加工穩(wěn)定性也較差；附屬設(shè)備多，占地面積大，機(jī)床要抗腐蝕，造價(jià)高；加工復(fù)雜型腔和型面時(shí)，工具電極的設(shè)計(jì)和修正比較麻煩；電解產(chǎn)物易造成環(huán)境污染。2023/6/1927電解加工（三）電解加工的應(yīng)用

選用電解加工工藝的三原則：用于難加工材料；用于相對復(fù)雜形狀的零件；用于加工批量大的零件；2023/6/1928電解加工電解加工（三）電解加工的應(yīng)用

深孔擴(kuò)孔加工；型孔加工，型腔加工；套料加工；葉片加工；電解拋光，電解倒棱去毛刺；電解蝕刻；數(shù)控電解加工；2023/6/1929電解整體葉輪齒輪電解去毛刺電解加工（三）電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工

1.基本原理由電化學(xué)陽極溶解作用和機(jī)械加工作用結(jié)合起來對金屬工件表面進(jìn)行加工的復(fù)合工藝技術(shù)；主要是靠電化學(xué)的作用來去除金屬，機(jī)械作用只是為了更好地加速這一過程；包括電解磨削、電解珩磨、電解研磨、電化學(xué)機(jī)械拋光、電化學(xué)機(jī)械加工等加工工藝。

2023/6/1930電解加工（三）電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工

2.電解磨削

中極法電解磨削：附加一個(gè)中間電極，工件接正極，砂輪不導(dǎo)電，只起刮除鈍化膜的作用，電解作用在中間電極和工件之間進(jìn)行，從而大大增加導(dǎo)電面積由電化學(xué)陽極溶解作用和機(jī)械加工作用結(jié)合起來對金屬工件表面進(jìn)行加工的復(fù)合工藝技術(shù)；

2023/6/1931中極法電解磨削電解加工（三）電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工

2.電解磨削

電解珩磨：對于高硬、脆性、韌性材料的內(nèi)孔、深孔、薄壁套筒，可以采用電解珩磨工藝方法，進(jìn)行珩磨或拋光。

2023/6/1932電解加工（三）電化學(xué)機(jī)械復(fù)合加工

2.電解磨削

電解研磨：對于不銹鋼、鈦合金等難加工材料的大平面精密磨削和拋光，可采用電解研磨方案。磨料既可固定于研磨材料（無紡布、羊毛氈）上，也可游離于研磨材料與加工表面之間，在陰極的帶動(dòng)下，磨粒在工件表面運(yùn)動(dòng)，去除鈍化膜，同時(shí)形成網(wǎng)紋，達(dá)到較低的表面粗糙度。

2023/6/1933電解加工電解加工（一）超聲波的特性頻率超過16000Hz的聲波稱為超聲波；超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量；當(dāng)超聲波經(jīng)過液體介質(zhì)傳播時(shí)，將以極高的頻率壓迫液體質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，在液體介質(zhì)中連續(xù)地形成壓縮和稀疏區(qū)域，由于液體基本上不可壓縮，由此產(chǎn)生壓力正、負(fù)交變的液壓沖擊和空化現(xiàn)象，從而引起固體物質(zhì)分散、破碎等效應(yīng)；通過不同介質(zhì)時(shí)，在界面上發(fā)生波速突變，產(chǎn)生波的反射和折射現(xiàn)象；2023/6/1934超聲波加工（一）超聲波的特性

在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，在界面上產(chǎn)生液壓沖擊和空化現(xiàn)象。2023/6/1935形成真空，產(chǎn)生氣泡空泡閉合，形成壓力高頻上下運(yùn)動(dòng)：f

＞16kHz（二）超聲波加工原理

利用工具作超聲高頻振動(dòng)時(shí)，磨料對工件機(jī)械撞擊和拋磨作用、空化作用使工件成形。加工時(shí)，超聲發(fā)生器產(chǎn)生超聲高頻振蕩信號，通過換能器轉(zhuǎn)換成振幅很小的高頻機(jī)械振動(dòng)，振幅擴(kuò)大棒將機(jī)械振動(dòng)的振幅放大并帶動(dòng)工具高頻機(jī)械振動(dòng)，迫使懸浮磨料以很高的速度不斷撞擊工件加工表面，使工件局部材料破碎。另外，磨料懸浮液受到工具端部的超聲高頻振動(dòng)作用而產(chǎn)生液壓沖擊和空化現(xiàn)象。加速機(jī)械破碎，工具逐步深入到工件材料中，工具形狀便“復(fù)制”到工件上。2023/6/1936超聲波加工（三）超聲波加工裝置超聲加工設(shè)備包括：超聲發(fā)生器；超聲振動(dòng)系統(tǒng)；機(jī)床本體；磨料；工作液循環(huán)系統(tǒng)。2023/6/1937超聲波加工（三）超聲波加工裝置超聲波發(fā)生器發(fā)生器：

作用：將工頻交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，以提供工具端面往復(fù)振動(dòng)和去除被加工材料的能量；基本要求：輸出功率和頻率在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，最好能具有對共振頻率自動(dòng)跟蹤和自動(dòng)微調(diào)的功能；還要求結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、價(jià)格便宜、體積小等；分類：

電子管式和晶體管式。2023/6/1938超聲波加工（四）超聲波加工特點(diǎn)：適合加工各種硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料；工具可用軟材料；工具和工件無需復(fù)雜的相對運(yùn)動(dòng)，超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單；工件表面宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會(huì)引起變形和燒傷。適合加工薄壁或剛性差的工件。加工精度高，表面粗糙度低。超聲波加工的尺寸精度一般可達(dá)到0.01～0.05mm，表面粗糙度值Ra可達(dá)到0.4～0.1μm。生產(chǎn)率較低。容易加工出復(fù)雜型面、型孔和型腔。2023/6/1939超聲波加工（四）超聲波加工應(yīng)用：加工型孔、型腔：主要用于對脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔等。2023/6/1940加工圓孔加工型腔加工異形孔套料加工加工微細(xì)孔超聲波加工（四）超聲波加工應(yīng)用：切割加工：用普通機(jī)械加工切割脆硬的半導(dǎo)體材料很困難，采用超聲切割較為有效。2023/6/1941成批切槽刀具切割成的陶瓷模塊超聲波加工超聲波加工（四）超聲波加工應(yīng)用：復(fù)合加工：用超聲加工與其它加工方法相結(jié)合進(jìn)行復(fù)合加工，以提高加工速度和表面質(zhì)量。2023/6/1942超聲電解復(fù)合加工小孔電解超聲復(fù)合拋光超聲振動(dòng)切削加工超聲波加工（四）超聲波加工應(yīng)用：超聲波焊接：利用高頻振動(dòng)產(chǎn)生的撞擊能量，去除工件表面的氧化膜雜質(zhì)，露出新鮮的本體，在兩個(gè)被焊工件表面分子的撞擊下，親和、熔化并粘接在一起。焊尼龍、塑料制品，表面易產(chǎn)生氧化層的難焊接金屬材料，如鋁制品等；利用超聲波化學(xué)鍍工藝還可以在陶瓷等金屬表面掛錫、掛銀及涂覆熔化的金屬薄層2023/6/1943超聲波加工（四）超聲波加工應(yīng)用：超聲波清洗：主要基于超聲振動(dòng)在液體中產(chǎn)生的交變沖擊波和空化作用。清洗噴油嘴、噴絲板、微型軸承、儀表齒輪、手表機(jī)芯、印刷電路板、集成電路微電子器件等；2023/6/1944超聲清洗裝置超聲波加工超聲波加工（一）激光加工1.激光特性激光除了具有普通光的共性(反射性、折射性、繞射性、干涉性)以外，還具有亮度高、方向性好、單色性好、相干性好等優(yōu)點(diǎn)。由于激光的方向性和單色性好，在理論上可以聚焦成直徑僅為1μm的小光點(diǎn)上，其焦點(diǎn)處的功率密度可達(dá)108

～1010W/cm2，溫度高達(dá)10000℃左右。在如此高的溫度下，任何堅(jiān)硬的材料都將在瞬間(<0.01s)熔化和氣化，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊波，使熔融物以爆炸的形式噴射出去。激光加工就是利用高溫熔融和沖擊波作用對工件進(jìn)行加工的。2023/6/1945高能束加工（一）激光加工2.固體激光器基本原理固體激光器將電能轉(zhuǎn)換成光能(激光)。工作物質(zhì)是激光器核心，主要有紅寶石、釹玻璃和釔鋁石榴石3種。激光在全反射鏡和部分反射鏡之間多次來回反射，相互激發(fā)，迅速反饋放大，并通過部分反射鏡、光闌、分色鏡和聚焦透鏡后，聚焦成一個(gè)小光點(diǎn)照射在工件上，控制激光器使聚焦點(diǎn)相對工件作上下移動(dòng)，就可進(jìn)行激光打孔。聚焦點(diǎn)相對于工件作平移，就可進(jìn)行激光切割。2023/6/1946固體激光器的加工原理高能束加工（一）激光加工3.激光加工特點(diǎn)功率密度高達(dá)108—1010W/cm2，幾乎可加工任何材料；激光光斑可聚焦到微米級，輸出功率可調(diào)節(jié)，可用于精密微細(xì)加工；所用工具為激光束，是非接觸加工，所以沒有明顯的機(jī)械力，沒有工具損耗；加工速度快，熱影響區(qū)小；加工裝置簡單，不需要復(fù)雜的真空裝置；還可進(jìn)行焊接、熱處理、表面強(qiáng)化或涂覆。2023/6/1947高能束加工（一）激光加工4.激光加工應(yīng)用激光打孔：利用激光幾乎可在任何材料上打微型小孔，目前已應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的燃料噴嘴加工、化學(xué)纖維噴絲扳打孔、鐘表及儀表中的寶石軸承打孔、金剛石拉絲模加工等；激光打孔適合于自動(dòng)化連續(xù)打孔激光打孔由于能量在時(shí)空內(nèi)高度集中，加工能力強(qiáng)、效率高，幾乎可用于所有材料打孔；打孔孔徑范圍大，還可打斜孔，且不需抽真空。2023/6/1948高能束加工（一）激光加工4.激光加工應(yīng)用激光切割：激光切割可切割各種二維圖形的工件。激光切割可用于切割各種各樣的材料，如，金屬，非金屬；無機(jī)物，皮革；激光對被切割材料幾乎不產(chǎn)生機(jī)械沖擊和壓力，適宜于切割玻璃、陶瓷和半導(dǎo)體等既硬脆的材料。激光光斑小、切縫窄，便于自動(dòng)控制，所以更適宜于對細(xì)小部件作各種精密切割。2023/6/1949高能束加工（一）激光加工4.激光加工應(yīng)用激光切割特點(diǎn)：切割速度快，熱影響區(qū)小，因而熱變形小；割縫窄，質(zhì)量好；切口邊緣平滑，無塌邊、無切割殘?jiān)?；切邊無機(jī)械應(yīng)力，工件變形極?。粺o刀具磨損，沒有接觸能量損耗，也不需要更換刀具，切割過程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；激光束聚集后功率密度高，能切割各種材料；可在大氣層中或任何氣體環(huán)境中進(jìn)行切割，無需真空裝置。2023/6/1950高能束加工（一）激光加工4.激光加工應(yīng)用激光焊接2023/6/1951高能束加工（二）電子束加工1.加工原理在真空條件下，利用聚集后能量密度極高的電子束，以極高的速度（當(dāng)加速電壓為50V時(shí)，電子速度可達(dá)1.6×105km/s）沖擊到工件表面極小的面積上，在極短的時(shí)間（10-6s）內(nèi)，其能量的大部分轉(zhuǎn)換為熱能，使被沖擊部分的工件材料達(dá)到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和汽化，以實(shí)現(xiàn)加工目的。2023/6/1952高能束加工（二）電子束加工2.電子束加工特點(diǎn)能夠極其細(xì)微地聚焦電子束能量密度很高在極微細(xì)束斑上能達(dá)到106~109W/cm2

生產(chǎn)率很高控制方便，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功率密度高達(dá)108—1010W/cm2，幾乎可加工任何材料；對環(huán)境無污染，加工表面化學(xué)純度高加工材料范圍廣泛設(shè)備投資大，應(yīng)用有一定的局限性2023/6/1953高能束加工（二）電子束加工3.電子束加工應(yīng)用高速打孔：最小直徑可達(dá)0.003mm左右；能加工小深孔（深徑比>10:1）；已在航空航天、電子、化纖以及制革等工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。加工彎孔、型面和特殊面：加工噴絲頭異型孔、復(fù)雜型面、錐孔、斜孔，甚至加工彎孔和曲面。2023/6/1954高能束加工高能束加工（三）離子束加工1.加工原理把氬（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等惰性氣體注入低真空（約1Pa）的電離室中，用高頻放電、電弧放電、等離子放電或電子轟擊等方法使其電離成等離子，接著用加速電極將離子呈束狀拉出并使之加速。然后離子束進(jìn)入高真空（約10-4Pa）的加速室，并利用靜電透鏡聚成細(xì)束向工件表面沖擊，從工件表面打出原子或分子，從而達(dá)到濺射去除加工。。2023/6/1955高能束加工（三）離子束加工1.加工特點(diǎn)及應(yīng)用離子束濺射去除加工的機(jī)理不同于電子束，它是一種無熱加工。具有如下特點(diǎn)：高精度：離子束流密度和離子能量可以精確控制，加工精度可達(dá)納米級，是所有特種加工方法中最精密、最微細(xì)的加工方法能夠進(jìn)行微細(xì)加工，并能精密的控制加工效果；離子束加工在真空中進(jìn)行的，污染小，純度高；加工應(yīng)力小，工件不變形，適合于脆性、半導(dǎo)體和高分子材料的加工；設(shè)備費(fèi)用高，生產(chǎn)成本也高，而且加工效率低。2023/6/1956高能束加工高能束加工（三）離子束加工加工特點(diǎn)及應(yīng)用主要應(yīng)用：精微的穿孔、蝕刻，切割、銑削、研磨和拋光。例如集成電路、聲表面器件、磁泡器件、金剛石觸針的成形，非球面透鏡的加工等。2023/6/1957高能束加工高速切削技術(shù)2023/6/1958一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.高速切削技術(shù)是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動(dòng)的高精度、高自動(dòng)化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進(jìn)加工技術(shù)。高速切削技術(shù)2023/6/1959

20世紀(jì)80年代，隨著數(shù)控機(jī)床、加工中心和柔性制造系統(tǒng)在機(jī)械制造中的應(yīng)用，使機(jī)床空行程動(dòng)作(如自動(dòng)換刀、上下料等)的速度和零件生產(chǎn)過程的連續(xù)性大大加快，機(jī)械加工的輔助工時(shí)大為縮短。

這使得切削工時(shí)占去了總工時(shí)的主要部分，因此，只有提高切削速度和進(jìn)給速度等，才有可能在提高生產(chǎn)率方面出現(xiàn)一次新的飛躍和突破。這就是高速切削技術(shù)(HighSpeedMachining，HSM)得以迅速發(fā)展的歷史背景。高速切削技術(shù)2023/6/1960一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.不同年代切削加工的制造時(shí)間及費(fèi)用高速切削技術(shù)2023/6/1961一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.Salomon曲線高速切削技術(shù)2023/6/1962如能越過這個(gè)“死谷”，而在超高速區(qū)(C區(qū))進(jìn)行工作，則有可能用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行超高速切削，從而大幅度地減少切削工時(shí)，成倍地提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.美國于1960年前后開始進(jìn)行超高速切削試驗(yàn)。試驗(yàn)指出，在超高速切削的條件下，切屑的形成過程和普通切削不同。隨著切削速度的提高，塑性材料的切屑形態(tài)將從帶狀、片狀到碎屑不斷演變。單位切削力初期呈上升趨勢，爾后急劇下降。這些現(xiàn)象說明，在超高速切削條件下，材料的切削機(jī)理將發(fā)生變化，切削過程變得比常規(guī)切速下容易和輕松。對于這種現(xiàn)象，有各種各樣的解釋，目前這項(xiàng)理論研究工作還在進(jìn)一步深入。高速切削技術(shù)2023/6/1963一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景

超高速加工不但成倍提高了機(jī)床的生產(chǎn)效率，而且進(jìn)一步改善了零件的加工精度和表面質(zhì)量，還能解決常規(guī)加工中某些特殊材料難以解決的加工問題。

國內(nèi)外權(quán)威學(xué)者認(rèn)為，如果把數(shù)控技術(shù)看成是現(xiàn)代制造技術(shù)的第一個(gè)里程碑，那么高速切削技術(shù)就是現(xiàn)代制造技術(shù)的第二個(gè)里程碑。高速超高速加工、精密超精密加工、高能束加工和自動(dòng)化加工構(gòu)成了當(dāng)今四大先進(jìn)加工技術(shù)。高速切削技術(shù)2023/6/1964一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.高速切削技術(shù)2023/6/1965二、高速切削技術(shù)的相關(guān)技術(shù).高速切削技術(shù)2023/6/1966三、高速切削技術(shù)的技術(shù)體系

在高速數(shù)控機(jī)床中，幾乎無一例外地采用了主軸電機(jī)與機(jī)床主軸合二為一的結(jié)構(gòu)形式。即采用無外殼電機(jī)，將其空心轉(zhuǎn)子直接套裝在機(jī)床主軸上，帶有冷卻套的定子則安裝在主軸單元的殼體內(nèi)，形成內(nèi)裝式電機(jī)主軸(build-inmotorspindle)，簡稱“電主軸”(electorspindle)。

這樣，電機(jī)的轉(zhuǎn)子就是機(jī)床的主軸，機(jī)床主軸單元的殼體就是電機(jī)座，從而實(shí)現(xiàn)了變頻電機(jī)與機(jī)床主軸的一體化。由于它取消了從主電機(jī)到機(jī)床主軸之間的一切中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，把主傳動(dòng)鏈的長度縮短為零，因此，我們稱這種新型的驅(qū)動(dòng)與傳動(dòng)方式為“零傳動(dòng)”。高速切削技術(shù)2023/6/1967四、高速切削機(jī)床1高速主軸單元

在超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下，傳統(tǒng)的齒輪變速和皮帶傳動(dòng)方式已不能適應(yīng)要求，代之以寬調(diào)速交流變頻電機(jī)來實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床主軸的變速，從而使機(jī)床主傳動(dòng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)大為簡化，形成一種新型的功能部件——主軸單元。高速機(jī)床的“零傳動(dòng)”高速切削技術(shù)2023/6/1968四、高速切削機(jī)床高速切削技術(shù)2023/6/1969四、高速切削機(jī)床2高速進(jìn)給系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)高速切削加工不僅要求有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率，同時(shí)要求機(jī)床工作臺有高的進(jìn)給速度和運(yùn)動(dòng)加速度。直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)已得到普遍應(yīng)用。直線電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)進(jìn)給系統(tǒng)沒有機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，沒有機(jī)械剛性摩，幾乎沒有反向間隙，提供了更高的進(jìn)給速度和更好的加減速特性，其進(jìn)給速度可達(dá)到160m/min，加速度可達(dá)2.5g，定位精度達(dá)到0.5～0.05μm。除此之外，高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用小螺距，大尺寸，優(yōu)質(zhì)滾珠絲杠或粗螺距的多頭滾珠絲杠，目的是在不降低精度的情況下獲得較高的進(jìn)給速度和進(jìn)給加減速速度。高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)也趨向數(shù)字化，智能化和軟件化。高速切削技術(shù)2023/6/1970四、高速切削機(jī)床3新型機(jī)床結(jié)構(gòu)

高速切削的高效應(yīng)用要求機(jī)床系統(tǒng)中的部件都必須先進(jìn)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：機(jī)床結(jié)構(gòu)剛性。要求提供高速進(jìn)給的驅(qū)動(dòng)器（快進(jìn)速度約40m/min，3D輪廓加工速度為10m/min），能夠提供0.4m/s2到10m/s2的加速度和減速度。主軸和刀柄的剛性。要求滿足10000r/min到50000r/min的轉(zhuǎn)速，通過主軸壓縮空氣或冷卻系統(tǒng)控制刀柄和主軸間的軸向間隙不大于0.0002英寸?？刂茊卧?。要求32或64位并行處理器，具有高的數(shù)據(jù)傳輸率，能夠自動(dòng)加減速?？煽啃耘c加工工藝。能夠提高機(jī)床的利用率（6000h/y）和無人操作的可靠性，工藝模型有助于對切削條件和刀具壽命之間關(guān)系的理解。高速切削技術(shù)2023/6/1971四、高速切削機(jī)床4高速切削刀具系統(tǒng)

與普通切削相比，高速切削所產(chǎn)生的熱量更多地向刀具傳遞，要求刀具具有良好的熱穩(wěn)定性。此外，由于高速切削時(shí)的離心力和振動(dòng)的影響，刀具必須進(jìn)行嚴(yán)格的動(dòng)平衡。在刀具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)高速切削的要求，綜合考慮刀具材料的強(qiáng)度，剛度、精度以及耐磨性等因素。

高速切削技術(shù)2023/6/1972四、高速切削機(jī)床

5高性能CNC控制系統(tǒng)

用于高速加工的CNC控制系統(tǒng)必須具有高的運(yùn)算速度和控制精度，以滿足復(fù)雜曲面型面的高速加工要求。6高速切削加工狀態(tài)的監(jiān)控技術(shù)

對高速切削加工切削力、切削熱、刀具狀態(tài)及工件加工質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)控，將高速切削加工過程中的切削力、切削熱、刀具狀態(tài)及工件加工質(zhì)量等進(jìn)行綜合建模，并對刀具狀態(tài)以及加工質(zhì)量進(jìn)行預(yù)報(bào)。7高速切削數(shù)據(jù)庫

在工藝安排、刀具材料及刀具幾何參數(shù)選用和切削用量選擇等方面，需要較全面的實(shí)用化的高速切削數(shù)據(jù)庫，需要根據(jù)機(jī)床性能、工件幾何形狀、工件和刀具材料性能、刀具幾何參數(shù)、夾具、工件加工質(zhì)量要求等建立高速切削數(shù)據(jù)庫。（一）加工效率高

高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5～10倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高5～10倍，這樣，單位時(shí)間材料切除率可提高3～6倍，因而零件加工時(shí)間通?？煽s減到原來的1/3，從而提高了加工效率和設(shè)備利用率，縮短生產(chǎn)周期。

高速切削技術(shù)2023/6/1973五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（二）切削力小

和常規(guī)切削加工相比，高速切削加工的切削力至少可降低30%，這對于加工剛性較差的零件(如細(xì)長軸、薄壁件)來說，可減少加工變形，提高零件加工精度。同時(shí)，采用高速切削時(shí)，單位功率材料切除率可提高40%以上，有利于延長刀具使用壽命，通常刀具壽命可提高約70%。高速切削技術(shù)2023/6/1974五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（三）熱變形小

高速切削加工過程極為迅速，95%以上的切削熱來不及傳給工件，而被切屑迅速帶走，零件不會(huì)因溫升而導(dǎo)致彎翹或膨脹變形。因此，高速切削特別適合于加工容易發(fā)生熱變形的零件。高速切削技術(shù)2023/6/1975四、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（四）加工精度高、加工質(zhì)量好

由于高速切削加工的切削力和切削熱影響小，使刀具和工件的變形小，保持了尺寸的精確性，另外，由于切屑被飛快地切離工件，切削力和切削熱影響小，因而使工件表面的殘余應(yīng)力小，達(dá)到較好的表面質(zhì)量。高速切削技術(shù)2023/6/1976四、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（五）加工過程穩(wěn)定

高速旋轉(zhuǎn)刀具切削加工時(shí)的激振頻率高，已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出“機(jī)床—工件—刀具”系統(tǒng)的固有頻率范圍，不會(huì)造成工藝系統(tǒng)振動(dòng)，使加工過程平穩(wěn)，有利于提高加工精度和表面質(zhì)量。高速切削技術(shù)2023/6/1977五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（六）減少后續(xù)加工工序

高速切削加工獲得的工件表面質(zhì)量幾乎可與磨削相比，因而可以直接作為最后一道精加工工序，實(shí)現(xiàn)高精度、低粗糙度加工。高速切削技術(shù)2023/6/1978五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（七）良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益

采用高速切削加工將能取得較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，如縮短加工時(shí)間，提高生產(chǎn)率；可加工剛性差的零件；零件加工精度高、表面質(zhì)量好；提高了刀具耐用度和機(jī)床利用率；節(jié)省了換刀輔助時(shí)間和刀具刃磨費(fèi)用等。高速切削技術(shù)2023/6/1979五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢（一）航空航天工業(yè)領(lǐng)域

高速加工在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，如大型整體結(jié)構(gòu)件、薄壁類零件、微孔槽類零件和葉輪葉片等。國外許多飛機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)制造廠已采用高速切削加工來制造飛機(jī)大梁、肋板、舵機(jī)殼體、雷達(dá)組件、熱敏感組件、鈦和鈦合金零件、鋁或鎂合金壓鑄件等航空零部件產(chǎn)品。現(xiàn)代飛機(jī)構(gòu)件都采用整體加工技術(shù)，即直接在實(shí)體毛坯上進(jìn)行高速切削，加工出高精度、高質(zhì)量的鋁合金或鈦合金等有色輕金屬及合金的構(gòu)件，而不再采用鉚接等工藝，從而可以提高生產(chǎn)效率，降低飛機(jī)重量。高速切削技術(shù)2023/6/1980六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用（二）汽車工業(yè)領(lǐng)域

高速加工在汽車生產(chǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用主要體現(xiàn)在模具和零件加工兩個(gè)方面。應(yīng)用高速切削加工技術(shù)可加工零件的范圍相當(dāng)廣，其典型零件包括：伺服閥、各種泵和電機(jī)的殼體、電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽缸體和模具等。汽車零件鑄模以及內(nèi)飾件注塑模的制造正逐漸采用高速加工。高速切削技術(shù)2023/6/1981六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用（三）模具工具工業(yè)領(lǐng)域采用高速切削可以直接由淬硬材料加工模具，省去了過去機(jī)加工到電加工的幾道工序，節(jié)約了工時(shí)。目前高速切削可以達(dá)到很高的表面質(zhì)量(Ra≤0.4μm)，省去了電加工后表面研磨和拋光的工序。另外，切削形成的已加工表面的壓應(yīng)力狀態(tài)還會(huì)提高模具工件表面的耐磨程度(據(jù)統(tǒng)計(jì)，模具壽命因此能提高3～5倍)。這樣，鍛模和鑄模僅經(jīng)高速銑削就能完成加工。復(fù)雜曲面加工、高速粗加工和淬硬后高速精加工很有發(fā)展前途，并有取代電火花加工和拋光加工的趨勢。

高速切削技術(shù)2023/6/1982六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用（四）超精密微細(xì)切削加工領(lǐng)域

在電路板上，有許多0.5mm左右的小孔，為了提高小直徑鉆頭的鉆刃切削速度，提高效率，目前普遍采用高速切削方式。日本的FANUC公司和電氣通信大學(xué)合作研制了超精密銑床，其主軸轉(zhuǎn)速達(dá)55000?r/min，可用切削方法實(shí)現(xiàn)自由曲面的微細(xì)加工。據(jù)稱，生產(chǎn)率和相對精度均為目前光刻技術(shù)領(lǐng)域中的微細(xì)加工所不及。高速切削技術(shù)2023/6/1983六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用7075鋁合金零件（毛坯1818kg零件14.5kg2388*2235*82.6)主軸18000r/min，進(jìn)給2.4～2.7m/min，刀具直徑18～20mm。鋁合金薄壁件（厚0.2mm高20mm)，速度603m/min，進(jìn)給速度9600mm/min。高速切削技術(shù)2023/6/1984六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用（四）超精密微細(xì)切削加工領(lǐng)域高速切削的應(yīng)用范圍正在逐步擴(kuò)大，不僅用于切削金屬等硬材料，也越來越多的用于切削軟材料，如橡膠、各種塑料、木頭等，經(jīng)高速切削后這些軟材料被加工表面極為光潔，比普通切削的加工效果好得多。高速切削技術(shù)2023/6/1985六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用仿生制造2023/6/1986一、基本概念2023/6/1987仿生制造模仿生物的組織結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式的制造系統(tǒng)與制造過程稱為“仿生制造”（BionicManufacturing）。它通過模擬生物器官的自組織、自愈、自增長與自進(jìn)化等功能，以迅速響應(yīng)市場需求并保護(hù)自然環(huán)境。制造過程與生命過程有很強(qiáng)的相似性。生物體能夠通過諸如自我識別、自我發(fā)展、自我恢復(fù)和進(jìn)化等功能使自己適應(yīng)環(huán)境的變化來維持自己的生命并得以發(fā)展和完善。。二、仿生制造的研究內(nèi)容2023/6/1988仿生制造1) 自生長成形工藝，即在制造過程中模仿生物外形結(jié)構(gòu)的生長過程，使零件結(jié)構(gòu)最外層各處形狀隨其應(yīng)力值與理想狀態(tài)的差距作自適應(yīng)伸縮直至滿意狀態(tài)為止。2)仿生設(shè)計(jì)和仿生制造系統(tǒng)，即對先進(jìn)制造系統(tǒng)采用生物比喻的方法進(jìn)行研究，以解決先進(jìn)制造系統(tǒng)中的一些關(guān)鍵技術(shù)問題。3)智能仿生機(jī)械。4)生物成形制造，如采用生物的方法制造微小復(fù)雜零件，開辟制造新工藝。三、仿生機(jī)械2023/6/1989仿生制造

仿生機(jī)械是模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理，設(shè)計(jì)制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的機(jī)械。仿生機(jī)械是以力學(xué)或機(jī)械學(xué)作為基礎(chǔ)的，綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工程學(xué)的一門邊緣學(xué)科，它既把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，又把醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的知識應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對生物的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會(huì)的要求付之實(shí)用化。三、仿生機(jī)械2023/6/1990仿生制造

仿生機(jī)械是模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理，設(shè)計(jì)制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的機(jī)械。仿生機(jī)械是以力學(xué)或機(jī)械學(xué)作為基礎(chǔ)的，綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工程學(xué)的一門邊緣學(xué)科，它既把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，又把醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的知識應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對生物的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會(huì)的要求付之實(shí)用化。三、仿生機(jī)械2023/6/1991仿生制造

仿生機(jī)械是模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理，設(shè)計(jì)制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的機(jī)械。仿生機(jī)械是以力學(xué)或機(jī)械學(xué)作為基礎(chǔ)的，綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工程學(xué)的一門邊緣學(xué)科，它既把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，又把醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的知識應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對生物的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會(huì)的要求付之實(shí)用化。三、仿生機(jī)械2023/6/1992仿生制造

仿生機(jī)械是模仿生物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)和控制原理，設(shè)計(jì)制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的機(jī)械。仿生機(jī)械是以力學(xué)或機(jī)械學(xué)作為基礎(chǔ)的，綜合生物學(xué)、醫(yī)學(xué)及工程學(xué)的一門邊緣學(xué)科，它既把工程技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、生物學(xué)，又把醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的知識應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對生物的運(yùn)動(dòng)、動(dòng)作進(jìn)行工程分析，并把這些成果根據(jù)社會(huì)的要求付之實(shí)用化。

仿生機(jī)器人是仿生機(jī)械中的一個(gè)最為典型的應(yīng)用實(shí)例。四、仿生機(jī)械實(shí)例2023/6/1993仿生制造

1仿生機(jī)器蟹2水母機(jī)器人3仿生機(jī)器魚4水面行走機(jī)器人四、仿生機(jī)械實(shí)例2023/6/1994仿生制造

5仿生機(jī)器壁虎6

仿生機(jī)器蛇7機(jī)器狗8袋鼠機(jī)器人四、仿生機(jī)械實(shí)例2023/6/1995仿生制造

9機(jī)器蒼蠅10機(jī)器雨燕在仿生機(jī)械中人們相當(dāng)重視的還有就是類人機(jī)器人的研究和發(fā)展。類人機(jī)器人的最大特征就是能夠用雙足行走，雙腿直立行走是人類特有的步行方式。類人機(jī)器人主要是外形的仿人、類人行走和完成抓取等基本操作功能，它集成了多門學(xué)科知識和多項(xiàng)高新科技，代表了機(jī)器人的尖端技術(shù)。2023/6/1996微機(jī)械加工

一、基本概念2023/6/1997微機(jī)械加工微機(jī)械是一種以毫米為度量單位、必須借助專用裝置和儀器來觀察其工作狀況的、體積很小、重量很輕的機(jī)電一體化產(chǎn)品。微小機(jī)械按其尺度可分成3類，即

1～100mm為小型機(jī)械，

10μm～1mm為微型機(jī)械，

10nm～10μm為超微型機(jī)械。

微型機(jī)械具有體積小、重量輕、能耗低、集成度高和智能化程度高等特點(diǎn)。二、微機(jī)械材料2023/6/1998

微機(jī)械最主要的基礎(chǔ)材料是單晶硅，以單晶硅作為基底，在其中進(jìn)行各種平面加工或立體加工。這是由于單晶硅具有以下優(yōu)點(diǎn):

①它具有最適宜微細(xì)加工的結(jié)構(gòu)和特性;②它有適宜于微機(jī)械要求的機(jī)械強(qiáng)度;③它的來源廣泛，提純和控制技術(shù)成熟，制造成本低。

由于單晶硅在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)易于斷裂，所以，新發(fā)展的可動(dòng)微機(jī)械一般采用多晶硅制造，它仍以單晶硅為基底，再在單晶硅上淀積多晶硅，然后在多晶硅中進(jìn)行各種構(gòu)形加工。微機(jī)械加工三、關(guān)鍵技術(shù)2023/6/1999微機(jī)械加工1超微技術(shù)

超微技術(shù)須在潔凈的環(huán)境下進(jìn)行，其中關(guān)鍵在刻蝕技術(shù)。一般選用光刻，即將微型機(jī)械零件硅基板經(jīng)光射照相成形，生成零件幾何外形，有待后續(xù)深加工。2裝配技術(shù)裝配技術(shù)是把微型機(jī)械所需的微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行機(jī)構(gòu)及信號處理和控制電路，及接口、通信和電源等有機(jī)結(jié)合起來，使之成為能完成一定功能的機(jī)電一體化產(chǎn)品。3

控制、通訊及能源制作技術(shù)這一技術(shù)把微型傳感器、驅(qū)動(dòng)器和控制器等有機(jī)的集中協(xié)調(diào)起來，用于微型機(jī)械的控制、通信并向其提供能源等。四、微機(jī)械的動(dòng)力裝置2023/6/19100

微機(jī)械加工微機(jī)械的動(dòng)力裝置通常采用微電動(dòng)機(jī)或微驅(qū)動(dòng)器。此外，還有用微泵作為執(zhí)行器的，微泵研究開始較晚，但發(fā)展較快并有所應(yīng)用。微電動(dòng)機(jī)現(xiàn)已有5種類型，即靜電機(jī)、超聲電機(jī)、電磁電機(jī)、諧振電機(jī)和生物電機(jī)，其中應(yīng)用較多的是采用靜電力原理的靜電機(jī)。微驅(qū)動(dòng)器大多采用壓電元件，例如用壓電陶瓷實(shí)現(xiàn)步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)，其移動(dòng)步長可在4nm～10μm之間調(diào)節(jié);有一種疊層式靜電驅(qū)動(dòng)器，移動(dòng)步長為0.1mm。表62所示為一些微動(dòng)力裝置的性能參數(shù)。五、微機(jī)械的傳感器2023/6/19101

微機(jī)械加工在微機(jī)械傳感器中，以微壓力、微溫度、微加速度、微流量、微氣敏傳感器的研究、應(yīng)用居多。為了節(jié)省能耗，正在試驗(yàn)研究無源微傳感器。為了節(jié)約芯片的實(shí)用面積，正在研究用一個(gè)傳感器傳感幾個(gè)物理量;甚至將驅(qū)動(dòng)器功能雙重化，既可用作傳感器，又能作為驅(qū)動(dòng)器。國外微機(jī)械研究的新趨勢是利用大規(guī)模集成電路的微細(xì)加工技術(shù)，將機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)器、傳感器、控制器等集成在一個(gè)多晶硅片上，它既可以將傳統(tǒng)的無源機(jī)構(gòu)變?yōu)橛性礄C(jī)構(gòu)，又可以制成一個(gè)完整的機(jī)電一體化的微機(jī)械系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)的尺寸可縮小到幾毫米至幾百微米。六、微機(jī)械的應(yīng)用2023/6/19102

微機(jī)械加工應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嶋H應(yīng)用生物、醫(yī)學(xué)細(xì)胞操作、細(xì)胞融合血管、腸道內(nèi)自動(dòng)送藥、診斷手術(shù)機(jī)器人微外科手術(shù)流體控制微閥、智能閥、微泵微流量測量和控制

微光學(xué)微光纖開關(guān)、微光學(xué)探頭微光學(xué)陣列器件光掃描、調(diào)頻微干涉儀VLSI制造真空微操作微定位氣體精密控制信息儀器磁頭打印機(jī)頭掃描儀

機(jī)器人技術(shù)核電站、航天和航空器等中的維修機(jī)器人

電纜維修機(jī)器人

自行走傳感器2023/6/19103智能設(shè)計(jì)智能設(shè)計(jì)是指應(yīng)用現(xiàn)代信息技術(shù)，采用計(jì)算機(jī)模擬人類的思維活動(dòng)，提高計(jì)算機(jī)的智能水平，從而使計(jì)算機(jī)能夠更多、更好地承擔(dān)設(shè)計(jì)過程中各種復(fù)雜任務(wù)，成為設(shè)計(jì)人員的重要輔助工具。2023/6/19104智能設(shè)計(jì)

智能設(shè)計(jì)具有如下特點(diǎn):以設(shè)計(jì)方法學(xué)為指導(dǎo)。設(shè)計(jì)方法學(xué)對設(shè)計(jì)本質(zhì)、過程設(shè)計(jì)思維特征及其方法學(xué)的深入研究是智能設(shè)計(jì)模擬人工設(shè)計(jì)的基本依據(jù)。以人工智能技術(shù)為實(shí)現(xiàn)手段。借助專家系統(tǒng)技術(shù)在知識處理上的強(qiáng)大功能，結(jié)合人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，較好地支持設(shè)計(jì)過程自動(dòng)化。以傳統(tǒng)CAD技術(shù)為數(shù)值計(jì)算和圖形處理工具。提供對設(shè)計(jì)對象的優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析和圖形顯示輸出上的支持。面向集成智能化。支持設(shè)計(jì)的全過程，與CAM的集成，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型和數(shù)據(jù)交換接口。提供強(qiáng)大的人機(jī)交互功能。使設(shè)計(jì)師對智能設(shè)計(jì)過程的干預(yù)，即與人工智能融合成為可能。2023/6/19105智能CAD

一、基本概念北京林業(yè)大學(xué)工學(xué)院2023/6/19105

智能CAD技術(shù)實(shí)際上就是人工智能技術(shù)與CAD技術(shù)結(jié)合在一起形成的新技術(shù)。從結(jié)構(gòu)上來看，智能CAD技術(shù)主要可分為3個(gè)部分：基礎(chǔ)層支撐層應(yīng)用層。2023/6/19106智能CAD

一、基本概念智能CAD的功能：計(jì)算和分析功能。CAD技術(shù)能借助數(shù)字仿真模擬、有限元分析等來完成計(jì)算和分析工作，同時(shí)還能提高計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。圖形圖像處理功能。如比較常見的圖形輸出功能、三維幾何模型制造等。數(shù)據(jù)管理和交換功能。象對數(shù)據(jù)庫的管理，利用不同的CAD系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時(shí)交換和處理。文字的編輯和文檔的制作等功能。CAD技術(shù)具有強(qiáng)大的文字處理功能，可在短時(shí)間內(nèi)完成大量文檔的制作處理工作。除了上述4種主要功能外，CAD技術(shù)還具備設(shè)計(jì)功能和一些網(wǎng)絡(luò)功能。2023/6/19107智能CAD二、智能CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基于專家系統(tǒng)的智能CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2023/6/19108智能CAD三、智能CAD的發(fā)展趨勢1集成化2網(wǎng)絡(luò)化3人機(jī)交互化4標(biāo)準(zhǔn)化2023/6/19109智能CAPP

計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP）是通過向計(jì)算機(jī)輸入被加工零件的幾何信息（圖形）和加工工藝信息（材料、熱處理、批量等），由計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸出零件的工藝路線和工序內(nèi)容等工藝文件的過程。

CAPP專家系統(tǒng)是通過推理機(jī)中的控制策略，從知識庫中搜索能夠處理零件當(dāng)前狀態(tài)的規(guī)則，然后執(zhí)行這條規(guī)則，并把每一次執(zhí)行規(guī)則得到的結(jié)論部分按照先后次序記錄下來，直到零件加工完成，這個(gè)記錄就是零件加工所要求的工藝規(guī)程。

智能工藝規(guī)劃，就是將人工智能技術(shù)（AI技術(shù)）應(yīng)用到CAPP系統(tǒng)開發(fā)中，使CAPP系統(tǒng)在知識獲取、知識推理等方面模擬人的思維方式，解決復(fù)雜的工藝規(guī)程設(shè)計(jì)問題，使其具有人類“智能”的特性。實(shí)際上，CAPP專家系統(tǒng)就是一種智能CAPP，它追求的是工藝決策的自動(dòng)化。一、基本概念2023/6/19110智能CAPP

二、智能CAPP的組成2023/6/19111智能CAPP

三、智能CAPP工藝決策專家系統(tǒng)的構(gòu)成輸入輸出接口。負(fù)責(zé)零件信息的輸入，零件特征的識別和處理以及由系統(tǒng)生成的零件工藝路線、工序內(nèi)容等工藝文件的輸出。這是系統(tǒng)與外界進(jìn)行信息交換的通道。知識庫。包括零件信息庫、工藝規(guī)則庫、資源庫和知識庫管理系統(tǒng)。這是系統(tǒng)的礎(chǔ)，各種知識的組織和表達(dá)形式對系統(tǒng)的有效性起決定性的作用。推理機(jī)。是指各種工藝決策算法，包括工藝路線的生成和優(yōu)化、機(jī)床刀具與工裝夾具的確定、切削用量的選擇等。這是系統(tǒng)的關(guān)鍵，決定著系統(tǒng)智能化的水平。知識獲取。是指利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，從工藝設(shè)計(jì)師的經(jīng)驗(yàn)和企業(yè)的工藝文件中獲取工藝知識，并將其轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)能識別的工藝推理規(guī)則，從而不斷更新和擴(kuò)充工藝規(guī)則庫。2023/6/19112智能CAPP

四、智能CAPP特點(diǎn)知識表示是和知識本身相分離的，所以當(dāng)加工零件變化或知識更新時(shí)，相應(yīng)的決策方法不會(huì)改變。這樣就提高了系統(tǒng)的通用性和適應(yīng)性。以零件的知識為基礎(chǔ)，以工藝規(guī)則為依據(jù)，采用各種工藝決策算法，可以直接推理出最優(yōu)的工藝設(shè)計(jì)結(jié)果或給出幾種設(shè)計(jì)方案以供工藝設(shè)計(jì)人員選擇。知識庫和推理機(jī)的分離有利于系統(tǒng)的模塊化和增加系統(tǒng)的可擴(kuò)充性，有利于知識工程師和工藝設(shè)計(jì)師的合作，從而可以使系統(tǒng)的功能不斷趨于完善。工藝設(shè)計(jì)的主要問題不是數(shù)值計(jì)算，而是對工藝信息和工藝知識的處理，而這正是基于知識和人工智能的智能CAPP系統(tǒng)所擅長的。如果系統(tǒng)具備自學(xué)習(xí)的功能，可以不斷進(jìn)行工藝經(jīng)驗(yàn)知識的積累，那么系統(tǒng)的智能性就會(huì)越來越高，系統(tǒng)生成的工藝方案就會(huì)越來越合理。2023/6/19113智能CAPP

五、舉例：基于深度學(xué)習(xí)卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的刀具參數(shù)的智能選取模型2023/6/19114綠色設(shè)計(jì)

一、基本概念綠色設(shè)計(jì)（GreenDesign）也稱生態(tài)設(shè)計(jì)（EcologicalDesign），環(huán)境設(shè)計(jì)（DesignforEnvironment），環(huán)境意識設(shè)計(jì)（EnvironmentConsciousDesign），是一種概念設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)是指在產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)，要充分考慮對資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、開發(fā)周期和成本的同時(shí)，更要優(yōu)化各種相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其制造過程中對環(huán)境的總體負(fù)影響減到最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求。2023/6/19115綠色設(shè)計(jì)

二、綠色設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容綠色產(chǎn)品的描述與建模。全面準(zhǔn)確地描述綠色產(chǎn)品，建立系統(tǒng)的綠色產(chǎn)品評價(jià)模型是綠色設(shè)計(jì)的關(guān)鏈。綠色設(shè)計(jì)的材料選擇與管理。選材不僅要考慮產(chǎn)品的使用要求和性能，還應(yīng)考慮環(huán)境約束準(zhǔn)則。產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)。綠色設(shè)計(jì)要求將可拆卸性作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一項(xiàng)評價(jià)準(zhǔn)則，使產(chǎn)品在使用報(bào)廢后其零部件能夠高效、不加破壞