《智能制造概論》課件 第7章 智能化先進(jìn)制造工藝技術(shù)

智能制造概論12第7章智能化先進(jìn)制造工藝技術(shù)7.1超高速切削加工技術(shù)37.1.1超高速切削加工的概念與機(jī)理20世紀(jì)30年代初，德國著名的機(jī)械切削物理學(xué)家薩洛蒙（CarlSalomon）分析和總結(jié)了大量的切削加工試驗(yàn)“速度—溫度”曲線，首次提出了超高速切削加工的理論。他指出：在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度確實(shí)隨著切削速度的增大而升高；而且在超過一定的切削速度后，由于切削溫度的升高超過了刀具的承受能力，刀具的硬度會劇烈降低，刀具發(fā)軟并出現(xiàn)劇烈磨損，使切削加工無法繼續(xù)進(jìn)行。但是，當(dāng)切削速度繼續(xù)增大，達(dá)到甚至超過一定的數(shù)值后，如果再增加切削速度，此時(shí)的切削溫度不但不會升高，反而會降低，甚至?xí)陀诘毒呖梢猿惺艿臏囟龋@樣就可能重新利用現(xiàn)有的刀具進(jìn)行超高速加工，大幅度地減少切削加工的時(shí)間，提高設(shè)備的生產(chǎn)效率，這便是超高速切削加工的概念。7.1超高速切削加工技術(shù)47.1.2超高速切削加工技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)備的加工效率高工件的熱變形小工件的加工精度高、加工質(zhì)量好創(chuàng)造良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益超高速切削加工技術(shù)的特點(diǎn)加工時(shí)切削力小設(shè)備在加工過程中狀態(tài)穩(wěn)定7.1超高速切削加工技術(shù)57.1.3超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)超高速切削加工設(shè)備的主軸系統(tǒng)123超高速切削加工設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)超高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)超高速軸承技術(shù)4超高速切削加工的刀具技術(shù)7.2微細(xì)加工技術(shù)67.2.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)

微細(xì)加工起源于半導(dǎo)體制造工藝，原指加工尺度約在微米級范圍的加工方法。在微機(jī)械研究領(lǐng)域中，從尺寸角度，微機(jī)械可分為1mm~10mm的微小機(jī)械，1μm~1mm的微機(jī)械，1nm~1μm的納米機(jī)械，微細(xì)加工則是微米級精細(xì)加工、亞微米級微細(xì)加工、納米級微細(xì)加工的通稱。廣義上的微細(xì)加工，其方式十分豐富，幾乎涉及現(xiàn)代特種加工、微型精密切削加工等多種方式，微機(jī)械制造過程又往往是多種加工方法的組合。

從基本加工類型看，微細(xì)加工可大致分為四類：分離加工——將材料的某一部分分離出去的加工方式，如分解、蒸發(fā)、濺射、切削、破碎等；接合加工——同種或不同材料的附和加工或相互結(jié)合加工方式，如蒸鍍、淀積、生長等；變形加工——使材料形狀發(fā)生改變的加工方式，如塑性變形加工、流體變形加工等；材料處理或改性和熱處理或表面改性等。1．微細(xì)加工技術(shù)的概念7.2微細(xì)加工技術(shù)77.2.1微細(xì)加工技術(shù)的概念和特點(diǎn)2．微細(xì)加工技術(shù)的特點(diǎn)1多學(xué)科的制造系統(tǒng)工程2加工特征以分離或結(jié)合原子、分子為加工對象7.2微細(xì)加工技術(shù)87.2.2微細(xì)加工技術(shù)主要方法1324微細(xì)切削技術(shù)是一種由傳統(tǒng)切削技術(shù)衍生出來的微細(xì)切削加工方法，主要包括微細(xì)車削、微細(xì)銑削、微細(xì)鉆削、微細(xì)磨削、微沖壓等微細(xì)切削技術(shù)微細(xì)電火花加工技術(shù)的研究起步于20世紀(jì)60年代末，是在絕緣的工作液中通過工具電極和工件間脈沖火花放電產(chǎn)生的瞬時(shí)、局部高溫來熔化和汽化蝕除金屬的一種加工技術(shù)微細(xì)電火花加工技術(shù)蝕刻的基本原理是在被加工零件的表面貼上一定形狀的掩膜，經(jīng)蝕刻劑的淋灑并去除反應(yīng)產(chǎn)物后，工件的裸露部分逐步被刻除，從而達(dá)到設(shè)計(jì)的形狀和尺寸蝕刻加工技術(shù)微細(xì)電解加工是指在微細(xì)加工范圍內(nèi)（1～l000nm），利用金屬陽極電化學(xué)溶解去除材料的制造技術(shù)，其中材料的去除是以離子溶解的形式進(jìn)行的，在電解加工中通過控制電流的大小和電流通過的時(shí)間，控制工件的去除速度和去除量，從而得到高精度、微小尺寸零件的加工方法微細(xì)電解加工7.2微細(xì)加工技術(shù)97.2.3微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展存在問題在微機(jī)械學(xué)方面123微電子技術(shù)方面微細(xì)加工技術(shù)發(fā)展存在問題微光學(xué)方面4分子裝配技術(shù)方面7.3超精密加工技術(shù)107.3.1超精密加工技術(shù)概念

超精密加工技術(shù)始終采用當(dāng)代最新科技成果來提高加工精度和完善自身，故“超精密”的概念隨科技的發(fā)展而不斷更新。目前超精密加工技術(shù)是指加工的尺寸、形狀精度達(dá)到亞微米級，加工表面粗糙度Ra達(dá)到納米級的加工技術(shù)的總稱。目前超精密加工技術(shù)在某些應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)延伸到納米尺度范圍，其加工精度已經(jīng)接近納米級，表面粗糙度Ra已經(jīng)達(dá)到10～1nm級（原子直徑為0.1～0.2nm，根據(jù)理論分析，加工切除層的最小極限尺寸為原子直徑，如果一層一層地切除原子，被加工表面的尺寸波動范圍在0.1～0.2nm之間，具有這種特征的表面稱為“超光滑表面”）。并且正向其終極目標(biāo)—原子級加工精度（超精密加工的極限精度）逼進(jìn)。目前的超精密加工，以不改變工件材料物理特性為前提，以獲得極限的形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性（無或極少的表面損傷，包括微裂紋缺陷、殘余應(yīng)力、組織變化等）為目標(biāo)。超精密加工目前包括4個(gè)領(lǐng)域：超精密切削加工、超精密磨削加工、超精密拋光加工、超精密特種加工（如電子束、離子束加工）7.3超精密加工技術(shù)117.3.2超精密加工關(guān)鍵技術(shù)超精密機(jī)床設(shè)備123金剛石刀具超精密加工關(guān)鍵技術(shù)精度檢測4加工環(huán)境7.3超精密加工技術(shù)127.3.3超精密加工技術(shù)發(fā)展趨勢7.4再制造技術(shù)137.4.1再制造概述1．再制造概念

再制造是一個(gè)過程，是指以舊制成品為原料，運(yùn)用高科技的清洗技術(shù)、修復(fù)技術(shù)或利用新材料、新技術(shù)，進(jìn)行專業(yè)化批量化修復(fù)或技術(shù)升級改造，使得再制造后產(chǎn)品（裝備）在技術(shù)性能和安全質(zhì)量等方面達(dá)到原同類新品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

再制造不僅僅是對舊產(chǎn)品簡單的回收和利用，而是依托一定的科技手段，對原有產(chǎn)品進(jìn)行再生制造及技術(shù)升級改造，給原有產(chǎn)品賦予更多的內(nèi)容，使得原有產(chǎn)品的功能和價(jià)值得到提升。再制造的核心實(shí)際是再創(chuàng)造，為用戶提供再生新產(chǎn)品、新功能、新服務(wù)、新價(jià)值。7.4再制造技術(shù)147.4.1再制造概述2．再制造與維修的區(qū)別

（1）維修指的是使失效的設(shè)備恢復(fù)到能執(zhí)行所需功能的狀態(tài)的過程；而再制造不僅僅是實(shí)現(xiàn)維修的目的，也是通過一定的技術(shù)手段和一系列既定的過程，使使用過的設(shè)備恢復(fù)到新產(chǎn)品的水平。

（2）多數(shù)維修比較昂貴，而且都是“頭疼醫(yī)頭，腳疼醫(yī)腳”，往往治標(biāo)不治本；而再制造則不同，是經(jīng)過一系列嚴(yán)格的程序，對產(chǎn)品的整體性能做了全面了解，然后采用先進(jìn)適用的再制造技術(shù)工藝，對廢舊產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)改造，使性能和質(zhì)量達(dá)到或超過原型新品。

（3）再制造通常由原始設(shè)備制造商完成，所有再制造過程中替換或維修的零部件以及升級的軟件與新品所用的零部件或軟件屬同系列產(chǎn)品，保證了很好的兼容性，而維修則不一定。

（4）原始設(shè)備制造商可以很好的追蹤原產(chǎn)品的保修期，可以避免不必要的維修而產(chǎn)生的費(fèi)用。

（5）再制造后的產(chǎn)品可以得到一段時(shí)間的保修期，這個(gè)保修期不只是針對再制造過程中替換或維修的零部件，而是對整機(jī)而言的；而維修則不同，所謂的保修期通常只是針對維修過程中替換或維修的零部件。

（6）經(jīng)過第三方維修過的產(chǎn)品在保修期內(nèi)失效的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原始設(shè)備制造商再制造過的產(chǎn)品。7.4再制造技術(shù)157.4.1再制造概述3．典型的再制造過程7.4再制造技術(shù)167.4.2再制造技術(shù)體系及典型再制造技術(shù)1．機(jī)電產(chǎn)品再制造技術(shù)體系7.4再制造技術(shù)177.4.2再制造技術(shù)體系及典型再制造技術(shù)1．機(jī)電產(chǎn)品再制造技術(shù)體系7.4