先進(jìn)制作技術(shù)

先進(jìn)制作技術(shù)第一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1.先進(jìn)制造技術(shù)的實(shí)用性2.先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用的廣泛性3.先進(jìn)制造技術(shù)的動態(tài)特征4.先進(jìn)制造技術(shù)的集成性5.先進(jìn)制造技術(shù)的系統(tǒng)性6.先進(jìn)制造技術(shù)強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)先進(jìn)制造技術(shù)的核心是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔等基礎(chǔ)制造技術(shù)7.先進(jìn)制造技術(shù)的環(huán)保性8.先進(jìn)制造技術(shù)最終的目標(biāo)是要提高對動態(tài)多變的產(chǎn)品市場的適應(yīng)能力和競爭能力一、先進(jìn)制造技術(shù)的形成和特征第一節(jié)概述第二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1.現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)二、先進(jìn)制造技術(shù)的分類：2.現(xiàn)代制造工藝技術(shù)3.制造自動化技術(shù)4.先進(jìn)制造生產(chǎn)管理模式第三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二一、特種加工技術(shù)

特種加工是將電、磁、光、化學(xué)等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法。主要特點(diǎn)：

1）不是主要依靠機(jī)械能2）屬非接觸加工3）屬微細(xì)加工，工件表面質(zhì)量提高第二節(jié)現(xiàn)代制造工藝技術(shù)第四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二4）不存在加工中的機(jī)械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較小的表面粗糙度5）兩種或兩種以上的不同類型的能量可相互結(jié)合形成新的復(fù)合加工，其綜合加工效果明顯，且便于推廣使用6）特種加工對簡化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及零件結(jié)構(gòu)工藝性等產(chǎn)生積極的影響第五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二二、快速成形技術(shù)

快速成形制造技術(shù)RPM是一種基于離散和堆積原理的嶄新制造技術(shù)，它將零件的CAD模型按一定方式離散成可加工的離散面、離散線和離散點(diǎn)，而后采用物理或化學(xué)手段，將這些離散的面、線段和點(diǎn)堆積而形成零件的整體形狀。1.光固化法（SLA）2.疊層法（LOM）3.激光選區(qū)燒結(jié)法（SLS）4.熔融沉積法（FDM）RPM技術(shù)對材料的處理方式第六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1.光固化法（SLA）原理：光固化法使用液態(tài)光敏樹脂作為成形材料。如圖8-1所示，計(jì)算機(jī)控制紫外線光束按零件的各分層截面信息在樹脂表面進(jìn)行逐點(diǎn)掃描，使被掃描區(qū)的樹脂薄層產(chǎn)生光聚合反應(yīng)而硬化，形成零件的一個薄層。頭一層固化完后，工作臺下移一個層厚的距離，再在原先固化好的樹脂表面敷上一層新的液態(tài)樹脂，再進(jìn)行掃描加工，新生產(chǎn)的固化層牢固地粘結(jié)在前一層上。重復(fù)，直到整個原型零件制造完畢。圖8-1第七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二光固化法的主要特點(diǎn)有：制造精度高（正負(fù)0.1mm）、表面質(zhì)量好、原材料利用率接近100%能制造形狀特別復(fù)雜（如腔體等）及特別精細(xì)（如首飾、工藝品等）的零件（尤其適合殼體形零件制造）必須制造支承，材料固化中伴隨一定的收縮導(dǎo)致零件變形，光固化樹脂有一定毒性第八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二2.疊層法（LOM）

原理：疊層法在成形過程中首先在基板上鋪上一層箔材，再用一定功率的CO2激光器在計(jì)算機(jī)控制下按分層信息切出輪廓，同時將非零件的多余部分按一定網(wǎng)格形狀切成碎片去除掉。加工完上一層后，重新鋪上一層箔材，用熱棍碾壓加熱，使新鋪上的一層箔材在粘結(jié)劑作用下粘結(jié)在已成形體上，再用激光器切割該層的形狀。重復(fù)，直到加工完畢。最后去除掉切碎的多余部分即可得到完整的原形零件，如圖8-2所示。圖8-2第九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二疊層法的主要特點(diǎn)有：不需要制作支撐，激光只作輪廓掃描，而不需填充掃描，成形效率高；運(yùn)行成本低；成形過程中無相變且殘余應(yīng)力小，適合于加工較大尺寸的零件。材料利用效率低，表面質(zhì)量較差第十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.激光選區(qū)燒結(jié)法（SLS）

原理：采用CO2激光器作為能源，成形材料常選用粉末材料（如蠟粉、塑料粉、金屬粉和陶瓷粉等）。如圖8-3所示，成形過程中，先將粉末材料預(yù)熱到稍低于其熔點(diǎn)的溫度，再在刮平輥?zhàn)拥淖饔孟聦⒎勰╀伷?，激光器在?jì)算機(jī)控制下按分層截面信息有選擇地?zé)Y(jié)，上一層完成后再做下一層，零件成形后，去掉多余粉末。圖8-3特點(diǎn)：①不需要制作支撐，成形零件的力學(xué)性能好，強(qiáng)度高。②粉末較松散，燒結(jié)后精度不高，Z軸難以控制。第十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二4.熔融沉積法（FDM）原理：成形過程中噴頭噴出的熔融材料在X-Y工作臺的帶動下，按截面形狀鋪在底版上，逐層加工，最后制作出所需零件。如圖8-4所示。圖8-4特點(diǎn)：①成形零件的力學(xué)性能好、強(qiáng)度高；成形材料的來源廣、成本低、可采用多個噴頭同時工作。②不用激光器，而是由熔絲噴頭噴出加熱熔融的材料，因此使用維護(hù)簡單，成本低。③成形精度不高，不適合制作復(fù)雜精細(xì)結(jié)構(gòu)的零件，主要用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)測試與評價。第十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二1.基本概念（1）普通加工加工精度在10左右、表面粗糙度值在0.3~0.8的加工技術(shù)。（2）精密加工加工精度在10~0.1，表面粗糙度在0.3~0.03的加工技術(shù)。（3）超精密加工加工精度不低于0.1~0.01，表面粗糙度值不大于0.03~0.05的加工技術(shù)。（4）納米加工加工精度達(dá)到0.001，表面粗糙度小于0.005的加工技術(shù)。三、精密與超精密加工技術(shù)

第十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二2.超精密加工技術(shù)所涉及的技術(shù)領(lǐng)域（1）加工技術(shù)即加工方法與加工原理（2）材料技術(shù)即加工工具和被加工材料（3）加工設(shè)備及其基礎(chǔ)元部件（4）測量及誤差補(bǔ)償技術(shù)（5）超穩(wěn)定的工作環(huán)境第十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二四、超高速加工技術(shù)概念：超高速加工是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的高精度、高自動化、高柔性的制造設(shè)備，以極大地提高切削速度來達(dá)到材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。如圖8-5所示。圖8-5第十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二超高速機(jī)床是實(shí)現(xiàn)超高速切削的前提條件和關(guān)鍵因素，其主要要求如下：1）適應(yīng)于超高速運(yùn)轉(zhuǎn)的超高速主軸單元。2）適應(yīng)于超高速加工的超高速加工進(jìn)給單元。3）高壓大流量噴射冷卻系統(tǒng)，避免產(chǎn)生機(jī)床、刀具和工件的熱變形。4）要有一個靜剛度、動剛度、熱剛度特性都很好的機(jī)床支承件。5）適應(yīng)于超高速加工的刀具系統(tǒng)。第十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二五、微納技術(shù)

1.微細(xì)加工技術(shù)

微細(xì)加工技術(shù)是指制造微小尺寸零件加工的生產(chǎn)加工技術(shù)。

主要有：半導(dǎo)體加工技術(shù)、LIGA技術(shù)、集成電路技術(shù)、特種精密加工技術(shù)、微細(xì)切削磨削加工技術(shù)、快速成形制造技術(shù)和鍵合技術(shù)。

2.納米制造技術(shù)

納米級加工的物理實(shí)質(zhì)就是要切斷原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除。

第十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二第三節(jié)自動化加工技術(shù)

一、計(jì)算機(jī)輔助制造計(jì)算機(jī)輔助制造CAM定義為計(jì)算機(jī)完成從毛坯到產(chǎn)品制造過程中的直接或間接制造工作的統(tǒng)稱，包括計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算機(jī)輔助NC程序編制、生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃和工時定額及材料定額的編制，還可包括質(zhì)量控制及加工、裝配、檢驗(yàn)、輸送和保存等物流過程的運(yùn)行控制等內(nèi)容。

典型的CAM技術(shù)包括：計(jì)算機(jī)數(shù)控制造和編程、計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人制造和裝配、柔性制造系統(tǒng)。第十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二二、數(shù)控技術(shù)概念：數(shù)控技術(shù)就是以數(shù)字量編程實(shí)現(xiàn)控制機(jī)械或其他設(shè)備自動工作的技術(shù)。數(shù)控設(shè)備的核心是數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床是典型的數(shù)控設(shè)備，它的產(chǎn)生和發(fā)展是數(shù)控技術(shù)產(chǎn)生和發(fā)展的重要標(biāo)志。其組成如圖8-6所示。圖8-6第十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二定義：工業(yè)機(jī)器人是一種由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，是無人參與的具有柔性的自動化控制系統(tǒng)，能自動定位控制，可重復(fù)編程的，多功能的、多自由度的操作機(jī)，能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。三、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)組成：工業(yè)機(jī)器人一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)及位置檢測機(jī)構(gòu)等幾部分組成。如圖8-7所示。圖8-7第二十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二分類：按自動化功能專用機(jī)器人通用機(jī)器人示教再現(xiàn)機(jī)器人智能機(jī)器人按驅(qū)動方式氣壓傳動機(jī)器人電氣傳動機(jī)器人液壓傳動機(jī)器人復(fù)合傳動機(jī)器人第二十一頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二按坐標(biāo)形式（圖8-8）直角坐標(biāo)式（a）圓柱坐標(biāo)式(b)極坐標(biāo)式(c)關(guān)節(jié)式(d)圖8-8第二十二頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二四、柔性制造技術(shù)1.概念

柔性制造技術(shù)FMT是一種主要用于多品種中小批量或變批量生產(chǎn)的制造自動化技術(shù)，是對各種不同形狀加工對象進(jìn)行有效地且適應(yīng)性轉(zhuǎn)化為成品的各種技術(shù)總稱。柔性制造系統(tǒng)FMS是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。第二十三頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二2.柔性制造系統(tǒng)的分類（1）柔性制造單元FMC由1~2臺加工中心、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控NC機(jī)床及物料運(yùn)輸存儲設(shè)備構(gòu)成。特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動化。（2）柔性制造系統(tǒng)FMS包括4臺或更多臺全自動數(shù)控機(jī)床。（3）柔性制造線FML處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種FMS之間。特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化（4）柔性制造工廠FMF即工廠自動化。特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動化。第二十四頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二3.柔性制造系統(tǒng)的基本組成1）加工系統(tǒng)2）物流系統(tǒng)3）控制與管理系統(tǒng)圖8-9第二十五頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二4.FMS的基本工作原理

各個制造單元沿著一個中央物料運(yùn)輸系統(tǒng)來分布，而傳送帶上可以傳送許多不同的工件和零件。當(dāng)一個特定工件在傳送帶上靠近所需的制造單元時，相應(yīng)的機(jī)器人將其拾取并將它安裝在制造單元的某臺CNC數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行加工，在某制造單元上經(jīng)過加工后，機(jī)器人會把半成品或成品零件返回到傳送帶上，送到下一個順序制造單元處，重復(fù)，直至到達(dá)規(guī)定線路的終點(diǎn)。FMS的優(yōu)勢：機(jī)床利用率高、柔性大、輔助時間短、有利于提高市場響應(yīng)能力、可縮短生產(chǎn)周期、減少庫存量、有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低勞動強(qiáng)度、改善生產(chǎn)環(huán)境、有利于降低生產(chǎn)成本，適應(yīng)市場需求。第二十六頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二一、敏捷制造背景：(1)影響企業(yè)生存、發(fā)展的共性問題是目前競爭環(huán)境的變化太快，而現(xiàn)有企業(yè)自我調(diào)整、適應(yīng)的速度跟不上。(2)依靠對現(xiàn)有大規(guī)模生產(chǎn)模式與系統(tǒng)的逐步改進(jìn)和完善是不能實(shí)現(xiàn)重振美國制造業(yè)雄風(fēng)的目標(biāo)的。概念：敏捷制造是一種結(jié)構(gòu)，在這個結(jié)構(gòu)中每一個公司都能開發(fā)自己的產(chǎn)品和實(shí)施自己的經(jīng)營戰(zhàn)略?；举Y源：有創(chuàng)新精神的管理結(jié)構(gòu)和組織；有技術(shù)、有知識的高素質(zhì)人員、先進(jìn)制造技術(shù)。第四節(jié)先進(jìn)制造生產(chǎn)模式第二十七頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二特點(diǎn)：1）組織具有在快速變化、持續(xù)不斷地分化的全球市場中提供個別化服務(wù)的能力。2）制造過程變成了一種服務(wù)。

3）制造是為了開發(fā)各種信息、知識和關(guān)系的高速變化的市場價值。4）制造需要全面、快速、積極地反映基于解決顧客需求的生產(chǎn)和銷售，并且以信息和服務(wù)為特征。第二十八頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二組成敏捷制造的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)虛擬企業(yè)物理基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)法律基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)社會基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)信息基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

虛擬公司的優(yōu)點(diǎn)：1）中小企業(yè)科通過分享其他合作者的資源完成過去只有大企業(yè)才能完成的工作，而大企業(yè)也能通過轉(zhuǎn)包生產(chǎn)的方式在不需要大量投資的情況下迅速擴(kuò)大它的生產(chǎn)能力和市場占有率2）由于合作者有著不同的專長，虛擬公司可以在經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力上很方便的超過所有競爭對手。3）跨地區(qū)、跨國界的國際合作使每一個合作者都有機(jī)會進(jìn)入更廣泛的市場。第二十九頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二二、精益生產(chǎn)LP

內(nèi)涵精益生產(chǎn)方式是指用多種現(xiàn)代管理手段和方法，以社會需求為依據(jù)，以充分發(fā)揮人的作用為根本，有效配置和合理使用企業(yè)資源，最大限度地企業(yè)謀求經(jīng)濟(jì)效益的一種新型生產(chǎn)方式。

目標(biāo)盡善盡美，不斷減少的成本、零次廢品率、零庫存及無終止的產(chǎn)品品質(zhì)類型。

原則團(tuán)隊(duì)作業(yè)，交流，有效利用資源并消除一切浪費(fèi)，不斷改進(jìn)及改善。

核心內(nèi)容準(zhǔn)時制生產(chǎn)方式JIT第三十頁，共三十四頁，編輯于2023年，星期二

支柱

1）全面質(zhì)量管理，它是保證產(chǎn)品質(zhì)量，達(dá)到零缺陷目標(biāo)的主要措施。2）準(zhǔn)時生產(chǎn)和零庫存，它是縮短生產(chǎn)周期和降低生產(chǎn)成本的主要方法。3）成組技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)多品種、按顧客定單組織生產(chǎn)、擴(kuò)大批量、降低成本的技術(shù)基礎(chǔ)。

特征1）以用戶為“上帝”2）強(qiáng)調(diào)人的作用，充分發(fā)揮人的創(chuàng)新精神3）以“精簡”為手段4）項(xiàng)目組和并行設(shè)計(jì)5）采用