智能制造概論-全套課件

1緒論2024/11/81主要內(nèi)容2024/11/82智能制造基本概念智能制造始于20世紀(jì)80年代人工智能在制造業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用，發(fā)展于20世紀(jì)90年代智能制造技術(shù)和智能制造系統(tǒng)的提出，成熟于21世紀(jì)基于信息技術(shù)的“智能制造”（IntelligentManufacturing，IM）的發(fā)展。智能制造是一種集自動(dòng)化、智能化和信息化于一體的制造模式，是信息技術(shù)特別是互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與制造業(yè)的深度融合、創(chuàng)新集成。目前主要集中在智能設(shè)計(jì)（智能制造系統(tǒng)）智能生產(chǎn)（智能制造技術(shù)）、智能管理、智能制造服務(wù)這四個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，同時(shí)還包括一些衍生出來(lái)的智能制造產(chǎn)品。智能制造需要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)有4個(gè)：產(chǎn)品的智能化、生產(chǎn)的自動(dòng)化、信息流和物資流合一、價(jià)值鏈同步。2024/11/83智能制造基本概念智能制造的技術(shù)內(nèi)涵：從智能制造的定義和智能制造要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)來(lái)看，智能制造的技術(shù)內(nèi)涵包括：傳感技術(shù)測(cè)試技術(shù)信息技術(shù)數(shù)控技術(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)人工智能技術(shù)生產(chǎn)管理等與產(chǎn)品生產(chǎn)全生命周期相關(guān)的先進(jìn)技術(shù)。2024/11/84智能制造基本概念智能制造特點(diǎn)1)全面互聯(lián)：智能源于數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)自互聯(lián)感知。2)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)：產(chǎn)品全生命期的各種活動(dòng)都需要數(shù)據(jù)支持并且產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)。3)信息物理融合：將采集到的各類(lèi)數(shù)據(jù)同步到信息空間中，在信息空間分析、仿真制造過(guò)程并做出智能決策，將決策結(jié)果在反饋到物理空間，并對(duì)制造資源、服務(wù)進(jìn)行優(yōu)化控制，實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。4)智能自主：通過(guò)將專(zhuān)家知識(shí)、人工智能與制造過(guò)程集成，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)制造資源智能化和制造服務(wù)智能化。5)開(kāi)放共享:分散經(jīng)營(yíng)的社會(huì)化制造方式正在逐步取代集中經(jīng)營(yíng)的傳統(tǒng)制造方式，制造服務(wù)打破了企業(yè)邊界，實(shí)現(xiàn)了制造的資源社會(huì)化開(kāi)放共享。2024/11/85智能制造基本概念智能制造是以智能技術(shù)為指導(dǎo)的先進(jìn)制造，包括智能化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化和自動(dòng)化為特征的先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用，涉及制造過(guò)程中的設(shè)計(jì)、工藝、裝備（結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化、控制、軟件、集成）和管理。智能制造核心是制造，本質(zhì)是先進(jìn)制造，基礎(chǔ)是數(shù)字化，趨勢(shì)是（人工）智能，靈魂和難點(diǎn)是工藝，載體（外在表現(xiàn)形式）是智能裝備，精神表現(xiàn)形式（內(nèi)在表現(xiàn)形式）是軟件。先進(jìn)制造并不等同于智能制造，先進(jìn)制造包括兩方面的概念：先進(jìn)產(chǎn)品的制造，以及先進(jìn)的、基于信息通信技術(shù)的生產(chǎn)過(guò)程。而智能制造則主要指的是后者。智能制造并不是單一技術(shù)和因素組成的：智能制造必須包括產(chǎn)品從設(shè)計(jì)(包括能量利用以及操作方面的構(gòu)思)到產(chǎn)品系統(tǒng)運(yùn)行效率，再到產(chǎn)品應(yīng)用的智能程度和可持續(xù)性等整個(gè)產(chǎn)品生命周期中的連續(xù)過(guò)程的優(yōu)化。2024/11/86智能制造技術(shù)特征智能制造技術(shù)體系結(jié)構(gòu)2024/11/87智能制造體系框架(來(lái)源于工業(yè)4.0參考模型)智能制造技術(shù)特征智能制造技術(shù)特征無(wú)人化制造:工業(yè)機(jī)器人、機(jī)械手臂等智能設(shè)備的廣泛應(yīng)用，使工廠無(wú)人化制造成為可能?；诖髷?shù)據(jù)分析的生產(chǎn)決策:智能制造背景下，信息技術(shù)滲透到了制造業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，條形碼、二維碼、RFID、工業(yè)傳感器、工業(yè)自動(dòng)控制系統(tǒng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、ERP及CAD/CAM/CAE/CAI等技術(shù)廣泛應(yīng)用，數(shù)據(jù)也日益豐富。生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化:借助物聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)各種信息傳感設(shè)備，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程等各種需要的信息，實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。綠色制造:無(wú)紙化生產(chǎn)是智能制造的構(gòu)建綠色制造體系，建設(shè)綠色工廠，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潔凈化、廢物資源化、能源低碳化，是我國(guó)“智能制造”的重要戰(zhàn)略之一。生產(chǎn)過(guò)程透明化:推進(jìn)制造過(guò)程智能化，通過(guò)建設(shè)智能工廠，促進(jìn)制造工藝的仿真優(yōu)化、數(shù)字化控制、狀態(tài)信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和自適應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的智能管控。2024/11/88智能制造技術(shù)特征智能制造發(fā)展趨勢(shì)智慧制造:智慧制造旨在通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)、人際網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)的融合來(lái)對(duì)現(xiàn)有的制造模式（例如云制造、物聯(lián)制造等）的思想與理念進(jìn)行整合、延伸以及拓展，從而形成一種兼容性較高的制造模式，能夠最大程度上滿足智能制造的發(fā)展需求。數(shù)字孿生:數(shù)字孿生是指充分利用物理模型、傳感器、運(yùn)行歷史等數(shù)據(jù)，集成多學(xué)科、多尺度的仿真過(guò)程，它作為虛擬空間中對(duì)實(shí)體產(chǎn)品的鏡像，反映了相對(duì)應(yīng)物理實(shí)體產(chǎn)品的全生命周期過(guò)程。數(shù)字孿生作為產(chǎn)品制造整個(gè)生命周期中連接信息世界與物理世界的重要橋梁，可以為制造業(yè)的智能化生產(chǎn)提供新思路和新方法。生命周期大數(shù)據(jù):智能制造產(chǎn)生的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)爆發(fā)式的增長(zhǎng)，這對(duì)制造企業(yè)來(lái)說(shuō)，既是機(jī)遇亦是挑戰(zhàn)。制造企業(yè)從大量的數(shù)據(jù)當(dāng)中能夠挖掘出豐富的資料與知識(shí)，可以進(jìn)一步增強(qiáng)企業(yè)洞察商機(jī)的能力，有助于促進(jìn)企業(yè)的長(zhǎng)效發(fā)展，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的效率和質(zhì)量2024/11/89智能制造關(guān)鍵技術(shù)2024/11/8102智能制造系統(tǒng)2024/11/811主要內(nèi)容2024/11/812智能制造系統(tǒng)通過(guò)生命周期、系統(tǒng)層級(jí)和智能功能三個(gè)維度構(gòu)建完成。從系統(tǒng)的功能角度，智能制造系統(tǒng)可以看作若干復(fù)雜相關(guān)子系統(tǒng)的一個(gè)整體集成，包括產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）系統(tǒng)、制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）、過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）、企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）及將各子系統(tǒng)無(wú)縫銜接起來(lái)的信息物理系統(tǒng)（CPS）等。2024/11/8132.1智能制造系統(tǒng)架構(gòu)2024/11/8142.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.1PLM概述

產(chǎn)品全生命周期管理(ProductLifecycleManagement,PLM)系統(tǒng)是智能制造系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分。它對(duì)產(chǎn)品從需求提出至被淘汰回收的整個(gè)過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的流程控制管理，是對(duì)產(chǎn)品生命周期中全部組織、管理行為的綜合與優(yōu)化，包括產(chǎn)品需求分析、產(chǎn)品計(jì)劃、概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、數(shù)字化仿真、工藝準(zhǔn)備、工藝規(guī)劃、生產(chǎn)測(cè)試和質(zhì)量控制、銷(xiāo)售與分銷(xiāo)、使用與維修及報(bào)廢與回收等主要階段。2024/11/8152.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)PLM是一種先進(jìn)的企業(yè)信息化思想，是企業(yè)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中降低成本、增加收入、加快產(chǎn)品上市的最有效的手段之一。PLM是當(dāng)代企業(yè)面向客戶(hù)和市場(chǎng)，快速重組產(chǎn)品每個(gè)生命周期中的組織結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)過(guò)程和資源配置，從而使企業(yè)實(shí)現(xiàn)整體利益最大化的先進(jìn)管理理念。PLM將先進(jìn)的管理理念和一流的信息技術(shù)有機(jī)地融入現(xiàn)代企業(yè)的工業(yè)和商業(yè)運(yùn)作中，從而使企業(yè)在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代能夠有效地調(diào)整經(jīng)營(yíng)手段和管理方式，以發(fā)揮企業(yè)前所未有的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。PLM主要由三大類(lèi)軟件系統(tǒng)組成：CAX軟件、cPDM軟件和相關(guān)的咨詢(xún)服務(wù)軟件系統(tǒng)。2024/11/8162.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.2PLM的發(fā)展歷程PLM作為一個(gè)概念，出現(xiàn)的歷史很悠久。但是，直到最近幾年，才開(kāi)始彰顯它強(qiáng)大的生命力。PLM并非單純的企業(yè)單一功能應(yīng)用產(chǎn)品。PLM形成了涵蓋從規(guī)劃到具體的支持解決方案的流程體系。這一體系覆蓋整個(gè)企業(yè)部門(mén)及供應(yīng)鏈。2008年，Dassault公司率先提出了PLM2.0的概念，并給出了以社會(huì)社區(qū)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)PLM的具體手段方法。PLM2.0是基于Web2.0的PLM領(lǐng)域應(yīng)用軟件。PLM領(lǐng)域的著名公司有PTC、Dassault、SIEMENSPLM、Autodesk等。2024/11/8172.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.3PLM與PDM的區(qū)別PLM有效涵蓋了PDM的核心內(nèi)容,使得PDM成為了PLM的一個(gè)子集。但是,PLM還能夠完成對(duì)產(chǎn)品生命周期各層級(jí)供應(yīng)鏈信息的有效整合利用,從而更加高效。由于PLM與PDM的繼承關(guān)系，各大PLM廠商所推出的相關(guān)系列產(chǎn)品不會(huì)讓客戶(hù)感到面目一新，往往能從中發(fā)現(xiàn)PDM的影子。一些ERP廠商基于ERP系統(tǒng)的特點(diǎn)需求，提出了獨(dú)具特色的PLM解決方案，進(jìn)而在這一廣大市場(chǎng)中占據(jù)了一席之地。僅僅將PDM、CAD、數(shù)字化裝配與某個(gè)ERP、SCM系統(tǒng)連接起來(lái)，并以Web技術(shù)支持其流程運(yùn)作，是無(wú)法實(shí)現(xiàn)PLM系統(tǒng)功能的。2024/11/8182.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.4PLM的主要功用根據(jù)Aberdeen公司的預(yù)測(cè)，全球PLM市場(chǎng)的年增長(zhǎng)率高達(dá)10.9%。在可以預(yù)期的將來(lái)，其市場(chǎng)需求量超過(guò)ERP系統(tǒng)是主流趨勢(shì)。此外，根據(jù)Aberdeen公司的分析報(bào)告，實(shí)施了PLM以后的企業(yè)，原材料成本可節(jié)省5%-10%,庫(kù)存流轉(zhuǎn)率可提高20%-40%，開(kāi)發(fā)成本可降低10%-20%，市場(chǎng)投放時(shí)間減少15%-50%，質(zhì)保費(fèi)用降低15%-20%，制造成本降低10%，生產(chǎn)率提高25%-60%。2024/11/8192.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.5PLM的建立方法1基于企業(yè)資源規(guī)劃PLM系統(tǒng)（1）物料需求規(guī)劃與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（MRPandPDM）（2）人力資源與項(xiàng)目管理(HRandprojectmanagement)（3）采購(gòu)與項(xiàng)目管理(purchasingandprojectmanagement)（4）財(cái)務(wù)與項(xiàng)目管理(financialsandprogrammanagement)（5）生產(chǎn)管理與工程(productionmanagementand engineering)2024/11/8202.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2以供應(yīng)鏈管理為出發(fā)點(diǎn)組成PLM系統(tǒng)（1）供應(yīng)鏈規(guī)劃與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(supplychainplanningand PDM)（2）生產(chǎn)規(guī)劃與項(xiàng)目管理(productionplanningandprogram management)（3）資源獲取與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(resourceacquisitionandPDM)（4）資源獲取與協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)(resourceacquisitionand collaborativeproductdesign)（5）需求預(yù)測(cè)與產(chǎn)品組合管理（demandforecastingand portfoliomanagement）2024/11/8212.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)3以客戶(hù)關(guān)系管理為出發(fā)點(diǎn)組成PLM系統(tǒng)（1）市場(chǎng)分析與產(chǎn)品組合管理（marketinganalyticsand portfoliomanagement）（2）客戶(hù)服務(wù)與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（customerserviceandPDM)（3）銷(xiāo)售預(yù)測(cè)與項(xiàng)目管理(salesforecastingandprogram management)（4）客戶(hù)關(guān)系管理與客戶(hù)需求管理(CRMandcustomerdemand management)（5）知識(shí)管理與產(chǎn)品組合管理(knowledgemanagementand portfoliomanagement)2024/11/8222.2產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)2.2.6PLM的發(fā)展趨勢(shì)1）定制化的解決方案2）高效多層次協(xié)同應(yīng)用3）多周期產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理4）知識(shí)共享與應(yīng)用管理5）數(shù)字化仿真應(yīng)用普及2024/11/8232.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.1ERP概述企業(yè)資源計(jì)劃（ERP，enterpriseresourceplanning），通過(guò)科學(xué)、精準(zhǔn)及系統(tǒng)化的管理方法，為企業(yè)及員工制定科學(xué)有效的具體決策執(zhí)行方法。這其中，智能信息化技術(shù)是它的物質(zhì)基礎(chǔ)。ERP系統(tǒng)是現(xiàn)代所有企業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)信息管理運(yùn)作模式。它可以保證企業(yè)更加高效地根據(jù)市場(chǎng)配置資源，從而提高財(cái)富創(chuàng)造的效率，進(jìn)而為企業(yè)在全面智能制造時(shí)代的深度發(fā)展奠定基礎(chǔ)?？梢詮墓芾硭枷?、軟件產(chǎn)品、管理系統(tǒng)三個(gè)層次定義ERP，不同層次側(cè)重不同。2024/11/8242.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.1ERP概述1管理思想層次（1）管理整個(gè)供應(yīng)鏈資源（2）精準(zhǔn)服務(wù)精益生產(chǎn)、同步工程和敏捷制造（3）保證事先計(jì)劃與事中控制形成精準(zhǔn)閉環(huán)反饋2軟件產(chǎn)品層次3管理系統(tǒng)層次2024/11/8252.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.2ERP歷史發(fā)展1）20世紀(jì)60年代的MRP系統(tǒng)2）20世紀(jì)70年代的閉環(huán)MRP系統(tǒng)3）20世紀(jì)80年代的MRPII系統(tǒng)4）20世紀(jì)90年代的ERP系統(tǒng)2024/11/8262.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.3ERP系統(tǒng)分類(lèi)1按功能分類(lèi)（1）通用型ERP系統(tǒng)（2）專(zhuān)業(yè)ERP系統(tǒng)2按所采用的技術(shù)架構(gòu)分類(lèi)（1）C/S架構(gòu)ERP系統(tǒng)C/S構(gòu)架即Client/Server(客戶(hù)/服務(wù)器)架構(gòu)。該架構(gòu)需要使用高性能計(jì)算機(jī)、工作站或小型機(jī)，客戶(hù)端需要安裝專(zhuān)用的客戶(hù)端軟件。（2）B/S架構(gòu)ERP系統(tǒng)B/S架構(gòu)即Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)。2024/11/8272.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.3ERP系統(tǒng)分類(lèi)1按功能分類(lèi)（1）通用型ERP系統(tǒng)（2）專(zhuān)業(yè)ERP系統(tǒng)2按所采用的技術(shù)架構(gòu)分類(lèi)（1）C/S架構(gòu)ERP系統(tǒng)C/S構(gòu)架即Client/Server(客戶(hù)/服務(wù)器)架構(gòu)。該架構(gòu)需要使用高性能計(jì)算機(jī)、工作站或小型機(jī)，客戶(hù)端需要安裝專(zhuān)用的客戶(hù)端軟件。（2）B/S架構(gòu)ERP系統(tǒng)B/S架構(gòu)即Browser/Server(瀏覽器/服務(wù)器)架構(gòu)。2024/11/8282.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.4ERP企業(yè)應(yīng)用具體的問(wèn)題如下:利益矛盾導(dǎo)致項(xiàng)目難以有效推進(jìn)；風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)意識(shí)不統(tǒng)一，往往難以做出符合市場(chǎng)需求的最優(yōu)的市場(chǎng)決策；企業(yè)需求的定義和描述往往受制于管理人員的思維定式和具體的企業(yè)條件，往往難以發(fā)現(xiàn)企業(yè)面臨的關(guān)鍵問(wèn)題;管理者缺乏某些項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致ERP系統(tǒng)管理方法的分析建模不能反映項(xiàng)目的真實(shí)需求。

為解決以上問(wèn)題，需要專(zhuān)業(yè)的ERP咨詢(xún)公司來(lái)起到橋梁紐帶作用。2024/11/8292.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.5ERP系統(tǒng)帶來(lái)的效益據(jù)美國(guó)生產(chǎn)與庫(kù)存控制學(xué)會(huì)(APICS)資料顯示，MRPII/ERP系統(tǒng)能產(chǎn)生以下經(jīng)濟(jì)效益：庫(kù)存減少30%-50%；延期交貨情況減少80%；采購(gòu)提前期縮短50%；停工待料情況減少60%；制造成本降低12%；管理人員減少10%的同時(shí)生產(chǎn)能力提高10%-15%。2024/11/8302.3企業(yè)資源計(jì)劃（ERP）2.3.6ERP平臺(tái)式軟件ERP平臺(tái)式軟件基于現(xiàn)有ERP開(kāi)發(fā)平臺(tái)，通過(guò)調(diào)整平臺(tái)系統(tǒng)的具體參數(shù)設(shè)置，可以達(dá)到快速、精準(zhǔn)、高效地制定符合企業(yè)特色需求的ERP管理系統(tǒng)的目的。ERP平臺(tái)式軟件具有以下特點(diǎn)。1）功能搭建工作可快速完成2）全面和一體化的應(yīng)用開(kāi)放式平臺(tái)3）協(xié)同商務(wù)4）靈活的調(diào)整機(jī)制5）管理軟件完全受企業(yè)掌控6）無(wú)須代碼開(kāi)發(fā)2024/11/8312.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.1MES的產(chǎn)生與定義美國(guó)先進(jìn)制造研究中心AMR將MES定義為:“MES是位于上層計(jì)劃管理系統(tǒng)與底層過(guò)程控制系統(tǒng)之間的面向車(chē)間層的管理信息系統(tǒng)，它為生產(chǎn)操作人員和企業(yè)管理人員提供計(jì)劃的執(zhí)行、跟蹤以及所有資源(人，設(shè)備、物料、客戶(hù)需求等)的當(dāng)前狀態(tài)”。國(guó)際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會(huì)MESA對(duì)MES也給出了較為詳細(xì)的定義：MES能夠通過(guò)信息傳遞對(duì)從訂單下達(dá)到產(chǎn)品完成的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化管理。當(dāng)生產(chǎn)車(chē)間發(fā)生實(shí)時(shí)事件時(shí)，MES能夠?qū)Υ俗龀黾皶r(shí)的反應(yīng)和報(bào)告，并用當(dāng)前的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和指導(dǎo)。通過(guò)對(duì)狀態(tài)變化的迅速響應(yīng)使MES減少企業(yè)內(nèi)部無(wú)附加值的活動(dòng)，有效指導(dǎo)生產(chǎn)車(chē)間的生產(chǎn)運(yùn)作過(guò)程。2024/11/8322.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.1MES的產(chǎn)生與定義從MES的定義可看出，MES具有如下三個(gè)顯著特征。1）優(yōu)化車(chē)間生產(chǎn)過(guò)程。MES是對(duì)整個(gè)生產(chǎn)車(chē)間制造過(guò)程的優(yōu)化，而不是單一地解決某個(gè)生產(chǎn)的瓶頸問(wèn)題。2）收集生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)。MES必須提供實(shí)時(shí)收集生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的功能，并做出相應(yīng)的分析和處理。3）MES是聯(lián)接企業(yè)計(jì)劃與車(chē)間控制層的橋梁。MES需要與企業(yè)計(jì)劃層和車(chē)間生產(chǎn)控制層進(jìn)行信息交互，通過(guò)連續(xù)的企業(yè)信息流實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的集成。2024/11/8332.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.2MES的角色作用傳統(tǒng)的企業(yè)信息管理是按照企業(yè)現(xiàn)有的物理層次進(jìn)行劃分和配置的，一般為五層模型結(jié)構(gòu)。MES概念出現(xiàn)后，MESA提出了一種扁平化的三層企業(yè)結(jié)構(gòu)模型。2024/11/8342.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）在上述三層企業(yè)模型中，計(jì)劃層是面向整個(gè)企業(yè)，以整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)的資源優(yōu)化為目標(biāo)，負(fù)責(zé)企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃管理、財(cái)務(wù)管理和人力資源管理等任務(wù)?？刂茖邮侵杠?chē)間生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)，利用基礎(chǔ)自動(dòng)化裝置與系統(tǒng)，如PLC、DCS或現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，采用先進(jìn)的控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制。而制造執(zhí)行層位于計(jì)劃層與控制層中間，在兩者之間架起了一座橋梁，填補(bǔ)了兩者之間的空隙。2024/11/8352.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2024/11/8362.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.3MES的功能模塊（1）資源分配和狀態(tài)管理（ResourceAllocationandStatus）（2）工序詳細(xì)調(diào)度（OperationsDetailScheduling）（3）生產(chǎn)單元分配（DispatchingProductionUnits）（4）文檔控制（DocumentControl）（5）數(shù)據(jù)采集（DataCollection/Acquisition）（6）人力資源管理（LaborManagement）（7）質(zhì)量管理（QualityManagement）（8）過(guò)程管理（ProcessManagement）（9）維護(hù)管理（MaintenanceManagement）（10）產(chǎn)品跟蹤和產(chǎn)品清單管理（ProductTrackingandGenealogy）（11）性能分析(PerformanceAnalysis)2024/11/8372.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.4MES與其他信息系統(tǒng)的關(guān)系MES是面向車(chē)間范圍的信息管理系統(tǒng)，在其外部通常有企業(yè)資源計(jì)劃ERP、供應(yīng)鏈管理SCM、銷(xiāo)售和服務(wù)管理SSM、產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)P&PE、過(guò)程控制系統(tǒng)PCS等面向制造企業(yè)的幾個(gè)主流的信息系統(tǒng)。ERP——包括財(cái)務(wù)、訂單管理、生產(chǎn)和物料計(jì)劃管理以及其他管理功能。SCM——包括預(yù)測(cè)、配送和后勤、運(yùn)輸管理、電子商務(wù)和先進(jìn)計(jì)劃系統(tǒng)。SSM——包括銷(xiāo)售力自動(dòng)化、產(chǎn)品配置、服務(wù)報(bào)價(jià)、產(chǎn)品召回等。P&PE——包括CAD/CAM、工藝建模、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM等。PCS——包括DCS、PLC、DNC、SCADA等設(shè)備控制以及產(chǎn)品制造的過(guò)程控制。2024/11/8382.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.4MES與其他信息系統(tǒng)的關(guān)系MES作為車(chē)間范圍的信息系統(tǒng)，是生產(chǎn)制造系統(tǒng)的核心，它與其他信息系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系，負(fù)有向其他信息系統(tǒng)提供有關(guān)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的職能。同時(shí)，MES也需要從其他子系統(tǒng)得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。MES與其他信息系統(tǒng)也有交叉和重疊。2024/11/8392.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.5ERP/MES/PCS的信息集成MES的主要功能是將企業(yè)信息管理系統(tǒng)（ERP）和底層的過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS)）銜接起來(lái)，形成從數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備到企業(yè)上層的計(jì)劃管理系統(tǒng)（ERP）的信息集成。在企業(yè)三層管理模式下，以ERP為企業(yè)上層的信息管理系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)有企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)計(jì)劃、物流管理、財(cái)務(wù)管理以及人力資源管理等管理任務(wù)；車(chē)間底層的過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）擔(dān)負(fù)了生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)過(guò)程的控制；MES作為計(jì)劃管理層與生產(chǎn)控制層之間的橋梁，既承擔(dān)有分解細(xì)化管理層計(jì)劃任務(wù)，下傳生產(chǎn)控制指令，調(diào)度現(xiàn)場(chǎng)資源，又擔(dān)負(fù)有向計(jì)劃管理系統(tǒng)提供有關(guān)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的職能。2024/11/8402.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.5ERP/MES/PCS的信息集成圖2-4ERP/MES/PCS三者間信息流模型2024/11/8412.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）2.4.6MES的發(fā)展趨勢(shì)1.MES朝著新一代MES的方向發(fā)展（1）新一代MES具有開(kāi)放式、客戶(hù)化、可配置、可伸縮等特性，支持網(wǎng)絡(luò)化功能。（2）新型MES的集成范圍更為廣泛。（3）新一代的MES應(yīng)具有更精確的過(guò)程狀態(tài)跟蹤和更完整的數(shù)據(jù)記錄功能，并具有多源信息的融合及復(fù)雜信息的處理與快速?zèng)Q策能力。（4）新一代MES支持生產(chǎn)同步性和網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制造。2.MES成為智能工廠的核心3.MES成為實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)2024/11/8422.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈、工程技術(shù)生產(chǎn)是工廠所有活動(dòng)的核心，MES是智能工廠三個(gè)維度的交叉點(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)圖2-5MES是智能工廠的核心2024/11/8432.4制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）圖2-6精益生產(chǎn)的實(shí)現(xiàn)2024/11/8442.5信息物理系統(tǒng)（CPS）信息物理系統(tǒng)（CyberPhysicalSystem，CPS）是物聯(lián)網(wǎng)的升級(jí)和發(fā)展，CPS中所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、計(jì)算、通信模塊和人自身都是系統(tǒng)中的一分子。圖2-7信息物理系統(tǒng)平臺(tái)2024/11/8452.5信息物理系統(tǒng)（CPS）2.5.1CPS定義信息物理系統(tǒng)是將虛擬世界與物理資源緊密結(jié)合與協(xié)調(diào)的產(chǎn)物。它強(qiáng)調(diào)物理世界與感知世界的交互，能自主感知物理世界狀態(tài)、自主連接信息與物理世界對(duì)象、形成控制策略，實(shí)現(xiàn)虛擬信息世界和實(shí)際物理世界的互聯(lián)、互感及高度協(xié)同。信息物理系統(tǒng)是融合了計(jì)算、通信與控制技術(shù)的智能化系統(tǒng)。圖2-83C技術(shù)示意圖2024/11/8462.5信息物理系統(tǒng)（CPS）2.5.2CPS結(jié)構(gòu)體系CPS體系結(jié)構(gòu)的一般形式如圖2-9所示，2024/11/8472.5信息物理系統(tǒng)（CPS）2.5.3CPS特征1）全局虛擬性、局部物理性2）深度嵌入性3）事件驅(qū)動(dòng)性4）以數(shù)據(jù)為中心5）時(shí)間關(guān)鍵性6）安全關(guān)鍵性7）異構(gòu)性8）高可信賴(lài)性9）高度自主性10）領(lǐng)域相關(guān)性2024/11/8482.5信息物理系統(tǒng)（CPS）2.5.4CPS機(jī)遇與挑戰(zhàn)CPS的應(yīng)用，小到智能家居等家用級(jí)系統(tǒng)，大到工業(yè)控制系統(tǒng)、智能交通系統(tǒng)等國(guó)家級(jí)、世界級(jí)系統(tǒng)，其市場(chǎng)規(guī)模難以估量。更重要的是，CPS廣泛應(yīng)用的目標(biāo)不僅僅是要簡(jiǎn)單地將諸如家電等產(chǎn)品連在一起，還要催生出眾多具有計(jì)算、通信、控制、協(xié)同和自治性能的設(shè)備。下一代工業(yè)將建立在CPS之上。CPS不僅會(huì)催生出新的工業(yè)，甚至?xí)匦抡{(diào)配現(xiàn)有產(chǎn)業(yè)布局。CPS既昭示著無(wú)限前景，也帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)很大程度上來(lái)自控制與計(jì)算之間的差異。2024/11/8492.5信息物理系統(tǒng)（CPS）2.5.5CPS與智能制造 CPS對(duì)智能制造系統(tǒng)具有非常重要的意義。1）讓地球互聯(lián) CPS的意義在于將物理設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，特別是連接到互聯(lián)網(wǎng)上，使得物理設(shè)備具有計(jì)算、通信、精確控制、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)和自治等五大功能。2）涵蓋物聯(lián)網(wǎng) CPS的出現(xiàn)，使得物聯(lián)網(wǎng)的定義和概念明確起來(lái)，相對(duì)于將物與物相連的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，CPS要求接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備具備更加精確和復(fù)雜的計(jì)算能力。

總之，CPS可以促使虛擬網(wǎng)絡(luò)與實(shí)體物理系統(tǒng)互相整合。2024/11/850本章小結(jié)2024/11/8513智能制造工藝2024/11/852主要內(nèi)容2024/11/853經(jīng)典制造工藝簡(jiǎn)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(guò)長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐形成的基本制造工藝，主要包括車(chē)削、銑削、鉆削、鏜削、刨削及磨削。2024/11/854特種加工2024/11/855解決各種難切削材料的加工問(wèn)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(wèn)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(wèn)題如對(duì)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(zhǎng)軸、薄壁零件、彈性元件等低剛度零件的加工。2024/11/856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(méi)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2024/11/857（一）電火花加工基本原理特點(diǎn)及應(yīng)用

電火花加工又稱(chēng)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。2024/11/858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。2024/11/859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。2024/11/860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(guò)程電火花腐蝕是一個(gè)物理微觀過(guò)程，是電場(chǎng)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(guò)程；這一過(guò)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。2024/11/861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(méi)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(wú)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。2024/11/862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。2024/11/863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。2024/11/864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）。2024/11/865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。2024/11/866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(duì)工件進(jìn)行切割。2024/11/867儲(chǔ)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

2024/11/868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(zhǎng)電極絲進(jìn)行加工，單位長(zhǎng)度電極絲的損耗少，從而對(duì)加工精度的影響較小；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(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)；在實(shí)體部分開(kāi)始切割時(shí)，需加工穿絲用的預(yù)孔。2024/11/869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(guò)大或過(guò)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。2024/11/870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(lèi)模具；各類(lèi)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。2024/11/871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(guò)100。電火花加工

2024/11/872

在陰、陽(yáng)電極表面發(fā)生得失電子的化學(xué)反應(yīng)稱(chēng)之為電化學(xué)反應(yīng)。

利用這種電化學(xué)作用對(duì)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）。2024/11/873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(duì)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(guò)。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(yáng)極，在陽(yáng)極表面失掉正離子而進(jìn)行氧化反應(yīng)。2024/11/874電解加工（一）基本原理

利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解將工件加工成形。

加工開(kāi)始時(shí)，陰極與陽(yáng)極之間距離越近的地方通過(guò)的電流密度越大，電解液的流速越高，陽(yáng)極溶解的速度也越快。陰極工具不斷向工件進(jìn)給，陽(yáng)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.2024/11/875電解加工（二）電解加工的分類(lèi)利用陽(yáng)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(yáng)極機(jī)械加工等。2024/11/876

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姷牟牧隙伎梢约庸ぃ⑶也皇懿牧狭W(xué)性能的限制；加工質(zhì)量高：在加工過(guò)程中沒(méi)有機(jī)械切削力的存在，工件表面無(wú)變質(zhì)層、無(wú)殘余應(yīng)力，也無(wú)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(guò)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。

2024/11/877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。2024/11/878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(duì)復(fù)雜形狀的零件；用于加工批量大的零件；2024/11/879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；2024/11/880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(yáng)極溶解作用和機(jī)械加工作用結(jié)合起來(lái)對(duì)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(lái)去除金屬，機(jī)械作用只是為了更好地加速這一過(guò)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。

2024/11/881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(yáng)極溶解作用和機(jī)械加工作用結(jié)合起來(lái)對(duì)金屬工件表面進(jìn)行加工的復(fù)合工藝技術(shù)；

2024/11/882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(duì)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。

2024/11/883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(duì)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(wú)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。

2024/11/884電解加工電解加工（一）超聲波的特性頻率超過(guò)16000Hz的聲波稱(chēng)為超聲波；超聲波能傳遞很強(qiáng)的能量；當(dāng)超聲波經(jīng)過(guò)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(guò)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；2024/11/885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。2024/11/886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(duì)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(hào)，通過(guò)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。2024/11/887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)。2024/11/888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(duì)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(jiǎn)單、工作可靠、價(jià)格便宜、體積小等；分類(lèi)：

電子管式和晶體管式。2024/11/889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(wú)需復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，超聲加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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。2024/11/890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(duì)脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細(xì)孔等。2024/11/891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。2024/11/892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。2024/11/893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2024/11/894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；2024/11/895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(duì)工件進(jìn)行加工的。2024/11/896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(lái)回反射，相互激發(fā)，迅速反饋放大，并通過(guò)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(duì)工件作上下移動(dòng)，就可進(jìn)行激光打孔。聚焦點(diǎn)相對(duì)于工件作平移，就可進(jìn)行激光切割。2024/11/897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(jí)，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(méi)有明顯的機(jī)械力，沒(méi)有工具損耗；加工速度快，熱影響區(qū)?。患庸ぱb置簡(jiǎn)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。2024/11/898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。2024/11/899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(wú)機(jī)物，皮革；激光對(duì)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(duì)細(xì)小部件作各種精密切割。2024/11/8100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(wú)塌邊、無(wú)切割殘?jiān)磺羞厽o(wú)機(jī)械應(yīng)力，工件變形極?。粺o(wú)刀具磨損，沒(méi)有接觸能量損耗，也不需要更換刀具，切割過(guò)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(wú)需真空裝置。2024/11/8101高能束加工（一）激光加工4.激光加工應(yīng)用激光焊接2024/11/8102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。2024/11/8103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(duì)環(huán)境無(wú)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2024/11/8104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。2024/11/8105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。。2024/11/8106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(wú)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(jí)，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。2024/11/8107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。2024/11/8108高能束加工高速切削技術(shù)2024/11/8109一、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(lái)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)2024/11/8110

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(guò)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)2024/11/8111一、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)2024/11/8112一、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)2024/11/8113如能越過(guò)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(guó)于1960年前后開(kāi)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(guò)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(shì)，爾后急劇下降。這些現(xiàn)象說(shuō)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(guò)程變得比常規(guī)切速下容易和輕松。對(duì)于這種現(xiàn)象，有各種各樣的解釋?zhuān)壳斑@項(xiàng)理論研究工作還在進(jìn)一步深入。高速切削技術(shù)2024/11/8114一、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(wèn)題。

國(guó)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)2024/11/8115一、高速切削技術(shù)的含義和產(chǎn)生背景.高速切削技術(shù)2024/11/8116二、高速切削技術(shù)的相關(guān)技術(shù).高速切削技術(shù)2024/11/8117三、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(wú)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(wú)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(jiǎn)稱(chēng)“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(zhǎng)度縮短為零，因此，我們稱(chēng)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)2024/11/8118四、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(lái)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(jiǎn)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)2024/11/8119四、高速切削機(jī)床高速切削技術(shù)2024/11/8120四、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(tái)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(méi)有機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié)，沒(méi)有機(jī)械剛性摩，幾乎沒(méi)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)2024/11/8121四、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(guò)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。控制單元。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。可靠性與加工工藝。能夠提高機(jī)床的利用率（6000h/y）和無(wú)人操作的可靠性，工藝模型有助于對(duì)切削條件和刀具壽命之間關(guān)系的理解。高速切削技術(shù)2024/11/8122四、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)2024/11/8123四、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(duì)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(guò)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(duì)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(kù)

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(kù)，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(kù)。（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(lái)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)2024/11/8124五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（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(duì)于加工剛性較差的零件(如細(xì)長(zhǎng)軸、薄壁件)來(lái)說(shuō)，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(zhǎng)刀具使用壽命，通常刀具壽命可提高約70%。高速切削技術(shù)2024/11/8125五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（三）熱變形小

高速切削加工過(guò)程極為迅速，95%以上的切削熱來(lái)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)2024/11/8126四、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（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)2024/11/8127四、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（五）加工過(guò)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(guò)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)2024/11/8128五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（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)2024/11/8129五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（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)2024/11/8130五、高速切削技術(shù)優(yōu)勢(shì)（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(lèi)零件、微孔槽類(lèi)零件和葉輪葉片等。國(guó)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(lái)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?，F(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)2024/11/8131六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用（二）汽車(chē)工業(yè)領(lǐng)域

高速加工在汽車(chē)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(chē)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)2024/11/8132六、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(guò)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(shì)。

高速切削技術(shù)2024/11/8133六、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(chēng)，生產(chǎn)率和相對(duì)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)2024/11/8134六、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)2024/11/8135六、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(lái)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)2024/11/8136六、高速切削技術(shù)的應(yīng)用仿生制造2024/11/8137一、基本概念2024/11/8138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(guò)程稱(chēng)為“仿生制造”（BionicManufacturing）。它通過(guò)模擬生物器官的自組織、自愈、自增長(zhǎng)與自進(jìn)化等功能，以迅速響應(yīng)市場(chǎng)需求并保護(hù)自然環(huán)境。制造過(guò)程與生命過(guò)程有很強(qiáng)的相似性。生物體能夠通過(guò)諸如自我識(shí)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(lái)維持自己的生命并得以發(fā)展和完善。。二、仿生制造的研究?jī)?nèi)容2024/11/8139仿生制造1) 自生長(zhǎng)成形工藝，即在制造過(guò)程中模仿生物外形結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)過(guò)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(duì)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(wèn)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(kāi)辟制造新工藝。三、仿生機(jī)械2024/11/8140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(mén)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(shí)應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對(duì)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2024/11/8141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(mén)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(shí)應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對(duì)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2024/11/8142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(mén)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(shí)應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對(duì)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2024/11/8143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(mén)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(shí)應(yīng)用于工程技術(shù)它包含著對(duì)生物現(xiàn)象進(jìn)行力學(xué)研究，對(duì)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2024/11/8144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(yú)4水面行走機(jī)器人四、仿生機(jī)械實(shí)例2024/11/8145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2024/11/8146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(lèi)人機(jī)器人的研究和發(fā)展。類(lèi)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(lèi)特有的步行方式。類(lèi)人機(jī)器人主要是外形的仿人、類(lèi)人行走和完成抓取等基本操作功能，它集成了多門(mén)學(xué)科知識(shí)和多項(xiàng)高新科技，代表了機(jī)器人的尖端技術(shù)。2024/11/8147微機(jī)械加工

一、基本概念2024/11/8148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(zhuān)用裝置和儀器來(lái)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(lèi)，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2024/11/8149

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(lái)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)2024/11/8150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(hào)處理和控制電路，及接口、通信和電源等有機(jī)結(jié)合起來(lái)，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