机械制造工艺学第十讲现代制造技术的发展与前沿PPT资料.ppt

1、11/9/2022420世世纪纪90年年代代以来，以互联网为代表的信息技术革命给世界带来了巨大的变化，经济全球化进程也打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更为广阔。在这样的背景下，提高制造企业的快速响应能力以适应瞬息万变的市场需求，成为制造企业应得市场竞争的关键。围绕着这一个目标，出现了许多的先进制造系统模式，如敏捷制造、虚拟制造、智能制造及绿色制造等。11/9/20225 8.1 概概 述述8.1.2 现代制造技术的产生及特点现代制造技术的产生及特点1现代制造技术的产生现代制造技术的产生19世纪末，自然科学和工业技术进入了鼎盛发展时期，出现了许多划时代的科学发展和新技术发明，并相应建立了新

2、的自然科学理论和新的学科体系，为能量驱动型的传统制造向信息驱动型的现代制造发展奠定了理论基础，创造了技术条件，这些科学和技术进展可归纳如下。（1）19世纪末自然科学的全面发展。19世纪末，自然科学领域进入了一个全面发展的时期，不断产生新的重大发现和创立新的科学理论体系。（2）新技术的产生。自然科学的全面进步，促进了新技术的发明和创造，产生了新兴材料技术、新切削加工技术、大型发电和传输技术、核能技术、微电子技术自动化技术、激光技术、生物技术和系统工程技术。（3）社会发展对制造技术提出了需求。人类社会跨入20世纪后，社会发展对经济支撑行业制造业及其技术体系提出了更高的需求，要求制造业具有更加快速和

3、灵活的市场响应、更高的产品质量、更低的成本和能源消耗，以及良好的环保特性。这一需求促使传统制造在20世纪开始了又一次新的革命性的变化和进步，传统制造开始向现代制造发展。11/9/20226 8.1 概概 述述8.1.2 现代制造技术的产生及特点现代制造技术的产生及特点2现代制造技术的特点现代制造技术的特点现代制造技术的最大特点是计算机技术、信息技术、管理等科学与制造科学的交叉融合。与传统制造技术相比，现代制造技术具有以下特点：（1）现代制造技术的覆盖范围更加广泛。现代制造技术覆盖了从产品设计、加工制造到产品销售、使用、维修和回收的整个生命周期。（2）现代制造过程呈多学科、多技术交叉及系统优化集

4、成的发展态势。（3）现代制造技术的基础是优质、高效、低耗、无污染或少污染的加工工艺，在此基础上形成了新的先进加工工艺与技术。11/9/20227v（4）现代制造技术从单一目标向多元目标转变，强调优化制造系统的产品上市时间、质量、成本、服务、环保等要素，以满足日益激烈的市场竞争的要求。v（5）现代制造技术正在从以物质流和能源流为要素的传统制造观向着信息流、物质流及能量流为要素的现代制造观转变，信息流在制造系统中的地位已经超越了物质流和能量流。v（6）现代制造技术特别强调以人为本，强调组织、技术与管理的集成，制造技术与生产管理相互融合、相互促进。11/9/20228 8.1 概概 述述8.1.3

5、现代制造技术的内容现代制造技术的内容1现代设计技术现代设计技术现代设计技术是现代制造技术的基础。出现了优化设计、计算机辅助装配工艺设计、计算机辅助夹具设计、反求工程、面向产品全生命周期的设计、基于网络技术的异地设计、智能设计、虚拟设计、绿色设计等。2现代加工技术现代加工技术制造工艺与加工方法是制造技术的核心和基础。现代加工技术主要涉及先进切削加工技术、成型加工技术、变形加工技术、表面工程技术以及特种加工技术等。11/9/20229v3自动化技术自动化技术v制造自动化可以说是现代制造技术最显著的特征。制造自动化技术经历了一个长期的发展过程，从早期的刚性自动化、数控加工等阶段，发展到柔性制造、计算

6、机集成制造等阶段。v4制造管理技术制造管理技术v制造系统是由加工对象、制造装备以及人员组织等构成的一个有机整体。其中，企业的战略决策、组织构架、人力资源、信息流、物流等的管理与控制，也是非常重要的方面。v5先进制造技术先进制造技术v先进制造技术是制造技术、计算机技术、通信技术、自动化技术以及管理科学等多学科技术综合运用于制造工程而形成的一个学科体系。11/9/202210 8.2 难加工材料的特种加工8.2.1 基本概念基本概念特特种种加加工工是指直接利用电能、光能、声能、化学能及电化学能去除材料的加工方法。其共同的特点是：加工时工具与工件不直接接触，没有显著的机械力，工具的硬度可以比工件低，

7、因此可以加工用传统机械加工方法难以加工或无法加工的高硬度、高强度、高脆性材料或具有细微小孔、深孔、窄缝、型腔以及低刚度、薄壁等零件。可解决以下难题：（1）新型材料及传统的难加工材料的加工。（2）各种特殊复杂表面的加工。（3）各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工。11/9/202211 8.2 难加工材料的特种加工8.2.1 基本概念基本概念特种加工方法加工所用能量可加工材料主要适用范围电火花加工电热能任何导电的金属材，如硬质合金、耐热钢、不锈钢、淬火钢等各种冲、压、锻模及三维成型曲面的加工电火花线切割电热能各种冲模及二维曲面的成型截割电化学加工电、化学能锻模及各种二维、三维成型表面加工电化

8、学机械复合加工电、化、机械能硬质合金等难加工材料的磨削超声加工声、机械能任何脆硬的金属及非金属材料石英、玻璃、锗、硅、硬质合金等脆硬材料的加工、研磨快速成型光、热、化学树脂、塑料、陶瓷、金属、纸张、ABS制造各种模型激光加工光、热能任何材料加工精密小孔、小缝及薄板材成型切割、刻蚀电子束加工电、热能离于束加工电、热能表面超精、超微量加工、抛光、刻蚀、材料改性、镀覆常见特种加工方法常见特种加工方法11/9/202212 8.2 难加工材料的特种加工8.2.2 电火花加工电火花加工1-直流脉冲电源；直流脉冲电源；2-工件；工件；3-工作液；工作液；4-工具电极；工具电极；5-自动进给调节装自动进给调

9、节装电电火火花花加加工工又又称称放放电电加加工工、电电蚀蚀加加工工（Electro-Discharge Machining，EDM），是是利利用用工工具具电电极极和和工工件件电电极极间间瞬瞬时时火火花花放放电电所所产产生生的的高高温温来来熔熔蚀蚀工工件件的的表表面面材材料料，达达到到加加工工目目的的的一种加工方法。的一种加工方法。11/9/202213 8.2 难加工材料的特种加工8.2.2 电火花加工电火花加工1-直流脉冲电源；5-自动进给调节装自动进给调节装1）电火花加工的优点）电火花加工的优点（1）适用于难切削材料的加工。（2）可以加工特殊及复杂形状的零件。（3）主要用于加工金属等导电材

10、料，在一定条件下也可以加工半导体和非导体材料。（4）加工表面微观形貌圆滑，工件的棱边、尖角处无毛刺、塌边。（5）工艺灵活性大，还可与其他工艺结合，形成复合加工。2）电火花加工的局限性）电火花加工的局限性（1）一般加工速度较慢。（2）存在电极损耗和二次放电。（3）最小角部半径有限制。11/9/202214 8.2 难加工材料的特种加工8.2.3 电解加工电解加工4工件；5电解液泵；6电解液 1-直流电源；直流电源；2-进给机构；进给机构；3-工具；工具；4-工件；5-电解液泵；电解液泵；6-电解液电解液电电解解加加工工是是利利用用金金属属在在电电解解液液中中产产生生阳阳极极溶溶解解的的化化学学原

11、原理理来来加加工工工工件的。件的。工工件件接接直直流流电电源源的的正正极极，工工具具接接负负极极，两两极极间间保保持持一一定定间间隙隙（0.10.8mm）。电电解解液液以以一一定定的的压压力力（0.52MPa）和和速速度度（550m/s）从从间间隙隙间间流流过过。当当接接通通直直流流电电源源时时（电电压压为为 5 20V，电电 流流 密密 度度 为为 10100A/cm2），工工件件与与阴阴极极接接近近的的表表面面金金属属开开始始电电解解。工工具具以以一一定定的的速速度度（0.53 mm/min）向向工工件件进进给给，逐逐渐渐使使工工具具的的形形状状复复印印到到工工件件上上，得得到到所需要的加

12、工形状。所需要的加工形状。11/9/202215 8.2 难加工材料的特种加工8.2.4 超声加工超声加工1超声发生器；超声发生器；2换能器；换能器；3振幅扩大棒；振幅扩大棒；4工作液；5工件；6工具工具超超 声声 加加 工工 是是 利利 用用 超超 声声 频频 振振 动动（16kHz以以上上）的的工工具具冲冲击击磨磨料料，使使工工作作液液中中的的悬悬浮浮磨磨粒粒对对工工件件撞撞击击、抛抛磨磨来实现加工的一种方法。来实现加工的一种方法。超声发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，其振幅一般只有510m，再通过一个上粗下细的振幅扩大棒，

13、使振幅扩大到10100m，固定在振幅扩大棒端头的工具即产生超声振动。11/9/202216 8.2 难加工材料的特种加工8.2.5 激光加工激光加工激光是一种经受激辐射产生的加强光。光的强度高，方向性、相干性和单色性好。通过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十微米到几微米的极小光斑，从而获得极高的能量密度（1081010W/cm2）。当当激激光光照照射射到到工工件件表表面面，光光能能被被工工件件吸吸收收并并迅迅速速转转化化为为热热能能，光光斑斑区区域域的的温温度度可可达达1万万度度以以上上，使使材材料料熔熔化化甚甚至至气气化化，达达到到加加工工的的目的。目的。11/9/202217 8.2 难加

14、工材料的特种加工8.2.6 电子束加工电子束加工在真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，并通过电磁透镜聚焦装置进一步聚焦，使能量集中到直径510m的斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上，使被冲击部分的材料温度在几分之一微秒内升高到几千摄氏度以上，这时热量还来不及向周围扩散就可以把局部区域的材料瞬时熔化、气化甚至蒸发而去除。11/9/202218 8.2 难加工材料的特种加工8.2.7离子束加工离子束加工离子束加工的加工原理与电子束加工原理基本类似，也是在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速、聚焦后投射到工件表面的加工部位以实现加工的。所不同的是离子带正电荷，其质量比电子大数千倍甚至数万倍，故在电场中加速较慢，但一旦加至较高速度，就比电子束具有更大的撞击动能。离子束加工的物理基础是离