先进制造技术

第一章先进制造技术的定义：1.先进制造技术是一个相对的、动态的概念，是为了适应时代要求，提高竞争能力，对制造技术不断优化形成的；2.先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。先进制造技术特点：高效率、高精度、多样化、综合化。（近些年来计算机数控（CNC）计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）柔性制造系统（FMS）计算机集成制造系统（CIMD）发展十分迅速））先进制造技术的分类：现代设计技术、先进制造工艺、自动化技术、系统管理技术先进制造技术的构成:1.基础技术（第一层是优质、高效、低耗、少或无污染的基础制造技术。锻压、铸造、焊接、热处理、表面保护、机械加工等基础工艺精密下料，精密成型，精密加工，精密测量，毛坯强韧性，无氧化热处理，气体保护焊及埋弧焊，功能性防护层的等技术）2.新型单元技术（第二个层次是新型的先进制造单元，如：制造业自动化单元技术，极限加工技术、质量与可靠性技术、系统管理技术、现代设计基础与方法、清洁生产技术、新材料成形与加工技术、激光与高密度能源加工技术、工艺模拟及设计优化技术等）3.集成技术：（第三个层次是先进制造集成技术，如FMS,CIMS,IMS等）发展趋势：未来先进制造技术发展总趋势是向精密化、柔性化、智能化、集成化、全球化、宜人化等方向发展第二章精密与超精密加工定义：是适应现代技术发展的一种机械加工新工艺。它综合应用了机械技术发展的新成果及现代电子技术、测量技术和计算机技术中先进的控制、测试手段等，使鸡血加工的精度得到进一步的提高，尤其是超精密加工技术的不断完善，使之加工的极限精度目前正向着纳米（nm）和亚纳米级（U）精度发展，尖端技术产品对零件提出了越来越高的技术要求，即高精度、高可靠性、长寿命、综合化、小型化，常规的加工方法无法满足这类零件的制造技术要求，而适应现代技术发展的精密、超精密加工技术是最有效的加工手段超精密加工是尖端技术产品发展不可缺少的关键加工手段，不管是军事工业还是民用工业，都需要这种先进的加工技术，超精密加工技术促进了机械、计算机、电子、半导体、光学、传感器和测量技术等的发展从某种意义上来讲超精密加工担负着支持最新科学技术进步的重要使命也是衡量一个国家制造技术水平的重要标志超精密加工包括：超精密切削（车削，铣削），超精密磨削，超精密研磨和超精细加工超精密切削：是借助金刚石刀具对工件进行车削或者铣削；主要用于加工低粗糙度底和高形状精度的有色金属或非金属零件；如激光或红外的表面，非球面反射镜，超精密切削：是利用磨具上尺度均匀性好、近似等高的磨粒对被加工零件表面进行摩擦、耕犁及切削的过程;主要用于硬度较高的金属和非金属零件，如对加工尺寸及形状精度要求很高的伺服阀，空气轴承主轴超精密研磨：主要用于加工高表面质量与低面型精度的集成电路芯片和各种光学及蓝宝石窗等超精细加工：是指各种纳米加工技术只要包括激光、电子束、离子束、微操作等加工手段也是获得现代超精加工的一种重要途径。超精密加工刀具：金刚石，他目前是进行超精密切削的主要刀具。由于金刚石晶格间原子的结合力非常牢固、硬度高、耐磨性好金刚石刀具的晶面选择问题：制作刀头时，尽量选择与（111）面平行研磨形成的前刀面，但与之平行的研磨成本过高，通常以3度左右的倾角进行研磨以形成前刀面和锋利的切屑刃超精密研磨抛光加工的机制和特点：研磨加工，通常是使用在1um至十几um大小的氧化铝和碳化硅等磨粒和铸铁等硬质材料的研具之间并借助机床提供的复杂运动实现零件表面加工轨迹高度不重合；有三种工作状态：磨粒在工件与研具之间进行转动，由研具面支承磨粒加工面，由工件支承磨粒研磨加工面抛光加工的机制和特点:将研磨剂擦抹在抛光器上对工件进行抛光加工；加工机制：由磨粒进行的机械抛光可塑性的生成切屑，但是仅利用极少磨粒强制压入产生作用，借助磨粒和抛光器与工件流动摩擦使工件表面的凹凸变平，在加工液中进行化学性溶析，工件和磨粒之间直接的化学反应有助于上述现象的发生研磨方式有单面研磨和双面研磨两种.超精密研磨和抛光的主要新技术：超精密研磨、超精密抛光、液中研磨、机械-化学研磨、化学-机械抛光新原理的超精密研磨技术：水合抛光、悬浮抛光精密机床的结构设计要求：由能实现高精度加工形状的元部件构成，能承受切削力的刚性，温度的稳定性，振动的稳定性（内部和外部的振动），尺寸的长期稳定性温度控制设计要求：选用与加工零件相同的材料构成机床，采用对温度适应性好的薄壁结构，选择导热性差的材料作为结构材料，设计大热容量使之不受微小温度变化的影响，使用不受热影响，线膨胀系数极低或为0的材料第四章高速超高速加工技术，精密超精密加工，高能束加工，自动化加工技术是四大先进制造技术。什么是超高速加工技术：采用超硬材料刀具和模具，利用能可靠的实现高速运动的高精度，高自动化和高柔性的制造设备，以提高切削速度来达到提高材料切除率，加工精度，和加工质量的先进制造技术。目前定位的经济效益指标：在保证加工精度的情况下，将通常切削速度的加工的时间减少90%，同事将加工费减少50%，以此衡量高速切削速度的合理性。萨洛蒙曲线：在常见的切削速度范围内，切削温度随着切削速度的增大而升高，当切削速度增大到某一数值之后，切削速度在增加，切削温度反而降低；这个数值与工件的材料性质有关，对每一种材料，存在一个速度范围，在这个速度范围内，由于切削速度太高，任何刀具都无法承受，切削加工不可能进行，这个速度范围被称为死谷。先进加工研究计划的研究成果表明，随着切削温度的升高，刀具磨损主要取决于刀具材料的导热性，铝合金的最佳切学速度范围是1500——4500r/min。贵志浩三的的超高速切削试验表明，当切削速度超过材料的塑性波速度时，加工表面层残余应力以及塑性区可分别减少百分之九十到百分之九十五和百分之八十五到百分之九十。各种超高速切削试验表明，在超高速切削时，按照被加工材料的类型和工艺条件，存在着连续切屑和断续切屑两种类型，在超高速切削搞到任性，第硬度合金或金属（铝合金和低碳钢）时形成连续切屑，在超高速切削低导热性，密排六方晶格结构，高硬度材料（钛合金，超耐热镍合金，高硬度合金钢）时形成连续切屑。超高速加工技术的优越性:加工效率高，切削力小，热变形小，加工精度高，加工质量好，加工过程稳定，减少后续的加工程序，良好的技术经济效益。超高速磨削的优越性：大幅度提高磨削效率，磨削力小零件加工精度高，可以获得低粗糙度表面，可以大幅的延长砂轮的寿命有助于实现魔血加工的自动化，可以改善加工表面的完整性。超高速切削技术的应用：航天航空领域，汽车工业领域，模具工业领域，难加工材料领域，超精密微细切削领域。超高速切削刀具技术：1.超高速切削刀具材料（1）涂层刀具材料主要有氮化钛，碳氮化钛，氮化铝钛，碳氮化铝钛，其中氮化铝钛高速切削中性能优异，最高工作温度可达八百度摄氏度。新型的PVD硬涂层材料，如CBN,氮化碳等，在高温下具有良好的热稳定性，也适用于超高速切削。金刚石膜涂层刀具主要用于加工有色金属。软涂层刀具主要用于加工高强度铝合金，钛合金或者贵重金属。（2）金属陶瓷刀具材料有较高的室温硬度，高温硬度和良好的耐磨性，金属陶瓷刀具可以在300-500m/min的切削速度范围内高速精车钢和铸铁（3）陶瓷刀具材料主要有氧化铝基和氮化硅基两大类，时通过在氧化铝和氮化硅基体中分别加入碳化物，氮化物，硼化物，氧化物得到的，陶瓷刀具可在200-1000m/min的切削速度范围内高速切削软钢，淬硬钢，铸铁等（4）pcd刀具材料在高温高压下通过金刚石结合剂将金刚石粉末聚合而成的多晶材料。硬度低于单晶金刚石，具有各向同性，晶粒在各个方向上自由分布，裂纹很难从一个晶粒传向另一个晶粒，大大提高了PCD材料的抗弯强度和韧性；还具有搞到热性和低摩擦系数。价格便宜。主要用于加工有色金属和非金属，能在切削过程中保持锋利刃口和高切削效率使用寿命一般为硬质合金刀具的10-500倍。（5）CBN刀具材料硬度高，热稳定性好，化学惰性大，1200-1300摄氏度下也不发生反应，具有极高的硬度和红硬性，可承受高切削速度，适合超高速加工钢铁类零件，是高速精加工或半精加工淬火钢，冷硬铸铁高温合金的理想材料；由于CBN刀具加工高硬度零件时可获得良好的加工表面粗糙度，因此采用CBN刀具切削淬硬钢，实现以切代磨.2.超高速切削的刀具几何角度工件材料：铝合金钢材，铸铁，钢合金，纤维强化复合材料前角：12-150-50020后角：13-1512-16121615-20超高速切削的主轴系统：电主轴与内圆磨床的内装式电机主轴的区别：有很大的驱动功率和扭矩，有较宽的调速范围，有一系列的主轴震动，轴承和电机温升等运行参数的传感器，测试控制和报警系统，以确保主轴超高速运动的可靠性和安全性。直流电机直接驱动的优点：控制特性好，增益大，滞动小，在高速切削中保持高位移精度；高运动速度，高加速度；无限运动长度；定位精度和跟踪精度高；起动推力大；无摩擦，无往返乘空隙，运动平稳；有较大的静动态刚度。直线电机直接驱动的缺点是：由于电磁铁的热效应应对机床结构有较大的热影响，需要附设冷却系统；存在电磁场干扰，需设置挡切屑防护；有较大功率损失；缺少力转换环节，需增设工作台只懂得紧锁机构；由于磁力作用，造成装配困难；系统价格较高。BIG-PLUS刀柄系统的优点：增大了与主轴的接触面积，提高了系统的刚性，增强了对震动的衰减作用；利用端面的矫正作用提高了ATC的重复精度；端面定位作用时系统轴向尺寸更稳定。超高速加工机床的支承超高速加工机床的特征：高速度，高精度，高刚度（静刚度，动刚度，热刚度）超高速切削的安全性：1高速切削系统的平衡：刀具系统（刀刃-刀柄-刀盘-夹紧装置）不平衡会算短刀具寿命。增加停机时间，并会增大加工表面的粗糙度，降低工件加工尺寸精度和主轴轴承的使用寿命。离心力会使主轴承受方向不断变化的径向力作用加速磨损，并引起机床震动。甚至造成事故。对小型刀具，平衡修正量只有百分之几克；对紧密型刀具，采用静平衡即可；对于悬伸长度较大的刀具必须采用动平衡。高速切削刀具（高速旋转的铣刀和镗刀）高速切削用可转位铣刀的安全除了刀体强度的要求外，还包括对零件，刀片夹紧的可靠性要求第五章制造自动化：是指“大制造概念（广义）”的制造过程的所有环节采用自动化技术，实现制造全过程的自动化。也就是对自招过程进行规划、运作、管理、组织、控制、与协调优化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、和洁净的目标。制造自动化的广义内涵至少包括以下几个方面：形式、功能、范围。制造自动化的生产模式经历以下几个主要发展阶段：第一阶段:包括自动单机和刚性自动线。第二阶段：数控加工，包括数控（NC）和计算机数控（CNC）。第三阶段：柔性制造。第四阶段：计算机集成制造（CIM）和计算机集成制造系统（CIMS）。第五阶段：新的制造自动化模式，如智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造、绿色制造等。制造制动化技术涉及学科领域主要有：系统工程学、设计与制造科学、质量控制工程、信息科学、计算机科学、人机工程学、生产管理、自动控制理论、运筹学、工业工程、规划论、电气工程、技术经济学等。先进制造自动化关键技术有以下几个方面：1.制造自动化系统开放式智能体系结构。2.智能4M系统关键技术。3.制造自动化系统的优化理论与调度方法4.面向制造自动化的虚拟制造技术。5.CAD/CAPP/CAM一体化技术的。6.面向制造自动化的数控技术。7.柔性制造技术和智能制造技术。8.机器人化制造技术。9.先进制造智能传感与检测。柔性制造系统（FMS）:是指20世纪80年代出现的“一组数控机床，由物料处理系统连接在一起，并且完全受计算机控制和管理”的系统。柔性制造系统（FMS)优点和效益：1.具有很强的柔性制造能力。2.提高设备利用率。3.减少在制品数量，提高对市场的反应能力。4.产品质量提