机械工程导论第六讲.ppt

第讲 六 先先 进进 制制 造造 技技 术术 第讲 六 先进制造技术先进制造技术 先进制造技术(Advanced Manufactuing Technology), 简称AMT， 是多学科的渗透、交叉和融合，集机械、电子、控制、计算机 、材料和管理技术为一体的新兴领域它是在传统制造技术的 基础上，以计算机为主要工具，不断融合机械、电子、信息、 材料、生物和管理学科的最新成果，涵盖产品整个寿命周期的 各个环节的先进工程技术的总称 先进制造技术作为一项高新技术，是在传统制造技术的基础上 ，通过融入其他学科的最新成果而发展起来的，目的是实现整 个制造过程的优质、高效、环保、清洁、低能耗、敏捷和灵活 当前，先进制造技术已经成为国际科技竞争的重点，其发展 水平能够在一定程度上代表一个国家的科技和经济水平 第讲 六 先进制造技术先进制造技术 先进制造技术的特征包括： ① 先进性：先进制造技术是在不断融合其他学科最新成果的基础 上发展起来的，这些成果均是代表时代发展水平的标志 ② 广泛性：先进制造技术不再是局限于制造这一领域而是覆盖了 制造的全过程 ③ 实用性：先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是有 着明确的经济需求，他是面向工业生产，以市场为导向，能够 为企业带来巨大的经济效益。

④ 集成性：先进制造技术的发展融合了其他学科，与其他学科之 间的界限逐渐淡化和消失，成了新兴交叉学科 第讲 六 先进制造技术先进制造技术 先进制造工艺技术主要包括： Ø 高速切削技术 Ø 超精密加工技术 Ø 激光加工技术 Ø 快速原型制造技术 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 高速切削的定义： 高速切削（High Speed Machining）是指在比常规切削速度高出 很多的速度下进行的切削加工目前各国对高速切削的速度范围 没有统一的定义，有时候也称为超高速切削通常把比常规切削 速度高5-10倍的切削称为高速切削 高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床 材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能cnc 控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系 统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材 料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速 切削机理，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略 等等诸多相关的硬件和软件技术只有在这些技术充分发展的基 础上，建立起来的高速切削技术才具有真正的意义所以要发挥 出高速切削的优越性能，必须是cad/cam系统、cnc控制系统、数 据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。

高速切削的主要目标： ① 通过高生产率来降低生产成本，主要应用于精加工工序，常 常是用于加工淬硬模具钢 ② 通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 高速切削系统的主要组成： ① 高速切削cnc机床 ② 高性能的刀具夹持系统，刀具夹持系统要求其有很高的动平 衡性，且具有绝对的定心性主轴、刀柄、刀具三者在旋转 时应具有极高的同心度，这样才能保证高速、高精度加工 ③ 高速切削刀具，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳 定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性 ④ 高速切削cam系统软件，高速加工cam编程系统应具有很高的 计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及处理能力 ，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功 能，待加工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残 余分析功能等 高速切削之所以得到工业界越来越广泛的应用，是因为它相对传 统加工具有显著的优越性，具体说来有以下特点： ① 加工时间短，效率高高速切削的材料去除率通常是常规的3 -5倍 ② 刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力小 由于切削速度高，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数 减小，切削力降低。

同时，由于切削力小，让刀也小，提高 了加工质量 ③ 刀具和工件受热影响小切削产生的热量大部分被高速流出 的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工 精度 ④ 工件表面质量好工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床 激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很 小，十分容易获得好的表面质量 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 ⑤ 高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切 屑所带走，可进行高速干切削，不用冷却液，减少了对环境 的污染，能实现绿色加工 ⑥ 可完成高硬度材料的加工如采用带有特殊涂层的硬质合金 刀具，在高速、大进给和小切削量的条件下，完成高硬度材 料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工的3-6倍，而且能 获得十分高的表面质量，基本上不用钳工抛光 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 高速切削技术的应用： 高速切削技术发展历经理论探索阶段，应用探索阶段，初步应用 阶段和较成熟应用阶段特别是20世纪70年代后，各工业发达国 家相继投入大量的人力、物力、财力研究开发高速切削技术及相 关技术，发展日新月异，德国、美国、瑞典、瑞士、英国和日本 等制造强国走在了世界前列。

近几年，随着科学技术的突飞猛进 和经济发展的强大推动，高速切削机床、刀具技术和相关技术迅 速进步，使高速切削技术以其高效率、高质量应用于航天、航空 、汽车、模具和机床等行业中，各种切削方式、各种材料几乎无 所不能，尤其是高速铣削和高速车削发展神速该技术为“轻切 削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，但切削线速度大 ，为传统的3-5倍，进给速度大，为传统的5-10倍 第讲 六 一、高速切削技术一、高速切削技术 CNC数控机床-钢硬材质S45C的高速切削 视频演示： 第讲 六 二、超精密加工技术二、超精密加工技术 超精密加工技术的定义： 20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等 尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术 超精密加工有两种含义：高精度加工及细微尺寸加工到80年 代初，最高加工尺寸精度已可达10纳米(1纳米=0.001微米)级 ，表面粗糙度达1纳米，加工的最小尺寸达 1微米纳米级的 超精密加工也称为纳米工艺 超精密加工是处于发展中的跨 学科综合技术 第讲 六 二、超精密加工技术二、超精密加工技术 超精密加工技术的重要性: ① 提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和 可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配 生产率,并促进自动化装配。

② 超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重 要地位例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中 精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的制造惯性仪 表，需要有超精密加工技术和相应的设备 ③ 大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依 赖于微细工程的发展因为集成电路的发展要求电路中各种元 件微型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件以形成 功能复杂和完备的电路因此，提高超精密加工水平以减小电 路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术 关键 第讲 六 二、超精密加工技术二、超精密加工技术 超精密加工的特点： ① 超精密加工时，对刀具的刃磨、砂轮修整和机床调整均有很高 要求 ② 超精密加工是一门综合性高技术，凡是影响加工精度和表面质 量的因素都要考虑 ③ 超精密加工一般采用计算机控制、控制、自适应控制、误 差检测和补偿等自动化技术来保证加工精度和表面质量 ④ 超精密加工不仅有传统的切削和磨削加工,只有综合应用各种 加工方法，才能得到很高的加工精度和表面质量 第讲 六 二、超精密加工技术二、超精密加工技术 视频演示： 德国海德汉五轴机床-精密加工 英国平面磨床 第讲 六 三、激光加工技术三、激光加工技术 定义：激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化 气化而进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工 技术。

激光加工技术的特点： 1. 光点小，能量集中，热影响区小； 2. 不接触加工工件，对工件无污染； 3. 不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便； 4. 激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制； 5. 范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割； 6. 安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机 械应力； 7. 精确细致：加工精度可达到0.1mm； 8. 效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致； 9. 高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割， 且激光切割的速度与线切割的速度相比要快很多； 第讲 六 10.成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激 光加工更加便宜； 11.切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm； 12.切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺； 13.热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因 此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小； 14.适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光 加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时 形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的 档次； 15.节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品 进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低 了企业材料成本。

三、激光加工技术三、激光加工技术 第讲 六 三、激光加工技术三、激光加工技术 激光加工技术的应用： ① 激光打孔 激光打孔是利用高能激光照射到工件表面，使得表面产生一 系列热物理现象从而成孔 激光打孔技术由于速度快、效率高、经济效益好、应用领域 广的优点，在工业生产上有着非常广泛的应用激光可以在纺 织面料、皮革制品、纸制品、金属制品、塑料制品上进行打孔 切割等操作应用领域包括制衣、制鞋、工艺品礼品制作、机 器设备、零件制作等 第讲 六 三、激光加工技术三、激光加工技术 激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材 料例如，在汽车制造领域，德国大众汽车公司用功率为500W 的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件在航空航天 领域，激光切割技术主要用于特种航空材料的切割激光切割 成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用不仅可以 切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能 切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等 ② 激光切割 激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被 照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与 光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。

第讲 六 三、激光加工技术三、激光加工技术 ③ 激光焊接 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精 密焊接方法 激光焊接在制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物 医学等许多领域均有广泛的应用例如，在粉末冶金材料连 接中采用激光焊接的方法焊接金刚石，可以提高焊接强度以 及耐高温性能；德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧 洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶 、车身、侧框等钣金焊接；在集成电路和半导体器件壳体的 封装中，激光焊接热影响区小、加热集中迅速、热应力低； 生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，用激光焊接输卵管 和血管的成功焊接及显示出来的优越性 第讲 六 三、激光加工技术三、激光加工技术 视频演示： 三维激光切割 第讲 六 四、快速原型制造技术四、快速原型制造技术 定义：快速原型制造技术（RP）是借助计算机辅助设计或由实体 逆向方法取得原型或零件几何形狀，进而以此建立数字化模型， 再利用计算机控制的机电集成制造系统，逐点、逐面地进行材料 “三维堆积”成型，再经过必要的后处理，使其在外观、强度和 性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零 件的方法。

RP技术的基本原理： 传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛 。