课题15先进加工方法

1、机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法【重点掌握重点掌握】1.先进加工方法的概述先进加工方法的概述2.数控加工数控加工3.精密加工与高速加工精密加工与高速加工4.柔性制造系统（柔性制造系统（FMS）5.计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CMS）6.其他新的加工方法其他新的加工方法 数控机床的编程与加工数控机床的编程与加工【主要内容主要内容】机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l1. 先进加工方法概述先进加工方法概述l 先进的加工方法是指根据产品的目的需求，利用先进的加工工先进的加工方法是指根据产品的目的需求

2、，利用先进的加工工具和方法，使原材料变成产品的技术总称。如陀螺仪的加工，导具和方法，使原材料变成产品的技术总称。如陀螺仪的加工，导弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，弹系统的陀螺仪质量直接影响其命中率，1kg的陀螺转子，其质量的陀螺转子，其质量中心偏离其对称轴中心偏离其对称轴0.5nm，则会引起，则会引起100m以上的弹着误差。以上的弹着误差。 先进加工方法具有下列特征：先进加工方法具有下列特征：（1）计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术以及管）计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术以及管理技术等诸技术的引入，与传统的加工方法相结合，能够实现高效理技术等诸技术的引入，与传统的加工

3、方法相结合，能够实现高效、精密、自动化、绿色化生产并取得理想的技术经济效果。、精密、自动化、绿色化生产并取得理想的技术经济效果。（2）先进加工方法已不是一般单指加工过程的工艺方法，而涉）先进加工方法已不是一般单指加工过程的工艺方法，而涉及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域。及到设计、工艺、加工自动化、管理以及特种加工等多个领域。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l先进加工方法的发展的总趋势如以下几个方面：先进加工方法的发展的总趋势如以下几个方面：l1）信息技术对先进加工方法的发展起着越来越重要的作用。）信息技术对先进加工方法的发展起

4、着越来越重要的作用。l信息技术不断地向加工技术注入和融合，促进着加工技术的不断发展。同信息技术不断地向加工技术注入和融合，促进着加工技术的不断发展。同时信息技术促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动时信息技术促进着设计技术的现代化，加工制造的精密化、快速化，自动化技术的柔性化、智能化，整个加工分工过程的全球化等。化技术的柔性化、智能化，整个加工分工过程的全球化等。l2）设计技术不断现代化。）设计技术不断现代化。产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主产品设计是制造业的灵魂。现代设计技术的主要发展趋势是：设计手段的计算机化；新的设计思想和方法不断出现；要发展趋势是：设计手段的计算

5、机化；新的设计思想和方法不断出现；向全寿命周期设计发展；设计过程由单纯考虑技术因素转向综合考虑向全寿命周期设计发展；设计过程由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因素。工艺设计采用工艺模拟技术，优化工艺设计等。技术、经济和社会因素。工艺设计采用工艺模拟技术，优化工艺设计等。 l3）成形及改性技术向精密、精确、少能耗、无）成形及改性技术向精密、精确、少能耗、无“缺陷缺陷”、无污染方向发、无污染方向发展。展。成形制造技术是铸造、塑性加工、粉末冶金等单元技术的总称。主要成形制造技术是铸造、塑性加工、粉末冶金等单元技术的总称。主要发展趋势是通过各种新型精密热处理和复合处理达到零件组织性能精确、

6、发展趋势是通过各种新型精密热处理和复合处理达到零件组织性能精确、形状尺寸精密以及获得各种特殊性能要求的表面形状尺寸精密以及获得各种特殊性能要求的表面(涂涂)层，同时大大减少能层，同时大大减少能耗及完全消除对环境的污染。耗及完全消除对环境的污染。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l4）加工方法向着超精密、超高速以及发展新一代加工装备的方向）加工方法向着超精密、超高速以及发展新一代加工装备的方向发展发展 l超精密加工技术。目前加工精度达超精密加工技术。目前加工精度达0025m，表面粗糙度达，表面粗糙度达00045m，已进入纳米级加工时代。超精切削厚度由目

7、前的红，已进入纳米级加工时代。超精切削厚度由目前的红外波段向可见光波段甚至更短波段趋近；超精加工机床向多功能外波段向可见光波段甚至更短波段趋近；超精加工机床向多功能模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。超高速模块化方向发展；超精加工材料由金属扩大到非金属。超高速切削。目前铝合金超高速切削的速度已超过切削。目前铝合金超高速切削的速度已超过1600mmin，铸铁为，铸铁为1500mmin，超耐热镍合金为，超耐热镍合金为300mmin，钛合金为，钛合金为200mmin。超高速切削的发展已应用到一些难加工材料的切削加工，并。超高速切削的发展已应用到一些难加工材料的切削加工，并且被广泛应用于航

8、空航天及国防装备等制造领域。新一代制造且被广泛应用于航空航天及国防装备等制造领域。新一代制造装备的发展，市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着装备的发展，市场竞争和新产品、新技术、新材料的发展推动着新型加工设备的研究与开发。新型加工设备的研究与开发。l5）绿色加工将成为）绿色加工将成为21世纪制造业的重要特征。世纪制造业的重要特征。主要体现在：绿主要体现在：绿色产品设计技术。使产品得到环保、健康、低能耗的要求。绿色产品设计技术。使产品得到环保、健康、低能耗的要求。绿色加工方法主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方色加工方法主要包含了绿色资源、绿色生产过程和绿色产品三方面的内容。产

9、品的回收和循环再加工利用等。面的内容。产品的回收和循环再加工利用等。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法2. 数控加工数控加工（1）数控加工机床）数控加工机床 数控加工机床简称为数控机床数控加工机床简称为数控机床(NC机机床床)，数控就是指把控制机床或其他设数控就是指把控制机床或其他设备的操作指令备的操作指令(或程序或程序)，以数字形式给，以数字形式给定的一种控定的一种控制方式。利用这种控制方式，按照给制方式。利用这种控制方式，按照给定程序自动地进行加工的机床称为数定程序自动地进行加工的机床称为数控机床。数控机床的种类有数控车床、控机床。数控机床的种类

10、有数控车床、数控铣床、数控磨床、加工中心等。数控铣床、数控磨床、加工中心等。 数控车床不仅能够完成普通的车削数控车床不仅能够完成普通的车削加工，而且也能利用数控系统和进给加工，而且也能利用数控系统和进给伺服系统完成复杂曲线组成回转表面伺服系统完成复杂曲线组成回转表面数控机床数控机床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控机床数控机床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控车床数控车床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法立式数控机床立式数控机床机械基础机械基础 主编主编

11、康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法立式数控车立式数控车机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l 数控铣床：数控铣床：l 数控铣床的机械部分与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、数控铣床的机械部分与普通铣床基本相同，工作台可以做横向、纵向和垂直方向的运动，因此普通铣床所能加工的工艺内容，数纵向和垂直方向的运动，因此普通铣床所能加工的工艺内容，数控铣床都能完成，此外其数控系统通过伺服系统可同时控制两个控铣床都能完成，此外其数控系统通过伺服系统可同时控制两个或三个轴同时运动，加工出复杂的三维型面。数控铣床还可以作或三个轴同时运动，加工出复杂的三

12、维型面。数控铣床还可以作为数控钻床或数控镗床，加工具有一定尺寸精度要求和一定位置为数控钻床或数控镗床，加工具有一定尺寸精度要求和一定位置精度要求的孔。精度要求的孔。l 在数控铣床的基础上增加刀具库和自动换刀系统就构成了加工在数控铣床的基础上增加刀具库和自动换刀系统就构成了加工中心。加工中心的刀具库可以存放十几把甚至更多的刀具，由程中心。加工中心的刀具库可以存放十几把甚至更多的刀具，由程序控制换刀机构自动调用与更换，这样就可以一次完成多种工艺序控制换刀机构自动调用与更换，这样就可以一次完成多种工艺加工。加工。动画演示动画演示机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加

13、工方法数控铣床数控铣床数控铣床数控铣床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法卧式加工中心卧式加工中心机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l与普通机床相比，数控机床的与普通机床相比，数控机床的主要优点主要优点有：有：l1）自动化程度高、生产率高）自动化程度高、生产率高 l2）加工精度高、产品质量稳定）加工精度高、产品质量稳定 l 数控机床具有很高的控制精度，可以保证很高的定位精度和重数控机床具有很高的控制精度，可以保证很高的定位精度和重复定位精度，所以其加工零件的精度高，能达到复定位精度，所以其加工零件的精度高，能

14、达到0.1m，而且产品，而且产品尺寸一致性好，且质量稳定。同时数控机床的自动加工方式还可尺寸一致性好，且质量稳定。同时数控机床的自动加工方式还可以避免生产者的人为操作误差，保证了产品质量。以避免生产者的人为操作误差，保证了产品质量。l3）控制灵活、适应性强）控制灵活、适应性强 l 数控机床上只要改变控制程序，即可以完成对不同工件的加工，数控机床上只要改变控制程序，即可以完成对不同工件的加工，这就为单件、小批量生产创造了便利条件，非常适合于模具零件这就为单件、小批量生产创造了便利条件，非常适合于模具零件的加工。的加工。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法

15、（2 ）数控机床编程与加工）数控机床编程与加工 在数控机床上加工零件，要把待在数控机床上加工零件，要把待加工零件的全部工艺过程、工艺参加工零件的全部工艺过程、工艺参数等加工信息以代码的形式记录在数等加工信息以代码的形式记录在控制介质上，通过控制介质上的信控制介质上，通过控制介质上的信息来控制机床，自动实现零件的全息来控制机床，自动实现零件的全部加工过程。从分析零件图样到数部加工过程。从分析零件图样到数控机床获得所需控制介质上的信息控机床获得所需控制介质上的信息的全过程称为编程。的全过程称为编程。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控数控机床机床编程编

16、程与加与加工工机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控数控机床机床编程编程与加与加工工机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控编程的一般步骤如下：数控编程的一般步骤如下：（1）分析零件图、确定工艺过程）分析零件图、确定工艺过程 对需要在数控机床加工的零件，要根据对需要在数控机床加工的零件，要根据零件图分析其特点，选择合适的数控机床，确定加工工艺路线，选择合适的零件图分析其特点，选择合适的数控机床，确定加工工艺路线，选择合适的刀具和切削用量，充分发挥机床的效能。刀具和切削用量，充分发挥机床的效能。（2）数值计算）

17、数值计算 根据零件的几何尺寸和所确定的加工路线及设定的坐标系根据零件的几何尺寸和所确定的加工路线及设定的坐标系，计算出数控机床所需输入的数据。数值计算的复杂程度，取决于零件的复，计算出数控机床所需输入的数据。数值计算的复杂程度，取决于零件的复杂程度和数控系统的功能。杂程度和数控系统的功能。（3）编写加工程序）编写加工程序 根据计算出的加工路线数据和已确定的工艺参数，按根据计算出的加工路线数据和已确定的工艺参数，按照数控系统规定的功能，指令代码和程序段格式编写零件加工程序。照数控系统规定的功能，指令代码和程序段格式编写零件加工程序。（4）程序输入）程序输入 将编写好的加工程序采用手动数据输入或介

18、质将编写好的加工程序采用手动数据输入或介质(穿孔带、磁穿孔带、磁盘等盘等)输入数控机床。输入数控机床。（5）校对检查程序、通信输入等方式）校对检查程序、通信输入等方式 校对机床的运动轨迹是否正确，检校对机床的运动轨迹是否正确，检查更正由于计算和编写程序所造成的错误。查更正由于计算和编写程序所造成的错误。（6）试加工）试加工 程序校验结束后，必须在机床上试加工，试加工零件检验合程序校验结束后，必须在机床上试加工，试加工零件检验合格后，数控编程工作完成。格后，数控编程工作完成。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法数控编程一般分为手工编程和自动编程数控编程一

19、般分为手工编程和自动编程手工编程手工编程：从分析零件图、确定工艺过程到程序输入和校对检查：从分析零件图、确定工艺过程到程序输入和校对检查都是由人工完成。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零都是由人工完成。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件，采用人工编程较容易，方便快捷且成本低。件，采用人工编程较容易，方便快捷且成本低。自动编程自动编程：利用计算机专用软件来编制数控加工程序，编程人员：利用计算机专用软件来编制数控加工程序，编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及处理，编写出加工程序。数值计算及处

20、理，编写出加工程序。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法3. 精密（超精密）与高速精密（超精密）与高速（超高速）加工（超高速）加工（1）精密（超精密）加工）精密（超精密）加工 目前，在工业发达国家中，目前，在工业发达国家中，一般工厂能稳定掌握的加工精一般工厂能稳定掌握的加工精度是度是1m，与此相应，通常将，与此相应，通常将加工精度在加工精度在0.11m加工表面加工表面粗糙度粗糙度Ra0.020.1m之间的之间的加工方法称为精密加工，而将加工方法称为精密加工，而将加工精度高于加工精度高于0.1m、加工表、加工表面粗糙度小于面粗糙度小于Ra0.01m的加的

21、加工方法称为超精密加工。工方法称为超精密加工。精密加工件精密加工件机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法精密加工件精密加工件铝合金精密加工件铝合金精密加工件机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法高速数控车床高速数控车床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法高速数控车床高速数控车床机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法三轴数控超三轴数控超高速加工中高速加工中心心机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法

22、超高速超高速C B N 随 动随 动数控磨床数控磨床动画演示动画演示机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（2）超精密（超精密）加工的实现）超精密（超精密）加工的实现1）工艺方法）工艺方法 l 超精密切削：超精密切削：l通常采用金刚石刀具来实现通常采用金刚石刀具来实现超精密单点金刚石车削超精密单点金刚石车削自由曲面超精密加工自由曲面超精密加工 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l精密和超精精密和超精l 密磨削研磨：密磨削研磨：l可以解决大规模可以解决大规模集成电路基片的加集成电路基片的加工和高精度硬磁盘工和高精

23、度硬磁盘的加工等。的加工等。坐标磨加工坐标磨加工l精密特种加工：精密特种加工：l如采用电子束、离子束刻如采用电子束、离子束刻蚀的方法进行加工，是一蚀的方法进行加工，是一种精度极高的加工方法，种精度极高的加工方法，用于大规模集成电路芯片用于大规模集成电路芯片的加工，线宽可达的加工，线宽可达0.1m。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法2）超精密机床）超精密机床 超精密机床是实现超精密切削的首要条件，它在结构原理、精度超精密机床是实现超精密切削的首要条件，它在结构原理、精度要求、热平衡及机床抗振性能方面与普通机床相比有许多特殊要求：要求、热平衡及机床抗振性

24、能方面与普通机床相比有许多特殊要求：（1）精密轴承）精密轴承（2）微量进给装置）微量进给装置（3）提高直线运动精度）提高直线运动精度 （4）采用反馈控制技术）采用反馈控制技术（5）性能优越的支承件）性能优越的支承件3）检测和误差补偿）检测和误差补偿 4）超稳定的加工环境条件）超稳定的加工环境条件 动画演示动画演示动画演示动画演示机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法日本超精密加工获奖作品日本超精密加工获奖作品机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（3）高速加工）高速加工1）高速（超高速）切削加工）高速（超高速）切削

25、加工 l通常把切削速度比常规高通常把切削速度比常规高510倍倍以上的切削叫做高速切削或超高以上的切削叫做高速切削或超高速切削。速切削。工作平稳，工件非常精工作平稳，工件非常精密、光洁，工件表面的残留应力密、光洁，工件表面的残留应力也小，直接达到精加工的要求。也小，直接达到精加工的要求。超高速切削可以提高加工质量和超高速切削可以提高加工质量和生产率，节约能耗，是一项有综生产率，节约能耗，是一项有综合效益的机械加工技术。合效益的机械加工技术。l超高速切削目前主要用于航空航超高速切削目前主要用于航空航天、武器装备、汽车及模具工业。天、武器装备、汽车及模具工业。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题

26、课题15 先进的加工方法先进的加工方法图15-4 超高速切削区概念 卧式加工中心卧式加工中心加工大型航空件加工大型航空件机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l2）高速磨削加工）高速磨削加工 l高速磨削加工的关键技术：高速磨削加工的关键技术：l对砂轮的要求对砂轮的要求 高速磨削砂高速磨削砂轮必须满足下列要求：砂轮轮必须满足下列要求：砂轮的机械强度必须能承受高速磨的机械强度必须能承受高速磨削时的切削力；高速磨削时削时的切削力；高速磨削时的安全可靠性；外观锋利；的安全可靠性；外观锋利；结合剂必须具有很高的耐磨结合剂必须具有很高的耐磨性以减少砂轮的磨损。性以减

27、少砂轮的磨损。l 对机床的要求对机床的要求 高速主轴高速主轴及其轴承及其轴承 高速磨床结构：高速磨床结构：高动态精度、高阻尼、高抗振高动态精度、高阻尼、高抗振性和热稳定性；高度自动化和性和热稳定性；高度自动化和可靠的磨削过程。可靠的磨削过程。动画演示动画演示机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l4. 柔性制造系统柔性制造系统FMSl（1 ）柔性制造系统的概念）柔性制造系统的概念l柔性制造系统：柔性制造系统：指具有柔性且自动化程度高的制造系统。指具有柔性且自动化程度高的制造系统。它是集数控技术、计算机技术、机器人技术及现代生产它是集数控技术、计算机技术、

28、机器人技术及现代生产管理技术为一体的现代制造技术。在我国的有关标准中，管理技术为一体的现代制造技术。在我国的有关标准中，FMS被定义为：被定义为：“柔性制造系统是由数控加工设备、物柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产”。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法lFMS有两个主要

29、特点，即有两个主要特点，即柔性和自动化柔性和自动化。一个理想的。一个理想的FMS应具备八种柔性：设备柔性，指系统中的加工设应具备八种柔性：设备柔性，指系统中的加工设备具有适应加工对象变化的能力；工艺柔性，指系统备具有适应加工对象变化的能力；工艺柔性，指系统能以多种方法加工某一族工件的能力；产品柔性，指能以多种方法加工某一族工件的能力；产品柔性，指系统能够经济而迅速地转换到生产一族新产品的能力；系统能够经济而迅速地转换到生产一族新产品的能力；工序柔性，指系统改变每种工件加工工序先后顺序的工序柔性，指系统改变每种工件加工工序先后顺序的能力；运行柔性，指系统处理其局部故障，并维持继能力；运行柔性，指

30、系统处理其局部故障，并维持继续生产原定工件族的能力；批量柔性，指系统在成本续生产原定工件族的能力；批量柔性，指系统在成本核算上能适应不同批量的能力；扩展柔性，指系统能核算上能适应不同批量的能力；扩展柔性，指系统能根据生产需要方便地模块化进行组建和扩展的能力；根据生产需要方便地模块化进行组建和扩展的能力；生产柔性，指系统适应生产对象变换的范围和综合能力。生产柔性，指系统适应生产对象变换的范围和综合能力。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l（2）柔性制造系统的构成）柔性制造系统的构成1）加工系统）加工系统 由两台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元由两

31、台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元(FMC)、工、工业机器人以及其他的加工设备所组成业机器人以及其他的加工设备所组成 2）运储系统）运储系统3.计算机控制系统计算机控制系统 4.系统软件系统软件 l 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法FMS的组成：的组成：机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法FMS另一种另一种组成及组成及平面布局平面布局机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（3）柔性制造系统的分类）柔性制造系统的分类l按按FMS的规模级别大小可分为如下的规模级别大

32、小可分为如下4类：类：l1）柔性制造单元）柔性制造单元(FMC) FMS钻铣中心钻铣中心柔性制造单元柔性制造单元机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法RLS柔性自动加工单元柔性自动加工单元柔性加工单元柔性加工单元机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法柔性加工系统柔性加工系统机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法半导体激光机器人半导体激光机器人柔性加工装配图片柔性加工装配图片 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法2）柔性制造系统）柔性制

33、造系统(FMS) 通常包括通常包括4台或更多台全台或更多台全自动数控机床自动数控机床(加工中心加工中心与车削中心等与车削中心等)，由集中，由集中的控制系统及物料搬运的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及种、中小批量的加工及管理。管理。创新的柔性加工单元创新的柔性加工单元机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法3）柔性制造线）柔性制造线(FML) 柔性加工生产线柔性加工生产线机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法4）柔性制造工厂）柔性制造

34、工厂 (FMF)银星能源责任有限公司柔性加工车间银星能源责任有限公司柔性加工车间机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法PMS柔性加工柔性加工设备（日本）设备（日本）机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法高柔性的五轴高柔性的五轴 加工中心加工中心 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l（4）柔性制造系统的优点）柔性制造系统的优点l1）有很强的柔性制造能力）有很强的柔性制造能力l2）提高设备利用率）提高设备利用率l3）减少设备成本与占地面积）减少设备成本与占地面积l4）减少直接

35、生产工人，提高劳动生产率）减少直接生产工人，提高劳动生产率l5）减少在制品的数量，提高对市场的反应能力）减少在制品的数量，提高对市场的反应能力l6）产品质量提高）产品质量提高l7）FMS可以逐步地实现实施计划可以逐步地实现实施计划机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l5.计算机集成制造系统（计算机集成制造系统（CIMS）l（1）计算机集成制造（）计算机集成制造（CIM）与计算机集成制造系统）与计算机集成制造系统 l （CIMS）的概念）的概念l计算机集成制造计算机集成制造(CIM)是一种理念，其实质就是用信息是一种理念，其实质就是用信息技术对制造系统进

36、行全局优化。其内涵是借助于以计算技术对制造系统进行全局优化。其内涵是借助于以计算机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术机为核心的信息技术，将企业中各种与制造有关的技术系统集成起来，使企业得到整体优化，从而提高企业的系统集成起来，使企业得到整体优化，从而提高企业的市场应变能力与竞争能力。市场应变能力与竞争能力。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（2）CIMS的的 功能构成功能构成l1）管理信息系统）管理信息系统 MIS l2）技术信息系统）技术信息系统l TIS l3）加工自动化系）加工自动化系l 统统 MAS l4）计算机辅助质）计算机辅助

37、质量保证量保证(CAQ)系统系统 l5）计算机网络系）计算机网络系l 统统NES l6）数据库系统）数据库系统l DBS 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法CIMS结构看图结构看图？机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l6.其他新的加工方法其他新的加工方法 l（1） 计算机辅助制造（计算机辅助制造（CAM）概述）概述l计算机辅助制造计算机辅助制造(Computer Aided Manufacturing)，简称，简称CAM，是指计算机在产品制造方面有关应用的统称。可分为广义是指计算机在产品制造方面有关应用的统

38、称。可分为广义CAM和和狭义狭义CAM。广义。广义CAM是指应用计算机去完成与制造系统有关的生是指应用计算机去完成与制造系统有关的生产准备和生产过程等方面的工作。如图产准备和生产过程等方面的工作。如图15-7所示，它包括工艺准所示，它包括工艺准备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制备、生产作业计划、物流过程的运行控制、生产控制、质量控制等工作。狭义等工作。狭义CAM常指工艺准备或其中的某个活动应用计算机辅常指工艺准备或其中的某个活动应用计算机辅助工作。如编制数控程序。助工作。如编制数控程序。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法广义广义

39、CAM机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l1）CAM的直接应用的直接应用 l计算机通过接口与物流系计算机通过接口与物流系统相连接，用以控制、监统相连接，用以控制、监视和协调物流过程。视和协调物流过程。l物流运行控制物流运行控制 l生产控制生产控制 l质量控制质量控制l2）CAM的间接应用的间接应用 l计算机相对于物流系统是计算机相对于物流系统是“离线离线”工作的，用以支持制造活动，并工作的，用以支持制造活动，并提供物流过程所需的数据与信息。提供物流过程所需的数据与信息。l计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工艺过程设计 l计算机辅助数控程序编制计算机辅助

40、数控程序编制 l计算机辅助工装设计计算机辅助工装设计 l计算机辅助作业计划计算机辅助作业计划计算机辅助制造概述计算机辅助制造概述机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法计算机辅助制造系统计算机辅助制造系统 （科技展品）（科技展品）机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法3）CADCAM集成系统集成系统机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（2）高能束流加工技术）高能束流加工技术 高能束流加工技术是不使用具有具体形状的固体工具或刀具，高能束流加工技术是不使用具有具体形状的固体工具或

41、刀具，而是使用光、电子、离子或水等某种形式的高密度的能量流直接而是使用光、电子、离子或水等某种形式的高密度的能量流直接对工件材料进行去除或表面处理等。对工件材料进行去除或表面处理等。 高能束流加工通常将激光加工高能束流加工通常将激光加工(LBM)、电子束加工、电子束加工(EBM)和离子和离子束加工束加工(IBM)称之为高能束加工，亦称三束加工。称之为高能束加工，亦称三束加工。它们的共同特点是以具有很高能量密度的束流，通过一定的装置它们的共同特点是以具有很高能量密度的束流，通过一定的装置在空间传输并在工件表面聚焦，从而去除工件材料或完成其他用在空间传输并在工件表面聚焦，从而去除工件材料或完成其他

42、用途途 。 难加工材料、精密微细加工、仪器仪表零件加工、微电子器件难加工材料、精密微细加工、仪器仪表零件加工、微电子器件制造、微机电系统、航空航天及武器装备零件制造中得到越来越制造、微机电系统、航空航天及武器装备零件制造中得到越来越广泛的应用。广泛的应用。 动画演示动画演示动画演示动画演示机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法高能束加工设备（激高能束加工设备（激光焊接设备及工装）光焊接设备及工装）机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法 高能束加工设备高能束加工设备金属粉末激光熔融金属粉末激光熔融 沉积技术示意图沉积

43、技术示意图机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法微细加工刀具微细加工刀具（3）微细加工技术）微细加工技术微细加工产品微细加工产品微细加工技术微细加工技术由于其加工对由于其加工对象尺度小到微象尺度小到微米级，所加工米级，所加工的尺寸公差及的尺寸公差及几何公差小至几何公差小至数十纳米，表数十纳米，表面粗糙度则低面粗糙度则低达纳米级，所达纳米级，所以它往往兼具以它往往兼具微小和超精密微小和超精密加工的特征。加工的特征。 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法（4）纳米加工技术）纳米加工技术1.概念概念 纳米纳米(nm)是

44、十亿分之一是十亿分之一(10-9)m。 纳米技术通常就是指在纳米级纳米技术通常就是指在纳米级上研究物质上研究物质(包括原子、分子包括原子、分子)的的特性和相互作用特性和相互作用(主要是量子特性主要是量子特性)，以及利用这些特性的多学科交，以及利用这些特性的多学科交叉的科学与技术。根据纳米科技叉的科学与技术。根据纳米科技与传统学科领域的结合，可将纳与传统学科领域的结合，可将纳米科技细分为：纳米材料学、纳米科技细分为：纳米材料学、纳米电子学、纳米生物学、纳米化米电子学、纳米生物学、纳米化学、纳米机械学与纳米加工等。学、纳米机械学与纳米加工等。微型纳米机器人微型纳米机器人 机械基础机械基础 主编主编

45、 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法纳米金刚石纳米金刚石 纳米切削加工纳米切削加工典型的纳米切削工艺是采典型的纳米切削工艺是采用金刚石单点刀具，结合用金刚石单点刀具，结合扫描探针显微镜技术，切扫描探针显微镜技术，切削速度通常在削速度通常在1100m/s之间。它已能够实现几十之间。它已能够实现几十纳米尺度的切削加工。纳米尺度的切削加工。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l5. 绿色加工技术绿色加工技术l绿色加工是指在不牺牲产品的质量、成本、可靠性、功能和能量绿色加工是指在不牺牲产品的质量、成本、可靠性、功能和能量利用率的前提下，充分利用

46、资源，尽量减轻加工过程对环境产生利用率的前提下，充分利用资源，尽量减轻加工过程对环境产生有害影响的程度，其内涵是指在加工过程中实现优质、低耗、高有害影响的程度，其内涵是指在加工过程中实现优质、低耗、高效及清洁化。效及清洁化。l6. 3D打印打印 3D打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文打印，即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。打印的方式来构造物体的技术。 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法3D打印汽车打

47、印汽车3D打印枪械打印枪械机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法3D打印手枪打印手枪3D打印自行车打印自行车机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法l（7）虚拟切削技术）虚拟切削技术l虚拟切削技术是在对零件的几何参数、材料物理性能、虚拟切削技术是在对零件的几何参数、材料物理性能、加工过程切削参数以及加工物理过程（受力变形、热变加工过程切削参数以及加工物理过程（受力变形、热变形等）进行全面物理建模的基础上，利用计算机仿真技形等）进行全面物理建模的基础上，利用计算机仿真技术加工过程的动态情况和加工结果进行综合分析的一种术

48、加工过程的动态情况和加工结果进行综合分析的一种综合新型技术。综合新型技术。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法【小结小结】 先进加工方法包括数控加工、精密（超精密）加工、先进加工方法包括数控加工、精密（超精密）加工、高速切削加工、高速磨削技术、高能束流加工技术、高速切削加工、高速磨削技术、高能束流加工技术、微细加工技术、纳米级加工技术、绿色加工以及柔性微细加工技术、纳米级加工技术、绿色加工以及柔性加工系统、计算机辅助加工、计算机集成加工等。加工系统、计算机辅助加工、计算机集成加工等。 机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进

49、的加工方法l 【习题与思考题习题与思考题】l1什么是先进加工技术？它有哪些主要特征？什么是先进加工技术？它有哪些主要特征？l答：先进的加工方法是指根据产品的目的需求，利用先进的加工答：先进的加工方法是指根据产品的目的需求，利用先进的加工工具和方法，使原材料变成产品的技术总称。工具和方法，使原材料变成产品的技术总称。 l先进加工方法具有下列特征先进加工方法具有下列特征：（：（1）计算机技术、传感技术、自动计算机技术、传感技术、自动化技术、新材料技术以及管理技术等诸技术的引入，与传统的加化技术、新材料技术以及管理技术等诸技术的引入，与传统的加工方法相结合，能够实现高效、精密、自动化、绿色化生产并取

50、工方法相结合，能够实现高效、精密、自动化、绿色化生产并取得理想的技术经济效果。（得理想的技术经济效果。（2）先进加工方法已不是一般单指加工）先进加工方法已不是一般单指加工过程的工艺方法，是一个用现代加工方法进行了改造、充实的多过程的工艺方法，是一个用现代加工方法进行了改造、充实的多学科交叉和综合的充满生命力的科学。学科交叉和综合的充满生命力的科学。l2与普通机床相比数控机床的主要优点有哪些？与普通机床相比数控机床的主要优点有哪些？l答：自动化程度高、生产率高答：自动化程度高、生产率高 ；加工精度高、产品质量稳定；加工精度高、产品质量稳定 ；控；控制灵活、适应性强制灵活、适应性强 。l3超精密加工的工艺方法有哪些？超精密加工的工艺方法有哪些？l答：超精密切削答：超精密切削 ；精密和超精密磨削研磨；精密和超精密磨削研磨 ；精密特种加工；精密特种加工 。机械基础机械基础 主编主编 康一康一课题课题15 先进的加工方法先进的加工方法4什么是超高速切削？什么是超高速切削？答：超高速切削加工是一种用比常规切削高于答：超高速切削加工是一种用比常规切