先进制造技术203

1、第一章 绪论 1.1 制造业与制造技术 制造业是现代社会经济的支柱产业，包括机械装备制造、电子产品制造、非金属制品制造、服装、食品、玩具等等。 制造业是将有关的制造资源（原材料、设备、工具、能源、资 金、人才、技术以及信息）转化为有价值的、可供人们利用和消费的 产品与服务的行业。 制造业的水平反映了一个国家的经济实力、科技和生活水平。工 业化国家6080的社会财富靠制造业制造，制造业占国际贸易总 额75。所以制造业的水平代表一个国家的综合实力。 制造的定义：制造企业中所涉及产品设计、物料选择、生产计 划、生产质量保证、经营管理、市场营销和服务等一系列相关活动的 总称。 制造技术：与制造业相关的

2、一系列技术的总和。 先进制造技术是在传统制造技术的基础上发展起来的。分界线大 体可划在20世纪50年代。主要标志：电子计算机、数控机床、工业机 器人的出现。1.2制制造技技术的发发展过程程19世纪：手工制造造20世纪初：批量生产产20世纪30年代：刚性自动动化20世纪6080年代：CAD/CAM/CAE、FMS、JIT20世纪80年代：集成制造造、并行行工程20世纪90年代：敏捷制造造、虚拟拟制造、智能制造造、绿色色制造1.3先进制造造技术1.3.1先进制造造技术的的主要领领域（5大领域）1.系统总体体技术柔性制造造（FMS）、计算机机集成制制造（CIMS）、敏敏捷制造造(AM）、智能制制造（

3、IM）。2.设计制造造一体化化技术CAD/CAM/CAE、数数控技术术（NC）、并并行工程程（CE）、虚虚拟制造造（VM）。3.制造工艺艺与装备备材料生产产工艺与与装备、热加工工工艺与与装备、高速切切削工艺艺与装备备、精密密/超精精密与纳纳米加工工工艺与与装备、特种加加工工艺艺与装备备。 4.管理技术术计算机辅辅助生产产管理、物料需需求计划划、制造造资源规规划、企业业资源规规划、供供应链管管理、质质量管理理、准时时生产（JIT）、精精益生产产（LP）、企企业业务务流程再再造等。5.支撑技术术标准化技技术、计计算机技技术、软软件工程程、数据据库技术、通讯讯技术、人工智智能、多多媒体、虚拟现现实、

4、人人机工程学、环境科科学。1.3.2先进制造造技术分分类先进制造造技术涉涉及范围围广、技技术领域域复杂，为了便便于掌握其基基本体系系和主要要内容，从制造造技术的的功能的的角度，分成5大大类：1.现代代设计技技术现代设计计技术是是先进制制造技术术的基础础。随着微电电子技术术、信息息技术、材料科科学、机机械制造造、优化理论论、人机机工程等等学科的的发展，现代设设计技术术的深度、广度度大大拓拓展，出出现了优优化设计计、有限限元分析析、CAD、CAPP、CAA（计算机机辅助装装配）、计算机机辅助夹夹具设计、反求工工程、产产品生命命全周期期设计、基于网网络的异异地设计、智能设设计、虚虚拟设计计、绿色色设

5、计。2.现代代加工技技术先进切削削加工技技术、成成形加工工技术、表面工工程技术术、特种加工工技术和和快速原原型制造造技术。3.自动动化技术术数控加工工技术、工业机机器人技技术、FMS、CIMS。4.制造造管理技技术成组技术术（group technologyGT）、全面面质量管管理（total qualitymanagementTQM）、物料料需求规规划 (materialrequirementplanningMRP)、即时时生产（JIT）、企企业资源源规划（ERP）等管管理方法法。5.先进进制造技技术CIMS、并行行工程（CE）、精益益生产（LP）、敏捷捷制造（AM）、虚拟制制造（VM）、绿

6、色制制造（GM），是制造技术术、计算算机技术术、通信信技术、自动化化技术和和管理科科学的各学学科交叉叉。正朝着柔柔性化、集成化化、网络络化、虚虚拟化和和清洁化化的方向发展展。第二章现现代代设计技技术2.1概概述2.1.1现现代设计计技术的的概念是根据产产品功能能要求及及市场竞竞争要素素（质量量、成本本、服务务、环保保）的要要求，综综合现代代科学技技术，通通过设计计人员科科学、规规范和创创造性的的工作产产生载有有相应文文字、数数据、图图形等信信息的技技术条件件，制定定用于产产品制造造的设计计方案。现现代代设计技技术使产产品设计计开发建建立在科科学技术术基础之之上。随随着微电电子信息息、材料料、系

7、统统科学的的发展，现代设设计技术术日新月月异，新新的设计计理念不不断涌现现、新设设计方法法不断诞诞生。特点：1.从从单一目目标规划划向多目目标规划划转变目目标2.从从传统的的手工设设计向计计算机辅辅助设计计过渡手手段3.从从传统的的顺序设设计并并行设设计组组织方式式4.从从单纯的的产品设设计全全生命命周期设设计环环节5.异异地设计计地地域域6.可可持续发发展的绿绿色设计计功功能现代设计计技术十十分重要要。产品品设计成成本占产产品成本本的1520，但决定定了产品品成本的的70到80。设计水平平是衡量量一个国国家创新新能力和和竞争力力的主要要因素。2.1.2现现代设计计方法1.优优化设计计方法用数

8、学方方法和系系统工程程方法对对产品结结构和性性能进行行分析、决策，以获取取最优解解的方法法。近年年来优化化设计与与可靠性性设计、模糊设设计等方方法相结结合形成成了新的的优化设设计方法法。2.有有限元分分析方法法将零件看看成是由由有限个个元素组组成，通通过对每每一个元元素求解解（位移移、应力力）来获获取零件件整体的的解。广广泛用于于零件和和结构的的分析和和计算中中。3.计计算机辅辅助设计计运用计算算机强大大的数据据计算及及信息处处理功能能来完成成设计工工作，应应用最广广泛。4.面面向产品品全生命命周期的的设计将并行工工程思想想用于产产品设计计中，在在设计阶阶段便综综合考虑虑产品的的整个生生命周期

9、期中的设设计、加加工、装装配、测测试、维维修、销销售及报报废回收收环节的的影响因因素，全全面评价价产品设设计，达达到开发发周期短短、成本本低、质质量高的的目的。5.网网络化异异地设计计随着网络络和通讯讯技术的的发展，实现远远程、异异地的设设计开发发资源的的共享与与整合，极大地地拓展展了设计计工作的的时空维维度。6.反反求工程程以先进产产品的实实物或软软件（程程序、图图样、文文件资料料）作为为研究对对象，综综合运用用现代工工程设设计的相相关理论论与方法法，进行行解剖、分析和和研究，进而开开发出同同类产品品。7.绿绿色设计计将产品和和环境作作为一个个系统，充分考考虑产品品及其制制造系统统与环境境相

10、容性性，做到到对环境境影响响最小。2.2计计算机机辅助设设计（CAD）2.2.1概概述1.CAD的的发展过过程1950年MIT研制制出Whir/Wind可可以显示示简单的的图形。1958年美国国Calcomp公司司研制滚滚筒式绘绘图仪，Gerber公司平平板绘图图仪。1962年MIT的Sutherland提出了了计算机机图形学学、交互互技术、分层存存储符号号的数据据结构，为CAD技术术发展打打下了理理论基础础。1970年美国国Applicon公公司推出出完整的的CAD系统。上世纪80年代代CAD/CAM技术术用于工工程设计计，图形形接口、图形功功能日趋趋标准化化，出现现了由CAD/CAM/CA

11、E构成成的CIMS，提高了了设计自自动化。2.CAD的的功能工程与产产品设计计借借助助于计算算机辅助助技术，工程技技术人员员可以方方便的完完成某一一工程或或产品的的方案选选型、评评估、详详细设计计、优化化等工作作，实现现从零件件图到装装配图、总装图图、平面面布置图图、管道道布置图图的自动动绘制。仿真模拟拟高性能的的CAD系统可可以真实实地模拟拟产品的的实际运运动和变变化过程程，如机机构的运运动、零零件的加加工、柔柔性制造造系统的的运行，汽车、飞机的的行驶过过程等。帮助设设计人员员正确地地进行方方案论证证、产品品选型、性能评评估等。事务管理理实现设计计文档的的计算机机管理，有利于于产品设设计的成

12、成组化、标准化化和系列列化，减减少了设设计人员员的重复复工作量量。2.2.2通通常CAD的工工作1.信信息管理理提供丰富富的设计计需要的的信息。可以为为设计人人员提供供有关客客户的需需求和改改进意见见、组织织生产特特定结构构零件的的成本核核算、外外购件的的成本、原材料料信息、生产装装备、生生产状况况等，有有利于更更好的设设计零件件和产品品。2.智智能CAD计算机辅辅助设计计技术与与人工智智能相结结合，用用于产品品概念设设计，帮帮助设计计人员进进行决策策、分析析和推理理，更高高效地进进行方案案设计。3.计计算机图图形显示示与几何何造型利用CAD系统统丰富多多样的交交互方法法与造型型工具，通过人人

13、机对话话进行方方案的构构思与总总体设计计。在计计算机系系统中建建立产品品的几何何模型，在显示示器上展展示产品品的形状状。4.分分析计算算对模型进进行分析析计算，包括工工程计算算、力学学动态性性能分析析及物理理特性分分析，确确定产品品的几何何、力学学、物理理等参数数，评价价设计的的优劣，并迅速速修改和和完善，达到最最佳效果果。5.自自动绘图图自动绘制制工程图图纸（效效率高、质量好好）。6.工工程数据据管理管理产品品设计过过程中产产生和使使用的各各种数据据、文字字和图形形，保持持其良好好的数据据独立性性、一一致性和和完整性性，并提提供标准准化的数数据转换换接口。2.2.3概概念设计计CAD概念设计

14、计是产品品设计过过程中最最具创造造性的工工作，根根据市场场和用户户的需求求，完成成设计方方案的制制定、分分析和选选择，需需要设计计人员凭凭借丰富富的专业业知识和和经验进进行构思思、推理理和判断断。采用用专家系系统来进进行。在在概念念设计阶阶段，专专家系统统主要协协助设计计人员进进行评价价、选择择和决策策，自动动生成设设计方案案。下图图是专家家系统CAD求求解设计计方案的的一般过过程。此过程是是一个“设计评评价再设计计”过程程。由于于设计的的需求是是多方面面的、模模糊的，有时是是矛盾的的可行性性方案。一般有有一定的的范围，需要评评价和选选择，有有时需要要人工判判断。开始确定设计计要求指定设计计方

15、案分析设计计方案评价设计计方案决策结束修改设计计要求再设计NY2.2.4详详细设计计CAD 1.二二维设计计在机械制制造中通通常用一一组工程程图来表表达产品品的形状状和尺寸寸，每个个视图都都是物体体在某一一平面上上的投影影，反映映产品几几何形状状的一个个侧面。因此需需要二维维设计，产生产产品二维维的几何何轮廓。2.三三维设计计二维视图图需要人人们通过过思维才才能推测测出视图图与物体体真实形形象之间间的关系系，很不不直观，因此需需根据二二维信息息构造三三维形体体。2.2.5CAD技技术的发发展随着CAD自身身和相关关技术的的发展，CAD技术正正朝着集集成化、网络化化、智能能化和可可视化的的方向发

16、发展。1.CAD系系统的集集成化CAD技技术是CIMS的核心心技术，而CIMS的的概念是是把设计计、制造造、生产产和管理理连成一一体，不仅在在设计和和制造过过程中用用计算机机辅助技技术，而而且在库库存管理理、生产产计划、财务管管理、销销售等方方面也使使用计算算机完成成，通过过计算机机通信，控制实实现信息息共享和和交换，使各部部门协调调一致，成为一一个整体体。2.CAD系统统的网络络化基于网络络技术的的CAD系统技技术迅速速发展，开放式式、分布布式计算算机环境境可以实实现远程程资源共共享。网网络化CAD系系统可以以全面统统一考虑虑各个工工作站的的具体配配置，从从而用最最低的成成本获得得最好的的效

17、果。例如，可以只只在个别别工作站站上配备备某些昂昂贵的软软硬件，其它工工作站可可以通过过网络调调用，不不需要每每个工作作站上都都具备齐齐全的资资源。 3.CAD系统统的可视视化可视化技技术将科科学计算算过程中中以及计计算结束束后的数数据和计计算结果果，借助助计算机机图形学学和图像像处理技技术，以以图形图图像的形形式表达达出来，并进行行交互处处理。利利用可视视化技术术可以处处理大量量复杂的的数据，控制和和干涉计计算分析析过程和和设计过过程。它它与多媒媒体技术术结合，能便捷捷、高效效地处理理信息。 4.CAD系统统的智能能化传统的CAD系系统缺乏乏综合和和选择能能力，用用户使用用时，需需要具备备较

18、高的的专业知知识和丰丰富的经经验，为为此人们们研制了了人工智智能专家家系统。利用专专家系统统辅助设设计，可可以使知知识信息息处理与与一般数数值信息息结合起起来，利利用专家家知识来来求解专专门的问问题，机机器的智智能可以以通过知知识的积积累、存存储、联联想、类类比、分分析、计计算、论论证、比比较、优优化等信信息处理理过程，求得问问题的解解答。智智能CAD系统统还不成成熟。2.3计计算机机辅助工工艺规程程（CAPP）通过计算算机辅助助技术，工艺人人员采用用系统化化、标准准化的方方法确定定零件或或产品从从毛坯到到成品的的制造方方法的技技术叫计计算机辅辅助工艺艺规程设设计（computeraidedp

19、rocess planningCAPP）。CAPP的一般般过程是是通过向向计算机机输入被被加工零零件的几几何信息息（形状状、尺寸寸等）和和工艺信信息（材材料、热热处理、批量等等），由由计算机机自动输输出零件件的工艺艺路线和和工序内内容等工工艺文件件。1.CAPP系统的的主要功功能（1）接接收或生生成零件件图上的的几何及及拓扑信信息、工工艺信息息和测量信息息；（2）检检索标准准工艺文文件；（3）选选择加工工方法；（4）安安排加工工路线；（5）选选择机床床、刀具具及夹具具；（6）选选择切削削用量；（7）计计算切削削参数、加工时时间和加加工费用用；（8）进进行工艺艺流程的的优化及及多工序序、单工工序

20、切削削用量的的优化；（9）确确定工序序尺寸和和公差，选择毛毛坯；绘绘制工序序；（10）产生刀刀具运动动轨迹，自动进进行数控控加工编编程；（11）模拟加加工过程程、显示示刀具运运动轨迹迹。2.CAPP系系统的类类型变异异式方法法变异式方方法的工工作原理理建立成成组技术术（GT）基础础上，利利用零件件的相似似性，建建立具有有相似的的工艺规规程的一一组零件件的标准准工艺，采用以以成组技技术（GT）为为基础的的编码系系统，标标准工艺艺规程存存储在计计算机内内，一个个新零件件的工艺艺规程是是通过GT码检检索系统统中已有有的相似似零件的的标准工工艺规程程加以筛筛选、编编辑而成成。变异方法法工作原原理图输入

21、零件件GT编码及辅辅助信息息零件族搜搜索和识识别检索、编编辑标准准工艺路路线检索、编编辑标准准加工路路线输出工艺艺规程工艺过程程结果信信息的存存储零件族矩矩阵文件件工艺路线线文件加工工序序文件其它应用用程序创成成式方法法依靠自身身的决策策逻辑以以及相关关的产品品数据进进行加工工工艺规规划，通通过向计计算机输输入描述述零件信信息，计计算机系系统依据据其知识识决策规规则自动动进行工工艺过程程规划。创成式方方法工作作原理图图输入零件件形状及及其它信信息零件特征征分析分分解工艺设计计、分析析和逻辑辑决策工艺设计计结果的的信息存存储输出工艺艺规程数据库其它应用用程序人工智智能应用人工工智能技技术形成成的

22、CAPP专专家系统统。CAPP专专家系统统由知识识库、推推理机和和用户输输入3部部分构成成。它根根据输入入的零件件信息去去访问知知识库，并通过过推理机机中的控控制策略略从知识识库中搜搜索能够够处理零零件当前前状态的的规则，然后去去执行这这条规则则，并按按照每一一次执行行规则得得到的结结论按先先后次序序记录下下来，直直到零件件加工到到终结状状态，从从而形成成工艺规规程。专家系统统方法代代表发展展趋势，但需完完善。专家系统统方法工工作原理理图用户系统用户户界面解释与推推理系统统推理机推理控制专家知识采集集系统知识库规则事实2.4全生命命周期设设计 1全生生命周期期设计全生命周周期设计计技术是是现代

23、设设计技术术的重要要内容。产品设设计不仅仅进行产产品的功功能和结结构设计计，而且且对产品品的全生生命周期期，包括括产品的的规划、设计、制造、销售、使用、维修直直至报废废、回收收处理的的全过程程，进行行系统的的设计。这意味味着在设设计阶段段就要考考虑到产产品生命命历程的的所有环环节，以以求产品品全生命命周期设设计的综综合优化化。 2全生生命周期期设计的的特点集成性性：全生生命周期期设计依依赖于各各环节、各部分的设设计人员员分工协协作。开放性性：全生生命周期期设计涉涉及的人人和领域域复杂，因此此设计方方案建立立在开放放的基础上。前瞻性性：为了了保证制制造的产产品一次次成功，在设计过程程中，不不仅考

24、虑虑产品的的功能、造型型的复杂杂性，而而且要考考虑产品的可靠靠性。 分布式式环境：由于工工作地点点的分散散性，每每个设计计人员都有有自己的的终端，所以为为了保证设计工工作的快快速协作作完成，必须有完善网网络环境境和分布布式知识识库来保证设计计人员彼彼此之间间的信息息传递和资源共共享。标准数数据管理理：为保保证数据据的一致致性和共共享性，在产品数数据交换换标准（Standardforthe exchange of productmodeldata，STEP）的支支持下实现集成成的并行行的开发发工作。2.并行行设计并行设设计的提提出传统的产产品开发发过程是是：市场调研研产品计划划产品设计计试制样机

25、机修改设计计工艺准备备正式投产产缺点：设计阶段段不能及及早发现现制造过过程中和和后续环环节的问问题，一一旦出现现问题，需要重重新修改改设计，后续阶阶段和与与设计相相关的环环节也要要随之改改变。这这种模式式周期长长，导致致产品成成本增加加。随着产品品种类和和质量的的提高，要求产产品研发发周期短短，因而而提出了了并行设设计。并行设设计并行设计计是集成成的并行行的产品品设计方方法，强强调在产产品开发发的初期期阶段就就全面考考虑产品品生命周周期的各各个阶段段对产品品设计的的综合影影响，从从而实现现产品全全生命周周期的优优化设计计。在并并行设计计中，产产品开发发的各项项活动尽尽可能在在时间上上平行进进行

26、。要要实现这这一目标标，必须须依靠先先进的组组织形式式和管理理方法。在组织织上，并并行设计计需要建建立由各各阶段专专家组成成的多功功能设计计小组，并采用用全过程程协调技技术。并并行设设计通过过及时改改进产品品设计方方案，可可使早期期生产中中工程变变动次数数减少50以以上，产产品开发发周期缩缩短4060，成本降降低3040。2.5绿色设设计1绿色色设计的的主要内内容（1）材材料选择择：不仅仅考虑产产品的使使用和性性能，而而且考虑虑其对环环境的影影响。选选用无毒毒、无污污染和易易回收、可重用用、易降降解材料料。（2）产产品可拆拆卸性设设计：设设计的结结构易于于拆卸，因而维维护方便便，在产产品报废废

27、以后可可重用部部分能有有效地回回收和重重复使用用，达到到节约资资源和能能源的目目的。（3）产产品可回回收性设设计：设设计初期期充分考考虑零件件材料回回收的可可能性。回收价价值大小小，回收收处理方方法和相相关问题题，实现现材料资资源和能能源利用用的最大大化和对对环境污污染最小小。（4）绿绿色产品品的成本本分析：绿色产产品的成成本分析析和传统统产品成成本分析析不同，由于产产品设计计初期考考虑了产产品的回回收、再再利用和和环保问问题，因因而降低低了环保保费用。（5）绿绿色产品品设计数数据库：数据库库主要内内容包括括产品生生命周期期中与环环境、经经济等有有关的数数据，还还包含产产品制造造、装配配、销售

28、售、使用用过程中中所生产产的附加加物数量量及对环环境的影影响值，以及对对环境评评估准则则所需的的各种判判断准则则。2绿色色设计的的关键技技术面向材材料的设设计技术术传统设计计：选择择材料时时较少考考虑对环环境的影影响，包包括材料料本身对对环境的的影响。材料加加工过程程对环境境的影响响，材料料报废对对环境环环境的影影响。绿色设计计：在产产品的整整个生命命周期，以材料料对环境境的影响响为控制制目标，在实现现产品功功能要求求同时，使材料料对环境境污染最最小，能能源消耗耗最少。（1）面面向材料料设计技技术的主主要内容容产品计划划阶段：采用产产品的技技术性、经济性性和环保保性三维维指标进进行产品品设计的

29、的可行性性分析，确定与与环境协协调的方方案。方案设计计阶段：对产品品各种可可行性方方案评定定时，除除了考虑虑产品性性能和经经济性之之外，还还要评定定材料的的环境。结构设计计阶段：结构具具有应用用的功能能，良好好的工艺艺性，同同时满足足易于拆拆卸和回回收。详细设计计阶段：对产品品所用的的材料及及其拆卸卸、回收收性能和和可重复复利用性性能进行行统计建建库。（2）对对材料选选择的要要求对材料提提出更高高的要求求：不仅仅满足产产品的基基本性能能要求，还应有有利于环环保。减少产品品所用材材料种类类选用废弃弃后能自自然分解解并为自自然吸收收选用不加加涂镀的的原材料料，便于于回收选用再生生材料，便于循循环利

30、用用（3）面面向材料料的设计计技术发发展趋势势建立系统统的面向向材料设设计技术术的基础础理论和和方法搜索、整整理面向向材料设设计所需需的数据据资料，进而指指导设计计建立绿色色材料的的评价体体系，评评价模型型和评价价标准建立适合合绿色设设计的材材料管理理方法和和数据库库开发基于于绿色设设计的材材料选择择专家系系统面向能能源的设设计技术术采用对环环境影响响最小和和资源消消耗最少少的能源源供给方方式支持持产品的的整个生生命周期期。（1）基基本要求求：在设计理理念上采采用合适适的能源源供给方方式在满足功功能的前前提下，尽量减减小能量量消耗充分预见见各环节节的能量量消耗形形式，寻寻求合理理、高效效、经济

31、济的回收收和再利利用方法法使产品加加工过程程能量消消耗最少少（2）发发展趋势势对可用的的新能源源建立与与设计相相结合的的技术规规范和标标准。建立面向向能源设设计的数数据库、模型库库和运行行环境标标准。寻求合理理的设计计参数，控制材材料应用用和环境境影响方方面的变变化，从从而达到到设计的的绿色化化。面向拆拆卸的设设计技术术（designfordisassembly，DFD）在设计过过程中，将可拆拆卸性作作为设计计目标之之一，使使产品的的结构不不仅便于于制造，而且便便于装配配、拆卸卸、维修修和回收收。其基基本准则则：（1）拆拆卸工作作量少包包括零零件合并并原则，减少零零件所用用种类，材料相相容性原

32、原则和有有害材料料集成原原则。（2）结结构可拆拆卸采采用易于于拆卸和和未破坏坏的联结结方法，紧固件件少原则则，简化化拆卸运运动原则则，装配配及拆卸卸可达性性原则。（3）拆拆卸易操操作（4）易易于分离离包括一次次表面原原则，便便于识别别零部件件标准化化，模块块化原则则。（5）产产品结构构的可预预估性。避避免免将易老老化、易易腐蚀的的材料与与需要拆拆卸、回回收的材材料零件件组合，防止要要拆卸回回收的零零件被腐腐蚀。面向回回收的设设计技术术（designforrecovering& recycling，DFRR）（1）重重用（2）再再加工（3）高级回回收：重重新处理理以后被被用于更更高价值值的产品中

33、中（4）次级级回收：回收零零件用于于低价值值产品中中（5）三级级回收：化合分分解，生生产新材材料（6）四四级回收收：燃烧烧回收，用作燃燃料发电电（7）处理理（disposal）（填填埋）第三章现现代代加工技技术1.现代代加工技技术(1）.定定义及内内容各种加工工方法和和制造工工艺的总总称。包包括先进切切削加工工技术、成形加加工技术术、变形加工技技术、联联接加工工技术、材料性性能调整技术和和特种加加工技术术。 切削加工工内容切削加工工技术：（包括括车、铣铣、刨、钻、磨磨、拉等等）效率高、成本低低是精加加工和最最后成形形的重要要手段。成形加工工：铸造造、粉末末冶金、塑料成成型。变形加工工：锻造造、

34、钣金金、轧制制、挤压压、拉拔拔联接加工工：机械械联接（螺钉，螺栓）、焊接接、粘接接和装配材料性能能调整：热处理理和其它它表面处处理技术术特种加工工：化学学、电化化学、电电火花、超声、激光、RP等等（2）现现代加工工技术的的特点：加工精度度高：尺寸精度度、形状状精度和和表面粗粗糙度均均达到纳纳米级加工效率率高：超高速切切削、磨磨削技术术使效率率大大提提高加工材料料范围广广：超硬材料料、超塑塑材料、高分子子材料、复合材材料、工工程陶瓷瓷等加工设备备先进：采用CAD/CAM技技术、柔柔性好、可加工工复杂形形状切削加工工低能耗耗：切削力为为原来的的1/3，能耗耗低。2.超高速速加工技技术（1）定定义指

35、采用超超硬材料料刀具、磨具和和高速运运动的设设备加工工零件的的现代加加工技术术。通过过极大的的提高切切削、磨磨削速度度，提高高加工质质量、加加工精度度和降低低成本。超高速加加工的切切削速度度为普通通的切削削的10倍。钢钢为600m/min，铸铸铁900m/min5000m/min，铝合金2000 m/min7500m/min，钛钛合金150m/min1000m/min，纤维维增强材材料2000m/min9000m/min各种加工工工序的的切削速速度的范范围：车车削：700 m/min7000m/min，铣削300m/min6000m/min，磨磨削150m/s以上上，钻削削200 m/min1

36、100m/min主轴转速速 日本本FANVC5500r/min，意大利利FIDIA7500r/min定位精度度达到0.5um0.05um快快进速速度4060m/min国内水平平，主轴轴转速10000r/min，快进进速度30m/min（2）超超高速加加工的应应用领域域大批量生生产如如汽车刚度较小小的元件件 如薄薄壁（厚厚度1mm）零零件（航航空航天天）复杂曲面面磨磨具超精密加加工超硬材料料，超塑塑材料（3）使使用刀具具PCD、CBN、SiN（氮氮化硅）、涂层层刀具、TiN、TiAlN（氮氮化铝钛钛）（4）超超高速加加工单元元制造技技术、超高高速主轴轴单元制制造技术术超高速主主轴单元元是超高高速

37、加工工机床的的关键部件。包包括主轴轴动力源源、主轴轴轴承和和机架四四个部分。涉涉及的研研究内容容有：主主轴材料料、结构构、轴承、超超高速主主轴系统统动态特特性及热热态特性性。柔性主轴轴及其轴轴承的弹弹性支撑撑技术，润滑与与冷却。电主轴部部件电主轴由由转子、轴承、外壳、电机组组件和测测角系统统组成。并配备备冷却系系统、润润滑系统统和变频频驱动电电气装置置，形成成一个独独立的单单元，可可以直接接装配到到各种加加工中心心和超高高速磨床床上，实实现无中中间环节节的直接接传动。电动机一一般为感感应式集集成主轴轴电机。目前开开发出一一种使用用铌的永永磁电机机，其效效率高，功率大大，扭矩矩大，易易于对使使用

38、中产产生的温温升在线线控制，冷却简简单，体体积小，结构紧紧凑，所所以有可可能取代代感应式式集成主主轴电动动机。滚珠轴承承高速主主轴（转转速达90000r/min）高速切削削机床上上的主轴轴多数为为滚珠轴轴承电动动主轴，压力角角为15或25的的角接触触滚珠轴轴承，精精度为C级或B级。润润滑方式式为油脂脂润滑、油雾润润滑、喷喷油润滑滑。主轴轴精度取取决于轴轴承。目目前，市市场上高高速主轴轴的回转转精度可可达0.5um。液体静压压轴承高高速主轴轴（转速速达30000r/min）与滚珠轴轴承相比比，径向向刚度较较低，轴轴向刚度度高，宜宜于轴向向切削力力较大的的场合。此外，液体静静压轴承承的油膜膜阻尼大

39、大，动态态刚度高高，适合合于铣削削的断续续切削过过程。特特点：运运动精度度高，回回转误差差小于0.2um，因因而可以以提高刀刀具使用用寿命、加工精精度和降降低表面面粗糙度度。空气静压压轴承高高速主轴轴进一步提提高主轴轴转速和和回转精精度。转转速达100000r/min，回回转精度度50nm，可可采用金金刚石刀刀具进行行镜面铣铣削，加加工工件件形状精精度和表表面粗糙糙度要求求高的场场合。缺点：承承载能力力低，维维护费用用高磁悬浮高高速主轴轴磁浮主轴轴的转子子由两个个径向和和两个轴轴向轴承承支撑，转子与与支撑间间隙一般般在0.1mm左右。磁浮主主轴可采采用较大大轴径，因而刚刚性较大大，承载载能力强

40、强。回转转精度可可达0.2um。（回回转精度度取决于于主轴内内的位移移传感器器的精度度和灵敏敏度及控控制电路路的控制制精度）优点：精精度高，转速高高，刚性性好缺点：机机械结构构复杂，需要一一套传感感器和控控制电路，所所以价格格高，必必须有很很好的冷冷却系统。超高速速加工进进给单元元制造技技术关键技术术超超高高速加工工进给单单元是超超高速加加工机床床的重要要组成部部分。包包括：伺伺服驱动动技术、滚动元元件技术术、检测测单元技技术和诸诸如：防防尘、防防噪声、冷却润润滑、安安全等周周边技术术。要求求能达到到高速和和瞬间加加速及瞬瞬时准停停性。关关键技技术：高高速位置置环芯片片的研制制，高速速精密交交

41、流伺服服系统及及电机的的研究，直线伺伺服电机机的研制制，加减减速控制制技术，超高速速进给系系统的优优化设计计、虚拟拟设计，高精度度滚珠丝丝杠副及及大导程程滚珠丝丝杠副的的研制，高精度度导轨，新型导导轨摩擦擦副的研研究等。超高速进进给单元元的技术术指标滑台驱动动系统：进给速速度达60m/min直线电机机驱动：进给速速度达200m/min由于直线线电机与与滑台连连在一起起，无间间隙，惯性小，刚度大大而无磨磨损。通通过控制制电路可可以实现高高速和高高精度驱驱动。直线电机机的特点点（a）高高速响应应（系统统中取消消了一些些惯性大大的机械械传动件件）（b）定位精精度高（取消了了由于丝丝杠等机机构间隙隙和

42、误差差）（c）传传动刚度度高（由由于“直直接驱动动”，避避免了启启动、变变速和换向时时系统的的弹性变变形、摩摩擦磨损损和反向向间隙造造成的运动动滞后）（d）速度度快、加加减速过过程短：直线电电机最早早用于磁磁悬浮列车（时速500km/h）可获获得高的的加速度度，一般可达2g10g。一般般滚珠丝丝杠最大大加速度度只有0.1g0.5g。（e）行程程长度不不受限制制（f ）噪噪声低（取消了了丝杠等等传动）（g）效率率高（无无中间传传动环节节）超高速加加工刀具具和磨具具PCD、CBN、Si3N4、涂层层刀具、TiN、TiAlN等3.超精密加加工技术术（1）概述超精密加加工指尺尺寸精度度0.1um0.0

43、1um，Ra：0.025um0.01um，包括括：金刚刚石刀具具超精密密车削、超精密密磨料加加工、超超精密特特种加工工和复合合加工、超精密密测量。目前，正在朝朝纳米级级工艺水水平发展展。 加工对象象：激光光聚焦腔腔、高密密度磁盘盘、磁鼓鼓、雷达、陀陀螺、IC相关关技术加工技术术：方法法和机理理材料技术术：工具具材料和和工件材材料加工设备备：精度度、刚度度、稳定定性、自自动化测量及误误差补偿偿技术：环境：温温度10.02 甚至至0.0005湿湿度度5560，洁净净度1000级级100级100指指每立方方英尺空空气中大大于0.5um的尘埃埃100个个（2）超超精密切切削加工工超精密铣铣床关键部件件

44、：高精精度主轴轴、低摩摩擦高平平稳性滑滑台。主主轴采用用气体静静压支撑撑，滑台台采用气气体静压压系统支支撑超精密金金刚石车车床主轴采用用气体静静压轴承承，轴向向和径向向运动误误差50nm，滑台台采用高高刚性、高阻尼尼和高稳稳定性的的液体静静压支撑撑。（3）超超精密磨磨削和磨磨料加工工超精密砂砂轮磨削削技术：加工工精度0.1um，表表面粗糙糙度Ra0.025um砂砂轮，CBN磨磨料，砂砂轮线速速度60m/s以上， 工件件进给速度度5m/min以上超精密砂砂带磨削削技术：切削削速度35m/min，表面面粗糙度度Ra0.043um双端面精精密磨削削技术：为平平面磨削削，工件件既公转转又自传传，磨料料

45、粒度30008000，用于磁磁盘基片片等零件件的超精精密加工。电泳磨削削技术电泳：带带电粒子子在电场场中向与与自身带带电相反反的电极极运动的的现象。机理：在在加工过过程中，磨粒在在电场力力的作用用下向磨磨具表面面运动，并在磨磨具表面面沉积形形成一层层细磨粒粒吸附层层，利用用该吸附附层对工工件进行行磨削加加工，同同时新的的磨粒又又不断补补充，使使磨粒微微刃保持持锋利。如果磨磨粒表面面凹凸不不平，凹凹陷处电电流大，新磨粒粒更容易易在凹陷陷处沉积积，从而而保证沉沉积层平平整。超精密研研磨与抛抛光技术术（a）超超精密研研磨技术术精精度度0.1um，Ra0.02um用用于：块规、球面空空气轴承承、半导导

46、体硅片、光学学镜头。（b）电解解研磨（电化学学机械）（4）超超精密特特种加工工激光、电电子束、离子束束（三束束）、 微细EDM，用用于IC芯片刻刻线，0.1um 线芯。电化学学加工技技术a.原理理阳极极溶解原原理NaClNaClH2OH+OH阳极可能能发生的的电化学学反应若阳极为为Fe，在外电电源的作作用下放出3个（或或2个）电子，形成三三价或二价的的铁离子子Fe-2eFe2E=-0.59VFe-3eFe3E=-0.323V4OH4eO2E=0.867V2Cl2eCl2E=1.334V根据电极极反应的的基本原原理，电电极电位位最负的的物质首首先在阳阳极反应应。因此此，在阳阳极首先先Fe2溶解，

47、最最大可能能出现Fe3。Fe2与OH化合形成成氧化亚亚铁（绿绿色絮状状物）Fe22OHFe(OH)2Fe(OH)2被空气中中的O2氧化成氢氢氧化铁铁黄褐色色沉淀物物4Fe(OH)22H2OO24Fe(OH)3阴极上可可能发生生的反应应2H2eH2E=-0.42VNaeNaE=-2.69V据据电极反反应原理理，在阴阴极上电电极电位位最高的的物质先先反应，因此，在阴极极上全析析出氢气气。电化学加加工原理理图b.电化化学加工工设备示示意图1直流流电源924V2工具具阴极3工具具阳极4电解解液泵5电解解液c.应应用枪炮的来来复线飞机发动动机叶片片d.电电化学抛抛光原理：阳阳极溶解解用途：表表面光整整加

48、工电极与工工件距离离几十到到几百毫毫米，电电流密度度小，表表面微观观不平引引起电场场畸变，凸凹处处电力线线密度大大场强大大首先溶溶解，达达到表面面平整的的目的。关键：电电解液的的配方，电参数数，温度度。e.电化学机机械光整整加工原理：阳阳极溶解解机械械切削使用钝性性电解液液NaNO3阳极溶解解后会在在工件上上形成钝化膜膜，阻止止进一步步溶解砂条用用机械力力刮掉钝钝化膜，露出出新鲜金金属，促促使进一步阳阳极溶解解。电化学机机械抛光光轧辊f.ELID磨削削砂砂轮在在线修整整工艺超声波波加工a.原原理利用工具具端面做做超声振振动，通通过磨料料悬浮工工作液加加工硬脆脆材料超声波1.6KHz左左右，纵纵

49、波。组组成：（1）电源：提供高高变电压压的能量量（2）换能器器：将交交变电压压变换成成机械振振动（3）变幅幅杆：将将换能器器输出的的振动放放大到振振幅，振幅幅0.050.1mm（4）工具具：钛合合金（5）磨粒粒悬浮工工作液（6）工工件：硬硬脆材料料，玻璃璃陶瓷等等超声波机机床b.关关键技术术：变幅杆杆c.用途途不导电的的硬脆材材料加工工，微细细加工超声波焊焊接，食食品，医医药，塑塑料制品品超声波复复合加工工：超声声波车削削、磨削削、挤压，超超声波电电火花激光加工工a.激激光的产产生：处于基态态E1的的钕离子子吸收氙氙灯的很很高范围围的光谱谱而被激激发到E4能级级，在E4能级级的寿命命很短。通过

50、无无辐射跃跃迁到E3能级级，E3能级寿寿命较长长达到3x104s，形成成了E3和E2能级的的粒子数数反转，当E3能级粒粒子回到到E2能能级时发发出波长长为1.06um的红红外激光光。此此红外线线照射工工作物质质又是更更多的E3能级级的粒子子跃迁到到E2。b.应应用打孔切割焊接热处理电子束加加工a.电电子枪枪系统获得电子子束包括括发射阴阴极，控控制栅极极和加速速阳极b真空空系统维持1.33x1021.33x104Pac.控控制系系统和电电源控制系统统包括：束流聚焦焦控制提高高电子束束的能量量（电磁磁透镜）束束流位置置改改变电子子束方向向（磁偏偏转）束束流强度度工工作台台移动d.应应用打孔，加加工

51、玻璃璃、陶瓷瓷、宝石石喷丝头异异形孔（直径0.030.07mm）光刻弯孔离子束束加工灼热的灯灯丝发射射电子，在阳极极的作用用下向下下运动。同时受受到电磁磁线圈的的作用，变成螺螺旋运动动。氩气气从上口口注入电电离室，在电子子的作用用下被电电离成等等离子体体。阴极极和引出出板各有有数百个个0.3mm的的小孔，上下对对齐，在在引出电电板的作作用下形形成数百百条准直直离子束束打到工工件上。应用刻蚀粒子注入入加工4快速成成型制造造技术（RP）（1）概概述RP技术术是制造造技术领领域的革革命性进进展，可可以与数数控技术术相比，RP综综合运用用了计算算机技术术、CAD技术术、数控控技术、激光技技术和材材料技

52、术术，可以以自动、直接、快速精精确低将将设计思思想物化化为具有有一定功功能的原原型或零零件。原理：采采用离散散/堆积积成形原原理过程：由由3DCAD软件设设计零件件的3D实体模模型型，然然后根据据工艺要要求，将将3D实实体模型型按一定定的厚度度分层，将3D模型转转化为2D信息息，再将将分层后后的分层层信息进进行处理理，产生生数控代代码；数数控系统统以平面面加工的的方式，有序地地连续加加工出每每个薄层层，并将将它们连连接起来来。RP原理理图设计方案案3DCAD3D模型型模型处理理快速成型型机三维实体体3D扫描描产品原型型（2）RP工艺艺光刻工艺艺SLA（stereolithographyappa

53、ratus）分层实体体制造工工艺LOM（laminatedobject manufacturing）：熔融沉积积工艺FDM（fuseddepositionmodeling）选择性激激光烧结结工艺SLS（select laser sintering）与SLA相似，区别在在于SLA材料料是液态态的紫外外光敏可可凝固树树脂，而而SLS使用粉粉末材料料。3D打印印粘结工工艺3DP（threedimensionalprinting）5.电火火花加工工技术第四章制造自动动化技术术制造自动动化技术术4.1概概述4.2数数控加工工技术4.3工工业机器器人4.4柔柔性制造造系统4.5计计算机集集成制造造系统CI

54、MS主要内容容:4.1概述制造自动动化技术术是先进进制造技技术中重重要的组组成部分分。制造自动动化的任任务是研研究对制制造过程程的规划划、管理理、组织织、控制制与协调调优化等等环节的的自动化化，以实实现制造造过程的的高效优优质低耗耗和洁净净的目标标。4.1概述主要内容容:制造自动动化的内内涵制造自动动化技术术的发展展趋势4.1.1制制造自动动化的内内涵形式:通过制造造系统代替人的的体力劳劳动代替或辅辅助人的的脑力劳劳动实现人、机器及及整个系系统的协协调、管理理、控制制和优化化4.1.1制制造自动动化的内内涵T (time):通通过自动动化技术术，提高高市场响响应能力力缩短产产品生产产周期Q (

55、quality):通通过自动动化技术术，提高高产品质质量C (cost):通通过自动动化技术术，降低低成本S (service):通通过自动动化技术术，做做好客户户服务，减轻体体力、脑脑力劳动动功能:可通过T、Q、C、S、E等功能目目标描述述功能目标标包括:4.1.1制制造自动动化的内内涵产品研发发自动化化:CAD/CAPP/CAM一体体化技术术、并行行工程、虚拟现现实等生产过程程自动化化:数控控加工技技术、工工业机器器人、FMS、CIMS范围:4.1.2制制造自动动化技术术的发展展趋势敏捷化网络化虚拟化智能化全球化绿色化主要包括括一下几几个方面面:4.1.2制制造自动动化技术术的发展展趋势指

56、产品的的整个制制造周期期具备敏敏捷性和和主动的的综合应应变能力力。敏捷化:柔性:机械柔性性、工艺艺柔性、运行柔柔性、扩展(柔性)功能、劳劳动柔性性。(主要靠数控技术术)重构能力力:产品模块块化实实现快速速重组重重构增强对新新产品开开发的快快速响应应能力集成制造造工艺4.1.2制制造自动动化技术术的发展展趋势制造环境境内部的的网络化化、实现现制造过过程的集集成(车车间)制造环境境与制造造企业的的网络化化 实现现企业中中工程设设计、管管理信息息系统等等各子系系统的集集成(企企业)企业之间间的网络络化实现现企业之之间的资资源共享享、组合合与优化化利用；通过网网络实现现异地制制造网络化:4.1.2制制

57、造自动动化技术术的发展展趋势虚拟化:基于数字字化技术术主要包括括:虚拟拟现实、虚拟产产品开发发虚虚拟制造造、虚拟拟企业制造虚拟拟化以制制造技术术和计算算机技术术支持的的系统建建模技术术和仿真真技术为为基础集集现代制制造工艺艺、计算算机图形形学、并并行工程程、人工工智能、虚拟现现实技术术和多媒媒体技术术为一体体，由多多学科知知识形成成的一种种综合系系统技术术。它将将现实制制造环境境及其制制造过程程通过建建立系统统模型映映射到计计算机及及其相关关技术所所支撑的的虚拟制制造全过过程，并并对产品品制造及及制造系系统的行行为进行行预测和和评价。虚拟制造造是实现现敏捷制制造的重重要关键键技术。4.1.2制

58、制造自动动化技术术的发展展趋势智能化:智能化是是制造系系统在柔柔性化和和集成化化基础上上的发展展和延伸伸，宗旨旨在于通通过人与与智能机机器的合合作去扩扩大、延延伸和部部分取代代人类专专家在制制造过程程中的脑脑力劳动动，实现现制造过过程的优优化。4.1.2制制造自动动化技术术的发展展趋势全球化:市场国际际化形成成全球产产品销售售网络产品开发发、设计计的国际际合作及及产品制制造跨国国化制造企业业在世界界范围内内重组与与集成(如企业动动态联盟盟)资源的跨跨地区、跨国家家的协调调、共享享、优化化和利用逐渐形成成全球制制造的体体系结构构4.1.2制制造自动动化技术术的发展展趋势绿色化:在整个过过程中最最

59、有效地地利用资资源和最低低限度地地生产废废物包括:绿色资源源、绿色色生产过过程、绿绿色产品品绿色制造造是一个个综合考考虑环境境影响和和资源效效率的现现代制造造模式，目标是是使产品品从设计计、制造造、包装装、运输输、使用用到报废废处理的的整个过过程生命命周期内内，对环环境的影影响最小小，资源源利用率率最好。绿色制造造是全球球可持续续发展战战略对制制造业地地具体要要求和体体现。4.2数控加加工技术术数控加工工技术是是指高效效、优质质地实现现产品特特别是复复杂形状状零件加加工的有有关理论论、方法法与实现现技术。它是自自动化、柔性化化、敏捷捷化和数数字化制制造加工工的基础础与关键键技术。特点是:具有复

60、杂杂形状的的加工能能力高质量高效率高柔性4.2数控加加工技术术数控加工工技术主主要内容容:数控技术术数控机床床4.2.1数数控技术术数控技术术是制造造自动化化和柔性性化的一一项重要要基础技技术，广广泛用于于各类数数控机床床。目前前的数控控技术采采用开放放式结构构，建立立在统一一标准的的系统平平台上，具有模模块化、可重新新配置的的特点，可运行行在各种种不同的的系统平平台上，可根据据用户的的特殊需需要进行行配置。4.2.2.1数控控机床的的分类数控机床床、数控控铣床、数控钻钻床、数数控磨床床等，加加工中心心数控冲床床、弯管管机等控电火花花加工机机床、数数控线切切割、激激光、水水刀等按工艺分分:4.