机械制造工艺理论和技术的发展

机械制造工艺理论和技术的发展第1页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第一节现代制造工艺理论和技术

一、制造工艺的重要性工艺是制造技术的灵魂、核心和关键工艺是生产中最活跃的因素第2页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四二、现代制造工艺理论和技术的发展（一）现代制造技术理论的形成和特点

计算机技术、数控技术、控制论及系统工程与制造技术的结合，出现了制造系统，形成了现代制造工程学。

现代制造技术的特点主要表现在三个方面：

1）制造已经成为一个系统

2）设计与工艺一体化

3）形成了制造科学（二）现代制造技术的内容和发展方向

现代制造技术的内容和发展方向大体上可以从5个方面来论述。

1）制造系统的自动化、集成化和智能化

2）精密工程

3）特种加工方法

4）快速成形（零件）制造

5）传统加工工艺的改造和革新第3页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第二节先进制造工艺理论一、加工成形机理分层加工内加工刀具材料被加工材料使用的能源第4页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四二、精度原理机械加工原则定位原理尺寸链原理质量统计分析原理第二节先进制造工艺理论第5页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四三、相似性原理和成组技术四、工艺决策原理五、优化原理第二节先进制造工艺理论第6页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第三节现代制造工艺方法一、特种加工技术（一）特种加工的领域

特种加工是指非传统性加工，是相对于常规加工而言的。（二）特种加工方法的种类

1）力学加工

2）电物理加工

3）电化学加工

4）激光加工

5）化学加工

6）复合加工（三）特种加工的特点及应用范围

第7页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第三节现代制造工艺方法二、特种加工方法（一）电火花加工１.电火花加工原理

电火花加工是利用工具电极与工件电极之间脉冲性的火花放电，产生瞬时高温将金属蚀除，又称为放电加工、电蚀加工、电脉冲加工。

第8页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四二、特种加工方法２.电火花加工的基本工艺

１）极性效应

单位时间蚀除工件金属材料的体积或重量，称之为蚀除量或蚀除速度，由于正负极性的接法不同而蚀除量不一样，称之为极性效应。

２）工作液

３）电极材料

必须是导电材料，要求在加工过程中损耗小，稳定，机械加工性好。３.电火花加工的类型

１）电火花成形加工

２）电火花线切割加工４.电火花加工的特点电火花加工可加工任何导电材料，不论其硬度、脆性、熔点如何５.电火花加工的应用范围

第9页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第10页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（二）电解加工１.电解加工基本原理

电解加工是在工具和工件之间接上直流电源，工件接阳极，工具接阴极。２.电解加工的特点３.电解加工方法及其应用

二、特种加工方法第11页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（三）超声波加工超声波加工是利用工具作超声振动，通过工件与工具之间的磨料悬浮液而进行加工。

１.超声波加工的基本原理２.超声波加工设备

主要由超声波发生器、超声频振动系统、磨料悬浮液系统和基本体组成。３.超声波加工特点４.超声波加工方法的应用

二、特种加工方法第12页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（四）电子束加工１.电子束加工原理２.电子束加工装置

主要由电子枪系统、真空系统、控制系统和电源系统等组成。３.电子束加工的应用范围

二、特种加工方法第13页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（五）离子束加工１.离子束溅射加工原理

离子束加工与电子束加工不同，离子束加工时，离子质量比电子质量大千倍甚至万倍，但速度较低，因此主要通过力效应进行加工。２.离子束加工装置

由离子源系统、真空系统、控制系统和电源组成。３.离子束加工的应用范围

二、特种加工方法第14页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（六）激光加工１.激光加工机理

激光是一种通过受激辐射而得到放大的光。２.激光加工设备

主要有激光器、电源、光学系统和机械系统等。３.激光加工特点和应用范围

二、特种加工方法第15页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）快速原型制造和成形制造原理（二）快速原型制造和成形制造方法1、分层实体制造2、光固化立体造型3、选择性激光烧结4、熔融沉积制造5、喷射印制成形6、滴粒印制成形三、快速成形原理第16页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）概念（二）高速加工的特点和应用

1、提高加工效率、降低加工成本

2、提高加工精度和表面质量

3、加工范畴较大

4、提高刀具、砂轮的使用寿命

5、可不加切削液，绿色环保

6、必须有安全保护装置四、高速加工和超高速加工第17页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（三）高速加工的机理（四）高速加工的体系结构和相关技术四、高速加工和超高速加工第18页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工1、概念

现在，精密加工的精度为1--0.1μm，精密加工的精度高于0.1μm2、精密和超精密加工的特点1）“蜕化”和“进化”加工原则

一般加工时，“工作母机”（机床）的精度总是要比被加工零件的精度高，这一规律称之为“蜕化”原则，或称“母性”原则。2）微量切除（极薄切除）

超精密加工时，吃刀量极小，是微量切除和超微量切除，因此对刀具刃磨、砂轮修整和机床均有很高要求。3）形成了综合制造工业系统

精密加工和超精密加工是一门综合性高技术，要达到高精度和高表面质量，要考虑加工方法的选择、加工工具及其材料的选择、被加工材料的结构及质量、加工设备的结构及技术性能、测试手段和测试设备的精度、恒温净化防振的工作环境、工件的定位与夹紧方式和人的技艺等诸多因素，因此精密和超精密加工是一个系统工程，不仅复杂，而且难度很大。4）与自动化联系十分紧密5）特种加工方法和复合加工方法的出现6）加工检测一体化五、精密工程和纳米技术第19页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术第20页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术（1）金刚石刀具超精密切削

1）金刚石刀具超精密切削机理

由于金刚石刀具超精密切削是极薄切削，故其机理与一般切削有较大的差别。

2）影响金刚石刀具超精密切削的因素

第21页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术（2）精密磨削

精密磨削是指加工精度为1~0.1um、表面粗糙度达到Ra0.2~0.025um的磨削方法，它又称低粗糙度磨削。

1）精密磨削机理

a.微刃的微切削作用，磨粒的微刃性和等高性。b.微刃的等高切削作用。

C.微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。

2)精密磨削砂轮及其修整

精密磨削砂轮的修整方法有单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整等。3)精密磨床结构

第22页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第23页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术（3）超硬磨料砂轮精密和超精密磨削

1)超硬磨料砂轮磨削特点

a.可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属难加工材料。

b.磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。

C.磨削效率高

d.加工综合成本低

e.超硬磨料砂轮修整构

第24页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术（4）精密和超精密砂带磨削

1)砂带磨削方式

可分为闭式和开式两大类。

砂带振动磨削是通过接触论带动砂带作沿接触轮轴向振动，可降低表面粗糙度值和提高效率。2)砂带磨削特点及其应用范围

第25页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（一）精密加工和超精密加工

3、精密和超精密加工方法

五、精密工程和纳米技术（5）精密研磨抛光方法

1）磁性研磨

工件放在两磁极之间，工件和极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，如同刷子一般对被加工表面施加压力，并保持加工间隙。

2）软质磨粒抛光

软质磨粒抛光的特点是可以用较软的磨粒，甚至比工件材料还要软的磨粒来抛光。

第26页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四（二）微细加工技术

五、精密工程和纳米技术1.微细加工概念及其特点

微细加工技术是指制造微小尺寸零件加工的生产加工技术。

2.微细加工方法

微细加工方法和精密加工方法一样，也可分为切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工，大多数方法是共同的。

第27页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第四节制造单元和制造系统一、制造单元和制造系统的自动化（一）制造单元和制造系统自动化的目的和举措

（1）单一产品大批量生产的自动化产品单一、批量大时，可采用专用设备、专用流水线和自动线等刚性自动化措施来实现，一旦产品变化，则不能适应。通常采用的自动化措施有以下几项：

1）通用机床的自动化改造。

2）自动机床和半自动机床

3）组合机床

4）自动生产线

第28页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第29页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第四节制造单元和制造系统（2）多品种小批量生产的自动化

1）成组技术

在机械加工中成组技术是成组工艺和成组夹具的综合，它是根据零件的几何形状、尺寸等几何特点和工艺特点的相似性进行分组分类，编制成组工艺，设计成组夹具。

2）数字控制

在制造工艺中，数字控制技术主要是用来控制机床的运动，保证工件的尺寸和形位，由于它所控制的运动是以脉冲数量来计算，每一个脉冲信号机床运动部件所移动的距离称为脉冲当量，故称之为数字控制。

3）适应控制

在机械加工中，在线检测加工状态，并及时修正控制参数，以实现加工过程的优化，获得预定的加工目标或效果，这种控制称为适应控制。

4）柔性制造系统它是当前应用的最广泛的制造系统，一般是指可变的，自动化程度较高的制造系统。

5）计算机集成制造系统

又称之为计算机综合制造系统，一般它是以计算机辅助设计为核心的产品建模信息系统。

一、制造单元和制造系统的自动化（一）制造单元和制造系统自动化的目的和举措第30页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第四节制造单元和制造系统（一）、柔性制造系统的特点和适应范围

有以下突出特点：

1）具有高度的柔性，能实现多种工艺要求不同的同“族”零件加工，实现自动更换工件、夹具、刀具及装夹，有很强的系统软件功能。

2）具有高度的自动化程度、稳定性和可靠性，能实现长时间的无人自动连续工作。

3）提高设备利用率，减少调整、准备终结等辅助时间。

4）具有高生产率。

5）降低直接劳动费用，增加经济收益。二、柔性制造系统（FMS)

第31页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第四节制造单元和制造系统（二）柔性制造系统的类型

（1）柔性制造单元

（2）柔性制造系统

（3）柔性制造生产线二、柔性制造系统（FMS)

第32页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第四节制造单元和制造系统（三）柔性制造系统的组成和机构

柔性制造系统由物质系统、能量系统和信息系统三部分组成。柔性制造系统的主要加工设备是加工中心和数控机床。

二、柔性制造系统（FMS)第33页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第五节先进制造模式（一）计算机集成制造系统（CIMS)概念

计算机集成制造系统是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来，是适合于多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的智能制造系统。一、计算机集成制造（CIM)

第34页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第五节先进制造模式（二）计算机集成制造系统的构成

1.功能构成

1）设计功能

2）加工制造功能

3）生产经营管理功能。一、计算机集成制造（CIM)

第35页，共42页，2022年，5月20日，21点7分，星期四第五节先进制造模式（二）计算机集成制造系统的构成

2.结构构成

3.学科构成一、计算机集成制造（CIM)

第36页，共42页，2