现代先进制造技术

现代先进制造技术第一页，共三十九页，2022年，8月28日现代制造技术：传统制造技术不断吸收机械、电子、信息、材料、能源及现代管理技术的最新成果，将其综合应用于制造全过程，实现优质、高效、清洁、灵活生产，取得理想技术经济效果的制造技术总称。第二页，共三十九页，2022年，8月28日现代制造技术的特征：1、传统制造技术的学科、专业单一，界限分明，而现代制造技术的各学科、专业间不断交叉融合，其界限逐渐淡化，甚至消失。2、传统制造技术一般单指加工制造过程的工艺方法，而现代制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造到产品销售及使用维修的全过程，以实现上市快、质量好、成本低、服务好（TQCS），满足不断增长的多样化需求。3、生产规模的扩大及最佳技术效果的追求，使现代制造技术更加重视技术与管理的结合，重视制造过程的简化及合理化，产生了一系列技术与管理相结合的新的生产方式。4、现代制造技术应能不断被优化和推陈出新，既有鲜明的时代特征，具有相对和动态的特点。第三页，共三十九页，2022年，8月28日并行工程（CE）

CE(concurrentengineering)是一种企业组织、管理和运行的先进设计、制造模式；是采用多学科团队和并行过程的集成化产品开发模式。它把传统的制造技术与计算机技术、系统工程技术和自动化技术相结合，在产品开发的早期阶段全面考虑产品生命周期中的各种因素，力争使产品开发能够一次获得成功。从而缩短产品开发周期，提高产品质量和降低产品成本。第四页，共三十九页，2022年，8月28日并行工程的核心内容：1、产品开发队伍重构——将传统的部门制或专业组变成以产品为主线的多功能集成产品开发梯队。它被赋予相应的职责和权利，对所开发的产品负责。2、过程重构——从传统的串行产品开发流程转变为集成的、并行的产品开发过程。并行过程不仅是活动的并发，更主要的是下游过程在产品开发早期参与设计的过程；另一方面是过程的改进，使信息流动与共享。3、数字化产品定义——包括两方面，数字化产品模型和产品生命周期数据管理；数字化工具定义和信息集成。4、协同工作环境——用于支持开发团队协同工作的网络和计算机平台。第五页，共三十九页，2022年，8月28日逆向工程（RE）逆向工程(reverseengineering)也称反求工程、反向工程，是在没有原始图样、文档或CAD模型数据的情况下，通过对已有的实物的工程分析和测量，得到重新制造产品所需的几何模型、物理和材料特性等数据，从而复制出已有产品的过程。作用：产品仿制新产品设计旧产品的改进（改型）第六页，共三十九页，2022年，8月28日基本步骤和关键技术：1、快速准确测出实物零件或模型的三维轮廓坐标数据（表面数据化）2、根据三维轮廓数据重构曲面。并建立完整、正确的CAD模型。流程图：样件——样件三维数据获得——数据处理——曲面生成——修整——NC代码生成——NC加工——产品第七页，共三十九页，2022年，8月28日敏捷制造(AM)它(AgileManufacturing)是一种战略决策，指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变化莫测的市场需求的快速反应。敏捷制造的提出背景敏捷制造的主要概念(全新企业概念全新的组织管理概念全新的产品概念全新的生产概念)敏捷制造主要特征——虚拟企业（公司）(功能的虚拟化组织的虚拟化地域的虚拟化)第八页，共三十九页，2022年，8月28日精益生产(LeanProduction)

精益生产的出现----丰田汽车公司概念：在准时制生产方式、成组技术以及全面质量管理的基础上逐步完善的，它强调以社会需求为驱动，以人为中心，以简化为手段，以技术为支撑，以尽善尽美为目标。主张消除不产生附加价值的活动和资源，从系统观点出发将企业中所有的功能合理地组合；以利用最少的资源、最低的成本向顾客提供高质量的产品服务，使企业获得最大利润和最佳的应变能力。第九页，共三十九页，2022年，8月28日绿色制造一、绿色制造的提出与可持续发展战略二、绿色产品1、概念：在其生命过程（设计、制造、使用和销毁过程）中，符合特定的环境保护和人类健康的要求，对环境无害或危害极少，资源利用率最高，能源消耗最低的产品。2、主要特征：小型化，多功能；使用安全和方便，可回收利用。3、“绿色度”——未来产品设计主要考虑的因素三、绿色制造综合考虑环境影响和资源利用率的现代制造模式。其目标是使产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期内，废弃资源和有害排放物最少。第十页，共三十九页，2022年，8月28日1、核心内容：用绿色材料，绿色能源，经过绿色的生产过程生产出绿色产品。2、追求目标：（1）通过资源综合利用、短缺资源的代用、可再生资源的利用、二次能源的利用及节能降耗措施延缓资源能源的枯竭，实现持续利用；（2）减少废料和污染物的生成和徘放，提高工业产品在生产过程和和消费过程中与环境的相容程度，降低整个生产活动给人类和环境带来的风险，最终实现经济效益和环境效益的最优化。3、实施的关键：技术设计企业管理第十一页，共三十九页，2022年，8月28日快速原型制造技术（RPM）一、概述1、RPM(RapidPrototypingManufacturing)：是一种基于离散/堆积原理的先进制造技术，是在计算机的控制和管理下，直接根据零件的CAD模型，采用材料堆积的方法制造原型或零件的技术。2、起源及发展趋势二、基本原理先有CAD系统构造出所需零件，然后据工艺要求，将CAD模型离散化为一定厚度的层片，在对层片进行一定处理，加入加工参数，生产数控代码，最后在计算机的控制下，数控系统以平面加工方式，有顺序地连续加工出每个片层，并使它们自动粘接而逐步堆积成形。第十二页，共三十九页，2022年，8月28日包含四个过程：CAD数据建模数据处理原型制造物性转换——走向工业实际应用的重要桥梁。包括精密铸造、金属喷涂制模、硅胶模铸造、快速EDM电极、陶瓷型铸造等多项配套制造技术，这些技术与RPM技术结合，形成快速铸造、快速模具制造技术。三、特点及应用1、特点（1）是一种“数字制造”（2）制造的快速性——即时制造第十三页，共三十九页，2022年，8月28日（3）制造技术的高度集成化：集成了计算机技术、数据采集与处理技术、控制技术、材料科学、光学和机电加工等技术。“直接CAD制造”（4）制造的自由性（5）制造过程的高度柔性2、应用：（1）设计校验（2）可制造性分析和供货询价（3）功能验证（4）快速工装或直接制造实际零件第十四页，共三十九页，2022年，8月28日快速成形制模法第十五页，共三十九页，2022年，8月28日四、典型快速原型制造工艺1、光固化立体造型（SLA）2、分层物件制造（LOM）3、选择性激光烧结（SLS）4、熔融沉积造型（FDM）5、三维印刷（3D-P）第十六页，共三十九页，2022年，8月28日光固化立体造型（SLA）

立体平版印刷固化成形示意图1—激光发生器；2—激光束；3—轴升级台；4—托盘；5—树脂槽；6—光敏树脂；7—制成件第十七页，共三十九页，2022年，8月28日分层物件制造（LOM）

物体迭层制造法示意图1—扫描系统；2—光路系统；3—激光器；4—加热辊;5—薄层材料；6—供料滚筒；7—工作平台;8—回收滚筒；9—制成件；10—制成层；11—边角料第十八页，共三十九页，2022年，8月28日熔融沉积造型（FDM）

熔丝沉积制造法示意图1—熔丝材料；2—滚轮；3—加热喷嘴；4—半熔状丝料；5—制成件；6—工作台第十九页，共三十九页，2022年，8月28日选择性激光烧结（SLS）选择性激光烧结法示意图1—粉末材料；2—激光束；3—扫描系统；4—透镜；5—激光器；6—刮平器；7—工作台；8—制成件第二十页，共三十九页，2022年，8月28日高速切削加工技术1、概述:高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术，它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征，在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了越来越广泛的应用，并已取得了重大的技术经济效益，是当代先进制造技术的重要组成部分。

第二十一页，共三十九页，2022年，8月28日高速切削加工的技术特征:

高速切削是实现高效率制造的核心技术，工序的集约化和设备的通用化使之具有很高的生产效率。可以说，高速切削加工是一种不增加设备数量而大幅度提高加工效率所必不可少的技术。其技术特征主要表现在如下几个方面：

1）切削速度很高，通常认为其速度超过普通切削的5～10倍：

2）机床主轴转速很高，一般将主轴转速在10000～20000r/min以上；

3）进给速度很高，通常达15～50m/min，最高可达90m/min

4）对于不同的切削材料和所采用的刀具材料，高速切削的含义也不尽相同；

5）切削过程中，刀刃的通过频率（ToothPassingFreqnency）接近于“机床-刀具-工件”系统的主导自然频率（DominantNaturalFrequency）。

第二十二页，共三十九页，2022年，8月28日1992年，德国Darmstadt工业大学的H.Schulz教授在CIRP上提出了高速切削加工（HighSpeedManufacturing，HSM）的概念及其涵盖的范围，如图所示。认为对于不同的切削对象，图中所示的过渡区（Transition）即为通常所谓的高速切削范围，这也是金属切削工艺相关的技术人员所期待的或者可望实现的切削速度。第二十三页，共三十九页，2022年，8月28日与传统加工相比，由于高速切削显著地提高了切削速度，从而导致工件与前刀面的摩擦增大并导致切屑和刀具接触面温度的提高。在该接触点，摩擦带来的高温能达到工件材料的熔点，使得切屑变软甚至液化，因而大大减小了对切削刀具的阻力，也就是减小了切削力，使得切削变得轻快，切屑的产生更加流畅。同时由于加工产生的热量的70%～80%都集中在切屑上，而切屑的去除速度很快，所以传导到工件上的热量大大减少，提高了加工精度。高速切削加工技术的优点主要在于：提高生产效率；提高加工精度和表面质量；降低切削阻力。

第二十四页，共三十九页，2022年，8月28日2.汽车覆盖件及零件模具的高速切削加工高速铣削技术在加工三维自由曲面、超硬材料方面的具有显著优势。

汽车零件模具：一种型号的汽车往往需上千副模具，为了尽快适应新车型的需要，汽车外、内覆盖件模具和树脂防冲挡的成形模具等均必须缩短制作周期和降低生产成本。因此，高速切削加工是此类模具加工制造的首选工艺方案。模具经过高速、少切削精加工后，钳工修模工作量大为减少，模具制造周期可缩短40%。例如对安全门锁的注塑模采用高速铣削加工，材料硬度为HRC54左右的模具钢，可使用的最小刀具直径为（φ0.6mm，最大切深可达4.8mm，加工时间为3h，表面粗糙度达Ra0.4μm，不再需要钳工工序，大大缩短了加工时间。

第二十五页，共三十九页，2022年，8月28日汽车覆盖件模具：汽车的内、外覆盖件、仪表盘等大都采用注塑模具批量制造，而这些注塑模具一般都是复杂型腔和薄壳结构，普通的切削加工往往不能同时满足表面粗糙度、弯曲度的精度要求，为此还需施以适当的手工精修加工。而采用高速切削加工，能够带来多方面的好处：1）与传统的精加工相比，进一步实现高精度化；2）高速切削加工的每次切除量相当小，可以高速地实现多次精密切削加工，从而大大减少了人工修整的工作量，大大提高了覆盖件模具的加工效率；3）由于切削速度极大提高，与过去的精加工工序相比，加工周期大幅度缩短。

第二十六页，共三十九页，2022年，8月28日第二十七页，共三十九页，2022年，8月28日3、高速切削机床

在刀具直径确定的情况下提高切削线速度，则无疑需要较高的主轴转速；为了通过高速使得刀具的每个齿都获得适当的进给率，则高的进给速度和加速度也是必须的。这一切需要全新的机床制造技术的应用，如高速电主轴，高进给率的大螺距滚珠丝杠等。同时，为了将产生热源的切屑尽快地去除，并更好地润滑前后刀面，油雾润滑冷却装置的应用也尤为重要。显然，为了满足高速切削工艺的要求，首先是对机床本身提出了非常高的要求：高速切削机床必须具备足够高的主轴转速、高的动力学性能、以及高刚度和吸振性能。

第二十八页，共三十九页，2022年，8月28日如瑞士米克朗公司开发的5轴联动高速加工机床HSMU系列，采用了新型的人造大理石床身材料，整体成型的封闭O形结构，为机床的吸振性和刚性打下了良好的基础。大螺距的滚珠丝杠由水冷的伺服电机驱动，保证了高进给速度下机床的稳定性。标准配置的机上激光对刀仪保证了高转速下刀具尺寸的测量精确性，从而保证了加工精度。我国浙江万向集团、烟台霍富汽车锁公司和长春一汽富奥等汽车制造及汽车零部件制造企业已引进了米克朗的高速加工中心及高速5轴联动加工中心。第二十九页，共三十九页，2022年，8月28日第三十页，共三十九页，2022年，8月28日近十年来，上海暨华东地区汽车工业的飞速发展，为高速切削加工提供了巨大的市场需求。上汽集团旗下的大众、通用、汇众、上柴、拖内、荻原等公司正在组建高速切削柔性生产线或高速铣、镗、钻削加工单元，用于汽车内外覆盖件模具及汽车发动机的切削加工。比较常用的切削参数是：主轴转速8000～12000r/min，进给速度40～80m/min，切削深度0.01～0.05mm：毛坯材料为铸钢、锻材、灰铸铁或铝合金等；采用的刀具主要有高速工具钢、硬质合金、CBN、PCD、钛涂层刀具或陶瓷刀具。因此，上述参数范围内的机床设备及刀具材料具有较大的市场需求。第三十一页，共三十九页，2022年，8月28日本课程平时成绩评分原则：1、平时成绩占课程总评成绩的比例：30%2、平时成绩的构成：课堂考勤（10%）、课后作业及平时表现（10%）、实验（10%）3、具体评分方法：根据同学的每项平时成绩的具体情况进行评分，如：缺勤次数、作业完成情况（是否准时交及完成的质量等）、实验报告等。第三十二页，共三十九页，2022年，8月28日复习要点第一章：1、了解我国模具技术的现状及发展趋势2、提高模具的标准化、专业化、商品化意义3、模具制造的基本要求和特点4、熟悉模具制造的工艺路线5、掌握模具的主要加工方法第三十三页，共三十九页，2022年，8月28日第二章：1、了解一般机械加工方法在模具中的应用。（结合具体的一些模具零件加工过程，能够运用恰当方法）2、了解仿形加工及其控制方式；熟悉仿形铣削加工铣刀的结构类型及各自的使用场合；仿形铣削加工的基本形式。3、坐标镗床加工孔系的工艺过程4、熟悉成形磨削的基本原理、成形磨削的方法；夹具成形磨削的夹具及其各自应用场合；5、万能夹具成形磨削的工艺尺寸换算6、处理凸模成形磨削时的磨削顺序第三十四页，共三十九页，2022年，8月28日第三章：1、基本概念：生产过程

工艺过程

机械加工工艺过程

工序

工步

进给基准