《智能制造概论》课件 第7章 智能化先进制造工艺技术

智能制造概论12第7章智能化先进制造工艺技术7.1超高速切削加工技术37.1.1超高速切削加工的概念与机理20世纪30年代初，德国著名的机械切削物理学家萨洛蒙（CarlSalomon）分析和总结了大量的切削加工试验“速度—温度”曲线，首次提出了超高速切削加工的理论。他指出：在常规的切削速度范围内，切削温度确实随着切削速度的增大而升高；而且在超过一定的切削速度后，由于切削温度的升高超过了刀具的承受能力，刀具的硬度会剧烈降低，刀具发软并出现剧烈磨损，使切削加工无法继续进行。但是，当切削速度继续增大，达到甚至超过一定的数值后，如果再增加切削速度，此时的切削温度不但不会升高，反而会降低，甚至会低于刀具可以承受的温度，这样就可能重新利用现有的刀具进行超高速加工，大幅度地减少切削加工的时间，提高设备的生产效率，这便是超高速切削加工的概念。7.1超高速切削加工技术47.1.2超高速切削加工技术的特点设备的加工效率高工件的热变形小工件的加工精度高、加工质量好创造良好的技术经济效益超高速切削加工技术的特点加工时切削力小设备在加工过程中状态稳定7.1超高速切削加工技术57.1.3超高速切削加工的关键技术超高速切削加工设备的主轴系统123超高速切削加工设备的进给系统超高速切削加工的关键技术超高速轴承技术4超高速切削加工的刀具技术7.2微细加工技术67.2.1微细加工技术的概念和特点

微细加工起源于半导体制造工艺，原指加工尺度约在微米级范围的加工方法。在微机械研究领域中，从尺寸角度，微机械可分为1mm~10mm的微小机械，1μm~1mm的微机械，1nm~1μm的纳米机械，微细加工则是微米级精细加工、亚微米级微细加工、纳米级微细加工的通称。广义上的微细加工，其方式十分丰富，几乎涉及现代特种加工、微型精密切削加工等多种方式，微机械制造过程又往往是多种加工方法的组合。

从基本加工类型看，微细加工可大致分为四类：分离加工——将材料的某一部分分离出去的加工方式，如分解、蒸发、溅射、切削、破碎等；接合加工——同种或不同材料的附和加工或相互结合加工方式，如蒸镀、淀积、生长等；变形加工——使材料形状发生改变的加工方式，如塑性变形加工、流体变形加工等；材料处理或改性和热处理或表面改性等。1．微细加工技术的概念7.2微细加工技术77.2.1微细加工技术的概念和特点2．微细加工技术的特点1多学科的制造系统工程2加工特征以分离或结合原子、分子为加工对象7.2微细加工技术87.2.2微细加工技术主要方法1324微细切削技术是一种由传统切削技术衍生出来的微细切削加工方法，主要包括微细车削、微细铣削、微细钻削、微细磨削、微冲压等微细切削技术微细电火花加工技术的研究起步于20世纪60年代末，是在绝缘的工作液中通过工具电极和工件间脉冲火花放电产生的瞬时、局部高温来熔化和汽化蚀除金属的一种加工技术微细电火花加工技术蚀刻的基本原理是在被加工零件的表面贴上一定形状的掩膜，经蚀刻剂的淋洒并去除反应产物后，工件的裸露部分逐步被刻除，从而达到设计的形状和尺寸蚀刻加工技术微细电解加工是指在微细加工范围内（1～l000nm），利用金属阳极电化学溶解去除材料的制造技术，其中材料的去除是以离子溶解的形式进行的，在电解加工中通过控制电流的大小和电流通过的时间，控制工件的去除速度和去除量，从而得到高精度、微小尺寸零件的加工方法微细电解加工7.2微细加工技术97.2.3微细加工技术发展存在问题在微机械学方面123微电子技术方面微细加工技术发展存在问题微光学方面4分子装配技术方面7.3超精密加工技术107.3.1超精密加工技术概念

超精密加工技术始终采用当代最新科技成果来提高加工精度和完善自身，故“超精密”的概念随科技的发展而不断更新。目前超精密加工技术是指加工的尺寸、形状精度达到亚微米级，加工表面粗糙度Ra达到纳米级的加工技术的总称。目前超精密加工技术在某些应用领域已经延伸到纳米尺度范围，其加工精度已经接近纳米级，表面粗糙度Ra已经达到10～1nm级（原子直径为0.1～0.2nm，根据理论分析，加工切除层的最小极限尺寸为原子直径，如果一层一层地切除原子，被加工表面的尺寸波动范围在0.1～0.2nm之间，具有这种特征的表面称为“超光滑表面”）。并且正向其终极目标—原子级加工精度（超精密加工的极限精度）逼进。目前的超精密加工，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性（无或极少的表面损伤，包括微裂纹缺陷、残余应力、组织变化等）为目标。超精密加工目前包括4个领域：超精密切削加工、超精密磨削加工、超精密抛光加工、超精密特种加工（如电子束、离子束加工）7.3超精密加工技术117.3.2超精密加工关键技术超精密机床设备123金刚石刀具超精密加工关键技术精度检测4加工环境7.3超精密加工技术127.3.3超精密加工技术发展趋势7.4再制造技术137.4.1再制造概述1．再制造概念

再制造是一个过程，是指以旧制成品为原料，运用高科技的清洗技术、修复技术或利用新材料、新技术，进行专业化批量化修复或技术升级改造，使得再制造后产品（装备）在技术性能和安全质量等方面达到原同类新品的标准要求。

再制造不仅仅是对旧产品简单的回收和利用，而是依托一定的科技手段，对原有产品进行再生制造及技术升级改造，给原有产品赋予更多的内容，使得原有产品的功能和价值得到提升。再制造的核心实际是再创造，为用户提供再生新产品、新功能、新服务、新价值。7.4再制造技术147.4.1再制造概述2．再制造与维修的区别

（1）维修指的是使失效的设备恢复到能执行所需功能的状态的过程；而再制造不仅仅是实现维修的目的，也是通过一定的技术手段和一系列既定的过程，使使用过的设备恢复到新产品的水平。

（2）多数维修比较昂贵，而且都是“头疼医头，脚疼医脚”，往往治标不治本；而再制造则不同，是经过一系列严格的程序，对产品的整体性能做了全面了解，然后采用先进适用的再制造技术工艺，对废旧产品进行修复改造，使性能和质量达到或超过原型新品。

（3）再制造通常由原始设备制造商完成，所有再制造过程中替换或维修的零部件以及升级的软件与新品所用的零部件或软件属同系列产品，保证了很好的兼容性，而维修则不一定。

（4）原始设备制造商可以很好的追踪原产品的保修期，可以避免不必要的维修而产生的费用。

（5）再制造后的产品可以得到一段时间的保修期，这个保修期不只是针对再制造过程中替换或维修的零部件，而是对整机而言的；而维修则不同，所谓的保修期通常只是针对维修过程中替换或维修的零部件。

（6）经过第三方维修过的产品在保修期内失效的概率远远高于原始设备制造商再制造过的产品。7.4再制造技术157.4.1再制造概述3．典型的再制造过程7.4再制造技术167.4.2再制造技术体系及典型再制造技术1．机电产品再制造技术体系7.4再制造技术177.4.2再制造技术体系及典型再制造技术1．机电产品再制造技术体系7.4