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1、,第,讲,六,先 进 制 造 技 术,第,讲,六,先进制造技术,先进制造技术(AdvancedManufactuingTechnology),简称AMT，是多学科的渗透、交叉和融合，集机械、电子、控制、计算机、材料和管理技术为一体的新兴领域。它是在传统制造技术的基础上，以计算机为主要工具，不断融合机械、电子、信息、材料、生物和管理学科的最新成果，涵盖产品整个寿命周期的各个环节的先进工程技术的总称。先进制造技术作为一项高新技术，是在传统制造技术的基础上，通过融入其他学科的最新成果而发展起来的，目的是实现整个制造过程的优质、高效、环保、清洁、低能耗、敏捷和灵活。当前，先进制造技术已经成为国际科技竞
2、争的重点，其发展水平能够在一定程度上代表一个国家的科技和经济水平。,第,讲,六,先进制造技术,先进制造技术的特征包括：先进性：先进制造技术是在不断融合其他学科最新成果的基础 上发展起来的，这些成果均是代表时代发展水平的标志。广泛性：先进制造技术不再是局限于制造这一领域而是覆盖了 制造的全过程。实用性：先进制造技术不是以追求技术的高新为目的，而是有 着明确的经济需求，他是面向工业生产，以市场为导向，能够 为企业带来巨大的经济效益。集成性：先进制造技术的发展融合了其他学科，与其他学科之 间的界限逐渐淡化和消失，成了新兴交叉学科。,第,讲,六,先进制造技术,先进制造工艺技术主要包括：高速切削技术超精
3、密加工技术激光加工技术快速原型制造技术,第,讲,六,一、高速切削技术,高速切削的定义：高速切削（High Speed Machining）是指在比常规切削速度高出很多的速度下进行的切削加工。目前各国对高速切削的速度范围没有统一的定义，有时候也称为超高速切削。通常把比常规切削速度高5-10倍的切削称为高速切削。高速切削技术是一个非常庞大而复杂的系统工程，它涵盖了机床材料的研究及选用技术，机床结构设计和制造技术，高性能cnc控制系统、通讯系统，高速、高效冷却、高精度和大功率主轴系统，高精度快速进给系统，高性能刀具夹持系统，高性能刀具材料、刀具结构设计和制造技术，高效高精度测试测量技术，高速切削机理
4、，高速切削工艺，适合高速加工的编程软件与编程策略等等诸多相关的硬件和软件技术。只有在这些技术充分发展的基础上，建立起来的高速切削技术才具有真正的意义。所以要发挥出高速切削的优越性能，必须是cad/cam系统、cnc控制系统、数据通讯、机床、刀具和工艺等技术的完美组合。,高速切削的主要目标：通过高生产率来降低生产成本，主要应用于精加工工序，常常是用于加工淬硬模具钢。通过缩短生产时间和交货时间提高整体竞争力。,第,讲,六,一、高速切削技术,高速切削系统的主要组成：高速切削cnc机床高性能的刀具夹持系统，刀具夹持系统要求其有很高的动平衡性，且具有绝对的定心性。主轴、刀柄、刀具三者在旋转时应具有极高的
5、同心度，这样才能保证高速、高精度加工。高速切削刀具，高速切削刀具应具有良好的机械性能和热稳定性，即具有良好的抗冲击、耐磨损和抗热疲劳的特性。高速切削cam系统软件，高速加工cam编程系统应具有很高的计算速度，较强的插补功能，全程自动过切检查及处理能力，自动刀柄与夹具干涉检查、绕避功能，进给率优化处理功能，待加工轨迹监控功能，刀具轨迹编辑优化功能，加工残余分析功能等。,高速切削之所以得到工业界越来越广泛的应用，是因为它相对传统加工具有显著的优越性，具体说来有以下特点：加工时间短，效率高。高速切削的材料去除率通常是常规的3-5倍。刀具切削状况好，切削力小，主轴轴承、刀具和工件受力小。由于切削速度高
6、，吃刀量很小，剪切变形区窄，变形系数减小，切削力降低。同时，由于切削力小，让刀也小，提高了加工质量。刀具和工件受热影响小。切削产生的热量大部分被高速流出的切屑所带走，故工件和刀具热变形小，有效地提高了加工精度。工件表面质量好。工件粗糙度好，其次切削线速度高，机床激振频率远高于工艺系统的固有频率，因而工艺系统振动很小，十分容易获得好的表面质量。,第,讲,六,一、高速切削技术,高速切削刀具热硬性好，且切削热量大部分被高速流动的切屑所带走，可进行高速干切削，不用冷却液，减少了对环境的污染，能实现绿色加工。可完成高硬度材料的加工。如采用带有特殊涂层的硬质合金刀具，在高速、大进给和小切削量的条件下，完成
7、高硬度材料和淬硬钢的加工，不仅效率高出电加工的3-6倍，而且能获得十分高的表面质量，基本上不用钳工抛光。,第,讲,六,一、高速切削技术,第,讲,六,一、高速切削技术,高速切削技术的应用：高速切削技术发展历经理论探索阶段，应用探索阶段，初步应用阶段和较成熟应用阶段。特别是20世纪70年代后，各工业发达国家相继投入大量的人力、物力、财力研究开发高速切削技术及相关技术，发展日新月异，德国、美国、瑞典、瑞士、英国和日本等制造强国走在了世界前列。近几年，随着科学技术的突飞猛进和经济发展的强大推动，高速切削机床、刀具技术和相关技术迅速进步，使高速切削技术以其高效率、高质量应用于航天、航空、汽车、模具和机床
8、等行业中，各种切削方式、各种材料几乎无所不能，尤其是高速铣削和高速车削发展神速。该技术为“轻切削”方式，每一刀切削排屑量小，切削深度小，但切削线速度大，为传统的3-5倍，进给速度大，为传统的5-10倍。,第,讲,六,一、高速切削技术,CNC数控机床-钢硬材质S45C的高速切削,视频演示：,第,讲,六,二、超精密加工技术,超精密加工技术的定义：20世纪60年代为了适应核能、大规模集成电路、激光和航天等尖端技术的需要而发展起来的精度极高的一种加工技术。超精密加工有两种含义：高精度加工及细微尺寸加工。到80年代初，最高加工尺寸精度已可达10纳米(1纳米=0.001微米)级，表面粗糙度达1纳米，加工的
9、最小尺寸达 1微米。纳米级的超精密加工也称为纳米工艺。超精密加工是处于发展中的跨学科综合技术。,第,讲,六,二、超精密加工技术,超精密加工技术的重要性:,提高制造精度后可提高产品的性能和质量，提高其稳定性和可靠性；促进产品的小型化；增强零件的互换性，提高装配生产率,并促进自动化装配。,超精密加工技术在尖端产品和现代化武器的制造中占有非常重要地位。例如：对于导弹来说，具有决定意义的是导弹的命中精度，而命中精度是由惯性仪表的精度所决定的。制造惯性仪表，需要有超精密加工技术和相应的设备。,大规模集成电路的发展，促进了微细工程的发展，并且密切依赖于微细工程的发展。因为集成电路的发展要求电路中各种元件微
10、型化，使有限的微小面积上能容纳更多的电子元件以形成功能复杂和完备的电路。因此，提高超精密加工水平以减小电路微细图案的最小线条宽度就成了提高集成电路集成度的技术关键。,第,讲,六,二、超精密加工技术,超精密加工的特点：,超精密加工时，对刀具的刃磨、砂轮修整和机床调整均有很高要求。超精密加工是一门综合性高技术，凡是影响加工精度和表面质量的因素都要考虑。超精密加工一般采用计算机控制、在线控制、自适应控制、误差检测和补偿等自动化技术来保证加工精度和表面质量。超精密加工不仅有传统的切削和磨削加工,只有综合应用各种加工方法，才能得到很高的加工精度和表面质量。,第,讲,六,二、超精密加工技术,视频演示：,德
11、国海德汉五轴机床-精密加工,英国平面磨床,第,讲,六,三、激光加工技术,定义：激光加工利用高功率密度的激光束照射工件,使材料熔化气化而进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等的一门加工技术。,激光加工技术的特点：光点小，能量集中，热影响区小；不接触加工工件，对工件无污染；不受电磁干扰，与电子束加工相比应用更方便；激光束易于聚焦、导向，便于自动化控制；范围广泛：几乎可对任何材料进行雕刻切割；安全可靠：采用非接触式加工，不会对材料造成机械挤压或机械应力；精确细致：加工精度可达到0.1mm；效果一致：保证同一批次的加工效果几乎完全一致；高速快捷：可立即根据电脑输出的图样进行高速雕刻和切割，且激光切割
12、的速度与线切割的速度相比要快很多；,第,讲,六,成本低廉：不受加工数量的限制，对于小批量加工服务，激光加工更加便宜；切割缝细小：激光切割的割缝一般在0.1-0.2mm；切割面光滑：激光切割的切割面无毛刺；热变形小：激光加工的激光割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小；适合大件产品的加工：大件产品的模具制造费用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料冲剪时形成的塌边，可以大幅度地降低企业的生产成本提高产品的档次；节省材料：激光加工采用电脑编程，可以把不同形状的产品进行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率，大大降低了企业材料成本。,三、激光
13、加工技术,第,讲,六,三、激光加工技术,激光加工技术的应用：,激光打孔 激光打孔是利用高能激光照射到工件表面，使得表面产生一系列热物理现象从而成孔。激光打孔技术由于速度快、效率高、经济效益好、应用领域广的优点，在工业生产上有着非常广泛的应用。激光可以在纺织面料、皮革制品、纸制品、金属制品、塑料制品上进行打孔切割等操作。应用领域包括制衣、制鞋、工艺品礼品制作、机器设备、零件制作等。,第,讲,六,三、激光加工技术,激光切割作为一种精密的加工方法，几乎可以切割所有的材料。例如，在汽车制造领域，德国大众汽车公司用功率为500W的激光器切割形状复杂的车身薄板及各种曲面件。在航空航天领域，激光切割技术主要
14、用于特种航空材料的切割。激光切割成形技术在非金属材料领域也有着较为广泛的应用。不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，如氮化硅、陶瓷、石英等；还能切割加工柔性材料，如布料、纸张、塑料板、橡胶等。,激光切割 激光切割是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。,第,讲,六,三、激光加工技术,激光焊接 激光焊接是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。激光焊接在制造业、粉末冶金、汽车工业、电子工业、生物医学等许多领域均有广泛的应用。例如，在粉末冶金材料连接中采用激光焊接的方法焊接金刚石，
15、可以提高焊接强度以及耐高温性能；德国奥迪、奔驰、大众、瑞典的沃尔沃等欧洲的汽车制造厂早在20世纪80年代就率先采用激光焊接车顶、车身、侧框等钣金焊接；在集成电路和半导体器件壳体的封装中，激光焊接热影响区小、加热集中迅速、热应力低；生物组织的激光焊接始于20世纪70年代，用激光焊接输卵管和血管的成功焊接及显示出来的优越性,第,讲,六,三、激光加工技术,视频演示：,三维激光切割,第,讲,六,四、快速原型制造技术,定义：快速原型制造技术（RP）是借助计算机辅助设计或由实体逆向方法取得原型或零件几何形狀，进而以此建立数字化模型，再利用计算机控制的机电集成制造系统，逐点、逐面地进行材料“三维堆积”成型，
16、再经过必要的后处理，使其在外观、强度和性能等方面达到设计要求，达到快速、准确地制造原型或实际零件的方法。,RP技术的基本原理：传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称为材料去除制造。快速成形技术是由CAD模型直接驱动，快速制造任意复杂形状的三维物理实体的技术。快速成形技术的本质是用材料堆积原理制造三维实体零件。它是将复杂的三维实体模型“切”成设定厚度的一系列片层，从而变为简单的二维图形，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。,第,讲,六,四、快速原型制造技术,第,讲,六,四、快速原型制造技术,快速成形过程示意图,第,讲,六,四、快速原型制造技术,RP技术的应用：除了制造原型以外，RP技术还特别适用于新产品的开发、快速单件及小批量零件制造、不规则零件或复杂形状零件的制造、模具及模型设计及制造、外形设计检查、装配检验、快速反求与复制，还在材料科学与工程、工业设计、医学科学、文化艺术、建筑工程等领域有广阔的应用前景。,快速原型技术,视频讲解：,
