項(xiàng)目八先進(jìn)制造技術(shù)學(xué)習(xí)內(nèi)容【案例導(dǎo)入】先進(jìn)制造技術(shù)是指微電子技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)給傳統(tǒng)制造技術(shù)帶來的種種變化與新型系統(tǒng)。任務(wù)一認(rèn)識(shí)特種加工

特種加工是指切削加工以外的一切新的去除材料的加工方法。

特種加工與常規(guī)加工方法的區(qū)別

①主要利用電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能及電化學(xué)能等來進(jìn)行材料的去除。

②工具的硬度不必大于工件的硬度，甚至可以不用加工工具。

③在加工中工具和工件不存在顯著的機(jī)械切削力。一．電火花加工

利用脈沖放電對導(dǎo)電材料的腐蝕現(xiàn)象除去工件上的多余材料，達(dá)到尺寸加工目的的一種加工方法。1．電火花加工原理1—工件2—電源3—自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置

4—工具5工作液6—過濾器7—液壓泵

基于工具和工件（正、負(fù)電極）之間不斷產(chǎn)生脈沖性火花放電，依靠放電使局部在瞬間產(chǎn)生高溫，把金屬熔解、汽化從而蝕除多余的金屬，達(dá)到對零件的尺寸、形狀及表面質(zhì)量的加工要求。實(shí)現(xiàn)電火花加工必須具備的條件：（1）工具電極和工件被加工表面之間經(jīng)常保持一定的放電間隙（通常為幾微米至幾百微米）。（2）電火花加工必須采用脈沖電源。

脈沖電源電壓波形t0為脈沖間隙（脈間不小于10μS）t1為脈沖寬度（脈寬0.1～1000μS）（3）火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質(zhì)中進(jìn)行，常用的液體介質(zhì)有煤油、皂化液、去離子水等水質(zhì)工作液。2．電火花加工的特點(diǎn)（1）“以柔克剛”，即用軟的工具電極來加工任何硬度的導(dǎo)電性工件材料。（2）加工電極與工件不接觸，沒有切削力的影響。（3）脈沖參數(shù)可以任意調(diào)節(jié)。3．電火花加工工藝應(yīng)用二．激光加工

激光光源特性：①方向性極好，幾乎是一束平行光；②單色性好，是指光的波長或頻率在一個(gè)確定的極窄的數(shù)值范圍內(nèi)；③亮度極高，比太陽表面亮度還要高1010倍；④能量高度集中。激光加工是指利用激光束投射到材料表面產(chǎn)生的熱效應(yīng)來完成加工過程。1.激光加工的原理

激光加工時(shí)利用功率密度極高的激光束照射工件的被加工部分，使其材料瞬間熔化或汽化，并在沖擊波的作用下，將熔融物質(zhì)噴射出去，從而對工件進(jìn)行穿孔、蝕刻和切割，或采用較小能量密度，使加工區(qū)域材料熔融粘合，對工件進(jìn)行焊接。1—全反射鏡2—激光工作物質(zhì)3—激勵(lì)能源4—部分反射鏡5—透鏡6—工件θ—激光束發(fā)散全角do–激光焦點(diǎn)直徑2．激光加工的特點(diǎn)（1）是可以實(shí)現(xiàn)的最微細(xì)的加工方法之一。激光聚焦后的焦點(diǎn)直徑理論上可小至0.001mm左右的小孔加工和窄縫切割。（2）激光加工的功率密度是各種加工方法中最高的一種，它幾乎可以加工任何金屬與非金屬材料。（3）激光加工是非接觸加工，無加工工具，故工件無受力變形；并能透過空氣、惰性氣體和透明體對工件進(jìn)行加工。（4）激光打孔、切割的速度很高，加工部位周圍的材料幾乎不受影響，工件熱變形很小。（5）可控性好，易于實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化。3.激光加工的應(yīng)用三．超聲波加工當(dāng)聲波的頻率超過16kHz以上的振動(dòng)聲波稱為超聲波。

超聲波加工是利用超聲波作為動(dòng)力，帶動(dòng)工具做超聲振動(dòng)，通過工具與工件之間加入的磨料懸浮液沖擊工件表面而進(jìn)行加工的一種成形加工方法。特點(diǎn)：波長短、能量大，傳播過程中有顯著的反射、折射、共振、損耗等現(xiàn)象。1.超聲波加工的工作原理1—工件；2—工作液；3—工具；4—振幅擴(kuò)大棒5—超聲換能器；6—冷水；7—超聲波發(fā)生器2.超聲波加工的特點(diǎn)與應(yīng)用（1）適用范圍廣。適應(yīng)于加工硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料；對硬質(zhì)的金屬材料雖可進(jìn)行加工，但效率低。（2）加工精度高，表面質(zhì)量好。（3）超聲波加工機(jī)床結(jié)構(gòu)簡單，工具較軟且可以制成復(fù)雜形狀，成形運(yùn)動(dòng)簡單，故可加工各種復(fù)雜的型孔與型腔、套料、微小孔等。（4）超聲波加工還可以與電解、電火花進(jìn)行復(fù)合加工。四．電子束加工利用電子束的熱效應(yīng)對工件進(jìn)行加工的方法稱為電子束加工。

在真空條件下，由電子槍射出的高速運(yùn)動(dòng)的電子束經(jīng)電磁透鏡聚焦后轟擊工件表面，由于電子束的能量密度高、作用時(shí)間短，所產(chǎn)生的熱量來不及傳導(dǎo)擴(kuò)散就將工件被沖擊部分局部熔化、汽化，蒸發(fā)成為霧狀粒子而飛散，從而實(shí)現(xiàn)加工的目的。1.電子束加工原理2.電子束加工的特點(diǎn)及應(yīng)用

電子束能夠聚焦細(xì)微（聚焦直徑一般可達(dá)0.1～100μm）,加工面積很小，是一種精密細(xì)微的加工方法。它靠蒸發(fā)去除材料，是非接觸式加工；不受機(jī)械力的作用，故加工材料范圍廣，可加工脆性、韌性、導(dǎo)體、非導(dǎo)體及半導(dǎo)體材料。電子束加工在真空中進(jìn)行，污染少，加工表面不氧化，適用于純度要求極高的半導(dǎo)體材料加工。應(yīng)用：（1）高速打孔。（2）加工型孔和特殊面。（3）焊接。（4）蝕刻。（5）熱處理。

五．離子束加工

利用高速離子束流以實(shí)現(xiàn)各種微細(xì)加工方法。1.離子束加工原理

在真空條件下，將由離子源產(chǎn)生的離子經(jīng)過電場加速，獲得高速的離子束投射到被加工材料表面，產(chǎn)生濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。2.離子束加工類型（1）離子刻蝕：是利用能量為0.5～5keV的氬離子以一定的角度轟擊工件，將工件表面的原子逐個(gè)剝離，成為離子銑削，即納米加工。（2）離子濺射沉積：是利用能量為0.5～5keV的氬離子以一定的角度轟擊靶材，將靶材原子擊出，沉積在工件上，使工件表面鍍上一層薄膜，實(shí)質(zhì)是一種鍍膜工藝。（3）離子鍍：是利用能量為0.5～5keV的氬離子分兩路以不同的角度同時(shí)轟擊靶材和工件，目的在于增強(qiáng)靶材鍍膜與工件基材的結(jié)合力。又被稱為離子濺射輔助沉積。（4）離子注入是利用能量為5～500keV能量的離子束轟擊被加工材料，離子直接進(jìn)入工件成為工件基體材料的一部分，達(dá)到改變材料性質(zhì)的目的。3.離子束加工的特點(diǎn)與應(yīng)用（1）刻蝕加工。應(yīng)用于蝕刻陀螺儀空氣軸承和動(dòng)壓馬達(dá)溝槽，高精度非球面透鏡加工，高精度圖形蝕刻，集成光路制造，薄材料納米蝕刻等。（2）鍍膜加工。應(yīng)用于各種潤滑膜、耐熱膜、耐蝕膜、耐磨膜、裝飾膜、電氣膜的鍍膜，涂層刀具的制造等。（3）離子注入。用于半導(dǎo)體改變或制造P-N結(jié)、改變金屬表面性質(zhì)、制造光波導(dǎo)等。任務(wù)二認(rèn)識(shí)快速成形制造技術(shù)

快速成形制造技術(shù)（簡稱RPM）是綜合利用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)和材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)，是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造復(fù)雜形狀三維物理實(shí)體技術(shù)的總稱。一．基本原理采用軟件離散——材料堆積成型的原理實(shí)現(xiàn)零件的成形。二．快速成形制造工藝1、光固化成型（簡稱SLA）它以液態(tài)光敏樹脂為原料，通過計(jì)算機(jī)控制紫外激光使其凝固成型。1-激光束；2-掃描鏡；3-刮平器；4-樹脂槽；5-升降臺(tái)；6-光敏樹脂；7-成型零件

2.選擇性激光燒結(jié)（簡稱SLS）它利用粉末材料（金屬粉末或非金屬粉末）在激光照射下燒結(jié)的原理，在計(jì)算機(jī)控制下層層堆積成形。所以又稱為選區(qū)激光燒結(jié)。

1-掃描鏡；2-透鏡；3-激光器；4-壓平輥?zhàn)樱?-成型零件；6-激光束3、分層實(shí)體制造（簡稱LOM）將涂有熱熔膠的纖維紙熱壓粘連，利用激光按CAD分層模型軌跡切割出輪廓線，從而堆積成形。1-x-y掃描器；2-光路系統(tǒng)；3-激光器；4-加熱器；5-紙料；6-滾筒；7-工作平臺(tái)；8-邊角料；9-成型零件4、熔融沉積成型（簡稱FDM）

熱塑性材料在噴頭內(nèi)被加熱融化，噴嘴通過計(jì)算機(jī)控制沿零件截面輪廓和填充軌跡運(yùn)動(dòng)，同時(shí)擠出熔融的材料，快速冷卻固化形成一個(gè)加工層并與上一層牢牢連接在一起，層層堆積，自下而上形成一個(gè)三維實(shí)體。

1-成型零件；2-噴頭；3-料絲常用快速成形制造工藝的綜合比較三．快速成形制造技術(shù)的應(yīng)用制造業(yè)快速產(chǎn)品開發(fā)、快速工具、微型機(jī)械、小批零件美學(xué)相關(guān)工程建筑設(shè)計(jì)、橋梁設(shè)計(jì)、古建筑恢復(fù)、首飾、燈飾醫(yī)學(xué)顱外科、輔助診療、軟組織、牙科康復(fù)考古工程假肢、整形、考古制造業(yè)三維地圖、光彈模型任務(wù)三了解柔性制造一．柔性制造系統(tǒng)的概念和特點(diǎn)

柔性制造系統(tǒng)（簡稱FMS）是以數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。特點(diǎn)：（1）自動(dòng)制造功能。（2）加工品種多。（3）自動(dòng)交換與自動(dòng)運(yùn)輸功能。（4）作業(yè)計(jì)劃與調(diào)度。二．柔性制造系統(tǒng)（FMS）的組成組成功能多工位數(shù)控加工系統(tǒng)以任意順序自動(dòng)加工多種工件，自動(dòng)更換工件和刀具。自動(dòng)化的物流系統(tǒng)存儲(chǔ)、輸送、搬運(yùn)計(jì)算機(jī)控制的信息系統(tǒng)過程控制與過程監(jiān)視三．柔性制造系統(tǒng)的類型和適用范圍（1）柔性制造單元它是由1～2臺(tái)加工中心及物料運(yùn)送存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成，有固定的加工工藝流程，零件流是按固定工序順序運(yùn)行，它不具有實(shí)時(shí)加工路線流控制、載荷平衡及生產(chǎn)調(diào)度計(jì)劃邏輯的中央計(jì)算機(jī)控制。其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)單機(jī)柔性化及自動(dòng)化，適于多品種、小批量工件的生產(chǎn)。（2）柔性制造系統(tǒng)

通常包括3臺(tái)以上的加工中心，由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來，可在不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理，能接受各種不同零件的加工，解決了多品種、中小批量生產(chǎn)的生產(chǎn)率不高的問題，對擴(kuò)大變形產(chǎn)品的生產(chǎn)和新產(chǎn)品開發(fā)特別有利。（3）柔性生產(chǎn)線

由多臺(tái)專用的高效機(jī)床、輸送和存貯系統(tǒng)等組成，工件一般裝在托盤上輸送。對于外形規(guī)整、有良好定位、輸送、夾緊條件的工件，也可以直接輸送。常用來作為大批量的制造系統(tǒng)，加工對象主要是箱體類工件。任務(wù)四了解綠色制造一．綠色制造的概念與特點(diǎn)

綠色制造（簡稱GM）是指在保證產(chǎn)品功能、質(zhì)量、成本的前提下，綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。它使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中不產(chǎn)生環(huán)境污染或環(huán)境污染最小化，符合環(huán)境保護(hù)要求，對生態(tài)環(huán)境無害或危害極少；節(jié)約資源和能源，使資源利用率最高，能源消耗最低。綠色制造的特點(diǎn)：（1）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性綠色制造涉及了制造、環(huán)境保護(hù)、資源優(yōu)化利用三個(gè)領(lǐng)域。（2）對產(chǎn)品生命周期實(shí)施綜合預(yù)防污染戰(zhàn)略，通過減少污染源和保證環(huán)境安全的回收利用，使廢棄物最小化或消失在生產(chǎn)過程中。（3）能源消耗最低，零件材料回收再生產(chǎn)利用最大，處置廢棄物費(fèi)用合理，從而降低了生產(chǎn)成本。（4）可持續(xù)發(fā)展動(dòng)態(tài)性綠色制造。綠色制造的體系結(jié)構(gòu)圖二、綠色制造的實(shí)施模式綠色設(shè)計(jì)物流產(chǎn)品滿足物理目標(biāo)外，還應(yīng)滿足環(huán)境目標(biāo)，以達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。原材料生產(chǎn)、供應(yīng)、制造加工過程、產(chǎn)品裝配、包裝、使用維修、產(chǎn)品使用壽命終結(jié)回收后的處理和利用。任務(wù)五

了解虛擬制造虛擬制造技術(shù)（簡稱VMT）是以虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，對產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程統(tǒng)一建模，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、使用整個(gè)生命周期的模擬和仿真。特點(diǎn)：信息集成性；組織靈活性；功能一致性；分工合作。二．虛擬制造的技術(shù)分類與應(yīng)用類別特點(diǎn)目標(biāo)主要技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域一、以設(shè)計(jì)為核心的虛擬制造①為設(shè)計(jì)人員提供制造信息②利用仿真技術(shù)以優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計(jì)③在計(jì)算機(jī)上制造多個(gè)“軟”樣機(jī)評(píng)價(jià)可制造性①特征造型②數(shù)學(xué)