1、第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1 超精密加工 17.1.1 超精密切削加工 刀具材料為金剛石。金剛石與非鐵合金親和力小，其硬度、耐磨性及導(dǎo)熱性較好，且可以刃磨得非常鋒利；在切削過程中，采用高精度的空氣軸承、氣浮導(dǎo)軌、定位檢測元件等部件，采取恒溫、防振及隔振等措施。被加工工件表面粗糙度值可達0.01m以下，形狀精度可達0.2m。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1 超精密加工,17.1.2 超精密磨削加工 要求：1）具有合理的工藝流程；2）加工設(shè)備有高精度、高剛度及高阻尼特征；3）高精度檢測手段和補償手段。 適用于：玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17

2、.1 超精密加工,17.1.3 超精密研磨 包括：機械研磨、化學(xué)機械研磨、浮動研磨、彈性發(fā)射加工及磁力研磨等。 關(guān)鍵條件：精密的溫度控制、加工過程無振動、潔凈的環(huán)境、細(xì)小而均勻的研磨劑及高精度的檢測方法。 被加工工件表面粗糙度值可達0.003m以下，球面跳動可達0.025m。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1 超精密加工,17.1.4 超精密特種加工 采用電能、熱能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能、聲能及特殊機械能等，使其達到去除或增加材料的加工方法。 應(yīng)用對象：難加工材料、難加工零件、低剛度零件及以高能量密度束流實現(xiàn)焊接、切割、制孔、噴涂、表面改性、刻蝕和精細(xì)加工。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)

3、展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（1）激光加工 由激光發(fā)生器將高能量密集的激光進一步聚焦后照射到工件表面，光能被吸收瞬時轉(zhuǎn)化為熱能，根據(jù)能量密度的高低，可實現(xiàn)打孔、精密切割、加工精微防偽標(biāo)志等。同時可進行激光強化、表面重熔、合金化、非晶化處理及微細(xì)加工等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（2）電子束加工 在真空中從電子槍的陰極向陽極不斷發(fā)射負(fù)電子。負(fù)電子在發(fā)射移動過程中不斷加速，聚焦成極細(xì)的、能量密度極高的電子束流。高速運動的電子撞擊到工件表面時，其動能轉(zhuǎn)化為熱能，使材料熔化、氣化，并從真空中被抽走。 可實現(xiàn)打孔、成形切割、刻蝕、光刻曝光、焊接等工藝。,第

4、17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（3）離子束加工 在真空中將離子（正電荷）源產(chǎn)生的離子加速、聚焦使之撞擊工件，可獲得比電子更大的動能來加工工件。 可用于表面刻蝕、超凈清洗，實現(xiàn)原子、分子級加工。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（4）微細(xì)電火花加工 在絕緣的工作液中通過工具電極和工件間脈沖火花放電產(chǎn)生的瞬時局部高溫來熔化和氣化去除金屬。 特點：無宏觀切削力。 控制參數(shù)：單脈沖能量及進給量。 可實現(xiàn)極微細(xì)的金屬材料的去除，可加工微細(xì)的軸、孔、窄縫、平面及曲軸等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（5）微細(xì)電解

5、加工 在導(dǎo)電的工作液中將水分子分解為氫離子和氫氧離子，工件為陽極，其表面的金屬原子成為金屬正離子溶入電解液而逐步地電解下來，隨后與氫氧根離子反應(yīng)生成氫氧化物沉淀，工具陰極不損耗。 特點：無宏觀切削力。 控制參數(shù)：電流密度及電解部位。 可實現(xiàn)納米級精度的電解加工，表面不產(chǎn)生加工應(yīng)力。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.1.4 超精密特種加工,（6）復(fù)合加工 采用幾種不同能量形式、不同的工藝方法，互相取長補短、復(fù)合作用的加工技術(shù)。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2 納米加工技術(shù),包括：機械加工、化學(xué)腐蝕、能量束加工及利用隧道顯微鏡在鋁表面上的電場電工加工等方法。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及

6、發(fā)展趨勢,17.2 納米加工技術(shù),17.2.1 納米級機械加工技術(shù) 類別：單晶金剛石和單點刀具超精密切削、金剛石和CBN磨料制作的磨具的多點磨料加工，及研磨、拋光、彈性發(fā)射加工等自由磨料加工或機械化學(xué)復(fù)合加工等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2 納米加工技術(shù),17.2.2 能量束加工技術(shù) 利用能量密度很高的激光束、電子束或離子束等去除工件材料的特種加工方法。 包括：離子束加工、電子束加工、光束加工、電解射流加工、電火花加工、電化學(xué)加工、分子束外延、物理和化學(xué)氣相沉淀等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2.2 能量束加工技術(shù),1、光學(xué)光刻 通過光學(xué)系統(tǒng)以投影方法將掩模上的大規(guī)模

7、集成電路器件的結(jié)構(gòu)圖形“刻”在涂有光刻膠的硅片上。 包括：光刻機、掩模、光刻膠等。涉及光、機、電、物理、化學(xué)、材料等研究領(lǐng)域。 由于大量的光吸收，獲得用于光刻系統(tǒng)的新型光學(xué)及掩模襯底材料是波段技術(shù)的主要困難。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2.2 能量束加工技術(shù),2、極紫外光刻 紫外光的波長為1014nm。其光學(xué)系統(tǒng)必須采用反射形式。 3、X射線光刻 光源波長約為1nm。易于實現(xiàn)高分辨率曝光。 主要困難是獲得具有良好機械物理特性的掩模襯底。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2.2 能量束加工技術(shù),4、電子束光刻 采用高能電子束對光刻膠進行曝光從而獲得結(jié)構(gòu)圖形。分辨率已達0.1m。

8、但生產(chǎn)率低。 5、離子束光刻 采用液態(tài)原子電離后形成的離子通過電磁場加速及電磁透鏡的聚焦或準(zhǔn)直后對光刻膠進行曝光。其波長小于0.0001nm。具有無鄰近效應(yīng)小、曝光場大等優(yōu)點。 包括：聚焦離子束光刻、離子投影光刻等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.2 納米加工技術(shù),17.2.3 光刻電模鑄造技術(shù) 工藝組成：深層同步輻射X射線光刻（基礎(chǔ)和核心）、電鑄成形和塑鑄成形（關(guān)鍵）等。 優(yōu)點： 1）用材廣泛； 2）可制作高度達數(shù)百微米至一千微米，高徑比大于200的三維立體微結(jié)構(gòu)。 3）橫向尺寸可小到0.5m，加工精度可達0.1m。 4）可實現(xiàn)大批量復(fù)制、生產(chǎn)，且成本低。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展

9、趨勢,17.2 納米加工技術(shù),17.2.4 掃描隧道顯微鏡技術(shù)（STM） 技術(shù)的運用：以單個原子的分辨率觀測物體表面結(jié)構(gòu)、納米級加工，進行單個原子的去除、添加和移動，及（STM）光刻、探針尖電子束感應(yīng)的沉淀和腐蝕等。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.3 超高速切削加工技術(shù),切削深度比常規(guī)高510倍以上的切削。 通常切削溫度隨切削速度升高而升高。但超過一定范圍，其隨切削速度升高而下降。 優(yōu)點：切屑形態(tài)從帶狀變?yōu)槠瑺罨蛩闋?；切屑?5%將被切屑帶走；切削力至少降低30%；工件非常精密、光潔；工件表面的殘余應(yīng)力小，直接達到精加工的要求；單位時間材料切削率增加6倍。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨

10、勢,17.3 超高速切削加工技術(shù),對機床的要求： 1）具有適應(yīng)于超高速運轉(zhuǎn)的主軸部件及其驅(qū)動系統(tǒng)； 2）具有快速反應(yīng)的數(shù)控伺服系統(tǒng)和進給部件； 3）具有高壓大流量噴射冷卻系統(tǒng)和很好的剛度特性的機床支承件。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.4 柔性制造系統(tǒng)（FMS）,、定義及組成 定義：在計算機統(tǒng)一控制下，由自動裝卸與輸送系統(tǒng)將若干臺數(shù)控機床或加工中心連接起來構(gòu)成的一種適合多品種、中小批量生產(chǎn)的先進制造系統(tǒng)。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.4 柔性制造系統(tǒng)（FMS）,組成,自動物流系統(tǒng),自動加工系統(tǒng),自動倉庫系統(tǒng),自動監(jiān)控系統(tǒng),計算機控制系統(tǒng),第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.

11、4 柔性制造系統(tǒng)（FMS）,特點,具有高度柔性,設(shè)備利用率高,生產(chǎn)率高,制品少、市場 反應(yīng)能力強,產(chǎn)品質(zhì)量高,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.5 虛擬制造系統(tǒng)（VM）,17.5.1 虛擬制造的概念 利用計算機，對產(chǎn)品從設(shè)計、制造到裝配的全過程進行全面的仿 真。它不僅可以仿真現(xiàn)有企業(yè)的全部生產(chǎn)活動，而且可以仿真末來的物流系統(tǒng)，因而可以對新產(chǎn)品設(shè)計、制造乃至生產(chǎn)設(shè)備引進，以及車間布局等各個方面進行模擬和仿真。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.5 虛擬制造系統(tǒng)（VM）,17.5.2 虛擬制造的基本原理 面向市場機遇，組建動態(tài)的虛擬 公司，用最優(yōu)的組合、最快的速度、最新的技術(shù)去贏得市場的競

12、爭。將虛擬公司 映射為一種虛擬制造系統(tǒng)，進行系統(tǒng)的仿真和實驗，模擬產(chǎn)品設(shè)計、制造和裝配的全過程。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.5 虛擬制造系統(tǒng)（VM）,17.5.3 虛擬制造系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù) 1）VMS的理論體系，及基于分布式并行處理環(huán)境下的VMS的開放式體系結(jié)構(gòu)的研究； 2）虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品主模型技術(shù)； 3）虛擬環(huán)境下分布式并行處理的分布式智能協(xié)同求解技術(shù)與系統(tǒng)，及虛擬環(huán)境下系統(tǒng)全局最優(yōu)決策理論與技術(shù)； 4）運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)實現(xiàn)虛擬環(huán)境及制造中的人機協(xié)同求解模型；,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.5.3 虛擬制造系統(tǒng)研究的關(guān)鍵技術(shù),5）實現(xiàn)制造系統(tǒng)與VMS之間的映射，虛擬傳

13、感器、虛擬單元、虛擬生產(chǎn)線、虛擬車間及虛擬工廠的建立，及各種虛擬設(shè)備的重用性和重組性技術(shù)； 6）VMS集成開發(fā)平臺的體系結(jié)構(gòu)、構(gòu)件庫及用戶開發(fā)環(huán)境； 7）虛擬公司的組織、調(diào)度及控制策略與技術(shù)； 8）綜合可視化技術(shù)的研究與應(yīng)用。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.6 計算機輔助工程設(shè)計技術(shù),（一）計算機輔助設(shè)計CAD,在計算機硬件與軟件的支撐下，通過對產(chǎn)品的描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和圖形處理的研究，計算機輔助設(shè)計師完成產(chǎn)品的全部設(shè)計過程，最后輸出滿意的設(shè)計結(jié)果和產(chǎn)品圖形。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.6 計算機輔助工程設(shè)計技術(shù),（一）計算機輔助設(shè)計CAD,設(shè)計過程,詳細(xì)設(shè)計

14、,總體設(shè)計,方案設(shè)計,工程圖樣、明細(xì)表,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.6 計算機輔助工程設(shè)計技術(shù),CAD系統(tǒng)基本功能,工程繪圖功能,有限元分析及 優(yōu)化設(shè)計功能,幾何造型功能,（一）計算機輔助設(shè)計CAD,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.6 計算機輔助工程設(shè)計技術(shù),（二）成組技術(shù)GT 定義： GT是一門生產(chǎn)技術(shù)和管理相結(jié)合的科學(xué)，研究如何識別和發(fā)展生產(chǎn)活動中有關(guān)事物的相似性，并利用相似性分類歸族，針對每族零件所具有的相似性信息，找出相對統(tǒng)一的最優(yōu)方案，達到提高效率、節(jié)省資源、降低費用的目的。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,（二）成組技術(shù)GT,分類歸族方法： ）視檢法； ）生產(chǎn)流程分

15、析法； ）編碼分類法。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,（二）成組技術(shù)GT,主要應(yīng)用及效果： 、促進零件設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化，避免不必要的重復(fù)設(shè)計和多樣化設(shè)計； 、促進工藝設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、通用化，減少重復(fù)勞動，實施成組加工。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,（三）計算機輔助工藝設(shè)計CAPP,定義：根據(jù)產(chǎn)品圖樣信息及現(xiàn)有生產(chǎn)條件，制定出原材料加工為產(chǎn)品所需的一系列加工方法、制造過程以及有關(guān)資源需求的計劃過程。,CAPP,制定工藝路線,詳細(xì)的工藝設(shè)計,輸出完整的工藝文件,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,（三）計算機輔助工藝設(shè)計CAPP,分類： （）派生系統(tǒng)在成組技術(shù)的基礎(chǔ)上，按零件結(jié)構(gòu)和工藝相似性，用分類編碼系統(tǒng)將零件分為若干零件加工族，并給每一族的零件制定優(yōu)化的加工方案和典型工藝過程，以文件的形式保存在計算機中。 （）創(chuàng)造性系統(tǒng)根據(jù)所輸入的零件信息和制造工藝信息，進行邏輯推理和計算，作出工藝決策，自動生成零件的工藝過程。 差異：創(chuàng)造性系統(tǒng)沒有預(yù)先存入典型的工藝過程，而是存儲進行各種工藝決策所需的決策邏輯。,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,（四）計算機輔助制造CAM,計算機在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱。,廣義CAM,運 行 管 理,作 業(yè) 計 劃,數(shù) 控 編 程,工裝 設(shè)計 、 制造,工 藝 設(shè) 計,生 產(chǎn) 控 制,質(zhì) 量 控 制,第17章現(xiàn)代制造技術(shù)及發(fā)展趨勢,17.6 計算機輔助工程設(shè)