先进制造技术
2020-03-03 18:25:28 来源：范文大全收藏下载本文
先进制造技术（AMT）：是指在制造过程和制造系统中融合电子、信息和管理技术，以及新工艺、新材料等现代科学技术，使材料转换成产品的过程更有效、成本更低、更及时满足市场需求的先进的工程技术的总称。
广义制造：不仅包括具体的工艺过程，还包括市场分析、产品设计、质量控制、生产过程管理、营销、售 后服务直至产品报废处理等在内的整个产品寿命周期的全过程。
狭义制造：是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程。
制造系统：是指由制造过程及其设计的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。 制造业：是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。
制造业的核心要素是质量、成本和生产率。
制造技术是制造业所使用的一切生产技术的总称，是将原材料和其他生产要素经济合理地转化为可直接使用的具有较高附加值的成品/半成品和技术服务的技术群。
制造技术的五个发展时期：工场式生产时期、工业化规模生产时期、刚性自动化发展时期、柔性自动化发展时期、综合自动化发展时期。
先进制造技术的发展趋势：数字化是发展的核心、精密化是关键、极端化是焦点、自动化是条件、集成化是方法、网络化是道路、智能化是前景、绿色化是必然
先进制造技术：是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理技术等方面的成果，综合应用于产品设计、加工、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力的制造技术的总称。 先进制造技术的三个层次：基础技术、新型单元技术、集成技术
先进制造技术的五个特征：系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性
电火花成型加工原理：是基于电火花腐蚀原理，即在工具电极与零件互相靠近时，极间电压将在正负极间使电介质电介液电离而形成火花放电，并在火花通道中瞬时产生大量热能，足以使金属局部熔化甚至气化，而将金属腐蚀掉，从而形成所要求的形状。达到成型加工目的。 电火花技工的5种放电状态：开路（空载脉冲）、火花放电（工作脉冲）、过度电弧放电（不稳定电弧放电）、电弧放电（稳定电弧放电）、短路（短路放电）。
电火花加工特点：
1、加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，制造容易。
2、便于加工用普通机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不漏热处理影响，与工件的机械性能关系不大。
3、适于加工脆性材料或薄壁弱刚性的零件，以及普通切削刀具易发生干涉而难以进行加工的精密微细异型孔、深小孔、狭长缝隙、弯曲轴线的孔、型腔等。
4、脉冲放电持续时间极端，放电产生的热量传导扩散范围小，放电侵没在工作液中进行，因此对整个工件而言，在加工过程中几乎不受热的影响。
5、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。
电火花加工的条件：
1、工具电极和工件之间必须维持合理的间隙。
2、两电极之间必须充入一定性能的工作介质。
3、输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。
4、放电必须是瞬时的脉冲放电。
5、脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上和空间上是分散的。
6、脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外。
影响电火花加工的因素：
1、极性效应
2、覆盖效应
3、二次放电
4、加工速度
5、电火花放电通道
6、工具电极损耗
7、放电间隙
8、放电产物排出
极性效应：电火花加工时，即使加工相同材料，两电极的被腐蚀量也是不同的，其中一个电极比另一个电极的蚀出量大，这种现象叫极性效应。把工件与脉冲电源正极相接的加工叫正极性加工，反之为负极性加工。当采用短脉冲精加工是，应选用正极性加工，长脉冲粗加工是应选用负极性加工。 精加工放电间隙一般只有0.01mm左右，粗加工时可达0.3-0.5mm。
电火花线切割：使用现状电极（钼丝或铜丝）靠火花放电对工件进行切割，故称为电火花线
电火花线切割机床通常分为两大类：一类是快走丝电火花线切割机床。这类机床的电极丝做高速往复运动，一般走丝速度为8-10m/s。是我国生产和主要使用的机种，也是独有的加工模式，另一种是慢走丝电火花切割机床，这类机床的电极丝低速单向运动，一般走丝速度低于0.2m/s。国外生产和主要使用。
线切割的特点：
1、缩短了生产准备时间，加工周期短
2、脉冲电源加工电流较小，脉冲宽度较窄，属中、精加工范畴，所以只采用正极性加工。
3、采用水或水基工作也，不会引燃起火，容易实现安全无人运转。
4、电极丝比较细，切缝较窄，可以加工微细异型孔、窄缝和复杂形状的工件，实际金属去除量很少，材料的利用率很高。
5、工具电极是运动的长金属丝，故可加工很小的窄缝或人工缺陷，电极丝的损耗对加工精度无影响，但自身尺寸精度对快慢走丝加工精度均有直接的影响。
电火花线切割加工设备主要由机床本体、脉冲电源、控制系统、工作液循环系统和机床附件等及部分组成。 线切割加工的主要工艺指标有切割速度、加工精度及加工表面质量等。
线切割常见的装夹方式1悬臂式支撑 2两端式支撑 3桥式支撑 4板式支撑 5复式支撑
微机械：是指可以批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，甚至外围接口、通信电路和电源等于一体的微型器件或系统，也称微型机电系统（MEMS）或微型系统。
微机械主要特点：1体积小，精度高，质量轻
2、性能稳定，可靠性高
3、能耗低，灵敏度和工作效率高
4、多功能和智能化
5、适用于大批量生产，制造成本低。
6、集约高技术成果，附加价值高。
光刻加工：使用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印刷在涂有光致抗蚀剂的薄膜或基材表面，然后进行选择性腐蚀，刻蚀出规定的图形。光掩膜制造技术、曝光技术和刻蚀技术是组成光刻技术的关键技术。 刻蚀技术是一类可以独立于光刻的微型机械关键的成型技术，刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀。
LIGA是一种使用X射线的深度光刻与电铸相结合，实现深宽比大的微细构造的成型方法。LIGA是德文的平版印刷术、电铸成型和注塑的缩写。
封接技术的目的是将分开制作的微机械部件在使用粘结剂的情况下连接在一起，封在壳中使其满足使用要求。他影响到整个微机械的功能和尺寸，是关键技术。
分子装配技术：利用其探针的尖端可以俘获和操纵分子和原子，并可以按照需要拼成一定的结构，进行分子和原子的装配制作微机械，这是一种纳米级微加工技术，是一种从物质的微观角度来构造、制作微机械的工艺方法。
超精密加工方法主要有超精密切削、超精密磨削、超精密研磨和超精密细加工。
超精密切削对刀具的要求：
1、极高的硬度、耐磨度和弹性模量，以保证刀具有很高的刀具耐用度。
2、刃口能磨得及其锋锐，刃口半径极小，能实现超薄的切削厚度
3、刃口应无缺陷
4、与工件材料的抗粘结性好，化学亲和性笑、摩擦因数低，能得到极好的加工表面完整性。
超精密磨削加工是指利用细粒度的磨粒或微粉磨料进行砂轮磨削、砂带磨削，以及研磨、珩磨和抛光等进行超精密加工的总称，是加工精度达到或高于0.1um，表面粗糙度小于Ra0.025um的一种亚微米级加工方法。
高速加工技术是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠地实现高速运动的自动化制造设备，极大地提高材料切除率，并保证加工精度和加工质量的现代化制造加工技术。
高速与超高速切削的特点：
1、可减少工序，提高生产效率
2、切削力小、热变形小
3、加工精度高
4、加工能耗低、节省制造资源。
高速切削加工的关键技术包括高速主轴、快速进给系统、高性能CNC控制系统、先进的机床结构、高速加工刀具。 高速主轴在结构上几乎全部采用主轴电机与主轴合二为一的结构形式，简称电主轴。
高速切削通常使用的刀具材料：硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具、立方氮化硼刀具。
在实际应用中，磨削速度在100M/S以上即被称为高速磨削。高速磨削是提高磨削效率和降低工件表面粗糙度的有效措施。
逆向工程（RE）是相对于传统正向工程而言的，又称反求工程或反求设计，其实想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。 逆向工程系统的组成：
1、产品实物几何外形数字化
2、CAD模型重建（
1、CAD模型的校验与修正
2、CAD模型的分析与改进
3、CAD模型的校验与修正）
3、产品或模具制造
模型重建软件包括：
1、用于正向设计的CAD/CAM/CAE软件（Solidworks）
2、集成有逆向功能模块的正向CAD/CAM/CAE软件(Pro/E、UG)
3、专用的逆向工程软件（Imageware） 逆向工程的关键技术：
1、数据采集与处理（数字化技术）
2、曲面构造（建模技术） 数字化方法主要分为接触式测量和非接触式测量
快速原型制造技术（RPM）：综合机械、电子、光学、材料等学科，能够自动、直接、快速、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件/模具。原理：彻底摆脱传统的“去除”加工法，而基于“材料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材料二维的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造任意复杂形状的三维实体。
典型的RPM工艺方法：
1、光敏液相固化法SLA
2、叠层实体制造法LOM
3、选择性激光烧结法SLS
4、熔融沉积制造法FDM
激光加工技术：利用光能经过透镜聚焦后达到的很高的能量密度，依靠光热效应来加工各种材料。 特性：
1、亮度强度高
2、单色性好
3、相干性好
4、方向性好 加工原理：激光加工是工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用过程。 特点：
1、非接触加工，加工速度快，热影响区小，无明显机械力，可加工易变形的薄板和弹性零件。
2、功率密度高，几乎能加工所有的材料，
3、激光光点直径小，能进行非常微细的加工。
4、不需要加工工具无工具损耗，适宜自动化生产。
5、通用性好
6、影响因素多，加工时精度和表粗度需反复试验，寻找合理的加工参数达到要求。 应用：
1、激光打孔
2、激光切割
3、激光焊接
4、激光表面处理
超声波加工原理：是利用工具端面作超生频振动，通过磨料悬浮液加工，使工件成型的一种方法。
水射流切割：是以水作为携带能量的载体，用告诉水射流对各类材料进行切割的一种工艺方法，是一种冷切割工艺。
计算机辅助设计CAD：是指工程技术人员以计算机为工具，用各自的专业知识，对产品进行设计、绘图、分析和编写技术文档等设计活动的总称。 完整的CAD系统具有图形处理、几何建模、工程分析，仿真模拟以及工程数据库的管理与共享等功能。 CAD系统的软件分为系统软件，支撑软件和应用软件三个层次。
计算机辅助工艺过程设计CAPP：工艺设计是机械制造生产过程的技术准备工作的一个重要内容，是产品设计与车间的实际生产的纽带，是经验性很强且随环境变化而多变的决策过程。 CAPP是应用计算机快速处理信息功能和具有各种决策功能的软件来自动深沉工艺文件的过程。 目前常用的CAPP系统可分为派生式、创成式和综合式三大类。
计算机辅助制造CAM：按计算机与物流系统是否有硬件接口联系可将CAM功能分为直接应用功能和简介应用功能。 计算机数控系统：是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，也是典型的机械、电子、自动控制、计算机和检测技术密切结合的机电一体化高新技术。
CNC机床数控系统由数控装置、可编程控制器（PLC）、进给伺服驱动装置、主轴伺服驱动装置、输入输出接口，以及机床控制面板和人机界面等部分组成。其中数控装置为机床数控系统的核心，其主要功能有运动轴控制和多轴联动控制功能。
数控加工编程的一般步骤：
1、工艺处理
2、数值计算
3、编制零件加工程序单
4、输入零件加工程序单
5、程序校验 CAD/CAM计算机辅助设计与计算机辅助制造，是一门基于计算机技术而发展起来的、与机械设计和制造技术相互渗透相互结合的、多学科综合性的技术。
CAM是指应用电子计算机来进行产品制造的统称。广义CAM是利用计算机进行零件的工艺规划、数控程序编制、加工过程仿真等。在CAM过程中主要包括计算机辅助工艺设计软件（CAPP）和数控变成软件（NCP） 狭义CAM理解为数控加工，包括刀具路径规划，刀位文件生成，刀具轨迹仿真及M代码生成等。 更为广义的CAM是指应用计算机辅助完成从原材料到产品的全部制造过程，包括直接制造过程和简介制造过程。 CAD/CAM系统由硬件系统和软件系统组成。硬件系统包括计算机和外部设备，软件系统由系统软件、应用软件和专业软件组成。
制造自动化：狭义的含义是生产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自动化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断自动化。 广义包含了产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、洁净的目标。 制造自动化发展历程分为刚性自动化、柔性自动化和综合自动化三个发展阶段。 制造自动化的发展趋势可用敏捷化、网络化、虚拟化、智能化、全球化、绿色化六个方面来概括。 工业机器人：工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。
工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以及位置检测机构等几个部分构成。
工业机器人的分类：按系统功能分：专用机器人、通用机器人、示教再现式机器人、智能机器人。 按结构形式分直角坐标机器人、球坐标机器人、圆柱坐标机器人、关节机器人。按驱动方式分气动、液动、电气 机器人选用和设计应考虑的几个指标：
1、自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。通用机器人有3-6个自由度。
2、工作空间是指机器人应用手抓进行工作的空间范围。
3、提取重力。
4、运动速度。通用机器人的最大直线运动速度大多在1000mm/s以下，最大回转速度一般不超过120°/s。
5、位置精度。典型的工业机器人定位精度一般在±0.02-±5范围。
工业机器人的控制系统分类：
1、按控制系统回路的不同，可分为开环系统和闭环系统。
2、按控制系统的硬件分，有机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制和计算机控制。
3、按自动化控制程度分顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统
4、按编程方式分屋里设置编程控制系统、示教编程控制系统、高线编程控制系统。
5、按机器人末端运动控制轨迹分点位控制和连续轮廓控制。 工业机器人的性能特征：通用性、柔性、灵活性、智能性
柔性制造系统（FMS）：概念：是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代管理技术为一体的现代制造技术。 广义：柔性制造系统是由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成。 更为直观的定义：柔性制造系统至少由两台机床、一套具有高度自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统，通过简单改变软件程序便能制造出多种零件的任何一种零件。
FMS组成：
1、加工系统包括由两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元（FMC）以及其他的加工设备组成
2、工件运储系统由工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置等组成能对工件和原材料进行自动装卸、运输和存储。
3、刀具运储系统包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。
4、一套计算机控制系统能够实现对FMS进行计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。除此之外还包含集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动化清洗装置、自动去毛刺设备等附属系统。 FMS特点：
1、柔性高，适应多种中小批量生产
2、系统内的机床在工艺能力上是相互补充或互相代替的
3、可混流加工不同的零件
4、系统局部调整或维修不中断整个系统的运作
5、递阶结构的计算机控制，可以与上层计算机联网通信
6、可进行三班无人值守生产
FMS关键技术：计算机辅助设计，模糊控制技术，人工智能、专家系统及智能传感器技术，人工神经网络技术。
虚拟制造技术VM：是指物质世界的数字化，也就是对真实世界的动态模拟和再现，即虚拟现实。虚拟制造是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持..CIMS计算机集成制造系统：从系统的功能角度考虑，一般认为CIMS是在两个支撑分系统（网络系统和数据库系统）的基础上由4个分系统组成：经营管理信息系统、工程设计自动化系统化、制造自动化系统和质量保证信息系统。
CIMS三大特征为数据驱动、集成、柔性 五个层次 ：工厂级、车间级、单元级、工作站级和设备级。
LP：精益生产 精益生产方式的资源配置原则，是以彻底消除无效劳动和消费为目标。
NC:数控技术 CNC:计算机数控 FMC柔性制造单元 FMS柔性制造系统 CAD/CAM计算机辅助设计与制造 CAPP计算机辅助工艺规划 CAE计算机辅助工程 CAT计算机辅助检测 ROBOT工业机器人 CIMS计算机集成制造系统 CE并行工程 LP精益生产 AM：敏捷制造 CM:绿色制造
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