先进制造工艺技术教材.pptx
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先进制造工艺技术.pptx
23
25
熔模铸造的应用:
• 熔模铸造是一种实现少无切削加工的、先进的精密成形 工艺，它最适用于25kg以下的高熔点、难以切削加工的 合金铸件的成批、大量生产。
• 目前主要用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、 拖拉机和机床上的小型精密铸件和复杂刀具的生产。
压力铸造
26
2、压力铸造
2.1概念
适用。
20
熔模铸造的缺点：
⑴ 工序复杂，生产周期长。 ⑵ 原材料价格高，铸件成本高。 ⑶ 铸件不能太大、太长，否则蜡模易变形，丧失原有精
度。
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4－6 离心铸造
离心铸造是将金属液浇入高速旋转 （250～1500r/min）的铸型中，并在 离心力作用下充型和凝固的铸造方法。 其铸型可以是金属型，也可以是砂型。 既适合制造中空铸件，也能用来生产 成形铸件。
Process
3.1 先进成形技术
Advanced Forminging
Technology
9
特种铸造
特种铸造
10
4－3 压力铸造
压力铸造是在专用设备—压铸 机上进行的一种铸造。即在高速、 高压下将熔融的金属液压入金属 铸型，使它在压力下凝固获得铸 件的方法。
12
压铸工艺过程
13
压力铸造的特点及应用
——成形工艺 去除成形 受迫成形 堆积成形 生成成形
6
3.1.1 概述
◆先进制造工艺技术的内容
➢精密、超精密加工技术。它是指对工件表面材料进行去 除，使工件的尺寸、表面性能达到产品要求所采取的技 术措施。当前，纳米(nm)加工技术代表了制造技术的最 高精度水平。超精加工材料由金属扩大到非金属。根据 加工的尺寸精度和表面粗糙度，可大致分为三个不同的 档次，如表3-1所示。
先进制造技术教学课件PPT先进制造工艺技术.ppt
19子线分析
手段：优化加工方法；开发和研制新型刀具材料；研
制超精密机床；对加工精度进行监控。
2020/7/2
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21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进
2020/7/2
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（2）切削加工速度迅速提高
刀具材料发展。
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20世纪前，碳素钢，耐热温度低于200ºC，切削速度不超 过10m/min；
、电火花、激光切割；
• 堆积成形 将材料有序地合并 堆积成形，如快速原形制造、焊 接等。
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二、先进制造工艺的产生和发展
先进制造工艺是在传统的机械制造工艺基础上发展来的， 优化后的工艺和新型加工方法。是核心和基础。
（1）制造加工精度不断提高
18世纪，其加工精度为1mm； 19世纪末，0.05mm； 20世纪初，μm级过渡； 20世纪50年代末，实现了μm级的加工精度； 目前达到10nm的精度水平。
1900
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普通加工
加工设备 车床,铣床
精密车床 磨床
测量仪器 卡尺
百分尺 比较仪
精密加工
坐标镗床 坐标磨床
气动测微仪 光学比较仪
金刚石车床 光学磁尺
精密磨床
电子比较仪
超精密加工
超精密磨床 激光测长仪 精密研磨机 圆度仪轮廓仪
超高精密磨床 激光高精度 超精密研磨机 测长仪
1920 1940
代 码
名称
0
1
2
3
4
5
6
7 89
中类名称
0 铸造
砂型铸造 特种铸造
1 压力加工
锻造
轧制
冲压 挤压 旋压 拉拔
先进制造技术课件(PPT 292页)
第二十一页，共291页。
绿色(lǜ sè)设计与制造
回收(huíshōu)费让成本涨一成 ，冰箱最高回收 (huíshōu)费用为20欧元/件、洗衣机和空调的回收 (huíshōu)费用为10欧元/件、微波炉的回收(huíshōu) 费用为5欧元/件、其他小家电的回收(huíshōu)费用为 1欧元/件。
方法有：注塑、压铸、吸塑、挤塑等。 特点：材料利用率高，但产生变形的能
量消耗较大，内部结构复杂的零 件制造(zhìzào)困难。
第二十八页，共291页。
添加(tiān jiā)成型（增材成型）：
采用材料添加的方法分层制造零件 (línɡ jiàn)，能成型复杂零件(línɡ jiàn)， 材料利用率高。
快速成型技术属于添加成型（或增材 成型）。
第二十九页，共291页。
快速成型技术的 加工(jiā gōng)方法 ：
采用 “分层制造，逐层叠加”的方 法， 即将一个复杂(fùzá)的三维实体离 散成一系列二维层片的加工，是一种降 维制造，极大降低了加工难度，易以成 型结构复杂(fùzá)的零件。
第三十页，共291页。
应掌握的知识： 零件成型的方法。 快速成型的发展历程。 快速成型的特点。 光固化技术（SLA）、层状实体制造技术（LOM）的 特点、工艺过程(guòchéng)和应用。
第二十三页，共291页。
一、快速成型技术产生的背景 快速成型技术的产生是由于从20世纪末开始， 消费需求日益个性化、多样化，产品更新加速， 开发周期、生产周期缩短，快速响应市场需求 已成为(chéngwéi)企业的重要走向。市场需 要一种更快的方式推出产品原型（样机）， RP技术应运而生。
制造(zhìzào)信息的数字化，将实现CAD／ CAPP／CAM／CAE的一体化，使产品向无图纸制 造(zhìzào)方向发展。
绿色(lǜ sè)设计与制造
回收(huíshōu)费让成本涨一成 ，冰箱最高回收 (huíshōu)费用为20欧元/件、洗衣机和空调的回收 (huíshōu)费用为10欧元/件、微波炉的回收(huíshōu) 费用为5欧元/件、其他小家电的回收(huíshōu)费用为 1欧元/件。
方法有：注塑、压铸、吸塑、挤塑等。 特点：材料利用率高，但产生变形的能
量消耗较大，内部结构复杂的零 件制造(zhìzào)困难。
第二十八页，共291页。
添加(tiān jiā)成型（增材成型）：
采用材料添加的方法分层制造零件 (línɡ jiàn)，能成型复杂零件(línɡ jiàn)， 材料利用率高。
快速成型技术属于添加成型（或增材 成型）。
第二十九页，共291页。
快速成型技术的 加工(jiā gōng)方法 ：
采用 “分层制造，逐层叠加”的方 法， 即将一个复杂(fùzá)的三维实体离 散成一系列二维层片的加工，是一种降 维制造，极大降低了加工难度，易以成 型结构复杂(fùzá)的零件。
第三十页，共291页。
应掌握的知识： 零件成型的方法。 快速成型的发展历程。 快速成型的特点。 光固化技术（SLA）、层状实体制造技术（LOM）的 特点、工艺过程(guòchéng)和应用。
第二十三页，共291页。
一、快速成型技术产生的背景 快速成型技术的产生是由于从20世纪末开始， 消费需求日益个性化、多样化，产品更新加速， 开发周期、生产周期缩短，快速响应市场需求 已成为(chéngwéi)企业的重要走向。市场需 要一种更快的方式推出产品原型（样机）， RP技术应运而生。
制造(zhìzào)信息的数字化，将实现CAD／ CAPP／CAM／CAE的一体化，使产品向无图纸制 造(zhìzào)方向发展。
先进制造工艺技术-生物制造技术(PPT 26张)
先进制造系统 之 先进制造工艺技术
∧
∨
16
2.3 生物制造的应用案例
3. 个性化人造器官
怎么解决这个困难？
据统计，仅在美国每年有数百万的患者患有各 种组织、器官的丧失或功能障碍，每年需要进行 800万次手术，年耗资400亿美元。我国目前有大约 150万尿毒症患者，每年却仅能做3000例肾脏移植 手术；有400万白血病患者在等待骨髓移植，而全 国骨髓库的资料才3万份，大量的患者都因等不到 器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活 率很低的问题。
2 生物制造
2.1 生物制造的发展 2.2 生物制造的概念与内容 2.3 生物制造应用案例
∧ ∨
先进制造系统
之 先进制造工艺技术
1
2.1 生物制造的发展
1. 生物制造系统正在形成 日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术用于工程材料 加工的研究，并初步证实了微生物加工金属材料的可行性。 目前已将快速成形制造技术人工骨研究相结合，为颅骨、颚 骨等骨骼的人工修复和康复医学提供了很好的技术手段。 我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一。生物学科 与制造学科这两个原来人们觉得毫不相干的学科，今天正在相 互渗透、相互交叉，正在形成一个新的学科——生物制造系统 （Biological Manufacturing System，BMS）。 我国在 2003年3 月和 2004 年7 月，先后两次召开了全国生物制 造工程学术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工 程的定义、内涵及意义；②生物医学工程与生物制造的联系； ③生物制造的研究特点、方向及方法；④生物制造的应用领域。
在膜两边形成的电位，经离子灵敏场效应放大后，可给出较好的开关信号。
(3)DNA分子 它以核苷酸碱基编码方式存储遗传信息，是一种 存储器的分子模型。 (4)采用导电聚合物如聚乙炔与聚硫氮化物制作分子导线 它们传递信息速度与电子导电情况无多大差别，但能耗极低。
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2.3 生物制造的应用案例
3. 个性化人造器官
怎么解决这个困难？
据统计，仅在美国每年有数百万的患者患有各 种组织、器官的丧失或功能障碍，每年需要进行 800万次手术，年耗资400亿美元。我国目前有大约 150万尿毒症患者，每年却仅能做3000例肾脏移植 手术；有400万白血病患者在等待骨髓移植，而全 国骨髓库的资料才3万份，大量的患者都因等不到 器官而死亡，而且器官移植存在排斥作用，成活 率很低的问题。
2 生物制造
2.1 生物制造的发展 2.2 生物制造的概念与内容 2.3 生物制造应用案例
∧ ∨
先进制造系统
之 先进制造工艺技术
1
2.1 生物制造的发展
1. 生物制造系统正在形成 日本三重大学和冈山大学率先开展了生物技术用于工程材料 加工的研究，并初步证实了微生物加工金属材料的可行性。 目前已将快速成形制造技术人工骨研究相结合，为颅骨、颚 骨等骨骼的人工修复和康复医学提供了很好的技术手段。 我国于1982年将生物技术列为八大重点技术之一。生物学科 与制造学科这两个原来人们觉得毫不相干的学科，今天正在相 互渗透、相互交叉，正在形成一个新的学科——生物制造系统 （Biological Manufacturing System，BMS）。 我国在 2003年3 月和 2004 年7 月，先后两次召开了全国生物制 造工程学术研讨会，专家们探讨的主要问题有：①生物制造工 程的定义、内涵及意义；②生物医学工程与生物制造的联系； ③生物制造的研究特点、方向及方法；④生物制造的应用领域。
在膜两边形成的电位，经离子灵敏场效应放大后，可给出较好的开关信号。
(3)DNA分子 它以核苷酸碱基编码方式存储遗传信息，是一种 存储器的分子模型。 (4)采用导电聚合物如聚乙炔与聚硫氮化物制作分子导线 它们传递信息速度与电子导电情况无多大差别，但能耗极低。
《先进制造技术》PPT课件 (2)
薄层成形时收缩大,易翘曲变形; 成形薄层强度低,不同方向组织均匀性差。
X
第二章 加工域活动中的先进工艺
1. Tri-Hatch扫描法
这是一种三角形扫描固化法,扫描后三角形内部不固化,总固化面积为50%。 这种方法的特点是能极大缩短零件的制造时间,特别适合制作大零件;缺点 是固化后会引起较大的扭曲变形,最终生成零件的精度不高。
CT或MRI
CAD
STL
STL、IGES、STEP……
RP系统
第二章 加工域活动中的先进工艺
三、原型制作时的扫描路径
薄层制造是通过扫描路径的规划和控制来实现的。激光按一定的扫描模式使 材料固化或烧结,生成薄层。
SLA和SLS中普遍采用的是长线扫描方式。
优点
方式简单,计算方便; 数据存储量小。
Y
缺点
IGES 的特点
优点 支持广泛 提供全面的实体信息来精确描述3D模型。
缺点 包含大量冗余信息 不支持网格模型 基于IGES的切片算法复杂。
第二章 加工域活动中的先进工艺
②HP/GL HP/GL(Hewlett- Packard graphics language)格式图形绘图仪的标准。它 也属于面片模型。
1 . STL ( Stereo Lithography interface specification )格式
STL 最初是用于美国30Systems 公司生产的SLA 快速原型系统的一 种文件格式，目前是快速原型系统与CAD 系统之间的准行业数据交换 标准。一个STL 模型如图8 一1 所示。
STL 文件格式中每一个三角面片由四个数据项表示，即三个顶点 坐标和面片的法矢，而STL 文件就是所有三角面片的集合.STL 文件格 式有ASCll 码和二进制码两种输出形式.二进制码输出形式所占用的文 件空间比ASCll 码输出形式的小得多，但是ASCll 码输出形式直观明了、 便于检查
第2章 先进制造工艺技术 先进制造技术 教学课件
第2章 先进制造工艺技术
(2) 加工精度高，质量好。对微型陀螺转子采用激光动平衡 技术，其平衡精度可达百分之一或千分之几微米的质量偏心值。 由于高能量密度和非接触式加工，以及作用时间短(即能量注入 速率高)，因此工件热变形小，且无机械变形，对精密小零件的 加工非常有利。
(3) 加工效率高，经济效益好。在某些情况下，用激光切割 比传统方式可提高效率8～10倍。用激光进行深熔焊接的生产效 率 比 传 统 方 式 提 高 30 倍 。 用 激 光 微 调 薄 膜 电 阻 ， 可 提 高 工 效 1000倍，提高精度1～2个量级。用激光强化电镀，其金属沉积 率可提高1000倍。金刚石拉丝模用机械方法打孔需要24 h，用 YAG激光器打孔只需2 s，提高工效43 200倍。与其它打孔方法 相 比 ， 激 光 打 孔 的 费 用 节 省 25% ～ 75% ， 间 接 加 工 费 用 节 省 50% ～ 75% 。 与 其 它 切 割 方 法 相 比 ， 激 光 切 割 钢 材 降 低 费 用 70%～90%。
第2章 先进制造工艺技术
2.2.2 激光加工的现状及国内外发展趋势
作为20世纪科学技术发展的主要标志和现代信息社会光电 子技术的支柱之一，激光技术和激光产业的发展受到世界先进 国家的高度重视。激光加工应用领域中，CO2(气体)激光器以 切割和焊接应用最广，分别占到70%和20%，表面处理则不到 10%。而红宝石(YAG)(固体)激光器的应用则是以焊接、标记 (50%) 和 切 割 (15%) 为 主 。 在 美 国 和 欧 洲 ， CO2 激 光 器 占 到 了 70%～80%。我国激光加工中以切割为主的占10%，其中98% 以上的CO2激光器功率在1.5～2 kW范围内；而以热处理为主 的约占15%，大多数是利用激光处理汽车发动机的汽缸套。这 项技术的经济性和社会效益都很高，有很大的市场前景。
先进制造技术概述(PPT30页).pptx
二、计算机数控（CNC）系统
1、CNC系统的基本原理 2、CNC系统的核心 3、CNC机床
CNC系统是一个位置控制系统，其主 要任务是根据加工程序及相关数据，进 行刀具与工件的相对运动控制，完成零 件的自动加工。
三、柔性制造系统
柔性制造系统FMS（Flexible Manufacturing System）源于机械加工领域， 其兼顾了生产效率和柔性这对矛盾，因此具有 强大的生命力。FMS是数控加工设备、物料运 储装置和计算机控制系统组成的柔性自动化制 造系统。它包括多个柔性制造单元，能根据制 造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用 于多品种、中等批量生产。所谓柔性就是通过 编程或稍加调整就可同时加工不同的工件。
3．物流系统
在FMS中流动的物料主要包括工件、刀 具、夹具、切屑及切削液。物流系统是 FMS从进口到出口，实现对上述物料自 动识别、存储、分配、输送、交换和管 理的系统。由于工件和刀具的流动频率 较高，故FMS的物流系统主要由工件流 系统和刀具流系统两部分组成。
图18-3 两种托盘交换器
第二节 现代集成制造系统CIMS
第一节 柔性自动化加工技术
制造自动化是制造业发展的标志，通常将 制造自动化的发展分为五个阶段。从早期的满 足大批大量生产要求的刚性自动化，发展到以 计算机数控为基础的柔性自动化，依靠了许多 基础单元技术、系统集成技术及其相关装备的 长足发展。其中，计算机数字控制技术 （CNC）、分布式数字控制技术（DNC）、 柔性制造系统（FMS）等的发展，已能较好地 解决多品种、中小批量的自动化加工问题。
图18-1 制造自动化发展的五个阶段
一、数控加工技术
数控机床集传统的机械制造技术、计算机技术、 现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、 网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于 一体，是现代制造技术的基础。它的广泛使用 给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结 构带来了深刻的变化。数控机床是制造业实现 自动化、柔性化、集成化生产的基础，是关系 到国家战略地位和体现国家综合国力的重要基 础性产业，其水平的高低及拥有量是衡量一个 国家工业现代化水平的重要标志。
《先进制造工艺技术》PPT课件
超高速加工技术的发展与应用
• 超高速加工技术的应用
高速切削加工目前主要用于汽车工业大批生产、 难加工材料、超精密微细切削、复杂曲面加工等 不同的领域 航空工业是高速加工的主要应用行业，飞机制造 通常需切削加工长铝合金零件、薄层腹板件等， 直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用铆接工 艺，从而降低飞机重量
超高速切削的关键技术
• 超高速机床的进给系统
超高速切削在提高主轴速度的同时必须提高 进给速度，并且要求进给运动能在瞬时达到 高速和瞬时准停等 超高速切削机床的进给系统不仅要能达到很 高的进给速度，还要求进给系统具有大的加 速度以及高的定位精度
超高速切削的关键技术
• 超高速机床的进给系统
更先进、更高速的直线电动机已经发展起来，它可以 取代滚珠丝杠传动，提供更高的进给速度和更好的加、 减速特性 直线电机直接驱动的优点是：①控制特性好、增益大、 滞动小，在高速运动中保持较高位移精度；②高运动 速度，因为是直接驱动，最大进给速度可高达100～180 m/min；③高加速度，由于结构简单、质量轻，可实现 的最大加速度高达2～10g；④无限运动长度；⑤定位精 度和跟踪精度高，以光栅尺为定位测量元件，采用闭 环反馈控制系统，工作台的定位精度高达0.1～0.01；⑥ 起动推力大 ( 可达 12000N) ；⑦由于无传动环节，因而 无摩擦、无往返程空隙，且运动平稳
到了20世纪30年代，硬质合金开始得到使用，刀具 的耐热温度达到800～1000℃，切削速度很快提高 到每分钟数百米 随后，相继使用了陶瓷刀具、金刚石刀具和立方氮 化硼刀具，其耐热温度均在1000℃以上，切削速度 可达每分钟一千至数千米
先进制造工艺的产生和发展
• 新型工程材料的应用推动了制造工艺的 进步和变革
先进制造工艺技术概述ppt
1
先进制造工艺技术对制造业的转型升级起到关 键作用，提高了生产效率和产品质量，降低了 生产成本。
2
制造业的发展趋势是数字化、智能化、绿色化 、服务化，先进制造工艺技术是实现这些目标 的核心手段。
3
未来制造业将面临更多的挑战和机遇，需要不 断更新和升级制造工艺技术，以适应市场需求 的变化。
对当前制造业的启示和建议
未来的展望
未来制造业将面临更多的机遇和挑战，需要加强 战略规划和顶层设计，制定科学的发展战略和政 策。
加强人才培养和队伍建设，提高制造业的人才素 质和技术水平，推动制造业的创新发展。
以数字化、智能化、绿色化、服务化为核心，推 进制造业的数字化转型和智能化升级，实现制造 业的高质量发展。
积极应对国际贸易形势的变化，加强国际合作和 交流，推进制造业的国际化发展，提高制造业的 全球竞争力。
转型升级的必经之路
02
制造业需要不断进行产业升级和转型，而先进制造工艺是实现
产业升级和转型的必要手段。
提高生产效率和产品质量
03
先进制造工艺能够显著提高生产效率，降低生产成本，同时提
高产品质量和精度。
当前制造业的挑战与机遇
挑战
面临着能源、资源、环境等各方面的压力，制造业需要不断 提高自身的创新能力、技术水平和核心竞争力。
加强技术创新和研发，不断推进先进制造工艺技术的 更新和升级，提高制造业的核心竞争力。
推进绿色制造技术，减少制造业对环境的影响，实现 可持续发展。
结合数字化、智能化技术，实现制造业的自动化、柔 性化和定制化生产，提高生产效率和产品质量。
加强国际合作和交流，吸收国际先进经验和技术，推 进制造业的国际化发展。
某企业绿色制造技术应用案例
先进制造技术----先进工艺PPT共46页
拉
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底----先进工艺
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
60、生活的道路一旦选定，就要勇敢地 走到底----先进工艺
61、辍学如磨刀之石，不见其损，日 有所亏 。 62、奇文共欣赞，疑义相与析。
63、暧暧远人村，依依墟里烟，狗吠 深巷中 ，鸡鸣 桑树颠 。 64、一生复能几，倏如流电惊。 65、少无适俗韵，性本爱丘山。
56、书不仅是生活，而且是现在、过 去和未 来文化 生活的 源泉。 ——库 法耶夫 57、生命不可能有两次，但许多人连一 次也不 善于度 过。— —吕凯 特 58、问渠哪得清如许，为有源头活水来 。—— 朱熹 59、我的努力求学没有得到别的好处， 只不过 是愈来 愈发觉 自己的 无知。 ——笛 卡儿
先进制造工艺技术..ppt课件
－聚晶金刚石(PCD)（切割后焊在刀片上） －金刚石膜（厚膜焊接在刀片上，薄膜涂层涂覆在超硬刀具基 体上）
完整版ppt课件
30
刀具切削刃比较
立方氮化硼烧结体（CBN）
金刚石粉烧结体
单晶金刚石
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31
单晶金刚石刀具
Ø 金刚石的晶体结构和刃磨
立方体
八面体
十二面体
多晶金刚石研磨后的刀刃
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HRR2
f2 4
1/2
f2 8R
n 切削刃口的复映性 n 毛刺与加工变质层
Hcotcotf
完整版ppt课件
26
金刚石切削刀具
超精密切削刀具应具备的条件：
Ø 刀具刃口的锋利性好。刃口半径值极小，能实现超薄切削
厚度。
Ø 切削刃的粗糙度低。切削时刃形将复制在被加工表面上，
从而得到超光滑的镜面。
Ø 刀具与被切削材料的亲和性低。以得到极好的加工表面完
完整版ppt课件
12
2） 技术要求
❖ 超微量切削特征 ❖ 刀尖附近的极小局部区域能承受高温高压 ❖ 实现超薄切削 ❖ 刀刃平直 ❖ 工件材料的抗粘性好，化学亲和力好，摩擦
系数小
完整版ppt课件
13
3）加工机床
目前的超精密加工机床一般采用高精度空气静压轴承 支撑主轴系统；空气静压导轨支撑进给系统的结构模式。
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37
金刚石切削机床
要求高精度、高刚度、良好稳定性、抗振性及数控功能等
型号(生产厂家)
径向跳动(μm)
主轴
轴向跳动(μm) 径向刚度(N/μm) 轴向刚度(N/μm)
Z向(主轴)直线度
导轨
X向(刀架)直线度 X、Z向垂直度(")
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刀具切削刃比较
立方氮化硼烧结体（CBN）
金刚石粉烧结体
单晶金刚石
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单晶金刚石刀具
Ø 金刚石的晶体结构和刃磨
立方体
八面体
十二面体
多晶金刚石研磨后的刀刃
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HRR2
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f2 8R
n 切削刃口的复映性 n 毛刺与加工变质层
Hcotcotf
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金刚石切削刀具
超精密切削刀具应具备的条件：
Ø 刀具刃口的锋利性好。刃口半径值极小，能实现超薄切削
厚度。
Ø 切削刃的粗糙度低。切削时刃形将复制在被加工表面上，
从而得到超光滑的镜面。
Ø 刀具与被切削材料的亲和性低。以得到极好的加工表面完
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12
2） 技术要求
❖ 超微量切削特征 ❖ 刀尖附近的极小局部区域能承受高温高压 ❖ 实现超薄切削 ❖ 刀刃平直 ❖ 工件材料的抗粘性好，化学亲和力好，摩擦
系数小
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3）加工机床
目前的超精密加工机床一般采用高精度空气静压轴承 支撑主轴系统；空气静压导轨支撑进给系统的结构模式。
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金刚石切削机床
要求高精度、高刚度、良好稳定性、抗振性及数控功能等
型号(生产厂家)
径向跳动(μm)
主轴
轴向跳动(μm) 径向刚度(N/μm) 轴向刚度(N/μm)
Z向(主轴)直线度
导轨
X向(刀架)直线度 X、Z向垂直度(")
《先进制造工艺技术》课件
《先进制造工艺技术》ppt课件xx年xx月xx日目 录CATALOGUE •先进制造工艺技术概述•先进制造工艺技术应用•先进制造工艺技术案例分析•先进制造工艺技术面临的挑战与解决方案•未来展望01先进制造工艺技术概述定义与特点利用数控机床进行高效、高精度加工的一种制造技术。
数控加工技术通过堆积材料的方式实现三维实体制造的一种制造技术。
增材制造技术利用激光束的高能量和高精度特性进行加工的一种制造技术。
激光加工技术通过智能化技术实现制造过程的自动化、智能化的一种制造技术。
智能制造技术先进制造工艺技术的分类先进制造工艺技术的发展趋势数字化、网络化、智能化将信息技术与制造技术深度融合，实现数字化、网络化、智能化的制造过程。
个性化、定制化满足消费者个性化需求，实现快速定制化的生产模式。
绿色化、可持续发展采用环保材料和工艺，降低能耗和减少废弃物排放，实现绿色制造和可持续发展。
02先进制造工艺技术应用总结词增材制造技术是一种通过材料逐层堆积形成三维实体的制造方法。
详细描述增材制造技术采用数字化模型，通过逐层打印的方式将材料堆积成所需的三维实体。
这种技术可以快速制造出复杂形状的零件，并且具有高度定制化的特点。
增材制造技术在航空航天、医疗、汽车等领域得到广泛应用。
总结词智能制造技术是一种将先进信息技术与制造过程相结合的制造模式。
详细描述智能制造技术通过引入物联网、大数据、人工智能等技术，实现制造过程的自动化、智能化和柔性化。
智能制造技术可以提高生产效率、降低能耗和减少生产成本，是未来制造业发展的重要方向。
精密制造技术是一种高精度、高质量的制造技术。
精密制造技术涉及超精密加工、纳米加工等领域，可以实现极高的加工精度和表面质量。
这种技术在高端装备制造、航空航天、微电子等领域具有重要应用价值。
总结词微纳制造技术是一种在微米和纳米尺度上制造物体的技术。
详细描述微纳制造技术包括微电子制造、纳米压印、纳米光刻等技术，可以实现极小的尺寸和极高的精度。
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另外Salonmon的超高速切削理论对超高速磨削 理论也有重要启示。
3.2.2超高速加工定义与特征
超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可 靠实现高速运动的高精度，高自动化和高柔性的制造设备， 以提高切削速度来达到提高材料切除率，加工精度和加工 质量的先进加工技术。
优越性： 提高了加工效率和设备利用率，缩短了生产周期 减少工件的热变形和内应力，提高工件的加工精度 提高加工表面质量 省去传统的放电加工或磨削加工
2）机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣削、 刨削、镗削、磨削加工等
3）表面改性处理阶段，包括热处理、电镀、化 学镀、热喷涂、涂装等
3.1.2先进制造工艺的产生与发展
先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，一个国家的 制造工艺技术水平的高低，很大程度决定了其制造业在国 际市场的竞争实力。
其发展体现在以下几方面： ➢制造加工精度不断提高 ➢切削加工速度迅速提高 ➢新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革 ➢自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率 ➢零件毛坯成形在向少无余量发展 ➢优质清洁表面工程技术的形成和发展
模具制造业是高速加工技术的主要受益者。高速加工技术 在模具行业的应用，无论是在减少加工准备时间，缩短工 艺流程，还是缩短切削加工时间方面都具有极大的优势。
பைடு நூலகம்
3.3 超精密加工技术
3.3.1 超精密加工概述 3.3.2 超精密加工定义与特征 3.3.3 超精密加工相关技术 3.3.4 超精密加工的应用
目前适合于超高速切削的刀具材料主要有：涂层刀 具材料、技术陶瓷刀具材料、陶瓷刀具材料、立方 氮化硼（CBN)刀具材料、聚晶金刚石（PCD）刀 具材料等。
2.超高速磨削技术
特点： 大幅度提高磨削效率、减少设备使用台数 磨削力小，零件加工精度高 降低加工工件表面的粗糙度 砂轮寿命延长 改善加工表面完整性
第三章 先进制造工艺技术
提纲
3.1 先进制造工艺技术概述 3.2 超高速加工技术 3.3 超精密加工技术 3.4 微细加工技术 3.5 快速原型制造技术
3.1先进制造工艺技术概述
3.1.1 制造工艺的基本概念 3.1.2 先进制造工艺的产生与发展 3.1.3 先进制造工艺的特点
3.1.1制造工艺的基本概念
超高速切削刀具系统的特点：
刀片在刀体的定位要求加紧牢固、安全，刀具与机床的联接可 靠
超高速切削加工的切削力随着切削速度的提高而降低约30% 切削温度随着切削速度的提高而缓慢提高 道具的磨损主要由切削温度、刀具-切屑之间和刀具-工件的相对
速度决定的
超高速切削的刀具材料
超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学 亲和力要小，并且具有优异的机械性能、热稳定性、 抗冲击性和耐磨性。
减少 工序
切削 力低
切削 的优 越性
热变 形小
高精 度
材料切 除率高
3.2.3超高速加工相关技术
1.超高速切削的相关技术 超高速切削机床五项基本要求： 适宜超高速的主轴部件 快速响应的数控系统 快速的进给部件 动静热刚度好的机床支承部件 高压大流量喷射的冷却系统和安全装置
超高速切削的刀具系统
超精密加工的发展
3.3.2超精密加工定义与特征
超精密加工，加工精度高于0.1um,表面 粗糙度小于Ra 0.01um的加工方法，主 要包括超精密切削（车、铣）、超精密 磨削、超精密研磨以及超精密特种加工。
超精密加工方法分类：
根据加工过程材料重量的增减分为：去除加工、结合 加工、变型加工 根据机理和能力性质分为力学加工、物理加工、化学 与电化学加工和负荷加工
3.2.4超高速加工的应用
超高速切削加工主要用于汽车工业大批生产，难加工材料， 超精密微细切削，复杂曲面加工等领域。
航空工业的应用，飞机制造直接采用毛坯高速切削加工， 从而降低飞机重量。
在汽车制造业为了满足市场个性化需求而由大批量生产逐 步转向为多品种变批量生产，由柔性生成线代替了组合机 床刚性生产线，高速的加工中心将柔性生产的效率提高到 组合机床生产线的水平。
超高速磨削的关键技术
超高速主轴 超高速磨削砂轮
1. 结构应具有强度高、抗冲击强度高、耐热性好、 微破碎性好、杂质含量低等优点
2. 砂轮的修整：整形和修锐
超高速磨削的磨削液及其注入系统
1. 磨削液分类：油基磨削液和水基磨削液 2. 常用注入方法：手工供液法、浇注法、高压喷
射法、利用开槽砂轮法等
提高切削速度和进给速度，才能提高生产率， 产生了超高速加工
3.2.1超高速加工概述
泰勒是最早研究金属切削的学者，30年代，德 国物理学家Salonmon提出了著名的萨洛蒙曲线， 提出了超高速切削理论。
50年代，美国工程师Robert使用了具有极高切 削速度的独特方法——弹道切削。
70年代美国海军和空军与Lockheed飞机制造公 司进行合作，研究超高速铣削。
机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状 尺寸，性能或相对位置，使之成为成品或半成 品的方法和过程。
机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供， 毛坯和零件成形，机械加工，材料改性与处理， 装配与包装，质量检测与控制等多个工艺环节 组成。
按照功能不同，将机械制造工艺分为三个阶段：
1）零件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、 焊接、铸造、锻压加工成形等
优质
高效
低耗
先进制造 工艺的特点
灵活
洁净
3.2超高速加工技术
3.2.1 超高速加工概述 3.2.2 超高速加工定义与特征 3.2.3 超高速加工相关技术 3.2.4 超高速加工的应用
3.2.1超高速加工概述
20世纪80年代，计算机控制的自动化技术的高 速发展成为生产工程的突出特点，发达国家的 数控率已达70－80％。随着数控技术发展，切 削工时占去总工时主要部分，成为生产率的主 要部分。
19
3.3.1超精密加工概述
精密加工指在一定的发展时期，加工精度和 表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密 加工指的是在一定的发展时期，加工精度和 表面质量达到最高程度的加工工艺。
20
几种典型精密零件的加工精度
超精密加工涉及的技术领域包括： 超精密加工机理 超精密加工的刀具，磨具及其制备技术 超精密加工机床设备 超精密测量及补偿技术 严格的工作环境
3.2.2超高速加工定义与特征
超高速加工技术是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可 靠实现高速运动的高精度，高自动化和高柔性的制造设备， 以提高切削速度来达到提高材料切除率，加工精度和加工 质量的先进加工技术。
优越性： 提高了加工效率和设备利用率，缩短了生产周期 减少工件的热变形和内应力，提高工件的加工精度 提高加工表面质量 省去传统的放电加工或磨削加工
2）机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣削、 刨削、镗削、磨削加工等
3）表面改性处理阶段，包括热处理、电镀、化 学镀、热喷涂、涂装等
3.1.2先进制造工艺的产生与发展
先进制造工艺是先进制造技术的核心和基础，一个国家的 制造工艺技术水平的高低，很大程度决定了其制造业在国 际市场的竞争实力。
其发展体现在以下几方面： ➢制造加工精度不断提高 ➢切削加工速度迅速提高 ➢新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革 ➢自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率 ➢零件毛坯成形在向少无余量发展 ➢优质清洁表面工程技术的形成和发展
模具制造业是高速加工技术的主要受益者。高速加工技术 在模具行业的应用，无论是在减少加工准备时间，缩短工 艺流程，还是缩短切削加工时间方面都具有极大的优势。
பைடு நூலகம்
3.3 超精密加工技术
3.3.1 超精密加工概述 3.3.2 超精密加工定义与特征 3.3.3 超精密加工相关技术 3.3.4 超精密加工的应用
目前适合于超高速切削的刀具材料主要有：涂层刀 具材料、技术陶瓷刀具材料、陶瓷刀具材料、立方 氮化硼（CBN)刀具材料、聚晶金刚石（PCD）刀 具材料等。
2.超高速磨削技术
特点： 大幅度提高磨削效率、减少设备使用台数 磨削力小，零件加工精度高 降低加工工件表面的粗糙度 砂轮寿命延长 改善加工表面完整性
第三章 先进制造工艺技术
提纲
3.1 先进制造工艺技术概述 3.2 超高速加工技术 3.3 超精密加工技术 3.4 微细加工技术 3.5 快速原型制造技术
3.1先进制造工艺技术概述
3.1.1 制造工艺的基本概念 3.1.2 先进制造工艺的产生与发展 3.1.3 先进制造工艺的特点
3.1.1制造工艺的基本概念
超高速切削刀具系统的特点：
刀片在刀体的定位要求加紧牢固、安全，刀具与机床的联接可 靠
超高速切削加工的切削力随着切削速度的提高而降低约30% 切削温度随着切削速度的提高而缓慢提高 道具的磨损主要由切削温度、刀具-切屑之间和刀具-工件的相对
速度决定的
超高速切削的刀具材料
超高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学 亲和力要小，并且具有优异的机械性能、热稳定性、 抗冲击性和耐磨性。
减少 工序
切削 力低
切削 的优 越性
热变 形小
高精 度
材料切 除率高
3.2.3超高速加工相关技术
1.超高速切削的相关技术 超高速切削机床五项基本要求： 适宜超高速的主轴部件 快速响应的数控系统 快速的进给部件 动静热刚度好的机床支承部件 高压大流量喷射的冷却系统和安全装置
超高速切削的刀具系统
超精密加工的发展
3.3.2超精密加工定义与特征
超精密加工，加工精度高于0.1um,表面 粗糙度小于Ra 0.01um的加工方法，主 要包括超精密切削（车、铣）、超精密 磨削、超精密研磨以及超精密特种加工。
超精密加工方法分类：
根据加工过程材料重量的增减分为：去除加工、结合 加工、变型加工 根据机理和能力性质分为力学加工、物理加工、化学 与电化学加工和负荷加工
3.2.4超高速加工的应用
超高速切削加工主要用于汽车工业大批生产，难加工材料， 超精密微细切削，复杂曲面加工等领域。
航空工业的应用，飞机制造直接采用毛坯高速切削加工， 从而降低飞机重量。
在汽车制造业为了满足市场个性化需求而由大批量生产逐 步转向为多品种变批量生产，由柔性生成线代替了组合机 床刚性生产线，高速的加工中心将柔性生产的效率提高到 组合机床生产线的水平。
超高速磨削的关键技术
超高速主轴 超高速磨削砂轮
1. 结构应具有强度高、抗冲击强度高、耐热性好、 微破碎性好、杂质含量低等优点
2. 砂轮的修整：整形和修锐
超高速磨削的磨削液及其注入系统
1. 磨削液分类：油基磨削液和水基磨削液 2. 常用注入方法：手工供液法、浇注法、高压喷
射法、利用开槽砂轮法等
提高切削速度和进给速度，才能提高生产率， 产生了超高速加工
3.2.1超高速加工概述
泰勒是最早研究金属切削的学者，30年代，德 国物理学家Salonmon提出了著名的萨洛蒙曲线， 提出了超高速切削理论。
50年代，美国工程师Robert使用了具有极高切 削速度的独特方法——弹道切削。
70年代美国海军和空军与Lockheed飞机制造公 司进行合作，研究超高速铣削。
机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状 尺寸，性能或相对位置，使之成为成品或半成 品的方法和过程。
机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供， 毛坯和零件成形，机械加工，材料改性与处理， 装配与包装，质量检测与控制等多个工艺环节 组成。
按照功能不同，将机械制造工艺分为三个阶段：
1）零件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、 焊接、铸造、锻压加工成形等
优质
高效
低耗
先进制造 工艺的特点
灵活
洁净
3.2超高速加工技术
3.2.1 超高速加工概述 3.2.2 超高速加工定义与特征 3.2.3 超高速加工相关技术 3.2.4 超高速加工的应用
3.2.1超高速加工概述
20世纪80年代，计算机控制的自动化技术的高 速发展成为生产工程的突出特点，发达国家的 数控率已达70－80％。随着数控技术发展，切 削工时占去总工时主要部分，成为生产率的主 要部分。
19
3.3.1超精密加工概述
精密加工指在一定的发展时期，加工精度和 表面质量达到较高程度的加工工艺。超精密 加工指的是在一定的发展时期，加工精度和 表面质量达到最高程度的加工工艺。
20
几种典型精密零件的加工精度
超精密加工涉及的技术领域包括： 超精密加工机理 超精密加工的刀具，磨具及其制备技术 超精密加工机床设备 超精密测量及补偿技术 严格的工作环境