先进制造工艺技术教材(PPT 78页)
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先进制造工艺ppt
结语
• 先进制造工艺技术不仅为我们的社会生 活提供了极大的便利，而且大大的促进 了科学技术的进步与发展，同时导致许 多重要科技成果的创造与发明，推动了 整个社会的繁荣发展，为整个世界的向 前发展起到了巨大的推动力。
先进制造工艺技术应用• 微电子技术
• 超导技术利用
• 太阳能利用：
• 微电子技术
微电子技术
超导技术利用
• 超导取暖器
太阳能利用
先进制造工艺技术发展趋势
• • • • • ）采用模拟技术，优化工艺设计； 2）向成形精度向近无余量方向发展； 3）成形质量向近无“缺陷”方向发展； 4）机械加工向超精密、超高速方向发展； 5）采用新型能源及复合加工，解决新型材料 的加工和表面改性难题； • 6）将采用自动化技术，实现工艺过程的优化 控制； • 7）将采用清洁能源及原材料，实现清洁生产； • 8）将加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋 向集成。
• 数控技术与数控机床
• 计算机集成制造和工厂自动化
数控技术与数控机床
数控技术与数控机床
计算机集成制造和工厂自动化
计算机集成制造和工厂自动化
先进制造工艺技术特点• • • • 设计手段的计算机化 新的设计思想和方法不断出现 向全寿命周期设计发展 设计过程由单纯考虑技术因素转向综合 考虑技术、经济和社会因素
姓名：李楚枫 班级：11级金融本科一班
学号：01110521Y32 题目:先进制造工艺
先进制造工艺
一：含义 二：分类 三：特点 四：应用 五：发展趋势
含义
先进制造工艺技术是在指在制造领域 内采用高新科学技术的总称，它是在 传统制造技术的基础上，不断吸收机 械、电子、信息、材料、能源和现代 管理技术等各个方面的技术成果，然 后将两者有机结合起来，将其综合应 用于产品设计、制造、销售、服务的 制造过程对市场的适应能力的技术。
先进制造技术ppt_先进制造技术ppt讲义
快速原型制造技术的应用
自从RPM技术出现以来，迅速成为高校和研究机构研究的热点。
RPM技术已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制 造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领 域展现出良好的应 用
① 设计模型可视化及设计评价 ② 装配校核 ③ 功能验证
四、RPM技术在医学领域中的应用
►在原型制造技术应用于外科手术前，骨骼缺 损修复手术的精确度很低，手术时间长，给 患者造成了很大的痛苦。
►用快速原型制造技术制作人工骨骼后，外科 医生在手术前参照人工骨骼手术设计方案， 对于其缺损的骨骼CT数据不完整，在制作人 工骨骼时，可利用健康的数据，镜对称映射 的非健康侧，使已不存在的缺损骨骼数据得 以修复，辅助外科医生准确的实施手术，手 术时间缩短，病人的痛苦相对减少，康复时 间缩短。
二、RPM技术在模具制造中的应用
三、RPM技术在铸造领域中的应用
在航空、航天、国防、汽车等重点行业，核心部件一般均为结构精细、复 杂的铸件，其铸造环节复杂、周期长、耗资大，略有失误可能要全部返工， 风险大。借助RPM技术，使RP技 术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到 事半功倍的效果。 如某燃气发动机的S段，若按传统金属铸件方法制造，模具制造周期约需半 年，费用几十万。而采用基于 RP原型的快速铸造方法，快速成形铸造熔模 7天（分6段组合），拼装、组合、铸造10天，每件费用不超过2万（共6件）。
自从RPM技术出现以来，迅速成为高校和研究机构研究的热点。
RPM技术已在航空航天、汽车外形设计、玩具、电子仪表与家用电器塑料件制 造、人体器官制造、建筑美工设计、工艺装饰设计制造、模具设计制造等领 域展现出良好的应 用
① 设计模型可视化及设计评价 ② 装配校核 ③ 功能验证
四、RPM技术在医学领域中的应用
►在原型制造技术应用于外科手术前，骨骼缺 损修复手术的精确度很低，手术时间长，给 患者造成了很大的痛苦。
►用快速原型制造技术制作人工骨骼后，外科 医生在手术前参照人工骨骼手术设计方案， 对于其缺损的骨骼CT数据不完整，在制作人 工骨骼时，可利用健康的数据，镜对称映射 的非健康侧，使已不存在的缺损骨骼数据得 以修复，辅助外科医生准确的实施手术，手 术时间缩短，病人的痛苦相对减少，康复时 间缩短。
二、RPM技术在模具制造中的应用
三、RPM技术在铸造领域中的应用
在航空、航天、国防、汽车等重点行业，核心部件一般均为结构精细、复 杂的铸件，其铸造环节复杂、周期长、耗资大，略有失误可能要全部返工， 风险大。借助RPM技术，使RP技 术与传统工艺相结合，扬长避短，可收到 事半功倍的效果。 如某燃气发动机的S段，若按传统金属铸件方法制造，模具制造周期约需半 年，费用几十万。而采用基于 RP原型的快速铸造方法，快速成形铸造熔模 7天（分6段组合），拼装、组合、铸造10天，每件费用不超过2万（共6件）。
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。
21
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
7
21世纪的超精密加工将向分子级、原子级精度推进
2020/7/2
8
（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。
2020/7/2
6
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
2020/7/2
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》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
先进制造工艺课件
通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量 2mJ到20J（电流为400A时）之间。
11
电火花加工类型
➢电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等
➢电火花线切割加 工：用连续移动的 钼丝（或铜丝）作 工具阴极，工件为 储丝筒 阳极。机床工作台 带动工件在水平面 内作两个方向移动， 可切割出二维图形 （图7-65）。同时， 丝架可作小角度摆 动，可切割出斜面。
2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题。 ➢ 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。
➢ 非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能 量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材 料被去除、累加、变形或改变性能等。
4
非传统加工方法特点
➢ 非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量 （如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。
14
电解加工
工作原理：工件接阳 极，工具（铜或不锈 钢）接阴极，两极间 加直流电压6～24V， 极间保持0.1～1mm间 隙。在间隙处通以 6～60m/S高速流动电 解液，形成极间导电 通路，工件表面材料 不断溶解，溶解物及 时被电解液冲走。工 具阴极不断进给，保 持极间间隙。
2
3.5.1 特种加工技术概述 3.5.2 几种代表性特种加工方法
3
3.5.1 特种加工技术概述
➢ 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切 削与磨削加工方法的总称。
➢ 非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统 机械加工方法难于解决：
1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、 高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求， 使新材料不断涌现。
➢ 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工 具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。
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电火花加工类型
➢电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等
➢电火花线切割加 工：用连续移动的 钼丝（或铜丝）作 工具阴极，工件为 储丝筒 阳极。机床工作台 带动工件在水平面 内作两个方向移动， 可切割出二维图形 （图7-65）。同时， 丝架可作小角度摆 动，可切割出斜面。
2）复杂形面、薄壁、小孔、窄缝等特殊工件加工问题。 ➢ 为解决上面两方面问题，出现了非传统加工方法。
➢ 非传统加工方法将电、磁、声、光等物理量及化学能 量或其组合直接施加在工件被加工的部位上，从而使材 料被去除、累加、变形或改变性能等。
4
非传统加工方法特点
➢ 非传统加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量 （如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。
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电解加工
工作原理：工件接阳 极，工具（铜或不锈 钢）接阴极，两极间 加直流电压6～24V， 极间保持0.1～1mm间 隙。在间隙处通以 6～60m/S高速流动电 解液，形成极间导电 通路，工件表面材料 不断溶解，溶解物及 时被电解液冲走。工 具阴极不断进给，保 持极间间隙。
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3.5.1 特种加工技术概述 3.5.2 几种代表性特种加工方法
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3.5.1 特种加工技术概述
➢ 非传统加工又称特种加工，通常被理解为别于传统切 削与磨削加工方法的总称。
➢ 非传统加工方法 产生于二次大战后。两方面问题传统 机械加工方法难于解决：
1）难加工材料的加工问题。宇航工业等对材料高强度、 高硬度、高韧性、耐高温、耐高压、耐低温等的要求， 使新材料不断涌现。
➢ 非传统加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工 具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。
《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..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）
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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
完整版ppt课件
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
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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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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
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
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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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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(")
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- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
•41
离子刻蚀技术
•42
LIGA 技术
•43
薄膜制备技术
离子溅射镀膜机
•44
3.4.4微细加工的发展与趋势
加工方法的 多样化
加工材料的 多样化
微细加工 的发展与 趋势
提高微细加工 的经济性
加快微细加工 机理的研究
•45
3.5快速原型制造技术
3.5.1快速原型制造技术概述 3.5.2快速原型制造的定义与特征 3.5.3快速原型制造相关技术 3.5.4快速原型制造的应用
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
•6
优质
高效
低耗
先进制造 工艺的特点
灵活
洁净
•7
3.2超高速加工技术
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
•14
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。
•27
2．超精密磨削加工 超精密磨削砂轮 砂轮的修整 磨削速度和磨削液
•28
3．超精密研磨、抛光加工 4．超精密特种加工 激光束加工原理，特点，基本设备 电子束加工原理，特点，基本设备 离子束加工原理，特点，基本设备
•29
5．机床设备 特征：高精度、高刚度、高稳定性、高自动化 精密主轴部件 精密导轨 微量进给装置 6.加工环境 净化的空气环境 恒定的温度环境 较好的抗振动干扰环境
•35
3.4.2微细加工概述
微细加工技术指制作微机械或微型装置的加工技 术。
微细加工是指加工尺度为微米级范围的加工方式， 是MEMS发展的重要基础，它起源于半导体制造 工艺。广义的微细加工方式十分丰富，包含了微 细机械加工，各种现代特种加工，高能束加工等 方式。
•36
分Ins离ert 加ther工xet
•19 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 20
几种典型精密零件的加工精度
•21
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
技术基础 微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集成技术、 微测量、微能源、微系统控制等
应用研究
微机械在精密仪器、医疗卫生、生物工程，特别在空间狭小、操作精度高、 功能高度集成的航空航天机载设备领域有着巨大应用潜力。如微型传感器、 微型执行器、微型光机电器件和系统、微型机器人、微型飞行器、微型动 力系统等。
•24
超精密加工方法分类：
•25
超精密加工特点
净化加工原则 微量切削机理 形成综合制造工艺 与自动化技术联系密切 加工与检测一体化 特种加工与复合加工方法应用越来越多
•26
3.3.3超精密加工相关技术
1．超精密切削加工 刀具的性能：极高的硬度、耐用度和弹性模
量，刃口锋锐，刀刃无缺陷，与工件抗黏结 性好、化学亲和性低、摩擦系数低 金刚石刀具的特性：硬度高，锋锐刃口无缺 陷，热化学性能优越导热性好，耐磨性好刀 刃强度高 刀刃形状对加工质量的影响 刀刃半径对加工质量的影响
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。
•15
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
微型机械的概念由Richard PF于1959年提出，第 一个硅微型压力传感器于1962年问世。
1994年美国国防部将MEMS列为关键技术。德国 首创的LIGA为MEMS的发展提供了新的技术手段。 微机械按照尺寸特征分为：1～10mm的微小机械； 1um～1mm的微机械；1nm～1um的纳米机械。
•11
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
•12
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
•13
超高速切削的刀具系统
•46
3.5.1快速原型制造技术概述
随着制造业竞争的日益加剧，产品的开发速度和制造技术 的柔性变得十分关键，从技术角度，计算机科学、CAD技 术、材料科学、激光技术的发展和普及成为新的制造技术 产生奠定了基础。
快速原型技术于20世纪80年代在美国问世，并很快完成了 数种RPM工艺技术的研究，开发与商品化过程。目前，全 球有数十种RPM工艺技术，1995年市场增长率为49％， 1996年RPM设备市场销售额大4.2亿美元，1998年达10亿 美元。
•17
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。
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
•9
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。
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
•8
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。
•47
3.5.2快速原型制造的定义与特征
RPM技术是集CAD技术、数控技术、材料科学、 机械工程、电子技术和激光等技术于一体的综 合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制 造的一体化系统技术，它采用软件离散－材料 堆积的原理实现零件的成形过程，原理如图所 示：
•48
•49
其工艺流程为： 零件CAD数据模型的建立 数据转换文件的生成 分层切片 层片信息处理 快速堆积成形
焊接、铸造、锻压加工成形等 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
•5
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。
加
工
材Ins料ert 改htee性xret
类 型
结Ins合ert 加htee工xret
变Ins形ert 加htee工xret
材Ins料ert 处htee理xret
•37
微细且被加工对 象的整体尺寸也很微小。
必须针对不同对象和加工要求，具体考虑不同的加工方法 和手段
•30
3.3.4超精密加工的应用
更高效率，更高精度 大型化，微型化 加工检测一体化 机床向多功能模块化方向发展 新原理、新方法、新材料的不断发展
•31
3.4微细加工技术
3.4.1微机械概述 3.4.2微细加工概述 3.4.3微细加工相关技术 3.4.4微细加工的发展与趋势
•32
3.4.1 微机械概述
•22
超精密加工的发展
•23
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
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。
•10
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
•50
（1）零件CAD数据模型的建立 设计人员可以应用各种三维CAD造型系统，
离子刻蚀技术
•42
LIGA 技术
•43
薄膜制备技术
离子溅射镀膜机
•44
3.4.4微细加工的发展与趋势
加工方法的 多样化
加工材料的 多样化
微细加工 的发展与 趋势
提高微细加工 的经济性
加快微细加工 机理的研究
•45
3.5快速原型制造技术
3.5.1快速原型制造技术概述 3.5.2快速原型制造的定义与特征 3.5.3快速原型制造相关技术 3.5.4快速原型制造的应用
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
•6
优质
高效
低耗
先进制造 工艺的特点
灵活
洁净
•7
3.2超高速加工技术
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
•14
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。
•27
2．超精密磨削加工 超精密磨削砂轮 砂轮的修整 磨削速度和磨削液
•28
3．超精密研磨、抛光加工 4．超精密特种加工 激光束加工原理，特点，基本设备 电子束加工原理，特点，基本设备 离子束加工原理，特点，基本设备
•29
5．机床设备 特征：高精度、高刚度、高稳定性、高自动化 精密主轴部件 精密导轨 微量进给装置 6.加工环境 净化的空气环境 恒定的温度环境 较好的抗振动干扰环境
•35
3.4.2微细加工概述
微细加工技术指制作微机械或微型装置的加工技 术。
微细加工是指加工尺度为微米级范围的加工方式， 是MEMS发展的重要基础，它起源于半导体制造 工艺。广义的微细加工方式十分丰富，包含了微 细机械加工，各种现代特种加工，高能束加工等 方式。
•36
分Ins离ert 加ther工xet
•19 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 20
几种典型精密零件的加工精度
•21
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
技术基础 微机械设计、微机械材料、微细加工、微装配与封装、集成技术、 微测量、微能源、微系统控制等
应用研究
微机械在精密仪器、医疗卫生、生物工程，特别在空间狭小、操作精度高、 功能高度集成的航空航天机载设备领域有着巨大应用潜力。如微型传感器、 微型执行器、微型光机电器件和系统、微型机器人、微型飞行器、微型动 力系统等。
•24
超精密加工方法分类：
•25
超精密加工特点
净化加工原则 微量切削机理 形成综合制造工艺 与自动化技术联系密切 加工与检测一体化 特种加工与复合加工方法应用越来越多
•26
3.3.3超精密加工相关技术
1．超精密切削加工 刀具的性能：极高的硬度、耐用度和弹性模
量，刃口锋锐，刀刃无缺陷，与工件抗黏结 性好、化学亲和性低、摩擦系数低 金刚石刀具的特性：硬度高，锋锐刃口无缺 陷，热化学性能优越导热性好，耐磨性好刀 刃强度高 刀刃形状对加工质量的影响 刀刃半径对加工质量的影响
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。
•15
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
微型机械的概念由Richard PF于1959年提出，第 一个硅微型压力传感器于1962年问世。
1994年美国国防部将MEMS列为关键技术。德国 首创的LIGA为MEMS的发展提供了新的技术手段。 微机械按照尺寸特征分为：1～10mm的微小机械； 1um～1mm的微机械；1nm～1um的纳米机械。
•11
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
•12
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
•13
超高速切削的刀具系统
•46
3.5.1快速原型制造技术概述
随着制造业竞争的日益加剧，产品的开发速度和制造技术 的柔性变得十分关键，从技术角度，计算机科学、CAD技 术、材料科学、激光技术的发展和普及成为新的制造技术 产生奠定了基础。
快速原型技术于20世纪80年代在美国问世，并很快完成了 数种RPM工艺技术的研究，开发与商品化过程。目前，全 球有数十种RPM工艺技术，1995年市场增长率为49％， 1996年RPM设备市场销售额大4.2亿美元，1998年达10亿 美元。
•17
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。
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
•9
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。
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
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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。
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3.5.2快速原型制造的定义与特征
RPM技术是集CAD技术、数控技术、材料科学、 机械工程、电子技术和激光等技术于一体的综 合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制 造的一体化系统技术，它采用软件离散－材料 堆积的原理实现零件的成形过程，原理如图所 示：
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•49
其工艺流程为： 零件CAD数据模型的建立 数据转换文件的生成 分层切片 层片信息处理 快速堆积成形
焊接、铸造、锻压加工成形等 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
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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。
加
工
材Ins料ert 改htee性xret
类 型
结Ins合ert 加htee工xret
变Ins形ert 加htee工xret
材Ins料ert 处htee理xret
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微细且被加工对 象的整体尺寸也很微小。
必须针对不同对象和加工要求，具体考虑不同的加工方法 和手段
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3.3.4超精密加工的应用
更高效率，更高精度 大型化，微型化 加工检测一体化 机床向多功能模块化方向发展 新原理、新方法、新材料的不断发展
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3.4微细加工技术
3.4.1微机械概述 3.4.2微细加工概述 3.4.3微细加工相关技术 3.4.4微细加工的发展与趋势
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3.4.1 微机械概述
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超精密加工的发展
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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
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。
•10
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
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（1）零件CAD数据模型的建立 设计人员可以应用各种三维CAD造型系统，