先进制造技术导论第3章
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。
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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
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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3
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第3章 先进制造工艺
本章要点
超精密加工技术 高速加工关键技术 特种加工技术的特点 几种快速原型制造技术 绿色加工技术及其应用
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第3章 先进制造工艺 Advanced Manufacturing
Process
3.1 概述 Introduction
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L4 （100）
L2
L3
（111）
（110）
a）4 次对称轴 和（100）晶面
b）2 次对称轴 和（110）晶面
c）3 次对称轴 和（111）晶面
图7-20 八面体的晶轴和镜晶面
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3.2.2 金刚石超精密加工技术
➢ 金刚石晶体的面网距和解理现象
◎金刚石晶体的（111）晶面面网密度最大，耐磨性最好。
➢ 间接式进化加工：借助于直接式“进化”加工原则， 生产出第二代工作母机，再用此工作母机加工工件。适 用于批量生产。
◆ 微量切削机理 背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒内进行，与传统切
削机理完全不同。
◆ 特种加工与复合加工方法应用越来越多
传统切削与磨削方法存在加工精度极限，超越极限需采
用新的方法。
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第3章 先进制造工艺 Advanced Manufacturing
Process
3.2 超精密加工技术 Super-precision Machining
Technology
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3.2.1 概述
超精密加工技术的概念
◆超精密加工技术是指被加工零件的尺寸精度高于0.1μm， 表面粗糙度Ra在0.1~0.025μm之间，以及所用机床定位精 度的分辨率和重复性高于0.01μm的加工技术，亦称之为 亚微米级加工技术，且正在向纳米级加工技术发展。目前， 超精密加工从单一的金刚石车削，到现代的超精密磨削、 研磨、抛光等多种方法的综合运用，已成为现代制造技术 中的一个重要组成部分。超精密加工技术主要包括:超精 密加工的机理，超精密加工的设备制造技术，超精密加工 工具及刃磨技术，超精密测量技术和误差补偿技术，超精 密加工工作环境等。
先进制造技术思考题
先进制造技术思考题《先进制造技术》课程学习思考题第一章概述——制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
1-2 简述制造技术的发展历程。
1-3 简述机床发展历史及其各个阶段机床的技术特点。
1-4 分析制造业在国民经济中的地位与作用。
1-5 分析制造业面临的机遇与挑战及发展趋势。
1-6 叙述先进制造技术提出的背景，各国和我国的先进制造技术发展战略。
1-7 简述先进制造技术的内涵、技术构成及特点。
1-8 简述先进制造技术的分类及其具体包含哪些先进制造技术。
1-9 分析先进制造技术的特点和发展趋势。
第二章现代设计技术2-1 试分析现代设计技术的内涵与特点并简述现代设计技术的体系结构。
2-2 决定产品（或企业）竞争力有哪些因素？2-3 计算机辅助设计技术包括哪些主要内容？分析其中的关键技术？2-4 简述并行设计内涵、特点、技术体系及其对制造业的影响。
2-5 简述绿色设计的主要内容与原则。
2-6 CAPP有哪三种？请简述派生式CAPP的工作原理。
2-7 分析PDM产生背景、内涵、主要功能及其结构组成。
2-8 简述CAD/CAPP/CAE/及PDM（C3P）集成技术的思想。
第三章先进制造工艺技术3-1 简述先进制造工艺技术的发展与特点。
有哪几类零件成形方法？各自有哪些工艺内容？3-2 分析高速、超高速加工技术的产生背景及应用领域。
3-3 分析高速加工的技术内涵、特点及高速加工所需解决的关键技术。
3-4 分析精密、超精密加工技术的技术领域。
3-5 就目前技术条件下，普通加工、精密加工和超精密加工是如何划分的？3-6 为什么当今超精密切削加工一般均采用金刚石刀具？3-7 与普通机床比较，超精密加工机床的主轴部件和进给系统有何具体的特点？3-8 综述精密超精密加工技术的现状和发展趋势。
3-9 简述MEMS的基本特征，目前有哪些微型机械加工技术？3-10 什么是光刻加工技术？试简述光刻加工的原理和工艺流程。
先进制造技术习题答案
先进制造技术习题答案第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
制造：把原材料加工成适用的产品。
制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。
制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。
制造业：是将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等），通过制造过程，转化为可供人们使用与利用的工业品与生活消费品的行业。
它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。
狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。
广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。
在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。
在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。
1-2 试简述制造技术的发展历程。
制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。
纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。
人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。
另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。
两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。
先进制造技术第三章 PPT资料共103页
铸造过程计算机模拟
铸造过程计算机仿真 在计算机上进行虚拟浇铸，分析预测 铸液充填及凝固过程，预测不合理铸造工艺缺陷，对不同铸 造工艺方案作出最优的选择。 铸造过程仿真发展 • 60年代丹麦学者开始用计算机对铸件凝固过程进行模拟 • 随后工业国家相继开发了铸造过程计算机模拟软件，如：
德国 MACMAsoft 软件， 英国 Procast 软件， 清华大学 Flsoft 软件等。
第二节 材料受迫成形工艺技术
3.2.1 精密洁净铸造成形 3.2.2 精确高效金属塑性成形工艺 3.2.3 粉末锻造成形工艺 3.2.4 高分子材料注射成形
机械零件成形方法：
• 受迫成形 在特定边界和外力约束下 成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射 成形等； • 去除成形 将材料从基体中分离出去 成形，如车、铣、刨、磨、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。
气冲造型
消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四 周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。
• 可避免砂型溃散 • 可消除起模斜度，减小铸件壁厚 • 能够获得表面光洁、尺寸精确 • 无飞边、少无余量精密铸件
泡沫塑料模 造型
浇注过程
铸件
特种铸造技术 类型：压力铸造、低压铸造、熔模铸造
真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力浇注取代重力浇注，
不足：液压油温升高，影响主轴精度，会将空气带入液压 油降低轴承刚度；
应用：一般用于大型超精密机床。 •空气静压轴承 高回转精度、工作平稳，温升小；
不足：刚度较低，承载能力不高； 应用：超精密机床中得到广泛的应用。
典型液体静压轴承主轴结 构原理图
1-径向液压轴承 2-止推液压轴承 3-真空吸盘
先进制造、第3章
先进制造、第3章第三章3-1描述先进制造工艺的发展与特点。
发展：（P59~60）1、制造加工精度不断提高2、切削加工速度迅速提高3、新型工程材料的应用推动了制作工艺的进步和变革4、自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率5、零件毛坯成形在向少无余量发展6、优质清洁表面工程技术的形成和发展特点：（P60）优质、高效、低耗、洁净、灵活3-2有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。
1、受迫成形，它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法，如铸造、锻压、粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法就属于这一类。
2、去除成形，是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法，如传统的车、铣、刨、磨切削加工以及电火花、激光切割等特种加工工艺方法。
3、堆积成形，是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成形方法，如快速原型制造、焊接等，这种成形方法又称添加成形。
（P60）3-3阐述所学习掌握的几种精密洁净铸造成形工艺。
1、精确铸造成形技术（1）自硬砂精确砂型铸造（2）高紧实砂型铸造（3）消失模铸造（4）特种铸造技术2、清洁（绿色）铸造技术3、铸造过程计算机模拟（P60~62）3-4阐述所学习掌握的几种精确高效金属塑性成型工艺。
1、精密模锻工艺2、超塑性成形3、精密冲裁工艺（1）光洁冲裁（2）负间隙冲裁（3）带齿圈压板精冲4、辊轧工艺（1）辊轧工艺（2）碾环轧制（P62~66）3-5什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。
目前金属超塑性主要有等温模锻、挤压、气压成形。
真空成形、模压成形等工艺手段获得。
（P63）3-6目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？近年来在高分子材料注射成形工艺中出现了许多新的先进技术，如以组合惰性气体为特征的气辅成形、微发泡成形等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、折射压制成形、表面贴和成形等；以组合模具移动加热等过程为特征的自切浇口成形、模具化合成形、热流道模具成形等；以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。
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一、教学回顾：（1~3分钟）
二、讲授新课：（40分钟）
三、课堂总结：（3分钟）
一、教学回顾：（1~3分钟）
1．掌握电火花线切割加工的原理、特点和分类
2．了解快走丝线切割机床简介
二、讲授新课：（40分钟）
3B代码编程
3B指令的一般格式如下： BX BY BJ G 其中：B－分隔符 X－X值坐标值,取绝对值 Y－Y值坐标值,取绝对值 Z
三、课堂总结：（3分钟）
• 1.直线的编程
• 2.圆弧编程
1.直线的编程
• (X,Y)－终点坐标
• J－计数长度(终点)
• 由线段的终止点坐标 值中较大的值来确定• Z－加工指令(终点)
• G－计数方向(终点)
• 由线段的终止点坐标 值中较大的值来确定 • 若Xe>Ye,则G=Gx
示例讲解
• 如图所示，试编写直线O－A的程序 解：A(Xe=3000,Ye=4000) 因为Xe<Ye, 所以G=Gy,J=Jy=4000。 由于直线位于第一象限， 所以Z为L1 故直线O－A的程序为 B3000 B4000 B4000 Gy L1
3B代码编程举例
• 按3B格式编出电极丝中心轨迹为如下图形的程序。 • 注：不考虑切入路线，切割顺序为A-B-C-D-E-A
• • • • • • 解：R=5, AB=4, BC=5-3=2 AB段：BB4000B4000GyL2 BC段：B2000B0B2000GxL3 CD段：B5000B0B10000GySR2 DE段：B2000B4000B4000GyL3 EA段：B3000B4000B6000GxSR4
2.圆弧编程
• (X,Y)－起点坐标 • J－计数长度(终点)
• 从起始点到终止点某 一坐标移动的总距离
• Z－加工指令(起点) •
• G－计数方向(终点)
• 由圆弧的终止点坐标 值中较小的值来确定
• 若Xe>Ye,则G=Gy
示例讲解
• 如图所示，编写圆弧A－B的程序
解：起点A(Xe=2000,Ye=9000) 终点B(Xe=0,Ye=9220) 因为Xe<Ye, 所以G=Gx,J=Jx1+Jx2 =(9220-2000)+9220=16440。 由于圆弧起点A位于第二象限， 所以加工指令Z为NR2 故圆弧A－B的程序为 B2000 B9000 B16440 Gx NR2