第一章 现代制造技术的发展2010优秀课件
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1）人机协同的观点：自动化，人的创造性； 2）技术支撑转变为人、组织、技术的集成：经营管理、战略决策； 3）市场驱动、需求牵引：用户是核心； 4）快速响应市场需求。
6 制造形成了科学 制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合
而发展起来的一门跨学科的综合科学。 正在不断充实、完善和发展，形成了一门真正的科学。
现代制造技术的主要研究内容
4) 纳米加工和微型机械 精密和超精密加工正向着纳米级精度发展，向着去除、附着、变形
加工等原子级、分子级加工方向发展。这种加工已深入到物质微观领域， 某些物理量的转变是以最小单位——量子跳跃式进行，而不是连续的， 因此，今后超精密加工将以量子为基础，以量子力学为指导进行发展。
持过程)的系统方法， 要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品全生命周期。
并联 机床
现代制造技术的主要研究内容
2 精密工程和微型机械 精密工程包括精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工
技术、纳米技术等方面。 以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机
械技术代表了当前精密工程的方向。由于原子晶格间距是0.2~0.4nm， 因此纳米加工技术是当今的极限工艺。
4 产品生命周期的全过程 1）现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直 到处理报废的集成活动和系统，是一个功能系统和信息系统。 2）它包括了产品生命周期的全过程。从产品制造的角度来分析，就 包含了产品技术、生产技术、拆卸技术和再循环技术4个方面。
现代制造技术的特点
5 人、组织、技术三结合 近几十年，制造技术有了长足的进步和迅速的发展：
微型机械是近年来发展起来的新型学科，具有很强的生命力，已逐 渐应用于机械工程、生物工程、海洋工程、宇宙工程。医疗技术等方面。 图1微型电机，图2为微型齿轮。
现代制造技术的主要研究内容
3 特种加工 定义：指一些利用声、光、电、磁、原子等能源的物理
的、化学的非传统加工方法，如：电火花加工、电解加工、 超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等。
研究的关键问题：金刚石砂轮的修整、微粉金刚石砂轮超精密磨削等。
3)先进超精密研磨抛光加工 近年来出现了油石研磨、磁性研抛、滚动研磨、弹性发射加工、
液体动力抛光、液中抛光、磁流体抛光、挤压研抛、砂带研抛、超精 研抛、机械化学抛光、化学机械抛光等众多有成效的加工方法。
几个发展动向： （1）采用软质磨粒，甚至比工件硬度还要软的磨粒，抛光时不易造成 被加工表面的机械损伤，如微裂纹、磨粒嵌入、麻点等。 （2）非接触抛光，或称浮动抛光（一薄层磨料流） （3）恒温液中抛光 （4）复合加工
现代制造技术的主要研究内容
5．快速成形制造(rapid prototype manufacturing, RPM )
快速成形(零件)制造的基本原理: 零件是三维空间实体，它可由在某 个坐标方向上的若干个“面”叠加而成，因此，利用离散、堆集成形概 念，可以将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构 成三维实体。
加工对象：难加工材料。 高能束流加工：主要指激光束加工、电子束加工和离子 束加工，是极有前途的特种加工方法。不少特种加工方法同 时又是精密和超精密加工方法。 复合加工：传统加工和特种加工相结合的复合加工方法 有较大的发展前途。
4 表面工程技术
指表面功能性覆层技术，通过附着(电镀、涂层、氧化膜)、注入(多 元共渗、渗氯、离子溅射)、热处理(激光表面处理)等手段，能赋予工件 表面耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐热、耐辐射以及光、磁、电等特殊功能， 这是近年来发展的新技术，对制造技术的发展有重要意义。
——恩格斯 《自然辩证法 》
1.1 现代制造技术的特点
1 制造工程是系统工程 机械制造过程是一种离散的生产过程，用系统论观点分析和研究制造过程，
就出现了制造系统的概念，并形成现代制造系统工程学。 制造系统是由物质流(材料流)、能量流和信息流三个基本要素组成的，而
信息流的引入是形成制造系统最关键的要素。 <----- 管理流 ，价值流
现代制造技术的主要研究内容
1 制造系统自动化 发展阶段：单机自动化、自动线、数控机床、加工中心、柔性制造
系统、计算机集成制造系统和并行工程等几个阶段，并进一步向柔性化、 集成化、智能化发展。
自动化的目的： 提高生产效率和改善劳动条件； 保证产品质量； 提高市场响应速度和竞争能力。
并行工程的应用： 集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程的支
1）超精密加工设备及其新型结构的研究 四面体结构立轴超精密磨床，它由6个柱连接4个支持球构成一个罐 状的四面体，静刚度为10N／nm，加工精度可达1nm以上。图示是英国 国立物理学实验室(NPL)开发的磨床。
图 四面体结构立轴超精密磨床
现代制造技术的主要研究内容
2) 金刚石砂轮超精密磨削 是超精密加工的重要研究方向之一： 主要加工方式：外圆磨、无心磨、沟槽磨和切割等， 被加工材料：陶瓷、半导体等难加工材料。
第一章 现代制造技 术的发展2010
主要内容
1.1 现代制造技术的主要特点 1.2 现代制造技术的研究内容 1.3 现代制造技术的发展现状 1.4 现代制造技术的发展趋势 1.5 现代制造技术的发展战略
人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了 材料、能源、信息外，还应包括“制造”。
直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具 开始的。
2 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变 实例：设计与工艺一体化
1）制造工程的主要内容可分为设计和工艺两大部分。 2）设计和工艺的脱离，源于大生产的分工；
3）产品设计往往受到制造可行性限制，两者必须 密切结合。
现代制造技术的特点
3 精密加工技术是关键 1）精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重Fra Baidu bibliotek指标。 2）当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。
激光改性处理方法：
1）固态相变：利用激光进行热处理；
2) 激光上光：通过激光使工件表层金属快速熔化和凝固而达到光亮，并 可弥补表面的气孔、砂眼等缺陷；
3) 激光合金化：通过激光加热进行表面涂敷，使工件表面覆盖一层合金；
4) 激光镀膜：在真空中通入一定的气体元素，如氮等，作为靶材，通过 激光激发使靶材与工件表面产生化学作用形成镀膜。
6 制造形成了科学 制造科学是由机械、计算机、信息、材料、自动化等学科有机结合
而发展起来的一门跨学科的综合科学。 正在不断充实、完善和发展，形成了一门真正的科学。
现代制造技术的主要研究内容
4) 纳米加工和微型机械 精密和超精密加工正向着纳米级精度发展，向着去除、附着、变形
加工等原子级、分子级加工方向发展。这种加工已深入到物质微观领域， 某些物理量的转变是以最小单位——量子跳跃式进行，而不是连续的， 因此，今后超精密加工将以量子为基础，以量子力学为指导进行发展。
持过程)的系统方法， 要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品全生命周期。
并联 机床
现代制造技术的主要研究内容
2 精密工程和微型机械 精密工程包括精密加工和超精密加工技术、微细加工和超微细加工
技术、纳米技术等方面。 以纳米技术为代表的超精密加工技术和以微细加工为手段的微型机
械技术代表了当前精密工程的方向。由于原子晶格间距是0.2~0.4nm， 因此纳米加工技术是当今的极限工艺。
4 产品生命周期的全过程 1）现代制造技术是一个从产品概念开始，到产品形成、使用，一直 到处理报废的集成活动和系统，是一个功能系统和信息系统。 2）它包括了产品生命周期的全过程。从产品制造的角度来分析，就 包含了产品技术、生产技术、拆卸技术和再循环技术4个方面。
现代制造技术的特点
5 人、组织、技术三结合 近几十年，制造技术有了长足的进步和迅速的发展：
微型机械是近年来发展起来的新型学科，具有很强的生命力，已逐 渐应用于机械工程、生物工程、海洋工程、宇宙工程。医疗技术等方面。 图1微型电机，图2为微型齿轮。
现代制造技术的主要研究内容
3 特种加工 定义：指一些利用声、光、电、磁、原子等能源的物理
的、化学的非传统加工方法，如：电火花加工、电解加工、 超声波加工、激光加工、电子束加工、离子束加工等。
研究的关键问题：金刚石砂轮的修整、微粉金刚石砂轮超精密磨削等。
3)先进超精密研磨抛光加工 近年来出现了油石研磨、磁性研抛、滚动研磨、弹性发射加工、
液体动力抛光、液中抛光、磁流体抛光、挤压研抛、砂带研抛、超精 研抛、机械化学抛光、化学机械抛光等众多有成效的加工方法。
几个发展动向： （1）采用软质磨粒，甚至比工件硬度还要软的磨粒，抛光时不易造成 被加工表面的机械损伤，如微裂纹、磨粒嵌入、麻点等。 （2）非接触抛光，或称浮动抛光（一薄层磨料流） （3）恒温液中抛光 （4）复合加工
现代制造技术的主要研究内容
5．快速成形制造(rapid prototype manufacturing, RPM )
快速成形(零件)制造的基本原理: 零件是三维空间实体，它可由在某 个坐标方向上的若干个“面”叠加而成，因此，利用离散、堆集成形概 念，可以将一个三维实体分解为若干二维实体制造出来，再经堆积而构 成三维实体。
加工对象：难加工材料。 高能束流加工：主要指激光束加工、电子束加工和离子 束加工，是极有前途的特种加工方法。不少特种加工方法同 时又是精密和超精密加工方法。 复合加工：传统加工和特种加工相结合的复合加工方法 有较大的发展前途。
4 表面工程技术
指表面功能性覆层技术，通过附着(电镀、涂层、氧化膜)、注入(多 元共渗、渗氯、离子溅射)、热处理(激光表面处理)等手段，能赋予工件 表面耐磨、耐蚀、耐疲劳、耐热、耐辐射以及光、磁、电等特殊功能， 这是近年来发展的新技术，对制造技术的发展有重要意义。
——恩格斯 《自然辩证法 》
1.1 现代制造技术的特点
1 制造工程是系统工程 机械制造过程是一种离散的生产过程，用系统论观点分析和研究制造过程，
就出现了制造系统的概念，并形成现代制造系统工程学。 制造系统是由物质流(材料流)、能量流和信息流三个基本要素组成的，而
信息流的引入是形成制造系统最关键的要素。 <----- 管理流 ，价值流
现代制造技术的主要研究内容
1 制造系统自动化 发展阶段：单机自动化、自动线、数控机床、加工中心、柔性制造
系统、计算机集成制造系统和并行工程等几个阶段，并进一步向柔性化、 集成化、智能化发展。
自动化的目的： 提高生产效率和改善劳动条件； 保证产品质量； 提高市场响应速度和竞争能力。
并行工程的应用： 集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程的支
1）超精密加工设备及其新型结构的研究 四面体结构立轴超精密磨床，它由6个柱连接4个支持球构成一个罐 状的四面体，静刚度为10N／nm，加工精度可达1nm以上。图示是英国 国立物理学实验室(NPL)开发的磨床。
图 四面体结构立轴超精密磨床
现代制造技术的主要研究内容
2) 金刚石砂轮超精密磨削 是超精密加工的重要研究方向之一： 主要加工方式：外圆磨、无心磨、沟槽磨和切割等， 被加工材料：陶瓷、半导体等难加工材料。
第一章 现代制造技 术的发展2010
主要内容
1.1 现代制造技术的主要特点 1.2 现代制造技术的研究内容 1.3 现代制造技术的发展现状 1.4 现代制造技术的发展趋势 1.5 现代制造技术的发展战略
人类社会发展所依赖的物质文明支柱除了 材料、能源、信息外，还应包括“制造”。
直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具 开始的。
2 从传统的顺序工作方式向并行工作方式转变 实例：设计与工艺一体化
1）制造工程的主要内容可分为设计和工艺两大部分。 2）设计和工艺的脱离，源于大生产的分工；
3）产品设计往往受到制造可行性限制，两者必须 密切结合。
现代制造技术的特点
3 精密加工技术是关键 1）精密和超精密加工技术是衡量先进制造技术水平的重Fra Baidu bibliotek指标。 2）当前，纳米加工技术代表了制造技术的最高精度水平。
激光改性处理方法：
1）固态相变：利用激光进行热处理；
2) 激光上光：通过激光使工件表层金属快速熔化和凝固而达到光亮，并 可弥补表面的气孔、砂眼等缺陷；
3) 激光合金化：通过激光加热进行表面涂敷，使工件表面覆盖一层合金；
4) 激光镀膜：在真空中通入一定的气体元素，如氮等，作为靶材，通过 激光激发使靶材与工件表面产生化学作用形成镀膜。