精密特种加工第1讲概论

第一讲绪论进入课程精密加工与特种加工退出第一讲绪论第一讲概论精密加工与特种加工第一讲绪论第一讲概论制造技术及其发展精密加工技术概述特种加工技术概述第一讲绪论制造的原意制造的英文为manufacture，或manufacturing。该词起源于拉丁文词根manu（手）和facere（做）。这说明几百年来人们把制造理解为用手来做。随着社会进步和制造活动的发展,制造的概念不断进化。关于制造1.1制造技术及其发展历程第一讲绪论20世纪上半叶，制造仅仅是指机械制造。电子计算机使制造从50年代开始发生了质的变化。20世纪下半叶制造的发展过程，是由传统制造向数字化制造过渡的过程，也是由机械制造向广义制造过渡的过程。关于制造第一讲绪论广义制造指产品的整个生命周期过程。国际生产工程学会1990年:Manufacturingisseriesofinterrelatedactivitiesandoperationsinvolvingthedesign，materialsselection，planning，production，qualityassurance，managementandmarketingoftheproductsofthemanufacturingindustries.制造是一个涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。关于制造大制造第一讲绪论制造本质：是一种将原有资源（如物料、能量、资金、人员、信息等）按照社会需求转变为有更高实用价值的新资源（如有形的产品和无形的软件、服务）的过程。关于制造第一讲绪论制造（Manufacturing）原意用人工或机器使原材料成为可供使用的物品。现指产品的全生命周期过程的全部活动和过程。加工（Machining）把原材料变换成产品的直接物理过程。它通过改变原材料（或毛坯，或半成品）的形状、性质或表面状态，来达到设计所规定的技术要求。关于加工第一讲绪论制造与加工的比较狭义制造=加工+装配。广义制造包含了物理过程（加工、装配等）、概念过程（设计、计划等）以及原材料和产品的转移过程。“制造”、“加工”两术语常混淆不清。人们只好根据特定的场合去判断“制造”术语的含义。例“柔性制造系统”，其实称之为“柔性加工系统”或“柔性装配系统”更为合适。既已习惯，顺其自然。加工系统是制造系统中的一个主要的子系统。关于加工第一讲绪论关于制造技术•制造技术（ManufacturingTechnology)按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。第一讲绪论去除成形（减量制造）运用分离的办法，把一部分材料（裕量材料）有序地从基体中分离出去而成形的办法。例如车、铣、刨、磨及现代的电火花加工、激光切割、打孔等加工方法均属于去除成形。去除成形最先实现了数字化控制，是目前的主要制造成形方式。受迫成形（等量制造）它是利用材料的可成形性（如塑性等），在特定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方法。铸造、锻压和粉末冶金等均属于受迫成形。受迫成形多用于毛坯成形和特种材料成形等。关于制造技术第一讲绪论堆积成形（增量制造）它是运用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。快速原型制造即属于堆积成形，其过程是在计算机控制下完成的，最大特点是不受成形零件复杂程度的限制，广义地讲，焊接也属堆积成形范畴。生成成形（生物制造）是利用材料的活性进行成形的方法。自然系统中生物个体发育均属于生成成形，目前人为系统中还没有此种成形方式，但随着活性材料、仿生学、生物化学、生命科学的发展，人们也可能会运用这种成形方式进行人为成形。关于制造技术第一讲绪论制造类别工艺方法工艺方法简介减量制造(亦称减材制造，传统的金属或材料切除法)车削，钻削，铣削磨削电火花加工(EDM)电化学加工(ECM)激光加工、超声加工……采用材料去除技术，如切削加工等，在加工过程中，通过一定的方式逐渐切除毛坯上的多余材料，获得具有一定形状、尺寸、性能的零件，是当今最主要的加工域活动。等量制造(亦称变形过程)轧制，板材，成形挤压，锻造…1.如铝锭轧制成厨房用铝箔。2.如板材切割弯曲而成肥皂盒。3.不同横截面的材料通过模具挤压成形。4.热锻、冷锻均是在模腔中塑性变形。机械制造技术主要类别第一讲绪论制造类别工艺方法工艺方法简介增量制造（亦称增材制造、生长型制造、分层制造、快速原型制造，SFF）1.立体光刻SIA2.分层实体制造LOM3.选择性激光烧结SLS4.熔融沉积成形FDM1.使用激光照射光敏树脂而固化。2.使用激光或刀片切割有粘性的层片而粘结成形。3.使用激光熔化粉末状的金属或其它物质。4.将热塑料通过喷嘴挤出而后固化成形。其它工艺方法机械制造技术主要类别第一讲绪论制造类别工艺方法工艺方法简介相变过程铸造，注塑成形…1.熔化的金属注入铸型中而凝固成形。2.将热液塑料注射到模腔而成形。结构变化过程镀层表面合金化，减小残余应…1.用化学、物理方法在基体表面上镀一层其它材料，改变性能，如镀铬。2.3.使表面合金化或喷丸处理。固化联结过程粉末冶金复合材料焊接1.金属粉未在模具中成型并烧结成形。2.如不同碳纤维板的层叠是复合材料。3.通过局部熔化而将相邻板材连接。生物制造(或仿生加工)原子操作技术克隆制造……21世纪，生物技术、生命科学、材料科学不断融入先进制造技术，将引起一场新的制造革命，如人体脏器的制造等。机械制造技术主要类别第一讲绪论从零件形状形成的角度来分析，“加工”的概念已突破传统的“去除”加工手段，是“去除”、“堆积”、“生长”、“变形”等加工手段的综合。其中“堆积”包含了附着（如镀膜、涂层等）、结合（如渗碳、渗氮、注入等）、接合（如焊接、粘接等），“生长”强调了从基体中生长出所需物体，如分子外延、晶体可控生长等。另一方面，“加工”的概念更强调了表面处理，形成了表面工程技术，它包含了基础理论、表面技术、表面复合技术、表面加工技术、表面质量控制和表面工程技术设计等诸多方面。这些“加工”概念上的变化主要是根据精密、超精密加工以及微细加工的需求而提出的。第一讲绪论纵观制造技术的发展，加工方法的进步里程为:机械加工→物理与电物理加工→化学与电化学加工→生物或仿生加工符合从简单到复杂、从粗糙到精细的发展方向。制造技术发展过程的特点从传统加工到特种加工从减材加工到增材加工从制造死物到制造活物从他成形到自成形第一讲绪论1）用机器代替手工，从作坊形成工厂19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。2）从单件生产方式发展成大量生产方式泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线3）柔性化、集成化、智能化和网络化的现代制造技术柔性制造系统、计算机集成制造系统、网络化制造、智能制造系统、及时生产、精良生产、敏捷制造……制造业发展的历程第一讲绪论生产装备的发展历程第一讲绪论第一讲绪论第一讲绪论第一讲绪论VISION型高速加工中心制造装备技术的发展第一讲绪论信息化的加工中心第一讲绪论完整加工的案例第一讲绪论直线电机驱动的数控机床第一讲绪论第一讲绪论案例2第一讲绪论案例2第一讲绪论案例2第一讲绪论第一讲绪论微型车床第一讲绪论微型桌面工厂第一讲绪论“”是发展的核心“”是发展的关键“”是发展的焦点“”是发展的条件“”是发展的道路“”是发展的方法“”是发展的前景“”是发展的必然数精极自网集智绿制造技术的发展趋势第一讲绪论“数”是发展的核心——数字化数字制造是制造技术与信息技术（包含计算机技术、网络技术）等交叉、发展与应用的结果；数字化设计、数字化控制、数字化制造以及贯穿始终的“虚拟”技术；数字制造技术是先进制造技术发展的核心。制造技术的发展趋势第一讲绪论管理数字化设计数字化生产过程数字化加工装备数字化企业数字化制造技术的发展趋势第一讲绪论以三维CAD为代表的产品创新设计管路设计强度分析结构分析数字预装配CAM装配过程仿真装配过程仿真通过产品设计手段与设计过程的数字化，缩短新产品开发周期，提高企业的产品创新能力。第一讲绪论以ERP为代表的企业现代管理制造ERPPDMCRMERPPDMSCMERPSCMWCSERPWCSCRM工程供应商用户通过企业内外部管理的数字化，实现制造资源的最优化配置第一讲绪论以数控机床为代表的数字化装备通过加工装备的数字化、自动化和精密化，提高产品的加工精度和生产效率。第一讲绪论“精”是发展的关键——精密化加工精度精密化人造卫星的仪表轴承，其圆度、圆柱度、表面粗糙度等均达纳米级；加工尺度细微化基因操作机械，其移动距离为纳米级；控制要求纳米化制造技术的发展趋势第一讲绪论“极”是发展的焦点——极端、极限高温、高压、高湿、强磁场、强腐蚀条件；有高硬度、大弹性等要求；在几何形体上极大、极小、极厚、极薄、极复杂；微电子机械系统（MEMS）技术和产品是典型极端、极限技术和产品。制造技术的发展趋势第一讲绪论“自”是发展的条件——自动化自动化是强化、延伸甚至取代人劳动的技术或手段。自动化是先进制造技术发展的前提条件自动控制、自动调节、自动补偿、自动辨识等发展到自学习、自组织、自维护、自修复等更高水平的自动化。制造技术的发展趋势第一讲绪论“网”是发展的道路——网络化现代新型制造模式实施的基础设施，现代制造企业生产活动必不可少运行环境；网络化既是制造企业信息化、集成化的基础，企业信息化又是、集成化的进一步发展；网络化将制造业走向全球化、整体化、有序化。制造技术的发展趋势第一讲绪论“集”是发展的方法——集成化技术集成、管理集成、技术与管理集成；本质：知识和信息集成，集成也包含了“交叉”现代制造科学技术的发展离不开“集成”和“交叉”制造技术的发展趋势第一讲绪论“智”是发展的前景——智能化智能——企业、制造系统、制造单元（装备）适应环境变化的能力、海量信息和不完整信息处理能力、主动地协调和协同能力；柔性化——企业组织结构扁平化，组织体系开放性、可伸缩性，管理控制方式分布化，生产资源、过程可重构；敏捷化——使制造企业（组织）具有对动态快速多变、不可预测的市场变化的应变能力；运作的柔性、响应的快速性和结构的可重组性是现代企业智能化运行的典型特征。制造技术的发展趋势第一讲绪论“绿”是发展的必然——绿色“保护环境，就是保护生产力；改善环境，就是发展生产力”——江泽民制造各阶段都必须充分考虑环境保护：自然环境，社会环境、生产环境、生产者的身心健康；制造必然要走向“绿色”制造，这是实现国民经济可持续发展的重要条件。制造技术的发展趋势第一讲绪论第一讲概论制造技术及其发展精密加工技术概述特种加工技术概述第一讲绪论1.2精密加工技术概述（超）精密加工的产生（超）精密加工的概念（超）精密加工的特点（超）精密加工的作用（超）精密加工的材料（超）精密加工技术的应用第一讲绪论1.2精密加工技术概述（超）精密加工技术的发展（超）精密加工的关键技术（超）精密加工的研究内容（超）精密加工方法（超）精密加工技术的研究方向第一讲绪论18世纪70年代就发明了蒸汽机，但没有马上得到应用，为什么？随着生产的发展、科学的进步产生的要求和问题是什么？原因：汽缸的加工精度没有达到应用的要求要求：高速度、高精度、高可靠性、耐腐蚀、高温高压、大功率、尺寸大小两极分化……（超）精密加工的产生第一讲绪论问题：（超）精密加工的产生1kg陀螺转子其质心偏离0.5nm，会引起100m导弹射程误差和50m轨道误差；美国民兵Ⅲ型洲际导弹陀螺仪精度为0.03-0.05º/h，命中精度的圆概率误差为500m；MX战略导弹陀螺仪精度的圆概率误差比民兵Ⅲ型提高一个数量级，命中精度误差只有50-150m；第一讲绪论飞机发动机叶片加工精度由60μm→12μm，粗糙度由Ra0.5μm→0.2μm，则发动机效率由8