第九章其他先进制造技术-PowerPoint演示文稿

第9章其它先进制造技术返回9.1引言9.2超高速加工技术9.3超精密加工技术9.4快速成形技术9.5先进制造工艺发展趋势第1节引言机械制造工艺是将各种原材料、半成品加工成为产品的方法和过程。从材料成形的角度上看，材料加工成形方法可分为以下四种：1）去除成形；2）压迫成形；3）堆积成形；4）生成成形。目前主要的新型加工方法有：精密加工和超精密加工、超高速加工、微细加工、特种加工及高密度能加工、快速原型制造技术、新型材料加工、大件和超大件加工、表面功能性覆层技术和复合加工技术等。超高速加工技术是指采用超硬材料刀具、磨具和高速运动的自动化制造设备，以极高的切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代加工技术。9.2.1高速主轴单元交流变频电动机和主轴单元之间有三种传动方式：1）主轴电动机和主轴单元作平行轴布置，其间用高速带传动；2）主轴电动机和主轴单元作同轴布置，其间用联轴器联接并传动；3）采用电主轴，实现“零传动”。第2节超高速加工技术9.2.2高速进给系统旋转伺服电动机＋滚珠丝杠直线电动机快速进给单元9.2.3高速加工的优点和应用领域1.超高速加工的优点1）生产效率高；2）切削力减小30%以上，有利于提高加工精度；3）切削过程极其迅速，95％以上的切削热被切屑带走，工件基本可以保持冷态，特别适合加工容易热变形的零件；4）机床作高速运转，振动频率特别高，远离了“机床－工件－刀具”工艺系统的固有频率范围，工作平稳，振动小，因而能加工非常精密、非常光洁的零件。2.超高速切削的应用1）大批量生产领域；2）用于加工刚性较小的工件；3）用于复杂曲面零件加工，如模具制造；4）用于加工难切削的材料；5）用于超精密微细切削加工领域。超精密加工是指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺。随着加工技术的发展，超精密加工的技术指标也在不断变化。一般加工：精度10μm左右，Ra0.3～0.8μm；精密加工：精度10—0.1μm左右，Ra0.3—0.03μm；超精密加工：精度0.1—0.01μm左右，Ra0.03—0.05μm；纳米加工：精度高于0.001μm，Ra小于0.005μm。第3节超精密加工技术9.3.1概述1.超精密加工的主要手段1）金刚石刀具超精密切削；2）金刚石砂轮和CBN砂轮超精密磨削；3）超精密研磨和抛光；4）精密特种加工和复合加工。9.3.2超精密加工主要方法2.超精密加工的主要高新技术1）超精密加工机床与工装、夹具；2）超精密切削刀具，刀具材料；3）超精密加工工艺；4）超精密加工环境控制(包括恒温、隔振、洁净控制等)；5）超精密加工的测控技术。9.3.3超精密加工机床超精密加工机床是超精密加工水平的标志，它应满足以下一些要求：1）高精度；2）高刚度；3）高稳定性；4）高自动化。9.3.4超精密加工的测控技术精密检测是超精密加工的必要手段，误差补偿是提高加工精度的有效措施。关键技术主要有：1）几何尺寸的纳米级测量；2）表面质量检测技术及其测量仪器的研究；3）测量集成技术的研究；4）空间误差补偿技术的研究。9.3.5超精密加工的环境控制超精密加工的工作环境是达到其加工质量的必要条件，主要有温度、湿度、净化和防振等方面的要求。1）环境温度可根据加工要求控制在±(1～0.02)℃，甚至达到±0.0005℃；2）在恒温室内，一般湿度应保持在55%～60%；3）通常洁净度要求l0000级至l00级；4）超精密加工设备要安放在带防振沟和隔振器的防振地基上，并可使用空气弹簧(垫)来隔离低频振动。第4节快速成形技术9.4.1概述快速原型/零件制造（RPM）技术是综合利用CAD技术、数控技术、材料科学、机械工程、电子技术及激光技术等各种技术集成以实现从零件设计到三维实体原型制造一体化的系统技术。快速成形的基本过程如图9-1所示。快速成形技术具有以下特点：1）高度柔性；2）技术的高度集成；3）设计制造一体化；4）快速性；5）自由成形制造(FreeFormFabrication，FFF)；6）材料的广泛性。9.4.2立体印刷（SL）SL工艺是基于液态光敏树脂的光聚合原理工作的。这种液态材料在一定波长和强度的紫外光的照射下能迅速发生光聚合反应，分子量急剧增大，材料也就从液态转变成固态。如图9-2为SL工艺原理图。SL方法是目前快速成形技术领域中研究得最多的方法，也是技术上最为成熟的方法。SL工艺成形的零件精度较高。多年的研究改进了截面扫描方式和树脂成形性能，使该工艺的加工精度能达到0.1mm。但这种方法也有自身的局限性，比如需要支撑，树脂收缩导致精度下降，光固化树脂有一定的毒性等。9.4.3分层实体制造（LOM）LOM工艺采用薄片材料，如纸、塑料薄膜等作为材料，工艺如图9-3所示。LOM工艺只需在片材上切割出零件截面的轮廓，而不用扫描整个截面。因此成形厚壁零件的速度较快，易于制造大型零件。工艺过程中不存在材料相变，因此不易引起翅曲变形，零件的精度较高。工件外框与截面轮廓之间的多余材料在加工中起到了支撑作用，所有LOM工艺无需加支撑。9.4.4选择性激光烧结(SLS）SLS工艺是利用粉末状材料成形的，工艺原理如图9-4所示。SLS工艺的特点是材料适应面广，不仅能制造塑料零件，还能制造陶瓷、蜡等材料的零件。特别是可以直接制造金属零件。这使SLS工艺颇具吸引力。SLS工艺无需加支撑，因为没有烧结的粉末起到了支撑的作用。9.4.5熔融沉积成形（FDM）FDM的材料一般是热塑性材料，如蜡、ABS、尼龙等，以丝状供料。如图9-5所示，材料在喷头内被加热熔化,喷头沿零件截面轮廓和填充轨迹运动，同时将熔化的材料挤出，材料迅速固化，并与周围的材料粘结。FDM工艺不用激光，因此使用、维护简单，成本较低。用蜡成形的零件原型，可以直接用于失蜡铸造。用ABS制造的原型因具有较高强度而在产品设计、测试与评估等方面得到广泛应用。由于以FDM工艺为代表的熔融材料堆积成形具有一些显著优点，该工艺发展极为迅速。9.4.6快速成形技术的应用1）产品设计评估与功能测验；2）快速模具制造；3）医学上的仿生制造；4）艺术品的制造；5）直接制造金属型。1）采用模拟技术，优化工艺设计；2）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）采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制；7）采用清洁能源及原材料，实现清洁生产；8）加工与设计之间的界限逐渐谈化，并趋向集成及一体化；9）工艺技术与信息技术、管理技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展。第5节先进制造工艺发展趋势返回文档零件三维曲面或实体模型CAD数控代码二维层片三维实体图9-1快速成形基本过程返回文档激光器零件光敏树脂刮平器液面升降台Z图9-2立体印刷工艺原理图返回文档图9-3分层实体制造工艺原理图加工平面升降台收料轴CO2激光器热压辊控制计算机料带供料轴返回文档图9-4选择性激光烧结工艺原理图扫描镜激光束平整滚筒激光器粉末返回文档图9-5熔融沉积成形工艺原理图喷头喷头成形工件料丝