1、本章目錄第一節概述第二節超高速加工技術第三節超精密加工技術第四節微細加工技術第五節快速成形技術第六節數控技術第七節柔性制造系統 第八節計算機集成制造系統第九節綠色制造第十節智能制造第十一節特種加工第十二節再制造工程第一節概述一、現代加工技術1.現代加工技術的種類在機械制造領域，現代加工技術的內容主要涉及先進的切削加工技術、成形加工技術、變形加工技術、聯接加工技術、材料性能調整技術、特種加工技術等。第一節概述現代制造技術的種類 第一節概述2.現代加工技術的特點加工精度高加工效率高可加工的材料范圍廣加工設備先進切削加工的低能耗及干式切削第一節概述3.現代加工技術發展趨勢優質、高效、低耗、柔性、潔凈

2、既是機械制造業的追求目標，也是現代加工技術的發展目標。進入21世紀，先進的超精密加工技術、特種加工技術、超高速加工技術、微型機械加工技術、新一代制造裝備技術及虛擬制造技術等，將成為現代加工技術的主要發展方向和重要領域。第一節概述二、制造自動化技術1.制造自動化制造自動化的概念經歷了一個動態的發展過程。過去，人們對自動化的理解只是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的工作。后來，隨著電子和信息技術的發展，特別是隨著計算機的出現和廣泛應用，自動化的概念擴展為：用機器（包括計算機）不僅代替人的體力勞動，而且還代替或輔助人的腦力勞動，以自動地完成特定的工作。第一節概述2.制造自動化的內容形式方面功

3、能方面范圍方面第一節概述3.制造自動化技術的發展歷程剛性自動化技術階段數控加工技術階段柔性制造技術階段計算機集成制造技術階段先進制造技術階段第一節概述4.制造自動化技術的發展趨勢制造敏捷化制造網絡化制造虛擬化制造智能化制造全球化制造綠色化第一節概述三、先進制造技術1.先進制造技術的內涵美國、日本及歐洲國家對先進制造技術進行了大量研究，提出了許多制造技術新概念、新思想和新模式，先后誕生了計算機集成制造系統、并行工程、精益生產、敏捷制造、虛擬制造、綠色制造等先進的制造技術。通常將這些制造技術和制造模式稱為現先進制造技術。第一節概述2.先進制造技術提出的背景先進制造技術是美國為了應對來自世界各國，特

4、別是亞洲國家制造業的挑戰，同時也為了增強本國制造業的競爭力，奪回本國制造業的優勢，促進國家經濟的發展，于20世紀80年代末期提出來的。第一節概述3.先進制造技術的特點先進制造技術不是一成不變的，而是一個動態技術先進制造技術是面向新世紀的技術系統先進制造技術并不摒棄傳統制造技術第一節概述先進制造技術并不限于制造過程本身先進制造技術吸收了最新的技術成果先進制造技術注重人的主體作用和可持續發展先進制造技術的集成性先進制造技術的跨學科性返回目錄 第二節超高速加工技術用提高切削速度的辦法來提高生產率，是機械加工行業一直努力的方向，同時也是超高速加工技術得以誕生并不斷發展的原因。當前，機械制造業為實現高生

5、產率，追求最大利潤，已將現代加工制造技術應用得越來越廣泛和深入。超高速加工技術作為現代加工制造技術的重要組成部分，也已被積極地推廣使用。 切削溫度 切削速度 Vc(m/min)VcbA區B區C區A區 切削溫度隨切削速度的提高而提高。B區 由于切削溫度過高而不適宜進行切削。C區 切削溫度隨切削速度的提高反而降低，同時切削力也大幅度降低。第二節超高速加工技術一、高速加工理論第二節超高速加工技術二、超高速加工技術的概念超高速加工技術是指采用超硬材料刀具、磨具和能可靠地實現高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設備，以極大地提高切削速度來提高材料的切除率、加工精度和加工質量的現代加工技術。第二節超高

6、速加工技術三、高速加工、超高速加工的發展歷程1.高速加工理論研究和探索階段（19311971年） 2.高速加工應用基礎研究探索階段（19721978年）3.高速加工應用研究階段（19791989年）4.高速切削加工技術發展和應用階段（1990年至今）第二節超高速加工技術四、超高速加工的特點1.切削力小，變形小2.切削效率高，加工能耗低，節省制造資源3.加工工件的熱變形減小 4.加工精度高，表面粗糙度低5.可完成高硬度材料的加工6.加工成本低第二節超高速加工技術五、超高速加工的關鍵技術1.刀具材料2.切削機床3.超高速切削、磨削機理的研究電主軸單元陶瓷軸承轉子主軸定子冷卻水道油霧通道主軸売體電主

7、軸單元USA Cincinnati CFV5 5軸高速加工中心主軸轉速20000r/min瑞士 Mikron HSM600U 5軸高速加工中心主軸轉速60000r/minMikron HSM800 5軸高速加工中心主軸轉速60000r/min日本Mazak Integrexe-1550V 5軸高速加工中心主軸轉速12000r/min日本Makino S56 高速加工中心主軸轉速20000r/min返回目錄 第三節超精密加工技術 一、超精密加工技術的概念超精密加工技術是指使工件的加工精度和表面質量達到極高程度的精密加工工藝，指用刀具切削、磨削的加工方法，通過刀具、磨具和機床的成形運動，得到超精密

8、零件的方法。鏡面磨削效果 鏡面效果虹面與鏡面效果對比第三節超精密加工技術二、超精密加工技術的發展歷程及現狀不斷地提高加工精度和加工表面質量，是現代制造業的永恒追求。超精密加工技術是20世紀出現的高新技術，發展十分迅猛，在該項技術發展的帶動下，納米電子、納米材料、納米生物、納米機械、納米制造、納米測量等新的高新技術群得以開創。第三節超精密加工技術超精密加工技術將開發物質潛在的信息和結構潛力，使單位體積物質儲存、處理信息和運動控制的能力實現又一次飛躍。在信息、材料、生物、醫療等領域，超精密加工技術都幫助人類取得了重大突破。第三節超精密加工技術三、超精密加工技術的應用超精密加工技術的研究領域主要包括

9、：超精密加工的機理研究，超精密加工的設備制造技術研究，超精密加工工具及刀具刃磨技術研究，超精密測量技術和誤差補償技術研究，超精密加工工作環境條件研究等。第三節超精密加工技術四、超精密加工技術的發展趨勢1.向更高精度、更高效率方向發展2.向大型化、微型化方向發展3.機床向多功能模塊化方向發展4.新材料、新工藝不斷涌現返回目錄 第四節微細加工技術一、微細加工技術的概念微細加工技術指用以制造微小尺寸零件的加工技術。微細加工技術起源于半導體制造工藝，是針對集成電路的制造要求而提出的。在微機械研究領域中，它是微米級微細加工、亞微米級微細加工和納米級微細加工的通稱。相互嚙合的傳動齒輪組 公牛三維圖形 在硅

10、基板上定向生長的碳納米管用48個鐵原子排列在銅表面上形成一個圓形圍欄 納米機器人納米泵納米小車納米差分齒輪碳納米管齒輪 1990年，IBM公司的科學家展示了一項令世人瞠目結舌的成果，他們在金屬鎳表面用35個惰性氣體氙原子組成“IBM”三個英文字母。科學家在試驗中發現STM的探針不僅能得到原子圖象，而且可以將原子在一個位置吸住，再搬運到另一個地方放下。這可真是個了不起的發現，因為這意味著人類從此可以對原子進行操縱！ 世界上最小的廣告在Cu（111）表面上用101個Fe原子寫下最小的漢字納米唐詩納米中國顯微鏡下的齒輪機構和螨蟲比較第四節微細加工技術二、微細加工技術的特點1.加工尺寸小2.要求采用新

11、的加工機理3.對制造系統提出了新的要求第四節微細加工技術三、微細加工技術的分類1.分離加工2.接合加工3.變形加工4.改性加工第四節微細加工技術四、微型機械加工技術微型機械加工技術（Micro Machine Machining Technology，日本慣用詞）又名微型機電系統（Micro Electro-Mechanical System，MEMS，美國慣用詞）或微型系統（Micro Systems，MST，歐洲慣用詞）是建立在微米/納米技術基礎上的21世紀前沿技術，是指對微米/納米材料進行設計、加工、制造、測量和控制的技術。一般將MEMS/MST/Micro Machine技術通稱為M3

12、技術。微型機械昆蟲 第四節微細加工技術人類制造微型機械的目的，不僅僅在于縮小機械的尺寸和體積，其目標更在于通過微型化、集成化技術，創造出新原理、新功能的元件和系統，從而開辟一個新的技術領域，以形成批量化生產的新型產業。第四節微細加工技術五、常用微細加工技術簡介1.超微機械加工技術2.光刻技術3.微細立體光刻技術4.高能束刻蝕技術5.準分子激光直寫微細加工技術6.精密放電加工技術第四節微細加工技術7.薄膜制備技術8.犧牲層技術9.外延技術10.LIGA技術11.掃描隧道顯微加工技術12.DEM技術第四節微細加工技術六、微細加工技術的發展趨勢1.加工方法的多樣化2.加工材料從單純的硅向著各種不同類

13、型的材料發展3.提高微細加工的經濟性4.加快微細加工的機理研究返回目錄 第五節快速成形技術一、快速成形技術概述1.快速成形的概念快速成形技術是一種用材料逐層或逐點堆積出制件的新型加工技術。快速成形技術不采用常規的模具或刀具來加工工件，而是利用光、電、熱等手段，通過固化、燒結、粘結、熔結、聚合作用或化學作用等方式，有選擇地固化（或粘結）液體（或固體）材料，從而實現材料的遷移和堆積，形成所需要的原型零件。傳統加工與快速成形比較a)傳統加工b)快速成形 三維地形模型的制作 第五節快速成形技術2.快速成形技術的歷史第五節快速成形技術2.快速成形技術的原理首先要用CAD軟件設計出所需零件的計算機三維模型

14、；然后根據工藝要求，將三維模型按一定的厚度進行離散，從而將原來的三維模型轉變為二維平面信息，接著對分層后的信息進行處理，產生數控代碼；最后，數控系統以平面加工的方式，有序地連續地加工出每個薄層，并使它們自動粘接而成形。快速成形技術的原理 第五節快速成形技術4.快速成形的過程前處理分層疊加成形后處理第五節快速成形技術5.三維建模第五節快速成形技術6.快速成形技術的特點適合于加工復雜零件自動化程度高 加工周期短，成本低制造過程具有高柔性技術集成度高設計制造一體化使用材料類型多屬非接觸加工應用領域廣泛第五節快速成形技術7.快速成形技術的應用用于產品設計評估與校審用于產品工程功能試驗用作廠商與客戶的交

15、流手段用于快速模具制造用于快速直接制造應用于醫學、建筑等行業第五節快速成形技術二、立體光刻工藝 1.立體光刻的概念立體光刻也稱光造型、光固化法，是利用計算機控制激光束對光敏樹脂進行逐點掃描，而逐層形成零件的快速成形方法。第五節快速成形技術2.立體光刻的工作原理第五節快速成形技術3.立體光刻工藝的特點系統自動化程度高零件的加工精度較高原材料利用率高，接近100%需要設計工件的支撐結構第五節快速成形技術液態光敏樹脂固化時會伴隨一定的收縮，這可能導致零件的加工精度下降，甚至可能導致零件的變形固化后的光敏樹脂較脆，易斷裂，可加工性不好，抗腐蝕能力不強，而且光敏樹脂具有一定毒性在加工過程中，激光器有損耗

16、；加工所必需的液態光敏樹脂價格昂貴，而且加工設備的維護和日常使用費用很高立體光刻的設備及產品第五節快速成形技術三、選擇性激光燒結工藝1.選擇性激光燒結的概念選擇性激光燒結又叫激光選區燒結，是采用CO2激光器對粉末材料進行選擇性燒結的工藝，是一種由離散點一層層堆積成三維實體的工藝方法。第五節快速成形技術2.選擇性激光燒結的工作原理第五節快速成形技術3.選擇性激光燒結工藝的特點可加工出結構復雜的零件與其他工藝相比，利用選擇性激光燒結工藝加工出的零件機械性能好，強度高選擇性激光燒結工藝可加工的材料范圍廣，使用該工藝不僅能制造塑料零件，還能加工出原材料為陶瓷、蠟等材料的零件，特別是可以加工出金屬零件第

17、五節快速成形技術應用范圍廣，制造周期短，運行費用居中粉狀材料的物理特性，對成形缺陷的形成、精度和粗糙度具有重要的影響，可能會導致成形件孔隙的增加和抗拉強度的降低激光和燒結工藝參數對層與層之間的粘接、燒結體的形變都會產生影響。另外，Z軸（即垂直方向）精度難以控制因粉狀材料較松散，燒結后精度不高第五節快速成形技術四、熔融沉積成形工藝1.熔融沉積成形的概念熔融沉積成形是將線狀材料液化后，通過噴嘴的噴射將其逐層沉積成形狀復雜的成形件的成形工藝。第五節快速成形技術2.熔融沉積成形的工作原理第五節快速成形技術3.熔融沉積成形的特點成形材料的來源廣，材料利用率高，原材料便宜，運行費用較低成形零件的機械性能好

18、、強度高不用激光器件，使用、維護簡單，成本較低干凈、安全、可靠，在辦公室環境中即可操作需對整個截面進行掃描涂覆，成形時間較長，成形精度不高，不適合制作復雜精細結構的零件熔融沉積成形的設備及產品第五節快速成形技術五、噴墨打印成形1.噴墨打印成形的概念噴墨打印成形又稱立體噴墨印刷，是將待成形的陶瓷粉與各種有機物配制成的陶瓷墨水通過打印機將陶瓷墨水打印到成形平面上成形。第五節快速成形技術2.噴墨打印成形的工作原理第五節快速成形技術3.噴墨打印成形的特點非常精細，可以在實體上加工出小至0.1mm的孔對環境沒有特殊要求，噴墨打印機可安裝在辦公室內的計算機旁邊沒有激光源，噴墨打印機價格便宜，使用方便第五節

19、快速成形技術六、三維打印技術1.三維打印技術的概念三維打印技術又稱粉末材料選擇性粘結工藝，是利用噴嘴有選擇性地噴射粘結劑，使部分粉末逐層粘結以形成成形件的一種快速成形技術。第五節快速成形技術2.三維打印技術的工作原理第五節快速成形技術3.三維打印技術的特點操作簡單，成形速度快，成形設備便宜可在辦公室內使用，對環境無特殊要求燒結后的零件具有良好的機械性能成形件的加工精度相對較低，表面粗糙度受制于粉末顆粒的大小，表面質量不高成形件的尺寸還不夠大工藝上還有待改進和完善快速成形產品第五節快速成形技術七、固基光敏液相法1.固基光敏液相法的概念固基光敏液相法又稱掩膜固化法，是利用電子成像系統逐層生成成形件

20、的一種快速成形方法。第五節快速成形技術2.固基光敏液相法的工作原理第五節快速成形技術3.固基光敏液相法的特點對光敏樹脂進行截面曝光，單層成形時間基本一致，因此成形效率較高，尤其是加工大尺寸零件時，高成形效率的特點更為顯著成形過程中不需設計支撐結構由于每一層截面均經過銑削，故加工過程中樹脂的收縮變形不會影響零件的最終尺寸精度樹脂和石蠟浪費較大，且工序復雜第五節快速成形技術八、分層實體制造工藝1.分層實體制造的概念分層實體制造也稱疊層實體制造，是用激光將薄膜材料逐層切割成所需形狀，然后疊加在一起的成形方法。第五節快速成形技術2.分層實體制造的工作原理第五節快速成形技術3.分層實體制造的特點工作可靠

21、激光只作輪廓掃描，而不需填充掃描，故成形效率高，適合制作大件及實體件成形過程中無相變且殘余應力小，適合于加工較大尺寸的復雜成形件成形精度較高激光器有損耗，材料利用率很低，可用材料的范圍較窄，運行費用較高第五節快速成形技術每層厚度不可調整，每層輪廓被激光切割后會留下燃燒的灰燼，表面質量相對較差，且燃燒時有較大的煙霧。當加工室的溫度過高時容易發生火災不適宜做薄壁成形件，成形件表面比較粗糙，有明顯的臺階紋，成形后要進行打磨成形件強度差，缺少彈性，易吸濕膨脹，成形后要盡快進行表面防潮處理分層實體制造工藝的設備及產品返回目錄 第六節數控技術機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是一個社會生產力發展水平的重

22、要標志。 有人曾總結說20世紀人類社會最偉大的科技成果是計算機的發明與應用，而計算機及控制技術在機械制造設備中的應用，則是20世紀制造業也取得的最大的技術進步。由此可見數控技術在現代制造技術中的地位。 第六節數控技術一、數控技術的概念數字控制技術，簡稱數控技術，指用數字化信號對設備運行和加工過程進行控制的一種自動控制技術。采用數控技術的控制系統稱為數控系統。數控機床就是采用了數控技術的機床，或者說是裝備了數控系統的機床。任務五數控技術數控車床數控銑床第六節數控技術二、數控技術的發展歷程1.數控系統階段早期的數控裝置使用的電子元件為電子管，這是第一代數控系統，其發展與應用的時間段為1952年19

23、59年。第六節數控技術1959年晶體管出現之后，數控系統開始采用晶體管和印刷電路板，這是第二代數控系統，時間從1959年1964年。1965年之后出現了小規模集成電路，由于它體積小，功耗低，使數控系統的可靠性大大提高，這是第三代數控系統，時間從1965年1970年。第六節數控技術以上三代數控系統均屬于數控技術發展的第一階段。這一階段由于計算機的運算速度低，還不能適應機床實時控制的要求，所以只能采用由數字邏輯電路制成的專用計算機作為機床數控系統，稱為數字控制系統，簡稱數控（NC）系統。第六節數控技術2.計算機數值控制系統從1970年到現在屬于數控系統的第二發展階段，其數控功能主要通過軟件來實現。

24、隨著計算機硬件軟件的發展，數控系統的檔次也在不斷升級。第六節數控技術第四代數控系統是通過采用大規模集成電路的小型通用計算機來實現控制的系統，其發展與應用的時間段為1970年1974年。這一代數控系統是用小型計算機代替專用硬接線裝置，以控制軟件來實現數控功能的計算機數控（CNC）系統。第六節數控技術第五代數控系統是自1974年開始采用的微型計算機控制系統。以微處理器為核心的數控系統的使用，真正解決了之前的數控機床可靠性低、價格高和應用不方便等棘手問題，使數控機床真正進入實用階段，得到了廣泛的應用，這就是微機數控系統（MNC）系統，目前仍習慣稱為CNC。現在使用的數控系統大多屬于這一代系統。第六節

25、數控技術3.直接數控系統20世紀60年代末，世界上出現了用一臺主計算機控制與管理數臺數控機床，從而進行多種零件、多種工序自動加工的數控系統。這就是計算機群控系統，即直接數控（DNC）系統。這個階段的數控系統的計算機實時通信功能和人機界面功能上，得到不斷的完善。第六節數控技術4.新一代數控系統20世紀90年代后，基于PC-NC的智能數控系統得到了發展和應用，使數控系統的發展進入到第六代。智能數控系統的顯著特點是采用微型計算機系統作為數控系統的硬件平臺，在通用操作系統環境下開發和運行，數控功能全部通過軟件來實現，因此其柔性更大，操作界面更加宜人，體積更小，成本更低。第六節數控技術三、數控機床的加工

26、特點1.自動化程度高，勞動強度降低2.加工精度高，產品質量穩定3.對加工對象的適應性強4.生產效率高5.有利于生產管理信息化6.數控加工的弊端第六節數控技術四、數控機床的分類1.按工藝用途分類普通數控機床加工中心機床金屬成型及特種加工數控機床第六節數控技術2.按運動方式分類點位控制數控機床第六節數控技術2.按運動方式分類直線控制數控機床第六節數控技術2.按運動方式分類輪廓控制數控機床 第六節數控技術3.按伺服系統的控制方式分類開環控制數控機床第六節數控技術3.按伺服系統的控制方式分類閉環控制數控機床第六節數控技術3.按伺服系統的控制方式分類半閉環控制數控機床第六節數控技術五、數控加工編程數控機

27、床與普通機床最明顯的區別，是數控機床可以按事先編制的加工程序自動地對工件進行加工，而普通機床的整個加工過程必須通過技術工人的手工操作來完成 。第六節數控技術普通機床加工與數控機床加工的區別 第六節數控技術1.數控加工編程的概念數控加工編程指在數控機床上加工零件時，編程員根據零件圖的要求，將零件加工的工藝過程、工藝參數、刀具位移量及位移方向、其他輔助動作，按運動順序、所用數控系統規定的坐標系、指令代碼及程序格式編成加工程序單，經校核、試切無誤后，制備在可存儲的介質上，然后再由相應的閱讀器將程序輸入數控裝置中，從而控制數控機床運行的工作過程。第六節數控技術2.數控加工編程的方法手工編程自動編程返回

28、目錄 第七節柔性制造系統一、柔性制造系統的概念柔性制造系統是由數控加工設備、物流儲運裝置和計算機控制系統等組成的自動化制造系統。柔性制造系統能根據制造任務或生產環境變化迅速做出調整，適用于產品的多品種、中小批量生產。 第七節柔性制造系統二、柔性制造系統的產生和發展機械制造自動化已有幾十年的發展歷史，在20世紀3050年代，人們主要在大批量生產領域里，建立由自動車床、組合機床或專用機床組成的剛性自動化生產線。這些自動化生產線具有固定的生產節拍，要改變生產產品的品種是非常困難和昂貴的。第七節柔性制造系統由于在20世紀6070年代計算機技術得到了飛速發展，由計算機控制的數控機床在自動化領域中逐漸取代

29、了機械式的自動機床，使建立適合于多品種、小批量生產的柔性加工生產線成為可能。近年來，作為一種現代化工業生產的科學理念和制造自動化的先進模式，柔性制造系統已為國際上所公認，并正在成為21世紀機械制造業的主要生產模式。 第七節柔性制造系統三、柔性制造系統的組成及功能三、柔性制造系統的組成及功能第七節柔性制造系統四、柔性制造系統的特點1.有很強的柔性制造能力2.提高設備利用率3.減少設備成本與占地面積4.減少直接生產工人，提高勞動生產率5.減少在制品數量，提高對市場的反應能力6.產品質量提高7.柔性制造系統可以逐步地實施計劃返回目錄 第八節計算機集成制造系統一、計算機集成制造系統的概念1.計算機集成

30、制造計算機集成制造是隨著計算機技術在制造領域中的廣泛應用而產生的一種生產模式。第八節計算機集成制造系統2.計算機集成制造系統計算機集成制造系統是在計算機集成制造理念下建立的數字化、信息化、智能化、綠色化、集成優化的制造系統，是信息時代的一種組織、管理與運行企業的新型生產制造模式。計算機集成制造系統的基本構成輪圖第八節計算機集成制造系統二、計算機集成制造系統的內容系統集成優化是計算機集成制造系統的核心技術，從企業生產經營三要素（人和組織、技術、管理）和“三流”（信息流、物流、價值流）集成發展的角度，可以將計算機集成制造系統的發展劃分為3個階段：信息集成、過程集成和企業間集成，由此在企業生產經營中

31、又產生了并行工程、敏捷制造、虛擬制造等新的生產模式。信息集成過程集成企業間集成第八節計算機集成制造系統1.信息集成由于一般企業在產品設計加工制造及自身管理上存在著大量的自動化孤島，所以在生產經營過程中企業實現信息正確、高效的共享和交換，是其改善技術和管理水平必須首先解決的問題。企業建模、系統設計方法異構環境下的信息集成第八節計算機集成制造系統2.過程集成企業為了盡快實現制造自動化，除了可以采用信息集成這一技術手段外，還可以對制造過程進行集成，如將產品設計中的各個串行過程盡可能多地轉變為并行過程，在進行產品設計時盡可能考慮到下游工序中的可制造性、可裝配性，則可以減少設計的反復，縮短產品開發時間。

32、第八節計算機集成制造系統3.企業集成為充分利用全球制造資源，企業必須要采用能夠適應經濟全球化的全球制造的新模式。為了盡早應用全球制造新模式，計算機集成制造系統必須解決資源共享、信息服務、虛擬制造、并行工程、資源優化、網絡平臺等關鍵技術，以更快、更好、更經濟地響應市場。第八節計算機集成制造系統三、計算機集成制造系統的特點1.計算機集成制造系統是人、經營、技術三要素統一協調的系統2.計算機集成制造系統是以集成為基礎追求全局優化的系統3.計算機集成制造系統是一個具有高度柔性的系統4.計算機集成制造系統是一個具有現代化生產模式的制造系統第八節計算機集成制造系統四、計算機集成制造系統的發展趨勢1.集成化

33、2.智能化3.網絡化4.全球化5.數字化/虛擬化6.標準化7.綠色化返回目錄 第九節綠色制造一、綠色制造的概念綠色制造又名環境意識制造或面向環境的制造，是一個綜合考慮環境影響和資源利用率的現代制造模式，是一個面向環境的復雜制造系統工程，它把制造過程中涉及到的每一個環節、每一個因素都與對環境的影響和資源的利用緊密結合起來第九節綠色制造一、綠色制造的概念綠色制造的目標是使產品在從設計、制造、包裝、運輸、使用、維修到報廢、回收處理的產品全生命周期中，對環境（自然生態環境、社會系統和人類健康等）的負面影響最小、資源利用率最高、能源消耗最低，實現經濟效益和社會效益的協調優化。 綠色制造評價指標體系 第九

34、節綠色制造二、綠色制造的產生背景在兩百多年的發展過程中，近代制造業為人們的衣、食、住、行提供了許多性能不同的產品，有力地推動了社會的進步和發展。然而，與此同時，產品在制造、使用和回收處理過程中所產生的廢棄物，以及淘汰產品和報廢產品產生的廢棄物，也給地球環境造成了較大污染。可以說，制造業一方面是創造人類財富的支柱性產業，同時又是造成環境污染的主要源頭。第九節綠色制造制造系統對環境的影響 第九節綠色制造過去，人們更多地把保護環境的重點放在了污染物的“末端”控制和處理上，而忽略了對污染物的全過程控制和預防。越來越多的事實表明，制造過程的各個環節都有產生環境問題的可能性，如果人們在制造的準備階段，就開

35、始對制造的全過程以及生產完成后的產品進行全面的分析和評價，對可能產生的環境問題事先進行預測，制造業對環境的危害可能就會大大減輕。第九節綠色制造綠色制造的主要實施環節第九節綠色制造三、綠色制造的發展趨勢1.全球化2.社會化3.集成化4.并行化5.智能化6.產業化返回目錄 第十節智能制造一、智能制造的概念智能制造是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統，它在制造過程中能進行智能活動，諸如分析、推理、判斷、構思和決策等。通過人與智能機器的合作共事，去擴大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動。智能制造更新了制造自動化的概念，使之擴展到了柔性化、智能化和高度集成化。第十節智能制

36、造二、智能制造的產生背景智能制造源于人工智能的研究，是自20世紀80年代以來由高度工業化國家首先提出的一種開發性技術和項目。智能制造可以在確定性受到限制的，或沒有經驗知識的、不能預測的環境下，根據不完全的、不精確的信息來完成擬人的制造任務。第十節智能制造制造系統正在由原先的能量驅動型轉變為信息驅動型，這就要求制造系統不但要具備柔性，而且還要具有出智能，否則是難以處理如此大量而復雜的信息的。制造企業所面對的瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環境，也要求制造系統更加靈活、敏捷和智能化。因此，智能制造越來越受到人們的重視。 第十節智能制造三、智能制造技術智能制造技術是利用計算機模擬制造專家的分析、判

37、斷、推理、構思和決策等智能活動，并將這些智能活動與智能機器有機地融合起來，然后將融合后的結果貫穿應用于整個制造企業的各個子系統中，以實現制造企業經營運作的高度柔性化和高度集成化，從而取代或延伸制造環境中專家的部分腦力勞動，并對制造專家的智能信息進行收集、存儲、完善、共享、繼承與發展的技術。 第十節智能制造四、智能制造系統智能制造系統是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化系統，其基于智能制造技術，綜合應用了人工智能、信息技術、自動化技術、并行工程、生命科學、現代管理技術和系統工程的理論與方法，在國際標準化和互換性的基礎上，可以使整個企業制造系統中的各個子系統分別智能化，并能夠使制造系統實

38、現網絡集成和高度自動化。 第十節智能制造1.智能制造系統的組成設計子系統計劃子系統生產子系統系統活動子系統第十節智能制造2.智能制造系統的目標在制造系統中用機器智能代替人的腦力勞動，使腦力勞動自動化在制造系統中用機器智能代替熟練工人的操作技能，使制造過程不再依賴于人的“手藝”自動生產的維持不再依賴人的監視和決策控制，使制造系統的生產可以自主地進行第十節智能制造3.智能制造系統的特征自律能力人機一體化自組織與超柔性學習能力與自我維護能力返回目錄 第十一節特種加工目前，人類所采用的常規制造工藝中，材料的去除是依賴電動機和刀具而進行的，比如車、銑、鉆等。常規的成形加工是利用電動機、液壓機械或重力所提

39、供的能量進行的；而常規的材料連接則是采用諸如燃燒的氣體或電弧等熱能得以實現的。與之相比，特種加工中所采用能源并不是常規的能源。 第十一節特種加工作為先進制造技術的重要的組成部分，特種加工對制造業的作用日益重要。它解決了傳統加工方法所遇到的問題，有著自己獨特的特點，已經成為現代工業不可缺少的重要加工方法。第十一節特種加工一、特種加工概述1.特種加工的概念特種加工亦稱非傳統加工或現代加工方法。將通過把電、磁、聲、光、化學等能量或其組合施加在工件的被加工部位上，以實現材料的去除、變形、性能的改變或鍍覆等的非傳統加工方法統稱為特種加工。第十一節特種加工2.特種加工的發展歷程人們解決各種加工難題的兩個方

40、向：一方面通過研究高效加工的刀具和刀具材料，自動優化切削參數，提高刀具可靠性和在線刀具監控系統，開發新型切削液，研制新型自動機床等途徑，改善切削狀態，提高切削加工水平另一方面，則沖破傳統加工方法的束縛，不斷地探索、尋求新的加工方法。于是，在人們的努力下，一種本質上區別于傳統加工的特種加工便應運而生，并不斷發展在人們的努力下，一種本質上區別于傳統加工的特種加工便應運而生，并不斷發展。第十一節特種加工3.特種加工的特點不用機械能，與加工對象的機械性能無關屬于非接觸加工，不存在顯著的機械切削力屬于微細加工，工件表面質量高加工質量較好不同形式的能量可以進行組合特種加工為變革傳統制造提供了可能性第十一節

41、特種加工噴絲頭異形孔 第十一節特種加工4.特種加工技術的主要應用領域難加工材料具有各種特殊復雜表面的零件低剛度零件高能束加工第十一節特種加工5.特種加工存在的問題不少特種加工（如超聲加工、激光加工等）的機理還不十分清楚，其工藝參數選擇、加工過程的穩定性均需進一步提高 有些特種加工（如電化學加工等）在加工過程中的廢渣、廢氣若排放不當，會產生環境污染，影響工人健康 第十一節特種加工有些特種加工（如電化學加工、電火花加工等）的加工精度及生產率有待提高 有些特種加工（如激光加工、電子束加工等）所需設備價格昂貴、使用維修費高，這些問題亦有待進一步解決第十一節特種加工6.特種加工的發展趨勢發展與融合并重復

42、合加工的利用注重環保問題第十一節特種加工二、電火花加工1.電火花加工的概念電火花加工是利用浸在工作液中的兩電極在脈沖放電時產生的電蝕作用，來蝕除導電材料的特種加工方法。 第十一節特種加工2.電火花加工原理長期以來，電腐蝕一直被認為是一種有害的現象，人們不斷地研究電腐蝕的原因并設法減輕和避免它。 1943年，前蘇聯拉扎林科夫婦研究開關觸點受火花放電腐蝕損壞的現象時，發現電火花的瞬時高溫可以使局部的金屬熔化、氧化而被腐蝕掉，從而發明了電火花加工方法。第十一節特種加工電火花加工原理 電火花機床間 隙參考值增益設定控制裝置進給系統自動進給調節系統比較器放大器間 隙傳感器脈沖電源床 身工作液循環過 濾

43、系 統第十一節特種加工電火花加工的產品第十一節特種加工3.電火花線切割加工電火花線切割加工是一種于20世紀50年代在前蘇聯發展起來的基于電火花加工的新工藝形式，其是用線狀電極靠火花放電對工件進行切割，有時簡稱線切割。 電火花線切割加工的產品電火花線切割加工的產品第十一節特種加工電火花線切割加工的種類：高速走絲（或稱快走絲）低速走絲（或稱慢走絲）中走絲第十一節特種加工4.電火花加工的特點及應用電火花加工的特點電火花加工能加工傳統加工方法難以加工的材料和復雜形狀工件 加工時無切削力。由于加工中工具電極與工件不直接接觸，因此加工中沒有機械加工中一般意義上的切削力 不產生毛刺和刀痕溝紋等缺陷直接使用電

44、能加工，便于實現自動化第十一節特種加工主要用于加工金屬等導電材料，在一定條件下也可以加工半導體和非金屬材料一般加工速度較慢。通常安排工藝時一般先采用傳統加工方法去除大部分余量，然后再進行電火花加工以提高生產率第十一節特種加工加工后工件表面會產生變質層，在某些應用中須進一步去除存在電極損耗工作液的凈化和加工中產生的煙霧污染處理比較麻煩第十一節特種加工電火花加工的應用成形加工適用于各種孔、槽的加工，可加工出具有復雜形狀的型孔和型腔的模具和零件線切割加工適用于各種沖模、粉末冶金模及工件，各種樣板、硅鋼片的沖片，鉬、鎢、貴重金屬或半導體等的加工第十一節特種加工加工各種硬、脆材料，如硬質合金和淬火鋼等

45、加工深細孔、異形孔、深槽、窄縫等加工各種成形刀具、樣板和螺紋環規等工具和量具 用于刻字、表面強化、涂覆等第十一節特種加工三、電化學加工1.電化學加工的概念電化學加工是利用金屬在電解液中產生電化學陽極溶解的原理對工件進行成形加工的特種加工，又稱電解加工。第十一節特種加工2.電化學加工原理進行電化學加工時，工件接直流電源的陽極，按所需形狀制成的工具接陰極，兩極之間保持較小的間隙。當電解液從兩極間隙中高速流過時，兩極之間便會形成導電通路，并在電源電壓下產生電流，從而形成電化學陽極溶解。第十一節特種加工當工具陰極向工件進給并保持一定間隙時，電化學反應會不斷發生，在相對于陰極的工件表面上，金屬材料按對應

46、于工具陰極型面的形狀不斷地被溶解到電解液中，同時電解產物被高速電解液流帶走，最終，兩極間各處的間隙趨于一致，于是在工件的相應表面上就加工出了與陰極型面相對應的形狀。電化學加工示意圖 電化學加工成形原理 第十一節特種加工3.電化學加工的特點及應用電化學加工的特點加工范圍廣生產率較高加工質量好，但加工精度和加工穩定性不高工具與工件不接觸，沒有機械切削力的影響第十一節特種加工加工熱影響小工具陰極無損耗加工成本較高對加工形狀有限制環境問題第十一節特種加工電化學加工的應用電化學加工適用于難加工材料的加工，不受金屬材料本身力學性能的限制電化學加工適用于形狀復雜或薄壁零件的加工電化學加工適用于批量大的零件的

47、加工電化學加工整體葉輪 第十一節特種加工四、激光加工1.激光加工的概念激光加工是利用經過透鏡聚焦后在焦點上達到很高能量密度的光能量，將加工材料瞬間熔化和汽化，并在強烈的沖擊波作用下，將熔融物質噴射出去，從而對工件進行加工的加工方法。第十一節特種加工2.激光加工原理激光器發射出來的具有高方向性和高亮度的激光，通過光學系統被聚焦成一個極小的光斑（直徑僅有幾微米或幾十微米），光斑處因而具有極高的能量密度，可以達到上萬度的高溫，能在很短的時間內使各種物質熔化和氣化，從而達到蝕除工件材料的目的。激光加工示意圖第十一節特種加工3.激光加工的特點及應用激光加工的特點能量密度大加工精度高，質量好沒有“刀具”磨

48、損及切削力影響的問題加工速度快、熱影響區小，容易實現加工過程自動化第十一節特種加工加工方法多，適應性強加工參數不容易控制對于有的材料需要進行預處理激光加工設備價格較高，只適合于那些最能發揮其特點、用其他方法不能或難以加工的場合第十一節特種加工激光加工的應用激光打孔激光切割激光焊接激光快速成形激光的表面熱處理切割和雕刻激光微細加工在電子、生物、醫療工程等方面的應用已成為無可替代的特種加工技術第十一節特種加工五、電子束加工1.電子束加工的概念電子束加工是在真空條件下，利用聚焦后能量密度極高的電子束，以極高的速度沖擊到工件表面極小面積上，在極短的時間內，其能量的大部分轉變為熱能，使被沖擊部分的工件材

49、料達到幾千攝氏度以上的高溫，從而引起材料的局部熔化和氣化，并被真空系統抽走。第十一節特種加工2.電子束加工原理真空中灼熱燈絲的陰極發射出的電子，在高電壓的作用下會被加速到很高的速度，然后通過電磁透鏡會聚成一束高功率密度的電子束。當沖擊到工件時，電子束的動能立即轉變成為熱能，產生極高的溫度，足以使任何材料瞬間熔化、汽化，從而可進行焊接、穿孔、刻槽和切割等加工。電子束加工原理電子束加工裝置結構示意圖第十一節特種加工3.電子束加工的特點及應用電子束加工的特點可進行精密微細加工屬非接觸式加工，加工范圍較廣電子束的能量密度高，因而加工速度快，生產率很高第十一節特種加工加工過程易于實現自動化，加工軌跡可以

50、調整加工條件較好加工成本較高使用電子束加工時應考慮X射線的防護問題第十一節特種加工電子束加工的應用高速打孔 加工型孔及特殊表面 刻蝕 焊接 熱處理 光刻第十一節特種加工電子束加工曲面、彎孔1工件2電子束 第十一節特種加工六、離子束加工1.離子束加工的概念利用惰性氣體或其他元素的離子在電場中加速所形成的高速離子束流，來實現各種微細加工的方法稱為離子束加工。第十一節特種加工2.離子束加工原理離子束加工的原理和電子束加工類似，即在真空條件下，將離子源產生的離子束經過加速聚焦，使之撞擊到工件表面。但二者不同的是，離子帶正電荷，其質量比電子大數千、數萬倍，如氬離子的質量是電子質量的7.2萬倍，所以一旦加速到較高速度時，離子束比電子束具