先进制造技术 第四章PPT课件
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先进制造技术第4章第1节
06.04.2021
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三、制造自动化技术的发展趋势
（2）制造网络化
基于 Internet的制造已成为当今制造业的重要
发展趋势，包括企业制造环境的网络化和企业与 企业之间的网络化。
通过制造环境的网络化，实现制造过程的集成，
实现企业的经营管理、工程设计和制造控制等各 子系统的集成
通过企业与企业间的网络化，可实现异地制造、
•在 “狭义制造”概念下，制造自动化的含义是 生产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自 动化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、 工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、 断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断 自动化等。 •在 “广义制造”概念下，制造自动化则包含了 产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自 动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各 个环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现 高效、优质、低耗、及时、洁净的目标。
06.04.2021
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刚性自动化
在半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线出现， 解决了单一品种大批量生产自动化问题 特点是生产效率高、加工品种单一。 20世纪 50年代达到了顶峰。
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柔性自动化
为满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要， 出现了一系列柔性制造自动化技术: 如数控技术 （NC）、计算机数控 （CNC）、柔性 制造单元 （FMC）、柔性制造系统 （FMS）等。
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制造自动化技术的兴起
19世纪末期，机械化生产开始出现； 20世纪中叶，自动化车床开始出现； 1947年，第一个机械加工自动线在美国福特 汽车公司投产；
20世纪50年代柔性自动化生产开始出现（以 数控车床为代表）
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。
2020/7/2
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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
2020/7/2
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
先进制造技术之快速原型制造技术
2. 原型制作
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
3. 后处理
刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液 体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温、固化，得到增 强的零件；
对于陶瓷原型，需将其放在加热炉中烧除粘接剂，烧结陶瓷 粉；
先进制造技术
第4章 快速原型技术
4.1.1 快速原型技术的基本原理
传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛 坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称 为材料去除制造。
快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材 料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材 料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造 任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过 程为：
制件能承受高达200℃的高温，有较高的硬度和较好的力 学性能，可以进行各种切削加工。
中国农业大学
4.4.4 LOM工艺特点
LOM工艺缺点： 工件（尤其是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好； 工件易吸湿膨胀，因此成形后应尽快做表面防潮处理； 不能直接制作塑料工件； 工件表面有台阶，其高度等于材料厚度，因此，成形后 需进行表面打磨。
中国农业大学
4.3.4 SLA工艺特点
SLA工艺缺点： 成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并 且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形； 需要支撑； 设备运转及维护成本高； 需要二次固化； 液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、 易断裂。
中国农业大学
4.3.5 SLA工艺应用案例
中国农业大学
4.1.2 快速原型技术的典型方法
2．叠层实体制造工艺
Laminated Object Manufacturing，简 称LOM，也称分层实 体制造
中国农业大学
4.5.2 成形工艺过程
3. 后处理
刚刚成形的树脂原型密度和强度较低，需作强化处理，将液 体可固化树脂浸渗到烧结零件中，将其保温、固化，得到增 强的零件；
对于陶瓷原型，需将其放在加热炉中烧除粘接剂，烧结陶瓷 粉；
先进制造技术
第4章 快速原型技术
4.1.1 快速原型技术的基本原理
传统的零件加工过程是先制造毛坯，然后经切削加工，从毛 坯上去除多余的材料得到零件的形状和尺寸，这种方法统称 为材料去除制造。
快速原型技术彻底摆脱了传统的“去除”加工法，而基于“材 料逐层堆积”的制造理念，将复杂的三维加工分解为简单的材 料二维添加的组合，它能在CAD模型的直接驱动下，快速制造 任意复杂形状的三维实体，是一种全新的制造技术。其成型过 程为：
制件能承受高达200℃的高温，有较高的硬度和较好的力 学性能，可以进行各种切削加工。
中国农业大学
4.4.4 LOM工艺特点
LOM工艺缺点： 工件（尤其是薄壁件）的抗拉强度和弹性不够好； 工件易吸湿膨胀，因此成形后应尽快做表面防潮处理； 不能直接制作塑料工件； 工件表面有台阶，其高度等于材料厚度，因此，成形后 需进行表面打磨。
中国农业大学
4.3.4 SLA工艺特点
SLA工艺缺点： 成形过程中伴随着材料的物理和化学变化，产生收缩，并 且会因材料内部的应力导致制件较易翘曲、变形； 需要支撑； 设备运转及维护成本高； 需要二次固化； 液态树脂固化后在性能上不如常用的工业塑料，一般较脆、 易断裂。
中国农业大学
4.3.5 SLA工艺应用案例
中国农业大学
4.1.2 快速原型技术的典型方法
2．叠层实体制造工艺
Laminated Object Manufacturing，简 称LOM，也称分层实 体制造
先进制造技术课件(PPT 28页)
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点 （2）. 先进制造技术是面向新世纪的技术系统，它的目的很 明确，即提高制造业的综合效益（包括经济效益、社会效益 和环境生态效益），赢得激烈的国际市场竞争。 （3）.先进制造技术并不抛弃传统技术，而是不断用科技新 手段去研究它，并运用科技新成果去改造它，充实它。特别 是利用先进技术研究传统工艺的成形原理，建立数学模型， 并利用优化设计技术进行传统工艺方法的优化。
第一章先进制造技术概述
2、先进制造技术的特点 （7）.先进制造技术不是一项具体技术，它是利用系统工程 技术将各种相关技术集成的一个有机整体。 （8）. 先进制造技术特别强调环境保护，既要求其产品是所 谓的“绿色商品”，又要求产品的生产过程是环保型的。
第一章先进制造技术概述
3. 先进制造技术特点的具体体现 （1）.高效率 在提高生产效率方面，提高自动化程度是各国致力发展的方 向。近些年来，计算机数控（CNC）、计算机辅助设计与制 造（CAD∕CAM）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成 制造系统（CIMS）发展非常迅速。各种新理论层出不穷， 如敏捷制造、快速原型制造、并行工程、及时生产、虚拟制 造，集成相关信息和资源，其本质均是实现高效率、自动化 生产的思想。就应用于实践的CNC、FMC、FMS来看，已 有力地显示出其有柔性化、自动化、资源共享和高效率的强 大生命力。
第一章先进制造技术概述
（2） 、高精度
在提高精度方面，从精密加工发展到超精密加工，这是世界 各主要工业发达国家致力发展的方向。例如，超大规模集成电 路、导弹火控系统、惯导陀螺、精密仪器、精密雷达、精机 床等都需要采用超精密加工技术。众所周知，在飞机、潜艇等 军事设施中使用的精密陀螺、复印机的磁鼓、大型天文望远镜 以及大规模集成电路的硅片等高新技术产品都需要超精密加工 技术的支持。精密加工是指加工精度在0.1-1µm之间，表面粗 糙度Ra在0.1µm以下的加工方法；而加工精度控制在0.1µm 以下，表面粗糙度Ra在0.02µm以下的加工方法则称为超精密 加工。
先进制造技术第4章超高速加工技术
单元，电主轴。 快速进给和高加/减速的驱动系统，直线电机驱动。 高性能的高速CNC控制系统。配以高速加工的 CAD/CAM软件。 超硬的刀具材料（包括涂层工艺及材料）。
目前市场上出现的铣削加工机床主轴转速在 20000～60000r/min，最高达到150000 r/min；
20世纪80年代，计算机控制的自动化生产技术的 高速发展成为国际生产工程的突出特点，工业发达国 家机床的数控化率已高达70％～80％。随着数控机 床、加工中心和柔性制造系统在机械制造中的应用， 使机床空行程动作(如自动换刀、上下料等)的速度和 零件生产过程的连续性大大加快，机械加工的辅助工 时大为缩短。在这种情况下，再一味地减少辅助工时， 不但技术上有难度，经济上不合算，而且对提高生产 率的作用也不大。这时辅助工时在总的零件单件工时 中所占的比例已经较小，切削工时占去了总工时的主 要部分，成为主要矛盾。只有大幅度地减少切削工时， 即提高切削速度和进给速度等，才有可能在提高生产 率方面出现一次新的飞跃和突破。这就是超高速加工 技术(Ultra-high speed machining UHSM)得以 迅速发展的历史背景。。
日本约在20世纪60年代开始了对超高速切削机 制的研究，田中义信利用来复枪改制的超高速切削 装置，实现了高达200～700m/s的超高速切削，对主 切削力和加工表面的变形层性能进行研究。指出： 超高速切屑形成完全是剪切作用的结果，随着切削 速度的提高，剪切角急剧增大，工件材料的变质层 厚度与普通速度下相比降低了50％。
W9Mo3Cr4V等。
硬质合金：是由高硬难熔金属碳
化物粉末，以钴或镍为粘接剂，用粉末
冶金的方法制成的。它的硬度可达
74 ～82（90）HRC。目前多用于制 造各种简单刀具，如车刀、铣刀、刨刀 的刀片等。
目前市场上出现的铣削加工机床主轴转速在 20000～60000r/min，最高达到150000 r/min；
20世纪80年代，计算机控制的自动化生产技术的 高速发展成为国际生产工程的突出特点，工业发达国 家机床的数控化率已高达70％～80％。随着数控机 床、加工中心和柔性制造系统在机械制造中的应用， 使机床空行程动作(如自动换刀、上下料等)的速度和 零件生产过程的连续性大大加快，机械加工的辅助工 时大为缩短。在这种情况下，再一味地减少辅助工时， 不但技术上有难度，经济上不合算，而且对提高生产 率的作用也不大。这时辅助工时在总的零件单件工时 中所占的比例已经较小，切削工时占去了总工时的主 要部分，成为主要矛盾。只有大幅度地减少切削工时， 即提高切削速度和进给速度等，才有可能在提高生产 率方面出现一次新的飞跃和突破。这就是超高速加工 技术(Ultra-high speed machining UHSM)得以 迅速发展的历史背景。。
日本约在20世纪60年代开始了对超高速切削机 制的研究，田中义信利用来复枪改制的超高速切削 装置，实现了高达200～700m/s的超高速切削，对主 切削力和加工表面的变形层性能进行研究。指出： 超高速切屑形成完全是剪切作用的结果，随着切削 速度的提高，剪切角急剧增大，工件材料的变质层 厚度与普通速度下相比降低了50％。
W9Mo3Cr4V等。
硬质合金：是由高硬难熔金属碳
化物粉末，以钴或镍为粘接剂，用粉末
冶金的方法制成的。它的硬度可达
74 ～82（90）HRC。目前多用于制 造各种简单刀具，如车刀、铣刀、刨刀 的刀片等。
先进制造技术概论(PPT 50张)
硬件
软件
制造系统特性
转变特性
原材料 供应者 原材料 库存 零件 加工 零件 库存 转变阶段 成品 库存 最终 用户
装配
获取阶段
分配阶段
ห้องสมุดไป่ตู้
研究制造系统转变特性，主要从技术角度出发，如何使转 变过程更有效进行。
汽车生产物流示意图
压力加工
车身装配
油漆
内部装饰
变速箱装配 锻造
热处理
机械加工
熔化
自动线
发动机装配
第一章
1.1 1.2
绪论
有关制造的几个基本概念 制造业的发展及其在国民经济中的地位
1.3 先进制造技术的内涵和特点
1.1
有关制造的几个基本概念
生产与制造
制造：人类所有经济活动的基石，人类历史发展和文明进步的动力。
狭义：生产过程中从原材料→成品直接起作用的那部分工作内 容，包括毛坯制造、零件加工、产品装配、检验、包装等具体操 作（物质流）。 广义：制造 = 生产
制造系统结构
经营管理 用 户 、 市 场 与 外 部 环 境 财务 市场与销售 研究与开发 工程设计 质量控制 采购 资源管理 生产管理
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
车间制造 （加工、装配、检 验、输送、 存储 … ）
制造系统特性
结构特性 制造系统可视为若干硬件的集合体。为使硬件充分发挥效 能，必须有软件支持。
发动机试验
浇铸 造型
油漆
机械加工 热处理 驱动桥装配
底盘装配
车身安装 最后试验
压铸
轮胎装配
制造系统特性
程序特性 程序 —— 一系列按时间和逻辑安排的步骤
先进制造技术课件(PPT292页)
在几何形体上，极大、极小、 极厚、极薄、极平、极柔、极圆、 极方以及奇形怪状；在物理性能 上，极高硬度、极高塑性、极大 弹性、极大脆性、极强磁性、极 强辐射性、极强腐蚀性，奇性怪 能。
极端制造（纳米技术）
美国赖斯大学的科学家2005年利用纳米 技术制造出了世界上最小汽车。
极端性能
喷墨打印时加热器在十万分之一秒内 升温至三百多度，使喷嘴内形成约100 大气压。由此从喷嘴中喷出直径为1微 米、体积为4微微升（最小墨滴量仅为 1.3微微升）的墨滴，速度每秒24000 滴 每个喷嘴的直径只有1微米，相当于一 根头发的1/70。
“智”：智能化制造
所谓智能制造系统是一种由智能机 器和人类专家共同组成的人机一体化智 能系统，它在制造过程中能进行智能活 动，诸如分析、推理、判断、构思和决 策等。
“智”：智能化制造
智能制造技术的宗旨在于通过人与 智能机器的合作共事，去扩大、延伸 和部分地取代人类专家在制造过程中 的脑力劳动，以实现制造过程的优化。 将智能技术注入先进制造技术和产品， 可使之具有智慧，能部分代替人的脑 力劳动。
将数字技术用于制造过程，可大 大提高制造过程的柔性和加工过 程的集成性，从而提高制造过程 的质量和效率。
三维扫描、CAD、CAE、CAM 等的集成。
“精”：精密化制造 精密制造技术是指零件毛坯成形后 余量小或无余量、零件毛坯加工后精 度达亚微米级的生产技术总称。
一般认为：0.1nm-100nm为纳米 尺度空间，100nm-1000nm为亚微 米体系。
4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行6.17.20216.17.202110:5110:5110:51:1910:51:19
极端制造（纳米技术）
美国赖斯大学的科学家2005年利用纳米 技术制造出了世界上最小汽车。
极端性能
喷墨打印时加热器在十万分之一秒内 升温至三百多度，使喷嘴内形成约100 大气压。由此从喷嘴中喷出直径为1微 米、体积为4微微升（最小墨滴量仅为 1.3微微升）的墨滴，速度每秒24000 滴 每个喷嘴的直径只有1微米，相当于一 根头发的1/70。
“智”：智能化制造
所谓智能制造系统是一种由智能机 器和人类专家共同组成的人机一体化智 能系统，它在制造过程中能进行智能活 动，诸如分析、推理、判断、构思和决 策等。
“智”：智能化制造
智能制造技术的宗旨在于通过人与 智能机器的合作共事，去扩大、延伸 和部分地取代人类专家在制造过程中 的脑力劳动，以实现制造过程的优化。 将智能技术注入先进制造技术和产品， 可使之具有智慧，能部分代替人的脑 力劳动。
将数字技术用于制造过程，可大 大提高制造过程的柔性和加工过 程的集成性，从而提高制造过程 的质量和效率。
三维扫描、CAD、CAE、CAM 等的集成。
“精”：精密化制造 精密制造技术是指零件毛坯成形后 余量小或无余量、零件毛坯加工后精 度达亚微米级的生产技术总称。
一般认为：0.1nm-100nm为纳米 尺度空间，100nm-1000nm为亚微 米体系。
4、All that you do, do with your might; things done by halves are never done right. ----R.H. Stoddard, American poet做一切事都应尽力而为，半途而废永远不行6.17.20216.17.202110:5110:5110:51:1910:51:19
《先进制造技术》课件(全套)
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河南省精品课程“先进制造技术”
第1章
概述
Introduction
1.3 先进制造技术的特点和发展趋势
Characteristics of Advanced Manufacturing Technology And Its Developing Trend
……
与大、小制造概念相对应，对于制造技术的理解也 有广义和狭义之分。广义理解制造技术涉及生产活动的 各个方面和生产的全过程，制造技术被认为是一个从产 品概念到最终产品的集成活动，是一个功能体系和信息 处理系统。
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1.1.2 制造系统
制造系统结构
经营管理 财务
经营管理信息流 生产管理信息流 技术信息流 物质流
制造业是高技术产业化的载体和实现现代化的重基石
20世纪兴起的核技术、空间技术、信息技术、生物医学技 术等高新技术无一不是通过制造业的发展而产生并转化为规 模生产力的。其直接结果是导致诸如集成电路、计算机、提 动通信设备、国际互联网、机器人、核电站、航天飞机等产 品相继问世，并由此形成了制造业中的高新技术产业。
生产 技术 信息 产品 设计 产品 设计 信息 工艺 过程 计划 工艺 过程 信息
需求 订货 信息
综合 生产 计划
生产 计划 信息
生产 进度 计划
进度 计划 信息
作业 计划
作业 计划 信息
生产 实施
生产 结果 数据
生产 控制
生产 控制 信息
计划阶段
实施阶段
控制阶段
图1-6 制造系统的程序特性
研究制造系统程序特性，主要从管理角度出发如何使 生产活动达到最佳化。
制造业是国家安全的重要保障
美国在一段相当长时间内忽视了制造技术的发展，结果 导致经济衰退，竞争力下降，出现在家电、汽车等行业不 敌日本的局面。20世纪80年代，发生了轰动一时的“东芝 事件” 。美国重新关注制造业的发展，至 1994 年美国汽 车产量重新超过日本。