制造工程基础-绪论

绪论
——制造工程技术发展及应用
北京航空航天大学王延忠
2014年9月15日
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——制造技术发展特点
以微电子、信息、新材料、系统科学等为代表的新一代工程科学与技术的迅猛发展极大地拓展了制造活动的深度和广度。

–常规制造工艺的优化（高效化、精密化、清洁化、强韧化等）
–新型（非常规）加工方法的发展（激光加工、电磁加工、超塑加工及复合加工等）–专业、学科间的界限逐渐淡化、消失
–工艺设计由经验走向定量分析
–信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合2一、制造技术发展趋势
传统制造技术
先进制造技术系统性
仅控制生产过程，物质流和能量流能控制生产过程，物质流、信息流和能量流广泛性
仅指将原材料变为成品的加工工艺贯穿从产品设计、加工制造到产品销售的整个过程集成性
学科专业单一、独立相互间界限分明专业和学科不断渗透、交叉融合，其界限逐渐淡化甚至消失动态性
不同时期、不同国家，其特点、重点、目标和内容不同实用性注重实践效果，促进经济增长，提高综合竞争力
一、制造技术发展趋势
——制造技术产生背景
1）社会经济发展
l消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短
l全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。

l快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场
2) 科学技术发展
l制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展
l现代制造业成为技术密集、知识密集型产业
l信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响
3) 可持续发展战略
l资源匮泛，污染严重
l环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价
l由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变
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一、制造技术发展趋势
——先进制造技术定义
先进制造技术是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源、材料以及现代管理技术等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总称。

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一、制造技术发展趋势
——制造技术构成
l现代设计技术
（计算机辅助设计、性能优良设计、竞争优势创建、
全寿命周期设计等）
l先进制造工艺
（精密洁净铸造成型、精确高效塑形成
型、优质高效焊接及切割、优质低耗洁
净热处理、高效高精机加、特种工艺等）
l自动化技术
（数控技术、工业机器人、柔性
制造等）
l系统管理技术（精益
生产CIMS、敏捷制造、
VM等）
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二、制造技术发展特征
——追求更高的制造精度
–制造精度（最高）：1mm（工业革命时代）~10nm（2000年）
–加工技术精度发展趋势曲线显示，超精密加工将可能最终达到原子晶格级，制造精度的提高仍然是制造技术发展的重要趋势。

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二、制造技术发展特征
——以高速实现高品质高效制造
–由于高速主轴技术、直线电机技术、高速控制技术以及刀具技术的发展和进步，以加工的高速化实现加工的高品质、高效率已成为切削技术发展的重要特征。

–高速切削使得：单位功率的金属切除率提高了30%～40%，切削力降低了30%，刀具的切削寿命提高了70%，留于工件的切削热大幅度降低，低阶切削振动几乎
消失。

–在美国、德国、日本等工业发达国家高速切削加工技术在大部分的模具公司都得到了广泛应用，85%左右的模具电火花成形加工工序已被高速加工所替代。

–现在高速切削的的生产水平：主轴转速在10 000r/min~100 000r/min，功率在20kW以上（进给速度在几十米以上），加工速度正在向更快的方向发展，目前正
在研制的高速切削加工中心，其主轴转速已达到300 000r/min，直线进给速度达
200m/min；随着机床技术和高速刀具技术的发展，高速切削加工技术的应用一定
会越来越广泛。

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二、制造技术发展特征
——微细与纳米加工快速发展
–微细加工技术的发展促进了微型机械的系统化，从而催生出了微机电系统（MEMS）技术。

在传感器制造中采用MEMS技术，将传感器和电路蚀刻在一起，不仅大大减小了其体积，而且可以大幅度降低加工成本。

如：汽车安全气囊中的传感器制造，采用MEMS技术后可以将其成本降到原来的40%。

–微细加工技术由于其加工对象尺度小到微米级，所加工的尺寸公差及形位公差小至数十纳米，表面粗糙度则低达纳米级，所以它往往兼具微小和超精密加工的特征，和纳米加工逐渐融合。

–纳米材料制备技术不断成熟，纳米进给工作台已形成批量生产能力，纳米切削机床已经诞生。

这些技术的发展不仅极大地丰富了纳米加工技术的内涵，而且为纳米加工技术的发展提供了良好的基础。

随着现代化加工技术的进步，微细加工和纳米加工技术有着广阔的发展前景。

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二、制造技术发展特征
——追求加工制造智能化
–随着自动化技术、现代控制技术、计算机技术以及人工智能技术的发展，智能在制造中的应用越来越受到学术界和企业界的重视，智能制造技术与系统的研究已
在世界范围内开展。

–智能加工是一种基于多传感融合以及知识处理理论和技术的加工方式，以满足人们所要求的高效益、低成本、操作简便等需求，解决加工过程中众多不确定性的、要求人工干预才能解决的问题。

它的最终目的是要由计算机取代或延伸加工过程
中人的部分脑力劳动，实现加工过程中的决策、监测与控制的自动化。

–目前，真正的智能制造系统还没有建立起来，但是由于机床熟练操作人员在世界范围内的缺乏以及工业对制造技术提出越来越高的要求，因此，提高加工的智能
化水平势在必行，加工的智能化是先进制造技术发展的必然趋势。

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二、制造技术发展特征
——更加注重制造的绿色化
–在制造过程中，常会产生对人体有害的气体和噪声。

例如，在切削加工中冷却液的雾化、气化，电加工中电解液、电镀液的分解、蒸发，激光加工中有害气体的
产生，还有各种加工噪音等都对操作者和环境造成危害。

在加工结束后，还有废
液、废渣的排放等环境问题。

–绿色制造理念和绿色加工技术是在追求产品生产过程中，采用先进的少、无污染加工制造方法，并尽可能地节省资源。

它的主要特征表现为：节能、低耗和无废
排放。

–先进制造技术必须注重绿色环保，这样才能实现可持续发展，才能最终实现人与自然的真正和谐。

随着科学技术的发展和人类社会的进步，加工制造的绿色化已
经成为必然的要求和趋势。

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三、制造技术的技术前沿
——可重组制造系统
（研究方面：制造工艺与工装、基础理论、新的制造系统、建模与仿真、控制和通信）——无浪费工艺
（研究方面：废弃物的减少和利用、产品设计和分析）
——新的材料工艺
（研究方面：创新的工艺过程、设计和分析方法、理论基础）
——生物制造技术
——企业建模和仿真
（研究方面：通信与信息技术、建模工具）
——信息技术
——满足多层次用户需求的产品及工艺设计方法
——增强型人—机界面
——劳动力教育和培训
——智能协作系统软件
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四、制造工艺技术
——定义
先进制造工艺技术就是机械制造工艺不断变化和发展所形成的制
造工艺技术，包括了常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和
发展的新型加工方法。

其主要技术体系有先进成形加工技术、现
代表面技术等技术构成及先进制造加工技术。

——技术地位
先进制造工艺技术是先进制造技术的核心和基础，任何高级的
自动控制系统都无法取代先进制造工艺技术的作用。

可以说，
一个国家的制造工艺水平的高低在很大程度上决定其制造业的
技术水平。

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五、制造工程基础课程的内容与方法
学时：58学时。

讲课50学时，实验8学时。

1、课程目标
2、课程内容
3、学习方法
4、考核方式
5、教材与参考书
五、制造工程基础课程的内容与方法
1、课程目标
通过本门课程的学习，使学生掌握机械加工基本原理、方法、基础理论和系统。

使学生了解基本类型零件的加工方法，具备机床、刀具
的正确选择能力；以及工艺过程分析、工艺设计的初步能力。

五、制造工程基础课程的内容与方法
2.课程内容
切削原理、典型机床及刀具、加工质量、制造工
艺规程设计
公差和互换性
五、制造工程基础课程的内容与方法
3.学习方法
理论学习为主，实验为辅。

4.考核方式
作业20%，实验报告20%，期末考试60%
五、制造工程基础课程的内容与方法
5. 教材与参考书
教材
[1]《机械制造工程原理》，冯之敬主编，清华大学出版社，2003年第四版
[2] 《互换性与技术测量》，周玉凤杜向阳主编，清华大学出版社，2008年第一版
参考书
[2] 《机械制造工艺学》，柯明扬主编，北京航空航天大学出版社，1996
[3]《机械加工基础》，陆翠英，北京航空航天大学出版社
[4]《金属切削机床构造与设计》，韦彦成，国防工业出版社，1991，4
[5] 《加工工艺学》李喜桥主编北京航空航天大学出版社
[6] 《机械精度设计基础》，孙玉芹袁夫彩主编，科学出版社，2007年第二版
[7] 《几何精度规范学》何永熹武充沛主编，北京理工大学出版社，2006年第二版。