机械制造技术 教学课件 ppt 作者 任家隆 第10章　机械制造技术的展望

第10章　机械制造技术的展望10.1　机械制造系统自动化的发展10.2　精密加工和超精密加工10.3　环境保护与可持续制造10.1　机械制造系统自动化的发展10.1.1　机械制造系统自动化1)提高或保证产品的质量。2)减少人的劳动强度、劳动量，改善劳动条件，减少人的因素影响。3)提高生产率。4)减少生产面积、人员，节省能源消耗，降低产品成本。5)提高对市场的响应速度和竞争能力。10.1　机械制造系统自动化的发展表10-1　三种自动化方式的比较 比较项目 自动化方式 刚性自动化 柔性自动化 综合自动化 产生年代 　20世纪20年代 　20世纪50年代 　20世纪70年代 实现目标 　减小工人的劳动强度，节省劳动力，保证制造质量，降低生产成本 　减小工人的劳动强度，节省劳动力，保证制造质量，降低生产成本，缩短产品制造周期 　减小工人的劳动强度，节省劳动力，保证制造质量，降低生产成本，提高设计工作与经营管理工作的效率和质量，提高对市场的响应速度 控制对象 　设备、工装、器械、物流 　设备、工装、器械、物流 　设备、工装、器械、信息、物流、信息流10.1　机械制造系统自动化的发展表10-1　三种自动化方式的比较 比较项目 自动化方式 刚性自动化 柔性自动化 综合自动化 特点 　通过机、电、液、气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难 　以硬件为基础，以软件为支持，通过改变程序即可实现所需的控制，因而是柔性的，易于变动 　不仅针对具体操作和人的体力劳动，而且涉及人的脑力劳动，涉及设计、制造、营销、管理等各方面 关键技术 　继电器程序控制技术、经典控制论 　数控技术、计算机控制技术、现代控制论 　系统工程、信息技术、成组技术、计算机技术、现代管理技术10.1　机械制造系统自动化的发展表10-1　三种自动化方式的比较 典型装备与系统 　自动机床、半自动机床、组合机床、机械手、自动生产线 　数控机床、加工中心、工业机器人、柔性制造 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 （FMC） 　CAD/CAM系统、MRPⅡ、柔性制造系统（FMS）、计算机集成制造系统（CIMS） 应用范围 　大批大量生产 　多品种、中小批量生产 　各种生产类型10.1　机械制造系统自动化的发展10.1.2　柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，FMS)1.柔性制造系统的特点和适用范围图10-1　柔性制造系统的适用范围10.1　机械制造系统自动化的发展1)具有高度柔性。2)设备利用率高。3)自动化程度高、稳定性好、可靠性强，可以实现长时间连续自动工作。4)产品质量、劳动生产率有所提高。2.柔性制造系统的组成和结构10.1　机械制造系统自动化的发展图10-2　柔性制造系统的组成1)以成组技术为核心的零件编组。10.1　机械制造系统自动化的发展2)以托盘和运输系统为核心的物料输送和存放。3)以数控机床(或加工中心)为核心的自动换刀、换工件的自动加工。4)以各种自动检测装置为核心的故障诊断、自动测量、物料输送和存储系统的监视等。5)以微型计算机为核心的智能编排作业计划。3.柔性制造系统的分类(1)柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell，FMC)　FMC由一台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人所组成，采用切削监视系统实现自动加工，在不停机的情况下转换工件进行连续生产。10.1　机械制造系统自动化的发展图10-3　柔性制造系统10.1　机械制造系统自动化的发展图10-4　FMC的基本布局形式a)FMC的基本布局　b)配置机器人的柔性制造单元10.1　机械制造系统自动化的发展(2)柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem，FMS)　它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有自动上下料装置、自动输送装置和自动化仓库，并能实现监视功能、计算机综合控制、数据管理、生产计划和调度管理功能。(3)柔性制造生产线(FlexibleManufacturingLine，FML)　它是针对某种类型(族)零件，带有专业化生产或成组化生产特点的生产线。(4)柔性制造工厂(FlexibleManufacturingFactory，FMF)　柔性制造工厂由各种类型的数控机床或加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造生产线等组成，完成工厂中全部机械加工工艺过程(零件不限于同族)、装配、涂装、试验、包装等，具有更高的柔性。10.1　机械制造系统自动化的发展10.1.3　计算机集成制造系统(ComputerIntegratedManufacturingSystem，CIMS)1.CIMS的基本概念2.CIMS的构成(1)功能构成　从功能上看，CIMS包括了一个制造企业中设计、制造、经营管理和质量保证等主要功能，并运用信息集成技术和支撑环境使以上功能有效集成。图10-5　CIMS的功能构成10.1　机械制造系统自动化的发展1)工程设计自动化系统。2)制造自动化系统。3)经营管理信息系统。4)质量管理信息系统。5)支撑环境系统。(2)结构构成　任何企业都具有层次结构，但各层的职能及信息特点可能不同。(3)学科构成　CIMS是一个跨多个学科的复杂大系统。3.实施CIMS的效益1)产品质量提高200%500%。2)生产率提高40%70%。3)设备利用率提高200%300%。10.1　机械制造系统自动化的发展4)生产周期缩短30%60%。5)在制品减少30%60%。6)工程设计费用减少15%30%。7)人力费用减少5%20%。8)工程师的设计能力提高300%3500%。4.CAD/CAPP/CAM之间的集成(1)CAD/CAPP/CAM三者之间的集成关系　在CIMS中，CAD是CAPP的输入，其主要完成的任务是机械零件的设计，即机械零件的几何造型及绘图，它输出的主要是零件的几何信息(图形、尺寸、公差等)和加工信息(材料、热处理、批量等)。10.1　机械制造系统自动化的发展图10-6　CIMS实验工程系统结构图10.1　机械制造系统自动化的发展图10-7　CAD、CAPP、CAM的集成关系(2)集成环境下的CAD　需完成零件的几何元素定义、工程绘图、10.1　机械制造系统自动化的发展特征定义、模型管理及相关的一些公共功能。(3)集成环境下的CAPP　需完成零件特征信息获取、工艺决策专家系统、工序图生成、工艺文件管理和知识库管理功能。(4)集成环境下的CAM　具有信息处理及刀位计算、刀位文件编辑及加工仿真、视图变换和后置处理功能。10.2　精密加工和超精密加工10.2.1　精密加工和超精密加工的概念1.精密加工和超精密加工的范畴2.精密加工和超精密加工特点(1)蜕化和进化加工原则　一般加工时，工作母机(机床)的精度总要比被加工零件的精度高，这一规律称为蜕化原则。(2)微量切削　超精密加工时，吃刀量极小，属于微量切除和超微量切除，因此对刀具刃磨、砂轮修整和机床都有很高要求。(3)形成了综合制造工艺系统　在精密加工和超精密加工中，要达到高加工精度和高表面质量要求，需综合考虑加工方法、加工设备与工具、测试手段、工作环境等多种因素，因此，精密加工和超精密加工是一个系统工程，不仅复杂，而且难度较大。10.2　精密加工和超精密加工(4)与自动化技术联系紧密　精密加工和超精密加工中采用了计算机控制、在线检测、适应控制、误差补偿等技术，以减少人为因素的影响，可提高加工质量。(5)特种加工和复合加工应用越来越多　精密加工和超精密加工中，不仅有传统加工方法，如超精密车削、磨削等，而且有特种加工和复合加工方法，如精密电加工、激光加工、电子束加工等。(6)加工检测一体化　精密加工和超精密加工中，加工和检测紧密相连，有时采用在线检测和在位检测(工件加工完毕后不卸下，在机床上直接进行检测)，甚至进行在线检测和误差补偿，以提高加工精度。10.2.2　精密加工和超精密加工的方法10.2　精密加工和超精密加工图10-8　精密加工和超精密加工的方法10.2.3　几种具有代表性的精密加工和超精密加工的方法10.2　精密加工和超精密加工1.金刚石刀具超精密切削(1)金刚石刀具超精密切削的原理　由于金刚石刀具超精密切削属于微量切削，故其原理与一般切削有较大差别。(2)影响金刚石刀具超精密切削的因素1)刀具刃磨质量。图10-9　金刚石刀具的研磨10.2　精密加工和超精密加工2)刀具几何角度。3)超精密加工机床。图10-10　两种金刚石车刀4)被加工材料。10.2　精密加工和超精密加工5)工件的定位和夹紧。6)工作环境。(3)金刚石刀具超精密切削的应用　金刚石精密切削最初主要应用于加工各种精密的光学反射镜。2.固体磨料精密与超精密加工(1)精密磨削1)精密磨削的原理。①微刃的微切削作用。磨粒的微刃性和等高性如图10-11所示。图10-11　磨粒的微刃性和等高性10.2　精密加工和超精密加工②微刃的等高切削作用。③微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。2)影响精密磨削质量的因素。①精密磨削砂轮及其修整。精密磨削时，磨粒上大量的等高微刃是通过金刚石修整工具以极低且均匀的进给精细修整而得到的，故砂轮修整是精密磨削的关键之一。图10-12　砂带振动磨削方式a)闭式砂带磨削　b)开式砂带磨削10.2　精密加工和超精密加工②精密磨床结构。精密磨床应有高几何精度以保证工件的几何形状精度；应有高精度的横向进给机构，以保证工件的尺寸精度；砂轮修整时应有微刃性与等高性；应有低速稳定性好的工作台作为纵向移动机构，以防产生爬行及振动，保证砂轮修整质量和加工质量。③磨削参数的选择。④磨削工作环境。(2)精密和超精密砂带磨削　砂带磨削是一种新的高效磨削方法，能得到高的加工精度和表面质量，具有广阔的应用范围，可补充或部分代替砂轮磨削。1)砂带磨削方式。10.2　精密加工和超精密加工①闭式砂带磨削。采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带高速回转，砂带线速度为30m/s，可用于粗加工和精加工。②开式砂带磨削。采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带作缓慢的移动，砂带绕过接触轮外圆以一定的工作压力与工件被加工表面接触，从而对工件进行磨削。由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区域不断出现新砂粒，因此磨削工作状态稳定，磨削质量高、效果好，多用于精密和超精密磨削，但效率不如闭式砂带磨削。2)砂带磨削的特点及其应用范围。10.2　精密加工和超精密加工①砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，具有抛光作用，同时还能减振，故有弹性磨削之称。加之工件受力小，发热少，因而可获得好的加工表面质量，Ra值可达0.02μm。②用静电植砂法制作砂带，磨粒有方向性，尖端向上，同时磨粒的切削刃间隔长，摩擦生热少，散热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效地减少了工件变形和表面烧伤，故又有冷态磨削之称。③强力砂带磨削的效率可与砂轮磨削媲美。砂带不需修整，磨削比(切除工件质量与砂带磨耗质量之比)较高，因此有高效磨削之称。10.2　精密加工和超精密加工④可生产各种类型的砂带磨床，用于加工内、外表面及成形表面。砂带磨削头架可作为部件装在车床等各类机床上进行磨削加工。可加工各种金属和非金属材料，有很强的适应性。(3)超硬磨料砂轮精密和超精密磨削　超硬磨料砂轮目前主要指金刚石砂轮和立方氮化硼(CBN)砂轮，主要用来加工难加工材料，如各种高硬度、高脆性金属及非金属材料。1)超硬磨料砂轮磨削的特点。①可加工各种高硬度、高脆性金属材料和非金属材料，对于钢铁等材料适合采用立方氮化硼砂轮来磨削。②磨削能力强，耐磨性好，砂轮寿命长，易于控制加工尺寸及实现加工自动化。③磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好。10.2　精密加工和超精密加工④磨削效率高。⑤加工综合成本低。2)超硬磨料砂轮的修整。①整形。通常采用碳化硅砂轮或金刚石笔进行整形。②修锐。修锐的目的是去除部分结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度(一般为磨粒尺寸的1/3左右)，目前多采用电解方法进行在线修锐。3.游离磨料加工(1)弹性发射加工　弹性发射加工靠抛光轮高速回转(并施加一定的工作压力)，造成磨料的弹性发射进行加工。(2)液体动力抛光　在抛光工具上开有锯齿槽，如图10-14所示。10.2　精密加工和超精密加工图10-13　弹性发射加工10.2　精密加工和超精密加工图10-14　液体动力抛光4.微细加工技术10.2　精密加工和超精密加工(1)微细加工及其特点　微细加工起源于半导体制造工艺，原来是指制造微小尺寸零件的生产加工技术，其加工尺度约在微米级范围。(2)微细加工方法　微细加工方法和精密加工方法一样，也可分为切削加工、磨料加工、特种加工和复合加工，大多数方法是共同的。10.2　精密加工和超精密加工表10-2　常用的微细加工方法 分类 加工方法 精度／μm 表面粗糙度Ra值／μm 可加工材料 应用范围 分离加工 切削加工 　等离子体切割　微细切削　微细钻削 1～0．120～10 0．05～0．0080．2 　各种材料　有色金属及其合金　低碳钢、铜、铝 　熔断钼、钨等高熔点材料，合金钢，硬质合金　球、磁盘、反射镜、多面棱体　钟表底板、液压泵喷嘴、化纤喷丝头、印制电路板10.2　精密加工和超精密加工表10-2　常用的微细加工方法 分类 加工方法 精度／μm 表面粗糙度Ra值／μm 可加工材料 应用范围10.2　精密加工和超精密加工表10-2　常用的微细加工方法 分离加工 磨料加工 　微细磨削　研磨　抛光　砂带研抛　弹性发射加工　喷射加工 5～0．51～0．1l～0．11～0．10．1～0．00155 0．05～0．0080．025～0．0080．025～0．0080．0l～0．0080．025～0．0080．01～0．02 　黑色金属、硬脆材料　金属、半导体、玻璃　金属、半导体、玻璃　金属、非金属　金属、非金属　金属、玻璃、石英、橡胶 　集成电路基片的切割，外圆、平面磨削　平面、孔、外圆加工，硅片基片　平面、孔、外圆加工，硅片基片　平面、外圆　硅片基片　刻槽、切断、图案成形、破碎 特种加工 　电火花成形加工　电火花线切割加工　电解加工　超声波加工　微波加工　电子束加工　离子束去除加工　激光去除加工　光刻加工 50～l20～3100～330～51010～10．01～0．00110～10．1 2．5～0．022．5～0．161．25～0．062．5～0．046．30．126．3～0．120．020．016．30．122．5～0．2 　导电金属、非金属　导电金属　金属、非金属　硬脆金属、非金属　绝缘材料、半导体　各种材料　各种材料　各种材料　金属、非金属、半导体 　孔、沟槽、狭缝、方孔、型腔　切断、切槽　模具型腔、钻孔、套孔、切槽、成形、去毛刺　刻模、落料、切片、钻孔、刻槽　在玻璃、石英、红宝石、陶瓷、金刚石等材料上钻孔　钻孔、切割、光刻　成形表面、刃磨、割蚀　钻孔、切断、画线　刻线、图案成形 复合加工 　电解磨削　电解抛光　化学抛光 20～110～10．01 0．08～0．010．05～0．0080．01 　各种材料　金属、半导体　金属、半导体 　刃磨、成形、平面、内圆　平面、外圆孔、型面、细金属丝、槽　平面10.2　精密加工和超精密加工表10-2　常用的微细加工方法 结合加工 附着加工 　蒸镀　分子束镀膜　分子束外延生长　离子束镀膜　电镀(电化学镀)　电铸　喷镀 　金属　金属　金属　金属、非金属　金属　金属　金属、非金属 　镀膜、半导体器件　镀膜、半导体器件　半导体器件　干式镀膜、半导体器件、刀具、工具、表壳　电铸型、图案成形、印制电路板　喷丝板、栅网、网刃、钟表零件　图案成形、表面改性 注入加工 　离子束注入　氧化、阳极氧化　扩散　激光表面处理 　金属、非金属　金属　金属、半导体　金属 　半导体掺杂　绝缘层　掺杂、渗碳、表面改性　表面改性、表面热处理 接合加工 　电子束焊接　超声波焊接　激光焊接 　金属　金属　金属、非金属 　难熔金属、化学性能活泼的金属　集成电路引线　钟表零件、电子零件10.2　精密加工和超精密加工表10-2　常用的微细加工方法 变形加工 　压力加工　铸造(精铸、压铸) 　金属　金属、非金属 　板、丝的压延、精冲、拉拔、挤压，波导管，衍射光栅　集成电路封装、引线10.3　环境保护与可持续制造10.3.1　全球性的环境和机械工业污染问题1.全球性的环境问题(1)大气污染状况　大气污染日益严重，具体表现为酸雨、温室效应与臭氧层被破坏等。1)酸雨。2)温室效应。3)臭氧层被破坏。(2)淡水资源状况　淡水资源不足、水污染加剧导致世界范围内的饮用水水荒和水污染疾病蔓延，呈现全球性淡水危机。1)水资源短缺。2)水污染严重。(3)自然资源状况　自然资源遭破坏，生态环境继续恶化。10.3　环境保护与可持续制造1)森林资源继续减少，覆盖率不断下降。2)水土流失是一个全球性问题。3)土地沙化。4)物种正以前所未有的速度从地球上消失。2.机械工业的环境污染问题图10-15　美国工业有害废物来源分布10.3　环境保护与可持续制造(1)工程材料切削加工时引起的污染　工程材料在车、镗、铣、刨、磨、钻、拉等工艺过程中，要用乳化液进行冷却润滑和冲走加工屑末。(2)金属表面处理排出的主要污染物　为了去除金属材料表面的氧化物(锈蚀)，常用硫酸、硝酸、盐酸等强酸进行清洗。(3)金属热处理工艺排出的主要污染物　在退火和正火过程中，加热炉有烟尘和炉渣产生。(4)其他生产工艺排出的污染物　电焊时，焊条的外部药皮和焊剂在高温下会分解出污染气体。3.环境保护法的基本原则10.3　环境保护与可持续制造(1)环境保护纳入国民经济计划的原则　各级政府在制订国民经济和社会发展计划、规划时，必须把保护环境和自然资源作为综合平衡的重要内容，必须包括环境保护的目标、要求和措施。(2)预防为主、防治结合的原则　预防为主、防治结合就是要把环境保护工作的重点放在预防上，防止在开发建设活动中产生新的环境污染和资源破坏。(3)谁污染谁治理、谁开发谁保护的原则　根据这项原则，一切开发利用自然资源的单位和个人，都必须采取措施保护环境。(4)依靠群众保护环境的原则　环境保护必须依靠群众的智慧和力量，同时每个公民也都有遵守国家法律、进行环境保护的义务。10.3.2　安全生产(1)工业安全的重要性10.3　环境保护与可持续制造1)尽管现代社会的发展依赖于工业与科学技术的发展，但是现代社会也要求工业企业必须满足安全性的要求。2)现代工业企业的数量越来越多，规模越来越大，技术越来越复杂，一旦发生事故，其连带危害也越来越严重。(2)工业安全性的评价　通常用引起不良后果的事件出现的可能性或概率来评价工业企业的安全性。(3)工业系统的危险性因素　工业系统中典型的危险性因素(或称不安全因素)主要表现在以下几个方面：①系统过载；②系统长期负载运行造成损坏；③系统本身的可靠性差；④系统的维修不善；⑤人、机误差(机器在人机控制方面失当或人为的误差)；⑥人员缺乏技术培训，素质偏低；⑦管理不善；⑧环境不好。10.3　环境保护与可持续制造(4)工业安全性的分析方法　为了建立工业安全状态，设计工程师和制造工程师都必须对各种 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 进行安全性分析。1)定性分析用于确定可能产生的故障类型，及可能导致产生重大事故的多种故障的组合类型。2)定量分析用于确定故障发生的可能性或概率，并可用于估价预计损失和进行安全系统的优化。(5)有关安全法规与 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 　我国政府非常重视工业安全问题，制定了一系列的安全法规与制度。1)安全生产责任制。2)安全技术法规。3)劳动卫生 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。10.3.3　可持续制造与ISO14000系列标准的推进10.3　环境保护与可持续制造1.可持续制造(1)绿色产品1)产品的原材料易回收或重利用、或易分解而不致在报废后造成对环境的污染。2)产品在使用时，不造成对环境的污染，运行时是节能的。3)产品所用原材料应来源丰富，尽量减少稀缺资源的使用。4)开发易拆卸，可重用的产品结构。(2)节能的制造过程　节能就是节约地球的资源。(3)绿色制造过程1)改善制造过程中的环境，产生尽量少的噪声，不产生有害气体，创造宜人的工作环境。10.3　环境保护与可持续制造2)在制造过程中开展绿色加工，把环境影响、制造问题、资源优化统一起来考虑。3)大力开发绿色工艺，有针对性地解决制造过程中对可持续发展制造有不利影响的传统工艺。(4)产品的包装应是绿色的　即包装物可重用，或易分解再生，以免丢弃物对环境的污染。2.ISO14000系列环境管理国际标准(1)ISO14000系列环境管理国际标准的内容　国际标准化组织(InternationalStandardizationOrganization，ISO)是世界上最大的非政府性国际标准化机构，也是当今世界上规模最大的国际科学技术组织之一。10.3　环境保护与可持续制造(2)可持续发展和ISO14000系列标准的推行和宣传　要想可持续发展，就必须遵守ISO14000系列标准。①经济基础。②在国际经济、贸易中的地位。③评价质量的变化性。④所需的技术信息和技术帮助。⑤如ISO14000系列标准得不到实施，存在的潜在不利影响。1.试论述现代制造技术的特点。２.试 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 柔性制造系统的特点，分析共组成及各组成部分的关系。３.何谓计算机集成制造系统？它有哪些功能？为什么说它是现代制造技术的主要方向之一？10.3　环境保护与可持续制造4.在CIMS中，CAD/CAPP/CAM之间是如何集成的？5.试论述精密和超精密加工的概念、特点及其重要性。6.试分析有关精密加工的原理，总结精密加工、超精密加工的条件和应用范围。7.微细加工和一般加工在加工概念和范围上有何不同？8.如何理解现代管理理论和方法是现代制造技术的重要组成部分和显著特点之一？9.什么是环境污染？它有哪些特征？10.什么是环境？什么是环境保护？11.当前主要的环境污染源有哪些？12.简述环境保护法的基本原则。10.3　环境保护与可持续制造13.怎样进行工业安全性的评价与分析？工业系统有哪些典型的危险性因素？14.结合本人体会，谈谈制造业可持续发展的重要性以及要做的工作。一、基本信息二、您对本书的意见和建议三、您对我们的其他意见和建议100037　机械工业出版社·高等教育分社　刘小慧　收