机械制造

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前言前言

   随着科学技术的飞速发展和科学技术的日新月异,产品更新换代的速度也越来越快,复杂零件的个数也越来越多,产品加工的精度要求越来越高,多品种、小批量生产的数量比重明显增加,激烈的市场竞争使产品研发制造周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难以满足这种多样化、柔性化与复杂形状零件高速质量加工的要求。当今世界各国制造业已广泛采用数控技术的先进制造模式。以提高制造能力和水平,提高对变幻莫测市场部适应能几个竞争能力。

   本文主要针对制造业的发展与概述、数控技术、装配图的绘制与识读、常用的特种加工、先进制造模式以及现代新技术六个方面全面系统地概述本专业的实用性,其具有以下特点:

    <1>注重系统性和完整性。

    <2>注重实用性,覆盖面广,知识性强。

    <3>概述全面、具体、与时俱进。

    <4>注重拓展性,充分立足科学脚步的大旗。

     本文源于生产,其是对大学三年所有知识精华的概括,旨在知识的网络化与储备,以便走出校门更好地应用专业知识,达到学院“智能合一,敢为人先”的育才理念。









                      目录

第一章 绪论

1.1制造业的概述

1.2先进制造业的发展趋势

1.3实现制造自动化的意义

1.4国内外制造自动化的水平与现状

第二章 制造自动化技术

2.1数控技术

2.2计算机辅助设计与制造

2.3自动机械的设计制造流程

2.4工业机器人与柔性制造技术

第三章 装配图的绘制与识读

3.1装配图的作用与内容

3.2装配图的画法与绘制

3.3装配图上其他内容的标注

3.4读装配图

第四章 常用的特种加工方法

4.1电火花加工

4.2激光加工

4.3超声加工

4.4电子束加工

第五章 先进制造模式

5.1并行工程

5.2敏捷制造技术

5.3精益生产

5.4智能制造

第六章 现代新技术

6.1生物技术

6.2新能源技术

6.3绿色照明技术

6.4新材料技术

6.5海洋技术

参考文献


























第一章 绪论

1.1制造业的概述

   制造,顾名思义是一种将物料、能源、资金、人力、信息等有关资源,按照社会的需求,转变为新的,有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。

   制造过程是指产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等过程。也称为产品的生命周期。

   制造业是将制造资源(物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等)利用制造技术,通过制造技术过程,转化为供人们使用或生活消费品的行为,也可以说是与制造活动有关的实体或企业机构的总称。

   统计表明,在工业化国家中约70%的社会财富是由制造业创造的,约45%的国民经济来自于制造业。如美国68%的社会财富来自于制造业。

1.2制造业的发展趋势

    科技的进步和制造业的发展相互促进,是推动社会发展的主动力。相对其他产业而言,中国的制造业发展快,国际竞争能力坚强的产业门内,也是加入世贸组织后受益较大的部门。中国的制造业是以快速发展,产业明显提高的基本经验有二:一是较早和较大程度地对外开放,二是较大程度地、较深层次、较大范围的市场化改革。

    随着计算机、微电子、信息和自动化技术的迅速发展,给制造业在产品设计、工艺与装备、生产管理和企业经营带来了重大变革,先后诞生了一系列新制造技术和新制造模式。例如:数控(NC)、加工中心(MC)、计算机数控(CNC)、计算机辅助制造(CAM)、工业机器人(IR)、计算机辅助工艺(CAPP)、计算机辅助调度(CAPS)、计算机辅助检查(CAI)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助装配规划(CAAP)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造线(FML)、柔性制造系统(FMS)、准时生产(JIT)、管理信息系统(MIS)、并行工程(CE)、成组技术(GT)、质量功能配图(QED)、精良成形生产(LP)、快速原形(RP)、快速制造(RM)、敏捷制造(AM)、虚拟制造(VM)、计算机集成制造(CIM)、计算机集成制造系统(CIMS)。

    在心材料方面,随着高强轻质合金、工程塑料、复合材料、陶瓷材料、新型合金等材料的应用,使产品材料有了显著变化,又促进了新加工工艺和成形方法的发展,出现了多种精密加工、特种加工、材料改性等新工艺,提高了加工质量和效率。加工装备走向一机多能化、粗精加工一体化、加工检测集成、人机一体化,出现了智能化加工单元。

   总之现代制造技术以先进制造技术为核心,以资源和资源转化为对象以现代制造科学与技术为基础,以制造技术为载体,以信息化、网络化、生态化和全球化为环境和背景,追求经济的卓越发展。

1.3实现制造自动化的意义

    顾名思义“制造自动化”首先与“制造”、“自动化”有关。今天,制造自动化主要包括以下几个方面:

    1、在形式方面,制造自动化包括三个方面的含义:

    (1)代替人的体力劳动;

    (2)代替或辅助人的脑力劳动;

    (3)制造系统中,机器及整个系统的协调、管理、控制和优化。

    2、在功能方面,制造自动化代替了人的体力劳动和脑力劳动仅仅是制造自动化功能的一部分。

    3、在范围方面,制造自动化不仅涉及具体生产过程,而且涉及生产生命周期的所有过程。        通过一系列的科学实践证明,机器自动化生产具有以下特点:

  (1)大幅度提高劳动生产率。

  (2)产品质量具有高度重复性、一致性。

  (3)产品精度高。

  (4)大幅降低制造成本。

  (5)缩短制造周期,减少制品数量。

  (6)依靠人机互调。

   制造自动化首先是在发达国家发展起来的,由于发达国家的工人成本太高,不适合采用人工生产,促使他们开发制造自动化技术,采用自动化生产使工人从繁重、复杂的的体力劳动中解放出来,转而投入更富有创造性的工作,提高了人们的生活质量。发达国家现代工业发展的实践证明,过去经济学家及大众所担心的机器人及自动化的大量采用会造成工人失业的观念是错误的。随着生产规模的扩大,社会物质财富的增加,劳动力反而越显不足,在信息时代,自动化已成为现代化的同义词。                                

  发达国家实现制造自动化的原因并不单纯是人的制造成本较高,更深层次的意义是制造自动化对于提高产品质量,降低制造成本,提高企业的核心竞争力起到了极其重要的作用,自动化装备的水平和制造能力代表了一个国家工业技术能力的最高水平,是一个国家制造业发达程度和国家综合国力的集中体现。

   我国制造业的自动化装备主要依靠从国外引进,从20世纪80年代开始,我国从国外引进了大量自动化装备,设计模具专用设备及生产线。但因为种种原因,我国还没有向日本、韩国那样从引进,消化吸收中逐步发展成自主创新的能力。目前,自动化装备行业自主设计开发能力任然较差。由于装备制造业水平有限,直到现在,国内的自动化装备任然靠引进,不仅花费了国家大量外汇,也极大限制了企业跨越式发展。

  我国是制造业大国,但不是制造业强国。目前国内企业总体制造工艺装备任然落后,成套能力不强,大多数企业目前任然采用较落后的制造工艺与装备进行生产。据统计,优质高效低耗工艺普及率不足10%,数控机床精密设备不足5%,配有国产系统中档数控机床不超过25%,高档数控机床的90%依靠进口、我国在大型成套装备技术方面严重落后。

  目前我国的能源综合利用率仅为32%左右,比国外的先进水平低10%,我国每年GDP的能耗水平是发达国家的3-11倍,主要产品单位能耗比发达国家高30-90%,工业的排放污染物超过发达国家的10倍以上,单位GDP的环境成本高居世界前列。

第二章 只要自动化技术

2.1数控技术

  从第一台数控机床诞生起,数控技术便在工业方面引发了一场不小的工业革命,数控技术是微电子技术与传统机械技术的结合产物,它可以根据机械加工的要求,使用计算机技术对整个加工过程进行信息处理与控制,实现生产过程的自动化。

  数字控制是利用数字化信号对起床的运动极其加工过程进行控制的一种技术方法,简称数控(NC)。

  数控机床是一种装有程序控制的系统机床,该系统能进行逻辑和数学处理运算,能处理具有特定代码或者其他符号编码指令规定的程序。

  数字系统能自动阅读输入介质上记载的程序,并将其译码,控制机床运动,实现零件加工过程中的程序控制系统。

  开放式数控系统基于PC技术和Windows操作平台,大量的硬件技术厂商,应用软件开发公司都可以提供技术支持,能及时享用计算机发展的新成果,其主要包括以下关键技术:

 (1)控制器技术 要求生产厂商能根据产品的转矩,功率等电气参数,自由选择电动机和放大器等I/O控制设备,并根据需要重新选配CPU和存储设备,而不需要对数控系统的其他部分进行调整。PC在ONC中的应用是实现的重要途径。

  (2)接口技术 接口技术包括人机互接和网络通信等。人机互接口要求实现ONC与操作人员多途径互换的原则。

 (3)测量技术 ONC要求具用智能化、无人化,集成化,高灵敏度的测量系统。

  (4)软件技术 由于PC在ONC的大量应用,高级编程为数控编程,控制程序的编写,提供了极大的方便性和灵活性。

   智能数控是计算机发展到一定阶段的产物,也是计算机在数控机床中广泛应用的结果,具体包括以下几个方面:

 (1)专家系统 目前,专家系统在数控系统中主要应用于机床的故障诊断,切削过程,自动编程技术。

(2)人工神经网络技术 是人工智能领域的一个重要分支,具有安全性,运行速度快,人工环境好,抗干扰能力强的优点。

(3)计算机视觉技术,源于计算机图像处理和模式识别技术,目的是让计算机系统能像人类视觉系统一样处理识别自己周围的环境。

 数控编程的过程主要包括零件图样分析、工艺处理、程序编制、控制介质和程序校核试切等过程。数控编程的方法主要有以下四种方式:

(1)手工编程 指编程零件数控加工的各个步骤,即零件图样分析、工艺分析、数学处理、程序编制和输入介质准备直至程序校验等过程,均由人工完成。                    

(2)自动编程 使用计算机编制数控加工程序,能自动地输出零件加工程序及自动制作控制介质的过程。

(3)面向车间的编程(WOP)是介于手工编程和自动编程的一种方法。

2.2计算机辅助设计与制造

 计算机辅助设计是指工程技术人员以计算机为辅助工具,通过计算机和CAD软件对设计对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。

  计算机辅助工艺规划 是指计算机对制造加工工艺过程进行设计或规划,以期对工艺过程实现自动控制。

  计算机辅助制造是指应用计算机对制造加工的统称。

  CAD/CAM集成技术(简称XAD/CAM)是指把计算机辅助制造和计算机辅助设计集成在一起的技术。其主要包括硬件系统和软件系统,而CAD/CAM系统具有以下功能模块:

  (1)CNC系统中及各种自动化加工设备,包括数控加工中心等各种数控机床,三维坐标数控测量机,PLC,检测设备。

 (2)物料存储及运送系统,包括自动化仓库。

 (3)全面质量保证系统。

 (4)车间生产计划控制系统。

  (5)计算机辅助工程制图系统,其功能包括辅助制图、图样扫描及光栅、矢量混合编辑、图样管理等。

   CAD/CAM发展的趋势成集成化、智能化、网络化、标准化、最优化。

2.3自动机械的设计流程

   自动化生产线设计制造流程的步骤:

 (1)总体方案设计 对产品的结构,使用结构及性质、装配工艺要求工作姿态方向、工艺方法、工艺流程、要求生产节拍、生产线布置场地要求等进行深入研究。确定工艺的先后次序、工艺方法、各专机占用尺寸、输出方式及主要尺寸、工件在输送线上的分隔与挡停、工件的换向与定位。    

(2)总体设计方案评审 组织专家对总体方案设计进行评审,发现总体方案设计中可能的缺陷或错误,避免造成更大的损失。

 (3)详细设计 设计图纸包括装配图、部件图、零件图、气动回路图、气动系统动作步骤图,标准件清单、外购件清单、机械加工清单。

(4)图纸评审 由专家对图纸审评,对于发现错误或缺陷及时纠正处理。

 (5)专用设备及元器件订购、机加工件制造 在机械制造行业大量的专用设备、元器件、结构部件都已经由相关的企业部门制造生产,设计阶段完成后马上就要进行各种专用设备、元器件的订购及机加工件的加工制造,二者同时进行。

 (6)装配试调  在装配试调过程中,既要解决各种各种有关机械结构装配位置方面的问题,包括各种位置调整,又要进行各种传感器的调整与控制程序的试验、修改、完善。

 (7)试运行并对局部存在的问题进行修改、完善。尽量在设计阶段就利用好相关的设计软件对所有的设计方案或者程序进行模拟,及早发现问题,而不要全部依赖在装备调试时才发现问题,进行事后修改。

(8)编写技术资料 需要编写的技术资料包括设备使用的说明书、图纸、培训资料等。

 (9)试生产、技术培训 设备移交后还需要对使用方的人员进行必要的技术培训,使其不仅能够熟练地使用设备,还能够对一般的故障进行检查和排除。

(10)双方按合同组织验收 验收是整个项目的最后环节。

  自动化专机设计制造流程的步骤:

  (1)产品的结构,对产品的功能、结构、装配工艺要求,要求的生产节拍进行研究,对相关的工艺方法进行深入研究,最终确定一种合适的加工工艺方法。

  (2)总体方案设计 确定工件的输送、上料、卸料方法与机构,确定工件的定位夹具及可能的加紧机构;驱动原件,传动系统;节拍时间,传感器与控制方法等。  

 (3)总体方案评审

  (4)详细设计 包括机械结构设计与电气控制系统设计。机械结构设计包括总装配图、零件图、外购件清单、标准件清单、机加工清单、气动原理图、气缸动作步骤图等。

 (5)设计图纸评审

 (6)外购件订购,机加工件加工。

 (7)装配、调试。

 (8)机器试运行,对可能存在的问题进行修改或完善。

 (9)机器及技术资料验收移交。

2.4工业机器人及柔性制造技术

   工业机器人诞生于20世纪80年代的美国,经过50多年的发展,已被不断应用到众多领域,和计算机技术一样,机器人技术正日益改善着人们的生产方式和生活方式,大多数机器人操作机的功能类似人臂:

 (1)机器人的自由度:即机器人的灵活程度。

 (2)机器人操作机的结构及其特点:

   1)直角坐标系型操作机 特点是手部在空间三个互相垂直的X、Y、Z方向上垂直移动,运动是独立的,其控制简单,运动直观,容易达到高精度,但操作灵活性差,运动速度较低,操作范围较小而占据的空间相对大。

  2)圆柱坐标型操作机 特点是在水平转台上有立柱,水平臂可沿立柱上下移动并在水平方向伸缩,其工作范围较大,运动速度较高。

  3)球坐标操作型 特点是工作臂不仅可以可绕工件轴旋转,还可以绕水平轴作俯仰运动,且能沿手臂轴线作伸缩运动,其操作比圆柱型操作机更方便灵活。

  4)关节型操作机 特点是由多个关节连接的机座、大臂、小臂和手腕等构成,大小臂即可作垂直于机座的平面运动,可也绕垂直轴运动。

(3)机器人控制系统的基本功能:

    1)记忆功能 存储作业顺序,运动路径,运动方式,运动速度和与生产工艺息息相关的信息。

    2)示教功能 行为离线编程、在线示教、间接示教。

    3)外围设备联系功能 输入和输出接口,通信接口、网络接口、同步接口等。

    4)坐标设置功能 具有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。

    5)人机接口 是人与机器之间进行信息交换的通道,主要有示教盒,操作面板、显示屏等。

    6)传感器接口 实现位置、视觉、触觉、力觉检测等。

    7)位置伺服功能 是机器人将电信号转换为机械运动的设备,包括机器人的多轴联动、运动等功能。

    8)故障诊断安全保护功能 具有系统运动状态、监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断功能等。

  (4)机器人的三种编程方式:   1)物理设置编程系统  2)在线编程  3)离线编程

   (5)机器人用传感器的分类:    1)内部传感器:装在传感器上,包括移动、速度、加速度等传感器。   2)外部传感器:如视觉、触觉、力觉、距离等传感器,是为了检测作业对对象及环境与机器人的联系。

  (6)工业机器人的应用案例:   1)机器人焊接线   2)机器人装配   3)弧焊机器人

   (7)柔性制造是指用可编程、多功能的数字控制设备更换刚性自动化设备,用易编程、易修改、易扩展、易更换的软件控制代替刚性链接,使刚性生产线实现柔性化,以快速响应复杂多变的市场需求,多快好省地完成多品种、中小批量生产任务。

  (8)柔性制造单元是由一台或者几台设备组成,在毛坯和工具储量保证的情况下,具有部分自动传送和监控管理功能,并具有一定的生产调度能力的自动加工单元。

 (9)柔性制造单元(FMS)由控制与管理,加工,物流等3个子系统构成。

 (10)FMS的加工系统构成:

   1)加工棱柱体类工件 由立卧式加工中心,数控组合机床和托盘交换器组成。

   2)加工回转体内零件 由数控车床,切削中心,数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。

 (11)FMS加工系统的配置:  1)原则配置  2)方式配置:有并联、串联、混合三种。

 (12)FMS工件流支持系统:

   1)夹具系统 多采用组合夹具、可调整夹具、数控夹具或托盘等。

   2)工件输送系统 一般有直线输送、机器人输送、环形输送等方式。

   3)自动化仓库 主要有平面立体化仓库和立体自动化化仓库。

   4)工件装卸工作站 毛坯入库工作站和成品出库工作站两种。

 (13)FMS发展趋势:

   1)小型化 FMS开始向小型、经济、易操作和易维修方向发展。

   2)模块化和集成化。

   3)性能不断提高 采用各种新技术,提高加工精度和加工效率。

   4)应用范围逐步扩大 加工批量上,FMS向适合单元和小批量方向发展,另一方面从传统的金属切削加工、装配等整个机械范围发展。

第三章 装配图的绘制与识读

3.1 装配图的作用与内容

  1、装配图是表达机器或部件的图样,其作用是五表达、五指导。

(1)五个表达:

  1)表达机器或者部件的工作原理  

  2)表达零件之间的装配关系

   3)表达各零件的工作位置

   4)表达主要零件的主要构成特征

   5)表达机器或部件的技术要求

   2、五个指导:

   1)指导装配、制定工艺流程

   2)指导安装与调试

   3)指导操作

   4)指导维护、保养

   5)指导零件设计

   总之,装配图是表达设计思想,指导生产和交流技术的重要文件。

   3、一张完整装配图应该包含的几个内容:

   1)一组图样,用各种表达方法、完整、准确、清晰和简便地表达出机器或部件的工作原理,零件之间的装配链接关系和主要的零件结构形式。

   2)必要的尺寸。     3)技术要求。    4)零件顺序和明细栏。   5)标题栏。

3.2装配图的画法与绘制

   1、表达方案确定的原则:

   绘制机器或部件装配图时,要有利于生产,便于读图出发,恰当地选择图样,生产上对装配图表达方案的要求是“完整、准确、清晰”的前提下,土样数量尽可能地少。

   1)主视图的选择 画装配图时,一般将装配图的工作位置作为主视图的位置,以最能反映装配体的装配关系、传动路线、工作原理及结构形状的主要装配线方向作为画主视图的方向。

   2)其他视图的确定 主视图确定后,应由其他视图补充表达主视图没有表达清楚又必须表达的内容。所选视图要求重点突出,相互配合,避免重复。

   2、图形画法的有关规定:

   1)关于接触面和非接触面的画法 相邻两零件的接触面和基本尺寸相同的相互配合的工作面只画一条线,而不画接触面,间隙再小也必须画两条线。

   2)关于剖面的画法 在剖视图和断面图中,相邻两零件剖面线的倾斜方向应相反,或方向相同间隙不同,如两个零件相邻时,可改变第三零件剖面线的间隙或使剖面线错开,同一零件上,在一张装配图中的剖面线方向和间隙都必须相同。

  3)关于实心杆件,标准件的画法 在装配图中,当剖切平面通过实心杆件及标准件的基本基本轴线时,这些零件按不剖绘制,如果确实要表达标准件或实心杆件的局部结构时,可采用局部剖。

 3、装配图的特殊画法 拆卸画法和沿结合面剖切的画法,在装配体中,当某个或其几个零件遮住了需要表达的其他零件,而它在别的视图中基本表达清楚时,可假想将其拆去,或沿结合面剖切,只画出所要表达运动范围或多个工作位置时,可以画出运动件的一个正常位置。而用细双点画线画出它的其他位置。

  1)在装配图中,当需要表示与装配体有装配或安装关系但又不属于装配体的其他零件时,可用细双点划线画出该相邻零件的局部外形轮廓。

  2)展开画法 为了表示齿轮传动顺序和装配关系,可按空间轴系传动顺序沿其各轴线剖开次序展开在同一平面上,并在上方标注“X–X展开。”

  3)夸大画法 在装配图中,对于薄片零件、细丝弹簧、较小斜度和锥度微小间隙等,如不能清晰表达或不易画出时,可将其适当夸大画出,以保证表达清晰。

  4)简化画法 在装配图中,小圆角、倒角、退刀槽等不允许画出,螺栓、螺母的倒角和因倒角产生的曲线允许省略。若干相同的连接件(如螺栓螺母连接等)允许仅详细画出一组,其余以点画线表示中心位置。滚动轴承、油封(密封圈)等,只允许对称图形的一半,另一半仅画出外形轮廓。

  5)单独表示某个零件,在装配图中,当某个零件未表达清晰时,对理解装配关系有影响时,可单独画出该零件的某一视图,如泵盖。

  4、绘图方法及步骤:

  1)决定画图比例和图纸幅画面。

  2)布局、画各视图的主要装配线或基线。

  3)逐层画出各零件的视图。

  5、绘图注意事项:

  1)熟悉所画装配体的情况 准备阶段要熟悉:

  <1>装配线的情况  <2>运动传递情况  <3>各个零件的相对位置如何确定  <4>哪些地方有配合关系、有间隙。

  2)满足装配关系的合理要求:

  <1>接触面的要求,两个相互接触的零件,同一方向上只能有一对接触面,在孔口倒角或轴根切槽。

  <2>密封的要求。  

  <3>联接的要求,为了保证旋紧,内螺纹长度应留出一定余量。

  3)定位的要求 装在轴上的滚动轴承及齿轮等一般都要有轴向定位结构,以保证轴向不产生移动。

  4)拆卸画法的要求 滚动轴承在用轴肩或孔肩定位时,应考虑维修时拆卸的方便与可能。用螺纹固件紧固零件时,应考虑拆装的操作空间。

3.3装配图上其他内容的标注

  1、尺寸标注 装配图中不必注全所属零件的全部尺寸,它只要求注出与装配体的装配、检验、安装、调试有关的尺寸。一般包括一下几种尺寸:

  1)装配尺寸 <1>配合尺寸表示零件间隙配合性质的尺寸。  

 <2>相对位置尺寸,零件在装配时,需要保证较重要的相对位置尺寸,其实也是装配、调试时所需的尺寸。

 <3>安装尺寸,它是装部件安装到其他部件或机座上所需要的尺寸。

 <4>外形尺寸,表示部件的总长、总宽和总高的尺寸。

 <5>其他重要尺寸,即设计过程中经过计算确定或选定的尺寸,但又不包括上述几类重要的尺寸。

  2、技术要求的标注 用文字或符号在装配图中说明对机器或部件的性能、装配、检验、使用等方面的要求和条件。即包括:1)装配要求 一般指装配体在装配过程中需注意的事项及装配体必须达到要求,如精度、密封性、装配间隙、润滑要求。

  3、检验要求 对装配体基本性能的检验,试验及操作要求。

  4、使用要求 对装配体的规格、参数及使用、维护、保养的注意事项及要求。

3.4读装配图

 在机器或部件的拆卸、安装、调试、操作、维护保养和零件设计的工作中,都要读装配图。

 1、服装配图的目的及要求:

 1)了解概况,即了解装配体的名称,用途,规格,性能和工作原理。

 2)分析结构及使用方法,即分析装配体中各个零件的相对位置、联接方式、装配关系、调整方法、拆装顺序、运动零件的范围与工作原理等。

 3)分析主要零件的主要构成特征。

 2、读图的方法、步骤:

 1)看标题栏和明细栏,了解表达方法,了解装配情况。

 2)深入分析,区别各个零件,先区分各个标准件和常用的一般零件。

  3)分析主要零件的主要结构特征。

  4)分析主要零件的种类和作用,除找出长、宽、高三个方面的基准尺寸外,还要分清规格性能尺寸、装配尺寸、安装尺寸、外形尺寸、和其它尺寸。

  5)分析技术要求 装配体在装配、安装、检验和使用方面的技术要求,都会以各种符号,包括文字在图中注出,读图时,对这部分内容不可忽略。

  3、归纳总结 即对装配图有一个全面、具体、深入的认识,最终达到读图的目的:

  4、由装配图拆画零件图的方法、步骤和注意事项:

  1)精心设计零件的结构形状。

  2)重新确定零件的表达方案。

  3)正确标注零件尺寸。

  4)慎重提出零件的技术要求。

  5、应用案例: 形状设计、确定表达方案、标注尺寸、标注各种技术要求。

第四章 常用的特种加工方法

4.1电火花加工

  1、电火花加工也称为放电加工、电蚀加工或电脉冲加工,是一种靠工具电极和工件之间的脉冲信号放电来蚀除多余的金属,利用电能和热能进行加工的工艺方法。由于加工过程中能够看得见火花,因此称为电火花加工。

  2、电火花线切割加工是在电火花加工的基础上发现起来的一种新型工艺,采用细金属丝(钼丝和铜丝)作为工具电极,电火花线切割机床根据数控编程指令进行切割,加工出满意的技术要求工件。

  3、电火花加工放电蚀除的过程包括电场力、磁场力、热力、流体动力和电化学力等综合作用。这一过程大概分为四个过程:

  1)由于电极的微观表面是凹凸不平的,所以当脉冲电压施加到两极时,在两极之间靠近绝缘介质(煤油)被击穿,变成了放电通道。

  2)随着电流通道内电流密度不断增加,电子和离子在电场力的作用下高速运动相互碰撞,使放电部位金属局部熔化甚至气化。

  3)在放电爆炸力的作用下,将融化的金属抛出,在放电加工的电极表面可以看到明显的碳附现象。

  4)放电结束后,电极间的介质迅速恢复到原始状态,为下次放电做好准备。

  4、电火花加工的工作条件:

  1)脉冲放电时要有足够大密度的能量,以便工件材料部分融化或汽化。

  2)放电应该是脉冲式的(脉冲宽度为0.2~1000Us),可以使脉冲放电产生的绝大部分热量来不及从微小的放电区域扩散出去。

  3)放电过程中的电蚀产物及热量及其微小的放电间隙(大约为0.01~0.05mm)中排出,以利用液体介质恢复绝缘,维持脉冲放电正常,连续地前进,达到加工的目的。

  4)随着脉冲放电的持续进行,工件及其电极材料不断被蚀除两电极之间的离子,使其逐步扩大。

  5、点过挂机冲的优缺点及用途:

  1)由于电火花加工是靠脉冲放电的电热作用蚀除材料的,与工件的力学性能关系不大,因而其适应于难以切削材料的加工,例如:立方氮化硼(CBN)零件的加工。

  2)由于放电蚀除材料会产生大的切削力,因此常用于特殊的、形状复杂的零件加工。例如导电陶瓷的加工。

  3)当脉冲宽度较小(不大于8Us)时,由于单个脉冲能量不大,放电又是浸没在工作液中进行的,因此对整个加工而言,在加工过程中不受热的影响,有利于热敏材料的加工。

  4)由于加工脉冲的参数可以任意调整,所以在同一机床上就可以完成粗、半精加工、精加工的工艺,而且易实现自动化的过程。

  5)采用电火花加工成型加工还有利于改进和简化产品的结构设计与制造工艺,提高其使用性能。

  6、电火花加工的局限性:

  1)它仅适用于金属和导电材料的加工。

  2)在一般情况下,电火花加工的速度较低于切削速度。

  3)由于电火花加工的工具电极损耗大多集中在尖角及低边棱角处,这直接影响了电火花成形加工的成形精度。

  4)最小圆角半径有限制,难以实现直角的加工。

  7、电火花加工目前广泛应用于各种精密模具的制造、航天、电子、电器、精密细微零件的加工,以及汽车、仪器、仪表、轻工众多航天。

4.2 激光加工

  1、激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦,达到很高的能量密度,产生的光热效应来加工各种材料。激光加工已经用于打孔,切割,电子器件的微调,焊接,热处理以及激光存储等各个领域。

  2、激光加工原理,激光是一种强度高,方向性好,单色性好的相干光,焦点处的温度可以达到100000000~1000000000000W/㎝,温度可达10000℃以上。在这样的高温下,任何材料都瞬间急剧融化或汽化,并爆炸性地高速喷射出来,同时产生方向性很强的冲击。激光加工是在光热效应下产生高温熔熔和受冲击波抛出的综合过程。

  3、激光加工设备由激光器、导光聚焦系统和加工机三部分组成。

   1)激光器是由激光加工的重要设备,它的任务是把电能转化为光能,产生所需要的激光束。

   2)导光聚焦系统,根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位,这种从输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。

   3)激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及其机电控制系统。

   4、激光加工的特点:

   1)几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。

   2)激光能聚焦成极小的光斑,可进行微细和精密加工。

   3)可用反射器将激光束送往远离激光器的隔离室或者其他地点进行加工。

   4)加工时无需刀具,属于非接触加工,无机械加工变形。

   5)无需加工工具和特殊环境,便于控制自动连续加工,加工效益高,

   6)加工方法多,适应性强,在同一台设备上可以完成切割、焊接、表面处理、打孔等多种加工工艺。

   7)节约能源与材料,无公害无污染。

   5、激光加工的应用,常用于打孔、切割、雕刻、及表面处理。

   1)激光打孔是激光加工中应用最早最广泛的一种加工方法。

   2)激光切割是将激光能量聚焦到很少的范围内,把工件烧穿,但切割时需转移工件或激光束,在实际加工中,采用工作台数控技术,可实现数控切割。

   3)激光焊接时不需要太高的能量,而只是将工作区烧结,黏在一起就行了。

   4)激光的表面热处理,利用激光对金属工件表面进行扫描,从而进一步对工件进行表面淬火,粉末粘合等。

   5)激光打标是利用高能量的激光束照射在工件表面,光能瞬间变成热能,使工件表面迅速产生蒸发,从而刻出任意的文字和图案,以及永久防伪标志。

4.3 超声加工

  1、超声加工又称为超声波加工,是利用超声波作为动力,带动工具做超声震动。通过工具与工件之间加入磨料,悬浮液冲击工件表面而进行加工的一种成形加工方法。

  2、超声波是指声音超过人耳能接受频率上限的一种振动波,通常频率在16KHZ以上的振动声波就属于超声波。其特点是频率高、波长短、能量大,传播过程中有显著的反射、折射、共振、损耗等现象。

  3、超声加工系统装置的基本组成都包括超声加工器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统。

  4、超声加工的特点:

  1)适合于各种硬脆材料的加工,特别是不导电的非金属材料,如:玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。

  2)工具材料硬度很高,故易于制作形状复杂的型孔。

  3)加工时宏观切削力很小,不会引起变形、烧伤。

  4)加工机床结构简单,操作维修方便。

  5)生产率比电火花、电解加工等级低,但其加工精度和表面粗糙度较好,且材料加工广泛。常常用于加工后的抛光和光整加工。

4.4 电子束加工

  1、电子束加工是近年来应用比较广泛的新型加工方法,它在精细加工方面,尤其是在非电子学领域中得到了广泛的应用。

  2、电子是一个非常小的离子,质量较轻,但其能量非常高,可达到几百万电子伏,高速、高能量密度的电子束冲击到工件材料上时,在几分之一微妙的瞬间入射电子与原子相互碰撞作用,产生局部的高温,使其工件材料局部熔化、汽化、蒸发成为雾状粒子而被真空去除。

  3、电子束加工的特点:

  1)电子束加工能够细微聚焦,加工面积可以很小,能够加工细微深孔,窄缝,半导体集成材料等。

  2)加工材料的范围广、对脆性、韧性、导体、半导体材料都可以同时加工。

  3)速度快,效益高。

  4)电子束加工工件时不易产生宏观应力变形。

  5)可以通过磁场和电场力对电子束强度位置、聚焦等进行直接控制。

  6)设备的价格较高,成本高、同时考虑X射线的防护问题。

  4、电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同可分别用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理、光刻加工等。

  1)高速打孔 利用电子束打孔、孔的深径比可达10:1,最小直径可达Ψ0.003mm左右,而且速度极高。

  2)焊接 当高能量密度的电子束轰击焊接表面时,使焊接接头处的金属熔化,在电子束连续不断的轰击下,形成一个被熔融金属环绕着的毛细管状熔池。

  3)加工型孔和特殊表面 利用电子束在磁场中偏转的原理,使电子束在其内部工作偏转,控制电子束速度和磁场的强度,即可控制曲率半径,便可加工一定要求的曲形孔。

  4)刻蚀 在微电子器件生产中,为了制造多层固体组件,可利用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细的沟槽和孔。

  5)热处理 电子束热处理也是把电子束作为热源,适当控制电子束的能量密度,使金属表面加热而不断熔化,从而达到热处理的目的。

第五章 先进制造模式

5.1并行工程

 1、并行工程(CE)是指把传统的制造模式技术与计算机技术、系统工程和自动化技术想结合,采用多学科团队和并行过程的集成方法,将串行过程并行起来,在产品开发的早期阶段全面考虑产品的生命周期的各种因素,从而缩短产品的开发周期,提高产品质量,降低产品成本的过程。

 2、并行工程的特点是设计的出发点必须是产品的整个生命周期的全过程。

 3、并行工程设计是一个包括设计、制造、装配、市场营销、安装及维修等各方面专业人员在内的多功能设计小组,其设计手段是一套具有CAD/CAM仿真、检测功能的计算机系统,它既能实现信息集成,又能实现功能集成,可在计算机系统内建立一个统一的模型来实现以上功能。

 4、并行工程的目标为提高全过程中的产品质量,降低产品生命周期中的成本,缩短产品的研发周期。

 5、并行工程贯穿于管理、设计、制造、支撑等知识源的有机协调,其运行机构包含以下几个方面:

 1)要求人的作用,强调人的协同工作。

 2)人机一体化,并行地进行产品的设计过程,尤其是早期概念的设计。

 3)重视满足客户的要求。

 4)持续地改善产品生产的全过程。

 5)五个不,即:CE不是不费力就能完成的“魔术方法”,CE不能省去产品串行工程中的任一环节,CE不是使设计生产重叠或同时运行,CE不同于“保守设计”,CE不需要保守测试策略。

 6、CE实施的环境与条件:

 1)CE环境 统一的产品模型,保证产品信息的统一性,必须有统一的企业知识库,使小组工作人员能一一种“语言”协同工作。

 2)CE实施条件 包括上层管理部门的切实支持,建立多科学系统计算机技术的支撑,应用工具的支持。

 7、CE实施的策略与步骤:

 1)CE实施时采用“自上而下规划,自上而下策略实施”

 2)CE实施的步骤:

<1>对集成CE的信息系统进行自定而下的分析规划阶段。

<2>采集开发由现有的设计、生产和方法达到CE的技术要求和手段的心开发阶段。

<3>实施阶段包括采购和安装所需要的硬件和软件,以及为了适应新环境的需要,调整业务系统和培训人员等。

5.2敏捷制造技术

 1、敏捷制造就是指制造系统满足低成本和高质量的同时,对变幻莫测的市场需求的快速反应过程。

 2、敏捷制造的基本思想是通过把动态灵活的虚拟组织或动态联盟,先进的柔性生产技术和高素质的人员进行集成,从而使企业能够从容应对快速变幻的市场需求。

 3、敏捷制造的企业,其敏捷能力应表现在市场的反应能力,以及对变幻莫测市场做出快速的反应。

 1)市场层面 对市场需求的判断和预见能力。

 2)组织能力 通过“虚拟企业”形式,对组织进行动态重组和扩展。

 3)设计层面 在生产设计过程中综合考虑产品的生命全过程。

 4)生产层面 按照顾客不同种类的目标需求,任意批量生产产品。

 5)管理层面 提倡以人为本。

 6)人的方面 不断培育新知识,新技能,有创新精神的人。

 4、和其他先进制造相比,敏捷制造的特征有:

 1)全新的企业合作关系。

  2)准时的信息系统。

  3)“高质量”产品。

  4)高柔性的、模块化的、可伸缩性的制造模式。

  5)为订单而设计,为订单而制造的生产模式。

5.3 精益生产

  1、精益生产是美国麻省理工学院几位科学家对“日本丰田制造模式”的美称。

  2、精益生产的实质是产品的开发,生产过程通过项目组和生产小组把各个方面的人集中在一起,把生产、检测与维修等场地集中在一起,通过协作销售和用户集成。

  3、精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求关系等方面的变革,快速地响应市场,以达到产品生命周期的各个方面的最佳效果。

  4、精益生产的特征:

  1)强调人的作用。

  2)以简化为手段

 <1>简化组织结构和产品开发过程。

 <2>简化与协作厂的关系。

 <3>简化过程,减少非生产费用。

 <4>采用一体化,保证质量。

  5、精益生产的理想境界:零缺陷、零准备、零库存、零搬运、零故障停机、零提前量,批量唯一。



5.4 智能制造

  1、智能制造技术包括人类对制造过程的行为认识,以及对解决制造问题各种方法的认识,是指在制造工业的各个环节,以一种高度集中柔性,以高度集成的方式,通过计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、判断、处理、构思和决策,旨在取代或延伸制造环境中的部分脑力活动,并对人类专家制造系统进行收集、完善、共享、继承与发展。

  2、智能制造系统是指一种智能机器和人类专家共同组成的,人机一体化系统,这种系统在确定性受到了限制,或没有经验知识,在不能预测的环境前提下,根据不完全的、不精确的信息来完成模拟人的制造任务。

  3、和传统制造相比,智能制造具有以下特征:

  1)自律性。

  2)人机一体化。

  3)自组织与超柔性。

  4)学习能力与维护能力。

  4、智能制造单元包括:

  1)智能设计。

  2)生产过程的智能规划。

  3)生产过程的智能规划调度。

  4)生产过程的智能制造。

  5)智能检测,诊断和补偿。

  6)只能控制。

  7)生产与经营的智能决策。

第六章 现代新技术

6.1生物技术

  1、生物技术是指“用活的生物体(或生物体的物质)”来改进产品,改良植物和动物,或为特殊用途而培养微生物技术。

  2、基因工程又称为为转基因技术,重组DNA。

   3、细胞工程包括植物细胞工程和动物细胞工程。

   1)植物细胞工程包括杂交、繁殖和培育新品种。

   2)动物细胞工程包括细胞培养、细胞融合、胚胎移植、核移植等。

   4、发酵工程是指利用微生物的某些特定功能,为人类制造培育新产品。

   5、蛋白质工程是指对蛋白质进行加工改造。

   6、生物技术在工业方面的应用:

   1)食品方面 提高产品的开发和质量。

   2)材料方面 变废为宝,大规模生产一些稀缺生物材料。

   3)能源方面 提高了石油的开采效率,为新能源的利用开辟了新道路。

   7、生物技术在农业方面的应用:

   1)农作物和花蕊的生长。

   2)畜禽生产。

   3)生产疫苗。

   8、生物技术在医药方面的应用:

   1)疾病防御。

   2)疾病诊断。

   3)疾病治疗。

   9、生物技术在环保方面的应用:

   1)污染监测。

   2)生物传感器。

   3)污染治理。

6.2 新能源技术

   1、能源是指人类获取能量的自然资源。

   2、能源按照转换和传递分类:

   1)天然存在的,可直接利用的一切资源,例如:煤油、水能、风能、天然气、生物能、沼气等。

   2)在一次的基础上而形成的二次能源。例如:汽油、风能、焦炭、电能等。

   3、按照能源的性质分类:

   1)再生资源:太阳能、生物能、水能等。

   2)非再生资源:煤炭、石油、天然气、核能等。

   4、按照能源的形成和来源分类:

   1)第一类分类:来自地球以外的其他天体的能量:太阳能、风能、水能、波浪能等。

   2)第二类能源:来自地球本身蕴藏着的能量:核能、地热能等。

   3)第三类能量:地球与其他天体相互作用的能量:潮汐能等。

6.3绿色照明技术

   1、绿色照明是通过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电气产品,从而改变人们的工作、学习、生活、商业的条件和质量,创造一个高效、舒适、经济、有益的环境,并充分体现绿色照明的理念。

   2、绿色照明的宗旨是通过科学合理的设计方法,积极采用高效照明光源、灯具和电气附件,以达到节约能源、保护环境、保护身心健康的照明环境。

   3、绿色照明的目标是提高高效照明产品质量,增强其生产能力,提高公众节能环保意识。

   绿色照明的发展趋势:“节能”、“环保”依然是照明的二大主题,体现以人为本,注重舒适、健康的环境为未来照明设计指导思想,向个性化、灵活性、智能性、舒适性、健康化、安全化、艺术化、艺术化、经济化、合理化全方面发展,我国“绿色照明促进项目”已经正式启动。

6.4 新材料技术

  1、新材料技术是按照人的意志,通过物理研究,材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料技术。

  2、新材料按材料分类 有金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和先进复合材料。

  3、新材料按其性能分 有结构材料和功能材料。

  4新材料的应用:

  1)超塑金属材料可以加工成任意形状。

  2)记忆合金材料适用于航天领域。

  3)石墨金刚材料在催化剂的作用下,可变成金刚石。

  4)新型陶瓷材料在内燃机中广泛应用。

  5)瞬时耐高温材料大量应用于卫星“避火衣”。

  6)超导材料大量用在发动机、变压器和磁悬浮列车等领域。

  7)环境材料。

6.5海洋技术

  1、未来海洋农业发展的方向:

  1)海洋水产生产农牧化,通过人为干涉,改造海洋环境,以创造经济生物生长发育所需要的良好环境条件。

  2)蓝色革命计划 着眼于大洋深处海水的作用。

  3)海洋农业 直接用海水灌溉农作物,开发沿岸带的盐碱地、沙漠等。

  2、海水资源开发: 海水本身是一种资源,它不仅可以通过脱水变成淡水,还可以直接用于工业、冷却、印染、清洁、消防等。

  3、海洋能源的开发 海洋能包括温度差能、波浪能、潮汐能、潮流能、海洋能、盐度差能、海洋生物能和海洋地热能8种。

   随着科学技术的飞速发展和科学技术的日新月异,产品更新换代的速度也越来越快,复杂零件的个数也越来越多,产品加工的精度要求越来越高,多品种、小批量生产的数量比重明显增加,激烈的市场竞争使产品研发制造周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难以满足这种多样化、柔性化与复杂形状零件高速质量加工的要求。当今世界各国制造业已广泛采用数控技术的先进制造模式。以提高制造能力和水平,提高对变幻莫测市场部适应能几个竞争能力。

   本文主要针对制造业的发展与概述、数控技术、装配图的绘制与识读、常用的特种加工、先进制造模式以及现代新技术六个方面全面系统地概述本专业的实用性,其具有以下特点:

    <1>注重系统性和完整性。

    <2>注重实用性,覆盖面广,知识性强。

    <3>概述全面、具体、与时俱进。

    <4>注重拓展性,充分立足科学脚步的大旗。

     本文源于生产,其是对大学三年所有知识精华的概括,旨在知识的网络化与储备,以便走出校门更好地应用专业知识,达到学院“智能合一,敢为人先”的育才理念。

                      目录

第一章 绪论

1.1制造业的概述

1.2先进制造业的发展趋势

1.3实现制造自动化的意义

1.4国内外制造自动化的水平与现状

第二章 制造自动化技术

2.1数控技术

2.2计算机辅助设计与制造

2.3自动机械的设计制造流程

2.4工业机器人与柔性制造技术

第三章 装配图的绘制与识读

3.1装配图的作用与内容

3.2装配图的画法与绘制

3.3装配图上其他内容的标注

3.4读装配图

第四章 常用的特种加工方法

4.1电火花加工

4.2激光加工

4.3超声加工

4.4电子束加工

第五章 先进制造模式

5.1并行工程

5.2敏捷制造技术

5.3精益生产

5.4智能制造

第六章 现代新技术

6.1生物技术

6.2新能源技术

6.3绿色照明技术

6.4新材料技术

6.5海洋技术

参考文献

第一章 绪论

1.1制造业的概述

   制造,顾名思义是一种将物料、能源、资金、人力、信息等有关资源,按照社会的需求,转变为新的,有更高应用价值的有形物质产品和无形软件、服务等产品资源的行为和过程。

   制造过程是指产品从设计、生产、使用、维修、报废、回收等过程。也称为产品的生命周期。

   制造业是将制造资源(物料、能源、设备、工具、资金、信息、人力等)利用制造技术,通过制造技术过程,转化为供人们使用或生活消费品的行为,也可以说是与制造活动有关的实体或企业机构的总称。

   统计表明,在工业化国家中约70%的社会财富是由制造业创造的,约45%的国民经济来自于制造业。如美国68%的社会财富来自于制造业。

1.2制造业的发展趋势

    科技的进步和制造业的发展相互促进,是推动社会发展的主动力。相对其他产业而言,中国的制造业发展快,国际竞争能力坚强的产业门内,也是加入世贸组织后受益较大的部门。中国的制造业是以快速发展,产业明显提高的基本经验有二:一是较早和较大程度地对外开放,二是较大程度地、较深层次、较大范围的市场化改革。

    随着计算机、微电子、信息和自动化技术的迅速发展,给制造业在产品设计、工艺与装备、生产管理和企业经营带来了重大变革,先后诞生了一系列新制造技术和新制造模式。例如:数控(NC)、加工中心(MC)、计算机数控(CNC)、计算机辅助制造(CAM)、工业机器人(IR)、计算机辅助工艺(CAPP)、计算机辅助调度(CAPS)、计算机辅助检查(CAI)、计算机辅助工程(CAE)、计算机辅助装配规划(CAAP)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造线(FML)、柔性制造系统(FMS)、准时生产(JIT)、管理信息系统(MIS)、并行工程(CE)、成组技术(GT)、质量功能配图(QED)、精良成形生产(LP)、快速原形(RP)、快速制造(RM)、敏捷制造(AM)、虚拟制造(VM)、计算机集成制造(CIM)、计算机集成制造系统(CIMS)。

    在心材料方面,随着高强轻质合金、工程塑料、复合材料、陶瓷材料、新型合金等材料的应用,使产品材料有了显著变化,又促进了新加工工艺和成形方法的发展,出现了多种精密加工、特种加工、材料改性等新工艺,提高了加工质量和效率。加工装备走向一机多能化、粗精加工一体化、加工检测集成、人机一体化,出现了智能化加工单元。

   总之现代制造技术以先进制造技术为核心,以资源和资源转化为对象以现代制造科学与技术为基础,以制造技术为载体,以信息化、网络化、生态化和全球化为环境和背景,追求经济的卓越发展。

1.3实现制造自动化的意义

    顾名思义“制造自动化”首先与“制造”、“自动化”有关。今天,制造自动化主要包括以下几个方面:

    1、在形式方面,制造自动化包括三个方面的含义:

    (1)代替人的体力劳动;

    (2)代替或辅助人的脑力劳动;

    (3)制造系统中,机器及整个系统的协调、管理、控制和优化。

    2、在功能方面,制造自动化代替了人的体力劳动和脑力劳动仅仅是制造自动化功能的一部分。

    3、在范围方面,制造自动化不仅涉及具体生产过程,而且涉及生产生命周期的所有过程。        通过一系列的科学实践证明,机器自动化生产具有以下特点:

  (1)大幅度提高劳动生产率。

  (2)产品质量具有高度重复性、一致性。

  (3)产品精度高。

  (4)大幅降低制造成本。

  (5)缩短制造周期,减少制品数量。

  (6)依靠人机互调。

   制造自动化首先是在发达国家发展起来的,由于发达国家的工人成本太高,不适合采用人工生产,促使他们开发制造自动化技术,采用自动化生产使工人从繁重、复杂的的体力劳动中解放出来,转而投入更富有创造性的工作,提高了人们的生活质量。发达国家现代工业发展的实践证明,过去经济学家及大众所担心的机器人及自动化的大量采用会造成工人失业的观念是错误的。随着生产规模的扩大,社会物质财富的增加,劳动力反而越显不足,在信息时代,自动化已成为现代化的同义词。

发达国家实现制造自动化的原因并不单纯是人的制造成本较高,更深层次的意义是制造自动化对于提高产品质量,降低制造成本,提高企业的核心竞争力起到了极其重要的作用,自动化装备的水平和制造能力代表了一个国家工业技术能力的最高水平,是一个国家制造业发达程度和国家综合国力的集中体现。

我国制造业的自动化装备主要依靠从国外引进,从20世纪80年代开始,我国从国外引进了大量自动化装备,设计模具专用设备及生产线。但因为种种原因,我国还没有向日本、韩国那样从引进,消化吸收中逐步发展成自主创新的能力。目前,自动化装备行业自主设计开发能力任然较差。由于装备制造业水平有限,直到现在,国内的自动化装备任然靠引进,不仅花费了国家大量外汇,也极大限制了企业跨越式发展。

我国是制造业大国,但不是制造业强国。目前国内企业总体制造工艺装备任然落后,成套能力不强,大多数企业目前任然采用较落后的制造工艺与装备进行生产。据统计,优质高效低耗工艺普及率不足10%,数控机床精密设备不足5%,配有国产系统中档数控机床不超过25%,高档数控机床的90%依靠进口、我国在大型成套装备技术方面严重落后。

目前我国的能源综合利用率仅为32%左右,比国外的先进水平低10%,我国每年GDP的能耗水平是发达国家的3-11倍,主要产品单位能耗比发达国家高30-90%,工业的排放污染物超过发达国家的10倍以上,单位GDP的环境成本高居世界前列。

第二章 只要自动化技术

2.1数控技术

从第一台数控机床诞生起,数控技术便在工业方面引发了一场不小的工业革命,数控技术是微电子技术与传统机械技术的结合产物,它可以根据机械加工的要求,使用计算机技术对整个加工过程进行信息处理与控制,实现生产过程的自动化。

数字控制是利用数字化信号对起床的运动极其加工过程进行控制的一种技术方法,简称数控(NC)。

数控机床是一种装有程序控制的系统机床,该系统能进行逻辑和数学处理运算,能处理具有特定代码或者其他符号编码指令规定的程序。

数字系统能自动阅读输入介质上记载的程序,并将其译码,控制机床运动,实现零件加工过程中的程序控制系统。

开放式数控系统基于PC技术和Windows操作平台,大量的硬件技术厂商,应用软件开发公司都可以提供技术支持,能及时享用计算机发展的新成果,其主要包括以下关键技术:

(1)控制器技术 要求生产厂商能根据产品的转矩,功率等电气参数,自由选择电动机和放大器等I/O控制设备,并根据需要重新选配CPU和存储设备,而不需要对数控系统的其他部分进行调整。PC在ONC中的应用是实现的重要途径。

(2)接口技术 接口技术包括人机互接和网络通信等。人机互接口要求实现ONC与操作人员多途径互换的原则。

(3)测量技术 ONC要求具用智能化、无人化,集成化,高灵敏度的测量系统。

(4)软件技术 由于PC在ONC的大量应用,高级编程为数控编程,控制程序的编写,提供了极大的方便性和灵活性。

智能数控是计算机发展到一定阶段的产物,也是计算机在数控机床中广泛应用的结果,具体包括以下几个方面:

(1)专家系统 目前,专家系统在数控系统中主要应用于机床的故障诊断,切削过程,自动编程技术。

(2)人工神经网络技术 是人工智能领域的一个重要分支,具有安全性,运行速度快,人工环境好,抗干扰能力强的优点。

(3)计算机视觉技术,源于计算机图像处理和模式识别技术,目的是让计算机系统能像人类视觉系统一样处理识别自己周围的环境。

数控编程的过程主要包括零件图样分析、工艺处理、程序编制、控制介质和程序校核试切等过程。数控编程的方法主要有以下四种方式:

(1)手工编程 指编程零件数控加工的各个步骤,即零件图样分析、工艺分析、数学处理、程序编制和输入介质准备直至程序校验等过程,均由人工完成。

(2)自动编程 使用计算机编制数控加工程序,能自动地输出零件加工程序及自动制作控制介质的过程。

(3)面向车间的编程(WOP)是介于手工编程和自动编程的一种方法。

2.2计算机辅助设计与制造

计算机辅助设计是指工程技术人员以计算机为辅助工具,通过计算机和CAD软件对设计对设计产品进行分析、计算、仿真、优化与绘图。

计算机辅助工艺规划 是指计算机对制造加工工艺过程进行设计或规划,以期对工艺过程实现自动控制。

计算机辅助制造是指应用计算机对制造加工的统称。

CAD/CAM集成技术(简称XAD/CAM)是指把计算机辅助制造和计算机辅助设计集成在一起的技术。其主要包括硬件系统和软件系统,而CAD/CAM系统具有以下功能模块:

(1)CNC系统中及各种自动化加工设备,包括数控加工中心等各种数控机床,三维坐标数控测量机,PLC,检测设备。

(2)物料存储及运送系统,包括自动化仓库。

(3)全面质量保证系统。

(4)车间生产计划控制系统。

(5)计算机辅助工程制图系统,其功能包括辅助制图、图样扫描及光栅、矢量混合编辑、图样管理等。

CAD/CAM发展的趋势成集成化、智能化、网络化、标准化、最优化。

2.3自动机械的设计流程

自动化生产线设计制造流程的步骤:

(1)总体方案设计 对产品的结构,使用结构及性质、装配工艺要求工作姿态方向、工艺方法、工艺流程、要求生产节拍、生产线布置场地要求等进行深入研究。确定工艺的先后次序、工艺方法、各专机占用尺寸、输出方式及主要尺寸、工件在输送线上的分隔与挡停、工件的换向与定位。

(2)总体设计方案评审 组织专家对总体方案设计进行评审,发现总体方案设计中可能的缺陷或错误,避免造成更大的损失。

(3)详细设计 设计图纸包括装配图、部件图、零件图、气动回路图、气动系统动作步骤图,标准件清单、外购件清单、机械加工清单。

(4)图纸评审 由专家对图纸审评,对于发现错误或缺陷及时纠正处理。

(5)专用设备及元器件订购、机加工件制造 在机械制造行业大量的专用设备、元器件、结构部件都已经由相关的企业部门制造生产,设计阶段完成后马上就要进行各种专用设备、元器件的订购及机加工件的加工制造,二者同时进行。

(6)装配试调  在装配试调过程中,既要解决各种各种有关机械结构装配位置方面的问题,包括各种位置调整,又要进行各种传感器的调整与控制程序的试验、修改、完善。

(7)试运行并对局部存在的问题进行修改、完善。尽量在设计阶段就利用好相关的设计软件对所有的设计方案或者程序进行模拟,及早发现问题,而不要全部依赖在装备调试时才发现问题,进行事后修改。

(8)编写技术资料 需要编写的技术资料包括设备使用的说明书、图纸、培训资料等。

(9)试生产、技术培训 设备移交后还需要对使用方的人员进行必要的技术培训,使其不仅能够熟练地使用设备,还能够对一般的故障进行检查和排除。

(10)双方按合同组织验收 验收是整个项目的最后环节。

自动化专机设计制造流程的步骤:

(1)产品的结构,对产品的功能、结构、装配工艺要求,要求的生产节拍进行研究,对相关的工艺方法进行深入研究,最终确定一种合适的加工工艺方法。

(2)总体方案设计 确定工件的输送、上料、卸料方法与机构,确定工件的定位夹具及可能的加紧机构;驱动原件,传动系统;节拍时间,传感器与控制方法等。

(3)总体方案评审

(4)详细设计 包括机械结构设计与电气控制系统设计。机械结构设计包括总装配图、零件图、外购件清单、标准件清单、机加工清单、气动原理图、气缸动作步骤图等。

(5)设计图纸评审

(6)外购件订购,机加工件加工。

(7)装配、调试。

(8)机器试运行,对可能存在的问题进行修改或完善。

(9)机器及技术资料验收移交。

2.4工业机器人及柔性制造技术

工业机器人诞生于20世纪80年代的美国,经过50多年的发展,已被不断应用到众多领域,和计算机技术一样,机器人技术正日益改善着人们的生产方式和生活方式,大多数机器人操作机的功能类似人臂:

(1)机器人的自由度:即机器人的灵活程度。

(2)机器人操作机的结构及其特点:

1)直角坐标系型操作机 特点是手部在空间三个互相垂直的X、Y、Z方向上垂直移动,运动是独立的,其控制简单,运动直观,容易达到高精度,但操作灵活性差,运动速度较低,操作范围较小而占据的空间相对大。

2)圆柱坐标型操作机 特点是在水平转台上有立柱,水平臂可沿立柱上下移动并在水平方向伸缩,其工作范围较大,运动速度较高。

3)球坐标操作型 特点是工作臂不仅可以可绕工件轴旋转,还可以绕水平轴作俯仰运动,且能沿手臂轴线作伸缩运动,其操作比圆柱型操作机更方便灵活。

4)关节型操作机 特点是由多个关节连接的机座、大臂、小臂和手腕等构成,大小臂即可作垂直于机座的平面运动,可也绕垂直轴运动。

(3)机器人控制系统的基本功能:

1)记忆功能 存储作业顺序,运动路径,运动方式,运动速度和与生产工艺息息相关的信息。

2)示教功能 行为离线编程、在线示教、间接示教。

3)外围设备联系功能 输入和输出接口,通信接口、网络接口、同步接口等。

4)坐标设置功能 具有关节、绝对、工具、用户自定义四种坐标系。

5)人机接口 是人与机器之间进行信息交换的通道,主要有示教盒,操作面板、显示屏等。

6)传感器接口 实现位置、视觉、触觉、力觉检测等。

7)位置伺服功能 是机器人将电信号转换为机械运动的设备,包括机器人的多轴联动、运动等功能。

8)故障诊断安全保护功能 具有系统运动状态、监视、故障状态下的安全保护和故障自诊断功能等。

(4)机器人的三种编程方式:   1)物理设置编程系统  2)在线编程  3)离线编程

(5)机器人用传感器的分类:    1)内部传感器:装在传感器上,包括移动、速度、加速度等传感器。   2)外部传感器:如视觉、触觉、力觉、距离等传感器,是为了检测作业对对象及环境与机器人的联系。

(6)工业机器人的应用案例:   1)机器人焊接线   2)机器人装配   3)弧焊机器人

(7)柔性制造是指用可编程、多功能的数字控制设备更换刚性自动化设备,用易编程、易修改、易扩展、易更换的软件控制代替刚性链接,使刚性生产线实现柔性化,以快速响应复杂多变的市场需求,多快好省地完成多品种、中小批量生产任务。

(8)柔性制造单元是由一台或者几台设备组成,在毛坯和工具储量保证的情况下,具有部分自动传送和监控管理功能,并具有一定的生产调度能力的自动加工单元。

(9)柔性制造单元(FMS)由控制与管理,加工,物流等3个子系统构成。

(10)FMS的加工系统构成:

1)加工棱柱体类工件 由立卧式加工中心,数控组合机床和托盘交换器组成。

2)加工回转体内零件 由数控车床,切削中心,数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。

(11)FMS加工系统的配置:  1)原则配置  2)方式配置:有并联、串联、混合三种。

(12)FMS工件流支持系统:

1)夹具系统 多采用组合夹具、可调整夹具、数控夹具或托盘等。

2)工件输送系统 一般有直线输送、机器人输送、环形输送等方式。

3)自动化仓库 主要有平面立体化仓库和立体自动化化仓库。

4)工件装卸工作站 毛坯入库工作站和成品出库工作站两种。

(13)FMS发展趋势:

1)小型化 FMS开始向小型、经济、易操作和易维修方向发展。

2)模块化和集成化。

3)性能不断提高 采用各种新技术,提高加工精度和加工效率。

4)应用范围逐步扩大 加工批量上,FMS向适合单元和小批量方向发展,另一方面从传统的金属切削加工、装配等整个机械范围发展。

第三章 装配图的绘制与识读

3.1 装配图的作用与内容

1、装配图是表达机器或部件的图样,其作用是五表达、五指导。

(1)五个表达:

1)表达机器或者部件的工作原理

2)表达零件之间的装配关系

3)表达各零件的工作位置

4)表达主要零件的主要构成特征

5)表达机器或部件的技术要求

2、五个指导:

1)指导装配、制定工艺流程

2)指导安装与调试

3)指导操作

4)指导维护、保养

5)指导零件设计

总之,装配图是表达设计思想,指导生产和交流技术的重要文件。

3、一张完整装配图应该包含的几个内容:

1)一组图样,用各种表达方法、完整、准确、清晰和简便地表达出机器或部件的工作原理,零件之间的装配链接关系和主要的零件结构形式。

2)必要的尺寸。     3)技术要求。    4)零件顺序和明细栏。   5)标题栏。

3.2装配图的画法与绘制

1、表达方案确定的原则:

绘制机器或部件装配图时,要有利于生产,便于读图出发,恰当地选择图样,生产上对装配图表达方案的要求是“完整、准确、清晰”的前提下,土样数量尽可能地少。

1)主视图的选择 画装配图时,一般将装配图的工作位置作为主视图的位置,以最能反映装配体的装配关系、传动路线、工作原理及结构形状的主要装配线方向作为画主视图的方向。

2)其他视图的确定 主视图确定后,应由其他视图补充表达主视图没有表达清楚又必须表达的内容。所选视图要求重点突出,相互配合,避免重复。

2、图形画法的有关规定:

1)关于接触面和非接触面的画法 相邻两零件的接触面和基本尺寸相同的相互配合的工作面只画一条线,而不画接触面,间隙再小也必须画两条线。

2)关于剖面的画法 在剖视图和断面图中,相邻两零件剖面线的倾斜方向应相反,或方向相同间隙不同,如两个零件相邻时,可改变第三零件剖面线的间隙或使剖面线错开,同一零件上,在一张装配图中的剖面线方向和间隙都必须相同。

3)关于实心杆件,标准件的画法 在装配图中,当剖切平面通过实心杆件及标准件的基本基本轴线时,这些零件按不剖绘制,如果确实要表达标准件或实心杆件的局部结构时,可采用局部剖。

3、装配图的特殊画法 拆卸画法和沿结合面剖切的画法,在装配体中,当某个或其几个零件遮住了需要表达的其他零件,而它在别的视图中基本表达清楚时,可假想将其拆去,或沿结合面剖切,只画出所要表达运动范围或多个工作位置时,可以画出运动件的一个正常位置。而用细双点画线画出它的其他位置。

1)在装配图中,当需要表示与装配体有装配或安装关系但又不属于装配体的其他零件时,可用细双点划线画出该相邻零件的局部外形轮廓。

2)展开画法 为了表示齿轮传动顺序和装配关系,可按空间轴系传动顺序沿其各轴线剖开次序展开在同一平面上,并在上方标注“X–X展开。”

3)夸大画法 在装配图中,对于薄片零件、细丝弹簧、较小斜度和锥度微小间隙等,如不能清晰表达或不易画出时,可将其适当夸大画出,以保证表达清晰。

4)简化画法 在装配图中,小圆角、倒角、退刀槽等不允许画出,螺栓、螺母的倒角和因倒角产生的曲线允许省略。若干相同的连接件(如螺栓螺母连接等)允许仅详细画出一组,其余以点画线表示中心位置。滚动轴承、油封(密封圈)等,只允许对称图形的一半,另一半仅画出外形轮廓。

5)单独表示某个零件,在装配图中,当某个零件未表达清晰时,对理解装配关系有影响时,可单独画出该零件的某一视图,如泵盖。

4、绘图方法及步骤:

1)决定画图比例和图纸幅画面。

2)布局、画各视图的主要装配线或基线。

3)逐层画出各零件的视图。

5、绘图注意事项:

1)熟悉所画装配体的情况 准备阶段要熟悉:

<1>装配线的情况  <2>运动传递情况  <3>各个零件的相对位置如何确定  <4>哪些地方有配合关系、有间隙。

2)满足装配关系的合理要求:

<1>接触面的要求,两个相互接触的零件,同一方向上只能有一对接触面,在孔口倒角或轴根切槽。

<2>密封的要求。

<3>联接的要求,为了保证旋紧,内螺纹长度应留出一定余量。

3)定位的要求 装在轴上的滚动轴承及齿轮等一般都要有轴向定位结构,以保证轴向不产生移动。

4)拆卸画法的要求 滚动轴承在用轴肩或孔肩定位时,应考虑维修时拆卸的方便与可能。用螺纹固件紧固零件时,应考虑拆装的操作空间。

3.3装配图上其他内容的标注

1、尺寸标注 装配图中不必注全所属零件的全部尺寸,它只要求注出与装配体的装配、检验、安装、调试有关的尺寸。一般包括一下几种尺寸:

1)装配尺寸 <1>配合尺寸表示零件间隙配合性质的尺寸。

<2>相对位置尺寸,零件在装配时,需要保证较重要的相对位置尺寸,其实也是装配、调试时所需的尺寸。

<3>安装尺寸,它是装部件安装到其他部件或机座上所需要的尺寸。

<4>外形尺寸,表示部件的总长、总宽和总高的尺寸。

<5>其他重要尺寸,即设计过程中经过计算确定或选定的尺寸,但又不包括上述几类重要的尺寸。

2、技术要求的标注 用文字或符号在装配图中说明对机器或部件的性能、装配、检验、使用等方面的要求和条件。即包括:1)装配要求 一般指装配体在装配过程中需注意的事项及装配体必须达到要求,如精度、密封性、装配间隙、润滑要求。

3、检验要求 对装配体基本性能的检验,试验及操作要求。

4、使用要求 对装配体的规格、参数及使用、维护、保养的注意事项及要求。

3.4读装配图

在机器或部件的拆卸、安装、调试、操作、维护保养和零件设计的工作中,都要读装配图。

1、服装配图的目的及要求:

1)了解概况,即了解装配体的名称,用途,规格,性能和工作原理。

2)分析结构及使用方法,即分析装配体中各个零件的相对位置、联接方式、装配关系、调整方法、拆装顺序、运动零件的范围与工作原理等。

3)分析主要零件的主要构成特征。

2、读图的方法、步骤:

1)看标题栏和明细栏,了解表达方法,了解装配情况。

2)深入分析,区别各个零件,先区分各个标准件和常用的一般零件。

3)分析主要零件的主要结构特征。

4)分析主要零件的种类和作用,除找出长、宽、高三个方面的基准尺寸外,还要分清规格性能尺寸、装配尺寸、安装尺寸、外形尺寸、和其它尺寸。

5)分析技术要求 装配体在装配、安装、检验和使用方面的技术要求,都会以各种符号,包括文字在图中注出,读图时,对这部分内容不可忽略。

3、归纳总结 即对装配图有一个全面、具体、深入的认识,最终达到读图的目的:

4、由装配图拆画零件图的方法、步骤和注意事项:

1)精心设计零件的结构形状。

2)重新确定零件的表达方案。

3)正确标注零件尺寸。

4)慎重提出零件的技术要求。

5、应用案例: 形状设计、确定表达方案、标注尺寸、标注各种技术要求。

第四章 常用的特种加工方法

4.1电火花加工

1、电火花加工也称为放电加工、电蚀加工或电脉冲加工,是一种靠工具电极和工件之间的脉冲信号放电来蚀除多余的金属,利用电能和热能进行加工的工艺方法。由于加工过程中能够看得见火花,因此称为电火花加工。

2、电火花线切割加工是在电火花加工的基础上发现起来的一种新型工艺,采用细金属丝(钼丝和铜丝)作为工具电极,电火花线切割机床根据数控编程指令进行切割,加工出满意的技术要求工件。

3、电火花加工放电蚀除的过程包括电场力、磁场力、热力、流体动力和电化学力等综合作用。这一过程大概分为四个过程:

1)由于电极的微观表面是凹凸不平的,所以当脉冲电压施加到两极时,在两极之间靠近绝缘介质(煤油)被击穿,变成了放电通道。

2)随着电流通道内电流密度不断增加,电子和离子在电场力的作用下高速运动相互碰撞,使放电部位金属局部熔化甚至气化。

3)在放电爆炸力的作用下,将融化的金属抛出,在放电加工的电极表面可以看到明显的碳附现象。

4)放电结束后,电极间的介质迅速恢复到原始状态,为下次放电做好准备。

4、电火花加工的工作条件:

1)脉冲放电时要有足够大密度的能量,以便工件材料部分融化或汽化。

2)放电应该是脉冲式的(脉冲宽度为0.2~1000Us),可以使脉冲放电产生的绝大部分热量来不及从微小的放电区域扩散出去。

3)放电过程中的电蚀产物及热量及其微小的放电间隙(大约为0.01~0.05mm)中排出,以利用液体介质恢复绝缘,维持脉冲放电正常,连续地前进,达到加工的目的。

4)随着脉冲放电的持续进行,工件及其电极材料不断被蚀除两电极之间的离子,使其逐步扩大。

5、点过挂机冲的优缺点及用途:

1)由于电火花加工是靠脉冲放电的电热作用蚀除材料的,与工件的力学性能关系不大,因而其适应于难以切削材料的加工,例如:立方氮化硼(CBN)零件的加工。

2)由于放电蚀除材料会产生大的切削力,因此常用于特殊的、形状复杂的零件加工。例如导电陶瓷的加工。

3)当脉冲宽度较小(不大于8Us)时,由于单个脉冲能量不大,放电又是浸没在工作液中进行的,因此对整个加工而言,在加工过程中不受热的影响,有利于热敏材料的加工。

4)由于加工脉冲的参数可以任意调整,所以在同一机床上就可以完成粗、半精加工、精加工的工艺,而且易实现自动化的过程。

5)采用电火花加工成型加工还有利于改进和简化产品的结构设计与制造工艺,提高其使用性能。

6、电火花加工的局限性:

1)它仅适用于金属和导电材料的加工。

2)在一般情况下,电火花加工的速度较低于切削速度。

3)由于电火花加工的工具电极损耗大多集中在尖角及低边棱角处,这直接影响了电火花成形加工的成形精度。

4)最小圆角半径有限制,难以实现直角的加工。

7、电火花加工目前广泛应用于各种精密模具的制造、航天、电子、电器、精密细微零件的加工,以及汽车、仪器、仪表、轻工众多航天。

4.2 激光加工

1、激光加工就是利用光的能量经过透镜聚焦,达到很高的能量密度,产生的光热效应来加工各种材料。激光加工已经用于打孔,切割,电子器件的微调,焊接,热处理以及激光存储等各个领域。

2、激光加工原理,激光是一种强度高,方向性好,单色性好的相干光,焦点处的温度可以达到100000000~1000000000000W/㎝,温度可达10000℃以上。在这样的高温下,任何材料都瞬间急剧融化或汽化,并爆炸性地高速喷射出来,同时产生方向性很强的冲击。激光加工是在光热效应下产生高温熔熔和受冲击波抛出的综合过程。

3、激光加工设备由激光器、导光聚焦系统和加工机三部分组成。

1)激光器是由激光加工的重要设备,它的任务是把电能转化为光能,产生所需要的激光束。

2)导光聚焦系统,根据被加工工件的性能要求,光束经放大、整形、聚焦后作用于加工部位,这种从输出窗口到被加工工件之间的装置称为导光聚焦系统。

3)激光加工系统主要包括床身、能够在三维坐标范围内移动的工作台及其机电控制系统。

4、激光加工的特点:

1)几乎对所有的金属和非金属材料都可以进行激光加工。

2)激光能聚焦成极小的光斑,可进行微细和精密加工。

3)可用反射器将激光束送往远离激光器的隔离室或者其他地点进行加工。

4)加工时无需刀具,属于非接触加工,无机械加工变形。

5)无需加工工具和特殊环境,便于控制自动连续加工,加工效益高,

6)加工方法多,适应性强,在同一台设备上可以完成切割、焊接、表面处理、打孔等多种加工工艺。

7)节约能源与材料,无公害无污染。

5、激光加工的应用,常用于打孔、切割、雕刻、及表面处理。

1)激光打孔是激光加工中应用最早最广泛的一种加工方法。

2)激光切割是将激光能量聚焦到很少的范围内,把工件烧穿,但切割时需转移工件或激光束,在实际加工中,采用工作台数控技术,可实现数控切割。

3)激光焊接时不需要太高的能量,而只是将工作区烧结,黏在一起就行了。

4)激光的表面热处理,利用激光对金属工件表面进行扫描,从而进一步对工件进行表面淬火,粉末粘合等。

5)激光打标是利用高能量的激光束照射在工件表面,光能瞬间变成热能,使工件表面迅速产生蒸发,从而刻出任意的文字和图案,以及永久防伪标志。

4.3 超声加工

1、超声加工又称为超声波加工,是利用超声波作为动力,带动工具做超声震动。通过工具与工件之间加入磨料,悬浮液冲击工件表面而进行加工的一种成形加工方法。

2、超声波是指声音超过人耳能接受频率上限的一种振动波,通常频率在16KHZ以上的振动声波就属于超声波。其特点是频率高、波长短、能量大,传播过程中有显著的反射、折射、共振、损耗等现象。

3、超声加工系统装置的基本组成都包括超声加工器、超声振动系统、机床本体和磨料工作液循环系统。

4、超声加工的特点:

1)适合于各种硬脆材料的加工,特别是不导电的非金属材料,如:玻璃、陶瓷、石英、硅、玛瑙、宝石、金刚石等。

2)工具材料硬度很高,故易于制作形状复杂的型孔。

3)加工时宏观切削力很小,不会引起变形、烧伤。

4)加工机床结构简单,操作维修方便。

5)生产率比电火花、电解加工等级低,但其加工精度和表面粗糙度较好,且材料加工广泛。常常用于加工后的抛光和光整加工。

4.4 电子束加工

1、电子束加工是近年来应用比较广泛的新型加工方法,它在精细加工方面,尤其是在非电子学领域中得到了广泛的应用。

2、电子是一个非常小的离子,质量较轻,但其能量非常高,可达到几百万电子伏,高速、高能量密度的电子束冲击到工件材料上时,在几分之一微妙的瞬间入射电子与原子相互碰撞作用,产生局部的高温,使其工件材料局部熔化、汽化、蒸发成为雾状粒子而被真空去除。

3、电子束加工的特点:

1)电子束加工能够细微聚焦,加工面积可以很小,能够加工细微深孔,窄缝,半导体集成材料等。

2)加工材料的范围广、对脆性、韧性、导体、半导体材料都可以同时加工。

3)速度快,效益高。

4)电子束加工工件时不易产生宏观应力变形。

5)可以通过磁场和电场力对电子束强度位置、聚焦等进行直接控制。

6)设备的价格较高,成本高、同时考虑X射线的防护问题。

4、电子束加工按其功率密度和能量注入时间的不同可分别用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理、光刻加工等。

1)高速打孔 利用电子束打孔、孔的深径比可达10:1,最小直径可达Ψ0.003mm左右,而且速度极高。

2)焊接 当高能量密度的电子束轰击焊接表面时,使焊接接头处的金属熔化,在电子束连续不断的轰击下,形成一个被熔融金属环绕着的毛细管状熔池。

3)加工型孔和特殊表面 利用电子束在磁场中偏转的原理,使电子束在其内部工作偏转,控制电子束速度和磁场的强度,即可控制曲率半径,便可加工一定要求的曲形孔。

4)刻蚀 在微电子器件生产中,为了制造多层固体组件,可利用电子束对陶瓷或半导体材料刻出许多微细的沟槽和孔。

5)热处理 电子束热处理也是把电子束作为热源,适当控制电子束的能量密度,使金属表面加热而不断熔化,从而达到热处理的目的。

第五章 先进制造模式

5.1并行工程

1、并行工程(CE)是指把传统的制造模式技术与计算机技术、系统工程和自动化技术想结合,采用多学科团队和并行过程的集成方法,将串行过程并行起来,在产品开发的早期阶段全面考虑产品的生命周期的各种因素,从而缩短产品的开发周期,提高产品质量,降低产品成本的过程。

2、并行工程的特点是设计的出发点必须是产品的整个生命周期的全过程。

3、并行工程设计是一个包括设计、制造、装配、市场营销、安装及维修等各方面专业人员在内的多功能设计小组,其设计手段是一套具有CAD/CAM仿真、检测功能的计算机系统,它既能实现信息集成,又能实现功能集成,可在计算机系统内建立一个统一的模型来实现以上功能。

4、并行工程的目标为提高全过程中的产品质量,降低产品生命周期中的成本,缩短产品的研发周期。

5、并行工程贯穿于管理、设计、制造、支撑等知识源的有机协调,其运行机构包含以下几个方面:

1)要求人的作用,强调人的协同工作。

2)人机一体化,并行地进行产品的设计过程,尤其是早期概念的设计。

3)重视满足客户的要求。

4)持续地改善产品生产的全过程。

5)五个不,即:CE不是不费力就能完成的“魔术方法”,CE不能省去产品串行工程中的任一环节,CE不是使设计生产重叠或同时运行,CE不同于“保守设计”,CE不需要保守测试策略。

6、CE实施的环境与条件:

1)CE环境 统一的产品模型,保证产品信息的统一性,必须有统一的企业知识库,使小组工作人员能一一种“语言”协同工作。

2)CE实施条件 包括上层管理部门的切实支持,建立多科学系统计算机技术的支撑,应用工具的支持。

7、CE实施的策略与步骤:

1)CE实施时采用“自上而下规划,自上而下策略实施”

2)CE实施的步骤:

<1>对集成CE的信息系统进行自定而下的分析规划阶段。

<2>采集开发由现有的设计、生产和方法达到CE的技术要求和手段的心开发阶段。

<3>实施阶段包括采购和安装所需要的硬件和软件,以及为了适应新环境的需要,调整业务系统和培训人员等。

5.2敏捷制造技术

1、敏捷制造就是指制造系统满足低成本和高质量的同时,对变幻莫测的市场需求的快速反应过程。

2、敏捷制造的基本思想是通过把动态灵活的虚拟组织或动态联盟,先进的柔性生产技术和高素质的人员进行集成,从而使企业能够从容应对快速变幻的市场需求。

3、敏捷制造的企业,其敏捷能力应表现在市场的反应能力,以及对变幻莫测市场做出快速的反应。

1)市场层面 对市场需求的判断和预见能力。

2)组织能力 通过“虚拟企业”形式,对组织进行动态重组和扩展。

3)设计层面 在生产设计过程中综合考虑产品的生命全过程。

4)生产层面 按照顾客不同种类的目标需求,任意批量生产产品。

5)管理层面 提倡以人为本。

6)人的方面 不断培育新知识,新技能,有创新精神的人。

4、和其他先进制造相比,敏捷制造的特征有:

1)全新的企业合作关系。

2)准时的信息系统。

3)“高质量”产品。

4)高柔性的、模块化的、可伸缩性的制造模式。

5)为订单而设计,为订单而制造的生产模式。

5.3 精益生产

1、精益生产是美国麻省理工学院几位科学家对“日本丰田制造模式”的美称。

2、精益生产的实质是产品的开发,生产过程通过项目组和生产小组把各个方面的人集中在一起,把生产、检测与维修等场地集中在一起,通过协作销售和用户集成。

3、精益生产是通过系统结构、人员组织、运行方式和市场供求关系等方面的变革,快速地响应市场,以达到产品生命周期的各个方面的最佳效果。

4、精益生产的特征:

1)强调人的作用。

2)以简化为手段

<1>简化组织结构和产品开发过程。

<2>简化与协作厂的关系。

<3>简化过程,减少非生产费用。

<4>采用一体化,保证质量。

5、精益生产的理想境界:零缺陷、零准备、零库存、零搬运、零故障停机、零提前量,批量唯一。

5.4 智能制造

  1、智能制造技术包括人类对制造过程的行为认识,以及对解决制造问题各种方法的认识,是指在制造工业的各个环节,以一种高度集中柔性,以高度集成的方式,通过计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、判断、处理、构思和决策,旨在取代或延伸制造环境中的部分脑力活动,并对人类专家制造系统进行收集、完善、共享、继承与发展。

  2、智能制造系统是指一种智能机器和人类专家共同组成的,人机一体化系统,这种系统在确定性受到了限制,或没有经验知识,在不能预测的环境前提下,根据不完全的、不精确的信息来完成模拟人的制造任务。

  3、和传统制造相比,智能制造具有以下特征:

  1)自律性。

  2)人机一体化。

  3)自组织与超柔性。

  4)学习能力与维护能力。

  4、智能制造单元包括:

  1)智能设计。

  2)生产过程的智能规划。

  3)生产过程的智能规划调度。

  4)生产过程的智能制造。

  5)智能检测,诊断和补偿。

  6)只能控制。

  7)生产与经营的智能决策。

第六章 现代新技术

6.1生物技术

  1、生物技术是指“用活的生物体(或生物体的物质)”来改进产品,改良植物和动物,或为特殊用途而培养微生物技术。

  2、基因工程又称为为转基因技术,重组DNA。

   3、细胞工程包括植物细胞工程和动物细胞工程。

   1)植物细胞工程包括杂交、繁殖和培育新品种。

   2)动物细胞工程包括细胞培养、细胞融合、胚胎移植、核移植等。

   4、发酵工程是指利用微生物的某些特定功能,为人类制造培育新产品。

   5、蛋白质工程是指对蛋白质进行加工改造。

   6、生物技术在工业方面的应用:

   1)食品方面 提高产品的开发和质量。

   2)材料方面 变废为宝,大规模生产一些稀缺生物材料。

   3)能源方面 提高了石油的开采效率,为新能源的利用开辟了新道路。

   7、生物技术在农业方面的应用:

   1)农作物和花蕊的生长。

   2)畜禽生产。

   3)生产疫苗。

   8、生物技术在医药方面的应用:

   1)疾病防御。

   2)疾病诊断。

   3)疾病治疗。

   9、生物技术在环保方面的应用:

   1)污染监测。

   2)生物传感器。

   3)污染治理。

6.2 新能源技术

   1、能源是指人类获取能量的自然资源。

   2、能源按照转换和传递分类:

   1)天然存在的,可直接利用的一切资源,例如:煤油、水能、风能、天然气、生物能、沼气等。

   2)在一次的基础上而形成的二次能源。例如:汽油、风能、焦炭、电能等。

   3、按照能源的性质分类:

   1)再生资源:太阳能、生物能、水能等。

   2)非再生资源:煤炭、石油、天然气、核能等。

   4、按照能源的形成和来源分类:

   1)第一类分类:来自地球以外的其他天体的能量:太阳能、风能、水能、波浪能等。

   2)第二类能源:来自地球本身蕴藏着的能量:核能、地热能等。

   3)第三类能量:地球与其他天体相互作用的能量:潮汐能等。

6.3绿色照明技术

   1、绿色照明是通过科学的照明设计,采用效率高、寿命长、安全和性能稳定的照明电气产品,从而改变人们的工作、学习、生活、商业的条件和质量,创造一个高效、舒适、经济、有益的环境,并充分体现绿色照明的理念。

   2、绿色照明的宗旨是通过科学合理的设计方法,积极采用高效照明光源、灯具和电气附件,以达到节约能源、保护环境、保护身心健康的照明环境。

   3、绿色照明的目标是提高高效照明产品质量,增强其生产能力,提高公众节能环保意识。

   绿色照明的发展趋势:“节能”、“环保”依然是照明的二大主题,体现以人为本,注重舒适、健康的环境为未来照明设计指导思想,向个性化、灵活性、智能性、舒适性、健康化、安全化、艺术化、艺术化、经济化、合理化全方面发展,我国“绿色照明促进项目”已经正式启动。

6.4 新材料技术

  1、新材料技术是按照人的意志,通过物理研究,材料设计、材料加工、试验评价等一系列研究过程,创造出能满足各种需要的新型材料技术。

  2、新材料按材料分类 有金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和先进复合材料。

  3、新材料按其性能分 有结构材料和功能材料。

  4新材料的应用:

  1)超塑金属材料可以加工成任意形状。

2)记忆合金材料适用于航天领域。

3)石墨金刚材料在催化剂的作用下,可变成金刚石。

4)新型陶瓷材料在内燃机中广泛应用。

5)瞬时耐高温材料大量应用于卫星“避火衣”。

6)超导材料大量用在发动机、变压器和磁悬浮列车等领域。

7)环境材料。

6.5海洋技术

1、未来海洋农业发展的方向:

1)海洋水产生产农牧化,通过人为干涉,改造海洋环境,以创造经济生物生长发育所需要的良好环境条件。

2)蓝色革命计划 着眼于大洋深处海水的作用。

3)海洋农业 直接用海水灌溉农作物,开发沿岸带的盐碱地、沙漠等。

2、海水资源开发: 海水本身是一种资源,它不仅可以通过脱水变成淡水,还可以直接用于工业、冷却、印染、清洁、消防等。

3、海洋能源的开发 海洋能包括温度差能、波浪能、潮汐能、潮流能、海洋能、盐度差能、海洋生物能和海洋地热能8种。

                               

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