先進(jìn)制造工藝與裝備-文庫(kù)吧
2025-02-10 14:00 本頁(yè)面
【正文】 九十年代發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)高新技術(shù)。 RPM技術(shù)是在現(xiàn)代 CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 以及 新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來(lái)的 RPM技術(shù)在不需要任何刀具、模具及工裝卡具的情況下，可將 任意復(fù)雜形狀 的設(shè)計(jì)方案快速轉(zhuǎn)換為三維的 實(shí)體模型或樣件 ，這就是 RPM技術(shù)所具有的潛在的革命意義。 將計(jì)算機(jī)內(nèi)的三維實(shí)體模型進(jìn)行分層切片得到各層截面的輪廓，計(jì)算機(jī)據(jù)此信息控制激光器（或噴嘴）有選擇性地切割一層又一層的片狀材料。形成一系列具有一個(gè)微小厚度的片狀實(shí)體，再采用粘接、聚合、熔結(jié)、焊接或化學(xué)反應(yīng)等手段使其逐層堆積成一體，制造出所設(shè)計(jì)的三維模型或樣件。 RPM技術(shù)的基本原理圖 三維 CAD模型 分層切片 各層截面的輪廓 激光器（或噴嘴）按各層截 面輪廓切割、固化或燒結(jié) 微小厚度的片狀實(shí)體 逐層堆積 三維模型或樣件 （ Material Increase Manufacturing） :三維雕刻機(jī) （ Material Increase Manufacturing） 成型工藝 加工能量 （ 1） Laser beam(激光束 )RP （ 2） Lamp(光照 )RP （ 3） Heat energy(熱能 )RP （ 4） Mechanical energy(機(jī)械能 )RP (SLA— Stereo lithography Apparatus) (LOM— Laminated Object Manufacturing) (SLS— Selected Laser Sintering) (FDM— Fused Deposition Modeling) （ 2DP— Threedimensional printing） CAD/CAM 技術(shù)、激光技術(shù)、計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動(dòng)技術(shù) 以及 新材料技術(shù)，真正意義上的數(shù)字化制造。 2. 可將 任意復(fù)雜形狀 的設(shè)計(jì)方案快速 轉(zhuǎn)換 為三維的 實(shí)體模型或樣件 ， 快速 、 準(zhǔn)確 、以及 制造復(fù)雜模型。 ，模具及工裝卡具的情況下，直接制造，方便快捷。 5. 原材料的種類繁多； 提高 了新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的一次 成功率 ， 縮短 了 開(kāi)發(fā)周期 ， 降低 了 研發(fā)成本 。 、模具、 家電、電子儀表、輕工、塑料、玩具、航空航天、軍工、機(jī)械、汽車、摩托車、內(nèi)燃機(jī)、建筑規(guī)劃及模型、科研、醫(yī)療 等。 2. 應(yīng)用體現(xiàn)： a）支持快速產(chǎn)品開(kāi)發(fā) b）支持快速模具制造 c）支持醫(yī)用實(shí)體制造 ? 1．概述 ? 精密和超精密加工技術(shù)的發(fā)展，直接影響到一個(gè)國(guó)家尖端技術(shù)和國(guó)防工業(yè)的發(fā)展，因此世界各國(guó)對(duì)此都極為重視，投入很大力量進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，同時(shí)實(shí)行技術(shù)保密，控制關(guān)鍵加工技術(shù)及設(shè)備出口。 ? 從目前機(jī)械加工的工藝水平來(lái)看，超精密加工一般指加工精度 ，表面粗糙度 Ra值 。同時(shí)也包含加工尺寸在亞微米級(jí)的微細(xì)加工。 ? 隨著航空航天、高精密儀器儀表、慣導(dǎo)平臺(tái)、光學(xué)和激光等技術(shù)的迅速發(fā)展和多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，對(duì)各種高精度復(fù)雜零件、光學(xué)零件、高精度平面、曲面和復(fù)雜形狀的加工需求日益迫切。 ? 我國(guó)目前已是一個(gè)“制造大國(guó)”，制造業(yè)規(guī)模名列世界第四位，僅次于美國(guó)、日本和德國(guó)，近年來(lái)在精密加工技術(shù)和精密機(jī)床設(shè)備制造方面也取得了不小進(jìn)展。但我國(guó)還不是一個(gè)“制造強(qiáng)國(guó)”，與發(fā)達(dá)國(guó)外相比仍有較大差距。 ? 我國(guó)每年雖有大量機(jī)電產(chǎn)品出口，但多數(shù)是技術(shù)含量較低、價(jià)格亦較便宜的中低檔產(chǎn)品；而從國(guó)外進(jìn)口的則大多是技術(shù)含量高、價(jià)格昂貴的高檔產(chǎn)品。 ? 目前我國(guó)每年需進(jìn)口大量國(guó)內(nèi)尚不能生產(chǎn)的精密數(shù)控機(jī)床設(shè)備和儀器，例如， 2023年我國(guó)進(jìn)口了價(jià)值 ，而出口機(jī)床僅為 ，且主要為低精度的普通機(jī)床。2023年我國(guó)進(jìn)口機(jī)床為 ，出口機(jī)床僅為 元。 2023年我國(guó)機(jī)床總產(chǎn)值約為 50億美元，出口機(jī)床為 8億美元，而進(jìn)口機(jī)床則達(dá)到 67億美元。 圖 1 超精密切削加工機(jī)床示例（圖為 SHPERE200超精密球面鏡機(jī)床） 2. 超精密切削加工技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀 ? 美、英、德等國(guó)在上世紀(jì)七十年代（日本在八十年代）即開(kāi)始生產(chǎn)超精密機(jī)床產(chǎn)品，并可批量供貨。在大型超精密機(jī)床方面，美國(guó)的 LLL國(guó)家實(shí)驗(yàn)室于1986年研制成功兩臺(tái)大型超精金剛石車床：一臺(tái)為加工直徑 DTM3金剛石車床，另一臺(tái)為加工直徑 LODTM立式大型光學(xué)金剛石車床。其中， LODTM立式大型光學(xué)金剛石車床被公認(rèn)為世界上精度最高的超精密機(jī)床。美國(guó)后來(lái)又研制出大型 6軸數(shù)控精密研磨機(jī)，用于大型光學(xué)反射鏡的精密研磨加工。 ?英國(guó)的 Cranfield精密加工中心于 1991年研制成功 OAGM2500多功能三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)數(shù)控磨床（工作臺(tái)面積 2500mm 2500mm），可加工（磨削、車削）和測(cè)量精密自由曲面。該機(jī)床采用加工件拼合方法，還可加工出天文望遠(yuǎn)鏡中直徑 。 ?日本的多功能和高效專用超精密機(jī)床發(fā)展較快，對(duì)日本微電子和家電工業(yè)的發(fā)展起到了很好的促進(jìn)作用。 我國(guó)超精密機(jī)床的發(fā)展情況 ? 在過(guò)去相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)期，由于受到西方國(guó)家的禁運(yùn)限制，我國(guó)進(jìn)口國(guó)外超精密機(jī)床嚴(yán)重受限。但當(dāng)1998年我國(guó)自己的數(shù)控超精密機(jī)床研制成功后，西方國(guó)家馬上對(duì)我國(guó)開(kāi)禁，我國(guó)現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)口了多臺(tái)超精密機(jī)床。 ? 必須承認(rèn)，在超棈密機(jī)床技術(shù)方面，我們與國(guó)外先進(jìn)水平相比還有相當(dāng)大的差距，國(guó)產(chǎn)超精密機(jī)床的質(zhì)量水平尚待進(jìn)一步提高 。 超精密加工主要影響因素 ? （ 1）加工機(jī)床 要求機(jī)床高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、自動(dòng)化，并與加工 材料相結(jié)合；例如，有色金屬材料（如銅、鋁合金）宜進(jìn)行車削或銑削加工；黑色金屬材料（如鋼等）則宜選磨削與研、拋等工藝，否則得不到預(yù)期的加工效果等。 ? （ 2）加工刀具 刀具材料主要又金剛石、立方氮化硼、陶瓷等。例如，有色金屬材料（如銅、鋁合金）宜用單點(diǎn)金剛石刀具進(jìn)行車削或銑削加工； ?（ 3）加工材料 被加工工件的材質(zhì)要密實(shí)；各向的同一性要好（最好為單晶）；表層硬度和彈性模量要恒定一致；可加工性要好；材料的化學(xué)成份與機(jī)械物理性能都應(yīng)達(dá)到相應(yīng)的數(shù)量級(jí)。 ?（ 4）測(cè)量 具有能實(shí)現(xiàn)納米級(jí)（ 1nm ~10nm）增量進(jìn)給的機(jī)床和分辨力優(yōu)于 ，如激光干涉儀，掃描隧道顯微鏡和原子力顯微鏡等。 ? （ 5）加工環(huán)境 加工環(huán)境要嚴(yán)格恒溫、隔振和凈化。恒溫室（第一分隔區(qū)）中的溫度波動(dòng)
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