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先進制造技術概述(ppt203頁)-wenkub

2023-03-15 15:13:55 本頁面
 

【正文】 效果??梢詾樵O計人員提供有關客戶的需求和改進意見、組織生產特定結構零件的成本核算、外購件的成本、原材料信息、生產裝備、生產狀況等,有利于更好的設計零件和產品。 ? 仿真模擬 高性能的 CAD系統(tǒng)可以真實地模擬產品的實際運動和變化過程,如機構的運動、零件的加工、柔性制造系統(tǒng)的運行,汽車、飛機的行駛過程等。 ? 1962年 MIT的 Sutherland提出了計算機圖形學、交互技術、分層存儲符號的數(shù)據結構,為 CAD技術發(fā)展打下了理論基礎。 6. 反求工程 以先進產品的實物或軟件(程序、圖樣、文件資料)作為研究對象,綜合運用現(xiàn)代工程 設計的相關理論與方法,進行解剖、分析和研究,進而開發(fā)出同類產品。廣泛用于零件和結構的分析和計算中。 設計水平是衡量一個國家創(chuàng)新能力和競爭力的主要因素。 現(xiàn)代設計技術使產品設計開發(fā)建立在科學技術基礎之上。 ? 成組技術( group technology GT)、全面質量管 理( total quality management TQM)、物料需求規(guī) 劃 (material requirement planning MRP)、即時生產 ( JIT)、企業(yè)資源規(guī)劃( ERP)等管理方法。 先進制造技術分類 先進制造技術涉及范圍廣、技術領域復雜,為了便于 掌握其基本體系和主要內容,從制造技術的功能的角度, 分成 5大類: ? 現(xiàn)代設計技術是先進制造技術的基礎。 ? 2. 設計制造一體化技術 CAD/CAM/CAE、數(shù)控技術( NC)、并行工程( CE)、虛擬制造( VM)。 先進制造技術是在傳統(tǒng)制造技術的基礎上發(fā)展起來的。工 業(yè)化國家 60%- 80%的社會財富靠制造業(yè)制造,制造業(yè)占國際貿易總 額 75%。第一章 緒論 制造業(yè)與制造技術 制造業(yè)是現(xiàn)代社會經濟的支柱產業(yè),包括機械裝備制造、電子產 品制造、非金屬制品制造、服裝、食品、玩具等等。所以制造業(yè)的水平代表一個國家的綜合實力。分界線大 體可劃在 20世紀 50年代。 ? 3. 制造工藝與裝備 材料生產工藝與裝備、熱加工工藝與裝備、高速切削工藝與裝備、精密 /超精密與納米加工工藝與裝備、特種加工工藝與裝備。 隨著微電子技術、信息技術、材料科學、機械制造、 優(yōu)化理論、人機工程等學科的發(fā)展,現(xiàn)代設計技術的深 度、廣度大大拓展,出現(xiàn)了優(yōu)化設計、有限元分析、 CAD、 CAPP、 CAA(計算機輔助裝配)、計算機輔助夾 具設計、反求工程、產品生命全周期設計、基于網絡的異 地設計、智能設計、虛擬設計、綠色設計。 ? CIMS、并行工程( CE)、精益生產( LP)、敏捷 制造( AM)、虛擬制造( VM)、綠色制造( GM),是 制造技術、計算機技術、通信技術、自動化技術和管理科 學的各學科交叉。隨著微電子信息、材料、系統(tǒng)科學的發(fā)展,現(xiàn)代設計技術日新月異,新的設計理念不斷涌現(xiàn)、新設計方法不斷誕生。 現(xiàn)代設計方法 1. 優(yōu)化設計方法 用數(shù)學方法和系統(tǒng)工程方法對產品結構和性能進行分析、決策,以獲取最優(yōu)解的方法。 3. 計算機輔助設計 運用計算機強大的數(shù)據計算及信息處理功能來完成設計工作,應用最廣泛。 7. 綠色設計 將產品和環(huán)境作為一個系統(tǒng),充分考慮產品及其制造系統(tǒng)與環(huán)境相容性,做到對環(huán)境影 響最小。 ? 1970年美國 Applicon公司推出完整的 CAD系統(tǒng)。幫助設計人員正確地進行方案論證、產品選型、性能評估等。 2. 智能 CAD 計算機輔助設計技術與人工智能相結合,用于產品概念設計,幫助設計人員進行決策、分析和推理,更高效地進行方案設計。 5. 自動繪圖 自動繪制工程圖紙(效率高、質量好)。 在概念設計階段,專家系統(tǒng)主要協(xié)助設計人員進行評價、選擇和決策,自動生成設計方案。一般有一定的范圍,需要評價和選擇,有時需要人工判斷。 CAD技術的發(fā)展 隨著 CAD自身和相關技術的發(fā)展, CAD技術正朝著集成化、網絡化、智能化和可視化的方向發(fā)展。例如,可以只在個別工作站上配備某些昂貴的軟硬件,其它工作站可以通過網絡調用,不需要每個工作站上都具備齊全的資源。 傳統(tǒng)的 CAD系統(tǒng)缺乏綜合和選擇能力,用戶使用時,需要具備較高的專業(yè)知識和豐富的經驗,為此人們研制了人工智能專家系統(tǒng)。 CAPP的一般過程是通過向計算機輸入被加工零件的幾何信息(形狀、尺寸等)和工藝信息(材料、熱處理、批量等),由計算機自動輸出零件的工藝路線和工序內容等工藝文件。 創(chuàng)成式方法工作原理圖 輸入零件形狀及其它信息 零件特征分析分解 工藝設計、分析和邏輯決策 工藝設計結果的信息存儲 輸出工藝規(guī)程 數(shù)據庫 其它應用程序 ③ .人工智能 應用人工智能技術形成的 CAPP專家系統(tǒng)。 專家系統(tǒng)方法工作原理圖 用戶 系統(tǒng)用戶界面 解釋與推理系統(tǒng) 推理機 推理 控制 專家 知識采集系統(tǒng) 知識庫 規(guī)則 事實 .全生命周期設計 1.全生命周期設計 全生命周期設計技術是現(xiàn)代設計技術的重要內容。 ②開放性:全生命周期設計涉及的人和領域復 雜,因此設計方案建立在開放的基 礎上。 ①并行設計的提出 傳統(tǒng)的產品開發(fā)過程是: 市場調研 產品計劃 產品設計 試制樣機 修改設計 工藝準備 正式投產 ? 缺點: 設計階段不能及早發(fā)現(xiàn)制造過程中和后續(xù)環(huán)節(jié)的問題,一旦出現(xiàn)問題,需要重新修改設計,后續(xù)階段和與設計相關的環(huán)節(jié)也要隨之改變。在并行設計中,產品開發(fā)的各項活動盡可能在時間上平行進行。 .綠色設計 1.綠色設計的主要內容 ( 1)材料選擇:不僅考慮產品的使用和性能,而且考慮其對環(huán)境的影響?;厥諆r值大小,回收處理方法和相關問題,實現(xiàn)材料資源和能源利用的最大化和對環(huán)境污染最小。材料加工過程對環(huán)境的影響,材料報廢對環(huán)境環(huán)境的影響。 ? 結構設計階段:結構具有應用的功能,良好的工藝性,同時滿足易于拆卸和回收。 ( 1)基本要求: ? 在設計理念上采用合適的能源供給方式 ? 在滿足功能的前提下,盡量減小能量消耗 ? 充分預見各環(huán)節(jié)的能量消耗形式,尋求合理、高效、經濟的回收和再利用方法 ? 使產品加工過程能量消耗最少 ( 2)發(fā)展趨勢 ? 對可用的新能源建立與設計相結合的技術規(guī)范和標準。其基本準則: ? ( 1)拆卸工作量少 包括零件合并原則,減少零件所用種類,材料相容性原則和有害材料集成原則。 避免將易老化、易腐蝕的材料與需要拆卸、回收的材料零件組合,防止要拆卸回收的零件被腐蝕。 ? 成形加工:鑄造、粉末冶金、塑料成型。 ? 超高速加工的切削速度為普通的切削的 10倍。 柔性主軸及其軸承的彈性支撐技術,潤滑與冷卻。目前開發(fā)出一種使用鈮的永磁電機,其效率高,功率大,扭矩大,易于對使用中產生的溫升在線控制,冷卻簡單,體積小,結構緊湊,所以有可能取代感應式集成主軸電動機。潤滑方式為油脂潤滑、油霧潤滑、噴油潤滑。此外,液體靜壓軸承的油膜阻尼大,動態(tài)剛度高,適合于銑削的斷續(xù)切削過程。 ? 缺點:承載能力低,維護費用高 ? 磁懸浮高速主軸 磁浮主軸的轉子由兩個徑向和兩個軸向軸承支撐,轉子與支撐間隙一般在 。 ②超高速加工進給單元制造技術 ? 關鍵技術 超高速加工進給單元是超高速加工機床的重要組成部分。 ? 超高速進給單元的技術指標 滑臺驅動系統(tǒng):進給速度達 60m/min 直線電機驅動:進給速度達 200m/min 由于直線電機與滑臺連在一起,無間隙, 慣性小,剛度大而無磨損。 ( e)行程長度不受限制 ( f )噪聲低(取消了絲杠等傳動) ( g)效率高(無中間傳動環(huán)節(jié)) ③ 超高速加工刀具和磨具 PCD、 CBN、 Si3N涂層刀具、 TiN、TiAlN等 ( 1) 概述 超精密加工指尺寸精度 ~, Ra: ~ ,包括:金剛石刀具超精密車削、超精密磨料加工、超精密特種加工和復合加工、超精密測量。 ( 3)超精密磨削和磨料加工 ? 超精密砂輪磨削技術: 加工精度 ,表面粗糙度 砂輪, CBN磨料,砂輪線速度 60m/s以上, 工件 進給速度 5m/min以上 ? 超精密砂帶磨削技術: 切削速度 35m/min,表面粗糙度 ? 雙端面精密磨削技術: 為平面磨削,工件既公轉又自傳,磨料粒度 3000~ 8000,用于磁盤基片等零件的超精密加 工。 ? 超精密研磨與拋光技術 ( a)超精密研磨技術 精度 , Ra≤ 用于:塊規(guī)、球面空氣軸承、半導體硅 片、光學鏡頭。 Fe2+ 與 OH- 化合形成氧化亞鐵(綠色絮狀物) Fe2+ + 2OH- = Fe(OH)2 Fe(OH)2被空氣中的 O2氧化成氫氧化鐵黃褐色沉淀物 4Fe(OH)2+ 2H2O+ O2= 4Fe(OH)3 陰極上可能發(fā)生的反應 2H+ + 2e H2 E= Na+ + e Na E= 據電極反應原理,在陰極上電極電位最高的物質先反應,因此,在陰極上全析出氫氣 。 電化學機械拋光軋輥 f. ELID磨削 砂輪在線修整工藝 Ⅱ 超聲波加工 a. 原理 利用工具端面做超聲振動,通過磨料懸浮工作液加工硬脆材料 超聲波 ,縱波。 b. 應用 ? 打孔 ? 切割 ? 焊接 ? 熱處理 Ⅳ 電子束加工 a. 電子槍系統(tǒng) 獲得電子束包括發(fā)射陰極,控制柵極和加速陽極 b.真空系統(tǒng) 維持 - 2~ - 4Pa c. 控制系統(tǒng)和電源 控制系統(tǒng)包括: 束流聚焦控制 —— 提高電子束的能量(電磁 透鏡) 束流位置 —— 改變電子束方向(磁偏轉) 束流強度 工作臺移動 d. 應用 ?打孔,加工玻璃、陶瓷、寶石 ?噴絲頭異形孔(直徑 ~ ) ? 光刻 ? 彎孔 Ⅴ 離子束加工 灼熱的燈絲發(fā)射電子,在陽極的作用下向下運動。 應用 ? 刻蝕 ? 粒子注入加工 4.快速成型制造技術( RP) ( 1)概述 RP技術是制造技術領域的革命性進展,可以與數(shù)控技術相比, RP綜合運用了計算機技術、 CAD技術、數(shù)控技術、激光技術和材料技術,可以自動、直接、快速精確低將設計思想物化為具有一定功能的原型或零件。 制造自動化技術是先進制造技術中重要的組成部分。 ① 形式 :通過制造系統(tǒng) ?代替人的體力勞動 ?代替或輔助人的腦力勞動 ?實現(xiàn)人、機器及整個系統(tǒng)的協(xié) 調、管理、控制和優(yōu)化 167。 指產品的整個制造周期具備敏捷性和主動的綜合應變能力。 ③ 虛擬化 : 基于數(shù)字化技術 主要包括 :虛擬現(xiàn)實、虛擬產品開發(fā) 虛擬制造、虛擬企業(yè) 制造虛擬化以制造技術和計算機技術支持的系統(tǒng)建模技術和仿真技術為基礎集現(xiàn)代制造工藝、計算機圖形學、并
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