現代制造技術的論文

1、大連理工大學網絡教育學院畢業(yè)論文（設計）模板II現代制造技術內容摘要隨著科學技術的飛速發(fā)展和市場競爭日益激烈，越來越多的制造企業(yè)開始將大量的人力、財力和物力投入到先進的制造技術和先進的制造模式的研究和實施策略之中。本論文簡單介紹了先進制造技術中的特種加工技術、精密加工和超精密加工技術、計算機輔助設計與制造技術等。關鍵詞：特種加工技術；精密加工和超精密加工技術；計算機輔助設計與制造技術； 目 錄內容摘要I引 言11 現代制造技術概述21.1 現代制造技術的內涵及技術構成21.2現代制造技術的體系結構及分類31.2.1 現代制造技術的體系結構31.2.2現代制造技術的分類32 特種加工42.1 特

2、種加工概述42.2 電火花加工（EDM）42.3 電解加工52.4 電解磨削62.5 超聲波加工72.6 激光加工73 精密加工和超精密加工93.1 精密、超精密加工的概念93.2 精密加工和超精密加工的工藝特點94 計算機輔助設計與制造技術104.1 CAD/CAM基本概念104.2 CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程10參考文獻12引 言制造技術已經是生產、國際經濟競爭、產品革新的一種重要手段，所有國家都在尋求、獲得、開發(fā)和利用它。它正是被看做是現代國家經濟上獲得的成功關鍵因素。制造技術已經不是單純的產品設計、制造工藝和生產組織管理，它是一個包括產品需求、設計開發(fā)、生產、銷售、使用、處理等整個產

3、品生命周期的大系統(tǒng)。從宏觀上來說，制造技術已經進入計算機輔助制造的時代，它是通過一個計算機分級結構網絡來監(jiān)測、控制和管理制造過程各個階段的工作，其中包括生產管理與控制、工程分析與設計、財會與供銷等方面。美國從50年代以來只重視高技術和軍用技術的發(fā)展，忽視了制造技術的作用，嚴重影響了國民經濟的增長和國際經濟競爭中的競爭力。80年代初，美國開始反省，美國在關于工業(yè)競爭的總統(tǒng)委員會的報告指出：美國在重要告訴增長的技術市場上失利的一個重要原因是美國沒有把自己的技術應用到制造上。據美國國家生產力委員會調查，在企業(yè)生產力構成中，制造技術的作用占62%，世界上所有的國家，特別是經濟比較發(fā)達的國家，都非常重視

4、制造技術的發(fā)展，以日本和德國最為突出。我國的近鄰日本在第二次世界大戰(zhàn)后一直對制造技術非常重視，先后提出了“技術立國”和“新技術立國”的道路，并且狠狠抓住了精密工程和制造系統(tǒng)自動化這兩個制造技術的關鍵，突出了以人為中心的先進管理，人、技術和經營管理的三結合，使日本在戰(zhàn)后短短30年里，一躍而成為經濟大國。我國的制造技術經過40多年的發(fā)展，已經進入了發(fā)展迅速、失利增強最強最快的新階段。由于機械產品是裝備國民經濟各部門的物質基礎，強大而完整的機械工業(yè)是國家現代化、實現社會進步的必要條件。通過分析，其關鍵問題是要發(fā)展現代制造技術，從而制定了發(fā)展先進制造技術的規(guī)劃?，F在，各工業(yè)國家都把制造技術視為當代科技

5、發(fā)展最為活躍的領域和國際間科技競爭的主戰(zhàn)場，制定了一系列振興計劃，建立了世界級制造技術中心，紛紛把現金制造技術列為國家關鍵技術和有線發(fā)展領域，一個以現代制造技術為中心的科技競爭已經在發(fā)達國家質檢展開，一個以現代制造技術為重點的工業(yè)革命已經到來，這是第三次工業(yè)革命。1 現代制造技術概述1.1 現代制造技術的內涵及技術構成 現代制造技術是微利適應時代要求提高競爭能力，對制造技術不斷優(yōu)化及推陳出新而形成的?，F代制造技術是傳統(tǒng)制造技術不斷吸收機械、電子、信息（計算機通信、控制理論、人工智能等）、材料、能源及現代管理等技術成果，將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、售后服務等機械制造全過程，實現優(yōu)質

6、、高效、低耗、清潔、靈活生產，取得理想經濟技術效果的制造技術的總稱。現代制造技術是一個多層次的技術群，其內涵和層次極其技術構成如圖1-1所示。第一層次是優(yōu)質、高效、低耗、少無污染基礎制造技術。這些基礎技術主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密測量、毛坯強韌、少無氧化熱處理、氣體保護焊及埋弧焊、功能性防護涂層等。第二層次是新型的現代制造單元技術。這是市場需求及新興產業(yè)的帶動下，制造技術與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學、系統(tǒng)工程、現代管理等高新技術結合而形成的制造技術。如：制造業(yè)自動化單元技術、極限加工技術、新材料成形與加工技術、激光與高密度能源加工技術、工藝模擬及設計優(yōu)化技術等。第三層次

7、是現代制造集成技術。這是應用信息、計算機和系統(tǒng)管理技術對上述兩個層次的技術局部或系統(tǒng)集成而形成的現代制造技術的高級階段。如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMS）、智能制造系統(tǒng)（IMS）等。1.2 現代制造技術的體系結構及分類1.2.1 現代制造技術的體系結構 現代制造技術所涉及的學科較多，所包含的技術內容較為廣泛，1994年美國聯邦科學、工程和技術協(xié)調委員會將現代制造技術分為三個技術群：主技術群、支撐技術群和制造技術環(huán)境。這三個技術群體相互聯系、相互促進，組成一個完整的體系，每個部分均不可缺少，否則就很難發(fā)揮預期的整體功能效益。1.2.2 現代制造技術的分類根據現代制造技術的功

8、能和研究對象，可將現代制造技術歸納為以下幾個方面。 1、現代設計技術現代設計技術是根據產品功能要求，應用現代技術和科學知識，制定方案并使方案付諸實施的技術?，F代設計技術包括：計算機輔助設計、性能優(yōu)良設計基礎技術、競爭優(yōu)勢創(chuàng)建技術、全壽命周期設計、可持續(xù)發(fā)展產品設計、設計試驗技術等。2、現代制造工藝技術現代制造工藝技術包括精密和超精密加工、精密成形與特種加工技術等幾個方面。3、制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產環(huán)節(jié)的自動化。制造自動化技術設計數控技術、工業(yè)機器人技術和柔性制

9、造技術，是機械制造業(yè)最重要的基礎技術之一。4、先進生產制造模式和制造系統(tǒng)先進生產制造模式和制造系統(tǒng)是面向企業(yè)生產全過程，是將現代信息技術與生產技術相結合的一種新思想、新哲理，其功能覆蓋企業(yè)的市場預測、產品設計、加工制造、信息與資源管理直到產品銷售和售后服務等各項活動，是制造業(yè)的綜合自動化的新模式。2 特種加工2.1 特種加工概述 特種加工（nontraditional machining）是相對于一切傳統(tǒng)的加工方法而言的。 隨著工業(yè)生產的發(fā)展和科學技術的進步，具有高熔點、高硬度、高強度、高韌性的新型材料不斷涌現，而且結構復雜和工藝要求特殊的機械零件也越來越多。這樣，僅僅采用傳統(tǒng)的機械加工方法來

10、加工這些零件，就會感到十分困難，甚至無法加工。因此，人們除進一步完善和發(fā)展傳統(tǒng)的機械加工方法外，還借助于現代科學技術的發(fā)展，開發(fā)了一種有別于傳統(tǒng)機械加工的新型加工方法特種加工，也稱為電加工或非傳統(tǒng)加工。它與機械加工有本質不同，它不要求工具材料比工件材料更硬，也不需要在加工過程匯總施加明顯的機械力，而是直接利用電能、化學能、光能、聲能對工件進行加工，以達到一定的形狀尺寸和表面粗糙度要求。特種加工的種類很多，主要包括電火花加工、電解加工、點解磨削加工、超聲波加工、激光加工、離子束加工、電子束加工等。2.2 電火花加工（EDM）電火花加工的原理是基于工具電極與工件電極（正極與負極）質檢脈沖性火花放電

11、時的電腐蝕現象來對工件進行加工，以達到一定形狀、尺寸和表面粗糙度要求。要將電腐蝕現象用于金屬材料的尺寸加工，必須具備如下條件：（1）放電點必須有足夠的火花放電強度，即局部集中的電流密度須高達102106A/cm2，以使局部金屬熔化和氣化。（2）放電是短時間的脈沖放電，放電的持續(xù)時間為10-710-8S，由于放電持續(xù)時間短促，放電時所產生的熱量將來不及傳散到電極材料內部，以保證良好的加工精度和表面質量。（3）先后兩次脈沖放電之間，要有足夠的停歇時間使極間介電液充分電離，恢復其介電性能，以保證每次放電不在同一重復進行，避免發(fā)生局部燒傷現象。（4）工具與工件質檢始終維持一定的間隙。（5）極間充有一定

12、的液體介質，并使脈沖放電產生的電蝕產物及時擴散、排出，使重復性脈沖放電順利進行。電火花加工時利用脈沖放電時的電腐蝕現象來進行尺寸加工的，它與機械加工相比，有如下特點：（1）由于脈沖放電的能量密度很高，故可加工任何硬、脆、韌及高熔點的導電材料，在一定條件下還加工半導電和非導電材料，從而擴大了工程材料的選擇范圍。（2）加工時，工具電極與工具不接觸，二者質檢不存在明顯的宏觀作用力，而且工具材料也不必比工件硬。這不僅有助于工具電極的制造，而且也有利于包括小孔、窄槽在內的各種復雜精密零件的加工，并能在淬火后進行。（3）脈沖放電的持續(xù)時間短，放電時所產生的熱量傳播范圍小，工件表面的熱影響區(qū)也很小。（4）脈

13、沖參數可在一個加大范圍內調節(jié)，故可以在同一臺機床上連續(xù)進行粗、中、精及精微加工。精加工時的精度能控制其誤差小于±0.01mm，表面粗糙度Ra0.631.25m，精微加工時精度可達0.0020.004mm，表面粗糙度為Ra0.040.16m。（5）直接利用電能進行加工，便于實現自動化。2.3 電解加工 電解加工是利用金屬在電解液中可以產生陽極溶解的電化學原理來進行尺寸加工的。這種電化學現象在機械工業(yè)中早已被用來實現電拋光和電鍍，電解加工是在電拋光基礎上發(fā)展起來的。電解液時電解加工的關鍵因素。電解液的種類、濃度、溫度、壓力及流速等直接影響電解過程，從而影響生產率和加工質量。其主要作用是：

14、（1）作為導電介質傳遞電流；（2）在電場作用下進行電化學反應，使陽極溶解能順利而有控制地進行；（3）及時帶走電解產物及熱量，起更新冷卻作用。電解加工的特點如下：（1）加工范圍廣。電解加工能加工各種高強度、高硬度、高韌性的導電材料，如硬質合金、淬火鋼、不銹鋼、耐熱合金等難加工材料。（2）生產效率高。電解加工是特種加工中材料去除速度最快的方法之一，約為電火花加工的510倍。（3）加工過程中無機械切削力和切削熱，沒有因為力與熱給工件帶來的變形，可以加工剛性差的薄壁零件，加工表面無殘余應力和毛刺，能獲得較小的表面粗糙度和一定的加工精度。（4）加工過程中工具電機理論上無損耗，可長期使用并保持其精度。（5

15、）電解加工不需要復雜的成形運動就可以加工復雜的空間曲面，而且不會向傳統(tǒng)機械加工那樣留下條紋痕跡。（6）對復雜加工表面的工具電極的設計和制造比較費事，不利于單件小批量生產。（7）電解加工的加工缺陷主要有空蝕、產生亮點、加工精度低等。電解加工主要用于切削加工困難的領域，如難加工材料、形狀復雜的表面、剛性較差的薄板等。常用的有電解穿孔、電解成形、電解去毛刺、電解切割、電解刻印等。2.4 電解磨削電解磨削是電化學腐蝕與機械磨削作用相結合的一種復雜加工方法，比電解加工具有較高的加工精度和較小的表面粗糙度，比機械磨削有較高的生產率。電解磨削過程中，金屬主要是靠電化學陽極溶解作用腐蝕下來的，電解磨輪只起磨去

16、電解產物陽極鈍化膜和整平工件表面的作用。電解磨削用的砂輪通常有兩種：一是不含磨料的導電砂輪，成形方便，可用車刀修正成各種復雜形狀，但其磨削效率低，加工精度低，使用壽命短，故多用于成形磨削的粗加工。另一種是含磨料的導電砂輪，用石墨和金屬粉末作導電基體，摻入剛玉和碳化硅磨料顆粒，磨料顆粒不僅可以防止磨削時發(fā)生短路，并可機械地刮出工件陽極薄膜和平整工件表面。因此，不僅生產率高，而且可達到很高的加工精度，常用于內外圓磨削和成形磨削的精加工。與機械磨削相比較，電解磨削具有如下特點：（1）加工范圍廣，加工效率高。由于它主要是電解作用，只要選擇合適的電解液和加工參數，就可以用來加工任何高硬度與高韌性的金屬材

17、料，如硬質合金、耐熱合金等。磨削硬質合金時，與普通的金剛石砂輪磨削相比較，加工效率要高35倍。（2）磨削的加工精度和表面質量較高，電解磨削加工中機械磨削力小，磨削熱少，不會產生殘余應力、變形、燒傷、裂紋和毛刺等缺陷，一般表面粗糙度可達Ra0.16m。（3）砂輪損耗少，壽命長。與普通金剛石磨削相比較，電解磨削用的金剛石砂輪消耗速度僅為它們的1/51/10，可顯著降低成本。（4）加工刀具等尖銳刃口不易磨削得非常鋒利。（5）機床輔助設備較多，一次性投資較高，同時設備易腐蝕和生銹，污染環(huán)境，需采取防護措施。電解磨削由于集中了電解加工和機械磨削的優(yōu)點，因此應用范圍廣，可用于內、外圓磨削，平面磨削，工具磨

18、削，成形磨削，用于高強度、高硬度、熱敏性和磁敏性等材料。2.5 超聲波加工超聲波加工是利用工具端面做超聲頻振動，并通過懸浮液中的磨料加工脆硬材料的一種加工方法。超聲波加工具體如下特點：（1）適用于加工各種脆硬材料，特別是不導電的非金屬材料（如陶瓷、玻璃、寶石、金剛石等），擴大了磨具材料的選用范圍。（2）工具可用較軟的材料做成較為復雜的形狀，不需要工具相對于工件作復雜的運動，機床結構簡單，操作也方便。（3）由于去除加工材料是靠極細小磨粒的瞬時局部的撞擊作用，故工件表面的宏觀作用力很小，不會引起變形和燒傷，表面粗糙度也較高，加工精度可達0.010.02mm，而且可以加工薄壁、窄縫、低剛度工件。2.

19、6 激光加工激光加工是利用激光器發(fā)射出來的具有高方向性和高亮度的激光，通過光學系統(tǒng)把激光束聚焦成一個極小的光斑（直徑僅有幾微米或幾十微米），使光斑處獲得極高的能量密度（1071011W/cm2）,達到上萬攝氏度的高溫，從而能在很短的時間內使各種物質熔化和汽化，從而達到蝕除工件材料的目的。激光加工是一個高位過程，就其機理而言，一般認為，當能量密度極高的激光照射在被加工表面時，光能被加工表面吸收并轉換成熱能，使照射斑點的局部區(qū)域迅速熔化甚至汽化蒸發(fā)，并形成小凹坑，同時也開始了熱擴散，結果使斑點周圍金屬熔化，隨著激光能量的繼續(xù)吸收，凹坑中金屬蒸汽迅速膨脹，壓力突然增加，熔融物被爆炸性地高速噴射出來。

20、其噴射所產生的反沖壓力又在工件內部形成一個方向性很強的沖擊波。這樣，工件材料就在高溫熔融和沖擊作用下，蝕除了部分物質，從而打出一個具有一定錐度的小孔。激光加工具有如下特點：（1）加工范圍廣。由于其功率密度高，幾乎能加工任何金屬和非金屬材料，如高熔點材料、耐熱合金、硬質合金、有機玻璃、陶瓷、寶石、金剛石等硬脆性材料。（2）操作簡單方便。激光加工不需要加工工具，所以不存在工具損耗的問題，也不需要特殊工作環(huán)境，可以在任意透明的環(huán)境中操作，包括空氣、惰性氣體、真空、甚至某些液體。（3）適用于精微加工。激光聚焦后的光斑直徑極小，能形成極細的光束，可以用來加工深而小的細孔和窄縫。（4）因能量高度集中，加工

21、速度快、效率高，可減少熱傳散帶來的熱變形。對具有高熱傳導和高反射率的金屬，如鋁、銅和它們的合金，用激光加工時效率較低。（5）可控性好，易于實現自動化。3 精密加工和超精密加工3.1 精密、超精密加工的概念 隨著現代工業(yè)的不斷發(fā)展，精密加工和超精密加工在機械、電子、輕工及國防等領域占有越來越重要的地位。從一般意義上將，精密加工是指在一定的發(fā)展時期，加工精度和表面質量達到很高程度的加工工藝。超精密加工是指加工精度和表面質量達到極高程度的精密加工工藝。3.2 精密加工和超精密加工的工藝特點精密加工、超精密加工和一般加工比較由其獨特的特性。（1）精密加工和超精密加工都是以精密元件為加工對象，與精密元件

22、密切結合而發(fā)展起來的。平板、直角尺、齒輪、絲杠、蝸輪副、分度板等都是典型的精密元件，現代工業(yè)的發(fā)展，大規(guī)模繼承電路芯片、金剛石磨具、合成藍寶石軸承、非球面透鏡及精密伺服閥零件等正成為新的典型精密元件。（2）精密加工和超精密加工不僅要保證很高的精度和表面質量，同時要求有很高的穩(wěn)定性或保持性，不受外界條件變化的干擾。（3）精磨測量時精密加工的必要條件，沒有相應的精密測量手段，就不能科學地衡量精密加工所達到的精度和表面質量。在精密加工和超精密加工中，有時精密測量成為關鍵。例如在高精度的空氣靜壓軸承中，要測量它在高速轉動下的徑向跳動和軸向竄動是十分困難的。（4）現代精密加工常常與微細加工結合在一起，要

23、有與精度相適應的微量切削，因此出現了一些列精密加工和細微加工的方法，如金剛石精密車削、精密拋光、彈性發(fā)射加工、機械化學加工以及電子束、離子束等加工方法。（5）現代精密加工和超精密加工常常和自動控制聯系在一起，廣泛采用微型計算機控制、自適應控制系統(tǒng)，以避免手工操作引起的隨機誤差，提高加工質量。（6）現代精密加工和超精密加工常常采用復合加工技術，已達到更理想的效果。精密加工和超精密加工目前主要有精密切削加工、精密磨削加工、超精研、精密研磨、超精密磨料加工、電解磨削加工和納米加工等。4 計算機輔助設計與制造技術4.1 CAD/CAM基本概念計算機輔助設計與制造（簡稱CAD/CAM）技術產生于20世紀

24、50年代后期發(fā)達國家航空和軍事工業(yè)中，隨著計算機硬件、軟件技術和其他科學技術的進步與發(fā)展，CAD/CAM技術日趨完善，它的應用范圍也不斷擴大。如今的CAD/CAM已廣泛應用于數值計算、工程繪圖、工程信息管理、生產控制等設計成產的全過程中，它的應用行業(yè)已遍及電子、機械、造船、航空、汽車、建筑、紡織、輕工業(yè)及工程建設等。CAD/CAM技術是一項利用計算機協(xié)助人完成產品的設計與制造的現代技術。CAD/CAM技術是傳統(tǒng)設計與制造技術與現代計算機技術的有機結合，它將傳統(tǒng)設計與制造彼此相對分離的任務作為一個整體來規(guī)劃和開發(fā)，實現信息處理的高度一體化。4.2 CAD/CAM系統(tǒng)的工作過程CAD/CAM系統(tǒng)是

25、設計、制造過程中的信息處理系統(tǒng)，它需要對產品設計、制造全過程的信息進行處理，包括設計、制造中的數值計算、設計分析、三維造型、工程繪圖、工程數據庫的管理、工藝分析、NC自動編程、加工仿真等各個方面。CAD/CAM系統(tǒng)充分利用了計算機高效準確的計算功能、圖形處理功能以及復雜工程數據的存儲、傳遞、加工功能，在運行過程中，結合人的經驗、知識及創(chuàng)造性，形成一個人機交互、各盡所長、緊密配合的系統(tǒng)。CAD/CAM系統(tǒng)輸入的是設計要求，輸出的是制造加工信息。一個完整的CAD/CAM系統(tǒng)主要包括以下幾個方面：（1）通過需求調查以及用戶對產品性能的要求，向CAD系統(tǒng)輸入設計要求。在CAD系統(tǒng)中首先進行設計方案的分析和選擇，根據設計要求建立產品模型，包括幾何模型和諸如材料處理、制造精度等非幾何模型，并將所建模型儲存于系統(tǒng)中的數據庫中。（2）利用CAD/CAM系統(tǒng)應用程序中已編制的各種應用程序，對產品模型進行設計計算和優(yōu)化分析，確定設計方案及產品零部件