机械制造工艺学第3版教学课件ppt作者王先逵gyx13-7课件.pptx

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,MMT,1,第7章机械制造工艺理论和技术的发展,本章要点,先进制造工艺理论与方法现代制造工艺方法制造系统自动化,2,MMT第7章机械制造工艺理论和技术的发展,学习指南本章首先对现代制造工艺理论与技术作概括介绍；然后重点对先进制造技术中与本课程直接有关的内容，即现代制造技术发展的三个重要方面机械制造自动化技术、精密加工与超精密加工技术和非传统加工技术进行讨论；最后对几种先进制造模式和迅速发展的智能制造技术进行简要说明。

学习本章内容，应全面了解先进制造技术的内涵、特点和现代制造技术的主要研究领域及最新发展，并注意把握机械制造技术的发展方向。

学习本章目的之一是扩大学习者的思路和视野，因此在内容安排上具有涉及面广、信息量大的特点，讲授时可根据具体情况进行取舍。

如有条件可安排参观、调研、报告、观看录像等活动，以增进学习者学习热情和效果。

3,MMT机械制造技术基础,第7章机械制造工艺理论和技术的发展DevelopmentofMechanicalManufacturingTheoryandTechnology,7.1概述,MMT,7.1.1制造工艺的重要性,工艺是制造技术的灵魂、核心和关键工艺是连接设计和制造的桥梁。

设计的可行性往往会受到工艺的制约。

应该用广义制造的概念将“设计”和“工艺”统一起来。

工艺是生产中最活跃的因素同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，在效率、成本、环保等方面会有很大差别，工艺是生产中最活跃的因素。

加工技术的发展往往是从工艺突破的。

如电加工及其他特种加工技术的出现使许多传统方法无法加工的工作得以实现。

产品质量是一个综合性问题，与设计、工艺技术、管理和人员素质等多个因素有关，但与工艺技术的关系最为密切。

5,MMT7.1.2现代制造工艺理论和技术的发展,工艺技术的发展缓慢和工艺问题的不被重视密切相关。

传统上，认为工艺是手艺和技艺。

20世纪50年代，原苏联的许多学者在德国学者研究的基础上，出版了机械制造工艺学、机械制造工艺原理等著作，将工艺提高到理论高度。

20世纪70年代，又形成了机械制造系统和机械制造工艺系统，工艺技术已形成一门科学。

近年来新材料、新产品的出现开辟了许多制造工艺的新领域和新方法工艺理论、加工方法、制造模式、制造技术和系统等。

6,MMT机械制造技术基础,第7章机械制造工艺理论和技术的发展DevelopmentofMechanicalManufacturingTheoryandTechnology,MMT,7.2.1加工成形机理,7,a）平面分层,b）曲面分层分层加工,c）卷绕分层,分层加工零件成形方法：

分离（去除）加工；结合（堆积、分层）加工；变形（流动）加工。

分层加工：

将零件按一定层厚分为若干薄层，逐一加工这些薄层，并在加工的同时将这些薄层依次堆积起来，即可成形。

分类：

平面分层；曲面分层；卷绕分层。

MMT,7.2.1加工成形机理,内加工分离加工的一种，又称套料加工。

可显著减少材料消耗。

上模被加工工件工件（球）（透明塑料）下模工件激光光束,a）激光内分切削离加工的内切削方式b）内切削后切开形成上下模8,MMT,7.2.1加工成形机理,刀具材料出现了硬质合金、人造金刚石、立方氮化硼、陶瓷等系列，以及涂层、多元共渗、气相沉积等工艺，同时从湿切削发展到无冷却液的干切削（环保切削）和硬（齿）表面切削等。

工件材料从金属材料发展到非金属、高分子材料、半导体、陶瓷和石材等。

从而发展了半导体、陶瓷和石材等多种加工工艺学。

使用能源零件成形使用的能源上有力、电、声、化学、电子、离子、激光等，十分丰富，从而发展了电火花加工、超声波加工、化学加工、电子束加工、离子束加工、激光束加工等。

MMT,7.2.2精度原理,机械加工原则继承性原则又称“母性”原则、循序渐近原则或“蜕化”原则，指加工用机床（工作母机）精度高于加工工件的精度。

创造性原则又称“进化”原则，可分为直接创造性原则和间接创造性原则。

直接创造性原则：

利用精度低于工件精度要求的机床，借助于工艺手段和特殊工具，直按加工出精度高于“工作母机”的工件，如“以粗干精”、“以小干大”。

间接创造性原则：

用较低精度机床和工具，制造出加工精度能满足工件要求的高精度机床和工具，再用这些机床和工具去加工工件。

定位原理（1.4节）尺寸链原理（2.4节）,MMT7.2.3相似性原理和成组技术,相似性原理是成组技术的基础。

成组技术是一种制造哲理，是先进制造技术的重要理论基础之一。

成零组件技及术产的品核分心类编码划分零件组关键机床法顺序分枝法聚类分析法编码分类法势函数法,PaLK1k,MMT7.2.4工艺决策原理,数学模型决策以建立数学模型并求解作为主要的决策方式。

数学模型泛指公式、方程式和由公式系列构成的算法等，可分为系统性数学模型、随机性数学模型和模糊性数学模型三类。

例：

输入劳动力L与资本K同输出产品P的CobbDouglas函数,k,式中a、k为常数0k1上式对确定投资方向具有参考意义。

PakLk1K1kkPLLPa（1k）LKkk（1k）P，且K。

其边际生产率分别,K为：

MMT7.2.4工艺决策原理,逻辑性决策常用决策树与决策表形式决策树由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件（确定性条件）。

条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”。

条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”。

加工方法选择决策树13,钻、攻螺纹,内螺纹,分支终点列出应采取的行动（决策行直动径）公。

差0.05钻、扩、铰孔5.0直径12.00.05直径公差0.25钻、扩加工表面0.25直径公差钻内孔插、拉沟槽外圆铣根节点分支中间节点终节点,MMT,14,7.2.4工艺决策原理,决策表用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。

表格分为4个区域，左上角为条件项目，右上角为条件组合，各条件之间为“与”的关系，左下角列出决策项目，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与”的关系。

决策表的每一列均可视为一条决策规则。

加工方法选择决策表,1,条件条件组合孔5.0直径12.0TTTFFF直径公差0.05TFFFFF0.05直径公差0.25FTFFFF0.25直径公差FFTFFF沟槽FFFTTF内孔FFFTFF外圆FFFFTF内螺纹FFFFFT钻111扩22铰3插、拉铣1攻螺纹1动作决策动作,15,MMT7.2.4工艺决策原理,智能思维决策依赖工艺技术人员的经验和智能思维能力来决策，即要应用人工智能。

智能是运用知识来解决问题的能力，学习、推理和联想是智能的三大重要因素。

智能思维决策的主要方法有：

专家系统、模糊逻辑、人工神经网络和遗传算法等。

MMT,16,机械制造工艺设计中的决策方法,生产成本,决策方式逻辑推理智能思维制造工艺设计项目结构工艺性检查数学模型定位基准选择加工工艺工艺路线设计工艺方法确定余量及工序间尺寸计算通用机床、刀具、夹具、量具选择工艺装备专用机床、刀具、夹具、量具、辅具设计工时分析研究工时定额计算时间定额工厂、车工工段厂设布计局设计车间间设计工作地设计供应计划生产设备供应计划工艺装备供应计划材劳料动供力应需计求划计划生产周期生产周期设计节拍（时间）设计材料成本计算设备成本计算加工维持费用计算劳动工资计算,17,单件加工成本与切削速度和进给的关系（参数优化问题）,MMT7.2.5优化原理,优化原理将已有优化方法应用到工艺问题。

优化目标在保证质量前提下，达到最高生产率、最低成本或最大利润率。

求解,优化问题数学模型。

fc切削速度v进给f,核心问题建立和C本单件成加工成本C工加件单vc切削速度v,单件加工成本与切削速度的关系（单参数优化问题）,18,MMT机械制造技术基础,第7章机械制造工艺理论和技术的发展DevelopmentofMechanicalManufacturingTheoryandTechnology,7.3现代制造工艺方法,MMT,19,7.3.1特种加工技术,特种加工技术的概念特种加工领域又称为非传统性加工（NonTraditionalManufacturingNTM）。

特种加工的概念是相对的，其内容随着加工技术的发展而变化。

特种加工方法种类根据加工机理和所采用能源，可分为：

力学加工：

应用机械能进行加工，如超声波加工、喷射加工、喷水加工等。

电物理加工：

利用电能转换为热能、机械能和光能等进行加工，如电火花加工、电子束加工、粒子束加工等。

电化学加工：

利用电能转换为化学能进行加工，如电解加工、电镀、刷镀、镀膜和电铸加工等。

激光加工：

利用激光光能转化为热能进行加工。

化学加工：

利用化学能或光能转换为化学能来进行加工，如化学铣削和化学刻蚀（即光刻加工）等。

复合加工,20,MMT7.3.1,特种加工技术,特种加工的特点特种加工方法主要不是依靠机械能，而是用其他能量（如电能、光能、声能、热能、化学能等）去除材料。

特种加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。

一般不会产生加工硬化现象。

且工件加工部位变形小，发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。

加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。

特种加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法，,MMT,21,7.3.2,特种加工方法,进给工具电极系统放电间隙直流工件电极脉冲电源,电火花加工工作原理：

利用工具电极与工件电极之间脉冲性的火花放电，产生瞬时高温，工件材料被熔化和气化。

同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速气化，体积发生膨胀，随之产生很高压力，使已经熔化、气化的材料从工件表面迅速被除去。

4个阶段：

介质电离、击穿，形成放电通道；火花放电产生熔化、气化、热膨胀；抛出蚀除物；间隙介质消电离（恢复绝缘状态）。

电火花加工原理图工作液,MMT,22,7.3.2,特种加工方法,MMT,7.3.2,特种加工方法,工作要素电极材料要求导电，损耗小，易加工；常用材料：

紫铜、石墨、铸铁、钢、黄铜等，其中石墨最常用。

工作液主要功能是压缩放电通道的区域，提高放电能量密度，加速蚀物排出；常用工作液有煤油、机油、去离子水、乳化液等。

放电间隙合理的间隙是保证火花放电的必要条件。

为保持适当的放电间隙，在加工过程中，需采用自动调节器控制机床进给系统，并带动工具电极缓慢向工件进给。

脉冲宽度与间隔影响加工速度、表面粗糙度、电极消耗和表面组织等。

脉冲频率高、持续时间短，则每个脉冲去除金属量少，表面粗糙度值小，但加工速度低。

通常放电持续时间在2s至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ,24,特种加工方法,MMT7.3.2,电电火火花花加成工形类加型工：

主要指孔加工，型腔加工等。

电火花线切割加工：

用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。

机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形（参见右图）。

同时，丝架可作小角度摆动，可切割出,斜面。

电火花线切割原理图,导轮WMV储丝筒电极丝XY工件,25,特种加工方法,MMT7.3.2,快快走走丝丝与：

慢电走极丝丝多用钼丝，做往复运动，走丝速度一般为2.510m/s左右。

13溜板,14伺服电机电源,15数控装置,16脉冲电源,MMT,26,7.3.2,特种加工方法,慢走丝：

走丝作单方向运动，多用铜丝，为一次性使用，走丝速度一般低于0.2m/min，电极丝走丝平稳无震动，损耗小，加工精度高，表面粗糙度值低，但其导向、张紧机构比较复杂。

10脉冲电源,12收丝卷筒,14数控装置,15伺服电机电源,MMT,27,7.3.2,特种加工方法,加工过程显示,电火花线切割机床（电快火走花丝线）切割加工,MMT,28,7.3.2,特种加工方法,电火花线切割机床（慢走丝）,水平走丝,MMT,7.3.2特种加工方法,电火花加工的特点不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。

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