1、1 绪论2022-5-141主要内容2022-5-142智能制造基本概念p 智能制造始于20世纪80年代人工智能在制造业领域中的应用，发展于20世纪90年代智能制造技术和智能制造系统的提出，成熟于21世纪基于信息技术的“智能制造”（Intelligent Manufacturing，IM）的发展。p 智能制造是一种集自动化、智能化和信息化于一体的制造模式，是信息技术特别是互联网技术与制造业的深度融合、创新集成。目前主要集中在智能设计（智能制造系统）智能生产（智能制造技术）、智能管理、智能制造服务这四个关键环节，同时还包括一些衍生出来的智能制造产品。智能制造需要实现的目标有4个：产品的智能化、生
2、产的自动化、信息流和物资流合一、价值链同步。2022-5-143智能制造基本概念p 智能制造的技术内涵：从智能制造的定义和智能制造要实现的目标来看，智能制造的技术内涵包括： 传感技术 测试技术 信息技术 数控技术 数据库技术 数据采集与处理技术 互联网技术 人工智能技术 生产管理等与产品生产全生命周期相关的先进技术。2022-5-144智能制造基本概念p 智能制造特点1)全面互联：智能源于数据，数据来自互联感知。 2)数据驱动：产品全生命期的各种活动都需要数据支持并且产生大量数据。3)信息物理融合：将采集到的各类数据同步到信息空间中，在信息空间分析、仿真制造过程并做出智能决策，将决策结果在反馈
3、到物理空间，并对制造资源、服务进行优化控制，实现制造系统的优化运行。4)智能自主：通过将专家知识、人工智能与制造过程集成，进而实现制造资源智能化和制造服务智能化。5)开放共享:分散经营的社会化制造方式正在逐步取代集中经营的传统制造方式，制造服务打破了企业边界，实现了制造的资源社会化开放共享。2022-5-145智能制造基本概念p 智能制造是以智能技术为指导的先进制造，包括智能化、网络化、数字化和自动化为特征的先进制造技术的应用，涉及制造过程中的设计、工艺、装备（结构设计和优化、控制、软件、集成）和管理。智能制造核心是制造，本质是先进制造，基础是数字化，趋势是（人工）智能，灵魂和难点是工艺，载体
4、（外在表现形式）是智能装备，精神表现形式（内在表现形式）是软件。p 先进制造并不等同于智能制造，先进制造包括两方面的概念：先进产品的制造，以及先进的、基于信息通信技术的生产过程。而智能制造则主要指的是后者。p 智能制造并不是单一技术和因素组成的：智能制造必须包括产品从设计(包括能量利用以及操作方面的构思)到产品系统运行效率，再到产品应用的智能程度和可持续性等整个产品生命周期中的连续过程的优化。2022-5-146智能制造技术特征p 智能制造技术体系结构2022-5-147智能制造体系框架智能制造体系框架(来源于工业来源于工业4.0 参考模型参考模型)智能制造技术特征p 智能制造技术特征 无人化
5、制造无人化制造: :工业机器人、机械手臂等智能设备的广泛应用，使工厂无人化制造成为可能。 基于大数据分析的生产决策基于大数据分析的生产决策: :智能制造背景下， 信息技术渗透到了制造业的各个环节，条形码、二维码、RFID、工业传感器、工业自动控制系统、工业物联网、ERP及CAD/CAM/CAE/CAI等技术广泛应用，数据也日益丰富。 生产设备网络化生产设备网络化: :借助物联网， 通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。 绿色制造绿色制造: :无纸化生产是智能制造的构建绿色制造体系，建
6、设绿色工厂，实现生产洁净化、废物资源化、能源低碳化，是我国“智能制造”的重要战略之一。 生产过程透明化生产过程透明化: :推进制造过程智能化，通过建设智能工厂，促进制造工艺的仿真优化、数字化控制、状态信息实时监测和自适应控制，进而实现整个过程的智能管控。2022-5-148智能制造技术特征p 智能制造发展趋势 智慧制造智慧制造: :智慧制造旨在通过物联网、人际网、互联网等网络的融合来对现有的制造模式（例如云制造、物联制造等）的思想与理念进行整合、延伸以及拓展，从而形成一种兼容性较高的制造模式，能够最大程度上满足智能制造的发展需求。 数字孪生数字孪生: :数字孪生是指充分利用物理模型、传感器、运
7、行历史等数据，集成多学科、多尺度的仿真过程，它作为虚拟空间中对实体产品的镜像，反映了相对应物理实体产品的全生命周期过程。数字孪生作为产品制造整个生命周期中连接信息世界与物理世界的重要桥梁，可以为制造业的智能化生产提供新思路和新方法。 生命周期大数据生命周期大数据: :智能制造产生的数据呈现爆发式的增长，这对制造企业来说，既是机遇亦是挑战。制造企业从大量的数据当中能够挖掘出丰富的资料与知识，可以进一步增强企业洞察商机的能力，有助于促进企业的长效发展，提高产品生产的效率和质量 2022-5-149智能制造关键技术2022-5-14102 2 智能制造系统智能制造系统2022-5-1411主主要要内
8、内容容2022-5-1412u 智能制造系统通过生命周期、系统层级和智能功能三个维度构建完成。u 从系统的功能角度，智能制造系统可以看作若干复杂相关子系统的一个整体集成，包括产品全生命周期管理（PLM）系统、制造执行系统（MES）、过程控制系统（PCS）、企业资源计划（ERP）及将各子系统无缝衔接起来的信息物理系统（CPS）等。2022-5-14132.1 2.1 智能制造系统智能制造系统架构架构2022-5-14142.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.1 PLM 2.2.1 PLM 概述概述 产品全生命周期管理 (Product Lifecycle Manag
9、ement, PLM) 系统是智能制造系统的一个重要组成部分。它对产品从需求提出至被淘汰回收的整个过程进行严格的流程控制管理，是对产品生命周期中全部组织、管理行为的综合与优化，包括产品需求分析、产品计划、概念设计、产品设计、数字化仿真、工艺准备、 工艺规划、生产测试和质量控制、销售与分销、使用与维修及报废与回收等主要阶段。2022-5-14152.2 产品全生命周期管理系统u PLM是一种先进的企业信息化思想，是企业在激烈的市场竞争中降低成本、增加收入、加快产品上市的最有效的手段之一。u PLM是当代企业面向客户和市场，快速重组产品每个生命周期中的组织结构、业务过程和资源配置，从而使企业实现整
10、体利益最大化的先进管理理念。u PLM将先进的管理理念和一流的信息技术有机地融入现代企业的工业和商业运作中，从而使企业在数字经济时代能够有效地调整经营手段和管理方式，以发挥企业前所未有的竞争优势。u PLM主要由三大类软件系统组成：CAX软件、cPDM软件和相关的咨询服务软件系统。2022-5-14162.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.2 PLM 2.2.2 PLM 的发展历程的发展历程uPLM 作为一个概念，出现的历史很悠久。但是，直到最近几年，才开始彰显它强大的生命力。uPLM并非单纯的企业单一功能应用产品。uPLM形成了涵盖从规划到具体的支持解决方案的流
11、程体系。这一体系覆盖整个企业部门及供应链。u2008年，Dassault公司率先提出了PLM2. 0的概念，并给出了以社会社区方式来实现PLM的具体手段方法。PLM2. 0是基于Web2. 0的PLM领域应用软件。uPLM领域的著名公司有PTC、Dassault、SIEMENS PLM、Autodesk等。2022-5-14172.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.3 2.2.3 PLMPLM与与PDMPDM的的区别区别uPLM有效涵盖了PDM的核心内容,使得PDM成为了PLM的一个子集。但是,PLM还能够完成对产品生命周期各层级供应链信息的有效整合利用,从而更加
12、高效。u由于PLM与PDM的继承关系，各大PLM厂商所推出的相关系列产品不会让客户感到面目一新，往往能从中发现PDM的影子。u一些ERP厂商基于ERP系统的特点需求，提出了独具特色的PLM解决方案，进而在这一广大市场中占据了一席之地。u仅仅将PDM、CAD、数字化装配与某个ERP、SCM系统连接起来，并以Web技术支持其流程运作，是无法实现PLM系统功能的。2022-5-14182.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.4 2.2.4 PLM PLM 的主要功用的主要功用u根据Aberdeen公司的预测，全球PLM市场的年增长率高达10. 9%。在可以预期的将来，其市
13、场需求量超过ERP系统是主流趋势。u此外，根据Aberdeen公司的分析报告，实施了PLM以后的企业，原材料成本可节省5%-10% ,库存流转率可提高20%-40%，开发成本可降低10%-20%，市场投放时间减少15%-50%，质保费用降低15%-20%，制造成本降低10%，生产率提高25%-60%。2022-5-14192.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.5 2.2.5 PLM PLM 的建立方法的建立方法1 基于企业资源规划基于企业资源规划PLM系统系统（1）物料需求规划与产品数据管理（MRP and PDM）（2）人力资源与项目管理(HR and proj
14、ect management)（3）采购与项目管理(purchasing and project management)（4）财务与项目管理(financials and program management)（5）生产管理与工程(production management and engineering)2022-5-14202.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2 2 以供应链管理为出发点组成以供应链管理为出发点组成PLMPLM系统系统（1）供应链规划与产品数据管理(supply chain planning and PDM)（2）生产规划与项目管理(producti
15、on planning and program management)（3）资源获取与产品数据管理(resource acquisition and PDM)（4）资源获取与协同产品设计(resource acquisition and collaborative product design)（5）需求预测与产品组合管理（demand forecasting and portfolio management）2022-5-14212.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统3 3 以客户关系管理为出发点组成以客户关系管理为出发点组成PLMPLM系统系统（1）市场分析与产品组合
16、管理（marketing analytics and portfolio management）（2）客户服务与产品数据管理（customer service and PDM)（3）销售预测与项目管理(sales forecasting and program management)（4）客户关系管理与客户需求管理(CRM and customer demand management)（5）知识管理与产品组合管理(knowledge management and portfolio management)2022-5-14222.2 2.2 产品产品全生命周期管理系统全生命周期管理系统2.2.
17、6 2.2.6 PLM PLM 的发展的发展趋势趋势1）定制化的解决方案2）高效多层次协同应用3）多周期产品数据管理4）知识共享与应用管理5）数字化仿真应用普及2022-5-14232.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.1 ERP2.3.1 ERP概述概述u企业资源计划（ERP，enterprise resource planning），通过科学、精准及系统化的管理方法，为企业及员工制定科学有效的具体决策执行方法。这其中，智能信息化技术是它的物质基础。uERP系统是现代所有企业采用的标准信息管理运作模式。它可以保证企业更加高效地根据市场配置资源，从而提高财富创造的效
18、率，进而为企业在全面智能制造时代的深度发展奠定基础。u可以从管理思想、软件产品、管理系统三个层次定义ERP，不同层次侧重不同。2022-5-14242.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.1 ERP2.3.1 ERP概述概述1 1 管理思想层次管理思想层次（1）管理整个供应链资源（2）精准服务精益生产、同步工程和敏捷制造（3）保证事先计划与事中控制形成精准闭环反馈2 2 软件产品层次软件产品层次3 3 管理系统层次管理系统层次2022-5-14252.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.2 2.3.2 ERP ERP 历史发展历史发展1 1）
19、2020世纪世纪6060年代的年代的MRPMRP系统系统2 2）2020世纪世纪7070年代的闭环年代的闭环MRPMRP系统系统3 3）2020世纪世纪8080年代的年代的MRPIIMRPII系统系统4 4）2020世纪世纪9090年代的年代的ERPERP系统系统2022-5-14262.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.3 ERP 2.3.3 ERP 系统分类系统分类1 1 按功能分类按功能分类（1）通用型ERP系统（2）专业ERP系统2 2 按所采按所采用的技术架构分类的技术架构分类（1）C/S架构ERP系统C/S构架即Client/Server(客户/服务器)
20、架构。该架构需要使用高性能计算机、工作站或小型机，客户端需要安装专用的客户端软件。（2）B/S架构ERP系统B/S架构即Browser/Server(浏览器/服务器)架构。2022-5-14272.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.3 ERP 2.3.3 ERP 系统分类系统分类1 1 按功能分类按功能分类（1）通用型ERP系统（2）专业ERP系统2 2 按所采按所采用的技术架构分类的技术架构分类（1）C/S架构ERP系统C/S构架即Client/Server(客户/服务器)架构。该架构需要使用高性能计算机、工作站或小型机，客户端需要安装专用的客户端软件。（2）B/
21、S架构ERP系统B/S架构即Browser/Server(浏览器/服务器)架构。2022-5-14282.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.4 2.3.4 ERPERP企业应用企业应用具体的问题如下:u利益矛盾导致项目难以有效推进；u风险承担意识不统一，往往难以做出符合市场需求的最优的市场决策；u企业需求的定义和描述往往受制于管理人员的思维定式和具体的企业条件，往往难以发现企业面临的关键问题;u管理者缺乏某些项目经验，导致ERP系统管理方法的分析建模不能反映项目的真实需求。为解决以上问题，需要专业的ERP咨询公司来起到桥梁纽带作用。2022-5-14292.3 2.
22、3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.5 2.3.5 ERP ERP 系统带来的效益系统带来的效益据美国生产与库存控制学会(APICS)资料显示，MRP II /ERP系统能产生以下经济效益：u库存减少30%-50%；u延期交货情况减少80%；u采购提前期缩短50%；u停工待料情况减少60%；u制造成本降低12%；u管理人员减少10%的同时生产能力提高10%-15%。2022-5-14302.3 2.3 企业资源计划（企业资源计划（ERPERP）2.3.6 2.3.6 ERP ERP 平台式软件平台式软件ERP平台式软件基于现有ERP开发平台，通过调整平台系统的具体参数设置，可
23、以达到快速、精准、高效地制定符合企业特色需求的ERP管理系统的目的。ERP平台式软件具有以下特点。1 1）功能搭建工作可快速完成）功能搭建工作可快速完成2 2）全面和一体化的应用开放式平台）全面和一体化的应用开放式平台3 3）协同商务）协同商务4 4）灵活的调整机制）灵活的调整机制5 5）管理软件完全受企业掌控）管理软件完全受企业掌控6 6）无须代码）无须代码开发开发2022-5-14312.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.1 2.4.1 MESMES的产生与的产生与定义定义u美国先进制造研究中心AMR将MES定义为:“MES是位于上层计划管理系统与底层过程控制系统之间
24、的面向车间层的管理信息系统，它为生产操作人员和企业管理人员提供计划的执行、跟踪以及所有资源(人，设备、物料、客户需求等)的当前状态”。u国际制造执行系统协会MESA对MES也给出了较为详细的定义：MES 能够通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。当生产车间发生实时事件时，MES 能够对此做出及时的反应和报告，并用当前的准确数据进行处理和指导。通过对状态变化的迅速响应使MES减少企业内部无附加值的活动，有效指导生产车间的生产运作过程。2022-5-14322.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.1 2.4.1 MESMES的产生与的产生与定义定义从ME
25、S的定义可看出，MES 具有如下三个显著特征。1）优化车间生产过程。MES是对整个生产车间制造过程的优化，而不是单一地解决某个生产的瓶颈问题。2）收集生产过程数据。MES必须提供实时收集生产过程数据的功能，并做出相应的分析和处理。3）MES是联接企业计划与车间控制层的桥梁。MES需要与企业计划层和车间生产控制层进行信息交互，通过连续的企业信息流实现企业信息的集成。2022-5-14332.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.2 MES2.4.2 MES的角色的角色作用作用u传统的企业信息管理是按照企业现有的物理层次进行划分和配置的，一般为五层模型结构。uMES概念出现后，M
26、ESA提出了一种扁平化的三层企业结构模型。2022-5-14342.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）u在上述三层企业模型中，计划层是面向整个企业，以整个企业范围内的资源优化为目标，负责企业的生产计划管理、财务管理和人力资源管理等任务。u控制层是指车间生产过程自动化系统，利用基础自动化装置与系统，如PLC、DCS或现场总线控制系统对生产设备进行自动控制，对生产过程进行实时监控，采用先进的控制技术实现生产过程的优化控制。u而制造执行层位于计划层与控制层中间，在两者之间架起了一座桥梁，填补了两者之间的空隙。2022-5-14352.4 2.4 制造制造执行执行系统系统（MES）202
27、2-5-14362.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.3 MES2.4.3 MES的功能的功能模块模块（1）资源分配和状态管理（Resource Allocation and Status）（2）工序详细调度（Operations Detail Scheduling）（3）生产单元分配（Dispatching Production Units）（4）文档控制（Document Control）（5）数据采集（Data Collection/ Acquisition）（6）人力资源管理（Labor Management）（7）质量管理（Quality Management）
28、（8）过程管理（Process Management）（9）维护管理（Maintenance Management）（10）产品跟踪和产品清单管理（Product Tracking and Genealogy）（11）性能分析( Performance Analysis) 2022-5-14372.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.4 MES2.4.4 MES与其他信息系统的关系与其他信息系统的关系MES是面向车间范围的信息管理系统，在其外部通常有企业资源计划ERP、供应链管理SCM、销售和服务管理SSM、产品和工艺设计系统P&PE、过程控制系统PCS等面向制造企业的几个
29、主流的信息系统。ERP包括财务、订单管理、生产和物料计划管理以及其他管理功能。SCM包括预测、配送和后勤、运输管理、电子商务和先进计划系统。SSM包括销售力自动化、产品配置、服务报价、产品召回等。P&PE包括CAD/CAM、工艺建模、产品数据管理PDM等。PCS包括 DCS、PLC、DNC、SCADA等设备控制以及产品制造的过程控制。2022-5-14382.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.4 MES2.4.4 MES与其他信息系统的关系与其他信息系统的关系uMES作为车间范围的信息系统，是生产制造系统的核心，它与其他信息系统有着紧密的联系，负有向其他信息系统提供有关生
30、产现场数据的职能。u同时，MES也需要从其他子系统得到相关的数据。uMES与其他信息系统也有交叉和重叠。2022-5-14392.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）2.4.5 2.4.5 ERP/MES/PCSERP/MES/PCS的信息的信息集成集成uMES的主要功能是将企业信息管理系统（ERP）和底层的过程控制系统（PCS)）衔接起来，形成从数字化生产设备到企业上层的计划管理系统（ERP）的信息集成。u在企业三层管理模式下，以ERP为企业上层的信息管理系统，担负有企业生产经营计划、物流管理、财务管理以及人力资源管理等管理任务；车间底层的过程控制系统（PCS）担负了生产设备及生
31、产过程的控制； MES 作为计划管理层与生产控制层之间的桥梁，既承担有分解细化管理层计划任务，下传生产控制指令，调度现场资源，又担负有向计划管理系统提供有关生产现场数据的职能。2022-5-14402.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MESMES）2.4.5 2.4.5 ERP/MES/PCSERP/MES/PCS的信息的信息集成集成图2-4 ERP/MES/PCS三者间信息流模型2022-5-14412.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MESMES）2.4.6 2.4.6 MESMES的发展趋势的发展趋势1 1 . .MESMES朝着新一代朝着新一代MESMES的方向的方向发
32、展发展（1）新一代MES具有开放式、 客户化、可配置、可伸缩等特性，支持网络化功能。（2）新型MES的集成范围更为广泛。（3）新一代的MES应具有更精确的过程状态跟踪和更完整的数据记录功能，并具有多源信息的融合及复杂信息的处理与快速决策能力。（4）新一代MES支持生产同步性和网络化协同制造。2 2. .MES MES 成为智能工厂的核心成为智能工厂的核心3.MES3.MES成为实现精益生产的关键环节成为实现精益生产的关键环节2022-5-14422.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MES）生产制造、供应链、工程技术生产是工厂所有活动的核心，MES是智能工厂三个维度的交叉点和关键点图2-
33、5 MES是智能工厂的核心2022-5-14432.4 2.4 制造执行系统（制造执行系统（MESMES）图2-6 精益生产的实现2022-5-14442.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）信息物理系统（Cyber Physical System，CPS）是物联网的升级和发展，CPS中所有的网络节点、计算、通信模块和人自身都是系统中的一分子。图2-7信息物理系统平台2022-5-14452.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）2.5.1 CPS2.5.1 CPS定义定义u 信息物理系统是将虚拟世界与物理资源紧密结合与协调的产物。它强调物理世界与感知世界的交互，能自主感
34、知物理世界状态、自主连接信息与物理世界对象、形成控制策略，实现虚拟信息世界和实际物理世界的互联、互感及高度协同。u 信息物理系统是融合了计算、通信与控制技术的智能化系统。图2-8 3C技术示意图2022-5-14462.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）2.5.2 2.5.2 CPSCPS结构体系结构体系CPS体系结构的一般形式如图2-9所示，2022-5-14472.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）2.5.3 2.5.3 CPSCPS特征特征1 1）全局虚拟性、局部物理性）全局虚拟性、局部物理性2 2）深度嵌入性）深度嵌入性3 3）事件驱动性）事件驱动性4 4）
35、以数据为中心）以数据为中心5 5）时间关键性）时间关键性6 6）安全关键性）安全关键性7 7）异构性）异构性8 8）高可信赖性）高可信赖性9 9）高度自主性）高度自主性1010）领域）领域相关性相关性2022-5-14482.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）2.5.4 2.5.4 CPSCPS机遇与挑战机遇与挑战u CPS的应用，小到智能家居等家用级系统，大到工业控制系统、智能交通系统等国家级、世界级系统，其市场规模难以估量。更重要的是，CPS广泛应用的目标不仅仅是要简单地将诸如家电等产品连在一起，还要催生出众多具有计算、 通信、控制、协同和自治性能的设备。u 下一代工业将建立
36、在CPS之上。CPS不仅会催生出新的工业，甚至会重新调配现有产业布局。u CPS 既昭示着无限前景，也带来了极大的挑战，这些挑战很大程度上来自控制与计算之间的差异。2022-5-14492.5 2.5 信息信息物理系统（物理系统（CPS）2.5.5 2.5.5 CPSCPS与智能制造与智能制造CPS对智能制造系统具有非常重要的意义。1 1）让地球互联）让地球互联CPS的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能。2 2）涵盖物联网）涵盖物联网CPS的出现，使得物联网的定义和概念明确起来，相对于将物与物相连的物联网技术，CPS要求
37、接入网络的设备具备更加精确和复杂的计算能力。总之，CPS可以促使虚拟网络与实体物理系统互相整合。2022-5-1450本本章章小小结结2022-5-14513 智能制造工艺2022-5-1452主要内容主要内容2022-5-1453经典制造工艺简述经典制造工艺简述经典制造工艺是指常规机械制造领域中使用的一般制造工艺。这些工艺都是经过长期的生产实践形成的基本制造工艺，主要包括车削、铣削、钻削、镗削、刨削及磨削。2022-5-1454特种加工特种加工 2022-5-1455n 解决各种难切削材料的加工问题 如硬质合金、钦合金、耐热钢、不锈钢、淬硬钢、金刚石、宝石、石英以及钨、硅等各种高硬度、高强度
38、、高韧性、高脆性的金属及非金属材料的加工。n 解决各种特殊复杂表面的加工问题 如喷气涡轮机叶片、整体涡轮、冷拔模上特殊断面的型孔炮管内膛线，喷油嘴喷丝头上的小孔、窄缝等的加工。n 解决各种超精、光整或具有特殊要求的零件的加工问题 如对表面质量和精度要求很高的航天航空陀螺仪、伺服阀，以及细长轴、薄壁零件、弹性元件等低刚度零件的加工。2022-5-1456特种加工特种加工 n 特种加工的特点利用能源：电能、电化学能、光能及声能等；工具材料：硬度可以比工件材料的硬度低；切削力：加工时一般没有明显的切削力；切削速度：加工去除工件材料速度比切削加工低。n 机械切削加工的本质和特点： 一是靠刀具材料比工件
39、更硬，二是靠机械能把工件上多余的材料切除。特种加工特种加工 2022-5-1457（一）电火花加工基本原理特点及应用电火花加工又称放电加工、电蚀加工，是一种基于工具和工件之间不断脉冲放电产生的局部、瞬时的高温将金属蚀除掉的加工方法 。2022-5-1458电火花电火花加工加工 （一）电火花加工基本原理特点及应用 1.基本原理当脉冲电压加到两极之间，便在当时条件下某一间隙最小处或绝缘强度最低处击穿介质，产生火花放电，瞬时高温使工具和工件表面都蚀除掉一小部分金属，形成一个小凹坑 。2022-5-1459电火花电火花加工加工 （一）电火花加工基本原理特点及应用 2. 电火花加工条件工具电极和工件电极
40、之间必须始终保持一定的放电间隙，这一间隙随加工条件而定，通常约为几微米至几百微米；火花放电必须是瞬时的脉冲性放电，放电延续一段时间（一般为10-710-3s）后，需停歇一段时间 ；火花放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 。2022-5-1460电火花电火花加工加工 （一）电火花加工基本原理特点及应用 3.电火花加工的过程电火花腐蚀是一个物理微观过程，是电场力、磁力、热力、液体动力、电化学和胶体化学等综合作用的过程；这一过程大致分为四个连续的阶段：极间介质的电离、击穿，形成放电通道；介质热分解、电极材料熔化、气化热膨胀；电极材料的抛出。2022-5-1461电火花电火花加工加工 （一）电火
41、花加工基本原理特点及应用 4. 电火花加工特点n 优点：适合于任何难切削材料的加工； 可以加工特殊及复杂形状的零件；没有机械切削力，工件不会产生受力变形；加工表面微观形貌圆滑、无刀痕沟纹等缺陷；工艺适应面宽、灵活性大，可与其他工艺结合；直接利用电能加工，便于实现自动化控制 。n 局限性：加工速度较慢；存在电极损耗和二次放电；主要加工金属等导电材料；放电必须在有一定绝缘性能的液体介质中进行 。2022-5-1462电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法电火花成型；电火花线切割；电火花高速小孔加工；其他工艺：电火花表面强化与刻字；电火花磨削与镗削；电火花同步共轭回转加工等。2022-5-1
42、463电火花加工（电火花加工（EDMEDM）电火花加工（电火花加工（EDMEDM）（二）电火花加工工艺方法 1. 电火花成型加工工作原理：利用工具电极的不断进给，靠脉冲火花放电，将工具的形状逐渐复制在工件上。2022-5-1464电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法 1. 电火花成型加工n穿孔加工：电火花成型加工能够加工各种小孔(0.11 mm) 、型孔( 如圆孔、方孔、多边形孔、异形孔等）。2022-5-1465电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法 1. 电火花成型加工型腔加工：电火花成型加工能够加工锻模、压铸模、塑料模等型腔以及整体叶轮、叶片等曲面零件。2022-5-1
43、466电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法2. 电火花线切割工作原理：利用移动的细金属导线（钼丝或铜丝）作电极，靠脉冲火花放电对工件进行切割。 2022-5-1467储丝筒储丝筒导轮导轮电极丝电极丝工件工件电火花线切割原理图电火花线切割原理图XY电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法2. 电火花线切割加工设备：高速走丝电火花线切割机床 低速走丝电火花线切割机床 2022-5-1468电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法2. 电火花线切割特点：由于电极丝比较细，可以加工微细异形孔、窄缝和复杂形状的工件；由于采用移动的长电极丝进行加工，单位长度电极丝的损耗少，从而对加工
44、精度的影响较小；采用水或水基工作液不会引燃起火，容易实现安全无人运转； 在实体部分开始切割时，需加工穿丝用的预孔。 2022-5-1469电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法2. 电火花线切割穿丝孔：n 穿丝孔直径大小的选择，应便于钻孔或镗孔加工，不宜过大或过小，一般在3-10mm范围内选择，并取整数直径。n 由于穿丝孔常用作加工基准，因此，穿丝孔的加工一般在具有较高精度的机床上进行，也可采用电火花穿孔，以保证穿丝孔的位置、尺寸精度。2022-5-1470电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法2. 电火花线切割 应用范围 ：加工各类模具；各类材料的切断；试制新产品；加工薄片零
45、件、特殊难加工材料零件；加工电火花成型加工用的电极。2022-5-1471电火花加工（电火花加工（EDMEDM）电火花电火花加工加工 （二）电火花加工工艺方法（二）电火花加工工艺方法3. 3. 电火花高速小孔加工电火花高速小孔加工n管状电极回转并沿轴向进管状电极回转并沿轴向进给，给，1 15MPa5MPa高压工作液高压工作液（去离子水、乳化液等）（去离子水、乳化液等）排屑排屑, ,加工速度达加工速度达60mm/min60mm/min左右，孔深径比可超过左右，孔深径比可超过100100。电火花电火花加工加工 2022-5-1472在阴、阳电极表面发生得失电子的化学反应称之为电化学反应 。利用这种
46、电化学作用对金属进行加工（包括电解和镀覆）的方法即电化学加工（electrochemical machining ） 。2022-5-1473电解加工电解加工（一）基本原理n 利用电极在电解液中发生的电化学作用对金属材料进行成形加工的一种工艺 。n 当两金属片接上电源并插入任何导电的溶液（如水中加入少许CuCl2）中，即形成通路，导线和溶液中均有电流流过 。n 如果所接的是直流电源，则溶液中的离子将作定向移动，正离子移向阴极，在阴极上得到正离子而进行还原反应。负离子移向阳极，在阳极表面失掉正离子而进行氧化反应 。2022-5-1474电解加工电解加工（一）基本原理利用金属在电解液中的电化学阳极
47、溶解将工件加工成形。加工开始时，阴极与阳极之间距离越近的地方通过的电流密度越大，电解液的流速越高，阳极溶解的速度也越快。阴极工具不断向工件进给，阳极工件表面不断被电解，直至工件表面形状与阴极工作表面形状相似为止.2022-5-1475电解加工电解加工（二）电解加工的分类n 利用阳极金属的溶解作用去除金属材料： 主要有电解加工、电解抛光、电解研磨、电解倒棱、电解去毛刺等 。n 利用阴极金属的沉积作用进行镀覆加工： 主要有电铸、电镀、电刷镀、涂镀、复合电镀等 ；n 电解加工与其他加工方法结合完成的电化学复合加工：主要有电解磨削、电解电火花复合加工、电化学阳极机械加工等。 2022-5-1476 电
48、解加工电解加工（二）电解加工的特点 优点：适应范围广：凡是能够导电的材料都可以加工，并且不受材料力学性能的限制； 加工质量高：在加工过程中没有机械切削力的存在，工件表面无变质层、无残余应力，也无毛刺及棱角；可以达到较好的表面粗糙度和0.1mm左右的平均加工精度；生产效率高：加工过程不需要划分阶段，可以同时进行大面积加工； 阴极工具在理论上不会耗损。2022-5-1477电解加工电解加工（二）电解加工的特点 局限性：不易达到较高的加工精度，加工稳定性也较差；附属设备多，占地面积大，机床要抗腐蚀，造价高；加工复杂型腔和型面时，工具电极的设计和修正比较麻烦；电解产物易造成环境污染。2022-5-14
49、78电解加工电解加工（三）电解加工的应用 选用电解加工工艺的三原则 ：用于难加工材料； 用于相对复杂形状的零件； 用于加工批量大的零件； 2022-5-1479电解加工电解加工电解加工（三）电解加工的应用 深孔扩孔加工；型孔加工，型腔加工；套料加工；叶片加工；电解抛光，电解倒棱去毛刺；电解蚀刻；数控电解加工；2022-5-1480电解整体叶轮电解整体叶轮齿轮电解去毛刺齿轮电解去毛刺电解加工电解加工（三）电化学机械复合加工 1.基本原理由电化学阳极溶解作用和机械加工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术 ；主要是靠电化学的作用来去除金属，机械作用只是为了更好地加速这一过程 ；包括电解磨
50、削、电解珩磨、电解研磨、电化学机械抛光、电化学机械加工等加工工艺 。2022-5-1481电解加工电解加工（三）电化学机械复合加工 2.电解磨削 中极法电解磨削：附加一个中间电极，工件接正极，砂轮不导电，只起刮除钝化膜的作用，电解作用在中间电极和工件之间进行，从而大大增加导电面积由电化学阳极溶解作用和机械加工作用结合起来对金属工件表面进行加工的复合工艺技术；2022-5-1482中极法电解磨削中极法电解磨削 电解加工电解加工（三）电化学机械复合加工 2.电解磨削 电解珩磨：对于高硬、脆性、韧性材料的内孔、深孔、薄壁套筒，可以采用电解珩磨工艺方法，进行珩磨或抛光。 2022-5-1483电解加工
