1、机械制造及自动化系机械制造及自动化系 一、先进制造技术的发展背景 由于现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电由于现代科学技术的迅猛发展，机械工业、电子工业、航空航天工业、化学工业等，尤其是国子工业、航空航天工业、化学工业等，尤其是国防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、防工业部门，要求尖端科学技术产品向高精度、高速度、大功率、小型化发展，以及在高温、高高速度、大功率、小型化发展，以及在高温、高压、重载荷或腐蚀环境下长期有效的工作。压、重载荷或腐蚀环境下长期有效的工作。机械制造中即待解决的问题解决各种难切削材料的加工问题解决各种难切削材料的加工问题解决各种特殊复杂型面的加工问题解决各种特殊复杂
2、型面的加工问题解决各种超精密、光整零件的加工问题解决各种超精密、光整零件的加工问题特殊零件的加工问题特殊零件的加工问题 要解决上述一系列问题，仅仅依靠传统的切要解决上述一系列问题，仅仅依靠传统的切削方法很难实现，有些根本无法实现。在生产削方法很难实现，有些根本无法实现。在生产的迫切需求下，人们不断研究和探索新的加工的迫切需求下，人们不断研究和探索新的加工方法和手段。方法和手段。目前，先进制造技术已经是一个国家经济发目前，先进制造技术已经是一个国家经济发展的重要手段之一，许多发达国家都十分重视展的重要手段之一，许多发达国家都十分重视先进制造技术的水平和发展，利用它进行产品先进制造技术的水平和发展
3、，利用它进行产品革新、扩大生产和提高国家经济竞争能力。革新、扩大生产和提高国家经济竞争能力。二、先进制造技术主要内容数控技术数控技术并行技术并行技术快速成形技术快速成形技术虚拟技术虚拟技术激光加工技术激光加工技术绿色加工技术绿色加工技术1、数控技术高速，高精度技术高速，高精度技术5轴联动及复合加工机床轴联动及复合加工机床柔性制造技术柔性制造技术智能化、开放式、网络化数控技术智能化、开放式、网络化数控技术 1。高速、高精加工技术 效率、质量是效率、质量是先进制造技术先进制造技术的主体。高速、高精加工技的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产术可极大地提高效率，提
4、高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此周期和提高市场竞争能力。为此日本日本先端技术研究会将其先端技术研究会将其列为列为5大现代制造技术之一，国际生产大现代制造技术之一，国际生产工程学工程学会（会（CIRP）将其确定为将其确定为21世纪的中心研究方向之一。世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是万辆的生产节拍是40秒秒/辆，辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，
5、材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料大型整体铝合金坯料“掏空掏空”的方法来制造机翼、机身等的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉螺钉和其他联和其他联结方式拼装，使构件的结方式拼装，使构件的强度强度、刚度和可靠性得到提高。这、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。9、我们的市场行为主要
6、的导向因素，第一个是市场需求的导向，第二个是技术进步的导向，第三大导向是竞争对手的行为导向。22.11.1022.11.10Thursday,November 10,202210、市场销售中最重要的字就是“问”。8:06:098:06:098:0611/10/2022 8:06:09 AM11、现今，每个人都在谈论着创意，坦白讲，我害怕我们会假创意之名犯下一切过失。22.11.108:06:098:06Nov-2210-Nov-2212、在购买时，你可以用任何语言；但在销售时，你必须使用购买者的语言。8:06:098:06:098:06Thursday,November 10,202213、H
7、e who seize the right moment,is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成。22.11.1022.11.108:06:098:06:09November 10,202214、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2022年11月10日星期四上午8时6分9秒8:06:0922.11.1015、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2022年11月上午8时6分22.11.108:06November 10,202216、我总是站在顾客的角度看待即将推出的产品或服务，因为我就是顾客。2022年11月10
8、日星期四8时06分9秒8:06:0910 November 202217、利人为利已的根基，市场营销上老是为自己着想，而不顾及到他人，他人也不会顾及你。上午8时6分9秒上午8时6分8:06:0922.11.10从从EMO2001展会情况来看，展会情况来看，高速加工中心高速加工中心进给速度进给速度可达可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的的上海通用汽车公司上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。的生产线部分替代组合机床
9、。美国美国CINCINNATI公司公司的的HyperMach机床进给速度最大达机床进给速度最大达60m/min，快速，快速为为100m/min，加速度达，加速度达2g，主轴转速已达，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床，在普通铣床加工需加工需8h；德国德国DMG公司的双主轴公司的双主轴车床车床的主轴速度及的主轴速度及加速度分别达加速度分别达12*1000r/mm和和1g。在加工精度方面，近在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的年来，普通级数控机床的加
10、工精度已由加工精度已由10m提高到提高到5m，精密级加工中心则，精密级加工中心则从从35m，提高到，提高到11.5m，并且超精密加工精度，并且超精密加工精度已开始进入纳米级已开始进入纳米级(0.01m)。2。五轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，也大幅度提高。一般认为，1台台5轴联动机床的效率轴联动机床的效率可以等于可以等于2台台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料
11、铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴轴联动加工可比联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过轴联动加工发挥更高的效益。但过去因去因5轴联动轴联动数控系统数控系统、主机结构复杂等原因，其、主机结构复杂等原因，其价格要比价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了术难度较大，制约了5轴联动机床的发展轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩
12、小。因成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加轴联动机床和复合加工机床（含工机床（含5面加工机床）的发展。在面加工机床）的发展。在EMO2001展会上，新日本工机的展会上，新日本工机的5面加工机床面加工机床采用复合主轴头，可实现采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得任意角度的加工，使得5面加工和面加工和5轴加工可在同轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国工。德国DMG公司展出公司展出DMUVoution系列加工系列加工中心
13、，可在一次装夹下中心，可在一次装夹下5面加工和面加工和5轴联动加工，轴联动加工，可由可由CNC系统控制或系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。直接或间接控制。2、并行技术并联机床 并联机床是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机并联机床是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。本文技术高度结合的高科技产品。本文介绍了它的特点和研究现状，并总结出了并联机床的八个介绍了它的特点和研究现状，并总结出了并联机床的八个研究方向。研究方向。并联机床并联机床(Parallel Machine Tools)，又称并联结构，又称并联结构机床机床(Par
14、allel Structured Machine Tools)、虚拟轴机床、虚拟轴机床(Virtual Axis Machine Tools)，也曾被称为六条腿机床、，也曾被称为六条腿机床、六足虫六足虫(Hexapods)。并联机床是基于空间并联机构。并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理开发的，是近年才出现的一种平台原理开发的，是近年才出现的一种新概念机新概念机床床，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构，它是并联机器人机构与机床结合的产物，是空间机构学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和学、机械制造、数控技术、计算机软硬技术和CAD/CAM技术高度结合的高科技产品。它克
15、服了传统机床串联机构技术高度结合的高科技产品。它克服了传统机床串联机构刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，可实现多坐标联动数工灵活性和机动性不够等固有缺陷，可实现多坐标联动数控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的控加工、装配和测量多种功能，更能满足复杂特种零件的加工。自其加工。自其1994年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉年在美国芝加哥机床展上首次面世即被誉为是为是“21世纪的机床世纪的机床”，成为机床家族中最有生命力的新，成为机床家族中最有生命力的新成员。成员。并联机床的特点整体而言
16、，传统的串联机构机床，是属于数学简单而机构整体而言，传统的串联机构机床，是属于数学简单而机构复杂的机床，而相对的，并联机构机床则机构简单而数学复复杂的机床，而相对的，并联机构机床则机构简单而数学复杂，整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算，因此虚拟杂，整个平台的运动牵涉到相当庞大的数学运算，因此虚拟轴并联机床是一种知识密集型机构。这种新型机床完全打破轴并联机床是一种知识密集型机构。这种新型机床完全打破了传统机床结构的概念，抛弃了固定导轨的刀具导向方式，了传统机床结构的概念，抛弃了固定导轨的刀具导向方式，采用了多杆并联机构驱动，大大提高了机床的刚度，使加工采用了多杆并联机构驱动，大大提高了机床的
17、刚度，使加工精度和加工质量都有较大的改进。另外，由于其进给速度的精度和加工质量都有较大的改进。另外，由于其进给速度的提高，从而使高速、超高速加工更容易实现。由于这种机床提高，从而使高速、超高速加工更容易实现。由于这种机床具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机具有高刚度、高承载能力、高速度、高精度以及重量轻、机械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点，在许多领械结构简单、制造成本低、标准化程度高等优点，在许多领域都得到了成功的应用，因此受到学术界的广泛关注。由并域都得到了成功的应用，因此受到学术界的广泛关注。由并联、串联同时组成的混联式数控机床，不但具有并联机床的联、串联同时组成
18、的混联式数控机床，不但具有并联机床的优点，而且在使用上更具实用价值。优点，而且在使用上更具实用价值。随着高速切削的不断发展，传统串联式机构构造平台的随着高速切削的不断发展，传统串联式机构构造平台的结构刚性与移动台高速化逐渐成为技术发展的瓶颈，而并联结构刚性与移动台高速化逐渐成为技术发展的瓶颈，而并联式平台便成为最佳的候选对象，而相对于串联式机床来说，式平台便成为最佳的候选对象，而相对于串联式机床来说，并联式工作平台具有如下特点和优点：并联式工作平台具有如下特点和优点：结构简单、价格低结构简单、价格低机床机械零部件数目较串联构造平台大幅减少，主要由滚珠丝杠、虎克铰、球铰、伺服电机等通用组件组成，
19、这些通用组件可由专门厂家生产，因而本机床的制造和库存成本比相同功能的传统机床低得多，容易组装和搬运。结构刚度高结构刚度高由于采用了封闭性的结构(closed-loop structure)使其具有高刚性和高速化的优点，其结构负荷流线短，而负荷分解的拉、压力由六只连杆同时承受，以材料力学的观点来说，在外力一定时，悬臂量的应力与变形都最大，两端插入(build-in)次之，再来是两端简支撑(simply-supported)，其次是受压的二力结构，应力与变形都最小的是受张力的二力结构，故其拥有高刚性。其刚度重量比高于传统的数控机床。加工速度高加工速度高 惯性低惯性低如果结构所承受的力会改变方向，(
20、介于张力与压力之间)，两力构件将会是最节省材料的结构，而它的移动件重量减至最低且同时由六个致动器驱动，因此机器很容易高速化，且拥有低惯性。加工精度高加工精度高由于其为多轴并联机构组成，六个可伸缩杆杆长都单独对刀具的位置和姿态起作用，因而不存在传统机床(即串联机床)的几何误差累积和放大的现象，甚至还有平均化效果(averaging effect)；其拥有热对称性结构设计，因此热变形较小；故它具有高精度的优点。多功能灵活性强多功能灵活性强由于该机床机构简单控制方便，较容易根据加工对象而将其设计成专用机床，同时也可以将之开发成通用机床，用以实现铣削、镗削、磨削等加工，还可以配备必要的测量工具把它组成
21、测量机，以实现机床的多功能。这将会带来很大的应用和市场前景，在国防和民用方面都有着十分广阔的应用前景。使用寿命长使用寿命长由于受力结构合理，运动部件磨损小，且没有导轨，不存在铁屑或冷却液进入导轨内部而导致其划伤、磨损或锈蚀现象。变换坐标系方便变换坐标系方便由于没有实体座标系，机床坐标系与工件坐标系的转换全部靠软件完成，非常方便。3、快速成形技术快速成形技术 快速成形技术又称快速原型制造快速成形技术又称快速原型制造 简称简称RPM技术，诞生技术，诞生于于20世纪世纪80年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造年代后期，是基于材料堆积法的一种高新制造技术，被认为是近技术，被认为是近20年来制造领域
22、的一个重大成果。它集年来制造领域的一个重大成果。它集机械工程、机械工程、CAD、逆向工程技术、分层制造技术、数控技、逆向工程技术、分层制造技术、数控技术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、术、材料科学、激光技术于一身，可以自动、直接、快速、精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造精确地将设计思想转变为具有一定功能的原型或直接制造零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提零件，从而为零件原型制作、新设计思想的校验等方面提供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是供了一种高效低成本的实现手段。即，快速成形技术就是利用三维利用三维CAD的数据，通过快速成型机，
23、将一层层的材料的数据，通过快速成型机，将一层层的材料堆积成实体原型。堆积成实体原型。快速成形技术的特点(1)制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；均可使用；(2)原型的复制性、互换性高；原型的复制性、互换性高；(3)制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越；杂曲面时更显优越；(4)加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低一般制造费用降低50%，加工周期节约，加工周期节约70%以上；以上；(5)高度技术集成，可实现
24、了设计制造一体化；高度技术集成，可实现了设计制造一体化；RP技术产生背景(1)随着全球市场一体化的形成，制造业的竞随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。争十分激烈，产品的开发速度日益成为主要矛盾。在这种情况下，自主快速产品开发在这种情况下，自主快速产品开发(快速设计和快快速设计和快速工模具速工模具)的能力的能力(周期和成本周期和成本)成为制造业全球竞成为制造业全球竞争的实力基础。争的实力基础。(2)制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造业为满足日益变化的用户需求，要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单
25、件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发件生产而不增加产品的成本。因此，产品的开发速度和制造技术的柔性就十分关键。速度和制造技术的柔性就十分关键。(3)从技术发展角度看，计算机科学、从技术发展角度看，计算机科学、CAD技技术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制术、材料科学、激光技术的发展和普及为新的制造技术的产生奠定了技术物质基础。造技术的产生奠定了技术物质基础。RP技术基本原理快速成形技术是在计算机控制下，基于快速成形技术是在计算机控制下，基于离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，离散、堆积的原理采用不同方法堆积材料，最终完成零件的成形与制造的技术。从成形最终完成零件的成形与制造的技术
26、。从成形角度看，零件可视为角度看，零件可视为“点点”或或“面面”的叠加。的叠加。从从CAD电子模型中离散得到电子模型中离散得到“点点”或或“面面”的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，的几何信息，再与成形工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，控制多造型生成零件三维几何信息，控制多维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层维系统，通过激光束或其他方法将材料逐层堆积而形成原型或零件。堆积而形成原型或零件。RP技术的类型近十几年来，随着全球市场一体化
27、的形近十几年来，随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机成，制造业的竞争十分激烈。尤其是计算机技术的迅速普遍和技术的迅速普遍和CAD/CAM技术的广泛应技术的广泛应用，使得用，使得RP技术得到了异乎寻常的高速发技术得到了异乎寻常的高速发展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。展，表现出很强的生命力和广阔的应用前景。快速成形技术发展至今，以其技术的高集成快速成形技术发展至今，以其技术的高集成性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目性、高柔性、高速性而得到了迅速发展。目前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，前，快速成形的工艺方法已有几十种之多，其中主要工艺有四种基本类型：光固化成
28、型其中主要工艺有四种基本类型：光固化成型法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和法、分层实体制造法、选择性激光烧结法和熔融沉积制造法。熔融沉积制造法。4、虚拟技术虚拟现实技术虚拟现实（虚拟现实（VR-virtual reality）,也称虚拟实境也称虚拟实境或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机或灵境，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、系统，它利用计算机技术生成一个逼真的、具有视、听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种听、触等多种感知的虚拟环境，用户通过使用各种交互设备，同虚拟环境中的实体相互作用，使之产交互设备，同虚拟环境中的实体相互
29、作用，使之产生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是生身临其境感觉的交互式视景仿真和信息交流，是一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技一种先进的数字化人机接口技术。与传统的模拟技术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个术相比，其主要特征是：操作者能够真正进入一个由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生由计算机生成的交互式三维虚拟环境中，与之产生互动，进行交流。因此，虚拟现实是指用计算机生互动，进行交流。因此，虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置成的一种特殊环境，人可以通过使用各种特殊装置将自己将自己“投射投射”到这个环境中，并操作、控制环境，到这
30、个环境中，并操作、控制环境，实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。虚拟现实现特殊的目的，即人是这种环境的主宰。虚拟现实的本质是人与计算机的通信技术，它几乎可以支实的本质是人与计算机的通信技术，它几乎可以支持任何人类活动，适用于任何领域。持任何人类活动，适用于任何领域。虚拟制造技术（VM）虚拟制造虚拟制造技术（技术（virtual manufacturing technology，VMT）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产）是以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、
31、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设验、使用整个生命周期的模拟和仿真。这样，可以在产品的设计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的计阶段就模拟出产品及其性能和制造过程，以此来优化产品的设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品设计质量和制造过程，优化生产管理和资源规划，以达到产品开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率开发周期和成本的最小化，产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。如波音最高化，从而形成企业的市场竞争优势。如波音777，其整机，其整机设计、部件测试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算设计、部件测
32、试、整机装配以及各种环境下的试飞均是在计算机上完成的，其开发周期从过去的机上完成的，其开发周期从过去的8年缩短到年缩短到5年；年；Chrycler公司与公司与IBM合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在合作开发在虚拟制造环境用于其新型车的研制，在样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从样车生产之前，即发现其定位系统及其他许多设计有缺陷，从而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年而缩短了研制周期。尽管虚拟制造技术的出现只有短短的几年时间，虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影时间，虚拟制造的应用将会对未来制造业的发展产生深远的影响。响。三项核心技术 1
33、建模技术建模技术2仿真技术仿真技术3虚拟现实技术虚拟现实技术 VM VM 可以在不使用原材料，也没有生产出可以在不使用原材料，也没有生产出真实产品之前，对新产品及其全生产过程进行真实产品之前，对新产品及其全生产过程进行仿真，以达到一次性生产成功，减少了材料的仿真，以达到一次性生产成功，减少了材料的浪费，优化了生产过程，它为绿色制造提供了浪费，优化了生产过程，它为绿色制造提供了一一 种实现手段种实现手段虚拟制造技术有巨大的应用潜虚拟制造技术有巨大的应用潜力。力。基于产品的数字化模型，实现了从产品基于产品的数字化模型，实现了从产品的设计、加工、制造到检验全过程的动态模拟。的设计、加工、制造到检验全
34、过程的动态模拟。虚拟制造的关键技术是对产品与制造过程的拟虚拟制造的关键技术是对产品与制造过程的拟实仿真。目前软件的开发是虚拟制造的重要研实仿真。目前软件的开发是虚拟制造的重要研究内容。究内容。5、激光加工技术 激光加工技术是利用激光束与物质相互激光加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性对材料作用的特性对材料(包括金属与非金属包括金属与非金属)进行切进行切割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一割、焊接、表面处理、打孔、微加工等的一门技术。激光加工作为门技术。激光加工作为先进制造技术先进制造技术已广泛已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经
35、济重要部门，对提高产品质械制造等国民经济重要部门，对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。料消耗等起到愈来愈重要的作用。激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多激光技术是涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一门学科的一门综合技术，传统上看，它的研究范围一般可分为：般可分为：1.激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工激光加工系统。包括激光器、导光系统、加工机床机床、控制系统及检测系统。、控制系统及检测系统。2.激光加工工艺。包括切割、焊接、表面处理、激光加工工艺。包括切割、焊
36、接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。3.激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、激光焊接：汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电锂电池池、心脏起搏器心脏起搏器、密封、密封继电器继电器等密封器件以及各种不等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有允许焊接污染和变形的器件。目前使用的激光器有YAG激光器，激光器，CO2激光器激光器和半导体泵浦激光器。和半导体泵浦激光器。4.激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木激光切割：汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割、圆形锯片、刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割
37、、圆形锯片、压克力、弹簧垫片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。使用激光器有用激光器有YAG激光器和激光器和CO2激光器激光器。5.激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广激光打标：在各种材料和几乎所有行业均得到广泛应用，目前使用的激光器有泛应用，目前使用的激光器有YAG激光器、激光器、CO2激
38、光激光器和半导体泵浦激光器。器和半导体泵浦激光器。6.激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽激光打孔：激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发车制造、电子仪表、化工等行业。激光打孔的迅速发展，主要体现在打孔用展，主要体现在打孔用YAG激光器的平均输出功率已激光器的平均输出功率已由由5年前的年前的400w提高到了提高到了800w至至1000w。国内目前比。国内目前比较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚较成熟的激光打孔的应用是在人造金刚石和天然金刚石石拉丝模拉丝模的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、的生产及钟表和仪表的宝石轴承、飞机叶片、多层多层
39、印刷线路板印刷线路板等行业的生产中。目前使用的激光器等行业的生产中。目前使用的激光器多以多以YAG激光器、激光器、CO2激光器为主，也有一些激光器为主，也有一些准分子准分子激光器激光器、同位素激光器和半导体泵浦激光器。、同位素激光器和半导体泵浦激光器。7.激光激光热处理热处理：在汽车工业中应用广泛，如缸套、：在汽车工业中应用广泛，如缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同曲轴、活塞环、换向器、齿轮等零部件的热处理，同时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。时在航空航天、机床行业和其它机械行业也应用广泛。我国的激光热处理应用远比国外广泛得多。目前使用我国的激光热处理应用远比国
40、外广泛得多。目前使用的激光器多以的激光器多以YAG激光器，激光器，CO2激光器为主。激光器为主。8.激光激光快速成型快速成型：将激光加工技术和计算机数控：将激光加工技术和计算机数控技术及技术及柔性制造技术柔性制造技术相结合而形成。多用于模具和模相结合而形成。多用于模具和模型行业。目前使用的激光器多以型行业。目前使用的激光器多以YAG激光器、激光器、CO2激激光器为主。光器为主。9.激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用激光涂敷：在航空航天、模具及机电行业应用广泛。目前使用的激光器多以大功率广泛。目前使用的激光器多以大功率YAG激光器、激光器、CO2激光器为主激光器为主 6、绿色加工技术 在中
41、国，制造业的繁荣在为经济增长提供贡献的在中国，制造业的繁荣在为经济增长提供贡献的同时，资源浪费和环境污染也随之而来，其造成的后同时，资源浪费和环境污染也随之而来，其造成的后果已果已经开始显现出来。现在，在继续保持工业经济高速增长的同时，如何减小或避免对环境带来进一步地破坏，成为全社会共同关心的话题，绿色制造自然也就引起了更多人的关注。要想获得正常生产和节能减排的“双赢”，还得要从制造过程中寻找解决之道，绿色切削技术作为可持续发展的制造模式成为制造企业的选择之一。我国“十一五”规划纲要第一次提出了“节能减排”这一概念。“节能减排”符合绿色环保发展理念，从国家层面上确定了发展方向，这对工业制造领域
42、有何影响呢？根据数据统计，有70%的环境污染物来自制造业。现代制造业给人类带来空前物质文明的同时，也给社会带来了更多的废气、废渣、废液等废弃物。从某种角度来说，工业制造领域在“节能减排”这一大趋势下受到的影响显然是最大的。如此大的压力转嫁到工业制造企业本身，单纯地通过限制企业数量和影响正常生产来实现无疑是不现实的。毕竟，以牺牲工业制造企业的数量和规模实现节能减排的目标只能解决一时之痒，无法从根本上解决问题。那么，在国家提倡“节能减排”大环境下，要想获得正常生产和节能减排的“双赢”，还得要从制造过程中寻找解决之道，绿色切削技术作为可持续发展的制造模式成为制造企业的选择之一。“节能减排”下的大势所
43、趋传统制造模式对环境影响大传统的制造模式之所以不能满足“节能减排”的要求，是因为加工过程中大量使用切削液，给环境和人体本身带来危害。在机械加工领域，使用切削液产生的废弃液体是主要的污染产物，直到现在，传统金属切削加工中仍旧以大量使用切削液的湿切削加工为主。使用切削液可以实现润滑、冷却、清洗、辅助排屑及防锈性能，对提高切削加工质量和效率、减少刀具磨损等有着显著效果。而切削液发展到今天，在机械加工业中应用广泛，使用量很大，成为种类众多，门类齐全的工业产品。但同时切削液的使用也对环境和人体健康造成了危害。切削液的废液如果处理不当，会对水资源造成严重污染，它的生物降解性差，长期停留在水和土壤中。即使严
44、格处理过的废液，长期积累也会造成污染，同时，残留在切屑上的有毒化学成分还会污染空气。使用切削液时产生的油雾以及散发出的刺激性气味会对操作工人呼吸系统产生危害，长期接触其内添加的化学物质会致癌，因此长期接触不良切削液的人容易患呼吸系统疾病。显然，传统的制造模式无法承担对绿色环保的要求，不用和少用切削液的绿色切削成为必然选择。应用绿色切削技术是关键绿色制造的核心是采用绿色切削技术，还要最大限度地利用原材料、能源，减少有害废弃物固体、液体、气体排放物。现在，在实际切削加工中运用成熟的绿色切削技术有多种，应用比较广泛的是干切削和喷雾润滑冷却(微量润滑MQL)、低温喷雾润滑冷却(低温微量润滑MQLAC)、复合喷雾冷却(油膜附水滴)等准干式切削，另外还有包括水蒸汽冷却切削、气体射流冷却切削、低温冷风切削、液氮冷却切削等在内的空气流加工技术。这些不同的绿色切削技术都有各自不同的特点，但一致地是切削过程中不用或是少用冷却液，由此将污染降到了最低。结 束 语 发展先进制造技术是当前世发展先进制造技术是当前世界各国发展国民经济的主攻方界各国发展国民经济的主攻方向和战略决策，同时又是一个向和战略决策，同时又是一个国家独立自主、繁荣富强、经国家独立自主、繁荣富强、经济持续发展、科学保持先进和济持续发展、科学保持先进和领先的长远大计。领先的长远大计。谢 谢 各 位2006.9.12
