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1、第第 6 6 章章 机械制造技术的发展机械制造技术的发展世界科学技术的迅速发展，特别是计算机技术、微电子技术、控制论及系统工程与制造技术的结合，促进了现代制造技术的发展，形成了新的制造学科，即制造系统工程学 机械制造技术的新发展主要表现在三个方面：与微电子、信息处理技术融合的柔性制造自动化技术 与微型机械、微小尺度有关联的精密加工和超精密加工技术 以现代管理理论为基础的先进生产模式和方法n本章目录本章目录2021/9/231n本章目录本章目录u6.1 6.1 机械制造系统自动化机械制造系统自动化6.1.1 6.1.1 机械制造系统自动化机械制造系统自动化6.1.2 6.1.2 柔性制造系统柔性
2、制造系统（简简称称FMSFMS）n6.1.3 6.1.3 计算机集成制造系统（简称计算机集成制造系统（简称CIMSCIMS）u6.26.2精密与超精密加工精密与超精密加工u6.36.3环境保护与可持续制造环境保护与可持续制造u思考题与练习思考题与练习2021/9/232n6.1.1 6.1.1 机械制造系统自动化机械制造系统自动化机械制造自动化的任务就是研究如何取代人对机械制造过程中的计划、管理、组织、控制与操作等方面的直接参与当今机械产品市场的激烈竞争是机械制造自动化发展的直接动因目的：1)提高或保证产品的质量 2)减少人的劳动强度、劳动量，改善劳动条件，减少人的因素影响 3)提高生产率 4
3、)减少生产面积、人员，节省能源消耗，降低产品成本 5)提高对市场的响应速度和竞争能力 机械制造系统的发展阶段：刚性自动化刚性自动化刚性自动化刚性自动化、柔性自动化柔性自动化柔性自动化柔性自动化、综综综综合自动化合自动化合自动化合自动化，三种自动化方式比较见表表6-16-1 2021/9/2332021/9/234v6.1.2 6.1.2 柔性制造系统柔性制造系统（简简称称FMSFMS）（1 1）定义）定义lFMS是数控机床或设备自动化的延伸，FMS的一般定义可以用以下三方面来概括：FMS是一个计算机控制的生产系统；系统采用半独立的NC机床；这些机床通过物料输送系统连成一体 （2 2）FMSFM
4、S的工作原理的工作原理（3 3）柔性制造系统的特点和适用范围柔性制造系统的特点和适用范围（4 4）柔性制造系统的组成和结构柔性制造系统的组成和结构（5 5）柔性制造系统的分类柔性制造系统的分类1 1）柔性制造柔性制造单单元元 (简简称称FMC)FMC)2 2）柔性制造系统柔性制造系统 （简称（简称FMSFMS）3 3）柔性制造生产线（简称柔性制造生产线（简称FMLFML）4 4）柔性制造工厂柔性制造工厂 （简称（简称FMF)FMF)2021/9/235（2 2）FMSFMS的工作原理的工作原理FMS的模型和工作原理框图6-6-附图附图1 1所示 FMS工作过程可以这样来描述：可变制造系统接到上
5、一级控制系统的有关生产计划信息和技术后，由其信息流系统（可编程控制系统）进行数据信息的处理、分配，并按照所给的程序对物流系统进行控制 2021/9/236柔性加工系统的模型及其原理图柔性加工系统的模型及其原理图 6-6-附图附图1 12021/9/237（3）柔性制造系统的特点和适用范围与传统的刚性自动线相比，具有以下特点特点：1）具有高度柔性 2）设备利用率高 3）自动化程度高、稳定性好、可靠性强，可以实现长时间连续自动工作4）产品质量、劳动生产率提高柔性制造系统的使用范围见图图6-16-1 柔性制造系统主要解决单件小批生产的自动化，把高柔性高柔性、高质量高质量、高效率高效率结合和统一起来，
6、是当前最有效的生产手段2021/9/238图图6-1 6-1 柔性制造系统的适用范围柔性制造系统的适用范围2021/9/239（4 4）柔性制造系统的组成和结构）柔性制造系统的组成和结构FMS通常由物质系统物质系统、能量系统能量系统、信息系统信息系统三部分组成，如图图6-26-2所示所示FMS是在成组技术、计算机技术、数控技术和自动检测等技术基础上发展起来的，归纳起来，它主要完成以下任务：1)以成组技术为核心的零件编组 2)以托盘和运输系统为核心的物料输送和存放 3)以数控机床（或加工中心）为核心的自动换刀、换工件的自动加工 4)以各种自动检测装置为核心的故障诊断、自动测量、物料输送和存储系统
7、的监视等 5)以微型计算机为核心的智能编排作业计划 2021/9/2310图图6-2 6-2 柔性制造系统的组成柔性制造系统的组成柔性制造系统柔性制造系统物质系统物质系统信息系统信息系统加工系统加工系统自自动动更更换换位位置置机机床床能量系统能量系统能能量量自自动动转转换换系系统统能能量量自自动动分分配配输输送送系系统统物料系统物料系统存存储储系系统统运运输输系系统统装装卸卸系系统统控制系统控制系统加加工工控控制制物物料料控控制制监视系统监视系统自自动动处处理理数数据据自自动动采采集集数数 据据 加加工工中中心心数数控控机机床床自自动动换换刀刀装装置置自自动动换换夹夹具具自自动动换换工工件件自
8、自动动换换主主轴轴箱箱自自动动化化仓仓库库自自动动输输送送车车工工业业机机器器人人输输送送带带工工业业机机器器人人机机械械手手2021/9/23111）柔性制造）柔性制造单单元元(简简称称FMC)FMC)柔性制造单元柔性制造单元（flexible manufacturing cell，FMC）：由一台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人所组成，采用切削监视系统实现自动加工，在不停机的情况下转换工件进行连续生产它是一个可变加工单元，是组成柔性制造系统的基本单元 图图6-46-4所示为FMC的基本布局形式FMCFMC的优点的优点:具有更好的扩展性、更强的柔性；具有投资规模小
9、、成本低、易实现、见效快的突出优点；在单元计算机控制下，可实现不同或相同机床上不同零件的同步加工 2021/9/2312图图6-4 FMC6-4 FMC的结构的结构2021/9/23132)2)柔性制造系统柔性制造系统（简称简称FMSFMS）柔柔性性制制造造系系统统（Flexible Flexible Manufacturing Manufacturing SystemSystemFMS)FMS):由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有自动上下料装置、自动输送装置和自动化仓库，并能实现监视功能、计算机综合控制功能、数据管理功能、生产计划和调度管理功能等在FMS中加工的工
10、件可以由一台机床完成,也可以由多台机床共同加工完成 2021/9/23143)3)柔性制造生产线柔性制造生产线（简称（简称FMLFML）柔性制造生柔性制造生产线产线（flexible manufacturing line,flexible manufacturing line,FML)FML):是针对某种类型（族）零件的，带有专业化生产或成组化生产的特点FML由多台数控机床或加工中心组成，其中有些机床带有一定的专用性全线机床按工件的工艺过程布局，可以有生产节拍，但它本质上是柔性的，是可变加工生产线，具有柔性制造系统的功能 2021/9/23154)4)柔性制造工厂柔性制造工厂 （简称（简称FM
11、FFMF）柔性制造工厂柔性制造工厂（flexible manufacturing flexible manufacturing factory,FMFfactory,FMF）:由各种类型的数控机床或加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统、柔性自动生产线等组成，完成工厂中全部机械加工工艺过程（零件不限于同族）、装配、油漆、试验、包装等，具有更高的柔性FMF依靠中央主计算机和多台子计算机来实现全厂的全盘自动化，是目前柔性制造系统的最高形式，又称为自动化工厂 2021/9/2316l6.1.36.1.3计算机集成制造系统（简称计算机集成制造系统（简称CIMSCIMS）(1)(1)CIMSCIMS的基本
12、概念的基本概念(2)CIMS(2)CIMS的构成的构成功能构成功能构成结构构成结构构成学科构成学科构成vCIMS技术是基于现代管理技术、制造技术、信息技术、计算机科学和技术、自动化技术、系统工程技术交互、渗透、结合产生的一门综合性技术(3)(3)实施实施CIMSCIMS的效益的效益(4)(4)CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM之间的集成之间的集成CAD/CAPP/CAMCAD/CAPP/CAM三者之间的集成关系三者之间的集成关系集成环境下的集成环境下的CADCAD集成环境下的集成环境下的CAPPCAPP集成环境下的集成环境下的CAMCAM2021/9/2317(1)CIMS(1)
13、CIMS的基本概念的基本概念CIMS是在自动化技术、信息技术和制造技术的基础上，通过计算机及其相关软件，将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来的，具有总体高效益、高柔性的智能制造系统应应用用：CIMS适合于动态的、多品种中小批量的产品生产CIMS在功能上包含了一个工厂从市场预测、产品设计、工艺设计、制造、管理至售后服务的全部功能。在各个环节的自动化上不是简单叠加，而是在计算机网络和分部式数据库支持下的信息集成、功能集成、人员集成、物质（设备）集成2021/9/2318n功能构成功能构成v从功能上看，CIMS包括了一个制造企业中设计、制造、经营管理和质量保证等主要功能，并
14、运用信息集成技术和支撑环境使以上功能有效集成。图图6-56-5描述了各功能模块及其联系1 1）工程设计自动化系统）工程设计自动化系统 2 2）制造自动化系统）制造自动化系统 3 3）经营管理信息系统）经营管理信息系统 4 4）质量保证系统）质量保证系统 5 5）支撑环境系统）支撑环境系统 2021/9/2319图图6-5 CIMS6-5 CIMS的组成的组成2021/9/2320n结结构构成构构成v任何企业都是层次结构的，但各层的职能及信息特点可能不同 vCIMS可以由公司、工厂、车间、单元、工作站和设备等六层组成，也可由公司以下的五层、工厂以下的四层组成v工厂、车间、单元、工作站和设备各层的
15、职能分别为计划、管理、协调、控制和执行v层次较高，信息比较抽象，处理信息的周期也长；层次越低，信息越具体，处理信息的时间要求越短 2021/9/2321(3)(3)实施实施CIMSCIMS的效益的效益CIMS效益的内容：可量化的经济效益可量化的经济效益难以量化的社会效益综合评价难以量化的社会效益综合评价1985年美国科学院对美国在CIMS方面处于领先地位的5家公司进行了调研，结果表明采用CIMS可获得以下多方面效益：1）产品质量提高 200%500%2）生产率提高 40%70%3）设备利用率提高 200%300%4）生产周期缩短 30%60%5）在制品减少 30%60%6）工程设计费用减少 1
16、5%30%7）人力费用减少 5%20%8）提高工程师的设计能力 300%3500%2021/9/2322(4)CAD/CAPP/CAM(4)CAD/CAPP/CAM三者之间的集成关三者之间的集成关系系v在CIMS中，CAD是CAPP的输入，其主要完成的任务是机械零件的设计vCAPP是利用计算机来制订零件的工艺过程，把毛坯加工成工程图样上所要求的零件。它的输入是零件的信息，它的输出是零件的工艺过程和工序内容 vCAMCAM有两方面的含义有两方面的含义：从广义上CAM，是指利用计算机辅助完成从生产准备到产品制造整个过程的活动，包括工艺过程设计、工装设计、NC自动编程、生产作业计划、生产控制、质量控
17、制等；狭义的CAM，主要指NC自动程序编制（刀具路径规划、刀位文件生成、刀具轨迹仿真及NC代码生成等），它输出的是刀位文件和数控加工程序 vCAPP在CAD与CAM之间起到桥梁的作用，CAD的信息只能通过CAPP才能形成制造信息 v图图6-76-7表示了CAD、CAPP、CAM三者之间的集成关系 2021/9/2323图图6-7 CAD/CAPP/CAM 6-7 CAD/CAPP/CAM 的系统集成的系统集成2021/9/2324n集成环境下的集成环境下的CADCADv需完成零件的几何定义、工程绘图、特征定义、模型管理及相关的一些公共功能v采用人机交互的方式，从满足数控编程与加工要求出发，从零
18、件结构设计与加工工艺统一的角度去定义零件的加工特征，提供CAD、CAPP与CAM共享数据 2021/9/2325n集成环境下的集成环境下的CAPPCAPPv需完成零件特征信息获取、工艺决策专家系统、工序图生成、工艺文件管理和知识库管理功能 v系统信息输入的方式：系统信息输入的方式：l由CAD输入零件信息，并转换为本系统中的零件信息描述方法所描述的信息l根据零件图样，用本系统中的零件信息描述方法通过人机交互输入零件信息 v系统信息输出的方式系统信息输出的方式：l生成可读的工艺文件l生成CAM软件所需的文件格式，作为其输入，以便集成 v两种文件均要存入共享数据库，以共其他环节查询调用。由于时间定额
19、的确切值与数控加工有关，故由CAM输出给共享数据库2021/9/2326n集成环境下的集成环境下的CAMCAMv具有信息处理、刀位计算、刀位文件编辑、加工仿真、视图变换和后置处理功能v自动读取分别由CAD和CAPP产生的零件几何信息和编程工艺信息，按照CAPP产生的加工顺序和加工参数，从零件模型中提取制造加工工序中指定的特征参数及其下属几何信息，计算刀位轨迹，进行刀位交互编辑、刀位运动仿真及后置处理，输出数控加工指令文件及切削工时等信息vCIMS需要很高的技术支撑和大量的资金投入2021/9/2327u6.2精密与超精密加工精密与超精密加工6.2.1 精密和超精密加工的概念v精密和超精密加工的
20、范畴精密和超精密加工的范畴v精密和超精密的特点精密和超精密的特点6.2.26.2.2精密和超精密加工的方法精密和超精密加工的方法 6.2.3几种具有代表性的精密和超精密加工的方法v金刚石刀具超精密切削金刚石刀具超精密切削金刚石刀具超精密切削机理金刚石刀具超精密切削机理影响金刚石刀具超精密切削的因素影响金刚石刀具超精密切削的因素金刚石刀具超精密切削的应用金刚石刀具超精密切削的应用v固体磨料精密与超精密加工固体磨料精密与超精密加工v游离磨料加工游离磨料加工v微细加工技术微细加工技术2021/9/2328v精密和超精密加工的范畴精密和超精密加工的范畴1)定义精密加工精密加工精密加工精密加工是指在一定
21、的发展时期，加工精度与表面质量达到较高程度的加工工艺超精密加工超精密加工超精密加工超精密加工是指在一定的发展时期，加工精度与表面质量达到最高程度的加工工艺2)一般加工、精密加工、超精密加工以及纳米加工一般加工、精密加工、超精密加工以及纳米加工的划分的划分n几种典型零件的加工精度，如6-6-附表附表1 12021/9/2329 6-6-附表附表1 12021/9/23302 2）一般加工、精密加工、超精密加工以及纳米加工的划分一般加工、精密加工、超精密加工以及纳米加工的划分一般加工一般加工 加工精度在10m左右，表面粗糙度值在0.30.8m的加工技术，如车、铣、刨、磨、镗、铰等精密加工精密加工
22、加工精度在0.11m，表面粗糙度值在 30nm的加工技术。如金刚车、金刚镗、研磨、珩磨、超精加工、砂带磨削、镜面磨削和冷压加工等超精密加工超精密加工 加工精度在0.1100nm，表面粗糙度值在 10nm 的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特种加工和复合加工等纳米加工纳米加工 加工精度高于310m，表面粗糙度小于0.005m的加工技术，其加工方法大多已不是传统的机械加工方法，而是诸如原子分子单位加工等方法2021/9/2331v精密和超精密的特点精密和超精密的特点“蜕化”和“进化”加工原则 蜕蜕化化原原则则：一般在加工时，工作母机（机床）的精度总是要比被加工零件的精度高，
23、称为蜕化原则直直接接式式进进化化加加工工：利用精度低于工件精度要求的机床设备、工具，借助于工艺手段和特殊工艺装备，加工出精度高于母机的工件间间接接式式进进化化加加工工：借助于直接进化加工，生产出第二代精度更高的工作母机，再以此作工作母机加工工件进进化化加加工工：直接式进化加工和间接式进化加工统称为进化加工，这一规律称为进化原则微量切削 形成了综合制造工艺系统 与自动化技术联系紧密 特种加工和复合加工应用越来越多 加工检测一体化2021/9/2332n6.2.26.2.2精密和超精密加工的方法精密和超精密加工的方法v精密和超精密加工的原理v分类（根据加工机理和特点）（根据加工机理和特点）如图图6
24、-86-8 ：刀具切削加工刀具切削加工磨料加工磨料加工特种加工特种加工复合加工复合加工2021/9/2333精密和超精密和超精密加工精密加工刀具切削加工：车削、铣削、镗削、钻微孔刀具切削加工：车削、铣削、镗削、钻微孔磨料加工磨料加工特种加工特种加工复合加工（如机械化学抛光）复合加工（如机械化学抛光）固体磨料加工固体磨料加工游离磨料加工游离磨料加工磨削：磨削：砂轮磨削、砂袋磨削砂轮磨削、砂袋磨削研磨：研磨：精密研磨、油石研磨精密研磨、油石研磨超精加工：超精加工：精密超精加工精密超精加工珩磨：珩磨：精密珩磨精密珩磨砂袋研抛砂袋研抛超精密研抛超精密研抛抛光：精密抛光、弹性发射加工、液中研抛、抛光：精
25、密抛光、弹性发射加工、液中研抛、液体动力抛光、挤压研抛液体动力抛光、挤压研抛喷射加工喷射加工电火花加工：电火花加工：成形加工、线切割加工成形加工、线切割加工电化学加工：电化学加工：蚀刻加工、化学铣削蚀刻加工、化学铣削超声波加工超声波加工微波加工微波加工电子束加工电子束加工离子束加工离子束加工激光加工激光加工 图图 6-8 6-8 各种精密和超精密加工方法各种精密和超精密加工方法2021/9/2334金刚石刀具超精密切削机理金刚石刀具超精密切削机理金刚石刀具超精密切削时，其背吃刀量可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒内进行，这时，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、分子结合力，刀刃上所承受的切应力
26、急速增加并变得非常大金刚石刀具具有很高的高温硬度和高温强度，金刚石材料本身质地细密，经过精细研磨，刃口钝圆半径可以达到0.020.05m，且切削刃的几何形状可以加工得很好，表面粗糙度很低金刚石刀具超精密切削是在高速、小背吃刀量、小进给量下进行，是在高应力高温下切削，切屑极薄，切速高，表层高温不会波及工件内层，工件变形小，因而可以获得高精度、低表面粗糙度值的加工表面 2021/9/2335影响金刚石刀具超精密切削的因素影响金刚石刀具超精密切削的因素刀具刃磨质量刀具刃磨质量 刀具几何角度刀具几何角度 超精密加工机床超精密加工机床 被加工材料被加工材料:金刚石刀具性脆，抗震、抗冲击性能差，故对被加工
27、材料的均匀性及微观缺陷有很高要求 工件的定位和夹紧 工作环境工作环境:要求恒温、恒湿、净化及抗震，以保证加工质量 2021/9/2336n刀具刃磨质量刀具刃磨质量v天然金刚石是具有各向异性的材料，存在着硬面和软面。因此对于新的金刚石刀具，必须首先找出正确的金刚石刀刃的位置和研磨方向，先研磨出一个基准面，再以此为基准刃磨其他各面，这样才能磨出锋利的耐用度极高的金刚石刀具 v一般在铸铁研磨盘上研磨金刚石刀具，为了保证研磨盘有较高的回转精度并能较长久地保持这种精度，有电动机驱动的铸铁研磨盘支承在两个红木制成的顶尖上，如图6-9所示 图图6-9 6-9 金刚石刀具的研磨金刚石刀具的研磨2021/9/2
28、337n刀具几何角度刀具几何角度v采用金刚石刀具切削铜和铝时，刀具的几何角度符合一般切削规律v下图下图6-106-10是两种钎焊式金刚石车刀的几何角度 v其中图（a）是一把刀体上翘的45的车刀。由于刀头部分向上弯曲，刀杆能抵抗变形产生的反弹力，有助于刀具靠向工件，因此能达到很小的背吃刀量。此外，为保证对刀准确，金刚石刀具对刀时采用显微镜 图图6-10 6-10 两种金刚石车刀两种金刚石车刀2021/9/2338n超精密加工机床超精密加工机床v超精密切削机床要求具有高精度高精度、高刚度高刚度、良好稳定性良好稳定性、抗震性抗震性和数控功能数控功能v对表面粗糙度影响最大的是主轴回转精度，故主轴一般应
29、采用液体静压轴承或空气静压轴承v机床工作台和床身导轨的几何精度、位置精度及进给传动系统的结构对尺寸精度和形状精度有较大影响，机床应有较高的系统刚度，机床床身多数采用花岗岩材料；机床的热变形对形状精度影响很大，故机床多为有性能良好的温控系统的超精密加工机床v如如6-附图附图2所示，为金刚石车床2021/9/2339加工4.5mm陶瓷球金刚石车床6-6-附图附图2 2 金刚石车床及其金刚石车床及其加工照片加工照片2021/9/2340金刚石刀具超精密切削的应用金刚石刀具超精密切削的应用金刚石精密切削最初主要应用于加工各种精密的光学反射镜。随着计算机技术、激光技术和精密测量技术的发展，也采用金刚石精
30、密切削来加工精度和表面粗糙度要求极高的零件，如电视录像机中的关键零件磁鼓就是采用金刚石车刀大批量进行精密车削的 目前，金刚石主要用来切削铜和铜合金、铝和铝合金等有色金属以及光学玻璃、大理石和碳素纤维板等非金属材料。由于碳元素的作用，会使金刚石刀具产生“碳化磨损”，故一般不用于切削铁碳合金 2021/9/2341v固体磨料精密与超精密加工固体磨料精密与超精密加工精密磨削l精密磨削机理精密磨削机理l影响精密磨削质量的因素影响精密磨削质量的因素精密磨削砂轮及其修整精密磨削砂轮及其修整精密磨床结构精密磨床结构磨削参数的选择 磨削工作环境 精密和超精密砂带磨削l砂带磨削方式砂带磨削方式l砂带磨削的特点及
31、其应用范围砂带磨削的特点及其应用范围超硬磨料砂轮精密和超精密磨削l超硬磨料砂轮磨削的特点超硬磨料砂轮磨削的特点2021/9/2342l精密磨削机理精密磨削机理精密磨削的机理：微刃的微切削作用:磨粒的微刃性和等高性如图图6-116-11所示 微刃的等高切削作用微刃的滑挤、摩擦、抛光作用 图图6-11 6-11 磨粒的微刃性和等高性磨粒的微刃性和等高性2021/9/2343精密磨削砂轮及其修整精密磨削砂轮及其修整a a 精密磨削所用砂精密磨削所用砂轮轮的的选择选择通常选择易产生和保持微刃的砂轮。砂轮的粒度有粗、细两种：粗粒度砂轮经过精细修整，微刃起主要切削作用；细粒度砂轮经过精细修整，在适当压力下
32、用半钝态微刃，对工件表面起摩擦抛光作用明显 b b 精密磨削砂精密磨削砂轮轮修整方法修整方法单粒金刚石修整金刚石粉末烧结型修整器修整金刚石超声波修整2021/9/2344精密磨床结构精密磨床结构精密磨床应有高几何精度以保证工件的几何形状精度应有高精度的横向进给机构，以保证工件的尺寸精度砂轮修整时微刃性与等高性应有低速稳定性好的工作台纵向移动机构，以防产生爬行及振动，保证砂论修整质量和加工质量 图6-附图3所示，为用于磨削管件的砂带磨床（带有行星系统）6-6-附图附图3 3 用于磨削管件的砂带磨床（带有用于磨削管件的砂带磨床（带有行星系统）行星系统）2021/9/2345l砂带磨削方式砂带磨削方
33、式 砂带的磨削方式可分为：闭式砂带磨削、开式砂带磨削闭式砂带磨削闭式砂带磨削u采用无接头或有接头的环形砂带，通过张紧轮撑紧，由电动机通过接触轮带动砂带高速回转，砂带线速度为30m/s，可用于粗加工和精加工 图图6-126-12（a)a)闭式砂带磨削闭式砂带磨削2021/9/2346开式砂带磨削开式砂带磨削u采用成卷砂带，由电动机经减速机构通过卷带轮带动砂带做缓慢的移动，砂带绕过接触轮外圆以一定的工作压力与工件被加工表面接触，从而对工件进行磨削u由于砂带在磨削过程中的连续缓慢移动，切削区域不断出现新砂粒，因此磨削工作状态稳定，磨削质量高、效果好，多用于精密和超精密磨削中，但效率不如闭式砂带磨削
34、u砂带振动磨削是通过接触轮带动砂带沿接触轮轴向振动，可降低表面粗糙度值，提高加工效率 图图6-126-12（b)b)开式砂带磨开式砂带磨削削2021/9/2347l砂带磨削的特点及其应用范围砂带磨削的特点及其应用范围砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小且均匀，具有抛光作用，同时还能减振，故有弹性磨削之称。加之工件受力小，发热少，因而可获得好的加工表面质量，Ra值可达0.02m用静电植砂法制作砂带，磨粒的切削刃间隔长，摩擦生热少，散热时间长，切屑不易堵塞，力、热作用小，有较好的切削性，有效地减少了工件变形和表面烧伤，故又有“冷态冷态”磨削磨削之称强力砂带磨削的效率可与砂轮磨削媲美。砂带不需修整，磨削比
35、（切除工件质量与砂带磨耗重量之比）较高，因此有“高效磨削高效磨削”之称 可生产各种类型的砂带磨床，用于加工内、外表面及成形表面。砂带磨削头架可作为部件装在车床等各类机床上进行磨削加工。可加工各种金属和非金属材料，有很强的适应性 2021/9/2348l超硬磨料砂轮磨削的特点超硬磨料砂轮磨削的特点超硬磨料砂轮目前主要指金金刚刚石砂石砂轮轮和立方氮立方氮化硼（化硼（CBNCBN）砂）砂轮轮，主要用来加工难难加工材料加工材料，如各种高硬度、高脆性金属及非金属材料，这些材料的加工一般要求高，故属于精密和超精密加工范畴1 1）超硬磨料砂轮磨削的特点超硬磨料砂轮磨削的特点2 2）超硬磨料砂超硬磨料砂轮轮的
36、修整的修整2021/9/23491 1）超硬磨料砂轮磨削的特点超硬磨料砂轮磨削的特点可加工各种高硬度、高脆性金属和非金属，对于钢铁等材料适合采用立方氮化硼（CBN）砂轮来磨削 磨削能力强，耐磨性好，耐用度高，易于控制加工尺寸及实现加工自动化 磨削力小，磨削温度低，加工表面质量好 磨削效率高 加工综合成本低 2021/9/23502 2）超硬磨料砂）超硬磨料砂轮轮的修整的修整采用金刚石或CNB砂轮磨削时，砂轮的修整通常用金刚石或CNB砂轮，修整分为整形和修锐两步 整整形形 通常采用碳化硅砂轮或金刚石笔进行整形 修修锐锐 修锐的目的是去除部分结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度（一般为磨粒尺寸的1/3
37、左右），目前多采用电解方法进行在线修锐2021/9/2351v游离磨料加工游离磨料加工弹弹性性发发射加工射加工弹性发射加工靠抛光轮高速回转（并施加一定的工作压力），造成磨料的“弹性发射”进行加工，工作原理见图图6-136-13弹性发射加工的机理：微切削与被加工工件材料的微塑性流动的双重作用 液体液体动动力抛光力抛光在抛光工具上开有锯齿槽（见图图6-146-14）抛光时靠楔形挤压和抛光液的反弹，增加微切削作用 图图6-13 6-13 弹性发射加工弹性发射加工图图6-14 6-14 液体动力抛光液体动力抛光2021/9/2352v微细加工技术微细加工技术微细加工及其特点微细加工及其特点微细加工方法
38、微细加工方法分类：分类：切削加工切削加工、磨料加工磨料加工、特种加工特种加工和复合加工复合加工按其加工机理分类：分离（去除）加工、结合 附着(如镀膜)、注入（如渗碳）、接合（如焊接）加工、变形（在力、热作用下使材料产生变形而成形）加工等2021/9/2353微细加工及其特点微细加工及其特点定定义义：微细加工技术是指制造微小零件的生产加工技术从广义角度来说，微细加工包含了各种传统精密加工方法（如切削加工、磨料加工等）和特种加工（如外延生长、光刻加工、电铸、激光束加工、电子束加工、离子束加工等），它属于精密加工和超精密加工范畴从狭义角度来说，微细加工主要指半导体集成电路制造技术特点：特点：微小尺寸
39、加工与一般尺寸加工不同，主要表现在精度表示方法上。一般尺寸加工时，精度用加工误差与加工尺寸比值来表示；而微细加工时，精度是用尺寸的绝对值来表示，即去除的材料的大小来表示，从而引入加工单位尺寸（简称加工单位）的概念，加工单位就是去除的那一块材料的大小2021/9/2354u6.36.3环境保护与可持续制造环境保护与可持续制造n6.3.1全球性的环境和机械工业污染问题v全球性环境问题全球性环境问题v机械工业的环境污染机械工业的环境污染工程材料切削加工时引起的污染工程材料切削加工时引起的污染金属表面处理排出的主要污染金属表面处理排出的主要污染金属热处理工艺排出的主要污染金属热处理工艺排出的主要污染其
40、他生产工艺排出的污染物其他生产工艺排出的污染物 v环境保护法的基本原则环境保护法的基本原则 n6.3.26.3.2安全生产安全生产 n6.3.36.3.3可持可持续续制造与制造与ISO14000ISO14000标标准的推准的推进进n思考题与练习思考题与练习2021/9/2355v全球性环境问题全球性环境问题环环境境：影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总统，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生动物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城镇和乡村等全球性全球性环环境境：对全人类具有普遍和重大影响的环境问题主要内容主要内容：1 1）大气污染情况大气污染情况2
41、 2）淡水资源状况淡水资源状况3 3）自然资源状况自然资源状况森林资源继续减少，覆盖率不断下降水土流失是一个全球性的问题土地沙化物种正以前所未有的速度从地球上消失2021/9/23561 1）大气大气污污染情况染情况大气污染日益严重，具体表现为酸雨酸雨、温室效温室效应应与臭氧臭氧层层被破坏被破坏等。u酸雨酸雨 产产生生原原因因：由于排放到大气中的硫氧化物、氮氧化物等酸性气体与日俱增的结果 危危害害：酸雨损害人体健康，腐蚀建筑物和金属设备，使湖泊酸化，鱼类不断减少甚至灭绝，污染土壤和地下水，破坏生态系统的结构和功能u温室效温室效应应 产产生原因：生原因：由于工业废气的大量排放，导致大气成分发生改
42、变。危危害害：温室气体的增加，引起了全球性的气温升高，可能造成冰山融化和海平面的上升u臭氧臭氧层层被破坏被破坏 产产生生原原因因：由于制冷设备如（如冰箱）等氯氟烃类物质的大量排放和长期积累，臭氧量在明显减少 危害：危害：臭氧的主要作用是吸收过量的紫外线，臭氧量的减少，紫外线辐射强度提高，会导致皮肤癌和白内障等发病率，还会造成某些生物的灭绝 2021/9/23572 2）淡水资源状况淡水资源状况n水资源短缺水资源短缺 全世界用水量将由1985年的39000亿立方米增加到2000年的60000亿立方米。可用水量减少和用水量增加，致使出现全世界范围的淡水资源危机，这其中包括43个国家和地区（约占全球
43、陆地面积60%）。水已经成为制约某些国家经济发展的重要因素之一n水污染严重水污染严重 在20世纪80年代末，全世界每年约有4200多亿立方米的污水排入江河湖海，污染了55000亿立方米的淡水，相当于全球水总流量的14%以上。由于污染造成的甲基汞中毒和镉中毒（骨痛病）曾震惊全世界。由于污染造成的鱼、贝、虾类死亡事故频频发生，且日益扩大。水污染导致的饮用水危机正席卷全球2021/9/2358工程材料切削加工时引起的污染工程材料切削加工时引起的污染工程材料在车、镗、铣、刨、钻、拉、珩等工艺过程中，要用乳化液进行冷却润滑和冲走加工屑末。乳化液使用一段时间后，会产生变质、发臭，其中大部分未经处理就直接排
44、入下水道，甚至直接倒在地面。乳化液中不仅含有油，而且含有烧碱、乙醇和苯酚等。工程材料在加工过程还会产生大量的金属屑和粉末等固体废物。切削过程的污染，除了对环境造成污染，还直接导致生产成本上升，危及企业在市场的竞争能力 2021/9/2359金属表面处理排出的主要污染金属表面处理排出的主要污染为了去除金属材料表面的氧化物（锈蚀），常采用硫酸、硝酸、盐酸等强酸进行清洗。由此产生的废液中，都含有酸类和其他杂质为了改善金属制品的作用性能、外观以及耐腐蚀性，有的工件表层需镀上一层金属保护膜。电镀液中除含铬、镍、镉、锌、铜和银等各种金属外，还要加入硫酸、氟化钠等化学药品。某些工件镀好后，还需在铬液中钝化，
45、再用清水漂洗。因此，电镀排出的废液中含有大量的铬、镉、锌、银和硫酸根等离子镀铬时，镀槽中会产生大量的铬蒸汽。有氰电镀还会产生氰化氢这种有毒的气体在金属表面喷漆、喷塑料、涂沥青时，有部分油漆颗粒、苯、甲苯、二甲苯、未熔塑料残渣及沥青等被排放入大气 2021/9/2360金属热处理工艺排出的主要污染金属热处理工艺排出的主要污染表面渗氮时，用电炉加热并通入氨气，存在氨气泄露的可能性表面氰化时将金属放入加热的含有氰化钠、碳酸钠和磷酸三钠的混合溶液中进行，酸洗在浓盐酸、水、尿素混合溶液中进行，排出废酸液、废碱液中含有大量的氯化氢气体电火花加工、电解加工所采用的工作介质在加工过程也会产生污染环境的废液和废
46、气 2021/9/2361其他生产工艺排出的污染物其他生产工艺排出的污染物电焊时，焊条的外部药皮和焊剂在高温下会分解出污染气体；气焊中用电石制取乙炔气体时，容易产生大量的电渣；熔炼有色金属时，要产生相应的冶炼炉渣和含有重金属的蒸汽和粉尘；在热固性树脂生产中，排出含苯酚和甲醇的废水；煤气发生站产生含酚废水和煤焦油废物 2021/9/2362v环境保护法的基本原则环境保护法的基本原则环境保护法的基本原则是指该法特定的再调整由于开发利用和保护自然资源，防治环境污染和生态环境破坏所产生的社会关系时，所规定的具有普遍性的基本原则，主要包括以下几个方面：1 1）环环境保境保护纳护纳入国民入国民经济计经济计
47、划原划原则则2 2）预预防防为为主、防治主、防治结结合的原合的原则则3 3）谁污谁污染染谁谁治理，治理，谁谁开开发谁发谁保保护护的原的原则则4 4）依靠群众保）依靠群众保护环护环境的原境的原则则2021/9/2363n6.3.26.3.2安全生产安全生产v工业安全的重要性工业安全的重要性v工业安全性评价工业安全性评价v工业系统的危险性因素工业系统的危险性因素v工业安全性的分析方法工业安全性的分析方法v有关安全法规与制度有关安全法规与制度2021/9/2364v工业安全的重要性工业安全的重要性工业安全的重要性日益引起关注，主要表现在以下两个方面：1 1）尽管现代社会的发展依赖于工业与科学技术的发
48、展，但是现代社会亦要求工业企业必须满足安全性的要求2 2）现代工业企业的数量越来越多，规模越来越大，技术越来越复杂，一旦发生事故，其连带危害亦越来越严重，因此工业安全问题不仅为工厂本身所关注，而且也成为整个社会所关注的重要问题2021/9/2365v工业安全性评价工业安全性评价通常用引起不良后果的事件出现的可能性或概率来评价工业企业的安全性。所谓不良后果，一般从以下几个方面进行衡量：1）人员死亡2）人员伤残3）设备与厂房毁坏4）生产损失（如工时损失、材料损失、延误工期等）5）环境污染2021/9/2366v工业系统的危险性因素工业系统的危险性因素n工业系统中典型的危险性因素（或称不安全因素）主
49、要表现在以下几个方面：系统过载系统长期负载运行造成损坏系统本身的可靠性差系统的维修不善人、机误差（机器在人机控制方面失当成人为的误差）人员缺乏技术培训，素质偏低管理不善环境不好n由工业系统的危险性因素分析可知，工业系统的安全性主要取决于工业系统本身与系统的运转操作过程。这两个方面都表明工业系统的安全性在相当大的程度上与人的失误相关2021/9/2367v工业安全性的分析方法工业安全性的分析方法常用的安全性分析方法：定性分析定性分析定量分析定量分析 定性分析用于确定可能产生的故障的类型及可 能导致产生重大事故的多种故障的组合的类型 定量分析用于确定故障发生的可能性或概率，并可用于估价损失和安全进
50、行按前系统的优 化，在定量分析前，应先进行定性分析 2021/9/2368v有关安全法规与制度有关安全法规与制度1 1）安全生产责任制安全生产责任制n安全生产责任制是工业企业中最基本的安全制度。它规定企业单位的各级领导在管理生产的同时，必须负责安全管理工作，认真贯彻执行国家有关安全生产与劳动保护的法规与制度；企业单位中的各个职能机构都应该在各自的业务范围内，对实现安全生产的要求负责；企业单位的职工必须自觉遵守安全生产规章制度2 2）安全技术规程安全技术规程n安全技术规程包括“工厂安全卫生过程”、“工人职员伤亡事故报告规程”等，对建筑物与通道的安全、机电设备的安全等也作了明确的规定；对特殊工种的