先進(jìn)制造技術(shù)第三版王隆太課后習(xí)題答案

先進(jìn)制造技術(shù)（第3版）課后習(xí)題答案

第1章制造業(yè)與先進(jìn)制造技術(shù)

i.i簡(jiǎn)述制造、制造系統(tǒng)與制造業(yè)概念。

制造：應(yīng)用知識(shí)和技能，借助于手工或可用的工具，采用有效的工藝方法和能源，將原材料轉(zhuǎn)化

為產(chǎn)品并投放市場(chǎng)的過(guò)程。

狹義制造：將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返募庸ず脱b配的生產(chǎn)過(guò)程。

廣義制造：包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工裝配、生產(chǎn)管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)等整個(gè)產(chǎn)品生命周期的全過(guò)程。

制造系統(tǒng)：為實(shí)現(xiàn)制造目的所構(gòu)建的物理型系統(tǒng)，包括制造過(guò)程、硬件、軟件和相關(guān)人員等組成

部分。

制造業(yè)：是將制造資源轉(zhuǎn)化為可供人們使用和消費(fèi)產(chǎn)品的行業(yè)，是所有與制造有關(guān)的生產(chǎn)和服務(wù)

型企業(yè)群體的總稱(chēng)。

1.2制造業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用如何？

制造業(yè)地位：制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)收入的重要來(lái)源，不僅為現(xiàn)代工業(yè)

社會(huì)提供物質(zhì)基礎(chǔ)，也為信息與知識(shí)社會(huì)提供先講裝備和技術(shù)平臺(tái)。

制造業(yè)作用：

1）提高人們物質(zhì)消費(fèi)水平；

2）實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的物質(zhì)保證；

3）擔(dān)當(dāng)國(guó)際商品貿(mào)易的重要角色；

4）是加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)、支持服務(wù)業(yè)更快發(fā)展的物質(zhì)保障和重要條件?；

5）是加快信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)；

6）是勞動(dòng)力就業(yè)的重要平臺(tái)；

7）是加快發(fā)展科學(xué)技術(shù)和教育事業(yè)的重要物質(zhì)支撐；

8）是實(shí)現(xiàn)軍事現(xiàn)代化和保障國(guó)家基本安全的基本保證。

1.3簡(jiǎn)述自第一次工業(yè)革命以來(lái)的制造技術(shù)發(fā)展歷程。

在生產(chǎn)方式方面：經(jīng)歷了從單件/小批量生產(chǎn)一少品種/天批量生產(chǎn)-多品種/小批量生產(chǎn)，正在向大

規(guī)模定制生產(chǎn)方式過(guò)渡；

在制造技術(shù)方面：經(jīng)歷了機(jī)械化-剛性自動(dòng)化-柔性自動(dòng)化-綜合自動(dòng)化，正在邁向智能自動(dòng)化制

造的發(fā)展過(guò)程；

在資源配置方面：經(jīng)歷了勞動(dòng)密集型-設(shè)備密集型-技術(shù)密集型的發(fā)展過(guò)程。

L4先進(jìn)制造技術(shù)是在怎樣背景下提出的，其內(nèi)涵與特征如何？

先進(jìn)制造技術(shù)提出背景：

1）社會(huì)經(jīng)濟(jì)背景：主地化、個(gè)性化和多樣化社會(huì)消費(fèi)需求；全球市場(chǎng)形成，加劇商品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2）科學(xué)技術(shù)背景：計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展。

3）可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略背景：嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題要求制造業(yè)對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小，資源利用率最高。

為此在20世紀(jì)80年代末，由美國(guó)政府首先提出“先進(jìn)制造技術(shù)”概念。

先進(jìn)制造技術(shù)內(nèi)涵：先進(jìn)制造技術(shù)是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收現(xiàn)代技術(shù)成果，將其綜合應(yīng)

用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工裝配、經(jīng)營(yíng)管理等產(chǎn)品制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、

靈活的生產(chǎn)，提高市場(chǎng)適應(yīng)和競(jìng)爭(zhēng)能力的制造技術(shù)總稱(chēng)。

先進(jìn)制造技術(shù)特征：

1）實(shí)用性，是以提高企業(yè)綜合實(shí)力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力為目標(biāo)：

2）應(yīng)用廣泛性，涉及開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工裝配、銷(xiāo)售服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期所有技術(shù)；

3）發(fā)展動(dòng)態(tài)性，是不斷吸收各類(lèi)高新技術(shù)，不斷發(fā)展中的新技術(shù)；

4）技術(shù)集成性，是集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的集成技術(shù)；

5）系統(tǒng)性，是駕馭生產(chǎn)過(guò)程中的物質(zhì)流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程；

6）強(qiáng)調(diào)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)；

7）最終目標(biāo)是提高市場(chǎng)響應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力。

1.5分析先進(jìn)制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，它包含哪些具體的技術(shù)內(nèi)容？

AMST先進(jìn)制造技術(shù)休系結(jié)構(gòu)：包含基礎(chǔ)制造技術(shù).單元制造技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)三個(gè)不同的層

次：

基礎(chǔ)制造技術(shù)：包含在機(jī)械加工、鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)等各領(lǐng)域常用制造技術(shù);

單元制造技術(shù)：如CAD/CAM技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、柔性制造單元、新

材料成型技術(shù)、高能束加工技術(shù)等。

系統(tǒng)集成技術(shù)：是將一個(gè)個(gè)單元制造技術(shù)進(jìn)行集成所形成制造系統(tǒng)，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)

（CIMS）、敏捷制造系統(tǒng)（AMS）等。

1.6簡(jiǎn)述“工業(yè)4.0”、“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”、“中國(guó)制造2025”的戰(zhàn)略目標(biāo)和側(cè)重點(diǎn)，分析三者之間的共同點(diǎn)和異

同點(diǎn)。

工業(yè)4.0：借助CPS技術(shù)，通過(guò)橫向、縱向和端到端的集成，以及八項(xiàng)重要舉措，以實(shí)現(xiàn)領(lǐng)先市場(chǎng)

和領(lǐng)先供應(yīng)商的目標(biāo)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等信息技術(shù)與工業(yè)的融合，打造一個(gè)穩(wěn)定、可靠、安

全、實(shí)時(shí)、高效的全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，推動(dòng)整個(gè)工.業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的工作效率全面提升。

中國(guó)制造2025：推動(dòng)新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合，把智能制造作為兩化融合的助攻方向，

著力發(fā)展智能裝備用智能產(chǎn)品，推進(jìn)生產(chǎn)過(guò)程智能化，全面制造業(yè)智能化水平。

三者共同點(diǎn)：①均針對(duì)當(dāng)前制造業(yè)所面臨的新一輪技術(shù)浪潮所采取的各自發(fā)展策略；②均通過(guò)新

一代信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合推進(jìn)各自國(guó)家的產(chǎn)業(yè)升級(jí)；③均努力走向智能化制造發(fā)展模

式。

三者異同點(diǎn)：由于各自產(chǎn)業(yè)現(xiàn)況、技術(shù)層次的不同，所采取的技術(shù)措施有所不同。

工業(yè)4.0：側(cè)重制造'業(yè)中的先進(jìn)傳感技術(shù)和先進(jìn)控制技術(shù)，致力于CPS具體化實(shí)施，突出提

升“硬”制造的實(shí)力，強(qiáng)調(diào)生產(chǎn)制造過(guò)程本身的智能改造，使整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程從自動(dòng)化向

智能化的演進(jìn)。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)：側(cè)重于軟件、網(wǎng)絡(luò)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，強(qiáng)化“軟”制造實(shí)力，關(guān)注基于聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)

據(jù)采集、分析和價(jià)值轉(zhuǎn)化，通過(guò)傳感設(shè)備收集數(shù)據(jù)，并利用大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)，提

供降低成本、改進(jìn)效率的決策建議。

中國(guó)制造2025：注重“工業(yè)29”和“工業(yè)3.0”并行發(fā)展階段，注重航空航天、船舶、軌道交

通、電力、農(nóng)機(jī)、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的高端制造裝備，以智能制造帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化和智

能化水平的提高。

1.7查閱資料，闡述先進(jìn)制造技術(shù)在我國(guó)的最新發(fā)展.

略

第2章現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)

2.1試分析現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)涵與特征。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)內(nèi)涵：現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是一門(mén)在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上繼承、延伸和發(fā)展起來(lái)，是由多學(xué)科、

多專(zhuān)業(yè)交叉融合，綜合性很強(qiáng)的基礎(chǔ)技術(shù)性科學(xué)。

時(shí)間維

瓶工設(shè)計(jì)-------------

技術(shù)設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)

產(chǎn)1ati?制

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)特征：

1）是傳統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的繼承與延伸；

2）多種設(shè)計(jì)技術(shù)的交叉與綜合；

3）設(shè)計(jì)手段的數(shù)字化、虛擬化與精確化;

4）設(shè)計(jì)過(guò)程的并行化、最優(yōu)化與智能化。

2.2、描述現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)是由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個(gè)不同層次的技術(shù)集群組成。

1）基礎(chǔ)技術(shù)：包括運(yùn)動(dòng)學(xué)、靜力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、材料力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)等。

2）主體技術(shù)：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)以其數(shù)值分析計(jì)算。

3）支撐技術(shù)：包括設(shè)計(jì)方法學(xué)、可信性設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)試驗(yàn)技術(shù)等。

4）應(yīng)用技術(shù)：如汽車(chē)、飛機(jī)、船舶、機(jī)床、工程機(jī)械等專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和技術(shù)。

5）其它技術(shù)：先進(jìn)制造、材料科學(xué)、自動(dòng)化技術(shù)、系統(tǒng)管理以及社會(huì)人文科學(xué)等。

先進(jìn)制造工藝

材料科學(xué)

自動(dòng)化技術(shù)相支撐技術(shù)

關(guān)

系統(tǒng)管理技術(shù)學(xué)

科

自然科學(xué)與

技

政治經(jīng)濟(jì)學(xué)術(shù)

文化社會(huì)科學(xué)

市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)學(xué)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理論與方法

2.3為什么說(shuō)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主體技術(shù)？分析當(dāng)前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)（即CAD/CAM

集成系統(tǒng)）所擁有的功能作用。

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)（CAD）的基本任務(wù)是建立產(chǎn)品的數(shù)據(jù)模型，這是產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作的開(kāi)端，后續(xù)的

設(shè)計(jì)工作均在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)上展開(kāi)，因此說(shuō)CAD為現(xiàn)代設(shè)計(jì)的主體技術(shù)。

CAD/CAM系統(tǒng)功能：包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)建模、工程分析、工程圖繪制、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程、裝仿真模

擬等功能。

2.4分析產(chǎn)品建模技術(shù)發(fā)展歷程，分析各個(gè)發(fā)展階段產(chǎn)品數(shù)字化定義的具體技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)

產(chǎn)品建模技術(shù)經(jīng)歷了如下圖所示的三個(gè)發(fā)展階段：

h,（X）=Ov=L2,…，p<n

2.7試分析優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程與步驟。

優(yōu)化設(shè)計(jì)步驟：

1）分析設(shè)計(jì)對(duì)象，明確優(yōu)化設(shè)計(jì)的需求，合理確定優(yōu)化的范圍和目標(biāo)。

2）確定設(shè)計(jì)變量和設(shè)計(jì)約束條件，選擇若干對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)直接有影響的相互獨(dú)立的參數(shù)作為設(shè)計(jì)變

量，并確定各變量所滿(mǎn)足的條件。

3）選擇優(yōu)化指標(biāo)，確定目標(biāo)函數(shù)，建立規(guī)格化目標(biāo)函數(shù)模型。

4）選擇合適的優(yōu)化計(jì)算方法，進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算。

5）分析優(yōu)化結(jié)果，修改設(shè)計(jì)方案，求得滿(mǎn)意的結(jié)果。

2.8分析可靠性設(shè)計(jì)作用，有哪些常用可靠性指標(biāo)，其含義是什么？

可靠性設(shè)計(jì)作用：可分析產(chǎn)品在規(guī)定的條件和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計(jì)是確定

產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)的變化規(guī)律，以最少的費(fèi)用以保證產(chǎn)品應(yīng)有的工作壽命和可靠度，以最優(yōu)的設(shè)計(jì)

方案實(shí)現(xiàn)所要求的產(chǎn)品可靠性水平。

常用可靠性指標(biāo)：

1）產(chǎn)品T.作能力：指產(chǎn)品功能參數(shù)達(dá)到技術(shù)要求時(shí)的完成規(guī)定功能所處的狀態(tài)。

2）可靠度：指產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的概率。

3）失效率：表示產(chǎn)品工作到某一時(shí)刻后在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)生故障的概率。

4）平均壽命：對(duì)于不可修復(fù)產(chǎn)品，是指產(chǎn)品從開(kāi)始工作到發(fā)生失效前的平均工作時(shí)間；

對(duì)于可修復(fù)產(chǎn)品，是指兩次故障之間的平均工作時(shí)間。

2.9描述“應(yīng)力?強(qiáng)度干涉模型”，如何利用該模型進(jìn)行機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)？

應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型是機(jī)械產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)的基本模型，即要求產(chǎn)品強(qiáng)度X大于其所受應(yīng)力Y的概率

模型。

在卜圖中，產(chǎn)品強(qiáng)度X的概率密度與應(yīng)力Y的概率密度分布曲線(xiàn)中的相互搭接的陰影區(qū)域?yàn)榱慵?/p>

能出現(xiàn)失效的區(qū)域，其面積越小零件可靠性越高，應(yīng)用概率論的卷積公式可求出產(chǎn)品失效的概率密度函數(shù),

即：

其中，x、y概率密度函數(shù)分別為yu）和g（、v）,z=x-y為干涉隨機(jī)變量。

2.10什么是系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)，如何對(duì)不同組織結(jié)構(gòu)形式系統(tǒng)進(jìn)行可靠性預(yù)測(cè)？

系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)：任何產(chǎn)品或系統(tǒng)都是由一定數(shù)量的獨(dú)立亙?cè)M成，系統(tǒng)的可靠性往往取決于各個(gè)組

成單元的可靠度以及它們的組成形式。若各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及各組成單元可靠度已知，則可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的可靠度。

串聯(lián)系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)：設(shè)串聯(lián)系統(tǒng)各元件可靠度分別為R、&....R“,則串聯(lián)系統(tǒng)可靠度凡為

R.=叫尺…=

并聯(lián)系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè)：并聯(lián)系統(tǒng)可靠度此計(jì)算公式為凡=1-白（1-凡），設(shè)R產(chǎn)R2j..=R產(chǎn)R時(shí)，則有

r=l

/?5=1-(1-/?)"

混合系統(tǒng)可靠性預(yù)測(cè):可將系統(tǒng)中純并聯(lián)的同組單元轉(zhuǎn)化為一個(gè)等效串聯(lián)單元，然后再按照串聯(lián)系統(tǒng)

的可靠度進(jìn)行計(jì)算。

2.11什么是系統(tǒng)可靠性分配，有哪些可靠性分配方法？

系統(tǒng)可靠性分配：是將系統(tǒng)規(guī)定的可靠性指標(biāo)按照一定要求分配給各個(gè)組成單元，以確定每一個(gè)組成

單元的可靠度或失效率。

系統(tǒng)可靠性分配有等分配法、相對(duì)失效率分配法、拉格朗日乘數(shù)法等多種不同的分配方法，其分配原

則為：

1）組成單元越成熟，應(yīng)分配的可靠度可相應(yīng)增大；

2）單元在系統(tǒng)中的重要性越高，應(yīng)分配的可靠度也越高。

3）對(duì)具有相同重要性和相同工作周期的單元，分配的可靠度也應(yīng)相同；

4）綜合考慮各組成單元結(jié)構(gòu)、可維修性、工作環(huán)境、技術(shù)成熟度等因素，進(jìn)行可靠度合理分配。

2.12簡(jiǎn)述價(jià)值工程的內(nèi)涵，價(jià)值工程是如何解決實(shí)際工程問(wèn)題的？

價(jià)值工程內(nèi)涵：價(jià)值工程是以產(chǎn)品的功能分析為核心，以提高產(chǎn)品的價(jià)值為目的，力求以最低壽命周

期成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品使用所要求的必要功能，即以最少的費(fèi)用換取所需要的功能。

價(jià)值、功能和壽命周期成本為價(jià)值工程三要素，三者之間關(guān)系為

V=F/C

價(jià)值工程實(shí)施過(guò)程：價(jià)值工程的實(shí)施是?個(gè)發(fā)現(xiàn)矛盾、分析矛盾和解決矛盾的過(guò)程，通常是圍繞以下

7個(gè)邏輯問(wèn)題展開(kāi)的：

①這是什么？

②它是干什么用的？③它的成本是多少？

⑷有沒(méi)有實(shí)現(xiàn)同樣功能的新方案？

⑤新方案能實(shí)現(xiàn)功能要求嗎？

⑥新方案成本是多少？

⑦新方案價(jià)值怎樣？

按照順序回答和解決這7個(gè)問(wèn)題的過(guò)程，就是價(jià)值工程的實(shí)施程序和步驟，即選定對(duì)象、收集

情報(bào)資料、進(jìn)行功能分析、提出改進(jìn)方案、分析和評(píng)價(jià)新方案、實(shí)施新方案、評(píng)價(jià)活動(dòng)成果。

2.13簡(jiǎn)述反求工程的內(nèi)涵，分析反求工程基本作業(yè)步驟。

反求工程內(nèi)涵：反求工程是對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、分析、重構(gòu)和再創(chuàng)造的一種產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，它利用

數(shù)據(jù)采集設(shè)備獲取實(shí)物樣木結(jié)構(gòu)信息.，借助于?三維圖形處理系統(tǒng)對(duì)所采集的樣木信息進(jìn)行處理和

重構(gòu)，復(fù)現(xiàn)原實(shí)物樣本結(jié)構(gòu)模型，通過(guò)對(duì)重構(gòu)模型的分析、改進(jìn)和創(chuàng)新，快速地加工出創(chuàng)新的新

產(chǎn)品。

反求工程基本步驟：反求工程設(shè)計(jì)分為三個(gè)階段：

I）分析階段：對(duì)反求對(duì)象功能原理、結(jié)構(gòu)形狀、材料性能、加工工藝等進(jìn)行分析，明確關(guān)鍵功能

及關(guān)鏈技術(shù)，對(duì)原設(shè)計(jì)特點(diǎn)和不足之處作出評(píng)估。

2）再設(shè)計(jì)階段：包括對(duì)樣本的測(cè)量規(guī)劃、模型重構(gòu)、改進(jìn)創(chuàng)新等任務(wù)。

3）反求產(chǎn)品制造階段：采用通常產(chǎn)品制造方法，完成反求產(chǎn)品的制造過(guò)程。

2.14綠色設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)內(nèi)容是什么，舉例說(shuō)明綠色設(shè)計(jì)的基本原則。

綠色產(chǎn)品：指產(chǎn)品自身及其生產(chǎn)過(guò)程具有節(jié)能、節(jié)水、低污染、低毒、可再生、可回收特點(diǎn)的產(chǎn)品。

具有優(yōu)良的環(huán)境友好性，能夠最大限度地利用材料資源，最大限度地節(jié)約能源。

綠色設(shè)計(jì)：將環(huán)境因素和預(yù)防污染的措施納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)之口，將環(huán)境性能作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)目標(biāo)和出發(fā)

點(diǎn)，力求使產(chǎn)品對(duì)環(huán)境的影響為最小,其核心為3R1D（Reduce、Recycle>ReuseDegradable）,

即低消耗、可回收、再利用、可降解。

綠色設(shè)計(jì)基本原則：包括資源最佳利用原則、能量消耗最少原則、"零污染''原則、"零損害”原則、技

術(shù)先進(jìn)原則、生態(tài)經(jīng)濟(jì)效益最佳原則等。例如超聲波洗衣機(jī)利用超音波所產(chǎn)生的小汽泡“空化”作用

達(dá)到清洗的目的，節(jié)省了電源、用水量和清洗劑用量，降低了噪聲污染和清洗劑對(duì)環(huán)境的污染，

符合資源最佳利用、能量消耗最少、技術(shù)先進(jìn)等綠色設(shè)計(jì)原則。

第3章先進(jìn)制造工藝技術(shù)

3.1從材料成形學(xué)角度，零件成形工藝有哪幾種類(lèi)型，列舉各種類(lèi)型的具體工藝方法。

零件成形工藝通常包括如下三種成形類(lèi)型：

1）材料受迫成形，是利用材料的可成形性在特定邊界和外力約束條件下的成形過(guò)程，如鑄造、鍛

壓、粉末冶金和高分子材料注射成形等。

2）材料去除成形，是有序地從基體材料中分離出部分材料的成形工藝方法，如傳統(tǒng)的車(chē)、銃、包IJ、

磨切削加工，以及電火花加工、激光切割加工等。

3）材料堆積成形，又稱(chēng)增材制造，是應(yīng)用連接及合并等工藝手段將材料有序地合并堆積起來(lái)的一

種成形工藝方法，如快速原型制造、焊接、粘合等。

3.2描述先進(jìn)制造工藝的發(fā)展與特點(diǎn)。

先進(jìn)制造工藝的發(fā)展：

1）納米級(jí)機(jī)械加工精度；

2）超高速切削加工速度；

3）新型工程材料的應(yīng)用推動(dòng)制造工藝的進(jìn)步；

4）制造工藝裝備轉(zhuǎn)向數(shù)字化和柔性化；

5）材料成形向少無(wú)余量方向發(fā)展；

6）優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)形成；

7）新型成形工藝的產(chǎn)生與應(yīng)用。

先進(jìn)制造工藝的特點(diǎn)：

優(yōu)質(zhì)：加工的產(chǎn)品質(zhì)量高、性能好、使用壽命和可靠性高。

高效：生產(chǎn)率高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)成本。

低耗：節(jié)省原材料和能源消耗。

潔凈：可做到零排放或少排放，生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境污染少。

靈活：可對(duì)市場(chǎng)和生產(chǎn)過(guò)程變化、設(shè)計(jì)內(nèi)容更新快速做出反應(yīng)。

3.3查閱資料，列舉現(xiàn)已成熟使月的精密潔凈鑄造成形工藝方法。

略.

3.4查閱資料，列舉現(xiàn)已成熟使月的精密高效金屬塑性成形工藝方法。

略.

3.5什么是超塑性，目前金屬超塑性主要有哪兩種工藝手段獲得？

超塑性：是指金屬材料在一定的內(nèi)部組織條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部環(huán)境條件（如溫

度、應(yīng)變速率等）下所呈現(xiàn)異常低的流變抗力、異常高的延伸率現(xiàn)象。

目前主要有細(xì)晶超塑性和相變超塑性不同工藝兩種類(lèi)型。

細(xì)晶超塑性：其內(nèi)在條件是具有均勻、穩(wěn)定的等軸細(xì)晶組織，晶粒尺寸通常小于IORE外在條件是

每種超塑性材料應(yīng)在特定的溫度及速率下形變，一般要求應(yīng)變速率為IO1?10叫/，要比普通

金屬應(yīng)變速率至少低一個(gè)數(shù)量級(jí)。

相變超塑性：是指在材料相變點(diǎn)上下進(jìn)行溫度循環(huán)變化，同時(shí)對(duì)試樣進(jìn)行加載，得到微小變形，經(jīng)多

次循環(huán)積累得到所需的大變形。

3.6目前在高分子材料注射成形工藝中，有哪些先進(jìn)成形技術(shù)？

高分子材料注射成形有眾多先進(jìn)成形技術(shù)，如：

?氣體輔助成形：在熔融塑料在模腔內(nèi)未冷卻之前，將具有一定壓力的惰性氣體注入，可使塑

料均勻填充整個(gè)模腔，防止塑件表面出現(xiàn)縮痕或收縮翹曲等缺陷。

?注射壓縮成形：在模具保持一定開(kāi)度下合模充填塑料熔融體，再利用油缸壓縮使模具的動(dòng)模

板移動(dòng)至完全合模狀態(tài)，此時(shí)塑料熔融體因受壓而充滿(mǎn)模具整個(gè)型腔而成形，常用于流動(dòng)性

較差的薄壁制品等。

?模具滑合成形：用于某些中空制品或不同材料的復(fù)合體注塑成型。

?剪切場(chǎng)控制取向成形：在模具上開(kāi)設(shè)兩個(gè)主流道，通過(guò)這兩主流道充滿(mǎn)型腔后，用安裝于主

流道的兩個(gè)油缸活塞進(jìn)行反狂振蕩，迫使熔接痕部位的填充物沿著剪切力場(chǎng)方向取向，可提

高熔接痕處的強(qiáng)度，可消除制品內(nèi)部縮孔或表面縮痕等缺陷。

3.7就目前技術(shù)條件下，普通加工、精密加工和超精密加工是如何劃分的？

普通加工精度范圍：加工精度是在》m、表面粗糙度Ra值為0.1pm以上的加工方法。

精密加工精度范圍：加工精度是在0.1?1pm、表面粗糙度Ra值為0.01~0.1pm之間的加工方法。

超精密加工精度范圍：加工精度高于0.1國(guó)口、表面粗糙度Ra值小于O.O^m的加工方法。

3.8超精密切削加工對(duì)刀具有哪些要求，金剛石刀具有哪些性能特征？

超精密切削對(duì)刀具的要求：

1）極高的硬度、極高的應(yīng)用度和極高的彈性模量。

2）刃口能夠刃磨得極其鋒銳。

3）刃口應(yīng)無(wú)缺陷面。

4）與工件材料抗粘結(jié)性能好、化學(xué)親和性小、摩擦因數(shù)低面。

金剛石刀具性能特征：

1）具有極高的硬度，其硬度可達(dá)到HV6000~10000。

2）能夠刃磨出鋒銳的刃匚，且沒(méi)有缺口、崩刃等現(xiàn)象。

3）熱化學(xué)性能優(yōu)越，導(dǎo)熱性能好，與有色金屬親和力小。

4）刀刃強(qiáng)度高，耐磨性好。

天然單晶金剛石被一致公認(rèn)為是最理想不能替代的超精密切削刀具材料。

3.9為什么超精密切削加工一般采用金剛石刀具？分析超精密切削時(shí)最小切削厚度與刃口圓弧半徑的關(guān)

系，

超精密切削加工一般采用金剛石刀具：因?yàn)槌芮邢饕蟮毒呔哂袠O高的硬度和耐用度，且能磨出

極其鋒銳的刃口，目前只有金剛石刀具能滿(mǎn)足這些要求。

超精密切削時(shí)的最小切削厚度與刃口圓弧半徑的關(guān)系：其最小切削厚度取決于刀具的刃口半徑，具有

如下關(guān)系：

當(dāng)p=0.12時(shí)，可得：hDmin=0.322p

當(dāng)產(chǎn)0.26時(shí)，可得：hDmi?=0.249p

若能正常切削hDlnin=lnm；要求金剛石刀具的刃口半徑p應(yīng)為3?4nm。

3.10超精密磨削一般采用什么類(lèi)型砂輪，這些砂輪有何特點(diǎn)以及如何進(jìn)行修整？

超精密磨削砂輪：一般采用超硬磨料砂輪，如金剛石和立方氮化硼（CBN）。

金剛石砂輪：有較強(qiáng)的磨削能力和較高的磨削效率，一般用于磨削硬質(zhì)合金、非金屬硬脆材料、有

色金屬及其合金等，不宜用于鐵族元素合金。

立方氮化硼砂輪：比金剛石磨料有較好的熱穩(wěn)定性和較強(qiáng)的化學(xué)惰性，較合適于硬而韌、高溫硬度

高、熱傳導(dǎo)率低的鋼鐵材料。

超硬磨料砂輪修整方法：

I）車(chē)削法：用金剛石筆、金剛石修整片等車(chē)削金剛石砂輪以達(dá)到修整目的。

2）磨削法：用普通磨料砂輪或砂塊與超硬磨料砂輪進(jìn)行對(duì)磨修整。

3）噴射法：將碳化硅、剛玉等磨粒高速?lài)娚涞缴拜啽砻妫匀コ糠纸Y(jié)合劑致使超硬磨粒突出。

4）電解在線(xiàn)修銳ELID法：應(yīng)用電解加工原理，在砂輪進(jìn)行磨削加工的同時(shí)，完成對(duì)工作砂輪的修

銳過(guò)程。

石墨電極

工作砂輪

5）電火花修整法：采用電火花放電原理進(jìn)行超硬磨料砂輪的修整，適用于各種金屬結(jié)合劑砂輪。

6）其它修整法：超聲波修整、激光修整等。

3.11超精密加工對(duì)機(jī)床設(shè)備和環(huán)境有何要求？

超精密加工對(duì)機(jī)床設(shè)備要求：

1）精密主軸部件，主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，其關(guān)鍵在于所用的精密軸承。

2）床身和精密導(dǎo)軌，要求床身具有較強(qiáng)的抗振衰減能力、低熱膨脹系數(shù)、尺寸穩(wěn)定；要求導(dǎo)軌部

件有極高的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損。

3）微量進(jìn)給裝置，要求：①精微進(jìn)給與粗進(jìn)給分開(kāi)；②運(yùn)動(dòng)部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定性；③末級(jí)

傳動(dòng)元件有很高的剛度；④工藝性好，易于制造；⑤具有自動(dòng)控制功能，動(dòng)態(tài)性能好。

超精密加工對(duì)環(huán)境要求：

1）凈化的空氣環(huán)境，減少空氣中的塵埃含量，提高空氣的潔凈度。

2）恒定的溫度環(huán)境，加工精度要求越高，對(duì)溫度波動(dòng)范圍的要求越嚴(yán)格。

3）較好的抗振動(dòng)干擾環(huán)境，消除振動(dòng)干擾。

3.12在怎樣速度范圍下進(jìn)行加工屬于高速加工，分析高速切削加工所需解決的關(guān)鍵技術(shù)。

高速切削區(qū)域：工件材料都對(duì)應(yīng)有一個(gè)臨界切削速度，在該切削速度下切削溫度最高，當(dāng)超過(guò)臨界速

度后切削溫度將隨著切削速度增加而下降，高速切削區(qū)域即為越過(guò)不能切削的高溫區(qū)域之后的

某速度區(qū)域。

不能切削區(qū)域3用高速切削區(qū)域C

切削速度

高速切削加工關(guān)鍵技術(shù):

1）高速主軸單元，一般采用“電主軸”，具有重量輕、振動(dòng)小、噪音低、響應(yīng)性能好的特點(diǎn)。

2）快速進(jìn)給系統(tǒng)，通常采用直線(xiàn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的進(jìn)給系統(tǒng)，沒(méi)有剛性摩擦，幾乎沒(méi)有反向間隙，

有較好加、減速特性。

3）先進(jìn)的機(jī)床結(jié)構(gòu)，必須具足夠的剛度和強(qiáng)度，高的阻尼特性和熱穩(wěn)定性。

4）高速切削刀具系統(tǒng)，要求具有良好的熱穩(wěn)定性，嚴(yán)格的動(dòng)平衡。

5）高性能CNC控制系統(tǒng)，必須有高運(yùn)算速度和控制精度，以滿(mǎn)足復(fù)雜曲面型面的高速加工要求。

3.13敘述高速磨削對(duì)砂輪的要求。

高速磨削砂輪要求：

①砂輪某體機(jī)械強(qiáng)度能夠承受高速磨削時(shí)的磨削力；

②磨粒突出高度大，以便能夠容納大量的長(zhǎng)切屑；

③結(jié)合劑具有很高的耐磨性，以減少砂輪的磨損；

④磨削安全可靠。

3.14高速干切削需采取哪些技術(shù)措施？

高速干切削機(jī)床：

I）采用高速切削機(jī)床是高速干切削技術(shù)的基礎(chǔ)。

2）便于排屑的機(jī)床結(jié)構(gòu)，使切屑能夠自動(dòng)快速地排出，不致引起熱變形，影響加工精度。

3）采用熱平衡和熱補(bǔ)償技術(shù)。。

高速干切削刀具：

1）選用性能優(yōu)越的刀具材料?，如超細(xì)硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、CBN、聚晶金剛石等新里刀具材料。

2）先進(jìn)的刀具涂層技術(shù)，以補(bǔ)償切削液的潤(rùn)滑作用和冷卻作用。

3）優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)，采用大前角、大刃傾角以及合適的斷屑槽，以減少切屑與前刀面的接觸面積

以及解決斷屑和排屑問(wèn)題。

3.15與傳統(tǒng)加工工藝比較，特種加工有哪些性能特征？

與傳統(tǒng)加工技術(shù)比較，特種加工工藝具有如下特征：

（1）不受被加工材料物理和機(jī)械性能的限制，可加工各種硬、軟、脆、熱敏、耐腐蝕、高熔點(diǎn)、高

強(qiáng)度以及特殊性能的金屬和非金屬材料。

（2）非接觸加工，不存在明顯的作用力，非常適合于其剛性極低或柔性材料的零件加工。

（3）特種加工不產(chǎn)生宏觀切屑，不會(huì)引起劇烈的彈、塑性變形，其殘余應(yīng)力、冷作硬化，易于獲得

良好的表面質(zhì)量。

（4）加工能量易于控制和轉(zhuǎn)換，大大拓展了機(jī)械加工工藝范圍，使一些十分復(fù)雜的型面、型腔、異

型孔、微小孔、深孔、窄縫等難以成形的零件加工成為可能。

（5）易于實(shí)現(xiàn)復(fù)合加工工藝大大提高機(jī)械加工工藝能力，擴(kuò)大加工工藝范圍

3.16簡(jiǎn)述電火花加工原理，比較快速走絲與慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床的性能特征。

電火花加工是在一定液體介質(zhì)中利用工具和工件兩電極之間脈沖火花放電時(shí)的電蝕作用來(lái)蝕除多余

的金屬，其基本條件為：①必須提供脈沖電源；②必須提供具有一定絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)；③在工具電極

與工件間必須保持一定的放電間隙；④必須有足夠的脈沖放電強(qiáng)度。

快走絲線(xiàn)切割機(jī)床：走絲速度快、往復(fù)供絲、反復(fù)使用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜、精度稍低。

慢走絲線(xiàn)切割機(jī)床：走絲速度慢、單向供絲、一次性使用、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高、精度高。

3.17簡(jiǎn)述電化學(xué)加工機(jī)理，比較電解加工與電鑄加工其原理上的區(qū)別。

電化學(xué)加工原理：在電場(chǎng)作用下，電解液中金屬正離子在向陰極移動(dòng)，并在陰極表面得到電子進(jìn)行還

原反應(yīng)，使之成為金屬原子沉積在陰極表面：電解液中的負(fù)離子向陽(yáng)極移動(dòng)，在陽(yáng)極表面失去電子而發(fā)生

氧化反應(yīng)，或者說(shuō)陽(yáng)極上金屬原子失去電子后成為正金屬離?子溶入電解液中。

電解加工：是利用金屬在電解液中的電化學(xué)陽(yáng)極溶解原理對(duì)金屬工件進(jìn)行加工成形的一種工藝方法。

電鑄加工：是利用電鍍液中金屬正離子在電場(chǎng)的作用下于陰極表面鍍覆沉積的一種加工工藝方法。

3.18分別敘述激光加工、電子束加工、離子束加工以及水射流加工幾種高能束流加工的工作原理。

高能束流加工：其共同特點(diǎn)是以具有很高能量密度的束流在工件表面聚焦，從而完成材料的去除、連

接、生長(zhǎng)、改性等加工任務(wù)。

激光束加工：利用激光束光熱效應(yīng)所產(chǎn)生的高溫使材料瞬時(shí)加熱、熔融及氣化，從而實(shí)現(xiàn)切割、焊接、

打孔.表面處理等各種類(lèi)型的激光加工。

電子束加工：在真空條件下將電子束進(jìn)行聚焦，并以極高的速度沖擊到極小的工件表面，可在極短時(shí)

間內(nèi)將其能量轉(zhuǎn)化為熱能，致使工件表面溫度瞬間上升至數(shù)千攝氏度，從而引發(fā)工件表面材料局部的熔化

和氣化而被真空系統(tǒng)抽走，從而達(dá)到加工的目的。

離子束加工：是在真空條件下將離子束加速、聚焦，通過(guò)高動(dòng)能離子轟擊工件表面，利用離子微觀機(jī)

械撞擊機(jī)理實(shí)現(xiàn)對(duì)工件材料的加工。

水射流切割：是利用高壓和高速水流對(duì)工件材料的沖擊作月以達(dá)到材料切割去除的目的，所切割的厚

度雙決于水流噴射的速度、壓力以及噴嘴至工件的距離，水射流切割所產(chǎn)生的切屑隨著水流液排出。

3.19分析增材制造工作原理和作業(yè)過(guò)程。

增材制造技術(shù)基本原理：采用軟件離散-材料堆積原理實(shí)現(xiàn)零件的成型過(guò)程。

增材制造技術(shù)作業(yè)過(guò)程：

1）建立三維實(shí)體模型，可用各種三維CAD系統(tǒng)或通過(guò)反求工程方法建立實(shí)體CAD模型；

2）生成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換文件，將三維實(shí)體數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為STL三角化數(shù)據(jù)文件；

3）分層切片，沿給定方向?qū)TL文件進(jìn)行切片，得到一個(gè)個(gè)二維薄片層；

4）逐層堆積成形，根據(jù)切片輪廓和厚度要求完成各切片層，通過(guò)一層層堆積完成實(shí)體成形制造。

5）成形實(shí)體后處理，對(duì)成形實(shí)體進(jìn)行固化、修補(bǔ)、打磨、涂覆等后處理工序。

設(shè)計(jì)人員一CAD造型系統(tǒng)

模型—文件切片

三維實(shí)體一三維數(shù)字化儀等

3.20列舉當(dāng)前常用的增材制造工藝方法，敘述各種工藝方法的工藝過(guò)程及其特點(diǎn)。

常用增材制造工藝方法：

1）光敏液相固化法（SLA）,利用紫外光對(duì)液槽內(nèi)的光敏樹(shù)脂進(jìn)行一層層固化成形。

特點(diǎn)：成形精度好，材料利用率高，適宜制造形狀復(fù)雜、特別精細(xì)的樹(shù)脂零件。

不足：材料昂貴，制造過(guò)程需要設(shè)計(jì)支撐，加工環(huán)境有氣味等問(wèn)題。

2）疊層實(shí)體制造法（LOM）,通過(guò)單面帶有粘膠的紙材或箔材通過(guò)相互粘結(jié)成形的。

特點(diǎn)：成形速度快，成形材料便宜，無(wú)相變、無(wú)熱應(yīng)力、形狀和尺寸精度穩(wěn)定。

不足：成形后廢料剝離費(fèi)時(shí)，取材范圍較窄，且層厚不可調(diào)整。

3）選區(qū)激光燒結(jié)法（SLS）,應(yīng)用高能激光束將粉末材料逐層燒結(jié)成形。

特點(diǎn)：成形材料廣泛，不需要支撐材料。

不足：需要高能激光器，設(shè)備成本較高。

4）熔絲沉積成形法（FDM）,通過(guò)擠壓頭擠出一束非常細(xì)的熱熔塑料絲來(lái)成形。

特點(diǎn)：無(wú)需激光系統(tǒng)，設(shè)備組成簡(jiǎn)單，其成本及運(yùn)行費(fèi)用較低。

不足：需要支撐材料，成形材料限制較大。

5）三維打印工藝方法（3DP）：無(wú)需激光器，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，特別適合用作桌面辦公系統(tǒng)。

6）金屬材料的增材制造技術(shù)：

?基于同軸送粉激光近形制造（LENS）,采用與激光束同軸的噴粉送料方法將金屬粉末送入激

光束熔池中融化逐點(diǎn)逐線(xiàn)成形。

?粉末床選擇性激光熔化（SLM）,是利用高概率密度激光器熔化預(yù)先鋪設(shè)在粉床上薄層粉末

成形。

?電子束熔化技術(shù)（EBM）,與SLM工藝相似，差別在于應(yīng)用電子束。

3.21列舉當(dāng)前常用的表面改性、表面覆層和表面處理的工藝技術(shù)。

表面改性技術(shù)：

1）激光表面改性.采用大功率激光加熱材料，借助于材料木身的傳導(dǎo)冷卻，使金屬材料表面快速

冷卻，以達(dá)到其表面改性目的，有激光表面淬火、激光表面合金化等工藝內(nèi)容：

激光表面淬火：以高能激光束快速掃描加熱工件表面，利用工件自冷淬火使材料表面相變硬化。

激光表面合金化：利用高能激光束使合金粉材涂層與基體金屬表面快速混合融化，冷卻凝固，

形成新合金層改變表面性質(zhì)。

2）電子束表面改性。是將高速電子束照射金屬表面，使其與基體金屬電子發(fā)生碰撞而使金屬表層

溫度升高及其快速冷卻進(jìn)行表面改性。

3）離子注入表面改性。利用離子注入機(jī)將特定的雜質(zhì)原子以等離子形式經(jīng)加速后注入材料表層，

提高材料的工作硬度、耐磨損性、抗腐蝕性和抗氧化性等性能。

表面覆層技術(shù)：

1）熱噴涂技術(shù)。采用等離子、激光等作為熱源，使金屬、合金、陶瓷等材料加熱熔融，通過(guò)高速

氣流使其霧化然后噴射沉積到工件表面形成附著表面層，有火焰噴涂、等離子噴涂、爆炸噴涂

等。

2）氣相沉積技術(shù)。利用氣相反應(yīng)，在各種材料表面沉積單層或多層薄膜以獲得所需的優(yōu)異性能，

有物理氣相沉積（PVD）和化學(xué)氣相沉積（CVD）。

復(fù)合表面處理技術(shù)：

1）兔合熱處理技術(shù)。夏會(huì)兩種以上的熱處理方法，如滲鈦與離子滲氮生合處理、碳氮共滲處理、

液體碳氮共滲與高頻感應(yīng)加熱表面淬火的復(fù)合強(qiáng)化、激光淬火與離子滲氮復(fù)合處理等。

2）表面覆層與其他表面處理的發(fā)合技術(shù)。先在工件表面進(jìn)行如鍍層、涂層、沉積層或薄膜等各種

覆層，再經(jīng)過(guò)熱處理，使覆層中金屬原子向基體擴(kuò)散，以提高表面的抗擦傷、耐磨損和耐腐蝕

能力。

3）離子注入與氣相沉積復(fù)合表面改性。

3.22列舉當(dāng)前常用的微制造工藝技術(shù)以及納制造工藝技術(shù)。

微制造工藝技術(shù)：

1）機(jī)械微加工技術(shù)，主要針對(duì)0.1pm?10mm微小零件的制造，是用“小機(jī)床加工小微零件”。

2）光刻工藝技術(shù)，是制作半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及集成電路微圖形結(jié)構(gòu)的工藝技術(shù)，其工藝過(guò)程為：

氧化-涂膠?曝光?顯影??刻蝕-去膠?擴(kuò)散

3）犧牲層工藝技術(shù)，通過(guò)腐蝕去除結(jié)構(gòu)件下面的犧牲層材料而獲得一個(gè)個(gè)空腔結(jié)構(gòu)，是制作各種

微腔和微橋結(jié)構(gòu)的重要工藝手段。

4）LIGA技術(shù)，是集光刻、電鑄成形和微注塑為一體的三維立體微細(xì)加工的復(fù)合技術(shù)，可批量生產(chǎn)

如微軸類(lèi)零件、微齒輪、微傳感器、微執(zhí)行器、微光電元件等不同材料的各種微器件。

納制造工藝技術(shù)：

1）納米光刻，是在傳統(tǒng)光刻技術(shù)基礎(chǔ)上引進(jìn)電子束光刻、離子束光刻、X射線(xiàn)光刻及納米壓印等

先進(jìn)光刻工藝。

2）基于掃描探針顯微鏡（SPM）的納米加工。應(yīng)用高硬度金剛石探針作為切削刃，通過(guò)改變?cè)?/p>

力顯微鏡AFM作用力和金剛石探針針尖的幾何形狀，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多種材料進(jìn)行納米級(jí)可控切削加

工。

2）基于掃描探針顯微鏡SPM的原子操縱。在STM針尖和樣品表面之間施加適當(dāng)幅值和寬度的電

壓脈沖，以致在針尖和樣品之間產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)大電場(chǎng)，利用強(qiáng)電場(chǎng)的作用來(lái)吸附樣品表面上的原

子，以此對(duì)樣品上的單原子進(jìn)行移動(dòng)和提取操縱。

3.23描述再制造工藝流程以及涉及的關(guān)鍵技術(shù)。

再制造工藝流程：需經(jīng)歷無(wú)損拆解、零部件清洗、損傷檢測(cè)、壽命評(píng)估、再制造方案設(shè)計(jì)、再制造加

工以及再裝配等工藝流程。

廢舊機(jī)椎產(chǎn)品進(jìn)廠初步檢射完金拆等郵件圻洗軍件分類(lèi)及檢濯

可

M再

直

造

接

件

使

用

再制造性評(píng)定

再制造零件性能試驗(yàn)零件的梅制造加rK再制造方案設(shè)計(jì)I件

再制造產(chǎn)品性能測(cè)試再制造產(chǎn)品標(biāo)識(shí)、包我及發(fā)運(yùn)

再制造涉及的關(guān)鍵技術(shù)：包括無(wú)損拆解技術(shù)、綠色清洗技術(shù)、毛坯剩余壽命評(píng)估技術(shù)、再制造加工技

術(shù)、再制造過(guò)程質(zhì)量控制技術(shù)、再制造產(chǎn)品服役壽命評(píng)估技術(shù)、在制造系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)等。

3.24當(dāng)前有哪些常用的再制造成形與加工工藝技術(shù)，并描述其工藝原理。

再制造常用的成形與加工工藝：

1）熱噴涂修復(fù)技術(shù)。利用離子束、激光束等不同熱源將粉狀或絲狀材料加熱熔融，通過(guò)高速氣流將

其霧化噴射到工件表面以形成修復(fù)特定表層。

2）電刷鍍修鰥術(shù)。利用電解原理使電鍍液中的金屬離子在零件表面還原并沉積，形成具有一定結(jié)合

力和厚度的耐磨鍍層、減摩鍍層、抗疲勞鍍層、耐高溫鍍層、耐腐蝕鍍層等不同電刷鍍層。

3）激光修翱冰，包括如下修復(fù)工藝：

激光表面相變硬化：也叫激光表面淬火，以高能激光束照射材料表面使表面溫度急劇上升到相變

溫度以上形成奧氏體，經(jīng)急冷而實(shí)現(xiàn)自冷淬火。

激光表面合金化處理：用激光束將?種或多種合金元袤快速熔入基體表面，使母材與合金材料同

時(shí)熔化，形成細(xì)密均勻的表面合金層。

激光表面熔凝處理：川高能激光束掃描金屬表面，使之迅速形成一層薄熔化層，通過(guò)自身迅速冷

卻凝固，使表面產(chǎn)生特殊的微觀組織結(jié)構(gòu)。

激光表面熔覆處理：利用激光在基體表面覆蓋一層具有特定性能的涂覆材料。

激光沖擊強(qiáng)化：利用約束層內(nèi)的涂層材料吸收激光能量氣化后，所生成的高強(qiáng)度沖擊波使金屬表

面產(chǎn)生塑性變形，從而形成激光沖擊強(qiáng)化區(qū)來(lái)改善工件表面的機(jī)械性能。

3.25敘述仿生制造內(nèi)涵以及目前主要研究?jī)?nèi)容。

仿生制造技術(shù)內(nèi)涵：模仿生物的組織、結(jié)構(gòu)、功能和性能，制造仿生結(jié)構(gòu)、仿生表面、仿生器具、仿

真裝備、生物組織及器官，借助下生物形體和生長(zhǎng)機(jī)制進(jìn)行加工成形的技術(shù)。

主要研究?jī)?nèi)容：

1）仿生機(jī)構(gòu)制造。以仿生學(xué)為指導(dǎo)，在提取自然界生物的優(yōu)良性能特征基礎(chǔ)上，模仿生物的形態(tài)、

結(jié)構(gòu)、材料和控制原理，設(shè)計(jì)制造具有生物特征或優(yōu)異功能的機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)的過(guò)程。

2）功能性表面仿生制造。主要在仿生減阻功能表面研究較多，如仿生盾鱗結(jié)構(gòu)表皮的制造等。

3）生物組織器官制造。用生物材料、細(xì)胞和生物因子制造具有生物學(xué)功能的人體組織或器官替代

物的過(guò)程。

4）生物加工成形制造。是通過(guò)單個(gè)細(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)簇直接和間接的受控組裝，完成具有新陳代射特

征的生命體的成形和制造。

第4章制造自動(dòng)化技術(shù)

4.1簡(jiǎn)述制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展及內(nèi)涵。

制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展：經(jīng)歷了剛性自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化三個(gè)發(fā)展階段。

剛性自動(dòng)化發(fā)展階段：19世紀(jì)末20世紀(jì)初，以福特汽車(chē)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)為代表的剛性自動(dòng)化，極大

提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了生產(chǎn)成本，滿(mǎn)足了社會(huì)基本的物質(zhì)需求。

柔性自動(dòng)化發(fā)展階段：20世紀(jì)50-80年代，以數(shù)控機(jī)床和柔性制造系統(tǒng)為代表的柔性自動(dòng)化，較好

地滿(mǎn)足了多品種、小批量的自動(dòng)化生產(chǎn)。

綜合自動(dòng)化發(fā)展階段：20世紀(jì)80年代后，以計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS為代表的綜合自動(dòng)化，集

設(shè)計(jì)、制造、質(zhì)量保證以及經(jīng)營(yíng)管理等為一體的綜合制造自動(dòng)化系統(tǒng)，提高企業(yè)綜合經(jīng)營(yíng)能

力和市場(chǎng)響應(yīng)能力。

智能自動(dòng)化階段進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等為代表的新一輪

技術(shù)創(chuàng)新浪潮出現(xiàn)，推動(dòng)著制造業(yè)正朝著智能自動(dòng)化新時(shí)代發(fā)展。

制造自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵：在“狹義制造''概念下，制造自動(dòng)化是指生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)的加工、裝配和檢驗(yàn)過(guò)程

的自動(dòng)化,在“廣義制造”的概念下，制造自動(dòng)化則包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工過(guò)程、質(zhì)量控制、企業(yè)

管理等整個(gè)產(chǎn)品制造自動(dòng)化過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)企業(yè)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時(shí)、潔凈生產(chǎn)目標(biāo)。

4.2分析機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程

數(shù)控系統(tǒng)組成：由CNC數(shù)控裝置、輸入輸出接口、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)單元、檢測(cè)反饋等部分組成。

工作過(guò)程：

1）編輯數(shù)控程序，輸入至CNC裝置。

2）逐段解讀數(shù)控程序，按字地址將相關(guān)數(shù)據(jù)送入對(duì)應(yīng)緩沖區(qū)。

3）根據(jù)程序進(jìn)行刀補(bǔ)、進(jìn)給方向判斷、進(jìn)給速度換算。

4）按給定速度進(jìn)行運(yùn)動(dòng)插補(bǔ)，驅(qū)動(dòng)刀具按設(shè)定軌跡運(yùn)動(dòng)。

5）由PLC根據(jù)M、S、T功能代碼進(jìn)行邏輯量運(yùn)算，控制邏輯動(dòng)作。

6）檢測(cè)各伺服軸實(shí)際位移。

7）將實(shí)際位移與指令值比較，以其差值進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制直至差值回零為止。

4.3什么是開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)，開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有哪些實(shí)現(xiàn)途徑？

開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)：可滿(mǎn)足用戶(hù)二次開(kāi)發(fā)需要，可由用戶(hù)添加系統(tǒng)控制功能的數(shù)控系統(tǒng)。目前開(kāi)放式數(shù)

控系統(tǒng)大致有以下幾種型式：

1）PC嵌入NC型：將PC嵌入到傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)中，可利用PC的開(kāi)放性可定制用戶(hù)喜愛(ài)的界面，但

其內(nèi)核不對(duì)外開(kāi)放，如Fanuc、Siemens等商業(yè)化開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)。

2）NC嵌入PC型：采用“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”構(gòu)建的數(shù)控系統(tǒng)硬件平臺(tái)，這類(lèi)系統(tǒng)應(yīng)用軟件通用性強(qiáng),

編程處理方便、靈活，具有上、下兩級(jí)開(kāi)放性。

3）純PC軟件型：系統(tǒng)的全部功能均由PC軟件實(shí)現(xiàn)，通過(guò)PC擴(kuò)展槽上伺服接口卡板實(shí)現(xiàn)對(duì)伺服

驅(qū)動(dòng)軸的控制，可實(shí)現(xiàn)上下兩層全方位的開(kāi)放性。

4.4伺服系統(tǒng)包括哪些組成部分，比較開(kāi)環(huán)、閉環(huán)以及半閉環(huán)伺服系統(tǒng)構(gòu)成原理及功能作用。

伺服系統(tǒng)：包括伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、檢測(cè)反饋裝置等組成部分，按照檢測(cè)裝置的有無(wú)和安裝位置

的不同，有如下幾種控制結(jié)構(gòu)形式。

I）開(kāi)環(huán)控制伺服系統(tǒng)：不帶檢測(cè)裝置，無(wú)反饋電路，控制精度不高。

2）半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)：檢測(cè)元件安裝于伺服電機(jī)軸輸出端。

特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，易于調(diào)節(jié)，但不能反饋補(bǔ)償電機(jī)輸出端到機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件間的傳動(dòng)誤差。

3）閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)：檢測(cè)元件安裝于機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件上。

特點(diǎn)：可補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)部件誤差，控制精度高，但調(diào)節(jié)困難。

4.5簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程的原理與特點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程：應(yīng)用CAD/CAM系統(tǒng)編程，首先對(duì)加工零件進(jìn)行造型建立零件實(shí)體模型，然后

采用人機(jī)交互方式指定實(shí)體模型的待加工表面，在輸入所需的工藝參數(shù)、刀具參數(shù)及走刀方式,

然后由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算，生成刀位文件，再經(jīng)后置處理生成所需的數(shù)控加工程序。

特點(diǎn)：在CAD/CAM系統(tǒng)集成環(huán)境下，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與數(shù)控編程技術(shù)的集成，不需要用戶(hù)編制程序

代碼，編程效率高。

1

編

譯

刀

處

后

刀

具

理

數(shù)

置

位

軌

處

轉(zhuǎn)

文

跡

理

件

計(jì)

床

算

RS232c接口

4.6分析加工中心機(jī)床換刀和選刀方式。

加工中心機(jī)床換刀：

機(jī)械手換刀：機(jī)械手換刀時(shí)有抓刀、拔刀、回轉(zhuǎn)、插刀等動(dòng)作過(guò)程，當(dāng)一只手臂從刀庫(kù)中拔出一把

新刀具，另一只手臂同時(shí)從主軸頭上拔出待更換的刀具，然后兩臂旋轉(zhuǎn)交換位置，再分別將新

舊刀具插入主軸頭和刀庫(kù)內(nèi)。

借助主軸運(yùn)動(dòng)換刀：將刀庫(kù)轉(zhuǎn)動(dòng)至主軸頭正下方，利用主軸的上下運(yùn)動(dòng)將已用過(guò)的刀具插入刀庫(kù)某

個(gè)空刀位，然后轉(zhuǎn)動(dòng)刀庫(kù)，將刀庫(kù)內(nèi)某把新刀具轉(zhuǎn)動(dòng)至主軸頭正下方，再次利用主軸頭上下運(yùn)

動(dòng)為主軸更換新的刀具。

4.7分析FMS結(jié)構(gòu)組成、功能特點(diǎn)和適用范圍。

FMS結(jié)構(gòu)組成：

1）加工子系統(tǒng)，包括由兩臺(tái)以上的CNC機(jī)床、加工中心或柔性制造單元等組成。

2）工件運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)，由工件裝卸站、自動(dòng)化輸運(yùn)小車(chē)、工業(yè)機(jī)器人、托盤(pán)緩沖站、托盤(pán)交換裝置、

自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成。

3）刀具運(yùn)儲(chǔ)子系統(tǒng)，包括中央刀庫(kù)、機(jī)床刀庫(kù)、刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀具輸運(yùn)小車(chē)、工業(yè)

機(jī)器人、換刀機(jī)械手等。

4）計(jì)算機(jī)控制子系統(tǒng)，負(fù)責(zé)FMS計(jì)劃調(diào)度、運(yùn)行控制、物流管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信等任務(wù)。

5）附屬系統(tǒng)，如冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)、切屑運(yùn)輸系統(tǒng)、自動(dòng)清洗裝置、自動(dòng)去毛刺設(shè)備等。

FMS功能特征：

?柔性度高，適應(yīng)于多品種、中小批量的生產(chǎn)；

?系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上是相互補(bǔ)充或相互替代的；

?可混流加工不同的零件；

?系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；

?遞階結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制，可以上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信；

?可進(jìn)行第三班無(wú)人值守生產(chǎn)。

FMS適用范圍：適合于多品種、中小批量生產(chǎn)。

4.8敘述FMS加工系統(tǒng)的功能要求，分析互替式與互補(bǔ)式機(jī)床配置形式的特點(diǎn)。

FMS加工系統(tǒng)的功能要求：

1）工序集中，以減少機(jī)床數(shù)目，減輕FMS物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)，保證FMS加工質(zhì)最;

2）控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性能好，以減輕網(wǎng)絡(luò)通信和上級(jí)控制器的負(fù)擔(dān)；

3）高剛性、高精度和高速度；

4）自保護(hù)與維護(hù)性好；

5）使用經(jīng)濟(jì)性好；

6）環(huán)境適應(yīng)性和保護(hù)性好。

加工子系統(tǒng)配置形式：

1）互替式配置，F(xiàn)MS中各機(jī)床為并行配置，其功能可互相代替。

特點(diǎn)：具有較大柔性和較寬的工藝范圍。

3機(jī)床1|I機(jī)床2

b）互補(bǔ)式c）混合式

2）互補(bǔ)式配置.，F(xiàn)MS中各機(jī)床功能是互相補(bǔ)充的，為自聯(lián)配置形式

特點(diǎn)：具有較高的生產(chǎn)率，能充分發(fā)揮機(jī)床性能，但系統(tǒng)可靠性有?所降低。

3）混合式，具有互替式與互補(bǔ)式配置各自?xún)?yōu)點(diǎn)。

4.9分別從工件和刀具兩個(gè)方面分析FMS物流運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)的組成和流動(dòng)方式。

FMS工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)：包括工件裝卸站、托盤(pán)緩沖站、物料運(yùn)載裝置和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等組成部分。

作業(yè)過(guò)程：

①由人工在工件裝卸站將工件裝在托盤(pán)上；

②物料運(yùn)載裝置將托盤(pán)連帶工件運(yùn)送至各加工機(jī)床加工或送至托盤(pán)緩沖站等待；

③機(jī)床加工完畢后，運(yùn)載裝置將之送至自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)存儲(chǔ)或轉(zhuǎn)送至另外機(jī)床加工；

④運(yùn)載裝置負(fù)責(zé)在工件裝卸站、加工機(jī)床、托盤(pán)緩沖站以及自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)之間運(yùn)送物料。

FMS刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)：由刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀庫(kù)系統(tǒng)、刀具運(yùn)我裝置以及計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)組

成。

作業(yè)過(guò)程：

1）新刀具組裝及預(yù)調(diào)。

2）將預(yù)調(diào)好的刀具放入刀具裝卸站；

3）刀具運(yùn)載交換裝置將刀具運(yùn)送至中央刀具庫(kù)待用；

4）刀具運(yùn)載交換裝置將加工單元所需刀具從中央刀庫(kù)中送至相應(yīng)加工單元刀具庫(kù)：

5）取回不用或已磨損報(bào)廢刀具送回至中央刀庫(kù)；

6）將重磨或報(bào)廢刀具送出系統(tǒng)。

4.10簡(jiǎn)述FMS控制系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及功能作用。

一般采用如下三層遞階控制結(jié)構(gòu)，各層相對(duì)獨(dú)立，易于實(shí)現(xiàn)與維護(hù)。

1）單元控制層：制定系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃，分配作業(yè)任務(wù)，監(jiān)控系統(tǒng)的執(zhí)行。

2）工作站控制層：協(xié)調(diào)物流流動(dòng)，采集系統(tǒng)工況，向上級(jí)控制器報(bào)告等。

3）設(shè)備控制層：控制各類(lèi)加工設(shè)備和物料系統(tǒng)工作循環(huán)，向上反饋現(xiàn)場(chǎng)信息。

4.11分別從組成結(jié)構(gòu)、加工功能、柔性度和生產(chǎn)效率等角度，綜合分析數(shù)控機(jī)床、加工中心機(jī)床、柔性制

造單元以及柔性制造系統(tǒng)幾種不同的柔性自動(dòng)化設(shè)備特點(diǎn)和區(qū)別。

功能組成柔性度生產(chǎn)率

數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工CNC+++*

自動(dòng)加工CNC+刀庫(kù)

加工中心+++++

+自動(dòng)換刀+自動(dòng)換刀裝置

自動(dòng)加工

柔性制造單元+自動(dòng)換刀MC+托盤(pán)庫(kù)+++++

+自動(dòng)上料

自動(dòng)加工+MC/FMC

自動(dòng)換刀++刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)++++

自動(dòng)上料+工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

+綜合管理+控制系統(tǒng)

4.12簡(jiǎn)述AGV小車(chē)類(lèi)型以及各自導(dǎo)向原理和特點(diǎn)。

1）RGV小車(chē)：由地面軌道導(dǎo)向。

特點(diǎn)：承載能力大，停靠準(zhǔn)確，可靠型高，制造成本低。

不足：不易更動(dòng)，轉(zhuǎn)彎半徑不宜太小，空間利用率低，噪聲大。

2）線(xiàn)導(dǎo)AGV小車(chē)：利用電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理進(jìn)行導(dǎo)向。

特點(diǎn)：設(shè)置簡(jiǎn)單方便，投資較少，地面平整，不怕污染，工作可靠。

3）光導(dǎo)AGV小車(chē)：采用帶有熒光材料油漆或色帶在地板上繪制出路線(xiàn)，采用光電制導(dǎo)原理進(jìn)行導(dǎo)

向。特點(diǎn)：改變線(xiàn)路非常容易。不足：對(duì)地面清潔度要求比較嚴(yán)格。

4）激光制導(dǎo)AGV小車(chē)：通過(guò)接受來(lái)自三個(gè)不同位置反射來(lái)的激光束來(lái)確定小車(chē)位置實(shí)現(xiàn)小車(chē)導(dǎo)向。

5）遙控AGV小車(chē)：以無(wú)線(xiàn)電設(shè)備傳送控制指令，活動(dòng)范圍和行車(chē)路線(xiàn)基本不受限制。

4.13分析工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成、技術(shù)指標(biāo)以及編程方法。

工業(yè)機(jī)器人結(jié)構(gòu)組成：一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、檢測(cè)及控制系統(tǒng)等部分組成。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)：又由手部、腕部、臂部和機(jī)身等部件構(gòu)成.

手部-用于直接抓取工件或工具，它安裝于機(jī)器人手臂的前端，具有模仿人手功能。

腕部-是聯(lián)接手部和手臂的部件，用以調(diào)整手部的姿態(tài)和方位。

臂部-是支撐腕部和手部的部件，用以承受負(fù)荷、改變手部空間位置作用。

機(jī)身-為機(jī)器人整體的支撐部件.

驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：提供能源和動(dòng)力，用以驅(qū)動(dòng)機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作，如電機(jī)、油缸、氣缸等。

控制系統(tǒng)：接受程序指令，控制機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)

檢測(cè)系統(tǒng)：檢測(cè)各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，并將檢測(cè)信息反饋給控制系統(tǒng)。

工業(yè)機(jī)器人技術(shù)指標(biāo)：常用技術(shù)指