先進(jìn)制造技術(shù)習(xí)題答案32.doc

全國高職高專規(guī)劃教材精品與示范系列 先進(jìn)制造技術(shù)習(xí)題答案孫燕華 主編 電子工業(yè)出版社Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 1-1 論述先進(jìn)制造技術(shù)及其主要特點(diǎn)。答：1、系統(tǒng)性先進(jìn)制造技術(shù)由于微電子、信息技術(shù)的引入，使制造技術(shù)成為一個能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、信息流和能量流的系統(tǒng)工程。如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)全過程控制物質(zhì)流、信息流和能量流的典型應(yīng)用案例。2、集成性現(xiàn)代制造技術(shù)使各專業(yè)、學(xué)科間不斷交叉、融合，其界限逐漸淡化甚至消失，發(fā)展成為集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型交叉學(xué)科。集成技術(shù)顯示出高效率、多樣化、柔性化、自動化、資源共享等特點(diǎn)。3、廣泛性現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計、加工制造到產(chǎn)品銷售及用戶服務(wù)等整個產(chǎn)品生命周期全過程，成為“市場產(chǎn)品設(shè)計制造市場 ”的大系統(tǒng)。4、高精度現(xiàn)代制造對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，在飛機(jī)、潛艇等軍事設(shè)施中使用的精密陀螺、大型天文望遠(yuǎn)鏡以及大規(guī)模集成電路的硅片等高新技術(shù)產(chǎn)品都需要超精密加工技術(shù)的支持。這些需求使激光加工、電子束、離子束加工、納米制造、微機(jī)械制造等新方法迅速發(fā)展。、實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)先進(jìn)制造技術(shù)的核心是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)等基礎(chǔ)制造技術(shù)，它是從傳統(tǒng)的制造工藝發(fā)展起來的，并與新技術(shù)實(shí)現(xiàn)了局部或系統(tǒng)集成。1-2 敘述先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成及分類。答：先進(jìn)制造技術(shù)的構(gòu)成：、基礎(chǔ)技術(shù)第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或無污染的基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、表面保護(hù)、機(jī)械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量采用、經(jīng)濟(jì)適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝經(jīng)過優(yōu)化而形成的基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)的核心及重要組成部分。這些基礎(chǔ)技術(shù)主要有精密下料、精密成形、精密加工、精密測量、毛坯強(qiáng)韌化、無氧化熱處理、氣體保護(hù)焊及埋弧焊、功能性防護(hù)涂層等。2、新型單元技術(shù)第二個層次是新型的先進(jìn)制造單元技術(shù)。它是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的制造技術(shù)。如：制造業(yè)自動化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、現(xiàn)代設(shè)計基礎(chǔ)與方法、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成形與加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、工藝模擬及設(shè)計優(yōu)化技術(shù)等。3、集成技術(shù)第三個層次是先進(jìn)制造集成技術(shù)。它是應(yīng)用信息、計算機(jī)和系統(tǒng)管理技術(shù)對上述兩個層次的技術(shù)局部或系統(tǒng)集成而形成的先進(jìn)制造技術(shù)的高級階段，如：FMS、CIMS、IMS等。先進(jìn)制造技術(shù)的分類：1、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)和科學(xué)知識，制定方案并使方案付諸實(shí)施的技術(shù)。包含的內(nèi)容有：（1）現(xiàn)代設(shè)計方法?，F(xiàn)代設(shè)計方法包括產(chǎn)品動態(tài)分析和設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、防蝕設(shè)計、可靠性和可維護(hù)性及安全設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及智能設(shè)計等。（2）設(shè)計自動化技術(shù)。設(shè)計自動化技術(shù)指應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)，進(jìn)行產(chǎn)品造型和工藝設(shè)計、工程分析計算與模擬仿真、多變量動態(tài)優(yōu)化，從而達(dá)到整體最優(yōu)功能目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計自動化。（3）工業(yè)設(shè)計技術(shù)。工業(yè)設(shè)計技術(shù)指開展機(jī)械產(chǎn)品色彩設(shè)計和中國民族特色與世界流派相結(jié)合的造型設(shè)計，增強(qiáng)產(chǎn)品的國際競爭力。2、先進(jìn)制造工藝現(xiàn)代制造工藝技術(shù)包括精密和超精密加工技術(shù)、精密成型技術(shù)以及特種加工技術(shù)等方面。（1）精密和超精密加工技術(shù)。精密、超精密加工技術(shù)是采用去除加工、結(jié)合加工、變形加工加工方法使工件的尺寸、表面性能達(dá)到極高的精度?，F(xiàn)在的精密、超精密加工已經(jīng)向納米技術(shù)發(fā)展。（2）精密成型技術(shù)。精密成型技術(shù)是生產(chǎn)局部或全部無余量或少余量半成品的工藝方法的統(tǒng)稱。包括精密凝聚成型技術(shù)、精密塑性加工技術(shù)、粉末材料構(gòu)件精密成型技術(shù)、精密焊接技術(shù)及復(fù)合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達(dá)到或接近成品形狀的尺寸，并達(dá)到提高質(zhì)量、縮短制造周期和降低成本的效果，其發(fā)展方向是精密化、高效化、強(qiáng)韌化和輕量化。（3）特種加工技術(shù)。特種加工技術(shù)是指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工，如高能束流（電子束、離子束、激光束）加工、電加工（電解和電火花加工）、超聲波加工、高壓水加工以及多種能源的組合加工。（4）表面改性、制膜和涂層技術(shù)。表面改性、制膜和涂層技術(shù)是采用物理、化學(xué)、金屬學(xué)、高分子化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和機(jī)械學(xué)等技術(shù)及其組合技術(shù)對產(chǎn)品表面進(jìn)行改性、制膜和涂層，賦予產(chǎn)品耐磨、耐蝕、耐（隔）熱、抗疲勞、耐輻射以及光、熱、磁、電等特殊功能，從而達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命和賦予新性能的新技術(shù)統(tǒng)稱，是表面工程的重要組成部分。3、自動化技術(shù)制造自動化是指用機(jī)電設(shè)備取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力，自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運(yùn)輸、加工、裝配和檢驗等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。其目的在于減輕勞動強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率、減少在制品數(shù)量、節(jié)省能源消耗以及降低生產(chǎn)成本。自動化技術(shù)主要包括數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計算機(jī)集成制造技術(shù)、傳感技術(shù)。自動檢測及信號識別技術(shù)和過程設(shè)備工況監(jiān)測與控制技術(shù)等。4、系統(tǒng)管理技術(shù)系統(tǒng)管理技術(shù)是指企業(yè)在市場開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制到銷售服務(wù)等一系列的生產(chǎn)經(jīng)營活動中，為了使制造資源（材料、設(shè)備、能源、技術(shù)、信息以及人力）得到總體配置優(yōu)化和充分利用，使企業(yè)的綜合效益（質(zhì)量、成本、交貨期）得到提高而采取的各種計劃、組織、控制及協(xié)調(diào)的方法和技術(shù)的總稱。它是現(xiàn)代制造技術(shù)體系中的重要組成部分，對企業(yè)的最終效益提高起著重要的作用。系統(tǒng)管理技術(shù)包括工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，以及現(xiàn)代制造模式（如精益生產(chǎn)、CIMS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織方法。1-3 先進(jìn)制造的關(guān)鍵技術(shù)。答：1、集成化技術(shù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強(qiáng)調(diào)信息的集成，這是不夠的?，F(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強(qiáng)調(diào)“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作機(jī)制集成、資源集成、過程集成及人員集成。2、智能化技術(shù)。應(yīng)用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包括產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持用戶到產(chǎn)品報廢等）各個環(huán)節(jié)智能化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程（包括組織、管理、計劃、調(diào)度、控制等）各個環(huán)節(jié)的智能化，并實(shí)現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括硬件與軟件的實(shí)現(xiàn)。各種通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信接口、系統(tǒng)操作控制策略等，是實(shí)現(xiàn)各種制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。4、分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中各種問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)解，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。5、多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及到機(jī)械科學(xué)的理論與知識而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、控制理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還必須考慮到經(jīng)濟(jì)、心理、環(huán)境、人文及社會等方面因素。機(jī)電產(chǎn)品的開發(fā)要進(jìn)行多目標(biāo)全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機(jī)電產(chǎn)品動靜特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。6、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機(jī)仿真技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真，采用多種介質(zhì)來存儲、表達(dá)、處理多種信息，融文字、語音、圖像、動畫于一體，給人一種真實(shí)感及身臨其境感。7、人機(jī)環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機(jī)器和環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益。研究的重點(diǎn)是：人機(jī)環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機(jī)柔性交互技術(shù)、人機(jī)智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些主要關(guān)鍵技術(shù)體現(xiàn)了21世紀(jì)制造技術(shù)對CAD/CAM集成系統(tǒng)的要求，表達(dá)了CAD/CAM集成發(fā)展的方向。1-4 我國機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r。答：近10年來，我國制造業(yè)的發(fā)展受到嚴(yán)重削弱，陷入了前所未有的困境。制造業(yè)的發(fā)展滯后已成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。據(jù)統(tǒng)計:全社會固定資產(chǎn)投資中，設(shè)備投資的2/3依賴進(jìn)口。目前，光纖制造裝備的100%、集成電路芯片制造裝備的85%、石油化上裝備的80%、轎車工業(yè)裝備、數(shù)控機(jī)床、紡織機(jī)械、膠印設(shè)備的70%被進(jìn)口產(chǎn)品占領(lǐng)，國產(chǎn)裝備的可靠性、自動化程度與國外產(chǎn)品有較大差距。我國制造業(yè)不斷采用先進(jìn)制造技術(shù)，但與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的差距。(1) 設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準(zhǔn)則，采用新的設(shè)計方法，廣泛采用計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)(CAD/CAM) ，大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采用CAD/CAM技術(shù)的比例較低。(2) 制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家較廣泛的采用高精密加工、精細(xì)加工、微細(xì)加工、微型機(jī)械和微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)以及復(fù)合加工技術(shù)等新型加工方法。我國普及率不高，尚在開發(fā)、掌握之中。(3) 管理方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛采用計算機(jī)管理，重視組織和管理體制、生產(chǎn)模式的更新發(fā)展，推出了準(zhǔn)時生產(chǎn)(JIT)、敏捷制造(AM)、精益生產(chǎn)(LP)、并行工程(CE)等新的管理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采用了計算機(jī)輔助管理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管理階段。(4) 自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采用數(shù)控機(jī)床、加工中心及柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)，實(shí)現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成化。我國尚處在單機(jī)自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。1-5 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：在21世紀(jì)中，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷發(fā)展，隨著市場需求個性化與多樣化，未來先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化的方向發(fā)展。當(dāng)前影響先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展因素大致有以下幾點(diǎn):1、“數(shù)”是發(fā)展的核心數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它包含了三大部分:以設(shè)計為中心的數(shù)字制造，以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。2、“精”是發(fā)展的關(guān)鍵“精”是“精密化”，一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，另一方面是指對產(chǎn)品、零件的加工精度要求越來越高。3、“極”是發(fā)展的焦點(diǎn)“極”即極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術(shù)有“極”的要求。如在高溫、高壓、高濕、強(qiáng)磁場和強(qiáng)腐蝕等條件下工作，或有高硬度、大彈性等要求的，或在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄和奇形怪狀的。4、“自”是發(fā)展的條件“自”就是自動化，即減輕人的勞動，強(qiáng)化、延伸、取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或手段。自動化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的前提條件。5、“集”是發(fā)展的方法“集”就是集成化，包括技術(shù)的集成、管理的集成、技術(shù)與管理的集成。其本質(zhì)是知識的集成。6、“網(wǎng)”是發(fā)展的道路“網(wǎng)”就是網(wǎng)絡(luò)化，制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，制造業(yè)走向整體化、有序化，這同人類社會發(fā)展是同步的。7、“智”是發(fā)展的前景“智”就是智能化。智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，它既是智能和技術(shù)的集成而形成的應(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。8、“綠”是發(fā)展的必然“綠”就是“綠色”，制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始，到設(shè)計階段、制造階段、銷售階段、使用與維修階段，直到回收階段、再制造各階段，都必須充分涉及環(huán)境保護(hù)，制造必然要走向“綠色”制造。2-1 試論述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵及特點(diǎn)。答：1、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進(jìn)、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱。2、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點(diǎn)從現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵分析，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)具有如下一系列特點(diǎn)：（1）系統(tǒng)性 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)強(qiáng)調(diào)用系統(tǒng)的觀點(diǎn)處理設(shè)計問題，從整體上把握設(shè)計對象，考慮對象與外界（人、環(huán)境）的聯(lián)系。（2）動態(tài)性 不僅要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性，還要考慮產(chǎn)品在實(shí)際工作狀態(tài)下的動態(tài)特征，考慮產(chǎn)品與周圍環(huán)境的物質(zhì)、能量及信息的交互。（3）創(chuàng)造性 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)建立在先進(jìn)的設(shè)計理論及設(shè)計工具基礎(chǔ)上，能充分發(fā)揮設(shè)計者的創(chuàng)造性思維能力和集體智慧，運(yùn)用各種創(chuàng)造方法和手段，開發(fā)出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。（4）計算機(jī)化 計算機(jī)已經(jīng)滲透到產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，很多現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的實(shí)現(xiàn)都依賴于計算機(jī)，如優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、系統(tǒng)仿真等。它們充分利用計算機(jī)快捷的數(shù)值計算功能、嚴(yán)密的邏輯推理能力和巨大的信息存儲及處理能力，彌補(bǔ)自然人存在的天生不足，實(shí)現(xiàn)人機(jī)優(yōu)勢的互補(bǔ)。（5）并行化、最優(yōu)化、虛擬化和自動化 在產(chǎn)品的設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品全生命周期中的所有因素，強(qiáng)調(diào)對產(chǎn)品設(shè)計及其相關(guān)過程并行地、集成地、一體化地進(jìn)行設(shè)計。在設(shè)計過程中，通過優(yōu)化的理論與技術(shù)，對產(chǎn)品進(jìn)行方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)選和參數(shù)優(yōu)選，力爭實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的整體性能最優(yōu)化，以獲得功能全、性能好、成本低、價值高的產(chǎn)品。設(shè)計過程自動化的實(shí)現(xiàn)主要依托于各種不同的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)、自動建模技術(shù)，以及一批功能強(qiáng)大的商品化CAD軟件的支撐。設(shè)計手段虛擬化，是以虛擬現(xiàn)實(shí)的設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，使設(shè)計者能在虛擬的設(shè)計環(huán)境下觀察CAD設(shè)計內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計的可視化、評估設(shè)計產(chǎn)品的性能及其可實(shí)現(xiàn)性，靈活方便地修改設(shè)計，大大提高設(shè)計效果與質(zhì)量。（6）主動性 科學(xué)技術(shù)的發(fā)展使得在產(chǎn)品設(shè)計的早期，就可對產(chǎn)品全生命周期的各種性能作出準(zhǔn)確預(yù)測有利于及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，將各種失誤、可能發(fā)生的故障減少到最低程度，體現(xiàn)了主動性的特征，也有利于縮短開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。2-2 描述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，為什么說計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體？它與其它技術(shù)的關(guān)系如何？答：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的整個體系由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)四個層次組成。（1）基礎(chǔ)技術(shù) 基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運(yùn)動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等方面。（2）主體技術(shù) 現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生和發(fā)展與計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展息息相關(guān)、相輔相成。計算機(jī)科學(xué)與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計算機(jī)輔助設(shè)計、智能CAD、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿真、虛擬設(shè)計和工程數(shù)據(jù)庫等，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來編制計算機(jī)應(yīng)用程序，可以更廣泛、更深入地模擬人的推理與思維，從而提高計算機(jī)的“智力”。而計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算和對信息與知識的獨(dú)特處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干。（3）支撐技術(shù) 支撐技術(shù)主要指現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗設(shè)計技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)涉及內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、價值工程、質(zhì)量功能配制、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等?？尚判栽O(shè)計是廣義的可靠性設(shè)計擴(kuò)展，主要指可靠性與安全性設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)計、耐環(huán)境設(shè)計等。設(shè)計試驗技術(shù)包括可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與控制，以及運(yùn)用計算機(jī)技術(shù)的數(shù)字仿真試驗和虛擬試驗等。（4）應(yīng)用技術(shù) 應(yīng)用技術(shù)是針對實(shí)用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)，如機(jī)床、汽車、工程機(jī)械、精密機(jī)械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容，可以看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的具體技術(shù)群。2-3計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)包括哪些主要內(nèi)容？分析其中的關(guān)鍵技術(shù)。答：計算機(jī)輔助設(shè)計（Computer Aided Design，CAD）是20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來的綜合性計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。它是以計算機(jī)為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形和數(shù)據(jù)信息，輔助完成產(chǎn)品設(shè)計過程的技術(shù)。CAD技術(shù)包含的內(nèi)容有；利用計算機(jī)進(jìn)行產(chǎn)品的造型、裝配、工程圖繪制以及相關(guān)文檔的設(shè)計；進(jìn)行產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示；對產(chǎn)品進(jìn)行工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)仿真等。關(guān)鍵技術(shù)：1、產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)CAD的幾何造型過程也就是對被設(shè)計對象進(jìn)行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲在計算機(jī)內(nèi)，以建立計算機(jī)內(nèi)部模型的過程。（1）線框模型 線框模型由一系列空間直線、圓弧和點(diǎn)組合而成，用來描述產(chǎn)品的輪廓外形。但無法產(chǎn)生剖面圖、消除隱藏線以及求解兩個形體間的交線，也無法根據(jù)線框模型進(jìn)行物性計算和數(shù)控加工指令的編制等作業(yè)。（2）表面模型 表面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)面的信息和棱邊的聯(lián)接方向等內(nèi)容。表面造型又分為“多邊平面造型”和“曲面造型”兩種。（3）實(shí)體模型 實(shí)體模型較完整地反映三維實(shí)體的幾何信息，它既能消除隱藏線，產(chǎn)生有明暗效應(yīng)的立體圖像；又能進(jìn)行物性計算，進(jìn)行裝配體或運(yùn)動系統(tǒng)的空間干涉檢查，進(jìn)行有限元分析的前后處理以及多至五軸的數(shù)控編程等作業(yè)。（4）特征造型 所謂特征就是描述產(chǎn)品信息的集合，也是構(gòu)成零、部件設(shè)計與制造的基本幾何體，它既能反映零件的幾何信息，又反映了零件的加工工藝信息。常用的零件特征包括：形狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征等。2、單一數(shù)據(jù)庫與相關(guān)性設(shè)計單一數(shù)據(jù)庫就是與設(shè)計相關(guān)的全部數(shù)據(jù)信息來自同一個數(shù)據(jù)庫。所謂的相關(guān)性設(shè)計就是任何設(shè)計改動，都將及時地反映到設(shè)計過程的其他相關(guān)環(huán)節(jié)上。3、CAD與其他CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)CAD技術(shù)與其他CAX技術(shù)進(jìn)行有效的集成，包括CADCAM技術(shù)的集成、CAD與CIMS其他功能系統(tǒng)的集成等。CAD技術(shù)主要功能是進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計造型，為其他功能系統(tǒng)提供了共享的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，成為CIMS或其他制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。CAD技術(shù)與其他CAX系統(tǒng)的集成，涉及到產(chǎn)品的造型建模技術(shù)、工程數(shù)據(jù)的管理技術(shù)、數(shù)據(jù)交換接口等技術(shù)。4、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定了“產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標(biāo)準(zhǔn)”（STEP）。STEP采用統(tǒng)一的數(shù)字化定義方法，涵蓋了產(chǎn)品的整個生命周期，是CAD技術(shù)最新的國際標(biāo)準(zhǔn)。 2-4試論述并行工程的基本概念與設(shè)計方法。答：并行設(shè)計是在設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試、維修等環(huán)節(jié)的因素，及時全面地評價產(chǎn)品的設(shè)計，及時反饋改進(jìn)意見，及時改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計，使得產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造一次成功，以達(dá)到降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量和縮短開發(fā)周期的目的。并行設(shè)計要求在設(shè)計階段就要考慮產(chǎn)品全生命周期的各個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的“孤島”式的設(shè)計方法已不能滿足并行設(shè)計的需要。為此人們對并行環(huán)境下的產(chǎn)品設(shè)計理論與方法進(jìn)行了研究，主要包括設(shè)計方法、建模技術(shù)、計算機(jī)輔助評價及決策技術(shù)。針對設(shè)計方法，基本上可分為兩大類:一類是通過人員協(xié)同集成實(shí)現(xiàn)并行化；另一類是通過知識協(xié)同集成實(shí)現(xiàn)并行化，研究得比較多的有:面向產(chǎn)品生命周期各/某環(huán)節(jié)的設(shè)計DFX和CAX技術(shù)。DFX包括面向裝配的設(shè)計（DFA）、面向制造的設(shè)計(DFM)、面向質(zhì)量的設(shè)計(DFQ)、面向環(huán)保的設(shè)計(DFE)、面向維護(hù)的設(shè)計(DFS)等；CAX技術(shù)包括計算機(jī)輔助工藝設(shè)計(CAPP)、計算機(jī)輔助制造(CAM)、計算機(jī)輔助工程分析(CAE)等。2-5敘述反求工程的含義，簡述反求工程的關(guān)鍵技術(shù)。答：反求工程(Reverse Engineering，RE)也稱逆向工程、反向工程等，是指用一定的測量手段對實(shí)物或模型進(jìn)行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法，重構(gòu)實(shí)物的CAD模型，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程。與傳統(tǒng)的“產(chǎn)品概念設(shè)計產(chǎn)品CAD模型產(chǎn)品(物理模型)”的正向工程相反。反求工程是在沒有設(shè)計圖紙或圖紙不完整，而有樣品的情況下，利用三維掃描測量儀，準(zhǔn)確快速地測量樣品表面數(shù)據(jù)或輪廓外形，加以點(diǎn)數(shù)據(jù)處理、曲面創(chuàng)建、三維實(shí)體模型重構(gòu)，然后通過CAM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程，直至利用CNC加工機(jī)床或快速成型機(jī)來制造產(chǎn)品。反求工程的關(guān)鍵技術(shù)有:數(shù)據(jù)測量技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)。1、 數(shù)據(jù)測量技術(shù)反求工程中數(shù)據(jù)測量方法主要分為兩種:一種是傳統(tǒng)的接觸式測量法，如三坐標(biāo)測量機(jī)法；另一種是非接觸測量法，如投影光柵法、激光三角形法、工業(yè)CT法、核磁共振法(MRI)、自動斷層掃描法等。只有獲取了高質(zhì)量的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，才能生成準(zhǔn)確的幾何模型。所以，測量方法的選取是反求工程中一個非常重要的問題。2、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù):對得到的測量數(shù)據(jù)在CAD模型重構(gòu)之前應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要是為了排除噪聲數(shù)據(jù)和異常數(shù)據(jù)、精簡和歸并冗余數(shù)據(jù)，通常包括:噪聲點(diǎn)過濾數(shù)據(jù)點(diǎn)分區(qū)數(shù)據(jù)點(diǎn)精簡數(shù)據(jù)點(diǎn)平滑。3、模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù):通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢和了解原設(shè)計技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對原型的修改和再設(shè)計，以達(dá)到設(shè)計創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目的，同時也可以完成產(chǎn)品或模具的制造。2-6 敘述綠色設(shè)計的主要特征。答： 1、面向產(chǎn)品生命周期綠色設(shè)計考慮的是產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的所有潛在的環(huán)境影響，包括有毒有害物質(zhì)向環(huán)境的排放，不可再生資源的消耗以及能源的過度消耗等等。產(chǎn)品的生命周期包括從資源原料的開發(fā)到產(chǎn)品廢棄報廢的整個過程， 2、 環(huán)境因素是產(chǎn)品設(shè)計的考慮因素之一綠色設(shè)計并不是意味著產(chǎn)品設(shè)計只是面向環(huán)境或者說環(huán)境因素是唯一的考慮因素。相反，綠色設(shè)計是像其它因素(比如:用戶需求分析、可制造性、經(jīng)濟(jì)性、功能、尺寸和重量等)一樣作為產(chǎn)品設(shè)計共同考慮的內(nèi)容。所以綠色設(shè)計是在原有的設(shè)計求解過程中又引入了一個環(huán)境變量，從而使設(shè)計過程變得復(fù)雜起來，即是一個更多目標(biāo)的優(yōu)化求解問題。3-1 常見的精密成型技術(shù)分為哪幾類？答：精密成型技術(shù)是指零件成型后，僅需少量加工或不再加工(近凈成型技術(shù)或凈成型技術(shù))就可用作機(jī)械構(gòu)件的一種成型技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動化技術(shù)等多學(xué)科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成型技術(shù)，使之由粗糙成型變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高效、高精度、輕量化、低成本、無公害的成型技術(shù)。它使得成型的機(jī)械零件具有精確的外形、高的尺寸精度和形位精度、好的表面粗糙度。精密成型技術(shù)分為粉末冶金、精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、精密焊接、快速原型技術(shù)等。3-2 快速原型技術(shù)的特點(diǎn)及工藝。答：快速原型技術(shù)的特點(diǎn)：（1）快速性。通過STL格式文件，快速成型制造系統(tǒng)幾乎可以與所有的CAD造型系統(tǒng)無縫連接，從CAD模型到完成原型制作通常只需幾小時到幾十小時，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的快速閉環(huán)反饋。以快速原型為母模的快速模具技術(shù)，能夠在幾天內(nèi)制作出所需材料的實(shí)際產(chǎn)品，而通過傳統(tǒng)的鋼制模具制作，至少需要幾個月的時間。（2）高度集成化快速成型技術(shù)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計與制造的一體化。在快速成型工藝中，計算機(jī)中的CAD模型數(shù)據(jù)通過接口軟件轉(zhuǎn)化為可以直接驅(qū)動快速成型設(shè)備的數(shù)控指令，快速成型設(shè)備根據(jù)數(shù)控指令完成原形或零件的加工。（3）與工件復(fù)雜程度無關(guān)快速成型技術(shù)由于采用分層制造工藝，將復(fù)雜的三維實(shí)體離散成一系列層片加工和加工層片之疊加，大大簡化了加工過程。它可以加工復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)且不存在三維加工中刀具干涉的問題，理論上可以制造具有任意復(fù)雜形狀的原形和零件。（4）高度柔性快速成型系統(tǒng)是真正的數(shù)字化制造系統(tǒng)，僅需改變?nèi)SCAD模型，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整和設(shè)置加工參數(shù)，即可完成不同類型的零件的加工制作，特別適合新產(chǎn)品開發(fā)或單件小批量生產(chǎn)。并且，快速成型技術(shù)在成型過程中無需專用的夾具或工具，成型過程具有極高的柔性，這是快速成型技術(shù)非常重要的一個技術(shù)特征。（5）自動化程度高快速成型是一種完全自動的成型過程，只需要在成型之初由操作者輸入一些基本的工藝參數(shù)，整個成型過程操作者無需或較少干預(yù)。出現(xiàn)故障，設(shè)備會自動停止，發(fā)出警示并保留當(dāng)前數(shù)據(jù)。完成成型過程時，機(jī)器會自動停止并顯示相關(guān)結(jié)果?？焖僭凸に嚕海?）利用激光固化樹脂材料的光造型法敏樹脂選擇性固化是采用立體雕刻原理的一種工藝，簡稱SLA，也是最早出現(xiàn)的、技術(shù)最成熟和應(yīng)用最廣泛的快速原型技術(shù)。SLA快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是： 成形速度較快。 系統(tǒng)工作相對穩(wěn)定。 尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm（但，國內(nèi)SLA精度在0.10.3mm之間，并且存在一定的波動性）。 表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺階不平及不同層面間的曲面不平；比較適合做小件及較精細(xì)件。 系統(tǒng)分辨率較高。SLA快速原型的技術(shù)缺點(diǎn)： 需要專門實(shí)驗室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。 成型件需要后處理，二次固化，防潮處理等工序。 光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過100，成形件易吸濕膨脹，抗腐蝕能力不強(qiáng)。 氦-鎘激光管的壽命僅3000小時，價格較昂貴。同時需對整個截面進(jìn)行掃描固化，成型時間較長，因此制作成本相對較高。 光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。 需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部位都能可靠定位，支撐結(jié)構(gòu)需在未完全固化時手工去除，容易破壞成型件。（2）紙張疊層造型法紙張疊層造型法目前以Helisys公司開發(fā)的LOM裝置應(yīng)用最廣。LOM可制作一些光造型法難以制作的大型零件和厚壁樣件，且制作成本低廉（約為光造型法的1/2）、速度高（約為木模制作時間的1/5以下），并可簡便地分析設(shè)計構(gòu)思和功能。LOM快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是： 由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進(jìn)行切割，無需掃描整個斷面，所以這是一個高速的快速原型工藝。常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件及實(shí)體件。 無需設(shè)計和構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。LOM快速原型技術(shù)的缺點(diǎn)是： 需要專門實(shí)驗室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。 可實(shí)際應(yīng)用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，例如紙、塑料、陶土以及合成材料，但目前常用的只是紙，其他箔材商在研制開發(fā)中。 表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進(jìn)行打磨；且紙制零件很容易吸潮，必須立即進(jìn)行后處理、上漆。 難以構(gòu)建精細(xì)形狀的零件，即僅限于結(jié)構(gòu)簡單的零件。 由于難以（雖然并非不可能）去除里面的廢料，該工藝不宜構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。 當(dāng)加工室的溫度過高時常有火災(zāi)發(fā)生。因此，工作過程中需要專職人員職守。 （3）熱可塑造型法熱可塑造型法以DTM公司開發(fā)的選擇性激光燒結(jié)即SLS（Selective Laser Sintering）應(yīng)用較多。SLS快速原型技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是： 與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具，有直接金屬型的概念。 可以采用多種原料，包括類工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等。 零件的構(gòu)建時間較短，可達(dá)到1in/h高度。 無需設(shè)計和構(gòu)造支撐。SLS快速原型技術(shù)缺點(diǎn)是： 需要專門實(shí)驗室環(huán)境，維護(hù)費(fèi)用高昂。 在加工前，要花近2小時的時間將粉末加熱到熔點(diǎn)以下，當(dāng)零件構(gòu)建之后，還要花5-10小時冷卻，然后才能將零件從粉末缸中取出。 成形件強(qiáng)度和表面質(zhì)量較差，精度低。表面的粗糙度受粉末顆粒大小及激光光斑的限制。 零件的表面多孔性，為了使表面光滑必須進(jìn)行滲蠟等后處理。在后處理中難于保證制件尺寸精度，后處理工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。 需要對加工室不斷充氮?dú)庖源_保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。 該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。3-3 就目前技術(shù)條件下精密加工和超精密加工是如何劃分的？根據(jù)目前技術(shù)水平及國內(nèi)外專家的看法，對中小型零件的加工形狀誤差 和表面粗糙度Ra的數(shù)量級可分為以下檔次。精密加工： =1.00.1 m，Ra=0.10.03 m；超精密加工： =0.10.01 m，Ra=0.030.005 m；納微米加工： 0.01m，Ra0.005m。3-4 超精密加工所涉及的技術(shù)范圍包含哪些？答：（1）超精密加工機(jī)理,超精密加工是從被加工表面去除一層微量的表面層，包括超精密切削、超精密磨削和超精密特種加工等。當(dāng)然，超精密加工也應(yīng)服從一般加工方法的普遍規(guī)律，但也有不少其自身的特殊性，如刀具的磨損、積屑瘤的生成規(guī)律、磨削機(jī)理、加工參數(shù)對表面質(zhì)量的影響等。 （2）超精密加工的刀具、磨具及其制備技術(shù),包括金剛石刀具的制備和刃磨、修整等是超精密加工的重要的關(guān)鍵技術(shù)。 （3）超精密加工機(jī)床設(shè)備,超精密加工對機(jī)床設(shè)備有高精度、高剛度、高的抗振性、高穩(wěn)定性和高自動化的要求，具有微量進(jìn)給機(jī)構(gòu)。 （4）精密測量及補(bǔ)償技術(shù),超精密加工必須有相應(yīng)級別的測量技術(shù)和裝置，具有在線測量和誤差補(bǔ)償。 （5）嚴(yán)格的工作環(huán)境,超精密加工必須在超穩(wěn)定的工作環(huán)境下進(jìn)行，加工環(huán)境的極微小的變化都可能影響加工精度。因而，超精密加工必須具備各種物理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，如恒溫室、凈化間、防振和隔振地基等。3-5 敘述精密和超精密加工方法的分類、加工機(jī)理及加工方法示例。精密和超精密加工方法分類加工機(jī)理主要加工方法示例去除加工（分離加工）力學(xué)加工、力濺射電物理加工電化學(xué)加工熱蒸發(fā)、熱擴(kuò)散 、熱溶解切削、磨削、研磨、拋光、超精加工、珩磨、超聲波加工、離子濺射加工 等離子加工 噴射加工；電火花加工（電火花成型、電火花線切割）；電解加工、蝕刻（電子束曝光）、 化學(xué)機(jī)械拋光；電子束加工、激光加工、脫碳處理、氣割 結(jié)合加工附著加工化學(xué)電化學(xué)熱、熱熔化力物理化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積；電鍍、電鑄；真空蒸鍍、熔化鍍；離子鍍（離子沉積）、物理氣相沉積 注入加工（滲入加工）化學(xué)電化學(xué)熱熱擴(kuò)散力物理氧化、氮化、活性化學(xué)反應(yīng)；陽極氧化；晶體生長、分子束外延、摻雜、滲碳和燒結(jié)；離子束外延、離子注入連接加工熱物理、電物理化學(xué)激光焊接、氣焊、電焊、快速成型加工；化學(xué)粘接變形加工（流動加工）熱流動、表面熱流動粘滯流動分子定向鍛造、熱流動加工（氣體火焰、高頻電流、熱射線、電子束和激光）；鑄造、液體流動加工（金屬、塑料等壓鑄、注塑）；液晶定向3-6 試說明超精密切削、超精密磨削加工的特點(diǎn)和各自的適應(yīng)場合。答：超精密切削是借助鋒利的金剛石刀具對工件進(jìn)行車削或銑削。主要用于加工要求低粗糙度和高形狀精度的有色金屬或非金屬零件，如激光或紅外的平面，非球面反射鏡、磁盤鋁基底、VTR輥軸、有色金屬軸套和塑料多面棱鏡等，甚至直接加工納米級表面的硬脆材料。超精密金剛石刀具鏡面車削加工人造衛(wèi)星儀器軸承真空無潤滑軸承，其孔和軸的表面粗糙度R。達(dá)到1 nm，圓度和圓柱度均為納米級精度。超精密車削可達(dá)到粗糙度Ra0.005m和0.1m的非球面形狀精度。超精密磨削：超精密磨削是利用磨具上尺度均勻性好、近似等高的磨粒（金剛石砂輪和CBN砂輪）對被加工零件表面進(jìn)行摩擦、耕犁及切削的過程。主要用于硬度較高的金屬和非金屬零件，如對加工尺寸及形狀精度要求很高的伺服閥、空氣軸承主軸、陀螺儀超精密軸承、光學(xué)玻璃基片等。超精密磨削可達(dá)到R。0002m的表面粗糙度和 001m的圓度。 3-7 超精密加工時機(jī)床設(shè)備和環(huán)境有何要求？答：超精密加工時機(jī)床設(shè)備：超精密加工機(jī)床應(yīng)具有高精度、高剛度、高加工穩(wěn)定性和高度自動化的要求，超精密機(jī)床的質(zhì)量主要取決于機(jī)床的主軸部件、床身導(dǎo)軌以及驅(qū)動部件等關(guān)鍵部件的質(zhì)量。 (1) 精密主軸部件精密主軸部件是超精密機(jī)床的圓度基準(zhǔn)，也是保證機(jī)床加工精度的核心。主軸要求達(dá)到極高的回轉(zhuǎn)精度，精度范圍為0.020.1m，此外，主軸還要具有相應(yīng)的剛度，以抵抗受力后的變形。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量和主軸驅(qū)動裝置產(chǎn)生的熱量對機(jī)床精度有很大影響，故必須嚴(yán)格控制溫升和熱變形。為了獲得平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，超精密機(jī)床主軸廣泛采用空氣靜壓軸承，主軸驅(qū)動采用皮帶卸載驅(qū)動和磁性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動的主軸系統(tǒng)。(2) 床身和精密導(dǎo)軌床身是機(jī)床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減能力強(qiáng)、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)定性好的要求。目前，超精密機(jī)床床身多采用人造花崗巖材料制造。人造花崗巖是由花崗巖碎粒用樹脂粘結(jié)而成，它不僅具有花崗巖材料的尺寸穩(wěn)定性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨且不生銹的特點(diǎn)，又可鑄造成形，克服了天然花崗巖有吸濕性的不足，并加強(qiáng)了對振動的衰減能力。 超精密機(jī)床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運(yùn)動精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，因而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌和空氣靜壓導(dǎo)軌，均具有運(yùn)動平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接近于零的特點(diǎn)，在超精密機(jī)床中得到廣泛的使用。 (3) 微量進(jìn)給裝置在超精密加工中，要求微量進(jìn)給裝置滿足如下的要求：稍微進(jìn)給與粗進(jìn)給分開，以提高微位移的精度、分辨率和穩(wěn)定性；運(yùn)動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定性，以便實(shí)現(xiàn)很高的重復(fù)精度；末級傳動元件必須有很高的剛度，即夾固刀具處必須是高剛度的；工藝性好，容易制造；應(yīng)能實(shí)現(xiàn)微進(jìn)給的自動控制，動態(tài)性能好。微量進(jìn)給裝置有機(jī)械或液壓傳動式、彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式。超精密加工時工作環(huán)境：工作環(huán)境的任何微小變化都可能影響加工精度的變化，使超精加工達(dá)不到精度要求。因此，超精密加工必須在超穩(wěn)定的環(huán)境下進(jìn)行。超穩(wěn)定環(huán)境主要是指恒溫、超凈和防振三個方面。超精密加工一般應(yīng)在多層恒溫條件下進(jìn)行，不僅放置機(jī)床的房間應(yīng)保持恒溫，還要求機(jī)床及部件應(yīng)采取特殊的恒溫措施。一般要求加工區(qū)溫度和室溫保持在 20土 0.06的范圍內(nèi)。超凈化環(huán)境對超精密加工也很重要，因為環(huán)境中硬粒子會嚴(yán)重影響被加工表面的質(zhì)量。外界振動對超精密加工的精度和粗糙度影響甚大。采用帶防振溝的隔振地基和把機(jī)床安裝在專用的隔振設(shè)備上，都是極有效的防振措施。3-8 在怎樣的速度范圍下加工屬于高速加工？分析高速切削加工所用解決的關(guān)鍵技術(shù)。答：超高速加工是指高于常規(guī)切削速度5倍乃至十幾倍條件下所進(jìn)行的切削加工。例如在試驗室中，鋁合金加工已達(dá)6000m/min；而在實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了1500-5500m/min。在實(shí)驗室中，磨削中單層鍍砂輪磨削速度達(dá)300m/s，目前正探索500m/s速度的磨削；而實(shí)際生產(chǎn)中也達(dá)到了250m/s。超高速加工不但可以大幅度提高零件的加工效率、縮短加工時間、降低加工成本；而且可以使零件的表面加工質(zhì)量和加工精度達(dá)到更高的水平。高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高510倍，進(jìn)給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)提高510倍。3-9 超高速切削的包含哪些相關(guān)技術(shù)？答：超高速切削是一種綜合性的高新技術(shù)，超高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用是多項相關(guān)技術(shù)發(fā)展到與之相匹配的程度而產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。超高速切削的相關(guān)技術(shù)包括：超高速切削中的刀具技術(shù)、高速主軸技術(shù)、直線滾動導(dǎo)軌和直線驅(qū)動技術(shù)、高速數(shù)控技術(shù)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等技術(shù)。3-10 簡述超高速磨削特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)？答：超高速磨削技術(shù)特點(diǎn)：( 1) 大幅度提高磨削效率，設(shè)備使用臺數(shù)少；( 2) 磨削力小、磨削溫度低、加工表面完整性好；( 3) 砂輪使用壽命長，有助于實(shí)現(xiàn)磨削加工的自動化；( 4) 實(shí)現(xiàn)對難加工材料的磨削加工。超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)1、超高速磨削的砂輪超高速磨削砂輪應(yīng)具有良好的耐磨性、高動平衡精度和機(jī)械強(qiáng)度、高剛度和良好的導(dǎo)熱性等。 （1）超高速砂輪的材料：超高速磨削用砂輪應(yīng)具有強(qiáng)度高、抗沖擊強(qiáng)度高、耐熱性好、微破碎性好、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點(diǎn)。超高速磨削砂輪可以使用AI2O3、SiC、CBN和金剛石磨料。（2）超高速砂輪的修整：超高速單層電鍍砂輪一般不需修整。特殊情況下利用粗磨粒、低濃度電鍍杯形金剛石修整器對個別高點(diǎn)進(jìn)行微米級修整。 2、 超高速主軸和超高速軸承 （1）超高速電主軸技術(shù)：超高速磨削主要采用大功率超高速電主軸。高速電主軸慣性扭矩小，振動噪聲小，高速性能好，可縮短加減速時間，但它有很多技術(shù)難點(diǎn)。 （2）超高速軸承技術(shù)：高速主軸采用的軸承有滾動軸承、氣浮軸承、液體靜壓軸承和磁懸浮軸承幾種形式。3、超高速磨削的砂輪平衡技術(shù)與防護(hù)裝置：對于超高速砂輪系統(tǒng)不僅進(jìn)行靜平衡，還必須根據(jù)系統(tǒng)及不平衡質(zhì)量劃分平衡階段，進(jìn)行分級動平衡以保證在工作轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)定磨削。 4、磨削液供給系統(tǒng)超高速磨削常用的冷卻液注入方法有：高壓噴射法，空氣擋板輔助截斷氣流法，氣體內(nèi)冷卻法，徑向射流沖擊強(qiáng)化換熱法等。為提高供液效果，應(yīng)對供液系統(tǒng)參數(shù)包括供液壓力、流量、磨削液噴注位置、噴嘴結(jié)構(gòu)及尺寸等進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，此外系統(tǒng)還需配有高效率油氣分離和吸排風(fēng)單元。5、超高速磨削進(jìn)給系統(tǒng)隨著高速超高速加工技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外都采用了直線伺服電機(jī)直接驅(qū)動技術(shù)。使用高動態(tài)性能的直線電機(jī)結(jié)合數(shù)字控制技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動中的反向間隙、彈性變形、磨擦磨損和剛度不足等缺陷，可獲得高精度的高速移動并具有極好的穩(wěn)定性。6、磨削狀態(tài)檢測及數(shù)控技術(shù)利用磨削過程中產(chǎn)生的各種聲發(fā)射源，如砂輪與工件彈性接觸、接合劑破裂、磨粒與工件磨擦、砂輪破碎和磨損、工件表面裂紋和燒傷、砂輪與修整輪的接觸等，可以通過檢測聲發(fā)射信號的變化來對磨削狀態(tài)進(jìn)行判別和監(jiān)測。此外，工件精度和加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)也是高效率磨削的關(guān)鍵技術(shù)。3-11 簡述超高速銑削特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)？答：1、超高速銑削的技術(shù)特點(diǎn)：（1）生產(chǎn)效率高，成本低超高速銑削高硬度鋼的金屬切除率高、沒有手工精加工等耗時的工序，縮短了生產(chǎn)過程，簡化了輔助工作，能使整體加工效率提高幾倍乃至十幾倍，且其能耗低，能源和設(shè)備的利用率高，從而降低了生產(chǎn)成本。（2）加工精度高對于同樣的切削層參數(shù)：在超高速銑削條件下，單位切削力顯著下降，且其變化幅度小，使工件的受力變形顯著減??；同時，由于機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)速度極高： 激振頻率遠(yuǎn)離機(jī)床、工件、刀具工藝系統(tǒng)的高階固有頻率：能有效減小系統(tǒng)的振動，因此有利于獲得高的加工精度（3）加工表面質(zhì)量好超高速銑削的加工過程極為迅速，加工表面的受熱時間極短，95%-98%以上的切削熱被切屑帶走，傳入工件的切削熱大為減少，切削溫度低，熱影響區(qū)和熱影響程度都較?。河欣讷@得低損傷的加工表面；同時，由于超高速銑削時切削振動對加工質(zhì)量的影響很小，因而能顯著降低加工表面粗糙度，表面粗糙度Ra值可達(dá)到0.1um。（4）適于加工薄壁類精細(xì)零件與常規(guī)切削相比，超高速銑削加工時的切削力至少降低30%，尤其是徑向切削力顯著降低，非常有利于薄壁類精細(xì)零件的加工。例如，當(dāng)切削速度達(dá)到13000r/min 時，可以銑削壁厚僅0.0165的薄壁零件。2、超高速銑削的關(guān)鍵技術(shù)超高速銑削刀具幾何角度：超高速銑削高硬度鋼時，刀具的主要失效形式為刀尖破損，設(shè)計時應(yīng)著重考慮提高刀尖的抗沖擊強(qiáng)度。通常采用較小的前角（零度或負(fù)角度前角）。增大后角可減少刀具的磨損，但后角過大會影響刀具的強(qiáng)度和散熱條件，故也不宜過大。較大的螺旋角可增大實(shí)際工作前角，減小被切金屬的變形，降低切削力，還可大大降低切削力的振幅，減小振動加速度，從而改善加工表面質(zhì)量。超高速銑削刀具材料：有整體硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、硬質(zhì)合金和立方氮化硼等。3-12 特種加工技術(shù)的特點(diǎn)及應(yīng)用領(lǐng)域。特種加工技術(shù)是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能以及特殊機(jī)械能等多種能量或其復(fù)合施加在工件的被加工部位上以實(shí)現(xiàn)材料切除的加工方法，從而實(shí)現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法統(tǒng)稱為特種加工。與傳統(tǒng)機(jī)械加工方法相比具有許多獨(dú)到之處：1)在加工范圍上不受材料的物理、機(jī)械性能限制。能加工硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點(diǎn)金屬及非金屬材料；2)易獲得良好的表面質(zhì)量，殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、熱影響區(qū)、冷作硬化等均比較??；3)易于加工比較復(fù)雜的型面、微細(xì)表面及柔性零件；4)各種加工方法易于復(fù)合形成新的工藝方法，便于推廣和應(yīng)用。特種加工技術(shù)所包含的范圍非常廣，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特種加工技術(shù)的內(nèi)容也不斷豐富。目前各種特種加工方法已達(dá)數(shù)十種，其中也包含一些借助機(jī)械能切除材料， 但又不同于一般切削和磨削的加工方法，如磨粒流加工、液體噴射流加工、磨粒噴射加工、磁磨粒加工等等。除了借助于化學(xué)能或機(jī)械能的加工方法以外，大多數(shù)常用的特種加工方法均為直接利用電能或電能所產(chǎn)生的特殊作用所進(jìn)行的加工方法，通常將這些方法統(tǒng)稱為電加工。3-13 電火花加工的原理與應(yīng)用。電火花加工（又稱放電加工、電蝕加工，簡稱EDM）是一種利用脈沖放電對導(dǎo)電材料電蝕來去除多余材料的工藝方法。1、加工原理電火花加工的原理示意圖如圖3-20所示。加工時，將工具與工件置于具有一定絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)中，并分別與脈沖電源的正、負(fù)極相連接。調(diào)節(jié)裝置控制工具電極，保證工具與工件間維持正常加工所需的很小放電間隙。當(dāng)兩極之間的電場強(qiáng)度增加到足夠大時，兩極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生短時間、高能量的火花放電，放電區(qū)域的溫度瞬時可達(dá)10000以上，金屬被熔化或氣化。灼熱的金屬蒸汽具有很大的壓力，引起劇烈的爆炸，而將熔融的金屬拋出，金屬微粒被液體介質(zhì)冷卻并迅速從間隙中沖走，工件與工具表面形成一個小凹坑（圖3-20（b、c）。第一個脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時間，第一脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，得到由無數(shù)小凹坑組成的加工表面，工具的形狀最終被復(fù)制在工件上。進(jìn)行電火花加工必須具備下列三個條件：必須采用脈沖電源，以形成瞬時的脈沖式放電。每次放電時間極短，使放電產(chǎn)生的熱量來不及傳輸出去，而集中于微小區(qū)域。必須采用自動進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，保證工具電極與工件電極間微小的放電間隙（0.010.05 mm），以維持適宜的火花放電狀態(tài)。火花放電必須具有足夠大的能量密度，且必須在具有一定的絕緣強(qiáng)度的液體介質(zhì)（工作液）中進(jìn)行。大的能量密度用以熔化（或氣化）工件材料，液體介質(zhì)除對放電通道有壓縮作用外，還可排除電蝕產(chǎn)物，冷卻電極表面。常用的液體介質(zhì)有煤油、礦物油、皂化液或去離子水等。2、 電火花加工的應(yīng)用（1）電火花穿孔 穿孔加工是指貫通的二維型孔的加工，是電火花加工中應(yīng)用最廣的一種，常加工的型孔有圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔、曲線孔及小孔、微孔等，例如冷沖模、拉絲模、 擠壓模、噴嘴、噴絲頭上的各種型孔和小孔。穿孔的尺寸精度主要靠工具電極的尺寸和火花放電的間隙來保證。（2）電火花型腔加工電火花型腔加工指三維型腔和型面的加工及電火花雕刻。例如加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠木模、塑料模等。型腔加工比較困難，首先是因為均是盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)和電蝕產(chǎn)物排除條件差，工具電極損耗后無法靠進(jìn)給補(bǔ)償；其次是加工面積變化大，加工過程中電規(guī)準(zhǔn)調(diào)節(jié)范圍較大，并由于型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，對加工精度影響很大，因此型腔加工生產(chǎn)率低，質(zhì)量保證有一定困難。（3）電火花線切割加工 電火花線切割加工簡稱線切割加工，它是利用一根運(yùn)