先進(jìn)制造技術(shù)綜述

先進(jìn)制造技術(shù)綜述學(xué)院：機(jī)械工程學(xué)院專業(yè)：機(jī)械制造及其自動(dòng)化先進(jìn)制造技術(shù)試題在課程學(xué)習(xí)和檢索文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上,撰寫一份先進(jìn)制造技術(shù)綜述論文,包括以下具體內(nèi)容：1. 綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)。2. 超高速切削和超高速磨削技術(shù)，包括：超高速切削和超高速磨削的機(jī)理、關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用范圍。 3. 超精密加工技術(shù)，包括：超精密車削、超精密砂輪磨削、超精密砂帶磨削、電泳磨削的加工原理、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。4. 特種加工，包括：（1）電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花表面強(qiáng)化等加工技術(shù)的加工原理與特點(diǎn)、應(yīng)用范圍。（2）激光加工、電子束加工、離子束加工、水噴射加工等加工技術(shù)的加工原理、技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用范圍。5. 先進(jìn)生產(chǎn)管理的技術(shù)，包括：敏捷制造、精益生產(chǎn)、智能制造等先進(jìn)制造模式的定義、內(nèi)涵、特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)等。6.你自己對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新歷程的理解和觀點(diǎn)。答題要求：1. 論文包括題目、摘要、關(guān)鍵詞、正文、結(jié)語(yǔ)、參考文獻(xiàn)等部分。2. 論文正文字?jǐn)?shù)不少于3000字，參考文獻(xiàn)不少于30篇。3. 綜述時(shí)應(yīng)盡可能提供加工實(shí)例及其示圖。4. 要按參考或引用的順序列出文獻(xiàn)資料的出處，并在引用處標(biāo)注。5. 本試題頁(yè)符在答卷上一并交回，提交試卷時(shí)，同時(shí)提交電子文檔。6. 參照西安科技大學(xué)學(xué)報(bào)排版格式。試卷用A4紙，一級(jí)標(biāo)題用黑體四號(hào)字，二級(jí)標(biāo)題用仿宋體小四號(hào)字，行間距為1.5倍。7. 卷面不得雷同，否則不記成績(jī)。- 26 -先進(jìn)制造技術(shù)綜述摘 要：本文通過(guò)大量列舉典型的先進(jìn)制造工藝和先進(jìn)的管理系統(tǒng)來(lái)介紹先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及特點(diǎn)，其中包括典型的先進(jìn)制造工藝有：綠色制造技術(shù)、超高速加工技術(shù)、超精密加工技術(shù)以及特種加工技術(shù)；典型的先進(jìn)管理系統(tǒng)有：敏捷制造、精益制造以及智能制造等先進(jìn)制造技術(shù)。文中分析了以上各種先進(jìn)技術(shù)的加工原理、技術(shù)特點(diǎn)、關(guān)鍵技術(shù)以及該技術(shù)的應(yīng)用范圍。最后，闡述了本人對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展與創(chuàng)新歷程的理解和觀點(diǎn)。關(guān)鍵詞：先進(jìn)制造；綠色制造；超高速加工；超精密加工；先進(jìn)生產(chǎn)管理系統(tǒng)0 引 言先進(jìn)制造技術(shù)AMT(advanced manufacturing technology)是制造業(yè)不斷吸收機(jī)械、電子、信息(計(jì)算機(jī)與通信、控制理論、人工智能等)、能源及現(xiàn)代系統(tǒng)管理等方面的成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變的產(chǎn)品市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)能力的制造技術(shù)的總稱。它集成了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和工業(yè)創(chuàng)新的成果，充分利用了信息技術(shù)，使制造技術(shù)提高到新的高度。先進(jìn)制造技術(shù)是發(fā)展國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要基礎(chǔ)技術(shù)之一，對(duì)我國(guó)的制造業(yè)發(fā)展有著舉足輕重的作用1。先進(jìn)制造技術(shù)是傳統(tǒng)的制造技術(shù)與現(xiàn)代高新技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的完整的技術(shù)群，是指在當(dāng)今技術(shù)條件下能顯著提高企業(yè)的設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、物料儲(chǔ)運(yùn)、營(yíng)銷和生產(chǎn)管理等方面能力的設(shè)備、計(jì)算機(jī)軟硬件和管理方法。是一種具有明確范疇的產(chǎn)生于20世紀(jì)90年代，面向21世紀(jì)的新的技術(shù)體系。如圖1所示，主要包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、柔性制造系統(tǒng)、柔性制造單元、機(jī)器人、加工中心、數(shù)控機(jī)床、激光加工、自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)等硬件設(shè)施以及物料需求計(jì)劃、制造資源計(jì)劃、準(zhǔn)時(shí)制生產(chǎn)計(jì)劃、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造、專家系統(tǒng)和管理信息系統(tǒng)等軟件工具。圖l 先進(jìn)制造技術(shù)的技術(shù)體系Fig.l Technical system of advanced manufacturing technology隨著科技進(jìn)步特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)對(duì)制造業(yè)進(jìn)行了重新的認(rèn)識(shí)和定位，先進(jìn)制造技術(shù)為制造業(yè)注入新的活力，使制造業(yè)又重新生機(jī)勃勃。制造業(yè)絕不是“夕陽(yáng)產(chǎn)業(yè)”和“夕陽(yáng)技術(shù)”，先進(jìn)制造技術(shù)是高技術(shù)的載體，沒(méi)有哪個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家不予以高度關(guān)注，先進(jìn)制造技術(shù)已經(jīng)成為全球制造業(yè)爭(zhēng)奪的市場(chǎng)焦點(diǎn)。先進(jìn)制造技術(shù)為制造業(yè)注入新鮮血液，是發(fā)展制造業(yè)的基礎(chǔ)，它是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷地吸收機(jī)械、信息、電子、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的最新技術(shù)成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計(jì)、制造、檢測(cè)、管理和售后服務(wù)的制造全過(guò)程，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和敏捷制造，并取得理想經(jīng)濟(jì)效果。從本質(zhì)上看：信息技術(shù)+傳統(tǒng)制造技術(shù)的發(fā)展+自動(dòng)化技術(shù)+現(xiàn)代管理技術(shù)就是先進(jìn)制造技術(shù)。高生產(chǎn)率和高質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的2大追求目標(biāo)。因此，先進(jìn)制造技術(shù)主要向自動(dòng)化、柔性化、集成化和智能化、高精密方向發(fā)展，向非傳統(tǒng)加工技術(shù)方向發(fā)展。采用新型生產(chǎn)模式，使企業(yè)適應(yīng)多變的市場(chǎng)需求2。 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)：1）數(shù)字化是發(fā)展的核心；2) 精密化是發(fā)展的關(guān)鍵；3) 極品化是發(fā)展的焦點(diǎn)；4) 自動(dòng)化是發(fā)展的條件；5) 集成化是發(fā)展的方法；6) 網(wǎng)絡(luò)化是發(fā)展的道路；7) 智能化是發(fā)展的前景；8) 綠色化是發(fā)展的方向。1 綠色制造技術(shù)綠色制造又稱為面向環(huán)境制造(MFE)、環(huán)境意識(shí)制造(ECM)等，其基本觀點(diǎn)是協(xié)調(diào)解決環(huán)境和資源兩大社會(huì)問(wèn)題，且的是充分利用資源，減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，減少機(jī)械制造業(yè)對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響3。1.1綠色制造的概念綠色制造是一個(gè)綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸、使用到報(bào)廢處理的整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，對(duì)環(huán)境的負(fù)面影響最小，資源效率最高，并使企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。而真正促使綠色制造走向市場(chǎng)，卻是多種因素共同作用的結(jié)果，如圖2所示，從當(dāng)前社會(huì)積極實(shí)行可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的氛圍來(lái)看，綠色制造實(shí)質(zhì)上是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)4。圖2 實(shí)施綠色制造的原動(dòng)力Fig.2 Impetus for the implementation of green manufacturing傳統(tǒng)意義上的制造是產(chǎn)品的制造過(guò)程，主要表現(xiàn)為機(jī)械加工過(guò)程，即通常稱為“小制造”。綠色制造是一種現(xiàn)代制造模式，涉及制造工業(yè)中的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、物料選擇，生產(chǎn)計(jì)劃、生產(chǎn)過(guò)程、質(zhì)量保證、經(jīng)營(yíng)管理、市場(chǎng)銷售和報(bào)廢處理等一系列相關(guān)活動(dòng)，因此綠色制造是“大制造”的概念。1.2綠色制造的關(guān)鍵技術(shù)綠色制造從“大制造”的概念來(lái)講，包含生命周期的全過(guò)程：產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、材料選擇、生產(chǎn)制造、包裝運(yùn)輸、使用和報(bào)廢處理等階段。在每個(gè)階段都要考慮綠色制造，于是就產(chǎn)生相應(yīng)的綠色制造技術(shù)。1）綠色設(shè)計(jì) 其目的是克服傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足，是所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有綠色產(chǎn)品的特征。綠色設(shè)計(jì)可以通過(guò)生命周期設(shè)計(jì)、并行設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。綠色設(shè)計(jì)將綜合考慮環(huán)境效益和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)與產(chǎn)品功能、性能、質(zhì)量及成本要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；在產(chǎn)品構(gòu)思階段考慮降低能耗、資源重復(fù)利用、生態(tài)環(huán)境保護(hù)和使用綠色能源；保證產(chǎn)品的制造和使用過(guò)程中可拆卸、易回收。廢棄物產(chǎn)生最少；綜合考慮顧客和環(huán)境的需要，滿足可持續(xù)發(fā)展的要求。2）綠色工藝規(guī)劃和清潔生產(chǎn)技術(shù) 綠色制造工藝規(guī)劃是通過(guò)對(duì)工藝路線、工藝方法、工藝裝備、工藝參數(shù)、工藝方案等進(jìn)行優(yōu)化決策和規(guī)劃，從而改善工藝過(guò)程及其各環(huán)節(jié)的環(huán)境友好性，使得產(chǎn)品制造過(guò)程經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化規(guī)劃方法。采用合理工藝，簡(jiǎn)化產(chǎn)品加工流程，減少加工工序，謀求生產(chǎn)過(guò)程的廢料最少化，避免不安全因素，減少產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的污染物排放如減少切削液的使用或使用綠色切削液等。3）綠色材料選擇 綠色產(chǎn)品首先要求構(gòu)成產(chǎn)品的材料具有綠色特性，即在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期內(nèi)，這類材料應(yīng)有利于降低能耗，環(huán)境負(fù)面影響最小。材料選擇可從減少所用材料種類、選用可回收或再生材料、選用無(wú)毒無(wú)害材料以及選用新型生態(tài)環(huán)境材料等方面來(lái)考慮。4)綠色包裝技術(shù) 綠色包裝是指能夠循環(huán)復(fù)用、再生利用或降解腐化，且在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中對(duì)人體及環(huán)境不造成公害的適度包裝。必須盡可能簡(jiǎn)化產(chǎn)品包裝，避免過(guò)度包裝，使包裝可以多次重復(fù)使用或便于回收，且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。5)綠色回收處理技術(shù) 傳統(tǒng)的制造過(guò)程是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)品報(bào)廢后直接遺棄，造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。綠色制造一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，產(chǎn)品達(dá)到使用壽命后。將要分類進(jìn)行材料回收利用，便于再制造。圖3 綠色制造過(guò)程的閉環(huán)特性Fig.3 Closed-loop characteristic green manufacturing process2 超高速加工技術(shù)2.1超高速切削加工1978年，CIRP(國(guó)際生產(chǎn)工程協(xié)會(huì))提出以線速度為500-7000m/min的切削為高速切削；ISO1940標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主軸轉(zhuǎn)速高于8000rev/min為高速切削；德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)提出以高于5-10倍普通切削速度的切削定義為高速切削；主軸軸承孔直徑與主軸最大轉(zhuǎn)速乘積達(dá)(5-2000)105mmrev/min的切削定義為高速切削。超高速切削機(jī)理和特點(diǎn)：超高速切削的概念可用圖表示。薩洛蒙指出：在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)(圖4中A區(qū))，切削溫度隨切削速度的增大而升高。但是，當(dāng)切削速度增大到某一數(shù)值Vc之后，切削速度再增加，切削溫度反而降低。圖中B區(qū)在美國(guó)被稱為“死谷”(Dead valley)。如果能越過(guò)這個(gè)“死谷”而在超高速區(qū)(圖中C區(qū))進(jìn)行加工，則有可能用現(xiàn)有刀具進(jìn)行超高速切削。圖4 超高速切削概念示意圖Fig.4 Ultra-high-speed cutting concept schematic高速加工技術(shù)的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)5：1）切削力小，切削溫度低；2）工件熱變形減少；3）加工效率高；4）加工精度高、加工質(zhì)量好；5）加工過(guò)程穩(wěn)定；6）加工成本降低；7）可實(shí)現(xiàn)綠色制造。 超高速加工的關(guān)鍵技術(shù)6：高速切削是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。高速切削不只是切削速度的提高，它的發(fā)展涉及到機(jī)床、刀具、工藝和材料等諸多領(lǐng)域的技術(shù)配合和技術(shù)創(chuàng)新。1）超高速主軸系統(tǒng) 超高速主軸系統(tǒng)是超高速切削技術(shù)最重要的關(guān)鍵技術(shù)之一。超高速主軸由于轉(zhuǎn)速極高，主軸零件在離心力的作用下產(chǎn)生振動(dòng)和變形，超高速運(yùn)轉(zhuǎn)摩擦熱和大功率內(nèi)裝電機(jī)產(chǎn)生的熱會(huì)引起熱變形和高溫，所以必須嚴(yán)格控制，為此對(duì)超高速主軸提出以下性能要求：(1)結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、可避免振動(dòng)和噪聲，具有良好的起、停性能；(2)足夠的剛性和高的回轉(zhuǎn)精度；(3)良好的熱穩(wěn)定性；(4)大功率；(5)先進(jìn)的潤(rùn)滑和冷卻系統(tǒng)；(6)可靠的主軸監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。圖5 陶瓷軸承高速主軸結(jié)構(gòu)Fig.5 Ceramic bearings for high-speed spindle 2）快速進(jìn)給系統(tǒng) 超高速切削時(shí)，為了保持刀具每齒進(jìn)給量基本不變，隨著主軸轉(zhuǎn)速的提高，進(jìn)給速度也必須大幅度提高。為了適應(yīng)進(jìn)給高速化的要求，在超高速加工機(jī)床上主要采取了以下措施；(1)采用新型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌；(2)采用更先進(jìn)、更高速的直線電機(jī)；(3)高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用小螺距大尺寸高質(zhì)量滾珠絲杠，或粗螺距多頭滾珠絲杠；（4）高速進(jìn)給伺服系統(tǒng)；（5）高速進(jìn)給機(jī)構(gòu)采用碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，使工作臺(tái)重量減輕但不降低其剛度。3）高速CNC控制系統(tǒng) 數(shù)控超高速切削加工要求CNC控制系統(tǒng)具有快速處理數(shù)據(jù)能力和高的功能化要求特性，以保證在超高速切削時(shí)，特別是在5軸坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工復(fù)雜曲面時(shí)仍具有良好的加工性能。為了確保超高速下的插補(bǔ)精度，要有前饋和大數(shù)目超前程序段預(yù)處理功能，此外還可以采用NURBS插補(bǔ)、回沖加速、平滑插補(bǔ)、鐘形加減速等輪廓控制技術(shù)。4）超高速切削刀具技術(shù)（1）超高速切削刀具材料和刀具結(jié)構(gòu)。高速回轉(zhuǎn)刀具由于高速引起離心力作用，會(huì)造成刀體和刀片夾緊結(jié)構(gòu)破壞以及刀片破裂或甩掉，所以刀體和夾緊結(jié)構(gòu)必須有高的強(qiáng)度與斷裂韌性和剛性，保證安全可靠。刀體重量盡量輕以減少離心力。在高速切削的情況下，刀具與夾具平衡性能的優(yōu)劣，不僅影響到加工精度和刀具壽命，而且也會(huì)影響到機(jī)床的使用壽命，因此高速回轉(zhuǎn)刀具必須進(jìn)行運(yùn)動(dòng)平衡試驗(yàn)，以滿足平衡品質(zhì)的要求。表1 刀具材料及特性Table.1 Tool materials and features刀具材料優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)典型應(yīng)用陶瓷（氧化硅、晶須增強(qiáng)、氧化鋁、氮化硅、Sialon）耐磨性好、抗（熱）沖擊性能好、化學(xué)穩(wěn)定性好、抗粘結(jié)性好、干式切削韌性差，脆性大，容易產(chǎn)生崩刃；和鋁的高溫親和力大淬火鑄鐵、硬鋼、鎳基高溫合金、不銹鋼CBN硬度高、熱穩(wěn)定性好、摩擦系數(shù)小、熱導(dǎo)率高、易產(chǎn)生積屑瘤強(qiáng)度和韌性差，抗彎強(qiáng)度低，易崩刃，一般只用于高硬材料的精加工淬硬鋼、高溫合金、工具鋼、高速鋼金剛石硬度極高、摩擦系數(shù)很小，熱導(dǎo)率高、耐磨性極好、鋒利性極高強(qiáng)度和韌性差，抗彎強(qiáng)度低，易崩刃，價(jià)格昂貴，不宜切削含鐵和鈦的材料單晶鋁、單晶硅、單晶鍺、鋁合金、黃銅、鎂合金的精密/超精密切削涂層表面硬度高、耐磨性好、抗沖擊性能好耐熱性和耐磨性較差，不宜切削高硬度的材料高硬鋁合金、鈦合金（2）超高速切削刀柄系統(tǒng)。超高速切削加工時(shí)，采用常用的7：24錐度的單面夾緊刀柄系統(tǒng)出現(xiàn)了許多問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：剛性不足：ATC(自動(dòng)換刀)的重復(fù)精度不穩(wěn)定：受離心力作用的影響較大；刀柄錐度大，不利于快速換刀及機(jī)床的小型化。針對(duì)這些問(wèn)題，為提高刀具與機(jī)床主軸的連接剛性和裝夾精度，適應(yīng)超高速切削加工技術(shù)發(fā)展的需要，相繼開發(fā)了刀柄與主軸內(nèi)孔錐面和端面同時(shí)貼緊的兩面定位的刀柄。兩面定位刀柄主要有兩類：一類是對(duì)現(xiàn)有的7：24錐度刀柄進(jìn)行的改進(jìn)性設(shè)計(jì)，如BIGPLUS、WCU、ABSC等系統(tǒng)；另一類是采用新思路設(shè)計(jì)的l：10中空短錐刀柄系統(tǒng)，有德國(guó)開發(fā)的HSK、美國(guó)開發(fā)的KM及日本開發(fā)的NC5等幾種形式。5）超高速切削加工的安全防護(hù)與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。從總體上講，超高速切削加工的安全保障包括以下幾方面：（1)機(jī)床操作者及機(jī)床周圍現(xiàn)場(chǎng)人員的安全保障：（2）避免機(jī)床、刀具、工件有關(guān)設(shè)施的損傷；（3)識(shí)別和避免可能引起重大事故的工況。在機(jī)床結(jié)構(gòu)方面，機(jī)床設(shè)有保護(hù)墻和門窗。刀片，特別是由抗彎強(qiáng)度低的材料制成的機(jī)夾刀片，除結(jié)構(gòu)上防止由離心力作用下產(chǎn)生飛離傾向的保證外，還要做極限轉(zhuǎn)速的測(cè)定。刀具夾緊、工件夾緊必須絕對(duì)安全可靠，故工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可靠性就變得非常重要。機(jī)床及切削過(guò)程的監(jiān)測(cè)包括：切削力監(jiān)測(cè)以控制刀具磨損，機(jī)床功率監(jiān)測(cè)可間接獲得刀具磨損信息；主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測(cè)以判別切削參數(shù)與進(jìn)給系統(tǒng)間關(guān)系：刀具破損監(jiān)測(cè)；主軸軸承狀況監(jiān)測(cè)；電器控制系統(tǒng)過(guò)程穩(wěn)定性監(jiān)測(cè)等。超高速切削加工的應(yīng)用范圍：高速切削的應(yīng)用領(lǐng)域：汽車工業(yè)（發(fā)動(dòng)機(jī), 齒輪箱）；航空航天工業(yè)（整體結(jié)構(gòu)件、框體、薄壁件）；模具工具制造（鋼及鑄件的半精/精加工）；難加工材料（陶瓷、復(fù)合材料、鈦合金、鎳基高溫合金、不銹鋼）；超精密微細(xì)切削加工（精密零件，群孔）2.2超高速磨削技術(shù)超高速磨削機(jī)理7：超高速磨削機(jī)理最早可追溯到德國(guó)切削物理學(xué)家薩洛蒙于1931年提出的著名的超高速切削理論。薩洛蒙認(rèn)為，與普通切削速度范圍內(nèi)切削溫度隨切削速度的增大而升高不同，當(dāng)切削速度增大至與工件材料的種類有關(guān)的某一速度V后隨著切削速度的增大切削溫度反而降低。他的思想給了后人非常重要的啟示，即如果能在大于V的超高速范圍內(nèi)進(jìn)行切削，則有可能采用現(xiàn)有刀具進(jìn)行超高速切削，大幅度地提高機(jī)床的生產(chǎn)效率。在高磨除率條件下，隨著Vs 增大，磨削力在Vs=100m/s 前后的某個(gè)區(qū)間出現(xiàn)陡降約降低(約降低50%) ，這種趨勢(shì)隨著磨除率的提高而愈加明顯，且當(dāng)砂輪達(dá)到超高速磨削狀態(tài)后，工件表面溫度出現(xiàn)回落。超高速磨削時(shí)由于磨削速度很高，單個(gè)磨屑的形成時(shí)間極短。在極短的時(shí)間內(nèi)完成的磨屑的高應(yīng)變率（可近似認(rèn)為等于磨削速度）形成過(guò)程與普通磨削有很大的差別，表現(xiàn)為工件表面的彈性變形層變淺，磨削溝痕兩側(cè)因塑性流動(dòng)而形成的隆起高度變小，磨屑形成過(guò)程中的耕犁和滑擦距離變小，工件表面層硬化及殘余應(yīng)力傾向減小。此外，超高速磨削時(shí)磨粒在磨削區(qū)上的移動(dòng)速度和工件的進(jìn)給速度均大大加快，加上應(yīng)變率響應(yīng)的溫度滯后的影響，導(dǎo)致磨削表面磨削溫度降低，因而能越過(guò)容易發(fā)生磨削燒傷的區(qū)域。圖6 磨削速度與磨削溫度的關(guān)系8Fig.6 Grinding speed and grinding temperature relations超高速磨削加工的關(guān)鍵技術(shù)9：圖7列出了超高速磨削技術(shù)所需的各項(xiàng)相關(guān)技術(shù)，其中高速軸承和高速砂輪的設(shè)計(jì)與制造是影響超高速磨削技術(shù)應(yīng)用的最重要因素。圖7 高速磨削技術(shù)構(gòu)架圖Fig.7 High-speed grinding technology skeleton chart1）高速主軸。須配有連續(xù)自動(dòng)動(dòng)平衡裝置。圖8 高速主軸動(dòng)平衡系統(tǒng)Fig.8 Dynamic balance of high-speed spindle system1-信號(hào)傳送單元 2-緊固法蘭盤 3-內(nèi)裝電子驅(qū)動(dòng)平衡塊 4-磨床主軸2）高速磨床結(jié)構(gòu)。具有高動(dòng)態(tài)精度、高阻尼、高抗振性和熱穩(wěn)定性。圖9 直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)高速平面磨床Fig.9 Linear motor-driven high-speed surface grinder該高速平面磨床磨削速度達(dá)125m/s，工作臺(tái)往復(fù)運(yùn)動(dòng)達(dá)1000 st/min，是普通磨床的10倍。3）高速磨削砂輪。砂輪基體：必須考慮高速離心力作用；砂輪磨粒-立方氮化硼和金剛石。圖10 高速砂輪典型結(jié)構(gòu)Fig.10 High-speed grinding wheel typical structure4）冷卻潤(rùn)滑液。V液大于等于V砂，潤(rùn)滑效果好；V液小于V砂，清洗效果好。圖11 冷卻潤(rùn)滑液出口流速的影響Fig.11 Effects of coolant exit flow velocitya) V液大于V砂 b) V液略大于V砂 c) V液 =V砂其加工特點(diǎn)：1）生產(chǎn)效率高；2）砂輪使用壽命長(zhǎng)；3）磨削表面粗糙度值低；4）磨削力和工件受力變形小，工件加工精度高；5）磨削溫度低；6）充分利用和發(fā)揮了超硬磨料的高硬度和高耐磨性的優(yōu)異性能；7）具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，并具有廣闊的綠色特性10。3 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù)主要包括:超精密加工的機(jī)理，超精密加工的設(shè)備制造技術(shù)，超精密加工工具及刃磨技術(shù)，超精密測(cè)量技術(shù)和誤差補(bǔ)償技術(shù)，超精密加工工作環(huán)境等11。3.1超精密車削加工超精密切削是特指采用金剛石等超硬材料作為刀具的切削加工技術(shù)，其加工表面粗糙度 Ra可達(dá)到幾十納米，包括超精密車削、鏜削、銑削及復(fù)合切削(超聲波振動(dòng)車削加工技術(shù)等)。超精密車削加工機(jī)理：主要用高精度機(jī)床和單晶金剛石刀具，采用微量切削可以獲得光滑而加工變質(zhì)層較少的表面。切削速度很高，但切深很小。最小切削厚度取決于金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑，切削刃鈍圓半徑越小，則最小切削厚度越小。因此，具有納米級(jí)刃口鋒利度的超精密切削刀具的設(shè)計(jì)與制造是實(shí)現(xiàn)超精密切削的關(guān)鍵技術(shù)之一。超精密車削加工的技術(shù)特點(diǎn)：1）切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行；2）切削力原子結(jié)合力（剪切應(yīng)力達(dá) 13000 N/ mm2）； 3）刀尖處溫度極高，應(yīng)力極大，普通刀具難以承受 ； 4） 高速切削（與傳統(tǒng)精密切削相反），工件變形小，表層高溫不會(huì)波及工件內(nèi)層，可獲得高精度和好表面質(zhì)量。超精密車削加工的應(yīng)用范圍：1）用于銅、鋁及其合金精密切削（切鐵金屬，由于親合作用， 產(chǎn)生“碳化磨損”，影響刀具壽命和加工質(zhì)量）； 2）加工各種紅外光學(xué)材料如鍺、硅、ZnS和ZnSe等；3）加工有機(jī)玻璃和各種塑料。典型產(chǎn)品：光學(xué)反射鏡、射電望遠(yuǎn)鏡主鏡面、大型投影電視 屏幕、照相機(jī)塑料鏡片、樹脂隱形眼鏡鏡片等。3.2超精密砂輪磨削加工技術(shù)超精密磨削采用較小修整導(dǎo)程和吃刀量修整砂輪，靠超微細(xì)磨粒等高微刃磨削作用進(jìn)行磨削。砂輪材料一般是金剛石、立方氮化硼(CBN)、陶瓷等。可加工各種高硬度、高脆性金屬及非金屬材料（鐵金屬用CBN）；耐磨性好，耐用度高，磨削能力強(qiáng)，磨削效率高；磨削力小，磨削溫度低，加工表面好。其主要技術(shù)有磨削機(jī)理、多顆粒磨削機(jī)制、砂輪在線修銳、砂輪類型和結(jié)構(gòu)等12。3.3超精密砂帶磨削加工技術(shù)砂帶在一定工作壓力下與工件接觸并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行磨削或拋光。砂帶基材料為聚碳酸脂薄膜，其上植有細(xì)微砂粒。有開式（圖12）和閉式兩種形式，可磨削平面、內(nèi)外圓表面、曲面等13。圖12 砂帶磨削示意圖Fig.12 Belt grinding schematic drawing圖13 靜電植砂砂帶結(jié)構(gòu)Fig.13 Electrostatic sand-planting belt structure砂帶磨削特點(diǎn)：1）砂帶與工件柔性接觸，磨粒載荷小，且均勻，工件受力、熱作用小，加工質(zhì)量好（ Ra 值可達(dá) 0.02m）； 2）靜電植砂，磨粒有方向性，尖端向上（圖13），摩擦生熱小，磨屑不易堵塞砂輪，磨削性能好；3）強(qiáng)力砂帶磨削，磨削比（切除工件重量與砂輪磨耗重量之比）高，有“高效磨削”之稱；4）制作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，使用方便；5）可用于內(nèi)外表面及成形表面加工。超精密砂帶磨削發(fā)展非?？?，已不限于拋光而發(fā)展為一種高效加工方法。其磨削面積大，磨削效率高，通用性強(qiáng)，可對(duì)復(fù)雜型面進(jìn)行磨削。砂帶磨削的加工效率比普通磨削高510 倍。對(duì)鋼材的切除率已達(dá)700mm3/mm.s。采用的砂帶寬度可達(dá)5m ，切深可達(dá)5mm。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家砂帶磨削已占總磨削量的一半左右。3.4電泳磨削的加工技術(shù)電泳磨削的加工機(jī)理：利用超細(xì)磨粒的上述電泳特性，在加工過(guò)程中使磨粒在電場(chǎng)力作用下向磨具表面運(yùn)動(dòng)，并在磨具表面沉積形成一超細(xì)磨粒吸附層，利用磨粒吸附層對(duì)工件進(jìn)行磨削加工。在切削力的作用下部分磨粒將不斷脫落，同時(shí)新的磨粒又不斷補(bǔ)充(見圖14)。由于磨粒層表面凹陷處局部電流大，新磨粒更容易在凹陷處沉積，從而使磨粒層表面趨于均勻，保持良好的等高性。同時(shí)，磨具每旋轉(zhuǎn)一周，磨粒層表面都有大量新磨粒補(bǔ)充，使微刃始終保持鋒利尖銳。通過(guò)對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度、液體及磨粒特性等影響因素加以控制，就可使磨粒層在加工過(guò)程中呈現(xiàn)兩種不同的狀態(tài)：一種是在加工過(guò)程中使磨粒的脫落量與吸附量保持動(dòng)態(tài)平衡，這樣就可以穩(wěn)定吸附層的厚度，得到一個(gè)表面不斷自我修整而尺寸不變的超細(xì)砂輪；另一種狀態(tài)是在加工過(guò)程中，使磨粒的吸附量超過(guò)脫落量，那么磨粒層厚度就會(huì)不斷增加，這樣就可以在機(jī)床無(wú)切深進(jìn)給的條件下實(shí)現(xiàn)磨削深度的不斷增加。我們稱之為自進(jìn)給電泳磨削14。圖14電泳磨削原理Fig.14 Electrophoresis grinding principle電泳磨削加工特點(diǎn)：磨粒層表面凹陷處局部電流大，新磨粒更容易在凹陷處沉積，從而使磨粒層表面趨于均勻，保持良好的等高性；同時(shí)，磨具每旋轉(zhuǎn)一周，磨粒層表面都有大量新磨粒補(bǔ)充，使微刃始終保持鋒利尖銳。電泳磨削加工范圍：在電泳磨削技術(shù)中，磨粒吸附層可以作為磨具用于脆性材料的精密磨削工藝；自進(jìn)給電泳磨削實(shí)現(xiàn)微米級(jí)甚至亞微米級(jí)深度進(jìn)給，而不依賴于機(jī)床本身的進(jìn)給精度15。4 特種加工技術(shù)4.1電火花加工技術(shù)工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去16（圖15）。 圖15 電火花加工原理圖Fig.15 Electric spark machining schematic diagram4個(gè)階段： 1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道；2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹；3）拋出蝕除物；4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。圖16 電火花加工機(jī)床原理圖Fig.16 Spark processing machine schematic4.1.1電火花成形加工技術(shù)電火花成形加工機(jī)理：電火花成形加工是通過(guò)工具電極的形狀和尺寸相對(duì)于工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工具電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需的零件，它包括：1）電火花型腔加工。電火花型腔加工包括三維型腔和型面加工以及電火花雕刻，主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木模的型腔，以及各類葉輪、葉片的曲面等；2）電火花穿孔加工。電火花穿孔加工主要用于型孔(圓孔、方孔、多邊形孔、異型孔)、曲線孔、(彎孔、螺旋孔)、小孔和微孔的加工17。圖17 電火花成形加工原理圖Fig.17 Sark forming processing diagram1一工件 2一工作液泵 3一過(guò)濾器 4一自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置 5一工具 6一工作液7一脈沖電源工具5和工件1分別與右端的脈沖電源7的兩極性輸出端相連接；隨后通過(guò)自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置4(此處為絲桿螺母機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī))的調(diào)節(jié)使工具與工件之間經(jīng)常保持一很小但又可控的放電間隙，若將脈沖電壓的正負(fù)極分別加在工具和工件上，滿足某一處間隙最小或某一處絕緣強(qiáng)度最低的條件時(shí)，其區(qū)域?qū)a(chǎn)生火花放電現(xiàn)象，并擊穿介質(zhì)。即瞬間放出的高溫迫使工件和工具表面在一定程度上被蝕除掉一小部分金屬，最后形成凹坑；脈沖電源7放電結(jié)束后，經(jīng)過(guò)脈沖間隔的休整期，工作液又恢復(fù)絕緣；隨著自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置4的進(jìn)給，脈沖電源7又開始第二次在工件和工具之間放電，當(dāng)滿足某一處間隙最小或絕緣強(qiáng)度最低的條件時(shí)，又開始重復(fù)前面的電腐蝕現(xiàn)象，形成又一個(gè)新的凹坑。放電、腐蝕、休整、進(jìn)給，如此連續(xù)不斷的重復(fù)過(guò)程，工具的形狀自然而然就復(fù)制在工件上，加工出所需要的零件。即，工件的成形是由于電腐蝕現(xiàn)象一點(diǎn)點(diǎn)蝕除而成的，其表面都是由小凹坑組成。其加工的特點(diǎn)如下：1）“以柔克剛”。加工時(shí)候，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間基本沒(méi)有宏觀機(jī)械作用力參與，因此能用“軟”的工具電極加工“硬”的工件；2）“精密細(xì)微。由于脈沖放電的能量密度可達(dá)到精確控制，再者兩極之間又沒(méi)有宏觀機(jī)械作用力，因此可實(shí)現(xiàn)精密細(xì)微的加工；3）“仿形逼真。 直接利用電能加工，便于實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的自動(dòng)化、智能化，以及現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用使工件的仿形加工更加逼真，直接減少了機(jī)械加工工序。應(yīng)用：電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等；型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工，以及葉輪、葉片等曲面加工。4.1.2電火花線切割加工技術(shù)電火花線切割加工原理：利用不斷移動(dòng)的線狀電極(鉬絲、鎢絲、銅絲等)，與工件之間形成脈沖性放電現(xiàn)象來(lái)去除金屬多余材料，滿足加工要求。圖18 電火花線切割加工原理圖Fig.18 Wedm processing principle diagram1一工作液箱 2一儲(chǔ)絲筒 3一電極絲 4一供液管 5一導(dǎo)電塊 6一導(dǎo)向輪 7一工件8一夾具 9一坐標(biāo)工作臺(tái) l0一脈沖電源與控制器電火花線切割原理是不分高低速的，其實(shí)質(zhì)與電火花成形加工原理相同，無(wú)非就是將塊狀電極換成線狀。圖18為高速走絲電火花線切割原理示意圖。首先，根據(jù)加工要求選擇脈沖電源10的極性與電極絲3(鉬絲或銅絲)相連接，工件7接相反極性；其次，電極絲3在儲(chǔ)絲筒2的帶動(dòng)下，做正反交替移動(dòng)；最后，坐標(biāo)工作臺(tái)9帶動(dòng)工件7按預(yù)定設(shè)計(jì)的程序在兩個(gè)坐標(biāo)方向上各自根據(jù)火花間隙狀態(tài)做伺服進(jìn)給，當(dāng)電極絲3與工件7滿足了放電條件時(shí)，便產(chǎn)生火花放電開始去除金屬，這時(shí)從工作液箱1泵出乳化液經(jīng)供液管4噴向放電區(qū)域，達(dá)到冷卻和沖散電蝕雜物的目的。這個(gè)反復(fù)的過(guò)程便合成各種曲線軌跡，把工件按加工要求切割成形18。其加工的特點(diǎn)如下：1）不必制造專門的成形工具電極，很大程度的降低了工具電極的設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用，以及縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間；2）由于選擇直徑較小的細(xì)絲作為電極工具，故脈沖寬度、平均電流等參數(shù)數(shù)值不能取太大，加工工藝參數(shù)的選擇范圍較小，屬于中、精電火花加工，工件一般接電源正極；3）由于電極絲相對(duì)比較細(xì)，可以加工常規(guī)方法無(wú)法加工或加工比較困難的微細(xì)異形孔、窄縫以及復(fù)雜形狀的工件；4）由于采用較長(zhǎng)的移動(dòng)電極絲進(jìn)行加工，致使單位長(zhǎng)度電極絲的損耗有所減少，從而對(duì)加工精度的影響也相對(duì)減小，特別在低速走絲線電火花切割加工時(shí)，電極絲通常一次性使用，致使電極絲損耗對(duì)加工精度的影響更??；5)工作液一般選用乳化液或水基，不會(huì)引燃起火，很容易實(shí)現(xiàn)安全無(wú)人運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)用范圍：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。4.1.3電火花磨削加工技術(shù)電火花磨削加工機(jī)理：電火花磨削與一般電火花加工相似,只是其工具電極為旋轉(zhuǎn)的石墨磨輪,工件在伺服控制的工作臺(tái)上,對(duì)磨輪作伺服進(jìn)給(圖19)。工件是通過(guò)浸泡在介質(zhì)液內(nèi)的負(fù)極磨輪與正極工件之間的火花放電作用來(lái)進(jìn)行磨削的。圖19 電火花磨削原理Fig.19 Electric spark grinding principle1一電火花電源 2一導(dǎo)線 3一電刷滑環(huán) 4一石墨磨輪 5一工作槽 6一電解液7一工作臺(tái)移動(dòng)方向 8一工件 9一工作臺(tái) 10一工作臺(tái)自動(dòng)伺服傳動(dòng)電火花磨削加工特點(diǎn)及應(yīng)用：電火花磨削主要用來(lái)對(duì)硬質(zhì)合金、鋼結(jié)硬質(zhì)合金和其它高硬度或難以磨削的金屬(如銅和鋁等)材料做的工模具進(jìn)行精密成形磨削。同時(shí),對(duì)于普通砂輪磨削容易產(chǎn)生熱變形的細(xì)而長(zhǎng)、薄而脆的精密金屬成形零件,采用電火花磨削更具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。它還可以用來(lái)磨削平面、內(nèi)孔與外圓19。4.1.4電火花表面強(qiáng)化加工技術(shù)電火花表面強(qiáng)化技術(shù)的基本原理：儲(chǔ)能電源通過(guò)電極以102000的頻率在電極與工件之間產(chǎn)生火花放電,在10-510-6內(nèi)電極與工件接觸的部位即達(dá)到800025000的高溫,使該區(qū)域的局部材料熔化、氣化或等離子體化,將電極材料高速過(guò)度并擴(kuò)散到工作表面,形成冶金結(jié)合型牢固強(qiáng)化層。電火花強(qiáng)化工藝設(shè)備主要由振動(dòng)器電源和振動(dòng)器等構(gòu)成。振動(dòng)器電源包括振動(dòng)電源和脈沖電源。工作時(shí),振動(dòng)電源給振動(dòng)器供電,振動(dòng)器夾持電極作上下往復(fù)或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),而脈沖電源給電極和工件供電,使兩者之間產(chǎn)生電火花放電20。原理示意圖如圖20所示:圖20電火花表面強(qiáng)化工作原理圖Fig.20 Spark surface hardening operation電火花表面強(qiáng)化具有如下特點(diǎn)：1）電火花強(qiáng)化是在空氣中進(jìn)行，不需要特殊、復(fù)雜的處理裝置和設(shè)備,如真空系統(tǒng)或特制的容器等，因此加工設(shè)備簡(jiǎn)單；2）熱輸入量小，被強(qiáng)化工件基體不產(chǎn)生退火或熱變形，減少了原有工件尺寸和物性改變而造成的諸多后果，更好地適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)零件拆裝配套的要求；3）既可以對(duì)零件表面進(jìn)行局部強(qiáng)化，也可以對(duì)一般幾何形狀的平面或曲面進(jìn)行強(qiáng)化,比如模具、刀具和機(jī)械零件、對(duì)刃口和易磨損部位進(jìn)行強(qiáng)化處理，就能達(dá)到提高硬度和耐磨性的目的；4）強(qiáng)化層與基體的冶金結(jié)合非常牢固，不會(huì)發(fā)生剝落；5）強(qiáng)化層厚度、表面粗糙度與脈沖電源的電氣參數(shù)以及強(qiáng)化時(shí)間等有關(guān)，控制簡(jiǎn)單；6）電極材料選擇范圍廣，容易實(shí)現(xiàn)異種材料強(qiáng)化層；7）不會(huì)使工件退火或熱變形；8）不需要復(fù)雜特殊的配套裝置，操作簡(jiǎn)單、靈活,設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低等；9)環(huán)保、經(jīng)濟(jì)、操作人員技術(shù)要求低等優(yōu)勢(shì)。應(yīng)用范圍：電火花強(qiáng)化廣泛應(yīng)用于模具強(qiáng)化及零件微量磨損的修復(fù)；航空工業(yè)和電力工業(yè)等多個(gè)領(lǐng)域。4.2激光加工技術(shù)激光加工機(jī)理：激光是一種受激輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光，當(dāng)激光照射到工件表面，光能被工件迅速吸收并轉(zhuǎn)化為熱能，工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用達(dá)到加工的目的。圖21 固體激光器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.21 Solid laser schematic structure激光加工技術(shù)特點(diǎn)：激光加工的技術(shù)對(duì)于加工工具與特殊環(huán)境沒(méi)有要求，不會(huì)造成工具的磨損，易于使用自動(dòng)控制來(lái)進(jìn)行連續(xù)加工，且加工效率極高；同時(shí)激光的強(qiáng)度極高，聚焦后差不多能夠熔化和氣化全部的材料，所以能夠加工所有硬度的金屬與非金屬的材料；加上激光加工是屬于非接觸的加工，及加工速度非常的快，工件沒(méi)有受力與受熱而產(chǎn)生變形：其還能聚焦成為極小的光斑(微米級(jí))，能夠調(diào)節(jié)輸出的功率，所以可進(jìn)行精密且細(xì)微的加工。這些均是激光加工優(yōu)點(diǎn)。但由于其設(shè)備的投資比較大，及操作和維護(hù)技術(shù)要求比較高；且在精微加工的時(shí)候，重復(fù)的精度與表面的粗糙度難以保證等21。激光加工工藝及應(yīng)用1）激光打孔 可在任何材料上打微型小孔，如噴嘴、噴絲板、寶石軸承等，孔直可達(dá)0.01mm以下，深徑比50:1；2）激光切割 可切割金屬、非金屬，更適宜于對(duì)細(xì)小部件作各種精密切割；3）激光焊接 以高功率聚焦激光束為熱源，無(wú)需焊料和焊劑，只需將工件的加工區(qū)域熱熔在一起就可以；4）激光表面處理 有相變硬化、快速熔凝、合金化、熔覆等表面處理工藝。4.3電子束加工技術(shù)電子束加工原理：電子束流是由高壓加速裝置在真空條件下形成束斑極小的高能電子流，屬于高能密度束流(HEDB)，真空電子束的功率密度大于106Wcm2，極限功率為300kW。電子束加工是以高能電子束流作為熱源，對(duì)工件或材料實(shí)施特殊的加工，是一種完全不同于傳統(tǒng)機(jī)械加工的新工藝22，其加工原理如圖22所示。圖22 電子束加工原理Fig.22 Electron Beam Machining.電子束加工具有如下特點(diǎn)：1)電子束發(fā)射器發(fā)射的電子束流束斑極小，且可控，可以用于精密加工；2)對(duì)于各種不同的被處理材料，其效率可高達(dá)75一98，而所需的功率則較低；3)能量的發(fā)生和供應(yīng)源可精確地靈活移動(dòng)，并具有高的加工生產(chǎn)率；4)可方便地控制能量束，實(shí)現(xiàn)加工自動(dòng)化；5)設(shè)備的使用具有高度靈活性，并可使用同一臺(tái)設(shè)備進(jìn)行電子束焊接、表面改善處理和其他電子束加工；6)電子束加工是在真空狀態(tài)下進(jìn)行，對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有污染；7)電子束加工對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)的真空度要求較高，使得電子束加工價(jià)格昂貴，一定程度上限制了其在生產(chǎn)中的應(yīng)用。電子束加工應(yīng)用：由于電子束流具有以上特點(diǎn)，目前，已被廣泛地應(yīng)用于高硬度、易氧化或韌性材料的微細(xì)小孔的打孔，復(fù)雜形狀的銑切，金屬材料的焊接、熔化和分割，表面淬硬、光刻和拋光，以及電子行業(yè)中的微型集成電路和超大規(guī)模集成電路等的精密微細(xì)加工中。隨著研究的不斷深入，電子束加工已成為高科技發(fā)展不可缺少的特種加工手段之一。4.4離子束加工技術(shù)離子束加工原理：離子束加工利用具有較高能量的離子束射到材料表面時(shí)所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)來(lái)進(jìn)行不同的加工。由于離子束轟擊材料是逐層去除原子，所以可以達(dá)到納米級(jí)的加工精度。離子束加工按其工藝原理和目的的不同可以分為三種：用于從工件上去除材料的刻蝕加工、用于給工件表面涂覆的鍍層加工以及用于表面改性的離子注入加工23。特點(diǎn)及應(yīng)用241）加工精度和表面質(zhì)量高。離子束加工是靠微觀力效應(yīng)，不會(huì)引起機(jī)械應(yīng)力及損傷。離子束斑直徑可達(dá)1u m以內(nèi)，加工精度可達(dá)nm級(jí)。適用于修整局部表面，校正大波長(zhǎng)誤差和改善表層材料微觀結(jié)構(gòu),消除工件表面污染等；2）加工材料廣泛?？蓪?duì)脆性、半導(dǎo)體、高分子等材料加工。由于加工是在真空下進(jìn)行，所以適于加工易氧化的金屬、合金及半導(dǎo)體材料等；3）加工方法豐富。BIM可進(jìn)行去除、鍍膜、注人等加工,利用這些加工原理引成了多種具體方案，如成形、蝕刻、減薄、曝光等，在集成電路制作中占有極其重要的地位；4）控制性能好。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；5）應(yīng)用范圍廣泛。小直徑、高能量密度離子束用于去除加工；大直徑、低能量密度適于鍍膜、蝕刻；大直徑、高能量的BIM則適于注人加工。4.5水噴射加工技術(shù)水噴射加工的基本原理：是利用液體增壓原理，通過(guò)特定的裝置（增壓器或高壓泵），將動(dòng)力源（電動(dòng)機(jī)）的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，具有巨大壓力能的水再通過(guò)小孔噴嘴將壓力能轉(zhuǎn)變成動(dòng)能，從而形成高速射流，噴射到工件表面，達(dá)到去除材料的加工目的25。圖23 水噴射加工裝置示意圖Fig.23 Water injection unit schematic水噴射加工技術(shù)的主要特點(diǎn)：1）適用范圍廣。既可用來(lái)加工金屬材料，也可以加工非金屬材料；2）加工質(zhì)量高。切縫窄（約為0.075-0.38mm），提高材料利用率；切口質(zhì)量好，幾乎無(wú)飛邊、毛刺，切割面垂直、平整，光潔；3）加工時(shí)對(duì)材料無(wú)熱影響，工件不會(huì)產(chǎn)生熱變形和熱影響區(qū)，對(duì)加工熱敏感材料如鈦合金尤為有利；切削無(wú)火花，同時(shí)由于水的冷卻作用，工件溫度較低，非常適合對(duì)易燃易爆物件如木材、紙張等的加工；4）加工清潔，不產(chǎn)生有害人體健康的有毒氣體和粉塵等，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，提高了操作人員的安全性；5）加工“刀具”為高速高壓水流，加工過(guò)程中不會(huì)變鈍，減少了刀具準(zhǔn)備、刃磨等時(shí)間，效率高。水噴射加工的類型及其適用范圍：1）純水射流 主要用于切割軟材料，如橡膠、紙張、塑料、毛毯、玻璃和木材等；2）磨料水射流 它幾乎可切割所有的硬質(zhì)材料，如金屬、非金屬、金屬基及陶瓷基復(fù)合材料等，是應(yīng)用最廣的射流加工方法；3）聚合物水射流 主要用于切割較軟或稍硬材料。5 先進(jìn)生產(chǎn)管理的技術(shù)5.1敏捷制造敏捷制造26：利用人工智能和信息技術(shù)，通過(guò)多方面的協(xié)作，用改變企業(yè)沿用的復(fù)雜的多層遞階結(jié)構(gòu)來(lái)改變傳統(tǒng)的大量生產(chǎn)。其實(shí)質(zhì)是在先進(jìn)的柔性制造技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)企業(yè)內(nèi)部的多功能項(xiàng)目組和企業(yè)外部的多功能項(xiàng)目組，組建虛擬公司，這是一種多變的動(dòng)態(tài)組織結(jié)構(gòu)，可把全球范圍內(nèi)的各種資源，包括人的資源，集成在一起 實(shí)現(xiàn)技術(shù)、管理和人的集成從而在整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)最大限度滿足用戶需求 提高企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。敏捷制造的目標(biāo)是快速響應(yīng)市場(chǎng)的變化，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)向市場(chǎng)提供適銷對(duì)路的環(huán)保型產(chǎn)品27。采用標(biāo)準(zhǔn)化的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和信息集成基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以分布式結(jié)構(gòu)連接各類企業(yè) 構(gòu)成虛擬制造環(huán)境，以競(jìng)爭(zhēng)合作為原則，在虛擬制造環(huán)境內(nèi)動(dòng)態(tài)選擇成員，組成面向任務(wù)的虛擬公司進(jìn)行快速生產(chǎn)，系統(tǒng)的運(yùn)行目標(biāo)是最大限度滿足用戶需求。敏捷制造的主要特征：1）以滿足用戶要求獲得利潤(rùn)為目標(biāo)；2）以競(jìng)爭(zhēng)能力和信譽(yù)為依據(jù)選擇組成動(dòng)態(tài)公司的合作伙伴；3） 基于合作間的相互信任、分工協(xié)作、共同目標(biāo)來(lái)有力地增強(qiáng)整體實(shí)力，把知識(shí)技術(shù)信息投入生產(chǎn)實(shí)際。敏捷制造的技術(shù)基礎(chǔ)主要包括：1）并行工程；2）虛擬制造技術(shù)；3）先進(jìn)制造工藝；4）自動(dòng)控制技術(shù)；5）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；6）模塊化技術(shù)；7）系統(tǒng)集成技術(shù)；8）動(dòng)態(tài)聯(lián)盟；9）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)。5.2精益生產(chǎn)精益生產(chǎn)：是通過(guò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、人員組織、運(yùn)行方式和市場(chǎng)供求等方面的變革，使生產(chǎn)系統(tǒng)能很快適應(yīng)用戶需求不斷變化，并能使生產(chǎn)過(guò)程中一切無(wú)用、多余的東西被精簡(jiǎn)，最終達(dá)到包括市場(chǎng)供銷在內(nèi)的生產(chǎn)的各方面最好的結(jié)果28。精益生產(chǎn)的思想內(nèi)涵：可概括為以下五點(diǎn)：確定價(jià)值、識(shí)別價(jià)值流、價(jià)值流動(dòng)、需求拉動(dòng)和循環(huán)改善29。圖24 精益生產(chǎn)系統(tǒng)Fig.24 The lean production system七個(gè)支撐體系：是指生產(chǎn)的快速轉(zhuǎn)換與維護(hù)體系；精益品質(zhì)保證和防錯(cuò)自動(dòng)化體系；柔性化生產(chǎn)體系；均衡化和同步化體系；現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)IE研究體系；生產(chǎn)設(shè)汁和高效物流體系；產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)體系30。5.3智能制造智能制造技術(shù)：是指利用計(jì)算機(jī)模擬制造業(yè)人類專家的分析、判斷、推理、構(gòu)思和決策等智能活動(dòng)，并將這些智能活動(dòng)與智能機(jī)器有機(jī)地融合起來(lái)，將其貫穿應(yīng)用于整個(gè)制造企業(yè)的各個(gè)子系統(tǒng)(經(jīng)營(yíng)決策、采購(gòu)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、制造裝配、質(zhì)量保證和市場(chǎng)銷售等)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)制造企業(yè)經(jīng)營(yíng)運(yùn)作的高度柔性化和高度集成化，從而取代或延伸制造環(huán)境中人類專家的部分腦力勞動(dòng)，并對(duì)制造業(yè)人類專家的智能信息進(jìn)行搜集、存儲(chǔ)、完善、共享、繼承與發(fā)展31。智能制造系統(tǒng)基于智能制造技術(shù)，綜合應(yīng)用人工智能技術(shù)、信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、制造技術(shù)、并行工程、生命科學(xué)、現(xiàn)代管理技術(shù)和系統(tǒng)工程理論與方法，在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化和互換性的基礎(chǔ)上，使得整個(gè)企業(yè)制造系統(tǒng)中的各個(gè)子系統(tǒng)分別智能化，并使制造系統(tǒng)成為網(wǎng)絡(luò)集成的高度自動(dòng)化的制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)的特點(diǎn)32：1）自組織能力；2）自律能力；3）自學(xué)習(xí)和自維護(hù)能力；4）整個(gè)制造系統(tǒng)的智能集成；5）人及一體化智能系統(tǒng)； 6）虛擬現(xiàn)實(shí)。智能制造系統(tǒng)的主要支撐技術(shù)33：1）人工智能技術(shù)；2）并行工程；3）虛擬制造技術(shù)；4）信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。6 結(jié)語(yǔ)通過(guò)老師的講解以及查閱相關(guān)資料，我對(duì)于先進(jìn)制造技術(shù)有了一個(gè)更加深入更加系統(tǒng)的了解。在學(xué)習(xí)了先進(jìn)制造技術(shù)以后，除了掌握相應(yīng)的基本知識(shí)之外，對(duì)于先進(jìn)制造有了自己的理解和觀點(diǎn)。第一，學(xué)習(xí)先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展歷程，深刻認(rèn)識(shí)到需求是先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力，人類利用自己的智慧去創(chuàng)造、去描述設(shè)想中的制造業(yè)。綜合各種技術(shù)，不斷吸收現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在機(jī)械、電子、信息、材料、計(jì)算機(jī)、控制、能源、加工工藝、自動(dòng)化以及現(xiàn)代管理等領(lǐng)域的最新科研成果，并將其優(yōu)化集成綜合應(yīng)用于產(chǎn)品的研發(fā)設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)、銷售、使用、管理和服務(wù)的環(huán)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、精益、敏捷、靈活的生產(chǎn)目標(biāo)。第二，在學(xué)習(xí)過(guò)程中，了解更多自己沒(méi)有接觸過(guò)的方法和加工工藝，如：超高速切削時(shí)采用的對(duì)稱分布的六角機(jī)床、超精密加工工藝中的電泳磨削加工技術(shù)以及特種加工工藝中的水噴射加工技術(shù)等先進(jìn)制造工藝。充分理解了先進(jìn)制造技術(shù)的先進(jìn)性所在。第三，接觸了這么多先進(jìn)的制造方法，讓我們有了更深的思考和更強(qiáng)的動(dòng)力，對(duì)于即將跨入社會(huì)的我們而言，必須不斷地學(xué)習(xí)先進(jìn)制造技術(shù)，否則現(xiàn)在的先進(jìn)也許就是明天的傳統(tǒng)了。這門課程的學(xué)習(xí)，對(duì)我而言就像是一扇窗戶，讓我看到更多、更先進(jìn)的技術(shù)，從中也學(xué)習(xí)了很多創(chuàng)新和思考問(wèn)題的方法。而且，不僅僅是局限在自己所研究課題的領(lǐng)域，對(duì)于其他方面的知識(shí)我也有了初步的認(rèn)識(shí)，更意識(shí)到先進(jìn)的科技帶給我們不僅是巨大的利益更是強(qiáng)大的動(dòng)力，不斷促使我們更加努力的學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，以期待我們?yōu)槭澜鐜?lái)更先進(jìn)的制造方法。參考文獻(xiàn) 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