先進(jìn)制造技術(shù)

一、國(guó)內(nèi)外先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。（要求查閱最新的國(guó)際、國(guó)內(nèi)期刊）（一）、國(guó)際先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀1世界上70％－80％以上的產(chǎn)品是制造出來的：如美國(guó)、瑞士。2高科技的發(fā)展需要先進(jìn)制造技術(shù)，特別是精密制造技術(shù)：火箭、導(dǎo)彈等。3信息技術(shù)的發(fā)展，給機(jī)械制造技術(shù)帶來了新活力：柔性制造技術(shù)、集成制造系統(tǒng)、并行工程等。4必須將基礎(chǔ)科學(xué)研究與工程研究更緊密結(jié)合起來。5必須從實(shí)際出發(fā)：如CIMS的經(jīng)驗(yàn)。（二）、國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀傳統(tǒng)機(jī)械仍占主導(dǎo)位置。先進(jìn)制造系統(tǒng)與技術(shù)的研究，總體上看尚處在跟蹤階段，創(chuàng)新不多。（三）、國(guó)際先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)信息技術(shù)與制造技術(shù)的融合；科學(xué)技術(shù)的綜合是當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要特點(diǎn)。如：仿生學(xué)研究；綠色制造是近年來發(fā)展最快的重點(diǎn)研究領(lǐng)域之一；加強(qiáng)對(duì)機(jī)械制造學(xué)科的基礎(chǔ)規(guī)律、機(jī)理的研究；測(cè)量在現(xiàn)代制造技術(shù)中占有極重要的地位。如：虛擬測(cè)量技術(shù)；“可重組的制造系統(tǒng)”值得注意；極端制造技術(shù)、微/納加工技術(shù)、綠色制造技術(shù)；網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)（E-manufacturing）；制造技術(shù)與信息技術(shù)的集成；大批量定制生產(chǎn)；MEMS/NEMS系統(tǒng)，機(jī)器人技術(shù)；數(shù)字化技術(shù)；知識(shí)化：技術(shù)創(chuàng)新；產(chǎn)品及企業(yè)模塊化微小化、綠色化、智能化（四）、國(guó)內(nèi)先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)(1)1.21世紀(jì)的企業(yè)面臨“管理革命”：（1）分散網(wǎng)絡(luò)化制造：以訂單為紐帶進(jìn)行資源重組，企業(yè)間動(dòng)態(tài)聯(lián)盟。（2）“中場(chǎng)產(chǎn)業(yè)”的興起（3）“大企業(yè)病”的出現(xiàn)及中小企業(yè)化（4）企業(yè)間從單純競(jìng)爭(zhēng)走向既有競(jìng)爭(zhēng)、又有結(jié)盟之路2.綠色制造將成為21世紀(jì)制造技術(shù)重要特征。3.以提高對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力為目標(biāo)的制造技術(shù)得到超速發(fā)展和應(yīng)用：并行工程，快速原型制造技術(shù)。4.虛擬制造技術(shù)將廣泛應(yīng)用。5.制造業(yè)信息化：制造技術(shù)和制造業(yè)是一切技術(shù)的載體和“物化”手段，當(dāng)然包括信息技術(shù)，但現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展離不開信息技術(shù)。二．如何發(fā)展我國(guó)的先進(jìn)制造技術(shù)？我國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀：我國(guó)的先進(jìn)制造技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成比較完整的技術(shù)體系，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需的各類機(jī)械產(chǎn)品的制造提供基本的工藝技術(shù)，取得重要的成績(jī)。但與國(guó)外工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比存在階段性的差距。措施：調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)；扶植中小企業(yè)；加大科研和產(chǎn)品開發(fā)的投入；加強(qiáng)教育投入，發(fā)展知識(shí)經(jīng)濟(jì)；促進(jìn)學(xué)科交叉，加強(qiáng)基礎(chǔ)研究。三．極端制造技術(shù)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)？極端制造技術(shù)是指極大型、極小型、極精密型等極端條件下的制造技術(shù)，主要用于制造極端尺寸或極高功能的器件。微納系統(tǒng)、極小芯片、微機(jī)電系統(tǒng)等都離不開細(xì)微制造、超精密制造、分子制造等極小制造手段。大飛機(jī)的關(guān)鍵構(gòu)件精密模鍛框架和萬噸水壓機(jī)加工模鍛框架，則是極大制造的典型代表。一個(gè)新的“極端制造”前沿已經(jīng)初現(xiàn)端倪。這些前沿領(lǐng)域標(biāo)志性制造技術(shù)與產(chǎn)品包括：微射流光纖傳輸系統(tǒng)，約比現(xiàn)在的光纖傳輸速度快１０倍；科學(xué)家正在研制量子計(jì)算機(jī)，其運(yùn)行３秒的速度，相當(dāng)于現(xiàn)在計(jì)算機(jī)運(yùn)行上百億年；還有超速飛機(jī)，每小時(shí)８０００公里。第二章一、基本概念：1．現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)：以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時(shí)間、成本/價(jià)格綜合效益最優(yōu)為目的，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)為主體，以知識(shí)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(dòng)過程所用到的技術(shù)群體的總稱。2．并行設(shè)計(jì)：是一種對(duì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程進(jìn)行集成地、并行地設(shè)計(jì)的系統(tǒng)化工作模式。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員從設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶的要求。3．協(xié)同設(shè)計(jì):不同的設(shè)計(jì)人員之間，不同的設(shè)計(jì)組織之間，不同的部分工作人員之間，均可實(shí)現(xiàn)資源共享，實(shí)時(shí)交互協(xié)同參與，合作設(shè)計(jì)，從而提高設(shè)計(jì)效率，避免不必要的重復(fù)工作。4．摩擦學(xué)設(shè)計(jì)：運(yùn)用摩擦學(xué)的理論、方法、技術(shù)和數(shù)據(jù)，將摩擦和磨損減小到最低程度，從而設(shè)計(jì)出高性能、低功耗、具有足夠可靠性及合適壽命的經(jīng)濟(jì)合理的新產(chǎn)品。5．DFM，面向制造的設(shè)計(jì),Designformanufacturability，在設(shè)計(jì)過程中考慮如何適應(yīng)企業(yè)現(xiàn)有的制造條件和限制。根據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中有關(guān)企業(yè)車間制造加工條件的數(shù)據(jù)庫(kù)，自動(dòng)對(duì)初步才產(chǎn)品設(shè)計(jì)進(jìn)行可制造性檢驗(yàn)，把檢驗(yàn)結(jié)果反饋給設(shè)計(jì)人員，從而使他們能夠不斷調(diào)整和修改設(shè)計(jì)，使其滿足制造條件的要求。6．綠色產(chǎn)品:就是在其產(chǎn)品生命周期全過程中，符合特定的環(huán)境保護(hù)的要求，對(duì)生態(tài)環(huán)境無害或者危害很少，對(duì)資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。二、并行設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)①并行環(huán)境下的信息抽象與建模技術(shù)②計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)與決策:DFMA與快速原型制造技術(shù)RPM③支持并行設(shè)計(jì)的分布式計(jì)算機(jī)環(huán)境三．.DFM關(guān)鍵技術(shù)①計(jì)算機(jī)輔助概念設(shè)計(jì)CACD②產(chǎn)品可制造模型及其評(píng)價(jià)方法的研究③并行設(shè)計(jì)過程建模④設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)四、綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容?①綠色產(chǎn)品的描述與建模；②綠色設(shè)計(jì)的材料選擇與管理；③產(chǎn)品的可拆卸性設(shè)計(jì)；?④產(chǎn)品的可回收性設(shè)計(jì)；⑤綠色產(chǎn)品的成本分析；⑥綠色設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等。五、綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)1）面向環(huán)境的設(shè)計(jì)技術(shù)2）面向環(huán)能源的設(shè)計(jì)技術(shù)3）面向材料的設(shè)計(jì)技術(shù)4）人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)六、現(xiàn)代設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)設(shè)計(jì)范疇的擴(kuò)展化；設(shè)計(jì)手段的計(jì)算機(jī)化；設(shè)計(jì)過程的并行化、智能化；設(shè)計(jì)手段的擬實(shí)化；分析手段的精確化；多種手段綜合應(yīng)用；強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)的邏輯性和系統(tǒng)性；進(jìn)行動(dòng)態(tài)多變量的優(yōu)化；強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的環(huán)保性、宜人性；強(qiáng)調(diào)用戶參與；強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量控制；設(shè)計(jì)和制造一體化；強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化第三章一、先進(jìn)制造工藝技術(shù)的定義、發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)。定義：先進(jìn)制造工藝技術(shù)就是機(jī)械制造工藝不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術(shù)，包括了常規(guī)工藝經(jīng)優(yōu)化后的工藝，以及不斷出現(xiàn)和發(fā)展的新型加工方法。其主要技術(shù)體系由先進(jìn)成形加工技術(shù)、現(xiàn)代表面工程技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成及先進(jìn)制造加工技術(shù)。先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀?1．加工精度不斷提高2．加工速度得到提高3．材料科學(xué)促進(jìn)制造工藝變革4．重大技術(shù)裝備促進(jìn)加工制造技術(shù)的發(fā)展5．優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)獲得進(jìn)一步發(fā)展?6．精密成形技術(shù)取得較大進(jìn)展7．熱成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究有一定發(fā)展先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)?優(yōu)質(zhì)、高效、低耗，靈捷、潔凈是機(jī)械制造業(yè)永恒的追求目標(biāo)，也是先進(jìn)制造工藝技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。?21世紀(jì)加工制造技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)是：先進(jìn)精密超精密加工技術(shù)、特種加工技術(shù)、超高速切削及超高速磨削技術(shù)、微型機(jī)械加工技術(shù)、新一代制造裝備技術(shù)及虛擬制造技術(shù)等。?成形技術(shù)方面：鑄件生產(chǎn)正向輕量化、精確化、強(qiáng)韌化、復(fù)合化及無環(huán)境污染方向發(fā)展。?精確塑性成形工藝：成為制造過程的總體上向“凈成形”目標(biāo)邁進(jìn)的途徑。?激光焊、電子束焊等高能密度焊接方法：得到較大發(fā)展，柔性化、智能化、自動(dòng)化的焊接生產(chǎn)系統(tǒng)將逐漸取代大量的手工操作，精確軌跡控制的多自由度弧焊機(jī)器人。?激光表面合金化和熔覆工藝將趨成熟，各種激光加工方法都將實(shí)現(xiàn)智化控制，激光加工將成為自動(dòng)生產(chǎn)線上的多功能加工單元。?快速原型制造技術(shù)日趨成熟，工藝相對(duì)穩(wěn)定，現(xiàn)有工藝將朝著精密化、高精度、低成本方向發(fā)展。?計(jì)算機(jī)模擬仿真、并行工程及虛擬制造技術(shù)的相繼出現(xiàn)為成形制造技術(shù)注入新活力。二、主要的新型熱加工技術(shù)（鑄造、塑性成形、焊接、熱處理、表面工程）有哪些？鑄造：近代化學(xué)硬化砂鑄造工藝，高效金屬型鑄造工藝（壓力鑄造和擠壓鑄造），消失模鑄造技術(shù)塑性成形：超塑和等溫成形工藝，輥鍛和楔橫軋技術(shù)，粉末成形技術(shù)焊接：精密焊接，特殊環(huán)境下焊接成形技術(shù)，現(xiàn)代切割技術(shù)，焊接機(jī)器人熱處理：真空熱處理，離子熱處理，激光表面合金化，熱處理專家系統(tǒng)與性能預(yù)報(bào)表面工程：表面改性技術(shù)，表面覆層技術(shù)，復(fù)合表面技術(shù)第四節(jié)一、簡(jiǎn)述高速切削的特點(diǎn)及技術(shù)關(guān)鍵1.優(yōu)點(diǎn):加工時(shí)間可縮短3-5倍；提高生產(chǎn)效率；表面粗糙度降低；輪廓精度提高；減少拋光時(shí)間；減少輔助時(shí)間；在同一工序上即可完成粗、精加工；可直接加工淬硬材料，實(shí)現(xiàn)“以切代磨”；可加工很薄的薄壁；降低加工成本缺點(diǎn)：舊的加工習(xí)慣必須拋棄；更多的設(shè)備投資；更多的刀具成本；必須格外加強(qiáng)操作人員的保護(hù)；培訓(xùn)較復(fù)雜2.關(guān)鍵技術(shù)：超高速切削、磨削機(jī)理，超高速主軸單元制造技術(shù)，超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)，超高速加工用刀具、磨具，超高速機(jī)床支承及輔助單元制造系統(tǒng)，超高速加工測(cè)試技術(shù)、P159二、分析高速切削時(shí)切削力和切削溫度的變化特點(diǎn)P159在常規(guī)的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨切削速度的增大而提高，但當(dāng)切削速度增大到某一數(shù)值時(shí)，切削速度再增加，切削溫度反而降低在超高速切削條件下，單位切削力初期呈上升趨勢(shì)，而后急劇下降，塑性變形區(qū)變淺，參與應(yīng)力和硬度變化減小。第五節(jié)超高速加工用刀具和磨具種類（P163）超高速加工用刀具切削刃的刀具材料有：超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金，聚晶金剛石（PCD），立方氮化硼（CBN）,氮化硅陶瓷，混合陶瓷和碳氮化鈦硬質(zhì)合金，氣相沉淀法的超硬材料圖層刀具。超高速磨削用啥輪的磨具材料有聚晶金剛石（PCD），立方氮化硼（CBN），結(jié)合劑主要有陶瓷結(jié)合進(jìn)和金屬結(jié)合劑。第六節(jié)一、1．虛擬制造的概念（P345）以信息技術(shù)、仿真技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為支持，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)或制造系統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)之前，就能是人體會(huì)或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而做出前瞻性的決策與優(yōu)化實(shí)施方案。.2、虛擬制造的作用（P345）（1）運(yùn)用軟件對(duì)制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進(jìn)行全面仿真，使之達(dá)到前所未有的高度集中，為先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供了更廣闊的空間（2）可以加深人們對(duì)生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和理解，有利于對(duì)其進(jìn)行理論升華，更好的指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，即對(duì)生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進(jìn)行優(yōu)化配置，推動(dòng)生產(chǎn)力的巨大躍進(jìn)。（3）在虛擬制造和現(xiàn)實(shí)制造的相互影響中，可以全面改進(jìn)企業(yè)的組織管理工作，對(duì)正確做出決策有不可估量的作用。（4）虛擬制造技術(shù)的應(yīng)用加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。3、虛擬制造的類別（1）以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造；以生產(chǎn)為中心的虛擬制造；以控制為中心的虛擬制造4、虛擬制造的技術(shù)特征：交互性、沉浸性、想象力5、虛擬制造的體系結(jié)構(gòu)主要由哪三部分組成：虛擬制造技術(shù)VMT;虛擬企業(yè)VE；系統(tǒng)集成6、虛擬制造的關(guān)鍵技術(shù)計(jì)算機(jī)及虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，包括人機(jī)借口、軟件技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)平臺(tái)；制造應(yīng)用技術(shù)，包括建模、仿真、可制造性評(píng)價(jià)二．分散化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)DNPS定義（P349）分散化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)敏捷制造和可持續(xù)發(fā)展的一種生產(chǎn)模式。分散是指集團(tuán)成員是動(dòng)態(tài)的沒有規(guī)律的和地理上相隔的。網(wǎng)絡(luò)化是指利用信息和通信技術(shù)把集團(tuán)成員迅速組織起來進(jìn)行生產(chǎn)。分散網(wǎng)絡(luò)化制造系統(tǒng)是利用不同地區(qū)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，吧分散的集團(tuán)成員迅速組合成一種沒有圍墻的、超越空間約束的、靠電子手段聯(lián)系的、統(tǒng)一指揮的經(jīng)營(yíng)實(shí)體，以便快速推出高質(zhì)量、低成本的新產(chǎn)品。三．DNPS的組成、類型及關(guān)鍵技術(shù)分散化網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)由企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)外聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、系統(tǒng)安全、防火墻技術(shù)、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等支撐技術(shù)組成。類型：一主多從型，專有技術(shù)型，動(dòng)態(tài)聯(lián)盟型關(guān)鍵技術(shù)：制造企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)、快速產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開發(fā)網(wǎng)絡(luò)，由獨(dú)立制造島組成的產(chǎn)品制造網(wǎng)絡(luò)全面質(zhì)量管理和用戶服務(wù)網(wǎng)絡(luò)、電子財(cái)務(wù)網(wǎng)絡(luò)、制造工程信息的通訊。第七講1.游離磨料的高效加工工藝。指在加工時(shí)，磨料或者微粒不是固結(jié)在一起，呈游離狀態(tài)。其典型的方法有超精密研磨與拋光加工。研磨是在被加工表面和研具之間置以游離磨料和潤(rùn)滑液，是被加工表面和研具產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)并加壓，磨料產(chǎn)生切削擠壓作用，達(dá)到改善表面質(zhì)量效果，超精密研磨主要是磨粒的擠壓使工件表面產(chǎn)生塑性變形。2精密磨削和磨料加工技術(shù)（P171-175）超精密砂輪磨削技術(shù)、超精密砂帶磨削技術(shù)、ELID超精密鏡面磨削技術(shù)、雙鏡面精密磨削技術(shù)、電泳磨削技術(shù)、超精密研磨與拋光技術(shù)。3超精密加工裝備的特點(diǎn)（P176）高精度；高剛度；高穩(wěn)定性；抗震性好；控制性能好4微型機(jī)械加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)（P181）微系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)；微細(xì)加工技術(shù)；微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)；微系統(tǒng)的表征和測(cè)試技術(shù)5光刻技術(shù)（P181）是用照相復(fù)印的方法將光刻掩膜上的圖形印制在涂有光致抗蝕劑的薄膜或基材表面，然后進(jìn)行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。其工藝的基本過程通常包括涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)顯膜、腐蝕、去膠等步驟。6LIGA技術(shù)（P183）該技術(shù)是一種由半導(dǎo)體光刻工藝派生出來的采用光刻方法一次性生成三維空間微機(jī)結(jié)構(gòu)件的方法。技術(shù)機(jī)理是由深層X射線光刻、電鑄成形三個(gè)工藝組成。用LIGA技術(shù)進(jìn)行光刻過程中，一張預(yù)先制作的模板上的圖形被映射到一層光刻掩膜上，掩膜中被光照部分的性質(zhì)發(fā)生變化，在隨后的沖洗過程中被溶解，剩余的掩膜即是待生成的微結(jié)構(gòu)的負(fù)體，在接下來的電鍍成形過程中，從電解液中析出的金屬填充到光刻出的空間而形成金屬微結(jié)構(gòu)。其主要工藝過程由X光光刻掩模板的制作、X光深刻、光刻膠顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫模成形等組成。7述電火花、激光束、電子束、離子束（P195）、高壓水射流加工（P128）的原理及特點(diǎn)。第八講快速原型制造技術(shù)的定義快速原型/零件制造技術(shù)是由CAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維