先进制造技术复习资料全

1、 前言由于全球经济发展需求的快速增长，资源能源价格不断攀升，且在高位波动生态环境压力逐渐加大，全球气候变化备受关注，ICT技术突飞猛进(Information andCommunicationsTechnology，简称ICT，信息通信技术)信息化、网络化、知识化快速发展，经济全球化和全球绿色、智能制造的发展趋势不可逆转。我国经济总量已跃居全球第二位，已经成为全球制造大国，但是，也付出了巨大的资源和环境为代价。新世纪下，资源环境“瓶颈”约束明显加大，关键核心技术的自主创新能力较弱，机械电子装备的关键材料和核心部件仍受制于人。我国制造业与其产品的物耗、能耗、排放强度较高，信息化、智能化水平较低，

2、仍然处于全球制造业产业链的中低端。中国制造业亟需实现由大转强的历史跨越，绿色、智能制造应成为中国制造业发展的方向。（1）地球上有限的不可再生资源决定了人类必须走一条资源节约型的发展之路未来20年，我国制造业如果单纯依靠数量增长，将是能源资源和环境所不能承受的。因此，我们必须依靠科技进步，采用绿色制造技术，在提高产品质量和附加值的同时努力降低能源资源的消耗和排放。我国的能源资源需求快速增长，总量巨大，结构不合理，对外依存度上升，能源利用效率较低，单位GDP能耗强度高，其中制造业耗能占据较大比重。2009年，我国的总体能源利用效率为33%，较发达国家低10%左右，我国原油的对外依存度已达54.42

3、%。从各国的经验看，对外依存度50%是一条安全警戒线，预计10 年后将达到64.5%。（2）地球上有限的生态环境承载能力决定了人类必须走一条生态环境友好、绿色低碳、无公害、可再生循环的制造发展之路可以说，中国制造业总体上仍处于高消耗、高排放、低综合利用率的粗放发展阶段。我国二氧化硫排放量居世界第一，制造业是目前我国污染物排放大国，二氧化硫和二氧化碳排放分别占86%和37%。改善生态环境必须减少排放、实施源头治理，依靠科技创新，发展绿色制造业。（3） ICT技术的发展为智能制造提供了技术基础传感技术、计算机技术、现场总线、因特网、软件技术等已成为机械电子产品、数控技术、CAD/CAE/CAM/C

4、IMS的技术基础，也为基于计算机和网络的ERP、PDM提供了基础。提高产品和制造过程的资源能源利用效率，减少排放，改善环境友好，提升绿色制造水平使按小批量订单要求、乃至个性化制造与服务成为可能，满足全球市场多样性、个性化需求国外制造企业对智能制造普遍给予高度重视，智能制造已经成为企业赢得竞争优势的重要途径智能制造在汽车能源的深度应用，正在推动汽车产业发生革命性的变化。汽车的燃油系统、控制系统、地盘系统、车载系统与汽车行驶的调度系统等都依靠信息集成技术(ICT)来实现智能化。全球信息化、网络化为智能制造和营销服务提供了空前的信息、知识和市场空间基于无线传感网、Internet、物联网、云计算、全

5、球知识与技术创新，创造了一种全新的全球网络智能制造和服务模式制造业的市场信息、知识技术、材料装备、资金人才、管理服务等要素，能在全球围更自由、更便捷地流动和更有效地优化配置5）绿色、智能制造是进一步提高中国制造的全球竞争力、实现由“制造大国”向“制造强国”跨越的必由之路到2010年5月，我国已超越德国成为全球第一制造出口大国。能源、炼油、核电等成套设备的制造集成能力已有很大提升，但与国际先进水平仍有明显差距。主要表现在关键核心技术创新能力、产品能耗物耗与排放水平、产品精度效率与全球服务的信息化、智能化水平、自主知识产权与全球著名品牌。未来5-10年，全球制造业竞争的关键将集中在产品的性能和效率

6、、智能化程度、环保与低碳性能等。目前，我国制造业总体仍处于全球制造业产业链的中低端，关键核心技术和部件仍依赖进口。因此，进一步提高中国制造的全球竞争力，提升我国制造业在全球制造业价值链中的地位，实现我国制造业由大变强的历史跨越，也必须走绿色、智能制造之路。绿色、智能制造将为传统产业链和战略性新兴产业提供资源节约、节能减排、环境友好、提升信息化水平的先进技术和先进装备支持。（1）绿色、智能制造是战略性新兴产业的重要组成环境友好材料，节能减排绿色工艺，绿色智能产品等组成了一条宏大的创新制造产业链，而且还可带动包括研发设计、信息物流、咨询服务等在的相关产业。产品的绿色智能设计和研发将减少物耗和能耗，

7、围绕产品的全价值链进行绿色管理实现从原材料到废弃物回收的资源能源节约、可再生循环、绿色低碳的循环经济（2）绿色、智能制造将为战略性新兴产业的发展提供先进装备绿色、智能制造将为七大战略性新兴产业（节能环保、新一代信息技术、生物、高端装备制造、新能源、新材料和新能源汽车等）提供先进的装备支持。绿色、智能制造几乎覆盖了战略性新兴产业的各个领域，是现代装备产业中最核心、最先进的部分。为战略性新兴产业和高端制造业提供先进智能设备。废水处理；风力发电机并网。生物技术产品的规模化、高效率生产。新材料的制备；信息网络产业。新能源汽车的能量控制和管理。第一章制造业与先进制造技术在国民经济产业结构常有三大产业：第

8、一产业为农业；第二产业为工业；第三产业为服务业。在工业中，又分制造业、建筑业、采掘业以与电力、煤气、水的生产供应业。目前，我国工业在国民经济中所占比例为52、其中的制造业产值又占工业总产值的约45。1、快速响应市场竞争的挑战实现制造环节并行2、全球化竞争的挑战技术资源的集成有三个主要的因素促使技术资源的集成：（1）为满足市场需求，企业必须快速响应那些具有不同期望和多种选择的顾客。（2）快速响应环境要求在组织的各个层次上进行高效的通信，特别是与顾客、供应者和合作者的通信。（3）新技术的快速吸收要求整个企业具有快速的学习能力。二十一世纪制造业的产品特征个性化和多样化， 产品制造智能化， 包括产品自

9、身智能和生产定制化、模块化，满足不同消费者喜好；寿命周期不断缩短，智能化 包括产品自身智能和生产设施工具的智能；绿色产品， 全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用。制造业生产方式：小批量少品种大批量多品种变批制造业资源配置：劳动密集设备密集信息密集知识密集制造技术：手工机械化单机自动化刚性自动化柔性自动化智能自动化 1.2.2 先进制造技术产生背景1）社会经济发展背景消费需求：主题化、个性化和多样化，产品寿命周期缩短全球性产业结构调整：制造商之间既有激烈竞争，又有基于实力的合作。快速响应市场：满足已有和潜在顾客需求，主动适应市场，引导市场，是赢得竞争，获取最大利润的关键2)科学技术

10、发展背景制造技术在向宏观(制造系统)和微观(超精密加工)两个方向发展现代制造业成为技术密集、知识密集型产业信息成为制造业决定性因素，Intranet/Internet对制造业产生重大影响3)可持续发展战略资源匮泛，污染严重；环境问题不能以牺牲今后几代人的利益为代价；由粗放经营、掠夺式开发向集约型、可持续发展转变1.3 先进制造技术的定义先进制造技术是在传统制造技术基础上不断吸收机械、电子、信息(计算机与通信、控制理论、人工智能等)、能源、材料以与现代管理技术等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对

11、动态多变市场的适应能力和竞争能力并取得理想经济效果的制造技术总称。1.3.2 先进制造技术的构成 先进制造技术在不同发展水平的国家和同一国家的不同发展阶段，有着不同的技术涵。 1994年美国联邦科学、工程和技术协调委员会将先进制造技术分为三个技术群：主体技术群；支撑技术群；管理技术群。这三个技术群相互联系、相互促进，组成一个完整的体系。表1-1给出了先进制造技术的体系结构。先进制造技术与传统制造技术比较具有系统性、广泛性、集成性、动态性、实用性特征。先进制造技术被分为：现代设计技术、先进制造工艺、工自动化技术、现代生产管理技术、先进制造生产模式。第二章现代设计技术市场竞争的需要和各种新方法、新

12、技术、新工艺、新材料不断涌现以与相关科学与技术的发展；尤其是计算机科学与应用技术的发展，推动了设计方法和技术的进步，产品设计从传统的经验设计进入现代设计。现代设计技术的时间维产品规划-需求分析、市场预测、可行性分析、总体参数、制约条件和设计要求；方案设计-功能原理设计，确定原理方案；技术设计-将产品的功能原理具体化为机器产品与其零部件的具体结构；施工设计-指工程图绘制，工艺文件编写，说明书编写等。现代设计技术的逻辑维分析-明确设计任务本质；综合-综合各种因素，探求解决方案；评价-对多种方案进行比较和评定，方案调整和改进；决策-确定最佳的设计方案方法维现代设计的特征现代设计是传统设计的深入、丰富

13、和完善，而非独立于传统设计的全新设计。以计算机技术为核心设计手段的更新，计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。产品表示的改变，计算机技术推动了产品表示从“二维”向“三维”的转变。设计方法的发展促进了一些新的设计方法的出现，高性能的计算机硬件和先进的软件技术是这些方法实施的保证。新的设计方法如并行设计、虚拟设计、计算机仿真等。工作方式的变化，计算机技术促进了设计方式从“串行”到“并行”的变化。受设计手段限制，传统设计过程采用串行方式进行，即设计任务按时序从一个环节传入下一环节。现代设计技术要求设计小组(Team)同时地、并行地参与设计，并最大限度地交流信息，以缩短设计周期与有助于将

14、各种新思想、新技术、新方法融入到产品设计中。设计与制造一体化管理水平的提高组织模式的开放网络技术的发展加快了数据通讯速度，缩短了企业之间的距离。传统的局限于企业部的封闭设计正在变为不受行政隶属关系约束的、多企业共同参与的异地设计。为完成一种设计任务形成的虚拟企业或动态联盟将实现优势互补和资源共享，极提高设计效率和水平。以设计理论为指导传统设计是以生产经验为基础，以运用力学和数学形成的计算公式、经验公式、图表、手册等为依据进行。现代设计方法是基于理论(如摩擦学理论、模态分析理论、可靠性理论、疲劳理论、润滑理论等)形成的方法；以设计理论为指导利用这种方法指导设计可减小经验设计的盲目性和随意性，提高

15、设计的主动性、科学性和准确性。现代设计是以理论指导为主、经验为辅的一种设计。现代设计的涵通过对其特征的分析，认为：“现代设计”就是以满足应市产品的质量、性能、时间、成本价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法与技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。现代设计的涵简单的说，现代设计的涵就是以市场为驱动，以知识为依托，以知识获取为中心，以产品全生命周期为对象，人、机、环境相容的设计理念。基础技术指传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法等方面。主体技术计算机辅助设计技术以

16、其对数值计算和对信息与知识的独特处理能力，成为现代设计技术的主干。可以毫不夸地说，没有如CAD技术、优化设计、有限元分析、模拟仿真、虚拟设计和工程数据库等这些计算机辅助技术，就没有现代设计技术；而其他的现代设计技术的理论与方法，是从另一侧面提高了计算机的“能力”和“智能”。支撑技术设计方法学、可信性设计技术与试验设计技术所包含的种种容，可视为现代设计技术群体的支撑技术。应用技术应用技术是针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术。如机床、汽车、工程机械、精密机械等设计的知识和技术。值得一提的是，现代设计技术体系框架的划分只是相对的，而不是绝对的；主体技术、支撑技术、应用技术、基础技术之间并不存

17、在绝对的界限。CAD的技术特征计算机的支持和参与 利用计算机信息存储、逻辑推理、长时间重复工作、快速精确的计算等能力和特长，提高产品设计效率和质量；设计者的主导作用 计算机不可能完全取代人进行设计作业；主要辅助完成技术设计 不可能也没有必要涉与产品设计的所有环节。特征就是描述产品信息的集合，也是构成零、部件设计与制造的基本几何体，它既能反映零件的几何信息，又反映了零件的加工工艺信息。常用的零件特征包括：形状特征、精度特征、材料特征、装配特征等。形状特征是特征造型的主要部分，是其他特征的载体，形状特征定义为一组唯一确定该特征的参数，这组参数中有形状参数与定位参数。精度特征可分为两类：一种是各几何

18、元素本身的要求，如尺寸公差、表面粗糙度等，另一种和其他几何元素相关，即相对于基准的精度要求，如形状与位置公差。材料特征分为整体材料特征、表面处理特征与局部处理特征，整体材料特征作为零件的属性，包括材料种类代号、性能、热处理方法等，表面处理特征作为表面的属性，包括表面淬火、渗碳、渗氮等。NURBS（Non-Unifrom Rational B-Splines）可统一自由曲线/曲面和规则曲线/曲面的数学模型，简化系统结构，有利于曲线、曲面操作和修改。2.3.1优化设计最优化设计是借助最优化数值计算方法和计算机技术，求取工程问题的最优设计方案。 即：进行最优化设计时，首先必须将实际问题加以数学描述，

19、形成一组由数学表达式组成的数学模型，然后选择一种最优化数值计算方法和计算机程序，在计算机上运算求解，得到一组最佳的设计参数。产品的工作能力 产品完成规定功能所处的状态；产品工作能力的耗损过程属于随机过程。产品在某一时刻t时的工作能力，就是产品在t时刻所处的状态。可靠度 在规定条件和规定时间完成规定功能的概率R(t)，可靠度愈大，工作愈可靠，0R(t)1。可靠度是累积分布函数，它表示在规定的时间圆满工作的产品占全部工作产品累积起来的百分数。设有N个一样的产品在一样的条件下工作，到任一给定的工作时间t时，累积有（）个产品失效，剩下（）个产品仍能正常工作。那么，该产品到时间的可靠度（）为思考：如何计

20、算产品在正常运行一定时间后再正常运行一段时间的可靠度？采用经验可靠度R(t）=Np(t)/N例子：在某批产品N个中，已有88个正常工作2400小时，在继续工作800小时，还有66个能正常工作，问在这800小时中的可靠度是多少？解：因为Np(t）=Np(2400)=88Np(t+t)=Np(2400+800)=66所以失效率 表示产品工作到某一时刻后，在单位时间发生故障的概率(t)，失效率愈低，产品愈可靠,能决定每一时刻的可靠度。由此可知，失效率是个条件概率。失效率的观测值：有100块IC，在1000小时失效5块，在10001010小时失效38块，求t1000，和t1010h的失效率的估计值？代

21、入公式：(t) n(t)/ tN - n (t)   求解： (1000)5/1000(100-0)=5×105/h50000 Fit(1010)38/(1010-1000)(100-5)0.4% h1 (5) 系统的可靠性预测 任何一个能实现所需功能的产品都是由一定数量的独立单元组成的系统，因此，系统的可靠度取决于各个独立单元本身的可靠度和它们组成形式。组成形式的不同，系统的可靠度也有很大的差别。系统的组成形式有：串联、并联和混合型。 定义：用已知组成系统的各个独立单元的可靠度计算系统的可靠性指标。（7） 可靠性试验是为了定量评价产品的可靠性指标而进行的各种试验

22、的总称。获得可靠性指标，如平均寿命、可靠度R（t）、失效概率（t）等。常用试验：（1）环境可靠性试验（2）寿命试验（3）现场可靠性试验（2）价值工程基本概念产品价值V是产品功能F与产品成本C的综合反映。价值(V) 功能(F) 成本(C) 三者关系为：V=F/C提高产品价值有以下五种途径：1）功能不变，降低成本2）成本不变，提高功能3）功能提高，成本降低4）成本略有提高，功能有更大的提高5）功能略有下降，成本有更大的下降。 对象选择是回答“它是什么”？ 能否从丛多产品中准确地选择分析对象，关系到价值工程地效果，应选择在改进功能、降低成本上有较大潜力地对象。1）对象选择主要原则： 从产品功能考虑：

23、不能满足用户要求，功耗大、效率低、可靠性低的产品； 从产品成本考虑：原材料昂贵、加工成本高的产品； 从企业外部环境考虑：市场需求量大，发展前景好的产品价值系数分析法-价值系数作为选择对象的依据vi=fi/ciVi=1 零件的功能比重与成本比重基本一样。可以不作重点对象Vi<1 说明零件功能系数小，而成本系数大，作为重点选择对象Vi>1 说明零件的比较重要，而分配的成本比较小功能定义 用简明语言对分析对象功能作出表述，说明它干什么用。例如车床产品的功能是“车削工件”的。产品的功能具有多样性。主要分类方法有：1）按功能的重要程度分，将功能分为基本功能和辅助功能。2）按功能的性质分，有使

24、用功能和外观功能。3）按用户需要分，有必要功能和不必要功能功能整理 确定产品必要功能，调整过剩功能，明确产品功能区域。功能评价 是回答成本是多少和价值是多少的提问，其目 的是寻求给定功能的最低成本。一对一比较法（0-1评分法） 0-1评分法是把产品的各个功能逐个相互比较，排定功能重要性的次序，具体方法如下：如果产品有七个功能，先将功能填入功能比较表，然后逐行一对一比较，较重要的功能得1分，较次要的功能得0分。逐行计算得分。同功能相比计以符号×,X作为1分计算。将每个功能的得分与所有功能的总分比较，得出每个功能评价系数。如表1-1产品开发的两种模式：1、从市场需求出发，从无到有(正向工

25、程)：市场分析概念设计结构设计加工制造装配检验2、从已有产品出发，从有到新(反求工程)：已有产品实物测量重构模型创新改进加工制造反求工程类型： (1)实物反求 信息源为产品实物模型，应用最广 (2)软件反求 信息源为产品工程图样、数控程序、技术 文件等技术软件； (3)影像反求 信息源为图片、照片或影像等资料模型重构技术模型重构：根据所采集的样本几何数据在计算机重构样本模型的技术。模型重构的分类（1）根据所处理的数据对象的不同：有序数据的模型重构和散乱数据的模型重构（2）对测量数据重构后表面表示形式的不同，将模型重构分为：由众多小三角片构成的网格曲面模型和分片连续的样条曲面模型。模型重构的基本

26、步骤数据预处理 对原始数据过滤、筛选、去噪、平滑和编辑等操作网格模型生成 采用适当的方法生成三角网格模型网格模型后处理 三角网格模型进行简化,修补模型孔洞、缝隙和重叠等缺陷绿色产品的定义：可以拆卸、分解的产品；原材料使用合理化，并能处理回收的产品；从生产、使用、回收过程对生态环境无害或危害小产品；可翻新和重新利用的产品；综合定义：在产品全生命周期，节约资源和能源，对生态环境无危害或少危害，对生产者与使用者具有良好保护性的产品。绿色产品特点：优良的环境友好性，最大限度地利用材料资源，节约能源。绿色设计主要容绿色产品描述与建模；准确全面的描述，建立评价模型；绿色设计材料选择 侧重环境约束和材料对环

27、境影响；面向拆卸的设计 能够高效、不加破坏地拆卸，有利于材料的重新利用和循环再生；可回收性设计 包括可回收材料识别与标志、回收处理工艺、可回收性结构设计、可回收经济分析与评价；绿色产品成本分析 包括污染物处理成本、拆卸成本、重复利用成本、环境成本等；绿色设计的原则资源最佳利用原则 能源选用，尽可能使用再生资源;提高利用率；能量消耗最少原则 尽可能选用可再生一次能源，力求能源消耗最少；“零污染”原则 消除污染源，尽可能地做到零污染；“零损害”原则 将对身心健康损害降低最低程度；技术先进原则 采用新技术，使产品具有市场竞争力；生态经济效益最佳原则 同时考虑经济效益和环境效益。新型工程材料的应用类型

28、：超硬材料、超塑材料、高分子材料、 复合材料、工程瓷等对制造工艺贡献：改善刀具切削性能，改进加工设备；促进特种加工工艺发展。 单机自动化 系统自动化； 刚性自动化 柔性自动化 综合自动化毛坯成形技术在向少、无余量发展 如：熔模精密铸造、精密锻造、精密冲裁、冷温挤压等新工艺。表面工程技术的形成和发展表面工程：通过表面涂覆、表面改性、表面加工、表面复合处理改变零件表面形态、化学成分和组织结构，以获取与基体材料不同性能的一项应用技术。机械零件成形方法：受迫成形 在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；去除成形 将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激光切割；堆

29、积成形 将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。自硬砂精确砂型铸造粘土砂造型 铸件质量差、生产效率低，劳动强度大、环境污染严重自硬树脂砂造型 高强度、高精度、高溃散性，低劳动强度，适合于各种复杂铸件型芯制作。铸件壁厚可 < 2.5mm高紧实砂型铸造 可提高铸型强度、刚度和硬度，减少金属液浇注凝固时型壁移动，降低金属消耗、减少缺陷，提高精度、粗糙度提高2-3级 消失模铸造 利用泡沫塑料作为铸造模型，并在其四周填砂，不分上下模，泡沫塑料在浇注过程中气化。可避免砂型溃散，可消除起模斜度，减小铸件壁厚，能够获得表面光洁、尺寸精确，无飞边、少无余量精密铸件特种铸造技术 类型：压

30、力铸造、低压铸造、熔模铸造，真空铸造、挤压铸造等。 压力铸造：金属模，以压力浇注取代重力浇注，铸件精确、表面光洁、部致密。清洁（绿色）铸造技术洁净的能源 以感应电炉代替冲天炉，减轻对空气的污染，废弃物再生和综合利用 铸造旧砂再生回收、熔炼炉渣处理和综合利用。精密模锻利用模锻设备锻造出锻件形状复杂、精度高的模锻工艺，其尺寸精度可达到IT1215,表面粗糙度可为. 1.6um，对于碳素钢，精锻温度一般在900450度之间，又称低温模锻。锻模精度要求比锻件精度高12级。冷温模锻是指金属材料在室温或再结晶温度以下爱的塑性成形工艺。超塑性成形超塑性现象：在一定部条件（如晶粒形状、相变）和外部条件（如温度

31、、应变速率）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的延伸率现象。目前已知锌、铝、铜等合金超塑性达1000%，有的甚至达2000%。 金属超塑性类型：细晶超塑性（恒温超塑性） 在条件：具有均匀、稳定等轴细晶组织（<10µm）；外在条件：特定温度和变形速率（10-4-10-5min-1）。超塑性气压成形 薄板加热到超塑性温度，在压力作用下产生超塑性变形，直至同模具贴合为止。辊轧工艺用轧辊对坯料连续变形加工工艺，生产率高、质量好、材料消耗少。粉末冶金的定义:将各种金属和非金属粉料均匀混合后压制成形，再经高温烧结和必要的后续处理来制取金属材料与其制品的成形工艺方法。粉末锻造件优点：能源消耗

32、低，材料利用率高 为普通锻造能耗49%，材料利用率达90%，普通锻造仅40-60%；锻件精度高，力学性能好 组织无偏析，无各向异性；疲劳寿命高 比普通锻造提高20%，高速钢工具寿命可提高两倍以上。气体辅助成形：将惰性气体注入，在成品较厚部分形成空腔，使成品壁厚均匀，可防止缩痕或翘曲产生。注射压缩成形：可采用较低的注射压力成形薄壁制品，适用于流动性较差的制品。剪切场控制取向成形法：使材料纤维取向与流动方向一致，可提高熔接痕强度，消除缩孔和缩痕直接注射成形法不需混炼造粒过程，可将填充剂均匀地分散在基体树脂中，直接注射成制品。超精密加工：指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺。精密和超精密加

33、工只是一个相对的概念，其界限随着时间的推移而不断变化。1.超精密切削对刀具的要求 （1）极高的硬度、极高的耐用度和极高的弹性模量，保证刀具寿命和尺寸耐用度； (2) 刃口能磨得极其锋锐，刃口半径值极小，能实现超薄的切削厚度； (3) 刀刃无缺陷，避免刃形复印在加工表面； (4) 抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低、能得到极好的加工表面完整性。天然单晶金刚石被公认为不能代替的超精密切削刀具材料但仅用于有色金属的切削加工超精密磨削：是最主要黑色金属超精密加工手段， 加工精度<=0.1m，表面粗糙度<Ra0.025m。超精密磨削砂轮金刚石砂轮：较强的磨削能力，较高的磨削效率，磨削速度1

34、2-30m/s； CBN砂轮：较好的热稳定性和化学惰性，价格较贵，磨削速度80-100 m/s。超硬磨料砂轮结合剂：树脂结合剂：能保持良好锋利性，磨粒保持力小；金属结合剂：耐磨性好，磨粒保持力大，自锐性差，砂轮修整困难。瓷粘结剂：化学稳定性高、耐热、耐酸碱，脆性较大。砂轮的修整包括修形和修锐两个过程。修形，是砂轮达到一定精度要求的几何形状；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度，形成足够的切削刃。车削法 用金刚笔车削金刚石砂轮，修整成本高； 磨削法 用普通砂轮进行对磨，修整效率和质量较好，普通砂轮磨损消耗量较大； 喷射法 将碳化硅、刚玉等磨粒高速喷射到砂轮表面，去除部分结合剂，使超

35、硬磨粒突出；电解在线修锐法（ELID) 应用电解原理完成砂轮修锐过程；电火花修整 应用电火花放电原理完成砂轮修整。磨削液分为油性液和水溶性液两大类。油性液：机油、煤油、轻质柴油水溶性液：乳化液、无机盐水溶液、化学合成液。金刚石砂轮磨削硬质合金，采用煤油。立方氮化硼砂轮磨削采用油性的磨削液，一般不用水溶性液。精密主轴部件滚动轴承 回转精度达1m,表面粗糙度Ra0.04-0.02m；液体静压轴承 回转精度0.1m，刚度阻尼大，转动平稳； 不足：液压油温升高，影响主轴精度，会将空气带入液压油降低轴承刚度； 应用：一般用于大型超精密机床。空气静压轴承 高回转精度、工作平稳，温升小； 不足：刚度较低，承

36、载能力不高； 应用：超精密机床中得到广泛的应用。床身和精密导轨床身要求：抗振、热膨胀系数低、尺寸稳定性好床身材料：多采用人造花岗岩，尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨、不生锈、可铸造成形，克服了天然花岗岩有吸湿性不足。导轨要求：高直线精度，不得爬行，导轨偶合面不能有磨损 广泛应用：有液体静压导轨、空气静压导轨、气浮导轨高速切削特征切削力低 切削变形小，切屑流出速度加快，切削力 比常规降低30-90%；热变形小 温升不超过3ºC，90%切削热被切屑带走；材料切除率高 单位时间切除率可提高3-5倍； 高精度 切削激振频率远高于机床系统固有频率， 加工平稳、振动小。减少工序 工件加工

37、可在一道工序中完成， 称为“一次过”技术（One pass maching）。微小机械特征微小机械 1-10mm；微机械 1m-1mm； 纳米机械 1nm-1m。体积小、精度高、重量轻 如直径如发丝的齿轮、开动3mm大小的汽车、花生米大的飞机、在5mm2放置1000台的微型发动机。性能稳定、可靠性高 微机械体积小，热膨胀、噪声、挠曲等影响小，具有抗干扰性，可在较差环境下稳定的工作。能耗低、灵敏度、工作效率高 不存在信号延迟问题，可进行高速工作。消耗的能量远小于传统机械 如5*5*0.7mm3微型泵流速是比其体积大得多的小型泵流量的1000倍。多功能和智能化 集传感器、执行器、信号处理和电子控制

38、电路为一体，易于实现多功能化和智能化。制造成本低 类似半导体制造工艺。2、电子束表面改性利用电子能深入金属表面，与基体金属原子核碰撞，使被处理金属表层温度迅速升高。加热和冷却速度快，能量密度大；为激光成本的1/3；结构简单；能量利用率高于激光；在真空工作，工件表面不易氧化；控制比激光容易。 3、离子注入表面改性可注入任何元素，不受固溶度和扩散系数影响；离子注入温度易控制；不氧化、不变形、不软化，可作最终处理工艺。可控性、重复性好。可获得两层以上复合材料，复合层不易脱落。气相沉积技术物理气相沉积PVD 将镀料气化成原子、分子或离子，直接沉积到基体表面。真空蒸镀 将工件放入真空室加热，使

39、镀膜材料蒸发或升华，飞至工件表面凝聚成膜；溅射镀膜 用荷能粒子轰击材料表面，使其获得足够能量，飞溅变为气相，在基体表面上沉积；离子镀膜 利用气体放电使物质离子化，在气体离子轰击下把蒸发物沉积在基体上成膜。化学气相沉积CVD 借助气相作用和在基体表面上的化学反应生成所要求的薄膜。激光加工原理 激光是一种受激辐射产生的加强光，当激光照射到工件表面，光能被工件迅速吸收并转化为热能，工件在光热效应下产生的高温熔融和冲击波的综合作用达到加工的目的。激光加工特点功率密度大 高达108-1010W/cm2，可加工如耐热合金、瓷、石英、金刚石等任何材料；聚焦光斑小 激光束可聚焦到微米级，可打孔直径0.001m

40、m小孔；非接触加工 没有明显机械力，没有工具损耗，可加工易变形的薄板和橡胶等弹性零件；加工速度快，热影响区小 可对真空管部器件进行加工；属于瞬时局部熔化和气化的热加工方法 影响因素很多，其精度和表面粗糙度需反复试验、寻找合理参数才能达到所需要求。  超声波加工基本原理超声波：频率超过16000Hz的声波。超声波加工：利用工具端面作超声频振动，通过磨料悬浮液撞击加工材料的一种加工工艺方法。水射流切割加工基本原理 是以水作为携带能量的载体，水压达300-1000Mpa，喷嘴直径0.1-0.6mm，2-3倍声速喷出，使压力能转变为动能，常用人造宝石、瓷、碳化钨喷嘴。 随着市场需求

41、多样化和多变性的不断增长，多品种、中小批量生产在生产方式中占的比重约来越大，现已超过70%，且有继续增大的趋势。传统的多品种、中小批量生产方式存在着许多问题，如：难以采用先进、高效的生产设备和生产工艺，生产手段落后，生产率低下；生产准备工作量大，生产周期较长；设备利用率低下。 为了解决以上问题，最终发展了成组技术成组技术的基本原理成组技术的一般性定义：成组技术（GTGroup Technology）是一门生产技术科学，研究如何识别和发掘生产活动中有关事物的相似性，并充分利用它。即把相似的问题归类成组，寻求解决这一组问题相统一的最优方案，以取得所期望的经济效益。在机械制造领域中，成组技术可以被定

42、义为：将多种零件按其相似性分类成组，并以这些零件组为基础组织生产，实现多品种、中小批量生产的产品设计、制造工艺和生产管理的合理化。3.成组技术的应用（1) 产品设计方面用成组技术指导产品设计代替传统的设计方法，可以使设计合理化，扩大和深化设计标准化工作。在深刻认识零件结构和功能的基础上，根据拟定的设计相似性标准可将设计零件分类成组形成设计族，针对设计族可以制定不同程度的标准化的设计规，以备设计检索（2）制造工艺方面成组技术在制造工艺方面最先得到广泛应用。开始是用于成组工序，即把加工方法、安装方式和机床调整相近的零件归结为零件组，设计出适用于全组零件加工的成组工序。成组工序允许采用同一设备和工艺

43、装置，以与一样或相近的机床调整加工全组零件，这样，只要能按零件组安排生产调度计划，就可以大大减少由于零件品种更换所需要的机床调整时间。4.零件的分类与编码1）零件的分类分类是按照选定的属性（或特征）区分处理对象，并将具有某种同属性（或特征）的对象集中在一起的过程2）零件的编码使用代码对每个零件的分类结果进行表达。代码是表示事物（或概念）的一个或一组特定字符。编码是给事物（或概念）赋予代码的过程，即代码化。为了对编码的含义有统一认识，就必须对其所代表的意义做出规定和一定的说明，即确定出编码规则，这就构成了一个编码系统。成组生产单元的形式（1）成组单机用于零件组零件种数较少，加工工艺较简单，全部或

44、大部分加工工作可在一台机床上完成的情况。（2）成组单元将一个（或几个）零件组加工所用的设备集中在一起，形成以个封闭的加工单元(图所b示）。成组单元是成组生产的单元最基本、最常见的形式（3）成组流水线用于零件组零件种数较少，零件之间相似程度较高，零件生产批量较大的情况。它具有传统流水线的某些特点，但适用于一组零件的加工，且不要求固定的生产节拍。制造自动化（狭义）：生产车间产品机械加工和装配检验过程的自动化；制造自动化（广义）：包含产品设计、企业管理、加工过程和质量控制等产品制造全过程综合集成自动化。数控技术 ：指用数字化信号对设备运行与其加工过程进行控制的一种自动化技术。数控技术是实现制造过程自

45、动化的基础，是自动化柔性系统的核心，是现代集成制造系统的重要组成部分。机床数控系统的组成与功能CNC系统组成：数控装置、PLC、伺服驱动装置、I/O接口、控制面板、人机界面数控装置功能：控制功能，准备功能 ，补偿功能，PLC功能：控制面板、主轴停启与换向、刀具更换、冷却润滑启停、工件夹紧与松开、工作台分度等开关量的控制。数控系统的硬件结构单CPU结构 通过总线使CPU与存储器和各种接口相连接，集中控制、分时处理工作方式。多CPU结构 多个CPU通过公用地址和数据总线互连，各自完成功能，系统速度高、处理能力强。 开放式数控系统开放性：满足CNC系统快速发展和用户自主开发需要PC微机型开放式CNC

46、系统形式：专用数控嵌入PC主板 是专用数控系统商提供的形式，仅限于PC部分开放，其专用数控部分仍处于封闭状态。PC机+运动控制卡 提供底层数控接口，支持二次开发和扩展，有上下两级开放性，如PMAC运动控制器。纯PC软件型 尚未形成商品，代表数控系统发展方向。机床伺服系统组成：位置控制单元、速度控制单元、伺服电机、检测反馈单元4部分组成。分类：按检测系统分 开环系统、闭环系统、半闭环系统、混合闭环系统。按有控制电机分 步进伺服、直流伺服、交流伺服。工业机器人(通用与专用)一般指用于机械制造业中代替人完成具有大批量、高质量要求的工作。工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统以与位置检测机构等几

47、个部分组成。3. 工业机器人的分类1) 按系统功能分类(1) 专用机器人：在固定地点以固定程序工作的机器人。其结构简单，无独立控制系统，造价低廉，如附设在加工中心机床上的自动换刀机械手。(2) 通用机器人：具有独立控制系统，通过改变控制程序能完成多种作业的机器人。其结构复杂，工作围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。(3) 示教再现式机器人：具有记忆功能，在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现示教作业。(4) 智能机器人：采用计算机控制，具有视觉、听觉、触觉等多种感觉功能和识别功能机器人，通过比较和识别，能自主作出决策和规划，自动进行信息

48、反馈，完成预定的动作。2) 按驱动方式分类(1) 气压传动机器人：以压缩空气作为动力源驱动执行机构运动的机器人，具有动作迅速、结构简单、成本低廉的特点，适用于高速轻载、高温和粉尘大的作业环境。(2) 液压传动机器人：采用液压元器件驱动，具有负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏的特点，适用于重载或低速驱动场合。(3) 电气传动机器人：用交流或直流伺服电动机驱动的机器人，不需要中间转换机构，机械结构简单，响应速度快，控制精度高，是近年来常用的机器人传动方式。4. 工业机器人的性能特征工业机器人的性能特征影响着机器人的工作效率和可靠性。在设计和选用机器人时应考虑如下几个性能指标：(1) 自由度。

49、(2) 工作空间(3) 提取重力(4) 运动速度(5) 位置精度4.4.1柔性制造系统基本概念1FMS的产生和发展柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，FMS)是为解决多品种、中小批量生产中生产效率低、周期长、成本高与质量差等问题而出现的。它是集数控技术、计算机技术、机器人技术与现代生产管理技术为一体的现代制造技术。随着社会经济的发展和科技水平的提高，柔性自动化制造技术得到了迅速的发展。2.FMS定义和组成定义：由两台以上加工设备、物料运储和控制系统组成，通过改变软件程序适应多品种、中小批量生产自动化制造系统。组成：加工系统-CNC、MC、FMC机床与测量机

50、、清洗机、动平衡机；工件运储系统；刀具运储系统-；控制系统；其他-冷却、润滑、排屑、清洗、去毛刺等附属设备。 3.FMS的特点柔性高，适应多品种中小批量生产；系统的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的； 可混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；递阶结构的计算机控制，可以上层计算机联网通信；可进行第三班无人值守生产。1.FMS工件运储系统组成工件运储系统，是柔性制造系统的一个重要组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当小的一部分时间在机床上进行切削加工，大部分时间都消耗于物料的储运过程中。合理地选择FMS的物料储运系统，可以大大减少物料的运送时间

51、，提高整个制造系统的柔性和效率。工件装卸站 设在FMS入口，由人工完成装卸；托盘缓冲站 工件中间存储站，起缓冲物料作用；自动化仓库 多层立体布局结构，由计算机控制，服从FMS命令和调度；物料运载装置 负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。 2 FMS物料输送基本回路直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠；环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动；网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。4.自动化仓库 1.

52、高层货架（High-rise Rack） （1）单元式货架 （2）贯通式货架（3）旋转式货架 （4）悬臂式货架刀具的信息管理静态刀具信息：固定不变的信息，如刀具类型、编码、几何形状、结构参数等。动态刀具信息：随时间不断变化的刀具参数，如刀具寿命、实际参与切削时间、工作直径和长度等。四层结构的刀具信息管理系统： 第1层-实时动态文件，每把在线刀具都拥有独立文件，记载刀具实时动态数据；第2层-静态刀具类型文件，每一类刀具拥有一个文件；第3层-刀具组件文件；第4层-刀具元件文件。第五章5.3.1产品数据管理PDM 1.定义 PDM产生80年代初，为解决大量工程图样、技术文挡管理的困境而出现的一项管理

53、技术。PDM管理所有与产品相关的信息和过程的技术,是一种管理软件，能提供数据、文件、文档的更改管理、版本管理、产品结构管理和工作流程管理。2.PDM的体系结构 支持层 以关系型数据库为支持平台，提供数据存、取、删、改、查等管理功能。 对象层 用二维数表记录产品图形目录，再用一个二维表记录图形版本变化过程，由若干二维关系数表描述产品数据动态变化和更改流程。 功能层 包括系统管理、工作环境管理以与其它如文档管理、产品配置管理、工作流程管理等基本功能模块。 用户层-提供人机界面、开发工具。3.企业实施PDM的意义 1）提高设计效率，缩短上市时间2）提高设计与制造的准确性和一致性3）更好地管理工程变更

54、4）更好地控制项目4.PDM 的功能电子资料室管理和检索 PDM核心功能，以关系型数据库为基础，支持各种查询与检索，处理和管理存储于异构介质上的产品电子数据文档，实现产品数据的信息共享。产品配置管理以电子资料室为底层支持，以BOM为组织核心，把定义产品的所有数据和文档联系起来，对产品对象关系进行维护和管理。PDM与ERP之间的联系作用对象间因果关系 ERP系统作用对象是PDM系统作用对象物质表现，即以物理形式的零部件或产品；执行和验证关系 ERP系统作业过程是对PDM信息的物理执行和验证，ERP系统优化基础与理论依据是PDM管理的产品信息；第六章先进生产制造模式ISO关于CIM定义：是将企业所

55、有的人员、功能、信息和组织等诸方面集成为一个整体的生产方式。CIM：是一种思想、模式、哲理，强调企业信息集成。 计算机集成制造系统CIMSCIMS:基于CIM哲理的一种工程集成系统。CIMS核心:是将企业的人/组织、经营管理和技术三要素之间的集成，以保证企业的工作流程、物质流和信息流畅通无阻。CIMS三要素关系： 经营管理与技术:技术支持企业达到预期的经营目标； 人与技术:技术支持各类人员互相配合、协调一致工作； 人与经营管理:人员素质提高支持企业的经营管理；1、经营管理信息分系统（MIS) 信息处理 包括信息的收集、传输、加工和查询； 事务管理 包括计划管理、物料管理、生产管理、财

56、务 管理、人力资源管理等； 辅助决策 根据现有信息，利用数学分析手段预测未来，提供企业经营管理决策。 核心工具：制造资源计划MRPII，将企业各个管理环节进行集成，缩短生产周期、减少库存、降低成本、提高企业市场应变能力。3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位: 位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益聚集地。MAS组成:机械加工系统-CNC、MC、FMC、FMS加工设备；物流系统对工件和工具存储、搬运、装卸等操作；控制系统-实现对加工设备和物流系统的控制；MAS目标:实现多品种、小批量生产柔性自动化；实现优质、低成本、短周期、高效率生产；创造舒适安全劳动环境。 3、制造自动化分系统(MAS)MAS地位: 位于企业底层，是企业信息流和物料流的结合点，是最终产生效益