习题、先进制造技术10-11习题参考2031

1、1-1论论述先进制制造技术及及其主要特特点。答：1、系系统性先进制造技技术由于微微电子、信信息技术的的引入，使使制造技术术成为一个个能驾驭生生产过程的的物质流、信息流和和能量流的的系统工程程。如柔性性制造系统统（FMSS）、计算算机集成制制造系统（CCIMS）技技术是先进进制造技术术全过程控控制物质流流、信息流流和能量流流的典型应应用案例。2、集成性性现代制造技技术使各专专业、学科科间不断交交叉、融合合，其界限限逐渐淡化化甚至消失失，发展成成为集机械械、电子、信息、材材料和管理理技术为一一体的新型型交叉学科科。集成技技术显示出出高效率、多样化、柔性化、自动化、资源共享享等特点。3、广泛性性现代

2、制造技技术则贯穿穿了从产品品设计、加加工制造到到产品销售售及用户服服务等整个个产品生命命周期全过过程，成为为“市场产品设设计制制造市市场 ”的的大系统。4、高精度度现代制造对对产品、零零件的精度度要求越来来越高，在在飞机、潜潜艇等军事事设施中使使用的精密密陀螺、大大型天文望望远镜以及及大规模集集成电路的的硅片等高高新技术产产品都需要要超精密加加工技术的的支持。这这些需求使使激光加工工、电子束束、离子束束加工、纳纳米制造、微机械制制造等新方方法迅速发发展。、实现优优质、高效效、低耗、清洁、灵灵活的生产产先进制造技技术的核心心是优质、高效、低低耗、清洁洁、灵活生生产等基础础制造技术术，它是从从传统

3、的制制造工艺发发展起来的的，并与新新技术实现现了局部或或系统集成成。1-2叙叙述先进制制造技术的的构成及分分类。答：先进制制造技术的的构成：、基础技技术第一层次是是优质、高高效、低耗耗、少或无无污染的基基础制造技技术。铸造造、锻压、焊接、热热处理、表表面保护、机械加工工等基础工工艺至今仍仍是生产中中大量采用用、经济适适用的技术术，这些基基础工艺经经过优化而而形成的基基础制造技技术是先进进制造技术术的核心及及重要组成成部分。这这些基础技技术主要有有精密下料料、精密成成形、精密密加工、精精密测量、毛坯强韧韧化、无氧氧化热处理理、气体保保护焊及埋埋弧焊、功功能性防护护涂层等。2、新型单单元技术第二个

4、层次次是新型的的先进制造造单元技术术。它是在在市场需求求及新兴产产业的带动动下，制造造技术与电电子、信息息、新材料料、新能源源、环境科科学、系统统工程、现现代管理等等高新技术术结合而形形成的崭新新的制造技技术。如：制造业自自动化单元元技术、极极限加工技技术、质量量与可靠性性技术、系系统管理技技术、现代代设计基础础与方法、清洁生产产技术、新新材料成形形与加工技技术、激光光与高密度度能源加工工技术、工工艺模拟及及设计优化化技术等。3、集成技技术第三个层次次是先进制制造集成技技术。它是是应用信息息、计算机机和系统管管理技术对对上述两个个层次的技技术局部或或系统集成成而形成的的先进制造造技术的高高级阶

5、段，如如：FMSS、CIMMS、IMMS等。先进制造技技术的分类类：1、现代设设计技术现代设计技技术是根据据产品功能能要求，应应用现代技技术和科学学知识，制制定方案并并使方案付付诸实施的的技术。包包含的内容容有：（1）现代代设计方法法。现代设设计方法包包括产品动动态分析和和设计、摩摩擦学设计计、防蚀设设计、可靠靠性和可维维护性及安安全设计、优化设计计及智能设设计等。（2）设计计自动化技技术。设计计自动化技技术指应用用计算机技技术，进行行产品造型型和工艺设设计、工程程分析计算算与模拟仿仿真、多变变量动态优优化，从而而达到整体体最优功能能目标，实实现设计自自动化。（3）工业业设计技术术。工业设设计

6、技术指指开展机械械产品色彩彩设计和中中国民族特特色与世界界流派相结结合的造型型设计，增增强产品的的国际竞争争力。2、先进制制造工艺现代制造工工艺技术包包括精密和和超精密加加工技术、精密成型型技术以及及特种加工工技术等方方面。（1）精密密和超精密密加工技术术。精密、超精密加加工技术是是采用去除除加工、结结合加工、变形加工工加工方法法使工件的的尺寸、表表面性能达达到极高的的精度。现现在的精密密、超精密密加工已经经向纳米技技术发展。（2）精密密成型技术术。精密成成型技术是是生产局部部或全部无无余量或少少余量半成成品的工艺艺方法的统统称。包括括精密凝聚聚成型技术术、精密塑塑性加工技技术、粉末末材料构件

7、件精密成型型技术、精精密焊接技技术及复合合成型技术术等。其目目的在于使使成型的制制品达到或或接近成品品形状的尺尺寸，并达达到提高质质量、缩短短制造周期期和降低成成本的效果果，其发展展方向是精精密化、高高效化、强强韧化和轻轻量化。（3）特种种加工技术术。特种加加工技术是是指那些不不属于常规规加工范畴畴的加工，如如高能束流流（电子束束、离子束束、激光束束）加工、电加工（电电解和电火火花加工）、超声波加加工、高压压水加工以以及多种能能源的组合合加工。（4）表面面改性、制制膜和涂层层技术。表表面改性、制膜和涂涂层技术是是采用物理理、化学、金属学、高分子化化学、电学学、光学和和机械学等等技术及其其组合技

8、术术对产品表表面进行改改性、制膜膜和涂层，赋赋予产品耐耐磨、耐蚀蚀、耐（隔隔）热、抗抗疲劳、耐耐辐射以及及光、热、磁、电等等特殊功能能，从而达达到提高产产品质量、延长使用用寿命和赋赋予新性能能的新技术术统称，是是表面工程程的重要组组成部分。3、自动化化技术制造自动化化是指用机机电设备取取代或放大大人的体力力，甚至取取代和延伸伸人的部分分智力，自自动完成特特定的作业业，包括物物料的存储储、运输、加工、装装配和检验验等各个生生产环节的的自动化。其目的在在于减轻劳劳动强度、提高生产产效率、减减少在制品品数量、节节省能源消消耗以及降降低生产成成本。自动化技术术主要包括括数控技术术、工业机机器人技术术、

9、柔性制制造技术、计算机集集成制造技技术、传感感技术。自自动检测及及信号识别别技术和过过程设备工工况监测与与控制技术术等。4、系统管管理技术系统管理技技术是指企企业在市场场开发、产产品设计、生产制造造、质量控控制到销售售服务等一一系列的生生产经营活活动中，为为了使制造造资源（材材料、设备备、能源、技术、信信息以及人人力）得到到总体配置置优化和充充分利用，使使企业的综综合效益（质质量、成本本、交货期期）得到提提高而采取取的各种计计划、组织织、控制及及协调的方方法和技术术的总称。它是现代代制造技术术体系中的的重要组成成部分，对对企业的最最终效益提提高起着重重要的作用用。系统管理技技术包括工工程管理、

10、质量管理理、管理信信息系统等等，以及现现代制造模模式（如精精益生产、CIMSS、敏捷制制造、智能能制造等）、集成化的的管理技术术、企业组组织结构与与虚拟公司司等生产组组织方法。1-3先先进制造的的关键技术术。答：1、集集成化技术术。在过去去制造系统统中仅强调调信息的集集成，这是是不够的。现在更强强调技术、人和管理理的集成。在开发制制造系统时时强调“多多集成”的的概念，即即信息集成成、智能集集成、串并并行工作机机制集成、资源集成成、过程集集成及人员员集成。2、智能化化技术。应应用人工智智能技术实实现产品生生命周期（包包括产品设设计、制造造、发货、支持用户户到产品报报废等）各各个环节智智能化，实实

11、现生产过过程（包括括组织、管管理、计划划、调度、控制等）各各个环节的的智能化，并并实现人与与制造系统统的融合及及人的智能能的充分发发挥。3、网络技技术。网络络技术包括括硬件与软软件的实现现。各种通通信协议及及制造自动动化协议、信息通信信接口、系系统操作控控制策略等等，是实现现各种制造造系统自动动化的基础础。4、分布式式并行处理理技术。该该技术实现现制造系统统中各种问问题的协同同求解，获获得系统的的全局最优优解，进而而实现系统统的最优决决策。5、多学科科、多功能能综合产品品开发技术术。机电产产品的开发发设计不仅仅涉及到机机械科学的的理论与知知识而且还还涉及到电电磁学、光光学、控制制理论等。不仅要

12、考考虑技术因因素，还必必须考虑到到经济、心心理、环境境、人文及及社会等方方面因素。机电产品品的开发要要进行多目目标全性能能的优化设设计，以追追求机电产产品动静特特性、效率率、精度、使用寿命命、可靠性性、制造成成本与制造造周期的最最佳组合。6、虚拟现现实技术。利用虚拟拟现实技术术、多媒体体技术及计计算机仿真真技术，实实现产品设设计制造过过程中的几几何仿真、物理仿真真、制造过过程仿真，采采用多种介介质来存储储、表达、处理多种种信息，融融文字、语语音、图像像、动画于于一体，给给人一种真真实感及身身临其境感感。7、人机机环境系系统技术。将人、机机器和环境境作为一个个系统来研研究，发挥挥系统的最最佳效益

13、。研究的重重点是：人人机环境的的体系结构构及集成技技术、人在在系统中的的作用及发发挥、人机机柔性交互互技术、人人机智能接接口技术、清洁制造造等。这些些主要关键键技术体现现了21世世纪制造技技术对CAAD/CAAM集成系系统的要求求，表达了了CAD/CAM集集成发展的的方向。1-4我我国机械制制造业的发发展状况。答：近100年来，我我国制造业业的发展受受到严重削削弱，陷入入了前所未未有的困境境。制造业业的发展滞滞后已成为为制约我国国经济发展展的重要因因素。据统统计:全社社会固定资资产投资中中，设备投投资的2/3依赖进进口。目前前，光纤制制造装备的的100%、集成电电路芯片制制造装备的的85%、石

14、油化上上装备的880%、轿轿车工业装装备、数控控机床、纺纺织机械、胶印设备备的70%被进口产产品占领，国国产装备的的可靠性、自动化程程度与国外外产品有较较大差距。我国制造业业不断采用用先进制造造技术，但但与工业发发达国家相相比，仍然然存在一个个阶段性的的整体上的的差距。(1) 设设计方面。工业发达达国家不断断更新设计计数据和准准则，采用用新的设计计方法，广广泛采用计计算机辅助助设计技术术(CADD/CAMM) ，大大型企业开开始无图纸纸的设计和和生产。我我国采用CCAD/CCAM技术术的比例较较低。(2) 制制造工艺方方面。工业业发达国家家较广泛的的采用高精精密加工、精细加工工、微细加加工、微

15、型型机械和微微米/纳米米技术、激激光加工技技术、电磁磁加工技术术、超塑加加工技术以以及复合加加工技术等等新型加工工方法。我我国普及率率不高，尚尚在开发、掌握之中中。(3) 管管理方面。工业发达达国家广泛泛采用计算算机管理，重重视组织和和管理体制制、生产模模式的更新新发展，推推出了准时时生产(JJIT)、敏捷制造造(AM)、精益生生产(LPP)、并行行工程(CCE)等新新的管理思思想和技术术。我国只只有少数大大型企业局局部采用了了计算机辅辅助管理，多多数小型企企业仍处于于经验管理理阶段。(4) 自自动化技术术方面。工工业发达国国家普遍采采用数控机机床、加工工中心及柔柔性制造单单元(FMMC)、柔

16、柔性制造系系统(FMMS)、计计算机集成成制造系统统(CIMMS)，实实现了柔性性自动化、知识智能能化、集成成化。我国国尚处在单单机自动化化、刚性自自动化阶段段，柔性制制造单元和和系统仅在在少数企业业使用。1-5 先进制造造技术的发发展趋势。答：在211世纪中，随随着电子、信息等高高新技术的的不断发展展，随着市市场需求个个性化与多多样化，未未来先进制制造技术发发展的总趋趋势是向精精密化、柔柔性化、网网络化、虚虚拟化、智智能化、清清洁化、集集成化、全全球化的方方向发展。当前影响先先进制造技技术的发展展因素大致致有以下几几点:1、“数”是发展的的核心数字化制造造就是指制制造领域的的数字化，它它包含

17、了三三大部分:以设计为为中心的数数字制造，以以控制为中中心的数字字制造和以以管理为中中心的数字字制造。2、“精”是发展的的关键“精”是“精密化”，一方面面是指对产产品、零件件的精度要要求越来越越高，另一一方面是指指对产品、零件的加加工精度要要求越来越越高。3、“极”是发展的的焦点“极”即极极端条件，就就是指在极极端条件下下工作的或或者有极端端要求的产产品，从而而也是指这这类产品的的制造技术术有“极”的要求。如在高温温、高压、高湿、强强磁场和强强腐蚀等条条件下工作作，或有高高硬度、大大弹性等要要求的，或或在几何形形体上极大大、极小、极厚、极极薄和奇形形怪状的。4、“自”是发展的的条件“自”就是是

18、自动化，即即减轻人的的劳动，强强化、延伸伸、取代人人的有关劳劳动的技术术或手段。自动化是是先进制造造技术发展展的前提条条件。5、“集”是发展的的方法“集”就是是集成化，包包括技术的的集成、管管理的集成成、技术与与管理的集集成。其本本质是知识识的集成。6、“网”是发展的的道路“网”就是是网络化，制制造技术的的网络化是是先进制造造技术发展展的必由之之路，制造造业走向整整体化、有有序化，这这同人类社社会发展是是同步的。7、“智”是发展的的前景“智”就是是智能化。智能化制制造模式的的基础是智智能制造系系统，它既既是智能和和技术的集集成而形成成的应用环环境，也是是智能制造造模式的载载体。8、“绿”是发展

19、的的必然“绿”就是是“绿色”，制造业业的产品从从构思开始始，到设计计阶段、制制造阶段、销售阶段段、使用与与维修阶段段，直到回回收阶段、再制造各各阶段，都都必须充分分涉及环境境保护，制制造必然要要走向“绿绿色”制造造。2-1 试试论述现代代设计技术术的内涵及及特点。答：1、现现代设计技技术内涵：现代设计技技术是以满满足应市产产品的质量量、性能、时间、成成本、价格格综合效益益最优为目目的，以计计算机辅助助设计技术术为主体，以以知识为依依托，以多多种科学方方法及技术术为手段，研研究、改进进、创造产产品活动过过程所用到到的技术群群体的总称称。2、现代设设计技术的的特点从现代设计计技术的内内涵分析，现现

20、代设计技技术具有如如下一系列列特点：（1）系统统性 现现代设计技技术强调用用系统的观观点处理设设计问题，从从整体上把把握设计对对象，考虑虑对象与外外界（人、环境）的的联系。（2）动态态性 不不仅要考虑虑产品的静静态特性，还还要考虑产产品在实际际工作状态态下的动态态特征，考考虑产品与与周围环境境的物质、能量及信信息的交互互。（3）创造造性 现现代设计技技术建立在在先进的设设计理论及及设计工具具基础上，能能充分发挥挥设计者的的创造性思思维能力和和集体智慧慧，运用各各种创造方方法和手段段，开发出出具有创新新性的产品品。（4）计算算机化 计算机已已经渗透到到产品设计计开发的各各个环节，很很多现代设设计

21、技术的的实现都依依赖于计算算机，如优优化设计、有限元分分析、系统统仿真等。它们充分分利用计算算机快捷的的数值计算算功能、严严密的逻辑辑推理能力力和巨大的的信息存储储及处理能能力，弥补补自然人存存在的天生生不足，实实现人机优优势的互补补。（5）并行行化、最优优化、虚拟拟化和自动动化 在在产品的设设计阶段就就综合考虑虑产品全生生命周期中中的所有因因素，强调调对产品设设计及其相相关过程并并行地、集集成地、一一体化地进进行设计。在设计过过程中，通通过优化的的理论与技技术，对产产品进行方方案优选、结构优选选和参数优优选，力争争实现系统统的整体性性能最优化化，以获得得功能全、性能好、成本低、价值高的的产品

22、。设设计过程自自动化的实实现主要依依托于各种种不同的计计算机辅助助设计技术术、自动建建模技术，以以及一批功功能强大的的商品化CCAD软件件的支撑。设计手段虚虚拟化，是是以虚拟现现实的设计计系统进行行三维建模模，使设计计者能在虚虚拟的设计计环境下观观察CADD设计内容容，从而实实现设计的的可视化、评估设计计产品的性性能及其可可实现性，灵灵活方便地地修改设计计，大大提提高设计效效果与质量量。（6）主动动性 科科学技术的的发展使得得在产品设设计的早期期，就可对对产品全生生命周期的的各种性能能作出准确确预测有有利于及早早发现产品品的潜在缺缺陷，将各各种失误、可能发生生的故障减减少到最低低程度，体体现了

23、主动动性的特征征，也有利利于缩短开开发周期、降低生产产成本、提提高产品质质量。2-2 描描述现代设设计技术的的体系结构构，为什么么说计算机机辅助设计计技术是现现代设计技技术的主体体？它与其其它技术的的关系如何何？答：现代设设计技术的的整个体系系由基础技技术、主体体技术、支支撑技术和和应用技术术四个层次次组成。（1）基础础技术 基基础技术是是指传统的的设计理论论与方法，特特别是运动动学、静力力学与动力力学、材料料力学、结结构力学、热力学、电磁学、工程数学学的基本原原理与方法法等方面。（2）主体体技术 现现代设计技技术的诞生生和发展与与计算机技技术的发展展息息相关关、相辅相相成。计算算机科学与与设

24、计技术术结合产生生计算机辅辅助设计、智能CAAD、优化化设计、有有限元分析析程序、模模拟仿真、虚拟设计计和工程数数据库等，运运用现代设设计技术的的多种理论论与方法如如优化设计计、可靠性性设计、模模糊设计等等理论构造造的数学模模型，来编编制计算机机应用程序序，可以更更广泛、更更深入地模模拟人的推推理与思维维，从而提提高计算机机的“智力力”。而计计算机辅助助设计技术术正是以它它对数值计计算和对信信息与知识识的独特处处理能力，成成为现代设设计技术群群体的主干干。（3）支撑撑技术 支支撑技术主主要指现代代设计方法法学、可信信性设计技技术、试验验设计技术术。现代设设计方法学学涉及内容容很广，如如并行设计

25、计、系统设设计、功能能设计、模模块化设计计、价值工工程、质量量功能配制制、反求工工程、绿色色设计、模模糊设计、面向对象象的设计、工业造型型设计等。可信性设设计是广义义的可靠性性设计扩展展，主要指指可靠性与与安全性设设计、动态态分析与设设计、防断断裂设计、健壮设计计、耐环境境设计等。设计试验验技术包括括可靠性试试验、环保保性能试验验与控制，以以及运用计计算机技术术的数字仿仿真试验和和虚拟试验验等。（4）应用用技术 应应用技术是是针对实用用目的解决决各类具体体产品设计计领域的技技术，如机机床、汽车车、工程机机械、精密密机械的现现代设计内内容，可以以看作是现现代设计技技术派生出出来的具体体技术群。2

26、-3计算算机辅助设设计技术包包括哪些主主要内容？分析其中中的关键技技术。答：计算机机辅助设计计（Commputeer Aiided Desiign，CCAD）是是20世纪纪50年代代末发展起起来的综合合性计算机机应用技术术。它是以以计算机为为工具，处处理产品设设计过程中中的图形和和数据信息息，辅助完完成产品设设计过程的的技术。CAD技术术包含的内内容有；利用计算算机进行产产品的造型型、装配、工程图绘绘制以及相相关文档的的设计；进行产品品渲染、动动态显示；对产品品进行工程程分析，如如有限元分分析、优化化设计、可可靠性设计计、运动学学及动力学学仿真等。关键技术：1、产品的的几何造型型技术CAD的几

27、几何造型过过程也就是是对被设计计对象进行行描述，并并用合适的的数据结构构存储在计计算机内，以以建立计算算机内部模模型的过程程。（1）线框框模型 线框模型型由一系列列空间直线线、圆弧和和点组合而而成，用来来描述产品品的轮廓外外形。但无无法产生剖剖面图、消消除隐藏线线以及求解解两个形体体间的交线线，也无法法根据线框框模型进行行物性计算算和数控加加工指令的的编制等作作业。（2）表面面模型 表面模型型的数据结结构是在线线框模型的的基础上，增增加了有关关面的信息息和棱边的的联接方向向等内容。表面造型型又分为“多边平面面造型”和和“曲面造造型”两种种。（3）实体体模型 实体模模型较完整整地反映三三维实体的

28、的几何信息息，它既能能消除隐藏藏线，产生生有明暗效效应的立体体图像；又又能进行物物性计算，进进行装配体体或运动系系统的空间间干涉检查查，进行有有限元分析析的前后处处理以及多多至五轴的的数控编程程等作业。（4）特征征造型 所谓特征征就是描述述产品信息息的集合，也也是构成零零、部件设设计与制造造的基本几几何体，它它既能反映映零件的几几何信息，又又反映了零零件的加工工工艺信息息。常用的的零件特征征包括：形形状特征、精度特征征、技术特特征、材料料特征、装装配特征等等。2、单一数数据库与相相关性设计计单一数据库库就是与设设计相关的的全部数据据信息来自自同一个数数据库。所所谓的相关关性设计就就是任何设设计

29、改动，都都将及时地地反映到设设计过程的的其他相关关环节上。3、CADD与其他CCAX系统统的集成技技术CAD技术术与其他CCAX技术术进行有效效的集成，包包括CADDCAMM技术的集集成、CAAD与CIIMS其他他功能系统统的集成等等。CADD技术主要要功能是进进行产品的的设计造型型，为其他他功能系统统提供了共共享的产品品数据模型型，成为CCIMS或或其他制造造系统的基基础和关键键。CAD技术术与其他CCAX系统统的集成，涉涉及到产品品的造型建建模技术、工程数据据的管理技技术、数据据交换接口口等技术。4、标准化化技术国际标准化化组织（IISO）制制定了“产产品数据模模型交换标标准”（SSTEP

30、）。STEPP采用统一一的数字化化定义方法法，涵盖了了产品的整整个生命周周期，是CCAD技术术最新的国国际标准。2-4试论论述并行工工程的基本本概念与设设计方法。答：并行设设计是在设设计阶段就就综合考虑虑产品生命命周期中工工艺、制造造、装配、测试、维维修等环节节的因素，及及时全面地地评价产品品的设计，及及时反馈改改进意见，及及时改进产产品设计，使使得产品设设计、工艺艺设计、制制造一次成成功，以达达到降低产产品成本，提提高产品质质量和缩短短开发周期期的目的。并行设计要要求在设计计阶段就要要考虑产品品全生命周周期的各个个环节，传传统的“孤孤岛”式的的设计方法法已不能满满足并行设设计的需要要。为此人

31、人们对并行行环境下的的产品设计计理论与方方法进行了了研究，主主要包括设设计方法、建模技术术、计算机机辅助评价价及决策技技术。针对对设计方法法，基本上上可分为两两大类:一一类是通过过人员协同同集成实现现并行化；另一类是是通过知识识协同集成成实现并行行化，研究究得比较多多的有:面面向产品生生命周期各各/某环节节的设计DDFX和CCAX技术术。DFX包括括面向装配配的设计（DDFA）、面向制造造的设计(DFM)、面向质质量的设计计(DFQQ)、面向向环保的设设计(DFFE)、面面向维护的的设计(DDFS)等等；CAXX技术包括括计算机辅辅助工艺设设计(CAAPP)、计算机辅辅助制造(CAM)、计算机

32、机辅助工程程分析(CCAE)等等。2-5叙述述反求工程程的含义，简简述反求工工程的关键键技术。答：反求工工程(Reeversse Enngineeerinng，REE)也称逆逆向工程、反向工程程等，是指指用一定的的测量手段段对实物或或模型进行行测量，根根据测量数数据通过三三维几何建建模方法，重重构实物的的CAD模模型，从而而实现产品品设计与制制造的过程程。与传统统的“产品品概念设计计产品CCAD模型型产品(物理模型型)”的正正向工程相相反。反求求工程是在在没有设计计图纸或图图纸不完整整，而有样样品的情况况下，利用用三维扫描描测量仪，准准确快速地地测量样品品表面数据据或轮廓外外形，加以以点数据处

33、处理、曲面面创建、三三维实体模模型重构，然然后通过CCAM系统统进行数控控编程，直直至利用CCNC加工工机床或快快速成型机机来制造产产品。反求工程的的关键技术术有:数据据测量技术术、数据预预处理技术术、模型重重构及产品品制造技术术。1、数据据测量技术术反求工程中中数据测量量方法主要要分为两种种:一种是是传统的接接触式测量量法，如三三坐标测量量机法；另另一种是非非接触测量量法，如投投影光栅法法、激光三三角形法、工业CTT法、核磁磁共振法(MRI)、自动断断层扫描法法等。只有有获取了高高质量的三三维坐标数数据，才能能生成准确确的几何模模型。所以以，测量方方法的选取取是反求工工程中一个个非常重要要的

34、问题。2、数据预预处理技术术:对得到到的测量数数据在CAAD模型重重构之前应应进行数据据预处理，主主要是为了了排除噪声声数据和异异常数据、精简和归归并冗余数数据，通常常包括:噪声点过过滤数据据点分区数据点精精简数据据点平滑。3、模型重重构及产品品制造技术术:通过重重构产品零零件的CAAD模型，在在探询和了了解原设计计技术的基基础上，实实现对原型型的修改和和再设计，以以达到设计计创新、产产品更新之之目的，同同时也可以以完成产品品或模具的的制造。2-6 叙叙述绿色设设计的主要要特征。答： 1、面向产品品生命周期期绿色设计考考虑的是产产品在整个个生命周期期内的所有有潜在的环环境影响，包包括有毒有有害

35、物质向向环境的排排放，不可可再生资源源的消耗以以及能源的的过度消耗耗等等。产产品的生命命周期包括括从资源原原料的开发发到产品废废弃报废的的整个过程程，2、环境境因素是产产品设计的的考虑因素素之一绿色设计并并不是意味味着产品设设计只是面面向环境或或者说环境境因素是唯唯一的考虑虑因素。相相反，绿色色设计是像像其它因素素(比如:用户需求求分析、可可制造性、经济性、功能、尺尺寸和重量量等)一样样作为产品品设计共同同考虑的内内容。所以以绿色设计计是在原有有的设计求求解过程中中又引入了了一个环境境变量，从从而使设计计过程变得得复杂起来来，即是一一个更多目目标的优化化求解问题题。3-1 常常见的精密密成型技

36、术术分为哪几几类？答：精密成成型技术是是指零件成成型后，仅仅需少量加加工或不再再加工(近近净成型技技术或净成成型技术)就可用作作机械构件件的一种成成型技术。它是建立立在新材料料、新能源源、信息技技术、自动动化技术等等多学科高高新技术成成果的基础础上，改造造了传统的的毛坯成型型技术，使使之由粗糙糙成型变为为优质、高高效、高精精度、轻量量化、低成成本、无公公害的成型型技术。它它使得成型型的机械零零件具有精精确的外形形、高的尺尺寸精度和和形位精度度、好的表表面粗糙度度。精密成型技技术分为粉粉末冶金、精密铸造造、精密锻锻造、精密密冲裁、精精密焊接、快速原型型技术等。3-2 快快速原型技技术的特点点及工

37、艺。答：快速原原型技术的的特点：（1）快速速性。通过STLL格式文件件，快速成成型制造系系统几乎可可以与所有有的CADD造型系统统无缝连接接，从CAAD模型到到完成原型型制作通常常只需几小小时到几十十小时，可可实现产品品开发的快快速闭环反反馈。以快快速原型为为母模的快快速模具技技术，能够够在几天内内制作出所所需材料的的实际产品品，而通过过传统的钢钢制模具制制作，至少少需要几个个月的时间间。（2）高度度集成化快速成型技技术实现了了设计与制制造的一体体化。在快快速成型工工艺中，计计算机中的的CAD模模型数据通通过接口软软件转化为为可以直接接驱动快速速成型设备备的数控指指令，快速速成型设备备根据数控

38、控指令完成成原形或零零件的加工工。（3）与工工件复杂程程度无关快速成型技技术由于采采用分层制制造工艺，将将复杂的三三维实体离离散成一系系列层片加加工和加工工层片之叠叠加，大大大简化了加加工过程。它可以加加工复杂的的中空结构构且不存在在三维加工工中刀具干干涉的问题题，理论上上可以制造造具有任意意复杂形状状的原形和和零件。（4）高度度柔性快速成型系系统是真正正的数字化化制造系统统，仅需改改变三维CCAD模型型，适当地地调整和设设置加工参参数，即可可完成不同同类型的零零件的加工工制作，特特别适合新新产品开发发或单件小小批量生产产。并且，快快速成型技技术在成型型过程中无无需专用的的夹具或工工具，成型型

39、过程具有有极高的柔柔性，这是是快速成型型技术非常常重要的一一个技术特特征。（5）自动动化程度高高快速成型是是一种完全全自动的成成型过程，只只需要在成成型之初由由操作者输输入一些基基本的工艺艺参数，整整个成型过过程操作者者无需或较较少干预。出现故障障，设备会会自动停止止，发出警警示并保留留当前数据据。完成成成型过程时时，机器会会自动停止止并显示相相关结果。快速原型工工艺：（1）利用用激光固化化树脂材料料的光造型型法光敏树脂选选择性固化化是采用立立体雕刻原原理的一种种工艺，简简称SLAA，也是最最早出现的的、技术最最成熟和应应用最广泛泛的快速原原型技术。SLA快速速原型技术术的优点是是：成形速速度

40、较快。系统工工作相对稳稳定。尺寸精精度较高，可可确保工件件的尺寸精精度在0.1mm（但但，国内SSLA精度度在0.110.3mm之之间，并且且存在一定定的波动性性）。表面质质量较好，工工件的最上上层表面很很光滑，侧侧面可能有有台阶不平平及不同层层面间的曲曲面不平；比较适合合做小件及及较精细件件。系统分分辨率较高高。SLA快速速原型的技技术缺点：需要专专门实验室室环境，维维护费用高高昂。成型件件需要后处处理，二次次固化，防防潮处理等等工序。光敏树树脂固化后后较脆，易易断裂，可可加工性不不好；工作作温度不能能超过1000，成成形件易吸吸湿膨胀，抗抗腐蚀能力力不强。氦-镉镉激光管的的寿命仅33000

41、小小时，价格格较昂贵。同时需对对整个截面面进行扫描描固化，成成型时间较较长，因此此制作成本本相对较高高。光敏树树脂对环境境有污染，使使皮肤过敏敏。需要设设计工件的的支撑结构构，以便确确保在成型型过程中制制作的每一一个结构部部位都能可可靠定位，支支撑结构需需在未完全全固化时手手工去除，容容易破坏成成型件。（2）纸张张叠层造型型法纸张叠层造造型法目前前以Hellisyss公司开发发的LOMM装置应用用最广。LOM可制制作一些光光造型法难难以制作的的大型零件件和厚壁样样件，且制制作成本低低廉（约为为光造型法法的1/22）、速度度高（约为为木模制作作时间的11/5以下下），并可可简便地分分析设计构构思

42、和功能能。LOM快速速原型技术术的优点是是：由于只只需要使激激光束沿着着物体的轮轮廓进行切切割，无需需扫描整个个断面，所所以这是一一个高速的的快速原型型工艺。常常用于加工工内部结构构简单的大大型零件及及实体件。无需设设计和构建建支撑结构构。LOM快速速原型技术术的缺点是是：需要专专门实验室室环境，维维护费用高高昂。可实际际应用的原原材料种类类较少，尽尽管可选用用若干原材材料，例如如纸、塑料料、陶土以以及合成材材料，但目目前常用的的只是纸，其其他箔材商商在研制开开发中。表面比比较粗糙，工工件表面有有明显的台台阶纹，成成型后要进进行打磨；且纸制零零件很容易易吸潮，必必须立即进进行后处理理、上漆。难

43、以构构建精细形形状的零件件，即仅限限于结构简简单的零件件。由于难难以（虽然然并非不可可能）去除除里面的废废料，该工工艺不宜构构建内部结结构复杂的的零件。当加工工室的温度度过高时常常有火灾发发生。因此此，工作过过程中需要要专职人员员职守。（3）热可可塑造型法法热可塑造型型法以DTTM公司开开发的选择择性激光烧烧结即SLLS（Seelecttive Laseer Siinterring）应应用较多。SLS快速速原型技术术的优点是是：与其他他工艺相比比，能生产产较硬的模模具，有直直接金属型型的概念。可以采采用多种原原料，包括括类工程塑塑料、蜡、金属、陶陶瓷等。零件的的构建时间间较短，可可达到1iin

44、/h高高度。无需设设计和构造造支撑。SLS快速速原型技术术缺点是：需要专专门实验室室环境，维维护费用高高昂。在加工工前，要花花近2小时时的时间将将粉末加热热到熔点以以下，当零零件构建之之后，还要要花5-110小时冷冷却，然后后才能将零零件从粉末末缸中取出出。成形件件强度和表表面质量较较差，精度度低。表面面的粗糙度度受粉末颗颗粒大小及及激光光斑斑的限制。零件的的表面多孔孔性，为了了使表面光光滑必须进进行渗蜡等等后处理。在后处理理中难于保保证制件尺尺寸精度，后后处理工艺艺复杂，样样件变型大大，无法装装配。需要对对加工室不不断充氮气气以确保烧烧结过程的的安全性，加加工的成本本高。该工艺艺产生有毒毒气

45、体，污污染环境。3-3 就就目前技术术条件下精精密加工和和超精密加加工是如何何划分的？根据目前技技术水平及及国内外专专家的看法法，对中小小型零件的的加工形状状误差 和表面粗粗糙度Raa的数量级级可分为以以下档次。精密加工工： =1.00.1 m，RRa=0.10.03 m；超精精密加工： =00.100.01 m，RRa=0.0300.0055 m；纳微米加加工： 0.001m，RRa0.005m。3-4 超超精密加工工所涉及的的技术范围围包含哪些些？答：（1）超超精密加工工机理,超超精密加工工是从被加加工表面去去除一层微微量的表面面层，包括括超精密切切削、超精精密磨削和和超精密特特种加工等等

46、。当然，超超精密加工工也应服从从一般加工工方法的普普遍规律，但但也有不少少其自身的的特殊性，如如刀具的磨磨损、积屑屑瘤的生成成规律、磨磨削机理、加工参数数对表面质质量的影响响等。（2）超精精密加工的的刀具、磨磨具及其制制备技术,包括金刚刚石刀具的的制备和刃刃磨、修整整等是超精精密加工的的重要的关关键技术。（3）超精精密加工机机床设备,超精密加加工对机床床设备有高高精度、高高刚度、高高的抗振性性、高稳定定性和高自自动化的要要求，具有有微量进给给机构。（4）精密密测量及补补偿技术,超精密加加工必须有有相应级别别的测量技技术和装置置，具有在在线测量和和误差补偿偿。（5）严格格的工作环环境,超精精密加

47、工必必须在超稳稳定的工作作环境下进进行，加工工环境的极极微小的变变化都可能能影响加工工精度。因因而，超精精密加工必必须具备各各种物理效效应恒定的的工作环境境，如恒温温室、净化化间、防振振和隔振地地基等。3-5 叙叙述精密和和超精密加加工方法的的分类、加加工机理及及加工方法法示例。精密和超精精密加工方方法分类加工工机理主要加工工方法示例例去除加工（分离加工工）力学加工工、力溅射射电物理加工工电化学加工工热蒸发、热热扩散 、热溶解切削、磨磨削、研磨磨、抛光、超精加工工、珩磨、超声波加加工、离子子溅射加工工 等离子子加工 喷喷射加工；电火花加工工（电火花花成型、电电火花线切切割）；电解加工、蚀刻（电

48、电子束曝光光）、 化化学机械抛抛光；电子束加工工、激光加加工、脱碳碳处理、气气割结合加工附着加工工化学电化学热、热熔化化力物理化化学镀、化化学气相沉沉积；电镀、电铸铸；真空蒸镀、熔化镀；离子镀（离离子沉积）、物理气相相沉积注入加工工（渗入加工工）化学电化学热热扩散力物理氧氧化、氮化化、活性化化学反应；阳极氧化；晶体生长、分子束外外延、掺杂杂、渗碳和和烧结；离子束外延延、离子注注入连接加工工热物理、电物理化化学激光焊接接、气焊、电焊、快快速成型加加工；化学粘接变形加工（流动加工工）热流动、表面热流流动粘滞流动分子定向锻造、热热流动加工工（气体火火焰、高频频电流、热热射线、电电子束和激激光）；铸造

49、、液体体流动加工工（金属、塑料等压压铸、注塑塑）；液晶晶定向3-6 试试说明超精精密切削、超精密磨磨削加工的的特点和各各自的适应应场合。答：超精密密切削是借借助锋利的的金刚石刀刀具对工件件进行车削削或铣削。主要用于于加工要求求低粗糙度度和高形状状精度的有有色金属或或非金属零零件，如激激光或红外外的平面，非非球面反射射镜、磁盘盘铝基底、VTR辊辊轴、有色色金属轴套套和塑料多多面棱镜等等，甚至直直接加工纳纳米级表面面的硬脆材材料。超精精密金刚石石刀具镜面面车削加工工人造卫星星仪器轴承承真空空无润滑轴轴承，其孔孔和轴的表表面粗糙度度R。达到到1 nmm，圆度和和圆柱度均均为纳米级级精度。超超精密车削

50、削可达到粗粗糙度Raa0.0005m和和0.1m的非球球面形状精精度。超精密磨削削：超精密磨削削是利用磨磨具上尺度度均匀性好好、近似等等高的磨粒粒（金刚石石砂轮和CCBN砂轮轮）对被加加工零件表表面进行摩摩擦、耕犁犁及切削的的过程。主主要用于硬硬度较高的的金属和非非金属零件件，如对加加工尺寸及及形状精度度要求很高高的伺服阀阀、空气轴轴承主轴、陀螺仪超超精密轴承承、光学玻玻璃基片等等。超精密密磨削可达达到R。000022m的表表面粗糙度度和 001mm的圆度。3-7 超超精密加工工时对机床床设备和环环境有何要要求？答：超精密密加工时机机床设备：超精密加工工机床应具具有高精度度、高刚度度、高加工工

51、稳定性和和高度自动动化的要求求，超精密密机床的质质量主要取取决于机床床的主轴部部件、床身身导轨以及及驱动部件件等关键部部件的质量量。(1) 精精密主轴部部件精密主轴部部件是超精精密机床的的圆度基准准，也是保保证机床加加工精度的的核心。主主轴要求达达到极高的的回转精度度，精度范范围为0.0200.1mm，此外，主主轴还要具具有相应的的刚度，以以抵抗受力力后的变形形。主轴运运转过程中中产生的热热量和主轴轴驱动装置置产生的热热量对机床床精度有很很大影响，故故必须严格格控制温升升和热变形形。为了获获得平稳的的旋转运动动，超精密密机床主轴轴广泛采用用空气静压压轴承，主主轴驱动采采用皮带卸卸载驱动和和磁性

52、联轴轴节驱动的的主轴系统统。(2) 床床身和精密密导轨床身是机床床的基础部部件，应具具有抗振衰衰减能力强强、热膨胀胀系数低、尺寸稳定定性好的要要求。目前前，超精密密机床床身身多采用人人造花岗岩岩材料制造造。人造花花岗岩是由由花岗岩碎碎粒用树脂脂粘结而成成，它不仅仅具有花岗岗岩材料的的尺寸稳定定性好、热热膨胀系数数低、硬度度高、耐磨磨且不生锈锈的特点，又又可铸造成成形，克服服了天然花花岗岩有吸吸湿性的不不足，并加加强了对振振动的衰减减能力。超精密机床床导轨部件件要求有极极高的直线线运动精度度，不能有有爬行，导导轨偶合面面不能有磨磨损，因而而液体静压压导轨、气气浮导轨和和空气静压压导轨，均均具有运

53、动动平稳、无无爬行、摩摩擦因数接接近于零的的特点，在在超精密机机床中得到到广泛的使使用。(3) 微微量进给装装置在超精密加加工中，要要求微量进进给装置满满足如下的的要求：稍微进给给与粗进给给分开，以以提高微位位移的精度度、分辨率率和稳定性性；运动动部分必须须是低摩擦擦和高稳定定性，以便便实现很高高的重复精精度；末末级传动元元件必须有有很高的刚刚度，即夹夹固刀具处处必须是高高刚度的；工艺性性好，容易易制造；应能实现现微进给的的自动控制制，动态性性能好。微量进给装装置有机械械或液压传传动式、弹弹性变形式式、热变形形式、流体体膜变形式式、磁致伸伸缩式、压压电陶瓷式式等多种结结构形式。超精密加工工时工

54、作环环境：工作环境的的任何微小小变化都可可能影响加加工精度的的变化，使使超精加工工达不到精精度要求。因此，超超精密加工工必须在超超稳定的环环境下进行行。超稳定定环境主要要是指恒温温、超净和和防振三个个方面。超精密加工工一般应在在多层恒温温条件下进进行，不仅仅放置机床床的房间应应保持恒温温，还要求求机床及部部件应采取取特殊的恒恒温措施。一般要求求加工区温温度和室温温保持在 20土 0.066的范围围内。超净化环境境对超精密密加工也很很重要，因因为环境中中硬粒子会会严重影响响被加工表表面的质量量。外界振动对对超精密加加工的精度度和粗糙度度影响甚大大。采用带带防振沟的的隔振地基基和把机床床安装在专专

55、用的隔振振设备上，都都是极有效效的防振措措施。3-8 在在怎样的速速度范围下下加工属于于高速加工工？分析高高速切削加加工所用解解决的关键键技术。答：超高速速加工是指指高于常规规切削速度度5倍乃至至十几倍条条件下所进进行的切削削加工。例例如在试验验室中，铝铝合金加工工已达60000m/min；而在实际际生产中也也达到了11500-55000m/miin。在实实验室中，磨磨削中单层层镀砂轮磨磨削速度达达300mm/s，目目前正探索索500mm/s速度度的磨削；而实际生生产中也达达到了2550m/ss。超高速速加工不但但可以大幅幅度提高零零件的加工工效率、缩缩短加工时时间、降低低加工成本本；而且可可

56、以使零件件的表面加加工质量和和加工精度度达到更高高的水平。高速切削加加工比常规规切削加工工的切削速速度高510倍，进进给速度随随切削速度度的提高也也可相应提提高5110倍。3-9 超超高速切削削包含哪些些相关技术术？答：超高速速切削是一一种综合性性的高新技技术，超高高速切削技技术的推广广应用是多多项相关技技术发展到到与之相匹匹配的程度度而产生的的综合效应应。超高速速切削的相相关技术包包括：超高高速切削中中的刀具技技术、高速速主轴技术术、直线滚滚动导轨和和直线驱动动技术、高高速数控技技术、机床床结构等技技术。3-10 简述超高高速磨削特特点及关键键技术？答：超高速速磨削技术术特点：( 1) 大幅

57、度提提高磨削效效率，设备备使用台数数少；( 2) 磨削力小小、磨削温温度低、加加工表面完完整性好；( 3) 砂轮使用用寿命长，有有助于实现现磨削加工工的自动化化；( 4) 实现对难难加工材料料的磨削加加工。超高速磨削削关键技术术1、超高速速磨削的砂砂轮超高速磨削削砂轮应具具有良好的的耐磨性、高动平衡衡精度和机机械强度、高刚度和和良好的导导热性等。（1）超高高速砂轮的的材料：超超高速磨削削用砂轮应应具有强度度高、抗冲冲击强度高高、耐热性性好、微破破碎性好、杂质含量量低等优点点。超高速速磨削砂轮轮可以使用用AI2OO3、SiiC、CBBN和金刚刚石磨料。（2）超高高速砂轮的的修整：超超高速单层层电

58、镀砂轮轮一般不需需修整。特特殊情况下下利用粗磨磨粒、低浓浓度电镀杯杯形金刚石石修整器对对个别高点点进行微米米级修整。2、 超高高速主轴和和超高速轴轴承（1）超高高速电主轴轴技术：超超高速磨削削主要采用用大功率超超高速电主主轴。高速速电主轴惯惯性扭矩小小，振动噪噪声小，高高速性能好好，可缩短短加减速时时间，但它它有很多技技术难点。（2）超高高速轴承技技术：高速速主轴采用用的轴承有有滚动轴承承、气浮轴轴承、液体体静压轴承承和磁悬浮浮轴承几种种形式。3、超高速速磨削的砂砂轮平衡技技术与防护护装置：对对于超高速速砂轮系统统不仅进行行静平衡，还还必须根据据系统及不不平衡质量量划分平衡衡阶段，进进行分级动

59、动平衡以保保证在工作作转速下的的稳定磨削削。4、磨削液液供给系统统超高速磨削削常用的冷冷却液注入入方法有：高压喷射射法，空气气挡板辅助助截断气流流法，气体体内冷却法法，径向射射流冲击强强化换热法法等。为提提高供液效效果，应对对供液系统统参数包括括供液压力力、流量、磨削液喷喷注位置、喷嘴结构构及尺寸等等进行优化化设计，此此外系统还还需配有高高效率油气气分离和吸吸排风单元元。5、超高速速磨削进给给系统随着高速超超高速加工工技术的发发展，国内内外都采用用了直线伺伺服电机直直接驱动技技术。使用用高动态性性能的直线线电机结合合数字控制制技术，避避免了传统统的滚珠丝丝杠传动中中的反向间间隙、弹性性变形、磨

60、磨擦磨损和和刚度不足足等缺陷，可可获得高精精度的高速速移动并具具有极好的的稳定性。6、磨削状状态检测及及数控技术术利用磨削过过程中产生生的各种声声发射源，如如砂轮与工工件弹性接接触、接合合剂破裂、磨粒与工工件磨擦、砂轮破碎碎和磨损、工件表面面裂纹和烧烧伤、砂轮轮与修整轮轮的接触等等，可以通通过检测声声发射信号号的变化来来对磨削状状态进行判判别和监测测。此外，工工件精度和和加工表面面质量的在在线监控技技术也是高高效率磨削削的关键技技术。3-11 简述超高高速铣削特特点及关键键技术？答：1、超超高速铣削削的技术特特点：（1）生产产效率高，成成本低超高速铣削削高硬度钢钢的金属切切除率高、没有手工工精