机械制造与夹具教案

（机械制造

行业）机械制造

与夹具教案

第7章现代制造技术

教学目标与要求

♦了解现代制造技术的发展水平与趋势

♦了解特种加工技术的原理、特点及应用

♦了解现代制造生产模式及其发展趋势

教学重点

♦现代制造技术的发展水平与趋势

♦特种加工技术的原理、特点及应用

7.1现代制造技术概述

与传统制造技术比较，现代制造技术具有如下特征。

(1)系统性

由于计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术

和先进管理等技术的引入，并与传统制造技术的结合，现

代制造技术成为一个能够驾驭生产过程中的物质流、信息

流和能量流的系统工程；而传统制造技术一般只能驾驭生

产过程中的物质流和能量流。

(2)广泛性

传统制造技术通常只是指将原材料变为成品的各种加

工工艺；而现代制造技术则贯穿了从产品设计、加工制造

机械制造工艺与夹具

到产品销售及使用维护的整个过程，成为"市场一设计开

发一加工制造一市场”的大系统。

(3)集成性

传统制造技术的学科专业单一、独立，相互间界限分

明；而现代制造技术由于专业和学科间的不断渗透、交叉、

融合，其界限逐渐淡化甚至消失，技术趋于系统化、集成

化，已发展成为集机械、电子、信息、材料和管理技术为

一体的新型交叉学科——制造系统工程。

(4)动态性

现代制造技术是针对一定的应用目标，不断吸收各种

高新技术而逐渐形成和发展起来的新技术，因而其内涵不

是绝对的和一成不变的。反映在不同的时期、不同的国家

和地区，现代制造技术有其自身不同的特点、重点、目标

和内容。

(5)实用性

现代制造技术的发展是针对某一具体的制造需求而发

展起来的先进、实用的技术，有着明确的需求导向。现代

制造技术不是以追求技术的高新度为目的，而是注重产生

最好的实践效果，以促进国家经济的快速增长和提高企业

-188-

的综合竞争力。

7.2现代制造工艺技术

7.2.1现代制造工艺

现代制造工艺的发展主要表现在如下几个方面。

(1)制造加工精度不断提高

随着制造工艺技术的进步与发展，机械制造加工精度

得到不断提高。18世纪，加工第1台蒸汽机所用的汽缸

锋床，其加工精度为1mm;19世纪末，机械制造精度也

仅为0.05mm;20世纪初，由于能够测量0.001mm千

分尺和光学比较仪的问世，加工精度向微米级过渡，成为

机械加工精度发展的转折点；到了20世纪50年代末，实

现了微米级的加工精度；在最近的一二十年内，机械制造

加工精度提高了1~2个数量级，有了较快的发展，达到

10nm的技术水平。现在测量超大规模集成电路所用的电

子探针，其测量精度已达到0.25nm。预计在不远的将来,

可实现原子级的加工和测量。

(2)切削加工速度迅速提高

随着刀具材料的发展和变革，在近一个世纪时期内，

切削加工速度提高了一百至数百倍。20世纪前，切削刀具

机械制造工艺与夹具

是以碳素钢作为刀具材料，由于其耐热温度低于200℃,

所允许的切削速度不超过10m/min;20世纪初，出现了

高速钢，其耐热温度为500~600℃,可允许的切削速度

为30~40m/min;到了20世纪30年代，硬质合金开始

得到使用，刀具的耐热温度达到800~1000℃,切削速度

很快提高到每分钟数百米。随后，相继使用了陶瓷刀具、

金刚石刀具和立方氮化硼刀具，而陶瓷刀具和立方氮化硼

刀具，切削速度达到每分钟一千米至数千米。

(3)新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变

革

超硬材料、超塑材料、高分子材料、复合材料、工程

陶瓷、非晶与微晶合金、功能材料等新型材料的发展与应

用，对制造工艺提出了新的挑战：一方面迫使在通常机械

加工工艺方法中要不断改善刀具材料的切削性能，改进机

械加工制造设备，使之满足新材料的机械加工要求；另一

方面探求应用更多的物理、化学、材料科学的现代知识来

开发新型的制造工艺，以便更有效地适应新型工程材料的

加工。

(4)自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工

-190-

的效率

由于微电子、计算机、自动检测和控制技术与制造工

艺装备相结合，使工艺装备实现了从单机到系统、从刚性

到柔性、从简单到复杂等不同档次的多种自动化转变，使

工艺过程的检测和控制方式和手段发生了质的变化，可以

使整个工艺过程和工艺参数得到实时的优化，大大提高了

加工制造的效率和质量。

(5)零件毛坯成型在向少、无余量方向发展

零件毛坯成型是机械制造的第1道工序，有铸造、锻

造、冲裁、焊接和轧制等常用工艺。随着人们对人类生存

资源的节省和保护意识的提高，要求零件毛坯成型精度向

少、无余量方向发展，使成型的毛坯接近或达到零件的最

终形状和尺寸，磨削后即可参与装配。因而，出现了熔模

精密铸造、精密锻造、精密冲裁、冷温挤压、精密焊接和

精密切割等新工艺。

(6)优质清洁表面工程技术的形成和发展

表面工程技术是通过表面涂覆、表面改性、表面加工

及表面的复合处理，来改变零件表面的形态、化学成分和

组织结构，以获取与基体材料不同性能要求的一项应用技

机械制造工艺与夹具

术。虽然人们使用表面技术已有悠久的历史，然而形成一

门表面工程独立学科只是近20年的事。

7.2.2超精密加工技术

超精密加工是指加工精度和表面质量达到极高程度的

精密加工工艺，从概念上讲具有相对性，随着加工技术的

不断发展，超精密加工的技术指标也是不断变化的。目前，

一般加工、精密加工、超精密加工以及纳米加工可以划分

如下。

(1)一般加工

加工精度在10pm左右、表面粗糙度凡值在0.3~

0.8pm的加工技术，如车、铳、包!|、磨、锋、钱等。一般

加工适用于汽车、拖拉机和机床等产品的制造。

(2)精密加工

加工精度在10~0.1pm,表面粗糙度凡值在0.3~

0.03pm的加工技术，如金刚车、金刚锋、研磨、跖磨、

超精加工、砂带磨削、镜面磨削和冷压加工等。精密加工

适用于精密机床、精密测量仪器等产品中的关键零件的加

工,如精密丝杠、精密齿轮、精密蜗轮、精密导轨、精密

轴承等。

-192-

(3)超精密加工

加工精度在0.1~0.01即、表面粗糙度总值在0.03~

的加工技术，如金刚石刀具超精密切削、超精密

0.05Pm

磨料加工、超精密特种加工和复合加工等。超精密加工适

用于精密元件、计量标准元件、大规模和超大规模集成电

路的制造。目前，超精密加工的精度正处在亚纳米级工艺,

正在向纳米级工艺发展。

(4)纳米加工

加工精度高于lOT^m(纳米，lnm=101表面

粗糙度总值小于0.005|jm的加工技术，其加工方法大多

已不是传统的机械加工方法，而是诸如原子、分子单位加

工等方法。

1,超精密切削加工技术

(1)超精密切削对刀具的要求

为实现超精密切削，刀具应具有如下的性能。

①极高的硬度、耐用度和弹性模量，以保证刀具有很

长的寿命和很高的尺寸耐用度。

②刃口能磨得极其锋锐，刃口半径o值极小，能实现

超薄的切削厚度。

机械制造工艺与夹具

③刀刃无缺陷，因切削时刃形将复印在加工表面上，

而不能得到超光滑的镜面。

④与工件材料的抗黏结性好、化学亲和性小、摩擦系

数低，能得到极好的加工表面完整性。

(2)金刚石刀具的性能特征

目前超精密切削刀具用的金刚石为大颗粒(0.5~1.5

克拉，1克拉=200mg\无杂质、无缺陷、浅色透明的优

质天然单晶金刚石，它具有如下的性能特征。

①具有极高的硬度，其硬度达到6000~10000HV;

而TiC仅为3200HV;WC为2400HV.

②能磨出极其锋锐的刃口，且切削刃没有缺口、崩刃

等现象。普通切削刀具的刃口圆弧半径只能磨到5~

30卜im,而天然单晶金刚石刃口圆弧半径可小到数纳米，

没有其他任何材料可以磨到如此锋利的程度。

③热化学性能优越，具有导热性能好、与有色金属间

的摩擦因数低、亲和力小的特征。

④耐磨性好，刀刃强度高。金刚石摩擦系数小，与铝

之间的摩擦系数仅为0.06-0.13,如切削条件正常，刀具

磨损极慢，刀具耐用度极高。因此，天然单晶金刚石虽然

-194-

昂贵，但被一致公认为是理想的、不能代替的超精密切削

的刀具材料。

(3)超精密切削时的最小切削厚度

超精密切削实际能达到的最小切削厚度与金刚石刀具

的锋锐度、使用的超精密机床的性能状态、切削时的环境

条件等直接有关。

极限最小切削厚度加min与刀具刀刃锋锐度(即刃口

半径0)关系如图7-1所示。图中Z为极限临界点，在Z

点以上被加工材料将堆积起来形成切屑，而在2点以下，

加工材料经弹性变形形成加工表面。Z点的位置可由切削

变形剪切角例角定，剪切角。又与刀具材料的摩擦系数〃有

关:当“=0.12时,可得/bmin=0.322p;当〃=0.26时，

可得/?Dmin=0.249/?.

由最小切削厚度比min与刃口半径p的关系式可知，若

能正常切削生min=lnm，要求所用金刚石刀具的刃口半径

O应为3~4nm。国外报道研磨质量最好的金刚石刀具，

刃口半径可以小到数个纳米的水平；而国内生产中使用的

金刚石刀具，刃口半径p=0.2~0.5Rm,特殊精心研磨可

以达到夕=。卬m。

机械制造工艺与夹具

2.超精密磨削加工技术

所谓超精密磨削加工，是指加工精度达到或高于

0.1pm,表面粗糙度凡值低于0.025pm的一种亚微米级

并正向纳米级发展的加工方法。超精密磨削的关键在于砂

轮的选择、砂轮的修整、磨削用量和高精度的磨削机床。

(1)超精密磨削砂轮

在超精密磨削中所使用的砂轮，其材料多为金刚石、

立方氮化硼磨料，因其硬度极高，故一般称为超硬磨料砂

轮。金刚石砂轮有较强的磨削能力和较高的磨削效率，在

加工非金属硬脆材料、硬质合金、有色金属及其合金时有

较大的优势。由于金刚石易于与铁族元素产生化学反应和

亲和作用，故对于硬而韧的、高温高硬度、热导率低的钢

铁材料，则用立方氮化硼砂轮磨削较好。立方氮化硼比金

刚石有较好的热稳定性和较强的化学惰性，其热稳定性可

达1250~1350℃,而金刚石磨料只有700~800℃。虽

然当前立方氮化硼磨料的应用不如金刚石磨料广，且价格

也比较高，但它是一种很有发展前途的磨具磨料。

(2)超精密磨削砂轮的修整

砂轮的修整是超硬磨料砂轮使用中的一个技术难题，

-196-

它直接影响被磨工件的加工质量、生产效率和生产成本。

砂轮修整通常包括修形和修锐两个过程。所谓修形，是使

砂轮达到一定精度要求的几何形状；所谓修锐，是指去除

磨粒间的结合剂，使磨粒凸出结合剂一定高度，形成足够

的切削刃和容屑空间。如金刚石和立方氮化硼都比较坚硬,

很难用别的磨料磨削以形成新的切削刃，故通过去除磨粒

间的结合剂方法，可使磨粒凸出结合剂一定高度，形成新

的磨粒。

超硬磨料砂轮修整的方法很多，可归纳为以下几类。

①车削法

用单点、聚晶金刚石笔、修整片等车削金刚石砂轮以

达到修整的目的。这种方法的修整精度和效率都比较高，

但修整后的砂轮表面平滑，切削能力低，同时修整成本也

晨）。

②磨削法

用普通磨料砂轮或砂块与超硬磨料砂轮进行对磨修

整。普通砂轮磨料如碳化硅、刚玉等磨粒被破碎，对超硬

磨料砂轮结合剂起到切削作用，失去结合剂后磨粒就会脱

落，从而达到修整的目的。这种方法的效率和质量都较好,

机械制造工艺与夹具

是目前较常用的修整方法但普通砂轮的磨损消耗量较大。

③喷射法

将碳化硅、刚玉磨粒从高速喷嘴喷射到转动的砂轮表

面，从而去除部分结合剂，使超硬磨粒凸出，这种方法主

要用于修锐。

④电解在线修锐法

该法适用于以铸铁纤维为结合剂的金刚石砂轮，应用

电解加工原理完成砂轮的修锐过程。如图7-2所示,将超

硬磨料砂轮接电源正极，石墨电极接电源负极，在砂轮与

电极之间通以电解液，通过电解腐蚀作用去除超硬磨料砂

轮的结合剂，从而达到修锐效果。在这种电解修锐过程中,

被腐蚀的砂轮铸铁结合剂表面逐渐形成钝化膜，这种不导

电的钝化膜将阻止电解的进一步进行，只有当凸出的磨粒

磨损后，钝化膜被破坏，电解修锐作用才会继续进行，这

样可使金刚石砂轮能够保持长时间的切削能力。

⑤电火花修整法

如图7-3所示，将电源的正、负极分别接于被修整超

硬磨料砂轮和修整器（石墨电极），其原理是电火花放电加

工。这种方法适用于各种金属结合剂砂轮，既可修形又可

-198-

修锐，效率较高；若在结合剂中加入石墨粉，也可用于树

脂、陶瓷结合剂砂轮的修整。

图7-2电解在线修锐法图7-3电火花修整法

此外，尚有超声波修整法、激光修整法等，有待进一

步研究开发。

(3)磨削速度和磨削液

金刚石砂轮磨削速度一般不能很高，根据磨削方式、

砂轮结合剂和冷却情况的不同，其磨削速度为12~30m/s

(它的热稳定性只有700~800℃1一般陶瓷结合剂、树

脂结合剂的金刚石砂轮其磨削速度可选得高些，金属结合

剂的金刚石砂轮磨削速度可选得低些。

立方氮化硼砂轮的磨削速度比金刚石砂轮高得多，可

达80~100m/s,主要是因为立方氮化硼磨料的热稳定性

好。

3.微细加工技术

微细加工可以进一步分为微米级微细加工、亚微米级

微细加工和纳米级微细加工等。下面分别介绍微机械基本

特征与微细加工工艺方法。

(1)微机械基本特征

机械制造工艺与夹具

概括起来，微机械具有以下几个基本特征。

①体积小、精度高、重量轻

其体积可达亚微米以下，尺寸精度达纳米级，重量可

至纳克。目前已经研制出了直径细如发丝的齿轮、能开动

3mm大小的汽车和花生米大的飞机。最近有资料表明，

科学家们已能在5mm2内放置1000台微型发动机。

②性能稳定、可靠性高

由于微机械的体积小，几乎不受热膨胀、噪声、挠曲

等因素影响，具有较高的抗干扰性，可在较差的环境下稳

定地工作。

③能耗低，灵敏度和工作效率高

微机械所消耗的能量远小于传统机械的十分之一，但

却能以10倍以上的速度来完成同样的工作，如

5mmx5mmx0.7mm的微型泵的流速，是比其体积大得

多的小型泵的1000倍，而且机电一体化的微机械不存在

信号延迟问题，可进行高速工作.

④多功能和智能化

微机械集传感器、执行器、信号处理和电子控制电路

为一体，易于实现多功能化和智能化。

-200-

⑤适用于大批量生产，制造成本低

微机械采用和半导体制造工艺类似的方法生产，可以

像超大规模集成电路芯片一样一次制成大量的完全相同的

部件，故制造成本大大降低。如美国的研究人员正在用该

技术制造双向光纤维通信所必需的微型光学调制器，通过

巧妙的光刻技术制造芯片，做一块只需几美分，而过去则

要花5000美元。

(2)微细加工工艺方法

微细加工是指加工尺寸为微米级范围的加工方式，是

微机械发展的重要基础。微细加工起源于半导体制造工艺,

加工方式十分丰富，包含了微细机械加工、各种现代特种

加工、高能束加工等方式。而微机械制造过程又往往是多

种加工方式的组合。目前，常用的有以下几种加工方法。

①超微机械加工

用超小型精密金属切削机床和电火花、线切割等加工

方法，制作毫米级尺寸以下的微机械零件是一种三维实体

加工技术，加工材料广泛，但多是单件加工、单件装配，

费用较局I。

②光刻加工

机械制造工艺与夹具

光刻加工是用照相复印的方法将光刻掩模上的图形印

刷在涂有光致抗蚀剂的薄膜或基材表面，然后进行选择性

腐蚀，刻蚀出规定的图形。所用的基材有各种金属、半导

俩口介质材料。

③体刻蚀加工技术

体刻蚀加工技术是对硅的衬底进行腐蚀加工的技术，

即用腐蚀的方法将硅基片有选择性地去除一部分，以形成

微机械结构。腐蚀的方法分湿法腐蚀和干法腐蚀。湿法腐

蚀是用化学腐蚀液对硅基片进行刻蚀。干法腐蚀是利用等

离子体取代化学腐蚀液，把基体暴露在电离的气体中，气

体中的离子与基体原子间的物理和化学作用引起刻蚀。

④面刻蚀加工技术

面刻蚀加工技术是从集成电路平面工艺演变而来的，

它是在硅基片上形成薄膜并按一定要求对薄膜进行加工的

技术。

面刻蚀加工工艺过程如下:①在硅基片上淀积牺牲层

材料，如淀积磷玻璃，其厚度一般1~211m，但也可以更

厚些；淀积后，牺牲层材料被腐蚀成所需形状；②淀积和

腐蚀结构材料薄膜层，多晶硅是常用的结构层材料，结构

-202-

层腐蚀过后，除去牺牲层就可得到分离空腔结构。

面刻蚀加工技术的主要优点是具有与常规集成电路的

兼容性，器件不但可以做得很小，而且不影响器件特征；

其缺点是该工艺本身属于二维平面工艺，限制了设计的灵

活性，且由于采用牺牲层工艺，漂洗和干燥需要反复多次,

易产生黏连现象，降低成品率。

⑤封接技术

封接技术在微机械加工中也占有重要位置，封接的目

的是将分开制作的微机械部件在使用黏结剂的情况下连接

在一起，封在壳中使其满足使用要求。封接技术影响到整

个微系统的功能和尺寸，可以说是微机械系统的关键技术。

常用的封接技术有反应封接、淀积密封膜和键合技术。为

了提高微系统的集成度，一些新的工艺方法如自动焊接、

倒装焊接也得到了广泛的应用。

⑥分子装配技术

20世纪80年代初发明的扫描隧道显微遍简称STM）

以及后来在STM基础上派生出的原子力显微镜（简称

AFM）,使观察分子、原子的结构从宏观进入了微观世界。

STM和AFM具有O.Olnm的分辨率，是目前世界上精度

机械制造工艺与夹具

最高的表面形貌观测仪。利用其探针的尖端可以俘获和操

纵分子和原子，并可以按照需要拼成一定的结构，进行分

子和原子的装配制作微机械这是一种纳米级微加工技术,

是一种从物质的微观角度来构造、制作微机械的工艺方法。

美国的IBM公司用STM操纵35个银原子，在银板上拼

出了"IBM"3个字母；中国科学院化学研究所用原子摆

成我国的地图；日本用原子拼成了"Peace"一词。有理

由相信，STM技术将会在微细加工方面有更大的突破。

7.2.3表面工程技术

表面工程是通过运用各种物理、化学或机械工艺过程,

来改变基体表面状态、化学成分、组织结构和应力状态等,

使基体表面具有不同于基体的某种特殊性能，从而达到特

定使用要求的一项应用技术。表面工程技术在促进技术进

步、节约原材料、提高产品性能、延长产品使用寿命、装

饰环境、美化生活方面发挥了越来越突出的作用，该技术

已成为20世纪80年代世界十项关键技术之一。

(1)表面工程的特点

表面工程具有学科的综合性、手段的多样性、广泛的

功能性、潜在的创新性、环境的保护性、很强的实用性和

-204-

巨大的增效性，它不仅用于维修业，还用于制造业，是先

进制造技术的重要组成部分。表面工程技术将成为21世

纪的主导技术之一。

(2)表面工程的内容

表面工程是由多个学科交叉、综合而发展起来的新兴

学科，有着广泛的涵义，概括了表面处理、表面加工、表

面涂层、表面改性以及表面薄膜制备技术等内容。

(3)表面工程的工艺方法

①表面改性技术

表面改性是指采用某种工艺手段在零件表面获得不同

于基体的组织结构和性能的技术。材料经表面改性处理后,

既能发挥基体的力学性能，又能使材料表面获得各种特殊

性能，如耐磨性、耐腐蚀性、耐高温性等，还可以掩盖基

体表面的缺陷，延长材料和构件的使用寿命。表面改性对

节约稀贵材料、节约能源、改善环境有着重要的作用。

②表面覆层技术

表面覆层技术是指通过应用物理、化学、电学、光学、

材料学、机械学等各种工艺手段，用极少量的材料，在产

品表面制备一层保护层、强化层或装饰层，以达到耐磨、

机械制造工艺与夹具

耐蚀、耐（隔）热、抗疲劳、耐辐射、提高产品质量、延

长使用寿命的目的。

•热喷涂技术。热喷涂技术是采用气体、液体或电弧、

等离子、激光等作为热源，使金属、合金、陶瓷、氧化物、

碳化物、塑料以及其复合材料加热到熔融或半熔融状态，

通过高速气流使其雾化，然后喷射、沉积到经过预处理的

工件表面，从而形成附着牢靠的表面层。热喷涂有很多工

艺方法，比较常用的有火焰喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂

等。

•气相沉积技术。气相沉积技术是近三十年来迅速发展

的一种表面制膜新技术，它是利用气相之间的反应，在各

种材料表面沉积单层或多层薄膜，从而使材料获得所需的

各种优异性能。气相沉积技术可分为物理气相沉积（PVD）

和化学气相沉积（CVDX物理气相沉积是在真空条件下，

利用各种物理方法将镀料汽化成原子、分子或离子，直接

沉积到基体表面的方法。化学气相沉积是把含有构成薄膜

元素的一种或几种化合物或单质气体供给基体，借助气相

作用或在基体表面上的化学反应生成所要求的薄膜。

③复合表面处理技术

-206-

单一的表面处理技术往往具有一定的局限性，不能满

足人们对材料越来越高的使用要求。若将两种或两种以上

的表面处理工艺用于同一工件的处理，不仅可以发挥各种

表面处理技术各自的特点，而且更能显示组合使用的突出

效果。近年来，复合表面处理技术在欧美、日本以及我国

均得到较快的发展，并取得了良好的效果。

•复合热处理技术。将两种以上的热处理方法复合起

来，比单一的热处理具有更多的优越性。如渗钛与离子渗

氮复合处理，可在工件表面形成硬度极高、耐磨性很好且

具有较好耐蚀性的金黄色TiN化合物层，其性能明显高于

单一渗钛和单一渗氮层的性能。

•表面覆层技术与其他表面处理技术的复合。利用各种

工艺方法在工件表面上所形成的各种覆层，如镀层、涂层、

沉积层或薄膜，若再经过适当热处理，使覆层中的金属原

子向基体扩散，或与基体进行冶金化融合，不仅增强了覆

层与基体的结合强度同时也能改变表层覆层本身的成分,

防止覆层剥落并获得较高的强韧性，可提高表面的抗擦伤、

耐磨损和耐腐蚀能力。如锌浴淬火，实质上它是一种淬火

与镀锌相结合的复合处理工艺。如碳的质量分数为

机械制造工艺与夹具

0.15%~0.23%的硼钢在保护气体中加热到900℃,然后

淬入450。（2的含铝的锌浴中等温转变，同时镀锌，这种复

合处理缩短了工时，降低了能耗，也提高了工件的性能。

•离子辅助涂覆。在等离子辅助沉积技术中，将离子

镀和溅射沉积所应用的等离子体与气相反应物相结合，产

生一种称为等离子辅助化学沉积（PCVD）的技术。若用

离子束代替等离子体来完成类似效应的称为离子辅助涂

覆。这种技术具有灵活性和重复性，可低温操作，是一种

快速和可控的方法，通常用于高度精密表面处理以及普通

技术不能处理的一些表面。

7.3特种加工技术

顾名思义，特种加工技术就是一种采用不同于传统切

削、磨削加工工艺及装备的加工技术。它是将电、磁、声、

光、热等物理能量及化学能量或其组合乃至与机械能组合

直接施加在被加工的部位上，从而使材料被去除、变形及

改变性能等。

7.3.1特种加工的特点与分类

1.特种加工的特点

①工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。

-208-

②可直接利用电能、电化学能、声能或光能等能量对

材料进行加工。

③加工过程中的机械力不明显，工件很少产生机械变

形和热变形，有助于提高工件的加工精度和表面质量。

④各种加工方法可以有选择地复合成新的工艺方法，

使生产效率成倍地增长，加工精度也相应提高。

⑤几乎每产生一种新的能源，就有可能产生一种新的

特种加工方法。

2.特种加工方法适用的场合

①解决各种难切削材料的加工问题，如耐热钢、不锈

钢、钛合金、淬火钢、硬质合金、陶瓷、宝石、金刚石等

以及错和硅等各种高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及

高纯度的金属和非金属的加工。

②解决各种复杂零件表面的加工问题如各种热锻模、

冲裁模和冷拔模的模腔和型孔、整体涡轮、喷气涡轮机叶

片、炮管内腔线以及喷油嘴和喷丝头的微小异形孔的加工。

③解决各种精密的、有特殊要求的零件加工问题，如

航空航天、国防工业中表面质量和精度要求都很高的陀螺

仪、伺服阀以及低刚度的细长轴、薄壁筒和弹性元件等的

机械制造工艺与夹具

加工。

3.特种加工的分类

特种加工发展至今虽有五十多年的历史，但在分类方

法上并无明确规定。一般按能量形式和作用原理进行划分。

①电能与热能作用方式：电火花成型与穿孔加工

（EDMX电火花线切割加工（WEDMX电子束加工（EBM）

和等离子体加工（PAMI

②电能与化学能作用方式：电解加工（ECM1电铸

加工和刷镀加工。

③电化学能与机械能作用方式：电解磨削（ECG1电

解玷磨（ECH\

④声能与机械能作用方式：超声波加工（USMX

⑤光能与热能作用方式：激光加工（LBM工

⑥电能与机械能作用方式：离子束加工（IMX

⑦液流能与机械能作用方式：水射流切割（WJC\

磨料水喷射加工（AWJC）和挤压拓磨（AFHX

在特种加工范围内还有一些属于降低表面粗糙度和

改善表面性能的工艺，前者如电解热抛光、化学抛光、离

子束抛光等；后者如电火花表面强化、镀覆、电子束曝光、

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离子束注入等。

7.3.2几种典型的特种加工技术

1.电火花加工

电火花加工是在一定的液体介质中，利用脉冲放电对

导电材料的电蚀来蚀除材料，从而使零件的尺寸、形状和

表面质量达到预定技术要求的一种加工方法。在特种加工

中，电火花加工的应用最为广泛，尤其在模具制造业、航

空航天等领域有着极为重要的地位。

（1）电火花加工的原理与特点

电火花加工是在如图7-4所示的加工系统中进行的。

加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极。

两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物

油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，

以确保工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙

（0.01~0.05mmX当脉冲电压加到两极之间时，便将当

时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由

于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中，

放电区域产生的瞬时高温（温度高达10000~12000℃）

足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第1次

机械制造工艺与夹具

脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第2个脉冲又

在两极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下

去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在

工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一

小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。

图7-4电火花加工原理图

由上可见，进行电火花加工必须具备3个条件：必须

采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具

电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有

一定绝缘强度(103~107am)的液体介质中进行。

电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高

硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无

明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工；脉冲

参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半

精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利

于储油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有

部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成型精

度。

(2)电火花加工的应用

-212-

电火花加工主要用于模具中型孔、型腔的加工，已成

为模具制造业的主导加工方法，推动了模具行业的技术进

步。电火花加工零件的数量在3000件以下时，比模具冲

压零件在经济上更加合理。按工艺过程中工具与工件相对

运动的特点和用途不同，电火花加工可大体分为电火花成

型加工、电火花线切割加工、电火花磨削加工、电火花展

成加工、非金属电火花加工和电火花表面强化等。

2.激光加工

激光加工是20世纪60年代发展起来的一种新兴技

术，它是利用光能经过透镜聚焦后达到很高的能量密度，

依靠光热效应来加工各种材料。目前，激光加工已广泛用

于打孔、切割、焊接、电子器件微调、表面处理以及信息

存储等许多领域。

(1)激光加工的原理与特点

激光是一种经受激辐射产生的加强光。其强度高，方

向性、相干性和单色性好，通过光学系统可将激光束聚焦

成直径为几十微米到几微米的极小光斑，从而获得极高的

能量密度(108~10i0W/cm2X当激光照射到工件表面时,

光能被工件吸收并迅速转化为热能，光斑区域的温度可达

机械制造工艺与夹具

10000℃以上，使材料熔化甚至汽化。随着激光能量的不

断吸收，材料凹坑内的金属蒸气迅速膨胀，压力突然增大,

熔融物爆炸式地高速喷射出来，在工件内部形成方向性很

强的冲击波。激光加工就是工件在光热效应下产生的高温

熔融和冲击波的综合作用过程。

图7-5所示是固体激光器中激光的产生和工作原理

图。当激光的工作物质钻铝石榴石受到光泵（激励脉冲钱

灯）的激发后，吸收具有特定波长的光，在一定条件下可

导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数，这种

现象称为粒子数反转。此时一旦有少量激光粒子产生受激

辐射跃迁，造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部

分反射镜的反馈作用产生振荡，由谐振腔的一端输出激光,

再通过透镜聚焦形成高能光束，照射在工件表面上，即可

进行加工。固体激光器中常用的工作物质除了钻铝石榴石

外，还有红宝石和钱玻璃等材料。

图7-5固体激光器中激光的产生和工作原理图

激光加工具有如下特点：它属于高能束流加工，不存

在工具磨损更换问题；几乎可以加工任何金属与非金属材

料；属于非接触加工，无明显机械力，能加工易变形的薄

-214-

板和橡胶等弹性工件；加工速度快，热影响区小;易实现

加工过程的自动化；激光可通过玻璃、空气及惰性气体等

透明介质进行加工，如对真空管内部进行焊接等；激光可

以通过聚焦，形成微米级的光斑,输出功率的大小又可以

调节，因此可用于精密微细加工，•加工时不产生振动噪声,

加工效率高，可实现高速打孔和高速切割；可以达到

0.01mm的平均加工精度和0.001mm的最高加工精度；

表面粗糙度区值可达

04~0.1Mmo

(2)激光加工的应用范围

激光加工的主要参数为激光的功率密度、激光的波长

和输出的脉宽、激光照射在工件上的时间以及工件对能量

的吸收等。激光对材料的表面处理、焊接、切割和打孔等

都与上述参数有关。

①激光表面处理

这是近十年来激光加工领域中最为活跃的研究与开发

方向，发展了相变硬化、快速熔凝、合金化、熔覆等一系

列处理工艺。其中相变硬化和熔凝处理的工艺技术趋向成

熟并产业化。合金化和熔覆工艺无论对基体材料的适应范

围还是性能改善的幅度，都比前两种工艺广得多，因而发

机械制造工艺与夹具

展前景广阔。

②激光焊接

它是基于大功率激光所产生的小孔效应基础上的深

熔焊接。它既是一种熔深大、速度快、单位时间熔合面积

大的高效焊接方法，又是一种焊缝深宽比大、比能小、热

影响区小、变形小的精确焊接方法。当激光的功率密度为

IO5~107W/cm2,照射时间为1/lOOs左右时，即可进

行激光焊接。激光焊接一般无需焊料和焊剂，只需将工件

的加工区域"热熔"在一起即可。

③激光切割

激光切割所需的功率密度为105~107W/cm2。它既

可以切割金属材料，也可以切割非金属材料。它还能透过

玻璃切割真空管内的灯丝，这是任何机械加工所难以达到

的。

④激光打孔

激光打孔的功率密度一般为107~108W/cm2。它主

要应用于在特殊零件或特殊材料上加工孔。如火箭发动机

和柴油机的喷油嘴、化学纤维的喷丝板、钟表上的宝石轴

承和聚晶金刚石拉丝模等零件上的微细孔加工。

-216-

超声激光复合加工是一种激光打孔新工艺，它是将超

声波振动和激光束的作用复合起来。采用超声调制的激光

打孔，不但能增加孔的加工深度，而且能改善孔壁质量。

3.电子束加工

(1)电子束加工的原理与特点

电子束加工在真空中进行其加工原理如图7-6所示。

由电子枪射出的高速电子束经电磁透镜聚焦后轰击工件表

面，在轰击处形成局部高温，使材料瞬时熔化和汽化，从

而达到材料去除、连接或改性的目的。控制电子束能量密

度的大小和能量注入的时间，可达到不同的加工目的。如

只使材料局部加热，就可进行电子束热处理；使材料局部

熔化，就可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材

料熔化和汽化，就可进行电子束打孔、切割等加工；利用

较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的

原理，即可进行电子束光刻加工。

电子束加工具有如下特点：电子束可实现极其微细的

聚焦(可达O.lpim),可实现亚微米和纳米级的精密微细

加工；电子束加工主要靠瞬时热效应,工件不受机械力作

用，因而不产生宏观应力和变形；加工材料范围广泛，对

机械制造工艺与夹具

高强度、高硬度、高韧性的材料以及导体、半导体和非导

体材料均可加工；电子束的能量密度高，如果配合自动控

制加工过程，加工效率非常高；每秒钟可在0.1mm厚的

钢板上加工出3000个直径为0.2mm的孔；电子束加工

在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化，尤其适合加

工易氧化的金属及其合金材料，以及纯度要求极高的半导

体材料。

(2)电子束加工的应用范围

电子束加工可用于打孔、切割、焊接、蚀刻和光刻等。

①高速打孔

电子束打孔的孔径范围为0.02~0.003mm。喷气发

动机上的冷却孑杯口机翼吸附屏的孔，其孔径微小，孔数巨

大，达数百万个，最适宜用电子束打孔。此外，还可以利

用电子束在人造革、塑料上高速打孔，以增强其透气性.

②加工型孔

为了使人造纤维的透气性好，更具松软和富有弹性，

人造纤维的喷丝头型孔往往设计成各种异形截面，这些异

形截面最适合采用电子束加工。

③加工弯孑丽曲面

-218-

借助于偏转器磁场的变化，可以使电子束在工件内部

偏转方向，可加工曲面和弯孔。

此外，还可以利用电子束进行焊接、切割、刻蚀、表

面热处理和光刻。由于电子束加工的成套设备价格昂贵,

其应用受到一定限制。

4.离子束加工

离子束加工的原理与电子束加工基本类似，也是在真空

条件下，将离子源产生的离子耨过加速后，撞击在工件表

面上，引起材料变形、破坏和分离。由于离子带正电荷，其

质量是电子的千万倍,因此离子束加工主要靠高速离子束的

衢见楣嵋相能，而不曷象电子束加注要靠《^。图

7-7所示为离子束加工理图。惰性气体氯气由入口注入电

离室，灼热的灯丝发射电子，电子在阳极的吸引和电联圈

的偏转作用下,向下高速作螺旋运动。氮在高速电子的撞击

下被电离成离子”日极和阴极各有数百个上下位量寸齐、直

径为0.3mm的小孔，形成数百条较准直的离子束，均匀分

布在直径为50mm的圆面积上。通过调整加速电压，可以

得到不同速度的离子束，以实现不同的加工。

(1)离子束加工的特点

机械制造工艺与夹具

①离子束轰击工件的材料时，其束流密度和能量可以

精确控制，因此可以实现纳米级的加工，是当代纳米加工

技术的基础；

②离子束加工在真空中进行，污染少，特别适宜加工

易氧化的金属、合金、高纯度的半导体材料；

③离子束加工的宏观压力小，因此加工应力小，热变

形小，加工表面质量非常高。

④离子束加工设备费用高、成本高、加工效率低，其

应用范围受到一定限制。

(2)离子束加工的应用范围

①离子刻蚀

它是由能量为0.5~5keV、直径为十分之几纳米的氮

离子轰击工件，将工件表层的原子逐个剥离的。这种加工

本质上属于一种原子尺度上的切削加工，所以也称为离子

铳削。这就是近代发展起来的纳米加工工艺。

②离子溅射沉积

离子溅射沉积本质上是一种镀膜加工。它也是采用

0.5~5keV的氮离子轰击靶材，并将靶材上的原子击出,

淀积在靶材附近的工件上，使工件表面镀上一层薄膜。

-220-

③离子镀膜

离子镀膜也称离子溅射辅助沉积，同样属于一种镀膜

加工。它将0.5~5keV能量的氮离子分成两束，同时轰击

靶材和工件表面，以增强膜材与工件基材之间的结合力。

也可将靶材高温蒸发，同时进行离子镀。

④离子注入

离子注入是采用5~500keV能量的离子束，直接轰

击被加工材料。在如此大的能量驱动下，离子能够钻入材

料表层，从而达到改变材料化学成分的目的。可以根据不

同的目的选用不同的注入离子，如磷、硼、碳、氮等，以

实现材料的表面改性处理，从而改变工件表面层的机械物

理性能。

5.水射流加工

水射流加工技术是在20世纪70年代初出现的。开始

时只是在大理石、玻璃等非金属材料上用作切割直缝等简

单作业。经过三十多年的开发，现已发展成为能够切削复

杂的三维形状的工艺方法。水射流加工特别适合于各种软

物质有机材料的去毛刺和切割等加工，是一种“绿色"加

工方法。

机械制造工艺与夹具

(1)水射流加工的基本原理

水射流加工是利用水或加入添加剂的水液体,经水泵

至储液蓄能器使高压液体流动平稳，再经增压器增压，使

其压力达到70~400MPa,最后由人造蓝宝石喷嘴形成

300~900m/s的高速液体流，喷射到工件表面，从而达

到去除材料的加工目的，如图7-8所示。高速液体流的

能量密度可达1010W/mm2,流量为7.5L/min,这种液

体的高速冲击，具有固体的加工作用。

图7-8水射流加工示意图

1一带有过滤器的水箱；2—水泵；3—储液蓄能器；4一控制器；5—阀；6

一蓝宝石喷嘴；

7一射流束；8—工件；9TF水口；10—压射距离；11—液压系统；12—

增压器

(2)水射流加工的特点

①采用水射流加工时，工件材料不会受热变形，切缝

很窄(0.075~0.40mm),材料利用率高，加工精度一般

可达0.075~0.1mm。

②高压水束不会变钝，各个方向都有切削作用，使用

水量不多；加工时不需要进刀槽、孔，工件上任意一点都

能开始和结束切削，可加工小半径的内圆角；与数控系统

相结合，可以进行复杂形状的自动加工。

-222-

③加工区温度低，切削中不产生热量，无切屑、无毛

刺、无烟尘、无杂质等，加工产物混入液体排出，故无灰

尘、无污染，适合于木材、纸张、皮革等易燃材料的加工。

④水射流加工的流束直径为0.05~0.38mm,加工的

材料除大理石、玻璃外，还可以加工金属材料。目前，水

射流加工已广泛应用于普通钢、不锈钢、铝、铜、铅、钛

合金板，以至塑料、陶瓷、胶合板、石棉、混凝土、岩石、

玻璃纤维板、橡胶、地毯、棉布、纸、塑料、皮革、软木、

复合材料等80种材料的切削，最大厚度可达100mm.

6.复合加工

当把两种或两种以上的能量形式（包括机械能）合理

地组合在一起，就发展成复合加工。复合加工有很大的优

点，它能成倍地提高加工效率和进一步改善加工质量，是

特种加工技术的发展方向。下面简单介绍几种复合加工。

（1）电解磨削

电解磨削是利用电解作用与机械磨削相结合的一

种复合加工方法。如图7-9所示，高速旋转的导电砂

轮接直流电源负极，工件（刀具）接直流电源正极。

电解磨削时，导电砂轮和工件间保持一定的接触压力，

机械制造工艺与夹具

砂轮表面外凸的磨粒使砂轮导电体与工件间有一定间

隙。当电解液从间隙中流过时，工件出现阳极溶解，

工件表面形成一层较软的薄膜，它很容易被导电砂轮

上的磨粒磨除，于是工件上又露出新的金属表面并进

一步电解。在加工过程中，电解作用与磨削作用交替

进行，其中电解作用是主要的，最后达到加工要求。

图7-9电解磨削原理图

(2)超声电解复合抛光

超声电解复合抛光是超声波加工和电解加工复合而

成的，它可以获得优于靠单一电解或单一超声波抛光的抛

光效率和表面质量。超声电解复合抛光的加工原理如图

7-10所示。抛光时，工件接正极，工具接直流电源负极，

工件与工具间通入钝化性电解液。高速流动的电解液不断

在工件待加工表面生成钝化软膜，工具则以极高的频率进

行抛磨，不断地将工件表面凸起部位的钝化膜去掉。被去

掉钝化膜的表面迅速产生阳极溶解，溶解下来的产物不断

被电解液带走。而工件凹下去部位的钝化膜，工具抛磨不

到，因此不溶解。这个过程一直持续到将工件表面整平时

为止。工具在超声波振动下，不但能迅速去除钝化膜，而

-224-

且在加工区域内产生的“空化"作用可增强电化学反应,

进一步提高工件表面凸起部位金属的溶解速度。

(3)超声电火花复合抛光

超声电火花复合抛光是在超声波抛光的基础上发展起

来的。这种复合抛光的加工效率比纯超声机械抛光要高出

3倍以上，表面粗糙度用值可达0.2~0.1pm,特别适合

于小孔、窄舞以及小型精密表面的抛光。超声电火花抛光

的工作原理如图7-11所示。抛光时，工具接脉冲电源的

负极，工件接正极，在工具和工件间通入乳化液作电解液。

这种电解液的阳极溶解作用虽然微弱，但有利于工件的抛

光。抛光过程中，超声的"空化”作用一方面会使工件表

面软化，有利于加速金属的剥离；另一方面使工件表面不

断出现新的金属尖峰这样不但增加了火花放电的分散性,

而且给放电加工造成了有利条件。超声波抛磨和放电交错

而连续进行，不仅提高了抛光速度，而且提高了工件表面

材料去除的均匀性.

图7-10超声电解复合抛光原理图图7-11超声电火花复合抛

光原理图

*7.4现代制造生产模式

7.4.1并行工程

机械制造工艺与夹具

1.并行工程的概念

长期以来，人们一直采用串行工程的方法从事产品的

研制和开发。所谓串行工程,如图7-12所示，即在前一

工作环节完成之后才开始后一工作环节的工作，各个工作

环节的作业在

图7-12串行工程工作方式

时序上没有重叠和反馈，即使有反馈，也是事后的反馈。

在这种作业方法下，只有市场人员参与产品的概念设计工

作，其他工作人员只是被动接受前一阶段的工作结果。这

样，不能在产品设计阶段就能及早地考虑后续的工艺设计、

制造装配、质量保证、维修服务等问题，致使各个生产环节

前后脱节，设计改动量大，产品的开发周期长、成本高。为

了提高市场竞争能力，以最快的速度设计、生产出高质量的

产品，20世纪80年代末凌国和一些西方工业国家出现了

一种叫阴亍工程(ConcurrentEngineering,CE)的

式。这种生产方式是将时间上先后的知识处理和作业实施过

程转变为同时考僦返可能同时处理的一种作则式,如图

7-13漏

图7-13并行工程工作方式

-226-

2.并行工程的特征

(1)并行特征

并行工程的最大特点是把时间上的先后作业过程转变

为同时考虑和尽可能同时处理的过程，在产品的设计阶段

就并行地考虑了产品整个生命周期中的所有因素，避免将

设计错误传递到下步阶段，减少不必要的环节，使产品开

发过程更趋合理、高效。这种生产模式，当产品设计工作

结束后，后续的制造、检验和维护环节较为方便、容易，

可使产品开发研制周期明显缩短。但必须强调的是，并行

工程不能省去产品串行工程中的任一环节，不是将产品的

设计和其他生产环节重叠或同时进行。

(2)整体特征

并行工程哲理认为，制造系统包括制造过程是一个有

机的整体，在似乎相互独立的各个制造过程和知识处理单

元之间，实质上存在着不可分割的内在联系，特别是丰富

的双向信息联系，如图7-14所示。并行工程强调全局性

地考虑问题，即产品研制者从一开始就考虑到产品整个生

命周期中的所有因素，追求整体最优，有时为了保证整体

最优，甚至可能不得不牺牲局部的利益。

机械制造工艺与夹具

(3)协同特征

并行工程特别强调团队设计小组的协同工作

(Teamwork\现代产品的功能和特性越来越复杂，产品

开发过程涉及的学科门类和专业人员也越来越多，要取得

产品开发过程的整体最优，其关键是如何很好地发挥人们

的群体作用。为此，并行工程非常注重协同的组织形式、

协同的设计思想以及所产生的协同效益。

(4)集成特征

集成特征具有如下4个特点。

①人员集成。管理者、设计者、制造者、支持者(质

量、销售、采购、维护等)以至用户集成为一个协调的整

体。

②信息集成。产品全生命周期中各类信息的获取、表

示、处理及操作工具的集成和统一管理。

③功能集成。产品全生命周期中企业内各部门功能集

成，以及产品开发企业与外部协作企业间的功能集成。

④技术集成。产品开发全过程中涉及的多学科知识以

及各种技术、方法的集成，形成集成的知识库、方法库。

-228-

7.4.2精益生产

1.精益生产的基本概念

精益生产(又称精良生产)，被美国人称之为

"LeanProduction",简称LP,原意是"瘦型"胡方式。

精益生产简练的含义就是运用多种现代管理方法和手段，

以社会需求为依托，以充分发挥人的作用为根本，有效配

置和合理使用企业资源，为企业谋求经济效益的一种新型

企业生产方式。

2.精益生产方式的思维特点

(1)逆向思维方式

精益生产的思维方式大多都是逆向思维、风险思维，

很多问题都是倒过来看，也是倒过来干的。比如，我们一

般认为销售是生产经营的终点，而精益生产却把销售看成

是起点，而且把用户看成是生产制造过程的组成部分；传

统的生产方式一直是“推动式”的，从上到下发指令，从

前道工序送到后道工序，一道道往后推，而精益生产却是

由后道工序拉动前道工序；过去总认为超前生产是好事，

而精益生产却认为超前生产是无效劳动，是一种浪费。

(2)逆境中的拼搏精神

机械制造工艺与夹具

精益生产方式是市场竞争的产物，来自于逆境中的拼

搏精神。例如，丰田公司在开始时十三年的轿车累计产量

还不及福特公司一天产量的40%，在相差这样悬殊的条件

下，他们却敢于提出赶上美国，走出一条新路子。经过二

十年努力，终于把理想变成现实。

(3)无止境的尽善尽美追求

在思维方法上，精益生产与以往生产经营目标的根本

差别在于追求尽善尽美。大量生产追求的是有限目标，可

以容忍一定的废品率和最大限度的库存。精益生产则追求

完全的目标，低成本、无废品、零库存和产品多种多样，

而且永无止境地提高，不断奋斗。精益生产认为，允许出

错误，错误就会不断发生，所以从开始就不应出错。

3.精益生产方式的特征

精益生产方式综合了单件生产与大量生产的优点，既

避免了前者的高成本，又避免了后者的僵化，在内容和应

用上具有如下特征.

①以销售部门作为企业生产过程的起点，产品开发与

产品生产均以销售为起点，按订货合同组织多品种小批量

生产。

-230-

②产品开发采用并行工程方法和主查制确保高质量、

低成本，缩短产品开发周期，满足用户要求。

③在生产制造过程中实行“拉动式”的准时化生产,

把上道工序推动下道工序生产变为下道工序要求拉动上道

工序生产，杜绝一切超前、超量生产。

④以"人"为中心，充分挖掘和调动人的潜能和积极

性，普遍推行多机器操作，多工序管理，并把工人组成作

业小组，不仅完成生产任务，而且参与企业管理，从事各

种革新活动，提高劳动生产率。

⑤追求无废品、零库存、零故障等目标，降低产品成

本，保证产品多样化。

⑥消除一切影响工作的“松弛点"，以最佳工作环境、

最佳条件和最佳工作态度从事最佳工作，从而全面追求尽

善尽美，适应市场多元化要求，用户需要什么则生产什么，

需要多少就生产多少，达到以尽可能少的投入获取尽可能

多的产出。

⑦把主机厂与协作厂之间存在的单纯买卖关系变成利

益共同的"共存共荣"的"血缘关系"，把70%左右零部

件的设计、制造委托给协作厂进行，主机厂只完成约30%

机械制造工艺与夹具

的设计、制造任务。

7.4.3敏捷制造

1,敏捷制造的内涵

美国机械工程师学会（ASME）主办的《机械工程》

杂志1994年期刊中，对敏捷制造作了如下定义："敏捷制

造就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变幻

莫测的市场需求的快速反应"。因此，敏捷制造的企业，其

敏捷能力应当反映在以下6个方面。

①对市场的快速反应能力。判断和预见市场变化并对

其快速地作出反应的能力。

②竞争力。企业获得一定生产力、效率和有效参与竞

争所需的技能。

③柔性。以同样的设备与人员生产不同产品或实现不

同目标的能力。

④快速。以最短的时间执行任务（如产品开发、制造、

供货等）的能力。

⑤企业策略上的敏捷性。企业针对竞争规则及手段的

变化、新的竞争对手的出现、国家政策法规的变化、社会

形态的变化等作出快速反应的能力。

-232-

⑥企业日常运行的敏捷性。企业对影响其日常运行的

各种变化，如用户对产品规格、配置及售后服务要求的变

化、用户定货量和供货时间的变化、原料供货出现问题及

设备出现故障等作出快速反应的能力。

2.敏捷制造的主要概念

①全新企业概念。将制造系统空间扩展到全国乃至全

世界，通过企业网络建立信息交流高速公路，建立"虚拟

企业"，以竞争能力和信誉为依据选择合作伙伴，组成动态

公司。

②全新的组织管理概念。简化过程，不断改进过程；

提倡以"人"