机械制造工艺理论和技术的发展

本章要点先进制造工艺理论与方法现代制造工艺方法先进制造模式智能制造制造系统自动化127.1.1制造工艺的重要性工艺是制造技术的灵魂、核心和关键

工艺是设计和制造的桥梁设计的可行性往往会受到工艺的制约应该用广义制造的概念将“设计〞和“工艺〞统一起来37.1.1制造工艺的重要性工艺是生产中最活跃的因素

457.2.1加工成形机理内切削加工别离加工的一种，又称套料加工可大的减少材料消耗分离加工的内切削方式a）激光内切削b）内切削后切开形成上下模a）b）激光光束工具－球被加工工件（透明塑料）上模工件下模67.2.1加工成形机理刀具材料出现了硬质合金、人造金刚石、立方氮化硼、陶瓷等系列，以及涂层、多元共渗、气相沉积等工艺，同时从湿切削开展到无冷却液的干切削(环保切削)和硬(齿)外表切削等工件材料从金属开展到非金属、高分子材料、半导体、陶瓷和石材等。从而开展了半导体、陶瓷和石材等多种加工工艺学使用能源77.2.2精度原理机械加工原则继承性原那么——又称“母性〞原那么、循序渐近原那么或“蜕化〞原那么,指加工用机床〔工作母机〕精度高于加工工件的精度创造性原那么——又称“进化〞原那么，可分为直接创造性原那么和间接创造性原那么直接创造性原那么——利用精度低于工件精度要求的机床，借助于工艺手段和特殊工具，直按加工出精度高于“工作母机〞的工件，如“以粗干精〞、“以小干大〞间接创造性原那么——用较低精度机床和工具，制造出加工精度能满足工件要求的高精度机床和工具，再用这些机床和工具去加工工件定位原理尺寸链原理质量统计分析原理8零件及产品分类编码划分零件组关键机床法顺序分枝法聚类分析法编码分类法势函数法97.2.4工艺决策原理

数学模型决策——以建立数学模型并求解作为主要的决策方式。数学模型泛指公式、方程式和由公式系列构成的算法等，可分为系统性数学模型、随机性数学模型和模糊性数学模型三类。式中a、k

为常数，且0＜k＜1。其边际生产率分别为：【例】输入劳动力L与资本K同输出产品P的Cobb-Douglas函数：107.2.4工艺决策原理

逻辑性决策——常用决策树与决策表形式E3（螺孔）E1（孔）E2（槽）E4（位置度公差≤0.05）E5（0.05＜位置度公差＜0.25）E6E7（直径公差≤0.05）E8（0.05＜直径公差＜0.25）E9（直径公差≥0.25）（位置度公差≥0.25）A1—坐标镗A2—精镗A3—半精镗A4—粗镗A5—铣A6—钻孔/攻丝加工表面加工方法选择决策树决策树——由树根、节点、分支构成；分支上方给出向一种状态转换的可能性或条件〔确定性条件〕条件满足，继续沿分支前进，实现逻辑“与”条件不满足，回出发节点并转向另一分支，实现逻辑“或”分支终点列出应采取的行动〔决策行动〕117.2.4工艺决策原理决策表——用表格形式描述事件之间逻辑依存关系。表格分为4个区域，左上角为条件工程，右上角为条件组合，各条件之间为“与〞的关系，左下角列出决策工程，右下角为各列对应的决策行动，决策行动之间也是“与〞的关系。决策表的每一列均可视为一条决策规那么。加工方法选择决策表螺孔槽孔位置度公差≤0.050.05＜位置公差＜0.25位置度公差≥0.25直径公差≤0.050.05＜直径公差＜0.25直径公差≥0.25粗镗半精镗精镗坐标镗铣钻孔，攻丝√√√√√√√√√√√√√√√××××××××××××××127.2.4工艺决策原理

智能思维决策137.2.4工艺决策原理机械制造工艺设计中的决策方法制造工艺设计项目决策方式数学模型逻辑推理智能思维加工工艺结构工艺性检查定位基准选择工艺路线设计工艺方法确定余量及工序间尺寸计算○○○○○工艺装备通用机床、刀具、夹具、量具选择专用机床、刀具、夹具、量具、辅具设计○○时间定额工时分析研究工时定额计算○○工厂、车间设计工厂布局设计车间工段设计工作地设计○○○供应计划材料供应计划生产设备供应计划工艺装备供应计划劳动力需求计划○○○○生产周期生产周期设计节拍（时间）设计○○生产成本材料成本计算设备成本计算加工维持费用计算劳动工资计算○○○○147.2.5优化原理优化原理——将已有优化方法应用到工艺问题优化目标——在保证质量前提下，到达最高生产率、最低本钱或最大利润率核心问题——建立和求解优化问题数学模型

两参数优化问题单件加工成本C切削速度v进给ffcvc单参数优化问题单件加工成本C切削速度vvc157.3

现代制造工艺方法ModernManufacturingMethods16特种加工概念17

特种加工特点特种加工方法主要不是依靠机械能，而是用其它能量〔如电能、光能、声能、热能、化学能等〕去除材料。特种加工方法由于工具不受显著切削力的作用，对工具和工件的强度、硬度和刚度均没有严格要求。一般不会产生加工硬化现象。且工件加工部位变形小，发热少，或发热仅局限于工件表层加工部位很小区域内，工件热变形小，加工应力也小，易于获得好的加工质量。加工中能量易于转换和控制，有利于保证加工精度和提高加工效率。特种加工方法的材料去除速度，一般低于常规加工方法，这也是目前常规加工方法仍占主导地位的主要原因。18特种加工方法电火花加工原理图进给系统放电间隙工具电极工件电极工作液直流脉冲电源Real19电火花加工机床20工作要素脉冲宽度与间隔——影响加工速度、外表粗糙度、电极消耗和外表组织等。脉冲频率高、持续时间短，那么每个脉冲去除金属量少，外表粗糙度值小，但加工速度低。通常放电持续时间在2μs至2ms范围内，各个脉冲的能量2mJ到20J〔电流为400A时〕之间。21

电火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal电火花线切割原理图XY储丝筒导轮电极丝工件Real用连续移动的钼丝（或铜丝）作工具阴极，工件为阳极。机床工作台带动工件在水平面内作两个方向移动，可切割出二维图形（参见右图）。同时，丝架可作小角度摆动，可切割出斜面。Real22

快走丝：电极丝多用钼丝，做往复运动，走丝速度一般为2.5m/s~10m/s左右

快走丝与慢走丝快走丝电火花线切割机床结构原理图1-走丝溜板2-卷丝筒3-电极丝4-丝架5-下丝臂6-上丝臂7-导丝轮8-工作液喷嘴9-工件10-绝缘垫块11、16伺服电机12-工作台13-溜板14-伺服电机电源15-数控装置16-脉冲电源23慢走丝：走丝作单方向运动，多用铜丝，为一次性使用，走丝速度一般低于0.2m/min，电极丝走丝平稳无震动，损耗小，因此加工精度高，外表粗糙度值低，但其导向、張紧机构比较复杂。慢走丝电火花线切割机床的结构原理图1-溜板2-绝缘垫块3、13-伺服电机4-工作台5-放丝卷筒6、11-导丝轮和旅紧机构7-导向装置8-工作液喷嘴9-工件10-脉冲电源12-收丝卷筒14-数控装置15-伺服电机电源24电火花线切割加工加工过程显示25电火花线切割机床（慢走丝）垂直走丝水平走丝26不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韧、软的导电材料。加工时无显著切削力，发热小，适于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲线孔等，且加工质量较好。脉冲参数调整方便，可一次装夹完成粗、精加工。易于实现数控加工。27电火花加工产品实例线切割加工产品实例 28

电解加工工作原理：工件接阳极，工具〔铜或不锈钢〕接阴极，两极间加直流电压6～24V，极间保持0.1～1mm间隙。在间隙处通以6～60m/S高速流动电解液，形成极间导电通路，工件外表材料不断溶解，溶解物及时被电解液冲走。工具阴极不断进给，保持极间间隙。电解加工原理图电解液直流电源泵工件阳极阴极进给工具阴极29模具型腔、枪炮膛线、发电机叶片、花键孔、内齿轮、小而深的孔加工，电解抛光、倒棱、去毛刺等

电解加工特点

电解加工应用电解复合加工：充气电解加工、振动进给脉冲电流电解加工、中间电极法电解加工、电解磨削等进给阴极片电解液分度空心水套管叶片阴极片电解加工整体叶轮30

电解磨削工件与磨轮保持一定接触压力，突出的磨料使磨轮导电基体与工件之间形成一定间隙。电解液从中流过时，工件产生阳极溶解，外表生成一层氧化膜，其硬度远比金属本身低，易被刮除，露出新金属外表，继续进行电解。电解作用与磨削作用交替进行，实现加工。电解磨削效率比机械磨削高，且磨轮损耗远比机械磨削小，特别是磨削硬质合金时，效果更明显。导电磨轮电解液电刷工作台工件绝缘板导电基体磨料阳极膜电解磨削原理图31

超声波加工工作原理：

变幅杆超声波发生器超声波加工原理图振动方向工具换能器工作液喷嘴工件视频利用工具端面作超声〔16～25kHz〕振动，使工作液中的悬浮磨粒对工件外表撞击抛磨来实现加工。超声波发生器将工频交流电能转变为有一定功率输出的超声频电振荡，通过换能器将超声频电振荡转变为超声机械振动，此时振幅一般很小，再通过振幅扩大棒〔变幅杆〕使固定在变幅杆端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。32超声波加工机床超声波加工样件33超声波加工特点及应用34

电子束加工工作原理：真空条件下，利用电流加热阴极发射电子束，经控制栅极初步聚焦后，由加速阳极加速，通过透镜聚焦系统进一步聚焦，使能量密度集中在直径5～10μm斑点内。高速而能量密集的电子束冲击到工件上，被冲击点处形成瞬时高温〔几分之一微秒时间内升高至几千摄氏度〕，工件外表局部熔化、气化直至被蒸发去除。电子束加工原理图控制栅极加速阳极电子束斑点旁热阴极聚焦系统工件工作台35电子束加工特点及应用电子束束径小〔最小直径可达0.01～0.05mm〕，而电子束长度可达束径几十倍，故可加工微细深孔、窄缝。电子束加工的喷丝头异形孔材料适应性广〔原那么上各种材料均能加工〕，特别适用于加工特硬、难熔金属和非金属材料。36

离子束加工工作原理：利用氩〔Ar〕离子或其它带有10keV数量级动能的惰性气体离子，在电场中加速，以极高速度“轰击〞工件外表，进行“溅射〞加工。离子碰撞过程模型被排斥Ar离子回弹溅射原子位移原子格点间停留离子一次溅射原子Ar离子二次溅射原子Ar离子格点置换离子位移原子工件表面工件真空37将被加速的离子聚焦成细束，射到被加工外表上。被加工外表受“轰击〞后，打出原子或分子，实现分子级去除加工。

离子束溅射去除加工

四种工作方式惰性气体入口阴极中间电极电磁线圈阳极控制电极绝缘子引出电极离子束聚焦装置摆动装置工件三坐标工作台离子束去除加工装置加工装置如图示。三坐标工作台可实现三坐标直线运动，摆动装置可实现绕水平轴摆动和绕垂直轴转动。离子束溅射去除加工可用于非球面透镜成形，金刚石刀具和冲头的刃磨，大规模集成电路芯片刻蚀等。38

离子束溅射镀膜加工用加速的离子从靶材上打出原子或分子，并将这些原子或分子附着到工件上，形成“镀膜〞。溅射镀膜可镀金属，也可镀非金属。由于溅射出来的原子和分子有相当大的动能，故镀膜附着力极强〔与蒸镀、电镀相比〕。离子镀氮化钛，美观耐磨。应用在刀具上可提高寿命1-2倍。离子束源靶溅射材料溅射粒子工件真空离子束溅射镀膜加工离子束加工金刚石制品离子束离子束r=0.01μm预加工终加工a)压头r=0.01μm离子束离子束预加工终加工b)刀具39用高能离子〔数十万KeV〕轰击工件外表，离子打入工件表层，其电荷被中和，并留在工件中〔置换原子或填隙原子〕，从而改变工件材料和性质。可用于半导体掺杂〔在单晶硅内注入磷或硼等杂质，用于晶体管、集成电路、太阳能电池制作〕，金属材料改性〔提高刀具刃口硬度〕等方面。

离子束溅射注入加工

离子束曝光用在大规模集成电路制作中，与电子束相比有更高的灵敏度和分辨率。40

激光加工工作原理：激光是一种受激辐射而得到的加强光。其根本特征：◎强度高，亮度大◎波长频率确定，单色性好◎相干性好，相干长度长◎方向性好，几乎是一束平行光当激光束照射到工件外表时，光能被吸收，转化成热能，使照射斑点处温度迅速升高、熔化、气化而形成小坑，由于热扩散，使斑点周围金属熔化，小坑内金属蒸气迅速膨胀，产生微型爆炸，将熔融物高速喷出并产生一个方向性很强的反冲击波，于是在被加工外表上打出一个上大下小的孔。激光器工件工作台激光加工原理图光阑反射镜聚焦镜电源激光加工41激光器：

固体激光器◎混合气体：氦约80%，氮约15%，CO2约5%◎通过高压直流放电进行鼓励◎波长10.6μm，为不可见光◎能量效率5%～15%反射凹镜反射平镜电极放电管CO2气体冷却水进口冷却水出口激光高压直流电源CO2激光器示意图

气体激光器：CO2激光器1-全反射镜2-谐振腔3、10-冷却水4-工作物质5-玻璃套管6-部分反射镜7-激光束8-聚光器9-氙灯11-电源固体激光器结构示意图◎YAG〔结晶母材由钇、铝和石榴石构成〕激光器◎红宝石激光器42激光加工特点：加工材料范围广，适用于加工各种金属材料和非金属材料，特别适用于加工高熔点材料，耐热合金及陶瓷、宝石、金刚石等硬脆材料。加工性能好，工件可离开加工机进行加工，可透过透明材料加工，可在其他加工方法不易到达的狭小空间进行加工。非接触加工方式，热变形小，加工精度较高。可进行微细加工。激光聚焦后焦点直径理论上可小至1μ以下，实际上可实现φ0.01mm的小孔加工和窄缝切割。加工速度快，效率高。激光加工不仅可以进行打孔和切割，也可进行焊接、热处理等工作。激光加工可控性好，易于实现自动控制。加工设备昂贵。43激光加工应用：激光打孔——广泛应用于金刚石拉丝模、钟表宝石轴承、陶瓷、玻璃等非金属材料，和硬质合金、不锈钢等金属材料的小孔加工。激光打孔激光切割——激光切割具有切缝窄、速度快、热影响区小、省材料、成本低等优点，并可以在任何方向上切割，包括内尖角。可以切割钢板、不锈钢、钛、钽、镍等金属材料，以及布匹、木材、纸张、塑料等非金属材料。激光切割激光焊接——与打孔相比，激光焊接所需能量密度较低，因不需将材料气化蚀除，而只要将工件的加工区烧熔使其粘合在一起。激光焊接没有焊渣，不需去除工件氧化膜，可实现不同材料之间的焊接，特别适宜微型机械和精密焊接。激光焊接44激光焊接激光切割457.3.2快速原型制造快速原型制造原理467.3.2快速原型制造快速原型制造过程喷粘结剂喷热熔材料三维产品（样品/模具）表面处理构造三维模型模型近似处理切片处理激光喷射源固化树脂切割箔材烧结粉末477.3.2快速原型制造a）b）传统加工与快速成型比较模具模具设计铸造焊接锻压毛坯（大于工件）半成品半成品工件去除加工设计模具样品快速成形487.3.2快速原型制造快速成型机床及快速成型件497.3.2快速原型制造快速原型制造特征由CAD模型直接驱动；可快速成形任意复杂的三维几何实体，不受传统机械加工方法中刀具无法到达某些型面的限制；采用“分层制造〞方法，通过分层，将三维成形问题变成简单的二维平面成形；成形设备为计算机控制的通用机床，无需专用工模具；成形过程无需人工干预或很少人工干预；节省原材料。507.3.2快速原型制造快速原型制造应用用快速原型直接制造产品样品，一般只需传统加工方法30～50%的工时，20～35%的本钱。这种样品与最终产品相比，虽然材质可能有所差异，但形状与尺寸完全相同，且有较好的机械强度。经适当的外表处理后，与真实产品一模一样。不仅可供设计者和用户进行直观检测、评判、优化，而且可在零件级和部件级水平上，对产品工艺性能、装配性能及其他特性进行检验、测试和分析。例GM公司在97年推出的新车型中，使用RP生成的模型进行车内空调系统传热学试验，节省费用40%以上。Chrysler那么直接利用RP制造的车体原型进行高速风洞流体动力学试验，节省本钱达70%。RP是生产厂家与客户或订购商的最正确交流手段，RP生成的模型亦是工程部门与非工程部门交流的理想中介物。RP利用材料累加法亦可用来直接制造塑料、陶瓷、金属及各种复合材料零件。

产品开发517.3.2快速原型制造直接制作模具——快速成形件具有较好的机械强度和稳定性，且能承受一定的高温〔约200℃〕，可直接用作某些模具，如砂型铸造木模的替代模、低熔点合金铸造模、试制用注塑模，以及熔模铸造的蜡模的替代模，或蜡模的成形模。复制软模具——用快速成形件作母模，可浇注蜡、硅橡胶、环氧树脂、聚氨脂等软材料，构成软模具；或先浇注硅橡胶、环氧树脂模〔蜡模成形模〕，再浇注蜡模。蜡模用于熔模铸造，硅橡胶模、环氧树脂模可用作试制用注塑模，或低熔点合金铸造模。复制硬模具——用快速成形件作母模，或据其复制的软模具，可浇注〔或涂覆〕石膏、陶瓷、金属、金属基合成材料，构成硬模具〔如各种铸造模、注塑模、蜡模的成形模、拉伸模等。制作电加工机床用电极——用快速成形件作母体，通过喷镀或涂覆金属、粉末冶金、精密铸造、浇注石墨粉或特殊研磨，可制作金属电极或石墨电极。

模具制造527.3.2快速原型制造

其他领域应用53RPM应用领域7.3.2快速原型制造

RPM应用领域547.3.2快速原型制造

RPM应用领域RPM行业占有率557.3.2快速原型制造快速原型制造方法分层实体制造〔LaminatedObjectManufacturing-LOM〕

分层实体制造示意图1-激光器2-热压辊3-计算机4-供纸卷5-收纸卷6-块体7-层框和碎小纸块8-透镜系统根据零件分层信息，用数控激光机在铺上的一层箔材上切出本层轮廓，将该层非零件图样局部切成小块，以便以后去除；再铺上一层箔材，用加热滚辗压，以固化粘接剂，使新铺上的一层箔材牢固地粘结在成形体上，再切割新层轮廓，如此反复直至加工完毕。使用材料为一种特殊的纸，也可用金属箔等。567.3.2快速原型制造光固化立体造型〔StereoLithography-SL〕

又称立体印刷〔StereoLithographyApparatus-SLA〕、激光立体光刻〔LaserPhotolithography-LP〕立体印刷示意图1-成形零件2-紫外激光器3-环氧或丙烯酸光敏树脂4-升降台5-液面如图示，液槽中盛有紫外激光固化液态树脂，开始成型时，工作台台面在液面下一层高度，聚焦的紫外激光光束在液面上按该层图形进行扫描，被照射的地方就固化，未被照射的地方仍然是液态树脂。然后升降台带开工作台下降一层高度，第二层上布满了液态树脂，再按第二层图形进行扫描、新固化的一层被牢固地粘在前一层上，如此重复直至零件成型完毕。577.3.2快速原型制造选择性激光烧结〔SelectedLaserSintering-SLS〕

又称激光熔结〔LaserFusion-LF〕

选择性激光烧结1-光栅扫描器2-激光束3-激光器4-已烧结粉末5-未烧结粉末6-新层7-水平辊8-前层如图示，先在工作台上铺一层一定厚度的金属粉末，用水平辊辗压，使其具有很好密实度和平整度，将激光束聚焦在层面上，按所需层面图样进行数控扫描，即可进行激光烧结而形成层面，再在其上铺上一层粉末，进行另一层烧结，如此叠加形成一个粉末烧结零件。587.3.2快速原型制造熔融沉积成形〔FusedDepositionModeling-FDM〕

又称熔融挤压成形〔MeltedExtrusionModeling-MEM〕如图示，将丝状热熔性材料加热，由喷头挤压出丝，按层面图样要求沉积出一个层面，然后如法生成下一个层面，并与前一个层面熔接在一起，这样层层扫描堆成三维零件。喷头熔融挤压成形料丝成形工件料丝辊XYZ597.3.2快速原型制造喷射印刷成形〔JetPrintingModeling-JPM〕

也可以在工作台上铺上一层均匀的密实的可粘接粉末，由喷头喷射粘接剂而形成层面，再逐层叠加形成零件。喷头可以是单个，也可以是多个〔可多达96个〕这种方法不采用激光，但成形设备要求较高〔需5轴联动〕。又称三维打印〔ThreeDimensionPrinting-3DP〕将热熔成形材料〔如工程塑料〕熔融后由喷头喷出，扫描形成层面，经逐层堆积而形成零件，如图示。压电喷射头成形工件材料微粒喷射印刷成形支承升降台607.3.2快速原型制造

喷射印刷成形617.3.2快速原型制造国内主要RPM系统蜡粉，聚碳酸树脂涂覆纸研制单位清华大学西安交大华中科大北京隆源公司工艺方法LOM+FDMSLALOMSLS设备型号M-PMS-ⅡLPS-600AHRP-ⅡASF-300工件尺寸600×400×500600×600×500600×600×500φ300×400成形材料涂覆纸，ABS，蜡光固化树脂软件所有CAD系统STL所有CAD系统STL所有CAD系统STL所有CAD系统STL成形精度±0.1mm±0.1mm±0.1mm±0.1mm627.3.3高速加工和超高速加工高速加工和超高速加工概念萨洛蒙曲线〔1931〕—切削温度随着切削速度的增大而提高，超过某一速度后，切削温度反而降低。同时，切削力也会大幅度下降。Salomon切削温度与切削速度曲线切削适应区软铝切削速度v/(m/min)切削不适应区06001200180024003000青铜铸铁钢硬质合金980℃高速钢650℃碳素工具钢450℃Stelite合金850℃16001200800400切削温度/℃切削适应区非铁金属637.3.3高速加工和超高速加工

高速加工定义

高速加工速度范围10100100010000切削速度V（m/min）塑料铝合金铜铸铁钢钛合金镍合金车削：

700-7000m/min铣削：

300-6000m/min钻削：200-1100m/min磨削：

50-300m/s647.3.3高速加工和超高速加工高速加工特点及应用

高速加工特点切削力小：较常规切削至少降低30%，径向力降低更明显。有利于减小工件受力变形，适于加工薄壁件和细长件。切削热小：加工过程迅速，95%以上切削热被切屑带走，工件积聚热量极少，温升低，适合于加工熔点低、易氧化和易于产生热变形的零件。动力学特性好：刀具激振频率远离工艺系统固有频率，不易产生振动，可获得好的外表粗糙度可加工硬外表：高速切削可加工硬度HRC45-65的淬硬钢铁件，在一定条件下可取代磨削加工或某些特种加工环保：可实现“干切〞和“准干切〞，防止冷却液污染

加工效率高：进给率较常规切削提高5～10倍，材料去除率可提高3～6倍。视频视频657.3.3高速加工和超高速加工高速5轴加工增压器叶轮667.3.3高速加工和超高速加工

高速加工应用

航空航天：

◎带有大量薄壁、细筋的大型轻合金整体构件加工，材料去除率达100-180cm3/min。

◎镍合金、钛合金加工，切削速度达200-1000m/min

汽车工业：

◎采用高速数控机床和高速加工中心组成高速柔性生产线，实现多品种、中小批量的高效生产

仪器仪表：

◎精密光学零件加工。677.3.3高速加工和超高速加工专用机床5轴×4工序=20轴（3万件/月）刚性（零件、孔数、孔径、孔型固定不变）1234钻孔表面倒棱内侧倒棱铰孔表面和内侧倒棱高速钻孔高速加工中心1台1轴1工序（3万件/月）柔性（零件、孔数、孔径、孔型可变）汽车轮毂螺栓孔高速加工实例（日产公司）687.3.3高速加工和超高速加工a）传统模具加工过程b）高速模具加工过程两种模具加工过程比较697.3.3高速加工和超高速加工采用高速加工缩短模具制作周期（日产汽车公司）与最终尺寸差值/mm加工时间100%1010.10.010.001粗加工精加工手工精修传统加工方法高速切削少量手工精修对于复杂型面模具，模具精加工费用往往占到模具总费用的50%以上。采用高速加工可使模具精加工费用大大减少，从而可降低模具生产本钱。707.3.3高速加工和超高速加工高速加工机理717.3.3高速加工和超高速加工高速加工体系结构及关键技术高速加工刀具工件高速加工工艺实时监控系统工件材料定位夹紧动平衡高速加工机床机床整体结构机床主轴系统机床进给系统冷却系统安全防护装置数控系统实时监控系统切削与磨削机理切削力切削热切屑形态切削振动切削方式路径规划加工参数选取工序、工步优化设计刀具材料与结构设计刀具使用寿命磨损、破损机理与在线检测动平衡刀具刃磨与修整72精密加工和超精密加工

精密加工和超精密加工概念精密加工——在一定的开展时期，加工精度和外表质量到达较高程度的加工工艺。超精密加工——在一定的开展时期，加工精度和外表质量到达最高程度的加工工艺。瓦特改进蒸汽机——镗孔精度1mm20世纪40年代——最高精度1μm20世纪90年代——精密加工：0.1～1μm，Ra＜0.1μm〔亚微米加工〕超精密加工：＜0.1μm，Ra＜0.01μm〔纳米加工〕精密工程——精密加工与超精密加工统称73

精密加工和超精密加工特点74

精密加工和超精密加工方法精密加工和超精密加工复合加工切削加工：车削、铣削、镗削、钻微孔高速加工工艺电火花加工：成形加工、线切割加工电化学加工：蚀刻加工、化学铣削超声波加工微波加工电子束加工离子束加工：去除加工、附着加工、结合加工激光加工磨料加工磨削：砂轮磨削、砂带磨削研磨：精密研磨、油石研磨超精加工精密珩磨砂带研抛、超精研抛固结磨料加工游离磨料加工抛光：精密抛光、弹性发射、液体研磨、液体动力抛光、挤压研抛喷射加工75

金刚石刀具精密切削

金刚石刀具超精密切削机理

切削在晶粒内进行切削力＞原子结合力〔剪切应力达13000N/mm2〕刀尖处温度极高，应力极大，普通刀具难以承受高速切削〔与传统精密切削相反〕，工件变形小，表层高温不会涉及工件内层，可获得高精度和好外表粗糙度用于铜、铝及其合金的精密切削〔切铁金属，由于亲合作用，产生“碳化磨损〞，影响刀具寿命和加工质量〕加工各种红外光学材料如锗、硅、ZnS和ZnSe等加工有机玻璃和各种塑料典型产品：光学系统反射镜、射电望远镜主镜面、大型投影电视屏幕、照像机塑料镜片、树脂隐形眼镜镜片等

金刚石刀具超精密切削应用76

影响金刚石刀具超精密切削因素77

精密磨削

精密磨削机理

微刃的微切削作用，磨粒的微刃性和等高性〔见以下图〕微刃的等高切削作用微刃的滑挤、摩擦、抛光作用。修整方法：单粒金刚石修整、金刚石粉末烧结型修整器修整和金刚石超声波修整

修整器安装

精密磨削砂轮及其修整磨粒的微刃性和等高性78修整器安装位置砂轮修整79

精密磨床结构高几何精度：如主轴回转精度、导轨直线度，以保证工件的几何形状精度要求；高精度的横向进给机构：以保证工件的尺寸精度，以及砂轮修整时的微刃性和等高性；低速稳定性好的工作台纵向移动机构：不能产生爬行、振动，以保证砂轮的修整质量和加工质量。

影响精密磨削质量因素砂轮选择与修整磨床结构与精度磨削工艺参数工作环境80

超硬磨料砂轮精密与超精密磨削

超硬磨料砂轮及应用

指金刚石砂轮和立方氮化硼〔CBN〕砂轮加工难加工材料〔如硬质合金、陶瓷、玻璃、半导体材料及石材等〕

超硬磨料砂轮磨削特点可用来加工各种高硬度、高脆性金属和非金属难加工材料〔对于钢铁等材料适用于用立方氮化硼砂轮磨削〕磨削能力强，耐磨性好，使用寿命长，易于控制加工尺寸及实现加工自动化磨削力小，磨削温度低，加工外表质量好磨削效率高加工综合本钱低81分为整形〔Truing〕和修锐〔Sharpening〕两个阶段：整形是使砂轮到达一定几何形状的要求；修锐是去除磨粒间的结合剂，使磨粒突出结合剂一定高度〔一般为磨粒尺寸的1/3左右〕，形成足够的切削刃和容屑空间。

超硬磨料砂轮修整修整方法：①用碳化硅砂轮〔或金刚石笔〕修整，获得所需形状②电解修锐〔适用于金属结合剂砂轮〕，效果好，并可在线修整＋ELID磨削原理电源金刚石砂轮（铁纤维结合剂）电解液电解液电刷－进给82

精密与超精密砂带磨削

砂带磨削方式

砂带：带基材料为聚碳酸脂薄膜，其上植有细微砂粒。砂带在一定工作压力下与工件接触并作相对运动，进行磨削或抛光。有开式〔见右图〕和闭式两种形式，可磨削平面、内外圆外表、曲面等接触轮硬磁盘—装在主轴真空吸盘上砂带磨削示意图V砂带砂带轮卷带轮F-径向进给f-径向振动83几种砂带磨削形式a）砂带无心外圆磨削（导轮式）工件导轮接触轮主动轮砂带工件接触轮主动轮砂带b）砂带定心外圆磨削（接触轮式）c）砂带定心外圆磨削（接触轮式）工件接触轮主动轮砂带接触轮砂带工件d）砂带内圆磨削（回转式）工件支承板主动轮砂带工作台e）砂带平面磨削（支承板式）f）砂带平面磨削（支承轮式）支承轮工件砂带接触轮84

砂带磨削特点

砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好〔Ra值可达0.02μm〕。静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上〔见图〕，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。强力砂带磨削，磨削比〔切除工件重量与砂轮磨耗重量之比〕高，有“高效磨削〞之称。制作简单，价格低廉，使用方便。可用于内外外表及成形外表加工。静电植砂砂带结构磨粒规格涂层粘接剂基带85

精密研磨抛光

磁性研磨

工件放在两磁极之间，工件和极间放入含铁的刚玉等磁性磨料，在直流磁场的作用下，磁性磨料沿磁力线方向整齐排列，如同刷子一般对被加工外表施加压力，并保持加工间隙。研磨压力的大小随磁场中磁通密度及磁性磨料填充量的增大而增大，因此可以调节。研磨时，工件一面旋转，一面沿轴线方向振动，使磁性磨料与被加工外表之间产生相对运动。工件（陶瓷滚柱）磁性材料磁极振动运动磁力研磨原理NS这种方法可研磨轴类零件内外圆外表，也可以用来去毛刺。86

软质磨粒抛光

软质磨粒抛光的特点是可以用较软的磨粒〔如SiO2、ZrO2〕来抛光。它不产生机械损伤，可减少一般抛光中所产生的微裂纹、磨粒嵌入、洼坑、麻点、附着物、污染等缺陷，获得好的外表质量。工件小间隙加压抛光轮悬浮液微粉(磨粒)弹性发射加工原理典型的软质磨粒抛光是弹性发射加工〔ElasticEmissionMachining-EEM〕,它利用水流加速微小磨粒，磨粒以很大的动能撞击工件外表，使表层不平处的原子晶格受到很大剪切力，致使这些原子被移去。抛光液的入射角〔与水平面的夹角〕要尽量小以增加剪切力，抛光器为聚氨酯球，抛光时抛光器与工件不接触。87微细加工技术

微细加工概念及特点88

微细加工方法微细加工方法89

光刻加工离子束4.刻蚀（形成沟槽）5.沉积（形成电路）6.剥膜（去除光致抗蚀剂）3.显影、烘片（形成窗口）窗口2.曝光（投影或扫描）掩膜电子束光刻加工过程1.涂胶（光致抗蚀剂）氧化膜光致抗蚀剂基片901〕以同步加速器放射的短波长〔＜1nm〕X射线作为曝光光源，在厚度达0.5mm的光致抗蚀剂上生成曝光图形的三维实体；2〕用曝光蚀刻图形实体作电铸模具，生成铸型；3〕以生成的铸型作为模具，加工出所需微型零件。X射线曝光腐蚀溶解抗蚀剂电铸铸型注射成形零件LIGA制作零件过程

LIGA由深层同步X射线光刻、电铸成形、塑注成形组合而成。包括三个主要工序：91LIGA工作现场92

50μmX射线刻蚀的三维实体

LIGA特点用材广泛，可以是金属及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等可以制作高度达0.1～0.5mm，高宽比大于200的三维微结构〔见图〕，形状精度达亚微米可以实现大批量复制，本钱较低

LIGA代表产品及应用微传感器、微电机、微机械零件、微光学元件、微波元件、真空电子元件、微型医疗器械等广泛应用于加工、测量、自动化、电子、生物、医学、化工等领域93

集成电路芯片制造集成电路芯片的主要工艺方法a）外延生长b）氧化c）光刻d）选择扩散e）真空镀膜94

印刷电路板制造印刷电路板a）单面板b）双面板c）双面板电路结构d)多层板电路结构9596微机电系统〔MicroElectroMechanicalSystems-MEMS〕微机电系统又称为微型机械〔Micromachine〕，或微型系统〔Microsystem〕，是指集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理、控制电路、接口、通讯、电源等于一体的微型机电器件或综合体。微机电系统可以认为是一个产品，其特征尺寸范围1μm~1mm〔包括当前尺寸在1~10mm的小型机械和将来利用生物工程和分子组装可实现的1nm~1μm的纳米机械或分子机械〕。微型机电系统由输入、传感器、信号处理、执行器等独立的功能单位组成，其输入是力、光、声、温度、化学等物化信号，通过传感器转换为电信号，经过模拟或数字信号处理后，由执行器与外界作用。各个微型机电系统可以采用光、磁等物理量的数字或模拟信号，通过接口与其它微型机电系统进行通讯。97光力声温度化学其他传感器模拟信号处理数字信号处理接口其他微机电系统执行器运动能量信息其他微机电系统结构98意大利气动机器人（用于胃肠道检验）997.4

制造单元和制造系统ManufacturingCellandManufacturingSystem1007.4.1制造单元和制造系统的自动化

目的与举措

制造单元与制造系统自动化目的加大质量本钱的投入，提高或保证产品的质量。提高对市场变化的响应速度和竞争能力，缩短产品上市时间。减少人的劳动强度、改善劳动条件，减少人为因素对生产的影响。提高劳动生产率。减少生产面积、人员，节省能源消耗，降低生产本钱。

制造单元与制造系统自动化举措

单一品种大批量生产自动化通用机床的自动化改造半自动机床、自动机床、组合机床数控机床、加工中心自动生产线柔性生产线1017.4.1制造单元和制造系统的自动化

多品种单件小批量生产自动化1027.4.1制造单元和制造系统的自动化

计算机辅助制造系统中央管理制造过程控制编目（库存）分配（供应）发货（出厂）生产控制维修制造说明书规范数控编程工具准备研究与开发研究与开发资料选择草图设计试验生产工程分析设计市场调查财务模型财会与供销生产管理与控制工程分析与设计供销财会财务计划制造、装配机械质量控制计算机辅助制造系统的分级结构1037.4.1制造单元和制造系统的自动化

制造单元和生产单元制造单元是制造系统的根底，制造系统是制造单元的集成可分为装配、加工、传输、检测、储存、控制等单元，强调各单元独立运行、并行决策、综合功能、分布控制、快速响应和适应调整制造单元的这种结构使生产具有柔性，易于解决单件小批多品种的生产自动化。制造单元〔ManufacturingCell-MC〕生产是一个系统工程，企业的功能依次为销售－设计－工艺设计－制造－装配，把销售放在第一位从功能结构上看，制造系统是生产系统的一局部，可以认为制造系统是一个生产单元，今后的生产单元是一个闭环自律式系统。生产单元〔ProductionCell-PC〕1047.4.2自动生产线

组成自动生产线机床和工艺装备系统工件传输系统控制系统检测系统辅助系统机床刀具夹具量具辅具工件传输装置储料装置上下料装置上下料机械手全线工作循环控制装置故障寻检、工作循环监视装置信号装置精度检测加工面检测切屑清除装置清洗装置1057.4.2自动生产线

加工箱体零件的组合机床自动生产线1－控制台2－立式组合机床3－鼓轮4－夹具5－切屑输送装置6－液压油泵站7－平卧双面组合机床8－双面卧式组合机床9－转台10－工件传送带11－传送带传动装置1067.4.2自动生产线

244FM摩托车发动机汽缸加工自动线1077.4.2自动生产线

设计要点生产节拍——根据生产纲领确定，按节拍拟订零件的工艺过程，安排工序、工位、工步和走刀。全线分段——对于比较长的自动线，按工艺可将其分成假设干段，每段设备6～10台，每段之间配置储料装置，便于分段维修，以免因故障造成全线停工而带来的重大损失。定位和安装——多采用单一基准原那么，工件在机床夹具上直接定位夹紧，或采用随行夹具〔托盘〕，工件连同随行夹具一起在自动线上传输，由随行夹具在机床上进行单一基准定位夹紧。结构布局形式——结构布局形式应考虑零件工艺过程、机床数量、厂房面积大小和形状等因素，有直线形、折线形、框形和环形等；机床可排列在线的一边，也可排列在线的二边。应用

大批大量生产1087.4.3柔性制造系统〔FMS〕概念、特点及适应范围柔性制造系统由多台加工中心或数控机床、自动上、下料装置、储料和输送系统等组成，没有固定的加工顺序和节拍，在计算机及其软件系统的集中控制下，能不停机调整、更换工件和工夹具，实现加工自动化，在时间和空间〔多维性〕上都有高度的柔性，是一种计算机直接控制的自动化可变加工系统。

定义具有高度柔性，能实现多种不同工艺要求不同“类〞的零件加工，自动更换工件、夹具、刀具和自动装夹。具有高度的自动化程度、稳定性和可靠性，能实现长时间的无人自动连续工作〔如连续24小时工作〕。提高设备利用率，减少调整、准备终结等辅助时间。具有高生产率。降低直接劳动费用，减小占地面积，增加经济收益。

特点1097.4.3柔性制造系统〔FMS〕

应用品种零件品种、批量与自动化加工方式0101001000

批量10,000100010010FMLFMCFMS数控机床通用机床刚性线生产柔性产量1107.4.3柔性制造系统〔FMS〕FMS类型柔性制造单元〔FlexibleManufacturingCell-FMC〕柔性制造单元是一个可变加工单元，由单台计算机控制的加工中心或数控机床、环形〔圆形、角形或长圆形等〕托盘输送装置或机器人所组成，采用切削监视系统实现自动加工，不停机更换工件进行连续生产。FMC是组成柔性制造系统的根本单元。1117.4.3柔性制造系统〔FMS〕数控车床和机器人组成的柔性制造单元1127.4.3柔性制造系统〔FMS〕交换托盘装置Rogont加工中心，配置可自动交换水平和垂直主轴头1137.4.3柔性制造系统〔FMS〕CincinnatiHMC柔性制造单元，可实现高速、高精度加工（重复定位精度±1μReal1147.4.3柔性制造系统〔FMS〕柔性制造系统〔FlexibleManufacturingSystem-FMS〕由两台或两台以上的加工中心、数控机床或柔性制造单元所组成，配置有自动输送装置〔有轨、无轨输送车或机器人〕、工件自动上、下料装置〔托盘交换或机器人〕和自动化仓库等，并有计算机递阶控制功能、数据管理功能、生产方案和调度管理功能，以及实时监控功能等。通常所说的柔性制造系统就是指的这种类型。柔性制造系统1157.4.3柔性制造系统〔FMS〕飞机零件加工FMS（Cincinnati）1—装卸站2—运输小车3—MC4—切屑处理站5—清洗站6—检测站7—手工检测站8—计算机室9—小车维修站10—包装站6123457891033361167.4.3柔性制造系统〔FMS〕冲床冲压FMS1177.4.3柔性制造系统〔FMS〕柔性制造自动线〔FlexibleTransmissionLine-FTL〕由假设干台加工中心组成，但物料系统不采用自动生产线所用的上、下料装置，如各种送料槽等，不追求高度的柔性和自动化程度。这种柔性制造系统又称之为准柔性制造系统。可变生产线〔VariableProductionLine-VPL〕由假设干台带有可更换部件的加工中心或控机床组成，用于成批生产。当加工工件变化时，可更换机床的某些部件〔如主轴箱〕，进行另一种零件的自动加工。是一种有限柔性制造系统.可重组生产线〔ReconfigurableProductionLine-RPL〕生产线设备按所加工范围内零件工艺过程安排，机床布局确定后不再变动。加工不同的零件时，根据该零件工艺过程由计算机调度在所要加工的机床上加工。实际上是一种柔性物料输送的制造系统。

1187.4.3柔性制造系统〔FMS〕FMS组成和结构

组成结构物质系统FMS数控机床加工中心机床自动换刀装置自动换夹具自动换工件自动换主轴箱自动更换装置加工系统物流系统自动化仓库机床输送带自动输送车工业机器人运输系统机械手工业机器人装卸系统加工控制物料控制自动采集数据自动处理数据控制系统监视系统信息系统能量系统能量自动转换系统能量自动分配输送系统1197.4.3柔性制造系统〔FMS〕

控制系统工作内容1207.4.3柔性制造系统〔FMS〕典型柔性制造线FMS实例分析1217.4.3柔性制造系统〔FMS〕典型柔性制造系统1227.4.3柔性制造系统〔FMS〕1237.4.3柔性制造系统〔FMS〕中央管理计算机FM-11AD2+物流控制计算机局域网络LAN文件库自动编程机单元控制机CNC车床CNC磨床单元控制机立式MC卧式MC单元控制机CNC车床管理级单元级设备级JCS-FMS-1控制级结构1247.5

先进制造模式AdvancedManufacturingModels1257.5.1计算机集成制造〔CIM〕计算机集成制造系统〔ComputerIntegratedManufacturingSystem-CIMS〕概念

CIMS提出1974年美国J.Harrington博士在“ComputerIntegratedManufacturing〞一书中首先提出CIM概念，其两个根本观点：企业生产活动的各个环节，从市场分析、产品设计、加工制造、经营管理到售后效劳是一个统一的不可分割的整体。整个生产过程可以视为一个数据采集、传递和加工处理的过程，最终产品可视为数据的物化表现。1267.5.1计算机集成制造〔CIM〕

CIM定义

CIM与CIMS1277.5.1计算机集成制造〔CIM〕CIMS体系结构NetworkDBBMPMMMLMFMMIS，，，，…QISCAICATCAQCCMM∶原材料，能源产品市场信息生产过程信息CIMS组成技术信息EISCADCAECAPPNCPCATD∶销售服务信息MASCNC,MC,FMS,ROBOT,AA…1287.5.1计算机集成制造〔CIM〕工程设计自动化分系统——CAD、CAE、CAPP、NCP、CATD…

制造自动化分系统——CNC、MC、FMC、FMS、AGV、ROBOT、AA…

质量信息分系统——CAI、CAT、CAQC、CMM…

管理信息分系统——MRPⅡ、BM、PM、LM、MM、FM…

计算机通信网络——采用国际标准网络协议，实现异构机、异构局网互连数据库——支持各CIMS分系统，并包括企业全部信息；在逻辑上统一，物理上分布

CIMS各分系统1297.5.1计算机集成制造〔CIM〕CIMS层次〔分级〕结构工厂车间1车间2车间M…单元1单元2单元N…铣削工作站检验工作站物料储运工作站机器人铣床零件存储器工厂层车间层单元层工作站层设备层CIMS递阶控制结构1307.5.1计算机集成制造〔CIM〕CAD/CAPP/CAM集成1317.5.1计算机集成制造〔CIM〕

CAD/CAPP/CAM集成途径

采用统一数据交换标准进行相互间的直接交换初始图形交换标准〔InitialGraphicsExchangeSpecification-IGES〕美国制定的中性格式数据交换标准，可以用它来进行信息集成，但由于缺少工艺信息，因此不能满足CAD/CAPP集成要求。解决的方法是在CAPP中，自行开发符合IGES的工艺信息，提供给计算机辅助工艺过程设计进行集成。产品模型数据交换标准〔StandardfortheExchangeofProductModelData-STEP〕是近年来由ISO制定的国际标准，现正在进一步开发中，它采用应用层〔信息结构〕、逻辑层〔数据结构〕、物理层〔数据格式〕三级模式，定义了EXPRESS语言作为描述产品数据的工具；它包含了几何信息、制造信息、检测和商务信息等，从根本上解决了计算机辅助设计与工艺过程设计之间的信息集成问题。采用统一的产品模型数据交换标准是解决信息集成的根本出路。1327.5.1计算机集成制造〔CIM〕

采用数据格式变换模块进行数据交换在两个集成环节之间，开发一个数据格式变换模块，并通过它进行数据交换。例如：CAD之后，开发一个后置处理模块，或在CAPP之前，开发一个前置处理模块，进行相互间的数据格式变换。这一方法是可行的，有效的，但比较麻烦。集成环节之间的数据交换a）点对点的数据交换b）基于中性数据的数据交换133

CIMS环境下的CAPP1347.5.1计算机集成制造〔CIM〕在CIMS环境下的CAPP功能模块图1357.5.1计算机集成制造〔CIM〕

CIMS环境下的CAM在CIMS环境下的CAM功能模块图1367.5.1计算机集成制造〔CIM〕CIM的开展和应用CIM的开展137

CIMS实例分析CIMS-ERC系统结构138CIMS-ERC制造系统单元层平面布置7.5.1计算机集成制造〔CIM〕1397.5.1计算机集成制造〔CIM〕CIMS-ERC获1994年CASA/SME颁发的“UniversityLEADAward”1407.5.2并行工程〔CE〕并行工程〔ConcurentEngineering-CE〕概念1417.5.2并行工程〔CE〕顺序方法开发产品的弊端产品设计工艺规划加工装配市场需求无法加工装配困难1427.5.2并行工程〔CE〕并行工程体系结构过程设计计划管理过程控制过程管理与控制过程质量管理质量功能配置过程控制质量管理与控制过程管理与控制计算机辅助工程面向工程的设计计算机仿真技术支持环境计算机系统数据库网络与通讯集成框架系统群组工作框架生产制造生产计划与调度设备运行工况监视快速制造技术并行工程1437.5.2并行工程〔CE〕并行工程应用和发展

波音777并行工程1447.5.2并行工程〔CE〕波音777客机——无图纸制造1457.5.2并行工程〔CE〕

复杂机械结构件并行工程针对某航天典型复杂机械结构件的并行工程并行工程的体系结构由管理与质量、工程、制造、支持环境4个分系统组成协同工作环境由计算机与操作系统、网络通信、数据库、集成框架系统、群组工作集成框架、应用系统等层次构成效益：产品设计周期缩短了60%、工艺检查周期减少50%、工装准备周期减少30%、降低本钱20%。某航天复杂机械结构件并行工程体系结构1467.5.3精良生产〔LP〕精良生产（LeanProduction——LP）的由来1477.5.3精良生产〔LP〕强调人的作用，以人为中心：工人是企业的主人，生产工人在生产中享有充分的自主权。所有工作人员都是企业的终身雇员，企业把雇员看作是比机器更为重要的固定资产。要充分发挥职工的创造性。以“简化〞为手段去除生产中一切不增值的工作：要简化组织机构、简化与协作厂的关系，简化产品开发过程、生产过程、产品检验过程，减少非生产费用，强调一体化质量保证。精益求精，以“尽善尽美〞为最终目标：持续不断地改进生产、降低本钱、力争无废品、无库存和产品品种多样化。所以精良生产不仅是一种生产方式，而且是一种现代制造企业的组织管理方法。精良生产要点1487.5.3精良生产〔LP〕“看板〞〔Konban〕管理出发点——后序驱动示意图“看板”管理n乙n工序n-1乙n-1工序n甲n-1甲n-1工序n工序1取货存件箱23a3b4567a7b传件看板生产看板JIT

要求：严格管理；各环节、各工序均处于良好运行状态；人员素质高，多面手，且处于高度紧张状态。1497.5.3精良生产〔LP〕LP与MP比较比较项目大量生产精良生产追求目标高效率、高质量、低成本完善生产，消除一切浪费工作方式专业分工，相互封闭责、权、利统一的工作小组，协同工作，团队精神组织管理宝塔式，组织机构庞大权利下放，扁平式组织结构产品特征标准化产品面向用户的多样化产品设计方式串行模式并行模式生产特征大批量、高效率生产变批量、柔性化生产供货方式大库存缓冲JIT方式，接近0库存质量保证靠机床设备，事后把关靠生产人员保证，追求零缺陷雇员关系雇佣关系，合同约束终身雇用，风雨同舟用户关系靠产品质量、成本取胜用户满意，需求驱动，主动销售供应商合同关系，短期行为长期合作，利益共享，风险共担1507.5.4敏捷制造和虚拟制造

敏捷制造（AgileManufacturing-AM）

敏捷制造提出

敏捷制造要点1517.5.4敏捷制造和虚拟制造

动态企业联盟网络企业K+1企业1企业2企业K企业K+2企业N协调信息服务…企业3企业4…“虚拟制造”环境与虚拟企业企业1企业3企业K企业K+2“虚拟制造〞环境与虚拟企业1527.5.4敏捷制造和虚拟制造

Internet（Intranet）客户供应商企业1设计计划销售单元1单元n单元2企业n企业2虚拟企业网络结构虚拟企业网络结构1537.5.4敏捷制造和虚拟制造

AM与LP比较精良生产敏捷制造充分利用和增强大批量生产优势采用大量定制生产方式追求零缺陷，使用户完全满意整个产品寿命周期用户满意变批量、柔性生产模块化产品设计和模块化制造系统注重技术与操作，实行连续改进注重组织与人员，实现动态重组终身聘用、工龄工资基于信任的雇佣关系，“社会合同”多功能小组，协同工作基于任务的组织与管理，多学科项目组工厂级范围涵盖整个企业范围，并扩展到企业之间与供应商利益共享，风险共担竞争、合作策略，组建虚拟公司资源有效利用，消除冗余在连续和不可预测变化的环境下发展准时制生产准时信息系统，网络制造平稳进度计划，小批量、“零”库存承认并快速响应市场变化154虚拟制造7.5.4敏捷制造和虚拟制造

1557.5.4敏捷制造和虚拟制造

虚拟装配1567.5.4敏捷制造和虚拟制造

挖掘机动画仿真1577.5.5大规模定制

158指众多生产相同或相似产品的企业在某个地区内聚集的现象7.5.6企业集群制造

企业集群制造概念企业集群制造是通过企业集群制造系统来实现的，企业集群制造系统是企业虚拟化和集群化的结果。企业虚拟化使产品的制造过程分解成多个独立的制造子过程，企业集群化使每个制造子过程都聚集了大量的同构企业并形成企业族。企业集群制造系统的结构

企业集群制造系统1597.5.6企业集群制造

企业集群制造要点160绿色制造是是一种综合考虑环境影响和资源利用的现代制造模式，其目标是使产品在从市场需求、设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的全生命周期中，对环境的负面影响最小，资源利用率最高。

7.5.7绿色制造

绿色制造〔GreenManufacturing-GM〕概念制造是永恒的，产品的生产会造成对环境的污染和破坏，人类的生存环境面临日益增长的产品废弃物危害和资源日益匮乏的局面，要以产品全生命周期来考虑，从市场需求开始，进行设计、制造，不仅要考虑它如何满足使用要求，而且要考虑当生命终结时如何处置它，使它对自然界的污染和破坏最小，而对自然资源的利用最大。

环境保护在产品设计时，应尽量选择可再生材料，产品报废后，要考虑资源的回收和再利用问题。为此，机械产品从设计开始就要考虑拆卸的可能性与经济性，在产品建模时，不仅要考虑加工、装配结构工艺性，而且要考虑拆卸结构工艺性，把拆卸作为计算机辅助装配工艺设计的一项重要内容。

资源利用1617.5.7绿色制造

清洁生产清洁生产的内容节省资源制造技术环保型制造技术再制造技术清洁生产清洁化制造过程绿色产品节能节省资源环保便于回收利用对于生产过程而言，绿色制造渗透到从原材料投入到产出成品的全过程，包括节约原材料和能源，替代有毒原材料，将一切排放物的数量与毒性削减在离开生产过程之前。

对于产品而言，绿色制造覆盖构成产品整个生命周期的各个阶段，即从原材料提取到产品的最终处置，包括产品的设计、生产、包装、运输、流通、消费及报废等，减少对人类和环境的不利影响1627.5.7绿色制造

绿色产品全生命周期设计全寿命周期成本设计制造销售使用处理回收需求产品寿命周期设计易于制造环境保护工作条件资源优化产品性能企业政策绿色产品全生命周期设计1637.5.7绿色制造

1641657.6.1智能制造涵义

基于人的智能制造〔HumanIntelligence-BasedManufacturing-HIM〕或基于智能性技能的制造〔IntelligentSkill-BasedManufacturing-ISM〕和以人为中心的制造〔HumanCenteredManufacturing-HCM〕1667.6.2智能制造方法

专家系统〔ExpertSystem–ES〕

什么是专家系统专家系统是一个计算机程序系统，它可以以人类专家的水平来处理和解决专业领域复杂问题。专家系统的建立最早由知识工程师与领域专家共同完成。自20世纪70年代以后，开展了专家系统开发工具，可以帮助领域专家直接生成自己的专家系统。专家系统具有启发性、透明性和灵活性特征。专家系统主要用于处理现实世界中提出的需要由专家来分析和判断的复杂问题。1677.6.2智能制造方法

专家系统组成知识库——存贮从领域专家采集的知识经，整理分解为事实与规那么推理机——根据知识进行推理和做出决策数据库——存放事实和由推理得到的事实知识获取设施〔工具〕——采集领域专家的知识输入／输出接口——与用户进行联系的窗口。专家系统的构成知识库数据库推理机知识获取专家用户接口1687.6.2智能制造方法

专家系统工作过程明确所要解决的问题提取知识库中相应的事实与规那么进行推理，做出决策

推理方式正向推理——从初始状态向目标状态的推理，从一组事实出发，一条条地执行规那么，且不断参加新事实，直至问题的解决，适用于初始状态明确，而目标状态未知的场合。反向推理——从目标状态向初始状态的推理，从已定的目标出发，通过一组规那么，寻找支持目标的各个事实，直至目标被证明为止，适用于目标状态明确，而初始状态不清楚的场合混合推理——多用于一些复杂问题的推理中。模糊推理——属于不精确推理，用于解决一些不易确定现象或要用经验感知决策的场合1697.6.2智能制造方法

知识表达谓词逻辑、框架、语义网络、产生式系统等其中产生式系统应用比较广泛，根本形式为IF〈条件1〉AND〈条件2〉OR〈条件3〉

…THEN〈结论1〉可信度a%〈结论2〉可信度b%例：麻花钻钻孔对应的工作范围，可以用IF…THEN…表达DMAX=2″DMIN=0.0625″ES=0.007√D+0.003″