先进制造技术

一、国内外先进制造技术的发展现状和发展趋势。（要求查阅最新的国际、国内期刊）

（一）、国际先进制造技术的现状

1世界上70％－80％以上的产品是制造出来的：如美国、瑞士。

2高科技的发展需要先进制造技术，特别是精密制造技术：火箭、导弹等。

3信息技术的发展，给机械制造技术带来了新活力：柔性制造技术、集成制造系统、并行工程等。 4必须将基础科学研究与工程研究更紧密结合起来。

5必须从实际出发：如CIMS的经验。

（二）、国内先进制造技术的现状

传统机械仍占主导位置。

先进制造系统与技术的研究，总体上看尚处在跟踪阶段，创新不多。

（三）、国际先进制造技术发展趋势

信息技术与制造技术的融合；

科学技术的综合是当前技术发展的一个重要特点。如：仿生学研究；

绿色制造是近年来发展最快的重点研究领域之一；

加强对机械制造学科的基础规律、机理的研究；

测量在现代制造技术中占有极重要的地位。如：虚拟测量技术；

“可重组的制造系统”值得注意；极端制造技术、微/纳加工技术、绿色制造技术； 网络制造技术（E-manufacturing）；制造技术与信息技术的集成；

大批量定制生产； MEMS/NEMS系统，机器人技术；数字化技术；

知识化：技术创新；产品及企业模块化

微小化、绿色化、智能化

（四）、国内先进制造技术发展趋势(1)

1. 21世纪的企业面临“管理革命”：（1）分散网络化制造：以订单为纽带进行资源重组，企业间动态联盟。（2）“中场产业”的兴起（3）“大企业病”的出现及中小企业化（4）企业间从单纯竞争走向既有竞争、又有结盟之路

2. 绿色制造将成为21世纪制造技术重要特征。

3. 以提高对市场快速反应能力为目标的制造技术得到超速发展和应用：并行工程，快速原型制造技术。

4.虚拟制造技术将广泛应用。

5.制造业信息化：制造技术和制造业是一切技术的载体和“物化”手段，当然包括信息技术，但现代制造业的发展离不开信息技术。

二．如何发展我国的先进制造技术？

我国先进制造技术的现状：我国的先进制造技术经过多年的发展已经形成比较完整的技术体系，为国民经济发展所需的各类机械产品的制造提供基本的工艺技术，取得重要的成绩。但与国外工业发达国家相比存在阶段性的差距。

措施：调整产业结构；扶植中小企业；加大科研和产品开发的投入；加强教育投入，发展知识经济；促进学科交叉，加强基础研究。

三．极端制造技术国内外研究现状和发展趋势？

极端制造技术是指极大型、极小型、极精密型等极端条件下的制造技术，主要用于制造极端尺寸或极高功能的器件。微纳系统、极小芯片、微机电系统等都离不开细微制造、超精密制造、分子制造等极小制造手段。大飞机的关键构件精密模锻框架和万吨水压机加工模锻框架，则是极大制造的典型代表。一个新的“极端制造”前沿已经初现端倪。这些前沿领域标志性制造技术与产品包括：微射流光纤传输系统，约比现在的光纤传输速度快１０倍；科学家正在研制量子计算机，其运行３秒的速度，相当于现在计算机运行上百亿年；还有超速飞机，

每小时８０００公里。

第二章

一、基本概念：

1．现代设计技术：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，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。

2．并行设计：是一种对产品及其相关过程进行集成地、并行地设计的系统化工作模式。这种方法要求产品开发人员从设计一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户的要求。

3．协同设计:不同的设计人员之间，不同的设计组织之间，不同的部分工作人员之间，均可实现资源共享，实时交互协同参与，合作设计，从而提高设计效率，避免不必要的重复工作。

4．摩擦学设计： 运用摩擦学的理论、方法、技术和数据，将摩擦和磨损减小到最低程度，从而设计出高性能、低功耗、具有足够可靠性及合适寿命的经济合理的新产品。

5．DFM，面向制造的设计,Design for manufacturability，在设计过程中考虑如何适应企业现有的制造条件和限制。根据存储在计算机中有关企业车间制造加工条件的数据库，自动对初步才产品设计进行可制造性检验，把检验结果反馈给设计人员，从而使他们能够不断调整和修改设计，使其满足制造条件的要求。

6．绿色产品:就是在其产品生命周期全过程中，符合特定的环境保护的要求，对生态环境无害或者危害很少，对资源利用率最高，能源消耗最低的产品。

二、并行设计的关键技术

①并行环境下的信息抽象与建模技术

②计算机辅助设计评价与决策: DFMA与快速原型制造技术RPM

③支持并行设计的分布式计算机环境

三．.DFM关键技术

①计算机辅助概念设计CACD

②产品可制造模型及其评价方法的研究

③并行设计过程建模

④设计实验技术

四、绿色产品设计的主要内容

• ①绿色产品的描述与建模；②绿色设计的材料选择与管理；③产品的可拆卸性设计； • ④产品的可回收性设计；⑤绿色产品的成本分析；⑥绿色设计数据库等。

五、 绿色产品设计的关键技术

1）面向环境的设计技术 2）面向环能源的设计技术

3）面向材料的设计技术4）人机工程设计技术

六、现代设计技术的特点

设计范畴的扩展化；设计手段的计算机化； 设计过程的并行化、智能化；设计手段的拟实化；分析手段的精确化； 多种手段综合应用；强调设计的逻辑性和系统性； 进行动态多变量的优化；强调产品的环保性、宜人性；强调用户参与；强调设计阶段的质量控制；设计和制造一体化； 强调产品全寿命周期最优化

第三章

一、 先进制造工艺技术的定义、发展现状与发展趋势。

定义：先进制造工艺技术就是机械制造工艺不断变化和发展后所形成的制造工艺技术，包括了常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和发展的新型加工方法。其主要技术体系由先进成形加工技术、现代表面工程技术等技术构成及先进制造加工技术。

先进制造工艺技术发展现状

• 1．加工精度不断提高2．加工速度得到提高3．材料科学促进制造工艺变革

4．重大技术装备促进加工制造技术的发展5．优质清洁表面工程技术获得进一步发展 • 6．精密成形技术取得较大进展7．热成形过程的计算机模拟技术研究有一定发展 先进制造工艺技术发展趋势

• 优质、高效、低耗，灵捷、洁净是机械制造业永恒的追求目标，也是先进制造工艺技术的发展目标。

• 21世纪加工制造技术的热点和发展趋势是：先进精密超精密加工技术、特种加工技术、超高速切削及超高速磨削技术、微型机械加工技术、新一代制造装备技术及虚拟制造技术等。 • 成形技术方面：铸件生产正向轻量化、精确化、强韧化、复合化及无环境污染方向发展。 • 精确塑性成形工艺：成为制造过程的总体上向“净成形”目标迈进的途径。

• 激光焊、电子束焊等高能密度焊接方法：得到较大发展，柔性化、智能化、自动化的焊接生产系统将逐渐取代大量的手工操作，精确轨迹控制的多自由度弧焊机器人。

• 激光表面合金化和熔覆工艺将趋成熟，各种激光加工方法都将实现智化控制，激光加工将成为自动生产线上的多功能加工单元。

• 快速原型制造技术日趋成熟，工艺相对稳定，现有工艺将朝着精密化、高精度、低成本方向发展。

• 计算机模拟仿真、并行工程及虚拟制造技术的相继出现为成形制造技术注入新活力。

二、 主要的新型热加工技术（铸造、塑性成形、焊接、热处理、表面工程）有哪些？ 铸造：近代化学硬化砂铸造工艺，高效金属型铸造工艺（压力铸造和挤压铸造），消失模铸造技术

塑性成形：超塑和等温成形工艺，辊锻和楔横轧技术，粉末成形技术

焊接：精密焊接，特殊环境下焊接成形技术，现代切割技术，焊接机器人

热处理：真空热处理，离子热处理，激光表面合金化，热处理专家系统与性能预报 表面工程：表面改性技术，表面覆层技术，复合表面技术

第四节

一、 简述高速切削的特点及技术关键

1.优点:加工时间可缩短3-5倍；提高生产效率；表面粗糙度降低；轮廓精度提高；减少抛光时间；减少辅助时间；在同一工序上即可完成粗、精加工；可直接加工淬硬材料，实现“以切代磨”；可加工很薄的薄壁；降低加工成本

缺点：旧的加工习惯必须抛弃；更多的设备投资；更多的刀具成本；必须格外加强操作人员的保护；培训较复杂

2.关键技术：

超高速切削、磨削机理，超高速主轴单元制造技术，超高速进给单元制造技术，超高速加工用刀具、磨具，超高速机床支承及辅助单元制造系统，超高速加工测试技术、P159

二、 分析高速切削时切削力和切削温度的变化特点P159

在常规的切削速度范围内，切削温度随切削速度的增大而提高，但当切削速度增大到某一数值时，切削速度再增加，切削温度反而降低

在超高速切削条件下，单位切削力初期呈上升趋势，而后急剧下降，塑性变形区变浅，参与应力和硬度变化减小。

第五节

超高速加工用刀具和磨具种类（P163） 超高速加工用刀具切削刃的刀具材料有：超细晶粒硬质合金，聚晶金刚石（PCD），立方氮化硼（CBN）,氮化硅陶瓷，混合陶瓷和碳氮化钛硬质合金，气相沉淀法的超硬材料图层刀具。

超高速磨削用啥轮的磨具材料有聚晶金刚石（PCD），立方氮化硼（CBN），结合剂主要有陶瓷结合进和金属结合剂。

第六节

一、

1．虚拟制造的概念（P345）

以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品设计或制造系统的物理实验之前，就能是人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而做出前瞻性的决策与优化实施方案。

.2、虚拟制造的作用（P345）

（1）运用软件对制造系统中的五大要素（人、组织管理、物流、信息流、能量流）进行全面仿真，使之达到前所未有的高度集中，为先进制造技术的进一步发展提供了更广阔的空间

（2）可以加深人们对生产过程和制造系统的认识和理解，有利于对其进行理论升华，更好的指导实际生产，即对生产过程、制造系统整体进行优化配置，推动生产力的巨大跃进。

（3）在虚拟制造和现实制造的相互影响中，可以全面改进企业的组织管理工作，对正确做出决策有不可估量的作用。

（4）虚拟制造技术的应用加快企业人才的培养速度。

3、虚拟制造的类别

（1）以设计为中心的虚拟制造；以生产为中心的虚拟制造；以控制为中心的虚拟制造

4、 虚拟制造的技术特征：交互性、沉浸性、想象力

5、 虚拟制造的体系结构主要由哪三部分组成：

虚拟制造技术VMT;虚拟企业VE；系统集成

6、虚拟制造的关键技术

计算机及虚拟现实技术，包括人机借口、软件技术、虚拟现实平台；制造应用技术，包括建模、仿真、可制造性评价

二．分散化网络制造系统DNPS定义（P349）

分散化网络制造系统是实现敏捷制造和可持续发展的一种生产模式。分散是指集团成员是动态的没有规律的和地理上相隔的。网络化是指利用信息和通信技术把集团成员迅速组织起来进行生产。分散网络化制造系统是利用不同地区现有的生产资源，吧分散的集团成员迅速组合成一种没有围墙的、超越空间约束的、靠电子手段联系的、统一指挥的经营实体，以便快速推出高质量、低成本的新产品。

三．DNPS的组成、类型及关键技术

分散化网络制造系统由企业内联网和企业外联网、系统集成、数据库技术、系统安全、防火墙技术、通信和网络技术等支撑技术组成。

类型：一主多从型，专有技术型，动态联盟型

关键技术：制造企业信息网络、快速产品设计和开发网络，由独立制造岛组成的产品制造网络全面质量管理和用户服务网络、电子财务网络、制造工程信息的通讯。

第七讲

1.游离磨料的高效加工工艺。

指在加工时，磨料或者微粒不是固结在一起，呈游离状态。其典型的方法有超精密研磨与抛光加工。研磨是在被加工表面和研具之间置以游离磨料和润滑液，是被加工表面和研具产生相对运动并加压，磨料产生切削挤压作用，达到改善表面质量效果，超精密研磨主要是磨粒的挤压使工件表面产生塑性变形。

2精密磨削和磨料加工技术（P171-175）

超精密砂轮磨削技术、超精密砂带磨削技术、ELID超精密镜面磨削技术、双镜面精密磨削技术、电泳磨削技术、超精密研磨与抛光技术。

3超精密加工装备的特点（P176）

高精度；高刚度；高稳定性；抗震性好；控制性能好

4 微型机械加工技术的关键技术（P181）

微系统设计技术；微细加工技术；微型机械组装和封装技术；微系统的表征和测试技术 5光刻技术（P181）

是用照相复印的方法将光刻掩膜上的图形印制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。其工艺的基本过程通常包括涂胶、曝光、显影、坚显膜、腐蚀、去胶等步骤。

6LIGA技术（P183）

该技术是一种由半导体光刻工艺派生出来的采用光刻方法一次性生成三维空间微机结构件的方法。技术机理是由深层X射线光刻、电铸成形三个工艺组成。用LIGA技术进行光刻过程中，一张预先制作的模板上的图形被映射到一层光刻掩膜上，掩膜中被光照部分的性质发生变化，在随后的冲洗过程中被溶解，剩余的掩膜即是待生成的微结构的负体，在接下来的电镀成形过程中，从电解液中析出的金属填充到光刻出的空间而形成金属微结构。其主要工艺过程由X光光刻掩模板的制作、X光深刻、光刻胶显影、电铸成形、塑模制作、塑模脱模成形等组成。

7述电火花、激光束、电子束、离子束（P195）、高压水射流加工（P128）的原理及特点。

第八讲

快速原型制造技术的定义

快速原型/零件制造技术是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体的技术总称。

• 快速原型制造技术的主要方法及其工作原理

（一）选择性液体固化（二）选择性层片粘接（三）选择性粉末熔结/粘接（四）挤压成形（五）喷墨印刷

• 快速原型制造技术的主要应用领域和发展趋势

1. 应用领域：制制造目标相对独立发展

造业，有美学有关的工程、医学。康复考古工程。其他（三维地图）

发展趋势：1、目标相对独立发展

2. 向大型制造与微型制造进军

3. 追求RPM的更快的制造速度、更高的制造精度、更高的可靠性。

4. RPM设备的使用外设化，操作智能化。使RPM设备的安装和使用变得非常简单，不需专门的操作人员。

5. RPM行业标准化，并且与整个产品制造体系相融合。