習(xí)題先進制造技術(shù)習(xí)題參考2021年

習(xí)題先進制造技術(shù)2122）習(xí)題參考2021

答：1、系統(tǒng)性

先進制造技術(shù)由于微電子、信息技術(shù)的引入，使制造技術(shù)成為一個能駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、

信息流與能量流的系統(tǒng)工程。如柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（C1MS）技術(shù)

是先進制造技術(shù)全過程操縱物質(zhì)流、信息流與能量流的典型應(yīng)用案例。

2、集成性

現(xiàn)代制造技術(shù)使各專業(yè)、學(xué)科間不斷交叉、融合，其界限逐步淡化甚至消失，進展成為集機械、

電子、信息、材料與管理技術(shù)為一體的新型交叉學(xué)科。集成技術(shù)顯示出高效率、多樣化、柔性

化、自動化、資源共享等特點。

3、廣泛性

現(xiàn)代制造技術(shù)則貫穿了從產(chǎn)品設(shè)計、加工制造到產(chǎn)品銷售及用戶服務(wù)等整個產(chǎn)品生命周期全過

程，成為''市場一產(chǎn)品設(shè)計一制造一市場”的大系統(tǒng)。

4、高精度

現(xiàn)代制造對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，在飛機、潛艇等軍事設(shè)施中使用的精密陀螺、大

型天文望遠鏡與大規(guī)模集成電路的硅片等高新技術(shù)產(chǎn)品都需要超精密加工技術(shù)的支持。這些需

求使激光加工、電子束、離子束加工、納米制造、微機械制造等新方法迅速進展。

5、實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)

先進制造技術(shù)的核心是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)等基礎(chǔ)制造技術(shù)，它是從傳統(tǒng)的制

造工藝進展起來的，并與新技術(shù)實現(xiàn)了局部或者系統(tǒng)集成。

1-2敘述先進制造技術(shù)的構(gòu)成及分類。

答：先進制造技術(shù)的構(gòu)成：

1、基礎(chǔ)技術(shù)

第一層次是優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、少或者無污染的基礎(chǔ)制造技術(shù)。鑄造、鍛壓、焊接、熱處理、

表面保護、機械加工等基礎(chǔ)工藝至今仍是生產(chǎn)中大量使用、經(jīng)濟適用的技術(shù)，這些基礎(chǔ)工藝通

過優(yōu)化而形成的基礎(chǔ)制造技術(shù)是先進制造技術(shù)的核心及重要構(gòu)成部分。這些基礎(chǔ)技術(shù)要緊有精

密下料、精密成形、精密加工、精密測量、毛坯強韌化、無氧化熱處理、氣體保護焊及埋弧焊、

功能性防護涂層等。

2、新型單元技術(shù)

第二個層次是新型的先進制造單元技術(shù)。它是在市場需求及新興產(chǎn)業(yè)的帶動下，制造技術(shù)與電

子、信息、新材料、新能源、環(huán)境科學(xué)、系統(tǒng)工程、現(xiàn)代管理等高新技術(shù)結(jié)合而形成的嶄新的

制造技術(shù)。如：制造業(yè)自動化單元技術(shù)、極限加工技術(shù)、質(zhì)量與可靠性技術(shù)、系統(tǒng)管理技術(shù)、

現(xiàn)代設(shè)計基礎(chǔ)與方法、清潔生產(chǎn)技術(shù)、新材料成形與加工技術(shù)、激光與高密度能源加工技術(shù)、

工藝模擬及設(shè)計優(yōu)化技術(shù)等。

3、集成技術(shù)

第三個層次是先進制造集成技術(shù)。它是應(yīng)用信息、計算機與系統(tǒng)管理技術(shù)對上述兩個層次的技

術(shù)局部或者系統(tǒng)集成而形成的先進制造技術(shù)的高級階段，如：FMS、CIMS、IMS等。

先進制造技術(shù)的分類：

1、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是根據(jù)產(chǎn)品功能要求，應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)與科學(xué)知識，制定方案并使方案付諸實施的

技術(shù)。包含的內(nèi)容有：

（1）現(xiàn)代設(shè)計方法。現(xiàn)代設(shè)計方法包含產(chǎn)品動態(tài)分析與設(shè)計、摩擦學(xué)設(shè)計、防蝕設(shè)計、可靠

性與可保護性及安全設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計及智能設(shè)計等。

（2）設(shè)計自動化技術(shù)。設(shè)計自動化技術(shù)指應(yīng)用計算機技術(shù)，進行產(chǎn)品造型與工藝設(shè)計、工程

分析計算與模擬仿真、多變量動態(tài)優(yōu)化，從而達到整體最優(yōu)功能目標，實現(xiàn)設(shè)計自動化。

（3）工業(yè)設(shè)計技術(shù)。工業(yè)設(shè)計技術(shù)指開展機械產(chǎn)品色彩設(shè)計與中國民族特色與世界流派相結(jié)

合的造型設(shè)計，增強產(chǎn)品的國際競爭力。

2、先進制造工藝

現(xiàn)代制造工藝技術(shù)包含精密與超精密加工技術(shù)、精密成型技術(shù)與特種加工技術(shù)等方面。

（1）精密與超精密加工技術(shù)。精密、超精密加工技術(shù)是使用去除加工、結(jié)合加工、變形加工

加工方法使工件的尺寸、表面性能達到極高的精度?，F(xiàn)在的精密、超精密加工已經(jīng)向納米技術(shù)

進展。

（2）精密成型技術(shù)。精密成型技術(shù)是生產(chǎn)局部或者全部無余量或者少余量半成品的工藝方法

的統(tǒng)稱。包含精密凝聚成型技術(shù)、精密塑性加工技術(shù)、粉末材料構(gòu)件精密成型技術(shù)、精密焊接

技術(shù)及復(fù)合成型技術(shù)等。其目的在于使成型的制品達到或者接近成品形狀的尺寸，并達到提高

質(zhì)量、縮短制造周期與降低成本的效果，其進展方向是精密化、高效化、強韌化與輕量化。

（3）特種加工技術(shù)。特種加工技術(shù)是指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工，如高能束流（電子

束、離子束、激光束）加工、電加工（電解與電火花加工）、超聲波加工、高壓水加工與多種

能源的組合加工。

（4）表面改性、制膜與涂層技術(shù)。表面改性、制膜與涂層技術(shù)是使用物理、化學(xué)、金屬學(xué)、

高分子化學(xué)、電學(xué)、光學(xué)與機械學(xué)等技術(shù)及其組合技術(shù)對產(chǎn)品表面進行改性、制膜與涂層，給

予產(chǎn)品耐磨、耐蝕、耐（隔）熱、抗疲勞、耐輻射與光、熱、磁、電等特殊功能，從而達到提

高產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命與給予新性能的新技術(shù)統(tǒng)稱，是表面工程的重要構(gòu)成部分。

3、自動化技術(shù)

制造自動化是指用機電設(shè)備取代或者放大人的體力，甚至取代與延伸人的部分智力，自動完成

特定的作業(yè)，包含物料的存儲、運輸、加工、裝配與檢驗等各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)的自動化。其目的在

于減輕勞動強度、提高生產(chǎn)效率、減少在制品數(shù)量、節(jié)約能源消耗與降低生產(chǎn)成本。

自動化技術(shù)要緊包含數(shù)控技術(shù)、工業(yè)機器人技術(shù)、柔性制造技術(shù)、計算機集成制造技術(shù)、傳感

技術(shù)。自動檢測及信號識別技術(shù)與過程設(shè)備工況監(jiān)測與操縱技術(shù)等。

4、系統(tǒng)管理技術(shù)

系統(tǒng)管理技術(shù)是指企業(yè)在市場開發(fā)、產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量操縱到銷售服務(wù)等一系列的生

產(chǎn)經(jīng)營活動中，為了使制造資源（材料?、設(shè)備、能源、技術(shù)、信息與人力）得到總體配置優(yōu)化

與充分利用，使企業(yè)的綜合效益（質(zhì)量、成本、交貨期）得到提高而采取的各類計劃、組織、

操縱及協(xié)調(diào)的方法與技術(shù)的總稱。它是現(xiàn)代制造技術(shù)體系中的重要構(gòu)成部分，對企業(yè)的最終效

益提高起著重要的作用。

系統(tǒng)管理技術(shù)包含工程管理、質(zhì)量管理、管理信息系統(tǒng)等，與現(xiàn)代制造模式（如精益生產(chǎn)、

C1MS、敏捷制造、智能制造等）、集成化的管理技術(shù)、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)與虛擬公司等生產(chǎn)組織

方法。

1-3先進制造的關(guān)鍵技術(shù)。

答：1、集成化技術(shù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強調(diào)信息的集成，這是不夠的。現(xiàn)在更強調(diào)技術(shù)、

人與管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強調(diào)''多集成"的概念，即信息集成、智能集成、串并行

工作機制集成、資源集成、過程集成及人員集成。

2、智能化技術(shù)。應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期（包含產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持用

戶到產(chǎn)品報廢等）各個環(huán)節(jié)智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程（包含組織、管理、計劃、調(diào)度、操縱等）

各個環(huán)節(jié)的智能化，并實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。

3、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包含硬件與軟件的實現(xiàn)。各類通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信

接口、系統(tǒng)操作操縱策略等，是實現(xiàn)各類制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。

4、分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各類問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)

解，繼而實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。

5、多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及到機械科學(xué)的理論與知

識而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、操縱理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還務(wù)必考慮到經(jīng)濟、心理、

環(huán)境、人文及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機電

產(chǎn)品動靜特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。

6、虛擬現(xiàn)實技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機仿真技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過

程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真，使用多種介質(zhì)來存儲、表達、處理多種信息，融

文字、語音、圖像、動畫于--體，給人一種真實感及身臨其境感。

7、人-機-環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機器與環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益。研

究的重點是：人機環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機柔性交互技術(shù)、

人機智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些要緊關(guān)鍵技術(shù)表達了21世紀制造技術(shù)對CAD/CAM集

成系統(tǒng)的要求，表達了CAD/CAM集成進展的方向。

1-4我國機械制造業(yè)的進展狀況。

答：近10年來，我國制造業(yè)的進展受到嚴重削弱，陷入了前所未有的逆境。制造業(yè)的進展滯

后已成為制約我國經(jīng)濟進展的重要因素。據(jù)統(tǒng)計：全社會固定資產(chǎn)投資中，設(shè)備投資的2/3依

靠進口。目前，光纖制造裝備的100%,集成電路芯片制造裝備的85%,石油化上裝備的80%,

轎車工業(yè)裝備、數(shù)控機床、紡織機械、膠印設(shè)備的70%被進口產(chǎn)品占領(lǐng)，國產(chǎn)裝備的可靠性、

自動化程度與國外產(chǎn)品有較大差距。

我國制造業(yè)不斷使用先進制造技術(shù)，但與工業(yè)發(fā)達國家相比，仍然存在一個階段性的整體上的

差距。

（1）設(shè)計方面。工業(yè)發(fā)達國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)與準則，使用新的設(shè)計方法，廣泛使用計算

機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD/CAM）,大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計與生產(chǎn)。我國使用CAD/CAM技術(shù)

的比例較低。

（2）制造工藝方面。工業(yè)發(fā)達國家較廣泛的使用高精密加工、精細加工、微細加工、微型機

械與微米/納米技術(shù)、激光加工技術(shù)、電磁加工技術(shù)、超塑加工技術(shù)與復(fù)合加工技術(shù)等新型加

工方法。我國普及率不高，尚在開發(fā)、掌握之中。

（3）管理方面。工業(yè)發(fā)達國家廣泛使用計算機管理，重視組織與管理體制、生產(chǎn)模式的更新

進展，推出了準時生產(chǎn)（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生產(chǎn)（LP）、并行工程（CE）等新的管理

思想與技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部使用了計算機輔助管理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗管

理階段。

（4）自動化技術(shù)方面。工業(yè)發(fā)達國家普遍使用數(shù)控機床、加工中心及柔性制造單元（FMC）、

柔性制造系統(tǒng)（FMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（C1MS）,實現(xiàn)了柔性自動化、知識智能化、集成

化。我國尚處在單機自動化、剛性自動化階段，柔性制造單元與系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。

1-5先進制造技術(shù)的進展趨勢。

答：在21世紀中，隨著電子、信息等高新技術(shù)的不斷進展，隨著市場需求個性化與多樣化，

未來先進制造技術(shù)進展的總趨勢是向精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集

成化、全球化的方向進展。

當(dāng)前影響先進制造技術(shù)的進展因素大致有下列幾點：

1、''數(shù)”是進展的核心

數(shù)字化制造就是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化，它包含了三大部分：以設(shè)計為中心的數(shù)字制造，以操縱

為中心的數(shù)字制造與以管理為中心的數(shù)字制造。

2、''精”是進展的關(guān)鍵

''精"是、'精密化"，一方面是指對產(chǎn)品、零件的精度要求越來越高，另一方面是指對產(chǎn)品、零

件的加工精度要求越來越高。

3、''極”是進展的焦點

''極"即極端條件，就是指在極端條件下工作的或者者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)

品的制造技術(shù)有''極”的要求。如在高溫、高壓、高濕、強磁場與強腐蝕等條件下工作，或者

有高硬度、大彈性等要求的，或者在幾何形體上極大、極小、極厚、極薄與奇形怪狀的。

4、''自"是進展的條件

''自"就是自動化，即減輕人的勞動，強化、延伸、取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或者手段。自動

化是先進制造技術(shù)進展的前提條件。

5、''集”是進展的方法

''集"就是集成化，包含技術(shù)的集成、管理的集成、技術(shù)與管理的集成。其本質(zhì)是知識的集成。

6、''網(wǎng)"是進展的道路

''網(wǎng)"就是網(wǎng)絡(luò)化，制造技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化是先進制造技術(shù)進展的必由之路，制造業(yè)走向整體化、

有序化，這同人類社會進展是同步的。

7、''智”是進展的前景

''智"就是智能化。智能化制造模式的基礎(chǔ)是智能制造系統(tǒng)，它既是智能與技術(shù)的集成而形成

的應(yīng)用環(huán)境，也是智能制造模式的載體。

8、''綠”是進展的必定

'、綠"就是''綠色”，制造業(yè)的產(chǎn)品從構(gòu)思開始，到設(shè)計階段、制造階段、銷售階段、使用與維

修階段，直到回收階段、再制造各階段，都務(wù)必充分涉及環(huán)境保護，制造必定要走向''綠色”

制造。

2-1試論述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵及特點。

答：1＞現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵：

現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計

算機輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學(xué)方法及技術(shù)為手段，研究、改進、制造

產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱。

2、現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的特點

從現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的內(nèi)涵分析，現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)具有如下一系列特點：

(1)系統(tǒng)性現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)強調(diào)用系統(tǒng)的觀點處理設(shè)計問題，從整體上把握設(shè)計對象，考慮

對象與外界(人、環(huán)境)的聯(lián)系。

(2)動態(tài)性不僅要考慮產(chǎn)品的靜態(tài)特性，還要考慮產(chǎn)品在實際工作狀態(tài)下的動態(tài)特征，考

慮產(chǎn)品與周圍環(huán)境的物質(zhì)、能量及信息的交互。

(3)制造性現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)建立在先進的設(shè)計理論及設(shè)計工具基礎(chǔ)上，能充分發(fā)揮設(shè)計者的

制造性思維能力與集體智慧，運用各類制造方法與手段，開發(fā)出具有創(chuàng)新性的產(chǎn)品。

(4)計算機化計算機已經(jīng)滲透到產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的各個環(huán)節(jié)，很多現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的實現(xiàn)都依

靠于計算機，如優(yōu)化設(shè)計、有限元分析、系統(tǒng)仿真等。它們充分利用計算機快捷的數(shù)值計算功

能、嚴密的邏輯推理能力與巨大的信息存儲及處理能力，彌補自然人存在的天生不足，實現(xiàn)人

機優(yōu)勢的互補。

(5)并行化、最優(yōu)化、虛擬化與自動化在產(chǎn)品的設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品全生命周期中的

所有因素，強調(diào)對產(chǎn)品設(shè)計及其有關(guān)過程并行地、集成地、一體化地進行設(shè)計。在設(shè)計過程中,

通過優(yōu)化的理論與技術(shù)，對產(chǎn)品進行方案優(yōu)選、結(jié)構(gòu)優(yōu)選與參數(shù)優(yōu)選，力爭實現(xiàn)系統(tǒng)的整體性

能最優(yōu)化，以獲得功能全、性能好、成本低、價值高的產(chǎn)品。設(shè)計過程自動化的實現(xiàn)要緊依托

于各類不一致的計算機輔助設(shè)計技術(shù)、自動建模技術(shù)，與一批功能強大的商品化CAD軟件的

支撐。

設(shè)計手段虛擬化，是以虛擬現(xiàn)實的設(shè)計系統(tǒng)進行三維建模，使設(shè)計者能在虛擬的設(shè)計環(huán)境下觀

察CAD設(shè)計內(nèi)容，從而實現(xiàn)設(shè)計的可視化、評估設(shè)計產(chǎn)品的性能及其可實現(xiàn)性，靈活方便地

修改設(shè)計，大大提高設(shè)計效果與質(zhì)量。

(6)主動性科學(xué)技術(shù)的進展使得在產(chǎn)品設(shè)計的早期，就可對產(chǎn)品全生命周期的各類性能作

出準確預(yù)測.有利于及早發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的潛在缺陷，將各類失誤、可能發(fā)生的故障減少到最低程度,

表達了主動性的特征，也有利于縮短開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。

2-2描述現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)，為什么說計算機輔助設(shè)計技術(shù)是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的主體？

它與其它技術(shù)的關(guān)系如何？

答：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的整個體系由基礎(chǔ)技術(shù)、主體技術(shù)、支撐技術(shù)與應(yīng)用技術(shù)四個層次構(gòu)成。

(1)基礎(chǔ)技術(shù)基礎(chǔ)技術(shù)是指傳統(tǒng)的設(shè)計理論與方法，特別是運動學(xué)、靜力學(xué)與動力學(xué)、材

料力學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、工程數(shù)學(xué)的基本原理與方法等方面。

(2)主體技術(shù)現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的誕生與進展與計算機技術(shù)的進展息息有關(guān)、相輔相成。計算

機科學(xué)與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生計算機輔助設(shè)計、智能CAD、優(yōu)化設(shè)計、有限元分析程序、模擬仿

真、虛擬設(shè)計與工程數(shù)據(jù)庫等，運用現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)的多種理論與方法如優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、

模糊設(shè)計等理論構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型，來編制計算機應(yīng)用程序，能夠更廣泛、更深入地模擬人的推

理與思維，從而提高計算機的''智力”。而計算機輔助設(shè)計技術(shù)正是以它對數(shù)值計算與對信息

與知識的特殊處理能力，成為現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)群體的主干。

(3)支撐技術(shù)支撐技術(shù)要緊指現(xiàn)代設(shè)計方法學(xué)、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗設(shè)計技術(shù)?，F(xiàn)代設(shè)

計方法學(xué)涉及內(nèi)容很廣，如并行設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、功能設(shè)計、模塊化設(shè)計、價值工程、質(zhì)量功

能配制、反求工程、綠色設(shè)計、模糊設(shè)計、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計、工業(yè)造型設(shè)計等?？尚判栽O(shè)計是

廣義的可靠性設(shè)計擴展，要緊指可靠性與安全性設(shè)計、動態(tài)分析與設(shè)計、防斷裂設(shè)計、健壯設(shè)

計、耐環(huán)境設(shè)計等。設(shè)計試驗技術(shù)包含可靠性試驗、環(huán)保性能試驗與操縱，與運用計算機技術(shù)

的數(shù)字仿真試驗與虛擬試驗等。

(4)應(yīng)用技術(shù)應(yīng)用技術(shù)是針對有用目的解決各類具體產(chǎn)品設(shè)計領(lǐng)域的技術(shù)，如機床、汽車、

工程機械、精密機械的現(xiàn)代設(shè)計內(nèi)容，能夠看作是現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)派生出來的具體技術(shù)群。

2-3計算機輔助設(shè)計技術(shù)包含什么要緊內(nèi)容？分析其中的關(guān)鍵技術(shù)。

答：計算機輔助設(shè)計(ComputerAidedDesign,CAD)是20世紀50年代末進展起來的

綜合性計算機應(yīng)用技術(shù)。它是以計算機為工具，處理產(chǎn)品設(shè)計過程中的圖形與數(shù)據(jù)信息，輔助

完成產(chǎn)品設(shè)計過程的技術(shù)。

CAD技術(shù)包含的內(nèi)容有；用計算機進行產(chǎn)品的造型、裝配、工程圖繪制與有關(guān)文檔的設(shè)計;

額行產(chǎn)品渲染、動態(tài)顯示；鑰產(chǎn)品進行工程分析，如有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計、

運動學(xué)及動力學(xué)仿真等。

關(guān)鍵技術(shù)：

1、產(chǎn)品的幾何造型技術(shù)

CAD的幾何造型過程也就是對被設(shè)計對象進行描述，并用合適的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)存儲在計算機內(nèi)，以

建立計算機內(nèi)部模型的過程。

(1)線框模型線框模型由一系列空間直線、圓弧與點組合而成，用來描述產(chǎn)品的輪廓外形。

但無法產(chǎn)生剖面圖、消除隱藏線與求解兩個形體間的交線，也無法根據(jù)線框模型進行物性計算

與數(shù)控加工指令的編制等作業(yè)。

(2)表面模型表面模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是在線框模型的基礎(chǔ)上，增加了有關(guān)面的信息與棱邊的

聯(lián)接方向等內(nèi)容。表面造型又分為''多邊平面造型"與''曲面造型”兩種。

(3)實體模型實體模型較完整地反映三維實體的幾何信息，它既能消除隱藏線，產(chǎn)生有

明暗效應(yīng)的立體圖像；又能進行物性計算，進行裝配體或者運動系統(tǒng)的空間干涉檢查，進行有

限元分析的前后處理與多至五軸的數(shù)控編程等作業(yè)。

(4)特征造型所謂特征就是描述產(chǎn)品信息的集合，也是構(gòu)成零、部件設(shè)計與制造的基本幾

何體，它既能反映零件的幾何信息，又反映了零件的加工工藝信息。常用的零件特征包含：形

狀特征、精度特征、技術(shù)特征、材料特征、裝配特征等。

2、單一數(shù)據(jù)庫與有關(guān)性設(shè)計

單--數(shù)據(jù)庫就是與設(shè)計有關(guān)的全部數(shù)據(jù)信息來自同一個數(shù)據(jù)庫。所謂的有關(guān)性設(shè)計就是任何設(shè)

計改動，都將及時地反映到設(shè)計過程的其他有關(guān)環(huán)節(jié)上。

3、CAD與其他CAX系統(tǒng)的集成技術(shù)

CAD技術(shù)與其他CAX技術(shù)進行有效的集成，包含CAD/CAM技術(shù)的集成、CAD與CIMS其他

功能系統(tǒng)的集成等。CAD技術(shù)要緊功能是進行產(chǎn)品的設(shè)計造型，為其他功能系統(tǒng)提供了共享的

產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，成為C1MS或者其他制造系統(tǒng)的基礎(chǔ)與關(guān)鍵。

CAD技術(shù)與其他CAX系統(tǒng)的集成，涉及到產(chǎn)品的造型建模技術(shù)、工程數(shù)據(jù)的管理技術(shù)、數(shù)據(jù)

交換接口等技術(shù)。

4、標準化技術(shù)

國際標準化組織(ISO)制定了''產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型交換標準”(STEP)。STEP使用統(tǒng)一的數(shù)字化

定義方法，涵蓋了產(chǎn)品的整個生命周期，是CAD技術(shù)最新的國際標準。

2-4試論述并行工程的基本概念與設(shè)計方法。

答：并行設(shè)計是在設(shè)計階段就綜合考慮產(chǎn)品生命周期中工藝、制造、裝配、測試、維修等環(huán)節(jié)

的因素，及時全面地評價產(chǎn)品的設(shè)計，及時反饋改進意見，及時改進產(chǎn)品設(shè)計，使得產(chǎn)品設(shè)計、

工藝設(shè)計、制造一次成功，以達到降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量與縮短開發(fā)周期的目的。

并行設(shè)計要求在設(shè)計階段就要考慮產(chǎn)品全生命周期的各個環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的''孤島"式的設(shè)計方法

已不能滿足并行設(shè)計的需要。為此人們對并行環(huán)境下的產(chǎn)品設(shè)計理論與方法進行了研究，要緊

包含設(shè)計方法、建模技術(shù)、計算機輔助評價及決策技術(shù)。針對設(shè)計方法，基本上可分為兩大類:

一類是通過人員協(xié)同集成實現(xiàn)并行化；另一類是通過知識協(xié)同集成實現(xiàn)并行化，研究得比較多

的有：面向產(chǎn)品生命周期各/某環(huán)節(jié)的設(shè)計DFX與CAX技術(shù)。

DFX包含面向裝配的設(shè)計（DFA）、面向制造的設(shè)計（DFM）、面向質(zhì)量的設(shè)計（DFQ）、面向環(huán)

保的設(shè)計（DFE）、面向保護的設(shè)計（DFS）等；CAX技術(shù)包含計算機輔助工藝設(shè)計（CAPP）、計

算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工程分析（CAE）等。

2-5敘述反求工程的含義，簡述反求工程的關(guān)鍵技術(shù)。

答：反求工程（ReverseEngineering,RE）也稱逆向工程、反向工程等，是指用一定的測

量手段對實物或者模型進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)通過三維幾何建模方法，重構(gòu)實物的CAD模

型，從而實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計與制造的過程。與傳統(tǒng)的''產(chǎn)品概念設(shè)計-產(chǎn)品CAD模型-產(chǎn)品（物理模

型）”的正向工程相反。反求工程是在沒有設(shè)計圖紙或者圖紙不完整，而有樣品的情況下，利

用三維掃描測量儀，準確快速地測量樣品表面數(shù)據(jù)或者輪廓外形，加以點數(shù)據(jù)處理、曲面創(chuàng)建、

三維實體模型重構(gòu)，然后通過CAM系統(tǒng)進行數(shù)控編程，直至利用CNC加工機床或者快速成型

機來制造產(chǎn)品。

反求工程的關(guān)鍵技術(shù)有：數(shù)據(jù)測量技術(shù)、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)、模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)。

1、數(shù)據(jù)測量技術(shù)

反求工程中數(shù)據(jù)測量方法要緊分為兩種：一種是傳統(tǒng)的接觸式測量法，如三坐標測量機法；另

一種是非接觸測量法，如投影光柵法、激光三角形法、工業(yè)CT法、核磁共振法（MRI）、自動

斷層掃描法等。只有獲取了高質(zhì)量的三維坐標數(shù)據(jù)，才能生成準確的幾何模型。因此，測量方

法的選取是反求工程中一個非常重要的問題。

2、數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)：對得到的測量數(shù)據(jù)在CAD模型重構(gòu)之前應(yīng)進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，要緊是為了

排除噪聲數(shù)據(jù)與特殊數(shù)據(jù)、精簡與歸并冗余數(shù)據(jù)，通常包含：（鰥聲點過濾變據(jù)點分區(qū)③故據(jù)

點精簡碘據(jù)點平滑。

3、模型重構(gòu)及產(chǎn)品制造技術(shù)：通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型，在探詢與熟悉原設(shè)計技術(shù)的基

礎(chǔ)上，實現(xiàn)對原型的修改與再設(shè)計，以達到設(shè)計創(chuàng)新、產(chǎn)品更新之目的，同時也能夠完成產(chǎn)品

或者模具的制造。

2-6敘述綠色設(shè)計的要緊特征。

答：1、面向產(chǎn)品生命周期

綠色設(shè)計考慮的是產(chǎn)品在整個生命周期內(nèi)的所有潛在的環(huán)境影響，包含有毒有害物質(zhì)向環(huán)境的

排放，不可再生資源的消耗與能源的過度消耗等等。產(chǎn)品的生命周期包含從資源原料的開發(fā)到

產(chǎn)品廢棄報廢的整個過程，

2、環(huán)境因素是產(chǎn)品設(shè)計的考慮因素之一

綠色設(shè)計并不是意味著產(chǎn)品設(shè)計只是面向環(huán)境或者者說環(huán)境因素是唯一的考慮因素。相反，綠

色設(shè)計是像其它因素（比如：用戶需求分析、可制造性、經(jīng)濟性、功能、尺寸與重量等）一樣作

為產(chǎn)品設(shè)計共同考慮的內(nèi)容。因此綠色設(shè)計是在原有的設(shè)計求解過程中又引入了一個環(huán)境變量,

從而使設(shè)計過程變得復(fù)雜起來，即是一個更多目標的優(yōu)化求解問題。

3-1常見的精密成型技術(shù)分為哪兒類？

答：精密成型技術(shù)是指零件成型后，僅需少量加工或者不再加工（近凈成型技術(shù)或者凈成型技

術(shù)）就可用作機械構(gòu)件的一種成型技術(shù)。它是建立在新材料、新能源、信息技術(shù)、自動化技術(shù)

等多學(xué)科高新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上，改造了傳統(tǒng)的毛坯成型技術(shù)，使之由粗糙成型變?yōu)閮?yōu)質(zhì)、高

效、高精度、輕量化、低成本、無公害的成型技術(shù)。它使得成型的機械零件具有精確的外形、

高的尺寸精度與形位精度、好的表面粗糙度。

精密成型技術(shù)分為粉末冶金、精密鑄造、精密鍛造、精密沖裁、精密焊接、快速原型技術(shù)等。

3-2快速原型技術(shù)的特點及工藝。

答：快速原型技術(shù)的特點：

（1）快速性。

通過STL格式文件，快速成型制造系統(tǒng)幾乎能夠與所有的CAD造型系統(tǒng)無縫連接，從CAD模

型到完成原型制作通常只需幾小時到幾十小時，可實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)的快速閉環(huán)反饋。以快速原型

為母模的快速模具技術(shù)，能夠在幾天內(nèi)制作出所需材料的實際產(chǎn)品，而通過傳統(tǒng)的鋼制模具制

作，至少需要幾個月的時間。

（2）高度集成化

快速成型技術(shù)實現(xiàn)了設(shè)計與制造的一體化。在快速成型工藝中，計算機中的CAD模型數(shù)據(jù)通

過接口軟件轉(zhuǎn)化為能夠直接驅(qū)動快速成型設(shè)備的數(shù)控指令，快速成型設(shè)備根據(jù)數(shù)控指令完成原

形或者零件的加工。

（3）與工件復(fù)雜程度無關(guān)

快速成型技術(shù)由于使用分層制造工藝，將復(fù)雜的三維實體離散成一系列層片加工與加工層片之

疊加，大大簡化了加工過程。它能夠加工復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)且不存在三維加工中刀具干涉的問題,

理論上能夠制造具有任意復(fù)雜形狀的原形與零件。

（4）高度柔性

快速成型系統(tǒng)是真正的數(shù)字化制造系統(tǒng)，僅需改變?nèi)SCAD模型，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整與設(shè)置加工參

數(shù)，即可完成不一致類型的零件的加工制作，特別適合新產(chǎn)品開發(fā)或者單件小批量生產(chǎn)。同時,

快速成型技術(shù)在成型過程中無需專用的夾具或者工具，成型過程具有極高的柔性，這是快速成

型技術(shù)非常重要的一個技術(shù)特征。

（5）自動化程度高

快速成型是一種完全自動的成型過程，只需要在成型之初由操作者輸入一些基本的工藝參數(shù)，

整個成型過程操作者無需或者較少干預(yù)。出現(xiàn)故障，設(shè)備會自動停止，發(fā)出警示并保留當(dāng)前數(shù)

據(jù)。完成成型過程時，機器會自動停止并顯示有關(guān)結(jié)果。

快速原型工藝：

（1）利用激光固化樹脂材料的光造型法

光敏樹脂選擇性固化是使用立體雕刻原理的一種工藝，簡稱SLA,也是最早出現(xiàn)的、技術(shù)最成

熟與應(yīng)用最廣泛的快速原型技術(shù)。

SLA快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：

①成形速度較快。

②系統(tǒng)工作相對穩(wěn)固。

③尺寸精度較高，可確保工件的尺寸精度在0.1mm（但，國內(nèi)SLA精度在0.1—

0.3mm之間，同時存在一定的波動性）。

④表面質(zhì)量較好，工件的最上層表面很光滑，側(cè)面可能有臺階不平及不一致層面間的曲

面不平；比較適合做小件及較精細件。

⑤系統(tǒng)分辨率較高。

SLA快速原型的技術(shù)缺點：

①需要專門實驗室環(huán)境，保護費用高昂。

②成型件需要后處理，二次固化，防潮處理等工序。

③光敏樹脂固化后較脆，易斷裂，可加工性不好；工作溫度不能超過100°G成形件易吸

濕膨脹，抗腐蝕能力不強。

④氮-鎘激光管的壽命僅3000小時，價格較昂貴。同時需對整個截面進行掃描固化，成

型時間較長，因此制作成本相對較高。

⑤光敏樹脂對環(huán)境有污染，使皮膚過敏。

⑥需要設(shè)計工件的支撐結(jié)構(gòu)，以便確保在成型過程中制作的每一個結(jié)構(gòu)部位都能可靠定

位，支撐結(jié)構(gòu)需在未完全固化時手工去除，容易破壞成型件。

(2)紙張疊層造型法

紙張疊層造型法目前以Helisys公司開發(fā)的LOM裝置應(yīng)用最廣。

LOM可制作一些光造型法難以制作的大型零件與厚壁樣件，且制作成本低廉(約為光造型法的

1/2)、速度高(約為木模制作時間的1/5下列)，并可簡便地分析設(shè)計構(gòu)思與功能。

LOM快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：

①由于只需要使激光束沿著物體的輪廓進行切割，無需掃描整個斷面，因此這是一個高

速的快速原型工藝。常用于加工內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單的大型零件及實體件。

②無需設(shè)計與構(gòu)建支撐結(jié)構(gòu)。

LOM快速原型技術(shù)的缺點是：

①需要專門實驗室環(huán)境，保護費用高昂。

②可實際應(yīng)用的原材料種類較少，盡管可選用若干原材料，比如紙、塑料、陶土與合成

材料，但目前常用的只是紙，其他箔材商在研制開發(fā)中。

③表面比較粗糙，工件表面有明顯的臺階紋，成型后要進行打磨；且紙制零件很容易吸

潮，務(wù)必立即進行后處理、上漆。

④難以構(gòu)建精細形狀的零件，即僅限于結(jié)構(gòu)簡單的零件。

⑤由于難以(盡管并非不可能)去除里面的廢料，該工藝不宜構(gòu)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的零件。

⑥當(dāng)加工室的溫度過高經(jīng)常有火災(zāi)發(fā)生。因此，工作過程中需要專職人員職守。

(3)熱可塑造型法

熱可塑造型法以DTM公司開發(fā)的選擇性激光燒結(jié)即SLS(SelectiveLaserSintering)

應(yīng)用較多。

SLS快速原型技術(shù)的優(yōu)點是：

①與其他工藝相比，能生產(chǎn)較硬的模具，有直接金屬型的概念。

②能夠使用多種原料，包含類工程塑料、蠟、金屬、陶瓷等。

③零件的構(gòu)建時間較短，可達到lin/h高度。

④無需設(shè)計與構(gòu)造支撐。

SLS快速原型技術(shù)缺點是：

①需要專門實驗室環(huán)境，保護費用高昂。

②在加工前，要花近2小時的時間將粉末加熱到熔點下列，當(dāng)零件構(gòu)建之后，還要花5-

10小時冷卻，然后才能將零件從粉末缸中取出。

③成形件強度與表面質(zhì)量較差，精度低。表面的粗糙度受粉末顆粒大小及激光光斑的限

制。

④零件的表面多孔性，為了使表面光滑務(wù)必進行滲蠟等后處理。在后處理中難于保證制

件尺寸精度，后處理工藝復(fù)雜，樣件變型大，無法裝配。

⑤需要對加工室不斷充氮氣以確保燒結(jié)過程的安全性，加工的成本高。

⑥該工藝產(chǎn)生有毒氣體，污染環(huán)境。

3-3就目前技術(shù)條件下精密加工與超精密加工是如何劃分的？

根據(jù)目前技術(shù)水平及國內(nèi)外專家的看法，對中小型零件的加工形狀誤差^與表面粗糙度Ra的

數(shù)量級可分為下列檔次。精密加工：A=1.0-0.1pm,Ra=0.1-0.03pm；超精密加工：

A=0.1~0.01pm,Ra=0.03~0.005pm；納微米力口工：A<0.01pm,Ra<0.005pm?

3-4超精密加工所涉及的技術(shù)范圍包含什么？

答：(1)超精密加工機理，超精密加工是從被加工表面去除一層微量的表面層，包含超精密

切削、超精密磨削與超精密特種加工等。當(dāng)然，超精密加工也應(yīng)服從通常加工方法的普遍規(guī)律,

但也有很多其自身的特殊性，如刀具的磨損、積屑瘤的生成規(guī)律、磨削機理、加工參數(shù)對表面

質(zhì)量的影響等。

(2)超精密加工的刀具、磨具及其制備技術(shù)，包含金剛石刀具的制備與刃磨、修整等是超

精密加工的重要的關(guān)鍵技術(shù)。

（3）超精密加工機床設(shè)備，超精密加工對機床設(shè)備有高精度、高剛度、高的抗振性、高穩(wěn)

固性與高自動化的要求，具有微量進給機構(gòu)。

（4）精密測量及補償技術(shù)，超精密加工務(wù)必有相應(yīng)級別的測量技術(shù)與裝置，具有在線測量

與誤差補償。

（5）嚴格的工作環(huán)境，超精密加工務(wù)必在超穩(wěn)固的工作環(huán)境下進行，加工環(huán)境的極微小的

變化都可能影響加工精度。因而，超精密加工務(wù)必具備各類物理效應(yīng)恒定的工作環(huán)境，如恒溫

室、凈化間、防振與隔振地基等。

3-5敘述精密與超精密加工方法的分類、加工機理及加工方法示例。

精密與超精密加工方法

分類加工機理要緊加工方法示例

去除加工

（分離加工）力學(xué)加工、力濺射

電物理加工

電化學(xué)加工

熱蒸發(fā)、熱擴散、熱溶解切削、磨削、研磨、拋光、超精加工、笫磨、超聲波加工、離

子濺射加工等離子加工噴射加工；

電火花加工（電火花成型、電火花線切割）；

電解加工、蝕刻（電子束曝光）、化學(xué)機械拋光；

電子束加工、激光加工、脫碳處理、氣割

結(jié)合加J.

附著加工化學(xué)

電化學(xué)

熱、熱熔化

力物理化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積；

電鍍、電鑄；

真空蒸鍍、熔化鍍；

離子鍍（離子沉積）、物理氣相沉積

注入加工

（滲入加工）化學(xué)

電化學(xué)熱

熱擴散

力物理氧化、氮化、活性化學(xué)反應(yīng)；

陽極氧化；

晶體生長、分子束外延、摻雜、滲碳與燒結(jié)：

離子束外延、離子注入

連接加工熱物理、電物理化學(xué)激光焊接、氣焊、電焊、快速成型加工；

化學(xué)粘接

變形加工

（流淌加工）熱流淌、表面熱流淌

粘滯流淌

分子定向鍛造、熱流淌加工（氣體火焰、高頻電流、熱射線、電子束與激光）；

鑄造、液體流淌加工（金屬、塑料等壓鑄、注塑）；液晶定向

3-6試說明超精密切削、超精密磨削加工的特點與各自的習(xí)慣場合。

答：超精密切削是借助鋒利的金剛石刀具對工件進行車削或者銃削。要緊用于加工要求低粗糙

度與高形狀精度的有色金屬或者非金屬零件，如激光或者紅外的平面，非球面反射鏡、磁盤鋁

基底、VTR相軸、有色金屬釉套與塑料多面棱鏡等，甚至直接加工納米級表面的硬脆材料。超

精密金剛石刀具鏡面車削加工人造衛(wèi)星儀器軸承一真空無潤滑軸承，其孔與軸的表面粗糙度R。

達到1nm,圓度與圓柱度均為納米級精度。超精密車削可達到粗糙度RaO.OO5Pm與O.lum

的非球面形狀精度。

超精密磨削：

超精密磨削是利用磨具上尺度均勻性好、近似等高的磨粒(金剛石砂輪與CBN砂輪)對被加

工零件表面進行摩擦、耕犁及切削的過程。要緊用于硬度較高的金屬與非金屬零件，如對加工

尺寸及形狀精度要求很高的伺服閥、空氣軸承主軸、陀螺儀超精密軸承、光學(xué)玻璃基片等。超

精密磨削可達到R。0.002口m的表面粗糙度與0.01pm的圓度。

3-7超精密加工時對機床設(shè)備與環(huán)境有何要求？

答：超精密加工時機床設(shè)備：

超精密加工機床應(yīng)具有高精度、高剛度、高加工穩(wěn)固性與高度自動化的要求，超精密機床的質(zhì)

量要緊取決于機床的主軸部件、床身導(dǎo)軌與驅(qū)動部件等關(guān)鍵部件的質(zhì)量。

(1)精密主軸部件

精密主軸部件是超精密機床的圓度基準，也是保證機床加工精度的核心。主軸要求達到極高的

回轉(zhuǎn)精度，精度范圍為0.02?0.1pm,此外，主軸還要具有相應(yīng)的剛度，以抵抗受力后的變

形。主軸運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的熱量與主軸驅(qū)動裝置產(chǎn)生的熱量對機床精度有很大影響，故務(wù)必嚴

格操縱溫升與熱變形。為了獲得平穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)運動，超精密機床主軸廣泛使用空氣靜壓軸承，主

軸驅(qū)動使用皮帶卸載驅(qū)動與磁性聯(lián)軸節(jié)驅(qū)動的主軸系統(tǒng)。

(2)床身與精密導(dǎo)軌

床身是機床的基礎(chǔ)部件，應(yīng)具有抗振衰減能力強、熱膨脹系數(shù)低、尺寸穩(wěn)固性好的要求。目前,

超精密機床床身多使用人造花崗巖材料制造。人造花崗巖是由花崗巖碎粒用樹脂粘結(jié)而成，它

不僅具有花崗巖材料的尺寸穩(wěn)固性好、熱膨脹系數(shù)低、硬度高、耐磨且不生銹的特點，又可鑄

造成形，克服了天然花崗巖有吸濕性的不足，并加強了對振動的衰減能力。

超精密機床導(dǎo)軌部件要求有極高的直線運動精度，不能有爬行，導(dǎo)軌偶合面不能有磨損，因

而液體靜壓導(dǎo)軌、氣浮導(dǎo)軌與空氣靜壓導(dǎo)軌，均具有運動平穩(wěn)、無爬行、摩擦因數(shù)接近于零的

特點，在超精密機床中得到廣泛的使用。

(3)微量進給裝置

在超精密加工中，要求微量進給裝置滿足如下的要求：?各微進給與粗進給分開，以提高微位

移的精度、分辨率與穩(wěn)固性；②互動部分務(wù)必是低摩擦與高穩(wěn)固性，以便實現(xiàn)很高的重復(fù)精度;

跳級傳動元件務(wù)必有很高的剛度，即夾固刀具處務(wù)必是高剛度的；④匚藝性好，容易制造；⑤

應(yīng)能實現(xiàn)微進給的自動操縱，動態(tài)性能好。

微量進給裝置有機械或者液壓傳動式、彈性變形式、熱變形式、流體膜變形式、磁致伸縮式、

壓電陶瓷式等多種結(jié)構(gòu)形式。

超精密加工時工作環(huán)境：

工作環(huán)境的任何微小變化都可能影響加工精度的變化，使超精加工達不到精度要求。因此，超

精密加工務(wù)必在超穩(wěn)固的環(huán)境下進行。超穩(wěn)固環(huán)境要緊是指恒溫、超凈與防振三個方面。

超精密加工通常應(yīng)在多層恒溫條件下進行，不僅放置機床的房間應(yīng)保持恒溫，還要求機床及部

件應(yīng)采取特殊的恒溫措施。通常要求加工區(qū)溫度與室溫保持在20土0.06°G勺范圍內(nèi)。

超凈化環(huán)境對超精密加工也很重要，由于環(huán)境中硬粒子會嚴重影響被加工表面的質(zhì)量。

外界振動對超精密加工的精度與粗糙度影響甚大。使用帶防振溝的隔振地基與把機床安裝在專

用的隔振設(shè)備上，都是極有效的防振措施。

3-8在如何的速度范圍下加工屬于高速加工？分析高速切削加工所用解決的關(guān)鍵技術(shù)。

答：超高速加工是指高于常規(guī)切削速度5倍乃至十幾倍條件下所進行的切削加工。比如在試

驗室中，鋁合金加工已達6000m/min；而在實際生產(chǎn)中也達到了1500-5500m/min。在實

驗室中，磨削中單層鍍砂輪磨削速度達300m/s,目前正探索500m/s速度的磨削；而實際生

產(chǎn)中也達到了250m/s。超高速加工不但能夠大幅度提高零件的加工效率、縮短加工時間、降

低加工成本；而且能夠使零件的表面加工質(zhì)量與加工精度達到更高的水平。

高速切削加工比常規(guī)切削加工的切削速度高5?10倍，進給速度隨切削速度的提高也可相應(yīng)

提高5-10倍。

3-9超高速切削包含什么有關(guān)技術(shù)？

答：超高速切削是一種綜合性的高新技術(shù)，超高速切削技術(shù)的推廣應(yīng)用是多項有關(guān)技術(shù)進展到

與之相匹配的程度而產(chǎn)生的綜合效應(yīng)。超高速切削的有關(guān)技術(shù)包含：超高速切削中的刀具技術(shù)、

高速主軸技術(shù)、直線滾動導(dǎo)軌與直線驅(qū)動技術(shù)、高速數(shù)控技術(shù)、機床結(jié)構(gòu)等技術(shù)。

3-10簡述超高速磨削特點及關(guān)鍵技術(shù)？

答：超高速磨削技術(shù)特點：

(1)大幅度提高磨削效率，設(shè)備使用臺數(shù)少；

(2)磨削力小、磨削溫度低、加工表面完整性好：

(3)砂輪使用壽命長，有助于實現(xiàn)磨削加工的自動化；

(4)實現(xiàn)對難加工材料的磨削加工。

超高速磨削關(guān)鍵技術(shù)

1、超高速磨削的砂輪

超高速磨削砂輪應(yīng)具有良好的耐磨性、高動平衡精度與機械強度、高剛度與良好的導(dǎo)熱性等。

(1)超高速砂輪的材料：超高速磨削用砂輪應(yīng)具有強度高、抗沖擊強度高、耐熱性好、

微破碎性好、雜質(zhì)含量低等優(yōu)點。超高速磨削砂輪能夠使用A12O3、SiC、CBN與金剛石磨

料。

(2)超高速砂輪的修整：超高速單層電鍍砂輪通常不需修整。特殊情況下利用粗磨粒、低濃

度電鍍杯形金剛石修整器對個別高點進行微米級修整。

2、超高速主軸與超高速軸承

(1)超高速電主軸技術(shù)：超高速磨削要緊使用大功率超高速電主軸。高速電主軸慣性扭

矩小，振動噪聲小，高速性能好，可縮短加減速時間，但它有很多技術(shù)難點。

(2)超高速軸承技術(shù)：高速主軸使用的軸承有滾動軸承、氣浮軸承、液體靜壓軸承與磁

懸浮軸承幾種形式。

3、超高速磨削的砂輪平衡技術(shù)與防護裝置：關(guān)于超高速砂輪系統(tǒng)不僅進行靜平衡，還務(wù)必根

據(jù)系統(tǒng)及不平衡質(zhì)量劃分平衡階段，進行分級動平衡以保證在工作轉(zhuǎn)速下的穩(wěn)固磨削。

4、磨削液供給系統(tǒng)

超高速磨削常用的冷卻液注入方法有：高壓噴射法，空氣擋板輔助截斷氣流法，氣體內(nèi)冷卻法,

徑向射流沖擊強化換熱法等。為提高供液效果，應(yīng)對供液系統(tǒng)參數(shù)包含供液壓力、流量、磨削

更噴注位置、噴嘴結(jié)構(gòu)及尺寸等進行優(yōu)化設(shè)計，此外系統(tǒng)還需配有高效率油氣分離與吸排風(fēng)單

兀。

5、超高速磨削進給系統(tǒng)

隨著高速超高速加工技術(shù)的進展，國內(nèi)外都使用了直線伺服電機直接驅(qū)動技術(shù)。使用高動態(tài)性

能的直線電機結(jié)合數(shù)字操縱技術(shù)，避免了傳統(tǒng)的滾珠絲杠傳動中的反向間隙、彈性變形、磨擦

磨損與剛度不足等缺陷，可獲得高精度的高速移動并具有極好的穩(wěn)固性。

6、磨削狀態(tài)檢測及數(shù)控技術(shù)

利用磨削過程中產(chǎn)生的各類聲發(fā)射源，如砂輪與工件彈性接觸、接合劑破裂、磨粒與工件磨擦、

砂輪破碎與磨損、工件表面裂紋與燒傷、砂輪與修整輪的接觸等，能夠通過檢測聲發(fā)射信號的

變化來對磨削狀態(tài)進行判別與監(jiān)測。此外，工件精度與加工表面質(zhì)量的在線監(jiān)控技術(shù)也是高效

率磨削的關(guān)鍵技術(shù)。

3-11簡述超高速銃削特點及關(guān)鍵技術(shù)？

答：1、超高速銃削的技術(shù)特點：

(1)生產(chǎn)效率高，成本低

超高速銃削高硬度鋼的金屬切除率高、沒有手工精加工等耗時的工序，縮短了生產(chǎn)過程，簡化

了輔助工作，能使整體加工效率提高幾倍乃至十幾倍，且其能耗低，能源與設(shè)備的利用率高，

從而降低了生產(chǎn)成本。

（2）加工精度高

關(guān)于同樣的切削層參數(shù)：在超高速銃削條件下，單位切削力顯著下降，且其變化幅度小，使工

件的受力變形顯著減??；同時，由于機床主軸運轉(zhuǎn)速度極高：激振頻率遠離機床、工件、刀

具工藝系統(tǒng)的高階固有頻率：能有效減小系統(tǒng)的振動，因此有利于獲得高的加工精度

（3）加工表面質(zhì)量好

超高速銃削的加工過程極為迅速，加工表面的受熱時間極短，95格-98%以上的切削熱被切屑

帶走，傳入工件的切削熱大為減少，切削溫度低，熱影響區(qū)與熱影響程度都較?。河欣讷@得

低損傷的加工表面；同時，由于超高速銃削時切削振動對加工質(zhì)量的影響很小，因而能顯著降

低加工表面粗糙度，表面粗糙度Ra值可達到0.:Lum。

（4）適于加工薄壁類精細零件

與常規(guī)切削相比，超高速銃削加工時的切削力至少降低30%,特別是徑向切削力顯著降低，非

常有利于薄壁類精細零件的加工。比如，當(dāng)切削速度達到13000r/min時，能夠銃削壁厚僅

0.0165的薄壁零件。

2、超高速銃削的關(guān)鍵技術(shù)

超高速銃削刀具幾何角度：超高速銃削高硬度鋼時，刀具的要緊失效形式為刀尖破舊，設(shè)計時

應(yīng)著重考慮提高刀尖的抗沖擊強度。通常使用較小的前角（零度或者負角度前角）。增大后角

可減少刀具的磨損，但后角過大會影響刀具的強度與散熱條件，故也不宜過大。較大的螺旋角

可增大實際工作前角，減小被切金屬的變形，降低切削力，還可大大降低切削力的振幅，減小

振動加速度，從而改善加工表面質(zhì)量。

超高速銃削刀具材料：有整體硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、硬質(zhì)合金與立方氮化硼等。

3-12特種加工技術(shù)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域。

特種加工技術(shù)是直接借助電能、熱能、聲能、光能、電化學(xué)能、化學(xué)能與特殊機械能等多種能

量或者其復(fù)合施加在工件的被加工部位上以實現(xiàn)材料切除的加工方法，從而實現(xiàn)材料被去除、

變形、改變性能或者被鍍覆等的非傳統(tǒng)加工方法統(tǒng)稱之特種加工。與傳統(tǒng)機械加工方法相比具

有許多獨到之處：

1）在加工范圍上不受材料的物理、機械性能限制。能加工硬的、軟的、脆的、耐熱或者高

熔點金屬及非金屬材料；

2）易獲得良好的表面質(zhì)量，殘余應(yīng)力、熱應(yīng)力、熱影響區(qū)、冷作硬化等均比較?。?/p>

3）易于加工比較復(fù)雜的型面、微細表面及柔性零件；

4）各類加工方法易于復(fù)合形成新的工藝方法，便于推廣與應(yīng)用。

特種加工技術(shù)所包含的范圍非常廣，隨著科學(xué)技術(shù)的進展，特種加工技術(shù)的內(nèi)容也不斷豐富。

目前各類特種加工方法已達數(shù)十種，其中也包含一些借助機械能切除材料，但又不一致于通

常切削與磨削的加工方法，如磨粒流加工、液體噴射流加工、磨粒噴射加工、磁磨粒加工等等。

除了借助于化學(xué)能或者機械能的加工方法以外，大多數(shù)常用的特種加工方法均為直接利用電能

或者電能所產(chǎn)生的特殊作用所進行的加工方法，通常將這些方法統(tǒng)稱之電加工。

3-13簡述電火花加工的原理與應(yīng)用。

電火花加工（又稱放電加工、電蝕加工，簡稱EDM）是一種利用脈沖放電對導(dǎo)電材料電蝕來去

除多余材料的工藝方法。

1、加工原理

電火花加工的原理示意圖如圖3-20所示。加工時，將工具與工件置于具有一定絕緣強度的液

體介質(zhì)中，并分別與脈沖電源的正、負極相連接。調(diào)節(jié)裝置操縱工具電極，保證工具與工件間

維持正常加工所需的很小放電間隙。當(dāng)兩極之間的電場強度增加到足夠大時，兩極間最近點的

液體介質(zhì)被擊穿，產(chǎn)生短時間、高能量的火花放電，放電區(qū)域的溫度瞬時可達10000°似上，

金屬被熔化或者氣化。灼熱的金屬蒸汽具有很大的壓力，引起劇烈的爆炸，而將熔融的金屬拋

出，金屬微粒被液體介質(zhì)冷卻并迅速從間隙中沖走，工件與工具表面形成一個小凹坑（圖3-

20（b、c））。第一個脈沖放電結(jié)束之后，通過很短的間隔時間，第一脈沖又在另一極間最

近點擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進給，得到由無數(shù)小

凹坑構(gòu)成的加工表面，工具的形狀最終被復(fù)制在工件上。

進行電火花加工務(wù)必具備下列三個條件：

?必使用脈沖電源，以形成瞬時的脈沖式放電。每次放電時間極短，使放電產(chǎn)生的熱量來不

及傳輸出去，而集中于微小區(qū)域。

它務(wù)必使用自動進給調(diào)節(jié)裝置，保證工具電極與工件電極間微小的放電間隙(0.01?0.05

mm),以維持適宜的火花放電狀態(tài)。

③k花放電務(wù)必具有足夠大的能量密度，且務(wù)必在具有一定的絕緣強度的液體介質(zhì)(工作液)

中進行。大的能量密度用以熔化(或者氣化)工件材料，液體介質(zhì)除對放電通道有壓縮作用外,

還可排除電蝕產(chǎn)物，冷卻電極表面。常用的液體介質(zhì)有煤油、礦物油、皂化液或者去離子水等。

2、電火花加工的應(yīng)用

(1)電火花穿孔

穿孔加工是指貫穿的二維型孔的加工，是電火花加工中應(yīng)用最廣的一種，常加工的型孔

有圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔、曲線孔及小孔、微孔等，比如冷沖模、拉絲模、擠壓模、

噴嘴、噴絲頭上的各類型孔與小孔。穿孔的尺寸精度要緊靠工具電極的尺寸與火花放電的間隙

來保證。

(2)電火花型腔加工

電火花型腔加工指三維型腔與型面的加工及電火花雕刻。比如加工鍛模、壓鑄模、擠壓模、膠

木模、塑料模等。

型腔加工比較困難，首先是由于均是盲孔加工，金屬蝕除量大，工作液循環(huán)與電蝕產(chǎn)物排除條

件差，工具電極損耗后無法靠進給補償；其次是加工面積變化大，加工過程中電規(guī)準調(diào)節(jié)范圍

較大，并由于型腔復(fù)雜，電極損耗不均勻，對加工精度影響很大，因此型腔加工生產(chǎn)率低，質(zhì)

量保證有一定困難。

(3)電火花線切割加工

電火花線切割加工簡稱線切割加工，它是利用一根運動的細金屬絲(中0.02?(p0.3mm的鑰

絲或者銅絲)作工具電極，在工件與金屬絲間通以脈沖電流，靠火花放電對工件進行切割加工。

其工作原理是，工件上預(yù)先打好穿絲孔，電極絲穿過該孔后，經(jīng)導(dǎo)向輪由儲絲筒帶動作正、反

向交替移動；放置工件的工作臺按預(yù)定的操縱程序，在X、Y兩個坐標方向上作伺服進給移動,

把工件切割成形。加工時，需在電極絲與工件間不斷澆注工作液。

電火花加工還有其他許多方式的應(yīng)用。如用電火花磨削，可磨削加工精密小孔、深孔、薄壁孔

及硬質(zhì)合金小模數(shù)滾刀、成形銃刀的后面；用電火花共和回轉(zhuǎn)加工可加工精密內(nèi)、外螺紋環(huán)規(guī),

內(nèi)錐螺紋，精密內(nèi)、外齒輪等；此外還有電火花表面強化與刻字加工等。

3-14電解加工的應(yīng)用有什么？

電解加工首先在國防工業(yè)中應(yīng)用于加工炮管膛線。目前已成功地應(yīng)用于葉片型面、模具型腔與

花鍵、深孔、異型孔及復(fù)雜零件的薄壁結(jié)構(gòu)等加工；用于電解刻印、電解倒棱去毛刺時，加工

效率高、費用低；用電解拋光不僅效率比機械拋光高，而且拋光后表面耐腐蝕性好。另外電解

加工與機械加工結(jié)合能形成多種復(fù)合加工，如電解磨削、電解布磨、電解研磨等。

(1)電解整體葉輪

使用電解加工的方法，不受材料硬度與韌性的限制，在一次行程中可加工出具有復(fù)雜葉型面的

整體葉輪，比切削加工有明顯的優(yōu)越性。電解加工整體葉輪前，先加工好整體葉輪的毛坯，然

后用套料法加葉片。每加工完一個葉片，退出陰極(工具)，分度后再依次加工下一個葉片。

這樣不但解決了刀具磨損問題，縮短了加工周期，而且可保證葉輪的整體強度與質(zhì)量。

(2)深孔擴孔加工

深孔擴孔電解加工時，常使用移動式陰極。將待擴孔的工件用夾具固定，工件接電源正極，移

動工具接電源負極。工具(陰極)由接頭、密封圈、前引導(dǎo)、出水孔、陰極主體及后引導(dǎo)等部

分構(gòu)成。

(3)電解去毛刺

電解去毛刺是電解加工技術(shù)應(yīng)用的又一個方面。圖3-28為電解去小孔毛刺的原理圖，它以工

件為陽極，工具電極為陰極。電解液流過工件上的毛刺與工具陰極之間的狹小間隙(0.3-1

mm)時，在直流電壓的作用下，工件的尖角、棱邊處的電流密度最大，使毛刺迅速被溶解去

除，棱邊也可獲得倒圓。工件上的其余部分有絕緣層屏蔽保護，不可能由于電解作用而破壞原

有精度。

(4)電解磨削

電解磨削是靠陽極金屬的電化學(xué)溶解(占952?98%)與機械磨削作用(占2%?52)相結(jié)合

的復(fù)合加工方法。

電解磨削克服了電解加工精度不高的弱點，集中了電解加工與機械磨削的優(yōu)點。其加工精度平

均為0.02mm,最高可達0.001mm,表面粗糙度Ra值平均為0.8pm,最高可達0.02nm；

其磨削效率通常高于機械磨削，而砂輪的損耗遠比機械磨削小。

電解磨削適合于磨削高強度、高硬度、熱敏性與磁性材料，如硬質(zhì)合金、高速鋼、不銹鋼、鈦

合金、銀基合金等。在生產(chǎn)中已用來磨削各類硬質(zhì)合金刀具、量具、渦輪葉片棒頭、蜂窩結(jié)構(gòu)

件、軋輻、擠壓與拉絲模等，同時應(yīng)用范圍正在日益擴大。

(5)電解拋光

電解拋光是利用不銹鋼在電解液中的選擇性陽極溶解而達到拋光與清潔表面目的的一種電化學(xué)

表面處理方法。其作為一種表面處理方法，具有下列突出優(yōu)點：

①及大提高表面耐蝕性。由于電解拋光對元素的選擇性溶出，使得表面生成一層致密牢固的富

格固體透明膜，并形成等電勢表面，從而消除與減輕微電池腐蝕。

頷解拋光后的微觀表面比機械拋光的更平滑，反光率更高。這使得設(shè)備不粘壁、不掛料、易

清洗，達到GMP與FDA規(guī)范要求。

魏解拋光不受工件尺寸與形狀的限制。對不宜進行機械拋光的工件可實施電化學(xué)拋光，比如

細長管內(nèi)壁、彎頭、螺栓、螺母與容器內(nèi)外壁。

3-15超聲加工工藝特點及應(yīng)用。

超聲加工(簡稱USM)也稱超聲波加工，是利用超聲振動工具在有磨料的液體介質(zhì)中或者干磨

料中產(chǎn)生磨料的沖擊、拋磨、液壓沖擊及由此產(chǎn)生的氣蝕作用來去除材料，或者給工具或者工

件沿一定方向施加超聲頻振動進行振動加工，或者利用超聲振動使工件相互結(jié)合的加工方法。

工藝特點

(1)適合于加工各類硬脆材料，特別是不導(dǎo)電的非金屬材料，如玻璃、寶石、陶瓷、金剛石

及各類半導(dǎo)體材料。

(2)由于去除加工材料是靠極小磨粒瞬時局部的撞擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小,

切削應(yīng)力、切削熱很小，不可能引起變形及燒傷，避免了被加工工件的物理與化學(xué)性能的

變化，表面粗糙度也較好，可達Rai?0.1mm,加工精度可達0.01?0.02mm,而且

能夠加工薄壁、窄縫、低剛度零件。

(3)由于工具可用較軟的材料，做出較復(fù)雜的形狀，故不需要使工具與工件作比較復(fù)雜的

相對運動，因此超聲加工機床的結(jié)構(gòu)通常比較簡單，只需一個方向輕壓進給，操作、維修

方便。

(4)超聲加工的生產(chǎn)率較低。對導(dǎo)電材料的加工效率遠不如電火花與電解加工；對軟質(zhì)、反

彈性大的材料，加工較為困難。

超聲加工的應(yīng)用：

工業(yè)上超聲應(yīng)用能夠分為加工應(yīng)用與非加工應(yīng)用兩大類。加工應(yīng)用包含傳統(tǒng)的超聲加工

(USM)、金剛石工具超聲旋轉(zhuǎn)加工(RUM)與各類超聲復(fù)合加工等。非加工應(yīng)用包含：清洗、

塑料焊接、金屬焊接、超聲分散、化學(xué)處理、塑料金屬成形與無損檢測等。表3-7列出了超

聲的工業(yè)應(yīng)用。

(1)深小孔加工

與加工通常的軸或者平面比較，在相同的要求及加工條件下，加工孔要復(fù)雜得多。通常來說，

加工孔的工具長度總是大于孔的直徑，在切削力的作用下易產(chǎn)生變形，從而影響加工質(zhì)量與加

工效率。特別是對難加工材料的深孔鉆削來說，會出現(xiàn)很多問題。如切削液很難進入切削區(qū)，

造成切削溫度高；刀刃磨損快，產(chǎn)生積屑瘤，排屑困難，切削力增大等問題。使用超聲加工則

可有效解決上述問題。

(2)硬脆材料加工

陶瓷材料，因具有高硬度、耐磨損、耐高溫、化學(xué)穩(wěn)固性好、不易氧化、耐腐蝕等優(yōu)點而被廣

泛使用。然而，由于工程陶瓷等硬脆材料具有極高的硬度與脆性，其成形加工十分困難，特別

是成形孔的加工尤為困難，嚴重阻礙了材料的應(yīng)用推廣?？墒褂贸曅D(zhuǎn)加工、超聲分層銃削

加工解決上述問題。

(3)超聲復(fù)合加工

超聲加工與傳統(tǒng)機械加工或者特種加工方法相結(jié)合，就形成了各類超聲復(fù)合加工工藝，如超聲

車削、超聲磨削、超聲鉆孔、超聲螺紋加工、超聲研磨拋光、超聲電火花復(fù)合加工等。超聲復(fù)

合加工方式適用于陶瓷材料的加工，它強化了原加工過程，其加工效率隨著材料脆性的增大而

提高，實現(xiàn)了低耗高效的目標，加工質(zhì)量也能得到不一致程度的改善。

(4)超聲磨削加工

超聲磨削是利用超聲振動與砂輪磨削的復(fù)合作用來形成加工表面。優(yōu)點是加工效率高，缺點是

加工變質(zhì)層較深。已有研究說明：當(dāng)磨削深度小于某臨界值時，工程陶瓷的去除機理與金屬磨

削相似，工件材料在磨刃的作用下通過塑性流淌形成切屑，避免較深變質(zhì)層的形成，塑性磨削

可獲得Ra<0.Oliam的良好鏡面。

3-16試說明離子束刻蝕的加工方法及應(yīng)用。

1、加工原理

離子束加工是在真空條件下將離子源產(chǎn)生的離子束通過加速、聚焦后，打到工件表面以實現(xiàn)去

除加工(圖3-33)。與電子束等加工方法不一致的是，電子束加工是靠動能轉(zhuǎn)化為熱能來進

行加工的，而離子束加工是靠微觀的機械撞擊動能。離子帶正電荷，其質(zhì)量比電子大干、萬倍,

最小的氫離子，其質(zhì)量是電子質(zhì)量的1840倍，負離子的質(zhì)量是電子質(zhì)量的7.2萬倍。由于

離子的質(zhì)量大，故在同樣的電場中加速較慢，速度較低，但是，一旦加速到高速度時，離子束

比電子束具有大得多的沖擊能量。離子撞擊工件材料時，可將工件表面的原子一個一個打擊出

去，從而實現(xiàn)對工件的加工。

2、離子束加工的應(yīng)用

(1)離子濺射

假如將離子加速到幾十?幾千電子伏時，即可用于離子濺射加工。離子濺射沉積與離子鍍膜原

理相同，即用離子轟擊靶材，將靶材上的原子擊出，沉積在靶材鄰近的工件上，使工件表面鍍

上一層薄膜。離子鍍膜時同時轟擊工件表面，以增加靶(膜)材與工件表面的結(jié)合力。離子膜

加工已用于鍍制潤滑膜、耐熱膜、耐蝕膜、耐磨膜、裝飾膜與電氣膜等，用離子鍍膜在切削工

具表面鍍滲氮鈦、滲碳鈦等超硬層，可提高刀具的耐用度。用離子鍍膜還可顯著提高模具的使

用壽命。

(2)離子刻蝕

又稱離子銃削。假如將離子加速到一萬?凡萬電子伏，且離子入射方向與被加工表面成25?

30時，離子可將工件表面的原子或者分子逐個撞擊出去，實現(xiàn)離子銃削、離子蝕刻或者離子

拋光等。離子束刻蝕已用于加工陀螺儀氣動軸承(碳化硼、鈦合金與鋼結(jié)硬質(zhì)合金等材料)的

異形溝槽、非球面透鏡及刻蝕集成電路等微電子器件亞微米圖形，還用來制作集成光路中的光

柵與波導(dǎo)、薄石英晶體振蕩器與壓電傳感器等。

(3)離子注入

假如將離子加速到幾十萬電子伏或者更高時，離子可穿入被加工材料內(nèi)部，從而達到改變材料

化學(xué)成分的目的。離子注入在半導(dǎo)體方面的應(yīng)用很普遍，如將硼、磷等''雜質(zhì)"離子注入半導(dǎo)

體，用以改變導(dǎo)電形式(P型或者N型)與制造P-N結(jié)。也可用此法制造一些用熱擴散難以

獲得的各類特殊要求的半導(dǎo)體器件。因此，離子束加工已成為制造半導(dǎo)體器件與大面積集成電

路的重要手段。

3-17簡述L1GA技術(shù)加工工藝及要緊應(yīng)用對象是什么？

LIGA是光亥！J(Lithografie)、電鑄(GaIvanoformung)、模鑄(Abformung)的縮

寫，要緊包含三個工藝：深層同步輻射軟X射線光刻、電鑄成型及鑄塑。其特點是能制作高

徑比很大的塑料、金屬、陶瓷的三維微結(jié)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于微型機械、微光學(xué)器件制作、裝配與

內(nèi)連技術(shù)、光纖技術(shù)、微傳感技術(shù)、醫(yī)學(xué)與生物工程方面。從而成為MEMS((Micro-

Electro-MechanicalSystems)是微機電系統(tǒng)的縮寫。MEMS是美國的叫法，在日本被稱

之微機械，在歐洲被稱之微系統(tǒng)，目前MEMS加工技術(shù)又被廣泛應(yīng)用于微流控芯片與合成生物

學(xué)等領(lǐng)域，從而進行生物化學(xué)等實驗室技術(shù)流程的芯片集成化。

)極其重要的一種微制造技術(shù)。

3-18微機械加工中的關(guān)鍵技術(shù)？

與傳統(tǒng)機械相比，微機械在許多方面都具有自身特色，這是由于在微小尺寸與微小尺度空間內(nèi),

許多宏觀狀態(tài)下的物理量與機械量都發(fā)生了變化，并在微觀領(lǐng)域狀態(tài)下呈現(xiàn)出特有規(guī)律，由此

決定了微機械具有自身特有的理論基礎(chǔ)。目前微機械加工中的要緊關(guān)鍵技術(shù)有下列幾項：

(1)微系統(tǒng)建模技術(shù)微小型化的尺寸效應(yīng)與微小型理論基礎(chǔ)研究是設(shè)計研究不可缺少的課

題，如力的尺寸效應(yīng)、微結(jié)構(gòu)表面效應(yīng)、微觀摩擦機理、熱傳導(dǎo)、誤差效應(yīng)與微構(gòu)件材料性能

等。

(2)微細加工技術(shù)要緊指高深度比多層微結(jié)構(gòu)的硅表面加工與體加工技術(shù)，利用X射線光

刻、電鑄加工技術(shù)、微電火花加工、能量束加工等。

(3)微型機械組裝與封裝技術(shù)要緊指材料的粘接、硅玻璃靜電封接、硅鍵合技術(shù)與自對準

組裝技術(shù)，具有三維可動部件的封裝技術(shù)與真空封裝技術(shù)。

(4)自組織成形工藝模仿生物的生長發(fā)育過程讓材料通過自組織作用，自動生長成為所要

求形狀以超分子的自組織實驗?zāi)M生物自組織生長過程制備三維網(wǎng)格，并以生物酶對之進行加

工與修飾；并可對形狀與尺寸進行操縱的方法。

4-1試論述制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵及關(guān)鍵技術(shù)。

制造自動化技術(shù)是制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)，對制造業(yè)的進展具有非常重要的作用。制造自動化概念

是一個動態(tài)進展的過程。20世紀初對制造自動化的懂得或者者說制造自動化的功能目標是以

機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀

點。后來隨著電子與信息技術(shù)的進展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，制造自動化的概

念已擴展為不僅包含用機器(包含計算機)代替人的體力勞動與腦力勞動，而且還包含人與機

器及制造過程的操縱、管理與協(xié)調(diào)優(yōu)化，以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時與潔

凈的目標。

實現(xiàn)21世紀制造自動化所涉及的關(guān)鍵技術(shù)要緊有：

1.集成化技術(shù)。在過去制造系統(tǒng)中僅強調(diào)信息的集成，這是不夠的?，F(xiàn)在更強調(diào)技術(shù)、人與

管理的集成。在開發(fā)制造系統(tǒng)時強調(diào)''多集成"的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作

機制集成、資源集成、過程集成、技術(shù)集成及人員集成。

2.智能化技術(shù)。應(yīng)用人工智能技術(shù)實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期(包含產(chǎn)品設(shè)計、制造、發(fā)貨、支持用

戶到產(chǎn)品報廢等)各個環(huán)節(jié)智能化，實現(xiàn)生產(chǎn)過程(包含組織、管理、計劃、調(diào)度、操縱等)

各個環(huán)節(jié)的智能化、并實現(xiàn)人與制造系統(tǒng)的融合及人的智能的充分發(fā)揮。

3.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包含硬件與軟件的實現(xiàn)。各類通信協(xié)議及制造自動化協(xié)議、信息通信

接口、系統(tǒng)操作操縱策略等，是實現(xiàn)各類制造系統(tǒng)自動化的基礎(chǔ)。

4.分布式并行處理技術(shù)。該技術(shù)實現(xiàn)制造系統(tǒng)中各類問題的協(xié)同求解，獲得系統(tǒng)的全局最優(yōu)

解，繼而實現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)決策。

5.多學(xué)科、多功能綜合產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)。機電產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計不僅涉及到機械科學(xué)的理論與知

識而且還涉及到電磁學(xué)、光學(xué)、操縱理論等。不僅要考慮技術(shù)因素，還務(wù)必考慮到經(jīng)濟、心理、

環(huán)境、人文及社會等方面因素。機電產(chǎn)品的開發(fā)要進行多目標全性能的優(yōu)化設(shè)計，以追求機電

產(chǎn)品動靜特性、效率、精度、使用壽命、可靠性、制造成本與制造周期的最佳組合。

6.虛擬現(xiàn)實技術(shù)。利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、多媒體技術(shù)及計算機仿真技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計制造過

程中的幾何仿真、物理仿真、制造過程仿真，使用多種介質(zhì)來存儲、表達、處理多種信息，融

文字、語音、圖像、動畫于--體，給人一種真實感及身臨其境感。

7.人…機一環(huán)境系統(tǒng)技術(shù)。將人、機器與環(huán)境作為一個系統(tǒng)來研究，發(fā)揮系統(tǒng)的最佳效益。

研究的重點是：人機環(huán)境的體系結(jié)構(gòu)及集成技術(shù)、人在系統(tǒng)中的作用及發(fā)揮、人機柔性交互技

術(shù)、人機智能接口技術(shù)、清潔制造等。這些要緊關(guān)鍵技術(shù)表達了21世紀制造技術(shù)對CAD/

CAM集成系統(tǒng)的要求，表達了CAD/CAM集成進展的方向。

4-2加工中心根據(jù)其加工范圍能夠分為哪幾類？它們與普通的數(shù)控機床的最大區(qū)別是什么？

數(shù)控加工中心按主軸的方向可分為立式與臥式兩種，立式加工中心的主軸是垂直的，要緊用于

精密加工，適合復(fù)雜型腔的加工。臥式加工中心的主軸是水平的，通常具有回轉(zhuǎn)工作臺，可進

行四面或者五面加工，特別適合于箱體零件的加工。除此之外，還有用于精密加工的門形構(gòu)造

加工中心。

按工藝用途可分為鎮(zhèn)銃加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工

中心等。加工中心按主軸在加工時的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用

（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。

在實際應(yīng)用中，以加工棱柱體類工件為主的鎮(zhèn)銃加工中心與以加工回轉(zhuǎn)體類工件為主的車削加

工中心最為多見。由于鑲銃加工中心（1958年由美國KM公司在數(shù)控銃床上加刀庫）最早出

現(xiàn)，且名為加工中心（MachiningCenter）,因此習(xí)慣上常把''鑲銃加工中心"稱之''加工

中