先進(jìn)制造工藝、方法、裝備

S-863先進(jìn)制造工藝、方法與裝備主題CIMS系列講座––––對國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的意義對技術(shù)發(fā)展的意義對產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意義實(shí)施的可行性?

領(lǐng)域布局

先進(jìn)制造與自動化技術(shù)領(lǐng)域（

圖

1

）

S-863先進(jìn)制造與自動化領(lǐng)域背景?

選題準(zhǔn)則S-863先進(jìn)制造工藝、方法與裝備主題

項(xiàng)

目

建

議????????引

言現(xiàn)狀與趨勢主題布局目

標(biāo)立題原則措

施經(jīng)

費(fèi)預(yù)期效果引言?制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，工藝與裝備是制造 業(yè)的基礎(chǔ)。?工業(yè)發(fā)達(dá)國家極為重視工藝與裝備問題 美國的裝備制造業(yè)也呈現(xiàn)衰退若干年(圖2）， 但幾年前，美國人就醒悟了，他們已把制造業(yè)、 把工藝與裝備視為與基礎(chǔ)科學(xué)、.、健 康、社會福利（美國歷來極為重視的領(lǐng)域）一 樣重要。?21世紀(jì)中裝備制造應(yīng)是中國與發(fā)達(dá)國家競爭的 主要領(lǐng)域之一。U.S.isnumber1isdistant4th

Figure

1

--

Decline

of

U.S.

Machine

Tool

Industryfrom

>>

“Overview

of

Research

and

Technology

Development

of

Machine

Tool

System

in

the

United

States”

(

Jay

Lee

and

Bruce

Kramer

)197619781980

198219841986

19881990

1992

30

25

20

Percent

of

world

15production

10

5

0JapanGermanyU.S.Italy美國人的認(rèn)識（

from

>>

“Unit

Manufacturing

Process”）?

我們（指美國）在相對生產(chǎn)率增長方面的衰退可以追溯至我們對制造領(lǐng)域中人力、研究及研究成果的轉(zhuǎn)化等方面的投入不足。

沒有任何事情比改造制造能力對我們的生活水準(zhǔn)產(chǎn)生更大的長期影響。

除非，我們作為一個(gè)國家，把制造視為與基礎(chǔ)科學(xué)、健康、社會福利、國家安全等一樣重要，

否則我們不能獲得足夠的資源以提高我們的生活水準(zhǔn)。美國人的認(rèn)識（

from

>>

“Unit

Manufacturing

Process”）

?

一個(gè)國家

如果不能生產(chǎn)好的東西

，最終其公民會失去很多就業(yè)機(jī)會，而且其公民會發(fā)現(xiàn)他們工作的質(zhì)量和生活水平水準(zhǔn)都會隨之下降。?

工藝裝備工業(yè)在經(jīng)濟(jì)中扮演獨(dú)一無二的角色。它為經(jīng)濟(jì)中的所有其它制造業(yè)提供工具，即使勞動者的教育、運(yùn)籌管理、交通、通訊等都使生產(chǎn)力增長，但

歸根結(jié)底，好的工藝裝備業(yè)的影響差不多肯定超過所有這些因素的影響。多項(xiàng)研究（如National

ResearchCouncil）把工藝與裝備置于

工業(yè)研究最重要領(lǐng)域的前列

。引言?

相對于發(fā)達(dá)國家，

我國的裝備業(yè)在進(jìn)一步衰退，

我國的工藝水平在相對下降。

中國可不能聽任

裝

備制造業(yè)衰退若干年。

中國不能重蹈

東南亞某些

國家的覆轍。?

中國作為一個(gè)大國不能沒有自己的裝備制造業(yè)，

不能沒有良好的工藝水平。

中國在工藝與裝備方

面

不能再貽誤時(shí)機(jī)。?

中國

不能聽任

發(fā)達(dá)國家僅把一些

勞動密集型的、

易污染環(huán)境

的制造業(yè)轉(zhuǎn)移到中國。引言?

中國是一個(gè)人口巨型國家。如果我們的裝備制

造業(yè)

繼續(xù)下滑，

非但影響國民經(jīng)濟(jì)和人民生活

水平，而且由此而導(dǎo)致的大批失業(yè)將會成為嚴(yán)

重的

社會問題。?

我們要有所為有所不為，而工藝與裝備恰恰是

不能不為的領(lǐng)域。

絕不是危言聳聽！現(xiàn)狀與趨勢?

國外現(xiàn)狀–

宏觀計(jì)劃–

技術(shù)與研究現(xiàn)狀?

美國研究現(xiàn)狀一瞥?

技術(shù)現(xiàn)狀舉例?

國內(nèi)現(xiàn)狀–

工藝與裝備現(xiàn)狀–

R&D

現(xiàn)狀?

R&D趨勢與特點(diǎn)宏觀計(jì)劃?

NGM

，

由

美

國

NSF

、

NIST

、

DOD

、

DOE

組

織

，

1995

年

開

始

，

1997

年

完

成

。

有

100

多

人參與，包括工業(yè)界、學(xué)術(shù)界、政府機(jī)構(gòu)的專家人士。計(jì)劃包含

10

個(gè)方面，

特別強(qiáng)調(diào)下一代

的

制

造

工

藝

及

裝

備

（

Next-generationManufacturing

Processes

andEquipment

）

為

十

大

關(guān)

鍵

技

術(shù)

之

一

，

指

出

下一代制造工藝及裝備

應(yīng)該是用制造科學(xué)為知識基礎(chǔ)的可重組、規(guī)?？勺兓敖?jīng)濟(jì)合理的制造工藝與裝備。宏觀計(jì)劃?

Unit

Manufacturing

Process

，

由

Research

Committee

National

Research

Council

組

織

，

有

15

人參與，從

1991

年開始，

1993

年完成。?

德國制造

2000

計(jì)劃?

日本的智能制造技術(shù)計(jì)劃

（

IMS

）?

韓國的高級先進(jìn)技術(shù)國家計(jì)劃

（

G-7

計(jì)劃）

技術(shù)與研究現(xiàn)狀

—

美國研究現(xiàn)狀一瞥?

MTAMRI

（

Machine

Tool

Agile

Manufacturing

Research

Institute

）

是

一

個(gè)跨大學(xué)的從事工藝與裝備的合作研究組織，主要目的在于促進(jìn)合作研究、技術(shù)集成、技術(shù)轉(zhuǎn)移、與工業(yè)界及政府的對話

等

。

MTAMRI

得

到

了

美

國

NSF

的

有

力支持。?

佛羅里達(dá)大學(xué)

Tlusty

為首的

Machine

Tool

Research

Center?

NACMATT

(

National

Coalition

forMachine

–

Tool

Technology

)

包括

23

個(gè)工業(yè)界成員、大學(xué)、國家實(shí)驗(yàn)室等，是以University

of

Illinois

at

Urbana

–Champaign

為首，

94

年建立。?

Machining

Research

Program

at

Universityof

Kentucky,

led

by

Prof.

JawahirTo

become

a

leading

research

group,

provide

a

strong

scientific

foundation

for

the

generation

and

application

of

new

knowledge

in

machining

processes.技術(shù)與研究現(xiàn)狀

—

美國研究現(xiàn)狀一瞥

技術(shù)與研究現(xiàn)狀

—

美國研究現(xiàn)狀一瞥?

Center

for

Grinding

Research

&

Development

(

University

of

Connecticut

)?

加州伯克利大學(xué)

MOSAIC

（

Machine

–

Tool

Open

System

Advanced

Controller

）–

sensor

feedback–

computer-aided

set-up–

touch-trigger

probe–

automatic

compensation技術(shù)與研究現(xiàn)狀

—

美國研究現(xiàn)狀一瞥?

MIT–

實(shí)時(shí)監(jiān)控鑄造中凝固現(xiàn)象，

J.

H.

Chun用

X

射線

CT

系統(tǒng)產(chǎn)生二維

image

，其成像乃物體的密度映射。（得到

NSF

資助后，使他們又獲得了工業(yè)界的資助）–

高精度、磁懸浮定位系統(tǒng)（軸承定位）軸向：

15nm,

橫向：

3nm–

自補(bǔ)償線性靜壓軸承技術(shù)與研究現(xiàn)狀

—

技術(shù)現(xiàn)狀舉例?

工

藝–

精密成型–

高速切削–

硬切削?

裝

備–

刀具–

機(jī)床?

控

制–

過程控制–

數(shù)控系統(tǒng)工

藝—精密成型?

日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家采用溫精鍛技術(shù)

生產(chǎn)形狀極為復(fù)雜且精度要求又高的轎車等速

萬向節(jié)殼體及星形套等關(guān)鍵零件，有的部分直

接達(dá)到最終尺寸精度及表面光潔度要求。工

藝—高速切削?

機(jī)

床

主

軸

最

高

轉(zhuǎn)

速

可

達(dá)

40,000r/min

，

最

大輸出功率為

45kW

。

進(jìn)給系統(tǒng)采用

滾珠絲杠：

快速進(jìn)給達(dá)

40

～

60m/min

直線電機(jī)：

快速進(jìn)給達(dá)

76m/min?

美

國

Cincinnati,

美

國

Ingersoll

，

日

本

的

牧

野、意大利

Rambaudi

等公司之：

–

標(biāo)

準(zhǔn)

主

軸

轉(zhuǎn)

速

配

置

可

以

達(dá)

到

8000

～

10000r/min

–

可選

20,000r/min

以下的主軸單元已

商品化工

藝

—

高速切削?

美國

Ingersoll

的

HVM800

高速加工中心–

采用了液體動、靜壓軸承，主軸轉(zhuǎn)速達(dá)20,000r/min–

在

X

、

Y

、

Z

軸上使用

永磁式直線電機(jī)，進(jìn)給最高速度達(dá)到

76.2m/min

。?

瑞士

Mikron

的

HSM700

高速銑床–

主軸轉(zhuǎn)速

42,000r/min

，快速進(jìn)給

40m/min工

藝

—

高速切削?

意大利

Vigolzone

的高速臥式加工中心–

三軸采用

直線電機(jī)

，

進(jìn)給速度三軸均達(dá)70m/min

，加速度達(dá)

1g

。?

NCMT

公

司

的

BIG

+

PLUS

spindle

holdings

system,

主

軸

轉(zhuǎn)

速

達(dá)

40,000

rev/min

。?

IBAG

公司高速主軸使粗銑比普通快

5

倍

，最高速可達(dá)

200,000

rpm

。工

藝

—

高速切削?

模具制造領(lǐng)域中，–

高速切削減少了加工工序，將

切削速度提高

5-10倍，

并改善銑削復(fù)合表面的表面質(zhì)量。–

大的軸加速度確保軌跡精度，

高速切削必須有相應(yīng)的進(jìn)給量。–

硬度在

46-60HRC

之間工件

,

以

銑削代電火花加工

。工

藝

—

高速切削?

快

速

移

動

幾

年

前

不

足

10m/min,

現(xiàn)

已

達(dá)40m/min

。–

主軸速度

10,000~12,000

rpm

已成為標(biāo)準(zhǔn)–

在高速和低速情況下都能

傳遞大的扭矩?

德國

WZL/RWTH

的

Dyna-M

型

3

軸銑床–

主軸轉(zhuǎn)速

19,000r/min

，

電機(jī)

15KW–

進(jìn)給速度

90m/min

，

加速度

1.5g工

藝—硬切削?

硬車削是把淬硬鋼（

HRC>55

）的車削作

為最終加工或精加工的加工方法。

以車

代磨，加工效率比磨削加工高

3

～

4

倍。?

硬車削中產(chǎn)生的大部分熱量被切屑帶走，

從而使零件獲得

良好的整體加工精度。?

硬車削設(shè)備投資少，

適合柔性生產(chǎn)需求。

車床投資是磨床的

1/3

～

1/2

。硬切削不需

特殊設(shè)備。裝

備—刀具?

SGS

公

司

的

高

速

銑

削

刀

（

鍍

層

Ti-

Namite

）

，

線

速

度

可

達(dá)

400m/min

，

加

工

硬

度

達(dá)

HRC60

，

甚

至

可

以

在

干

切

削

條

件

下進(jìn)行切削。?

Horn

GmbH

之

Super

mini

boring

tool

insert,

可鏜

2mm

直徑孔

。?

Stocdon

陶

瓷

刀

片

可

在

100~200

m/min

和

0.5~0.7

mm/rev

的

條

件

下

加

工

鎳

基

合

金

，

此種速度比通常硬質(zhì)合金快

5

倍，

進(jìn)給量

大

2

倍。裝

備—刀具?

可

轉(zhuǎn)

位

的

涂

層

刀

片

（

鍍

層

為

TiC,

TiN,

CrC,

CrN,

Al2O3

）

,

提

高

了

刀

具

的

耐

磨

性和韌性，可

提高刀具壽命

6~10

倍。

–

美國肯納公司的

KC990

刀片

–

日本三菱公司的

UC6010

刀片?

德國的

HSK

和美國的

KM

工具系統(tǒng)使用

短

錐空心刀柄，

接觸剛性好，夾緊可靠，

傳遞轉(zhuǎn)矩大，

重復(fù)定位精度高達(dá)

0.001mm~0.0025mm

。裝

備—刀具?

Sandvik

Coromant

的

U

鉆

鉆

削

的

孔

深

達(dá)

4~5

倍孔徑

，將鉆削

生產(chǎn)率提高了

300%

。

–

Coromant

刀具的壽命大約

300~500

零件

/

刃

–

用可轉(zhuǎn)位刀片進(jìn)行高速鏜削，不僅縮短加工

時(shí)間，并能獲得更好的工件質(zhì)量。?

日本九州大學(xué)工程部智能機(jī)械工程系開

發(fā)了

激光引導(dǎo)式深孔加工方法

–

用于深徑比：

1000~2000

的

深孔高精度加工裝

備—刀具?

德國維克

高精度靜壓膨脹式刀具夾頭

–

用于深孔鉆

–

減少刀具磨損、換刀次數(shù)和廢品率

–

刀具壽命延長

2

倍?

聚晶立方氮化硼

（

PCBN

）刀具

用于先進(jìn)

切削工藝研究

–

PCBN

刀

具

材

料

具

有

很

高

的

硬

度

、

耐

磨

性

（比硬質(zhì)合金和陶瓷更高）、熱穩(wěn)定性、高

溫硬度、低的摩擦系數(shù)等。裝

備—刀具–

PCBN

刀具用于先進(jìn)切削工藝

?

最適合于鑄鐵、淬硬鋼等材料的

高速切削

加工，高速下刀具的壽命反而越高。

?

用于

硬態(tài)切削

–

以車代磨，對淬硬件（

55HRC

以上）

精加工

,

可提高加工柔性無須加切削液。

–

當(dāng)工件硬度高于

40HRC

后，刀具壽命

隨工件硬度增加而增加。

?

用于

干切削

?

用于自動化及

難加工材料的加工裝

備—機(jī)床?

高速

–

降

低

非

切

削

時(shí)

間

（

快

速

定

位

，

quick

chip-to-

chip

tool

change

，降低托盤交換時(shí)間）

–

增加金屬除去率

（高速主軸，新刀具設(shè)計(jì)，

coating

材料）?，F(xiàn)在，金屬除去率已比幾年

前

提高了

2~10

倍。?

柔性

–

法

國

Renault

的

超

高

速

切

削

加

工

中

心

（

HSC

）易集成到自動化加工線中。裝

備—機(jī)床?

Reliable,

unattended

machining

,

高

切

削

率

（

coolant,

flow

and

chop

removal

）

–

機(jī)床檢測系統(tǒng)的精度、可靠性

?

國外系統(tǒng)中多選用

雙頻激光干涉儀

作為檢

測元件

–

提高機(jī)床效率的

雷尼紹測頭

?

序前、序中、序后

?

自動補(bǔ)償?

Powerful,

and

user

friendly

controls裝

備—機(jī)床?

功能部件

–

軸承與主軸單元

?

瑞士

Ibag

制造的采用

磁懸浮軸承

的主軸單

元，其主軸轉(zhuǎn)速可到

20,000

～

40,000r/min

。

?

德

國

KAPP

公

司

采

用

的

磁

浮

軸

承

砂

輪

主

軸

的轉(zhuǎn)速達(dá)到

60,000r/min

。

?

氣浮軸承

的主軸單元的主軸轉(zhuǎn)速最高可達(dá)

150,000r/min

以

上

，

但

輸

出

扭

矩

和

輸

出

功

率較小，主要用于零件的光整加工。裝

備—機(jī)床?

功能部件

–

直線電機(jī)

（

line

motor

）在機(jī)床上的應(yīng)用

?

直線電機(jī)與滾珠絲杠相比，其

加速度

約為

滾珠絲杠的

10

～

20

倍，速度

為滾珠絲杠的

3

～

4

倍。

?

德國西門子（

IFNI

）的直線電機(jī)

最大進(jìn)給

速度可達(dá)

200m/min

，

最大推力達(dá)

6600N

，

最大位移為

504mm

。

?

適用于高速銑床、曲軸車床、超精密車床、

磨床及激光加工機(jī)床等。????

控

制

—

過程控制

美國

Setpoint

公司之

IDCOM-MAspenTech

公司之

DMCplus法國

Adersa

公司之

PFC

控制器德國之

SOFT

PLC

軟件控

制

—

數(shù)控系統(tǒng)?

美國國家與企業(yè)共同

R&D

開放式

NC

系統(tǒng)–

國家制造科學(xué)中心（

NCMS

）和美國空軍聯(lián)

合

會

提

出

了

NGC

（

Next

Generation

Controller

）

計(jì)

劃

，

并

撥

款

1

億

美

元

組

織

進(jìn)

行

開放式數(shù)控系統(tǒng)體系研究，提出了

“

開放式

體系結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)（

SOSAS

）

”

。–

1995

年在

NGC

的指導(dǎo)下，轉(zhuǎn)入工業(yè)開發(fā)并由

美國

GM

、

Ford

和

Chrysler

三大公司進(jìn)一步聯(lián)

合

進(jìn)

行

“

開

放

式

、

模

塊

化

體

系

結(jié)

構(gòu)

控

制

器

（

OMAC

）

”

計(jì)劃，

以開發(fā)具有開放式體系結(jié)構(gòu)的控制器，以降低控制系統(tǒng)的投資成本和維護(hù)費(fèi)用。控

制

—

數(shù)控系統(tǒng)?

在

歐

洲

，

OSACA

（

Open

System

Architecture

for

Controls

within

Automation

System

）計(jì)劃

于

1992

年啟動，其主要目標(biāo)是制定一個(gè)獨(dú)立于控制開發(fā)商的開放式控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)規(guī)范，以減少新產(chǎn)品的上市時(shí)間，提高控制系統(tǒng)的柔性，從而提高歐洲機(jī)床生產(chǎn)商和控制開發(fā)商在世界市場上的競爭能力?？?/p>

制

—

數(shù)控系統(tǒng)?

日本開放式

NC

系統(tǒng)的發(fā)展動向–

以國際機(jī)器人工廠自動化技術(shù)中心

（

IROFA

）為首開展研究工作，

成立開放式

CNC

委員會

。–

1995

年

，

由

三

菱

等

14

家

公

司

聯(lián)

合

進(jìn)

行

OSEC

（

Open

System

Environment

for

Controller

）

計(jì)

劃

，

旨

在

開

發(fā)

基

于

PC

平

臺

，

采用

PC+

運(yùn)動

控制卡的方案，開發(fā)具有高性能價(jià)格比的開

放式新一代數(shù)控系統(tǒng)。日本將開放式數(shù)控技術(shù)稱之為

機(jī)械制造技術(shù)的第三控

制

—

數(shù)控系統(tǒng)?

Ford

公司正在研制

Ford

2000

系統(tǒng)–

實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)一元化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、高效化–

使系統(tǒng)成本降低

23

％，

交貨期縮短

33

％?

FANUC

公司和富士通公司于合作開發(fā)個(gè)人計(jì)算機(jī)

NC

系統(tǒng)，

其特點(diǎn)是：?

用戶改造自由度擴(kuò)大?

個(gè)人計(jì)算機(jī)的硬件、軟件可以活用?

與過去

NC

系統(tǒng)有連續(xù)性、互換性?

提高可靠性國內(nèi)現(xiàn)狀

—

工藝與裝備現(xiàn)狀?

我國機(jī)床工具產(chǎn)品具有世界

80

年代中期的水平，少數(shù)達(dá)到國際

90

年代初的水平。?

1996

年

進(jìn)口額：

35.52

億美元

（最高峰）金屬切削機(jī)床：

15.65

億美元1997

年

進(jìn)

口

額

：

22.43

億

美

元

（

降

低36.85%

）金屬切削機(jī)床：

9.73

億美元數(shù)控機(jī)床：

5.42

億美元國內(nèi)現(xiàn)狀

—

工藝與裝備現(xiàn)狀?

1997

年

出

口

額

：

5.48

億

美

元

（

增

長12.29%

）金屬切削機(jī)床：

2.27

億美元對比：?

1996

年全球機(jī)床的產(chǎn)值：

350

億美元?

17

個(gè)主要機(jī)床生產(chǎn)國出口總額：

216

億美元國內(nèi)現(xiàn)狀

—

R&D現(xiàn)狀與國外

R&D

相比，國內(nèi)在工藝與裝備方面的

投入明顯不足

，很多大學(xué)在這方面的研究基本沒落。當(dāng)然，

國內(nèi)少數(shù)高校院所

進(jìn)行了一些關(guān)于工藝與裝備的有意義的研究，取得了一些成績，如清華大學(xué)的成型加工技術(shù)，國防科大、哈工大的超精密加工技術(shù)，華中理工大學(xué)的激光加工技術(shù)

…...R&D趨勢與特點(diǎn)在21世紀(jì)，工藝與裝備技術(shù)的發(fā)展將體現(xiàn)在高精度、高效率、低成本、高柔性、智能化和潔凈化等幾個(gè)方面。R&D趨勢與特點(diǎn)?

重視先進(jìn)的基本制造工藝與特種工藝的研究–

一些基本的工藝手段，如切削、鑄造、鍛造

、焊接和熱處理等。–

涉及工藝的材料和工具的特性、環(huán)境的影響及它們之間相互作用機(jī)理R&D趨勢與特點(diǎn)?

用系統(tǒng)的觀點(diǎn)進(jìn)行工藝及裝備的研究–

工藝之間、工藝與裝備之間、材料特性與加工性能之間、工藝裝備之間的密切聯(lián)系。–

開放式的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，能集成到特定的制造環(huán)境。?

利用信息等新技術(shù)開展工藝及裝備研究–

利用信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)–

智能系統(tǒng)，新型

NC

系統(tǒng)R&D趨勢與特點(diǎn)?

重視使能技術(shù)的研究–

研究材料加工特性的方法–

建模與仿真技術(shù)–

傳感與測量、補(bǔ)償技術(shù)?

適應(yīng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展–

工藝與裝備技術(shù)應(yīng)適應(yīng)某些相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，如一些新的或難加工材料（如陶瓷、鈦鋁合金等）的加工。–

滿足

CIM

、敏捷制造需要的裝備（如可重組制造裝備）。主

題

布

局?

先進(jìn)制造工藝和方法?

先進(jìn)制造裝備?

工藝與裝備控制先進(jìn)制造工藝和方法?

先進(jìn)基本制造工藝–

先進(jìn)基本制造工藝的機(jī)理

（如加工過程中材料微結(jié)構(gòu)的變化）–精密、超精密加工的機(jī)理–高速加工機(jī)理

（如切削速度與切削溫度、切削力、

切屑形成的關(guān)系，高速切削對刀具壽命的影響等）–新型的工藝方法

（如新的成形方法、硬切削等）–綠色工藝

（如無污染切削液和磨削液、干切削）–工藝數(shù)據(jù)庫的建立

（數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容主要包括加工質(zhì)量與工藝條件的對應(yīng)關(guān)系）先進(jìn)制造工藝和方法?

特種加工工藝–高能束流加工原理，

其中重要的是激光加工和電加工工藝原理。–束流與材料的作用機(jī)理–激光加工CAD/CAPP/CAM一體化技術(shù)–束流加工的工藝質(zhì)量保證體系，

包括工藝參

數(shù)優(yōu)化和束流加工（包括切割、焊接、表面

處理）集成化測量控制技術(shù)等。–激光輔助加工工藝的機(jī)理

先進(jìn)制造工藝和方法?

制造工藝的使能技術(shù)–

材料加工特性的研究方法

（包括實(shí)驗(yàn)方法的研究、材料特性數(shù)據(jù)庫的建立）–

建模與仿真–

加工過程的力學(xué)模型及可視化仿真先進(jìn)制造工藝和方法?

先進(jìn)工裝–

先進(jìn)刀具和刀具材料的研究

（如硬質(zhì)合金涂

層刀片、可轉(zhuǎn)位刀片、立方氮化硼（

CBN

）、陶瓷刀具等）–

復(fù)雜刀具的刃磨方法及設(shè)備–

適應(yīng)柔性生產(chǎn)和敏捷制造的夾具系統(tǒng)–

切削參數(shù)與加工性能的關(guān)系–

超硬耐磨長壽命刀具材料和磨料磨具–

刀具監(jiān)控

（包括加工過程中刀具狀態(tài)檢測及破損預(yù)測）先進(jìn)制造裝備?

常用的關(guān)鍵裝備針對通用的關(guān)鍵自動化加工設(shè)備，某些支柱產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵零件加工的自動化專用設(shè)備，和基于新工藝、新方法的裝備（如快速原型系統(tǒng)、并聯(lián)機(jī)床等）。–

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)–

控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、可靠性與質(zhì)量保證–

新型專用自動化設(shè)備的工藝原理、控制方法及關(guān)鍵技術(shù)先進(jìn)制造裝備?

特種加工裝備包括激光加工、電加工（

EDM

）及其它高能束流加工裝備–

柔性激光加工單元與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)–

高能束流加工設(shè)備及其功能部件的精度與性能的研究–

高能束流加工設(shè)備關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)先進(jìn)制造裝備?

精密、超精密加工系統(tǒng)–

精密、超精密加工設(shè)備及其功能部件的精度與性能的研究–

超精密加工設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的研究–

超精密機(jī)床運(yùn)動精度的檢測和分析–

加工精度在線檢測與多因素誤差補(bǔ)償技術(shù)–

高精度長行程微位移裝置的研究，（

如精密長絲杠）–

超精密加工中防振技術(shù)的研究先進(jìn)制造裝備?

高速、超高速加工系統(tǒng)–

高速、超高速切削機(jī)理的研究

（如高速切削過程中切屑成形機(jī)理等）–

高速加工設(shè)備及其功能部件的研究

（如大功率高速主軸單元、磁懸浮以及動靜壓氣浮、液壓高速主軸軸承等）–

高速加工設(shè)備的進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的研究

（如高加減速直線進(jìn)給電機(jī)的研制與應(yīng)用）–

高速加工設(shè)備結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)–

高速加工中心的換刀技術(shù)先進(jìn)制造裝備?

可重組的生產(chǎn)設(shè)備及系統(tǒng)–

基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程控制–

建立敏捷生產(chǎn)單元或系統(tǒng)的動態(tài)重構(gòu)–

模塊化、可重組的自動化設(shè)備–

敏捷生產(chǎn)單元或系統(tǒng)內(nèi)作業(yè)調(diào)度–

敏捷生產(chǎn)單元或系統(tǒng)的物料傳輸手段–

模塊重組先進(jìn)制造裝備?

先進(jìn)功能部件技術(shù)–

主軸、導(dǎo)軌、位移機(jī)構(gòu)

（微位移機(jī)構(gòu)，線性位移機(jī)構(gòu)）、工作臺及定位部件等關(guān)鍵單元的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及機(jī)電控制–

精密位移單元技術(shù)

（如利用力、熱、磁、機(jī)電耦合等原理的精密微位移機(jī)構(gòu)和線性位移單元）–

精密角度傳感器技術(shù)

（如高精度

CNC

數(shù)控分度頭）–

精密、超精密軸承的設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究先進(jìn)制造裝備?

制造裝備使能技術(shù)–

機(jī)床動力學(xué)（振動、噪聲、熱變形）建模方法與仿真–

關(guān)鍵部件（主軸、床身、工作臺）的設(shè)計(jì)、分析方法及動態(tài)仿真–

傳感技術(shù)和在線控制技術(shù)工藝與裝備控制?

新型NC系統(tǒng)–開放式數(shù)控系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)的研究

（如分層的

系統(tǒng)平臺，模塊化結(jié)構(gòu)功能單元，協(xié)調(diào)工作控

制器等）–

開放式

CNC

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（包括功能強(qiáng)大的操作界面、標(biāo)準(zhǔn)通訊方法和標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字驅(qū)動接口等，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、加工和管理的信息集成）–

加工過程數(shù)控

（

加工過程信息的收集、處理與

加工過程控制等）–智能化數(shù)控技術(shù)工藝與裝備控制?

加工智能控制–加工環(huán)境的感知與記憶方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)

（如

對刀、位移、速度、溫度、振動等動態(tài)感知）–加工行為的決策和控制方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)

（包括加工行為規(guī)范和控制方式的制定）–加工異態(tài)的診斷與修復(fù)方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)

（主要為異態(tài)現(xiàn)象和起因的定位和修復(fù)方式）–加工系統(tǒng)的自組織與自學(xué)習(xí)能力

（如對環(huán)境和狀態(tài)變化的自適應(yīng)能力）工藝與裝備控制?

加工過程傳感及補(bǔ)償控制方法與單元–

加工誤差的在線測量–

預(yù)測控制模型–

運(yùn)動誤差、力變形誤差、熱變形誤差的綜合補(bǔ)償技術(shù)–

補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的研制–

補(bǔ)償控制單元與機(jī)床控制單元的接口技術(shù)工藝與裝備控制?

流程工業(yè)自動化控制–基于先進(jìn)控制技術(shù)的自動化控制設(shè)備–基于現(xiàn)場總線的全分布式控制系統(tǒng)–故障診斷與安全保護(hù)技術(shù)–自動化設(shè)備控制系統(tǒng)仿真技術(shù)工藝與裝備控制?

自動化設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)建模與優(yōu)化技術(shù)

–

開發(fā)通用工業(yè)過程控制系統(tǒng)大型輔助設(shè)計(jì)軟件

–

大型工業(yè)過程標(biāo)準(zhǔn)模塊化描述方法

–

計(jì)算機(jī)輔助模型化工具–

計(jì)算機(jī)輔助動態(tài)控制算法設(shè)計(jì)工具–

計(jì)算機(jī)輔助靜態(tài)優(yōu)化算法設(shè)計(jì)工具–

工藝流程動態(tài)仿真工具–

建立專家系統(tǒng)工具、知識庫目

標(biāo)?

戰(zhàn)略目標(biāo)立足

高起點(diǎn)

，尋找相關(guān)新技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)和

突破口

，帶動我國制造工藝及裝備技術(shù)的發(fā)展，

使我國部分制造工藝和裝備的能力在21世紀(jì)頭十年末期能達(dá)到國際先進(jìn)水平。目

標(biāo)?

主要任務(wù)研制開發(fā)出

國內(nèi)急需的、代表21世紀(jì)初國際先進(jìn)水平的

先進(jìn)的基本制造工藝、特種加工工藝、工藝及裝備的使能技術(shù)、高性能自動化制造設(shè)備、具有開放結(jié)構(gòu)的新型智能數(shù)控系統(tǒng)、有一定適應(yīng)范圍的在線測量與控制單元、高精度的先進(jìn)功能部件以及

能帶動制造業(yè)跨躍發(fā)展的新一代

自動化控制設(shè)備。立題原則?

本主題的所有項(xiàng)目都必須在設(shè)計(jì)開發(fā)過

程中

應(yīng)用

863

計(jì)劃成果

及其它已有的成熟的相關(guān)技術(shù)，尤其是

產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)技術(shù)。?

所有項(xiàng)目必須有明確的

企業(yè)需求

，而且產(chǎn)品項(xiàng)目必須同時(shí)有

企業(yè)的支持。?

在產(chǎn)品轉(zhuǎn)入小批量試生產(chǎn)時(shí)，以

現(xiàn)代管理技術(shù)

為指導(dǎo)。?

所有設(shè)備的控制、通訊應(yīng)充分考慮

集成的需要。立題原則?

技術(shù)內(nèi)容布局–尋找

突破口

，堅(jiān)持有所不為才能有所為的原則。–選擇

需求量大的產(chǎn)品

，對一些國內(nèi)市場大而進(jìn)口多的產(chǎn)品應(yīng)優(yōu)先考慮立項(xiàng)。–優(yōu)先考慮對國家支柱產(chǎn)業(yè)起重大影響的裝備。–優(yōu)先選擇基礎(chǔ)相對好一些的項(xiàng)目予以資助。立題原則?

技術(shù)內(nèi)容布局–注意行業(yè)的分布，避免項(xiàng)目過分集中在一、兩個(gè)行業(yè)，但

以一、兩個(gè)行業(yè)為主。–創(chuàng)新為主，跟蹤為輔。

專題每個(gè)項(xiàng)目應(yīng)力求有

所創(chuàng)新，趕超國際先進(jìn)水平；對一些尖端前沿

項(xiàng)目，可以跟蹤國外先進(jìn)技術(shù)，力求縮短差距。措施?

遵循

S-863

的總體指導(dǎo)思想

跨躍發(fā)展，開拓創(chuàng)新，系統(tǒng)集成，示范帶動

本主題重點(diǎn)為產(chǎn)品開發(fā)及示范應(yīng)用?

本主題的實(shí)施途徑：

市場牽引，統(tǒng)一布置，在技術(shù)研究、應(yīng)用開

發(fā)與產(chǎn)業(yè)化三個(gè)方面循序推進(jìn)。措施◆

技術(shù)研究

–

一些通用的、影響面廣的高性能工藝與設(shè)備

–

影響國防、航空、航天等前沿領(lǐng)域的關(guān)鍵工

藝與設(shè)備（如超精密加工設(shè)備）

–

關(guān)鍵的共性技術(shù)，如

NC

系統(tǒng)、精密主軸部

件、位移部件等◆

應(yīng)用開發(fā)

–

達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)品水平，能很快轉(zhuǎn)入小批量生產(chǎn)。措施◆

產(chǎn)業(yè)化

–

明確的市場需求

–

企業(yè)為主要投資，

S-863

輔以資助

–

注意批量生產(chǎn)條件下的質(zhì)量保證◆

重視使能技術(shù)研究

–對今后制造工藝及裝備的研究將產(chǎn)生深遠(yuǎn)的

影響。◆

建立若干工程中心及產(chǎn)、學(xué)、研基地

–

對于某些技術(shù)

(

如

RPM

、超精密機(jī)床設(shè)備等

)

可考慮建立若干工程中心及產(chǎn)、學(xué)、研基地。經(jīng)

費(fèi)?

經(jīng)費(fèi)投入估算前提和設(shè)定條件◆

S—863計(jì)劃國家投入總量的估算值（低限）按1995年價(jià)格：

315億元按9%～11%GNP平均指數(shù):相當(dāng)于2022年530～590億元◆

每個(gè)研究項(xiàng)目的平均支持強(qiáng)度不低于

3000萬元（按現(xiàn)行比價(jià)，每個(gè)研究項(xiàng)目平均支持強(qiáng)為

360萬美元，

低于

韓國G-7計(jì)劃的650萬美元/項(xiàng)

和

歐洲尤里卡計(jì)劃的2500萬美元/項(xiàng)

）經(jīng)

費(fèi)◆

R&D投入經(jīng)費(fèi):成果轉(zhuǎn)化投入經(jīng)費(fèi):產(chǎn)業(yè)化投入經(jīng)費(fèi)=

1

:

10

:

100（如采用敏捷制造原則，充分利用社會存量資金，產(chǎn)業(yè)化投入資金還可大大壓縮）◆

成果轉(zhuǎn)化啟動經(jīng)費(fèi)

=

3億元/項(xiàng)

×

0.15=

4500萬元/項(xiàng)◆

每項(xiàng)示范工程國家平均投入5億元經(jīng)

費(fèi)◆

領(lǐng)域項(xiàng)目執(zhí)行監(jiān)控指標(biāo)–成果獲得率：

40%（相當(dāng)于中等發(fā)達(dá)國家水平的下限）–成果轉(zhuǎn)化率：

50%（相當(dāng)于中等發(fā)達(dá)國家水平的下限）