現(xiàn)代(先進(jìn))制造技術(shù)教材

第四講現(xiàn)代（先進(jìn)）制造技術(shù)賓鴻贊14.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（1）制造的概念與制造業(yè)的產(chǎn)品

在制造系統(tǒng)中起本質(zhì)作用的因素，可大致分為四類：1）制造（生產(chǎn)）關(guān)系對(duì)象

制造（生產(chǎn)）活動(dòng)的對(duì)象包含原始材料和輔助材料，原始材料是指產(chǎn)品的原材料，輔助材料是指附加到原始材料上的材料，如油漆、潤(rùn)滑油、電、光等。2）制造（生產(chǎn)）勞動(dòng)

制造（生產(chǎn)）勞動(dòng)指人的勞動(dòng)，包括單個(gè)工作者的體力、腦力勞動(dòng)。3）制造（生產(chǎn)）手段

如制造（生產(chǎn)）設(shè)備（如機(jī)器、設(shè)備、儀器、夾具與工具、動(dòng)力機(jī)械等），非直接制造（生產(chǎn)）手段（如士地、道路、建筑物、倉(cāng)庫(kù)等）。4）制造（生產(chǎn)）信息

制造（生產(chǎn)）信息包括經(jīng)濟(jì)信息、生產(chǎn)過(guò)程的知識(shí)（如制造生產(chǎn)）工藝、方法，工程規(guī)律與規(guī)范、技術(shù)等），信息在制造（生產(chǎn)）中的作用越來(lái)越大。24.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（1）制造的概念與制造業(yè)的產(chǎn)品

制造（生產(chǎn)）是使某些東西變成一種新東西的過(guò)程。制造是供應(yīng)元素與需求元素的匯合。供應(yīng)元素即前述的四類因素，需求元素是從客戶方面提出的。

假設(shè)顧客需要一臺(tái)紅色富康轎車：

要求汽車制造工廠提供能制造（生產(chǎn)）富康轎車的供應(yīng)元素，將供應(yīng)元素與需求元素匯合，形成了轎車制造（生產(chǎn)）過(guò)程。

制造（生產(chǎn)）系統(tǒng)分為連續(xù)型生產(chǎn)系統(tǒng)和離散型生產(chǎn)系統(tǒng)。

在連續(xù)型生產(chǎn)系統(tǒng)中，最終產(chǎn)品的成分構(gòu)成不容易辨識(shí)，最終產(chǎn)品也不能拆卸開(kāi)。

在離散型生產(chǎn)系統(tǒng)中，最終產(chǎn)品是由一系列的離散零件組成的，可以拆卸與重新裝配。

離散型生產(chǎn)系統(tǒng)有利于實(shí)現(xiàn)零部件重新使用等可持續(xù)制造策略。34.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（1）制造的概念與制造業(yè)的產(chǎn)品

制造業(yè)的產(chǎn)品包括兩大類，一類是可觸及的物理制品(手機(jī)、計(jì)算機(jī))；另一類是不可觸及的服務(wù)（子機(jī)、計(jì)算機(jī)各自的說(shuō)明書內(nèi)容）。產(chǎn)品的功能中隱含有服務(wù)，所有服務(wù)的總和即功能，作為制造業(yè)產(chǎn)品的服務(wù)也是能創(chuàng)造產(chǎn)品附加價(jià)值的。4服務(wù)型制造模式內(nèi)涵4.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（1）制造的概念與制造業(yè)的產(chǎn)品1）生產(chǎn)性服務(wù)

包括科研開(kāi)發(fā)、管理咨詢、工程設(shè)計(jì)、金融、保險(xiǎn)、法律、會(huì)計(jì)、運(yùn)輸、通信、市場(chǎng)營(yíng)銷、工程和產(chǎn)品維護(hù)等內(nèi)容，是一個(gè)企業(yè)進(jìn)行生產(chǎn)必備的服務(wù)功能。2）服務(wù)性生產(chǎn)

企業(yè)將產(chǎn)品制造的一部分或全部環(huán)節(jié)外包給專業(yè)化的制造商來(lái)完成，這里的專業(yè)化制造商所從事的即是服務(wù)性生產(chǎn)活動(dòng)。3）顧客全程參與

通過(guò)顧客全程參與方式，制造企業(yè)能感知和發(fā)現(xiàn)顧客的新需求，找到制造用武之地，很好地將需求元素與供應(yīng)元素融合。所謂的大制造，涵蓋了基本制造功能和商務(wù)功能（如市場(chǎng)、營(yíng)銷、顧客服務(wù)等）。服務(wù)型制造的產(chǎn)業(yè)實(shí)踐證明，服務(wù)能創(chuàng)造價(jià)值。54.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（1）制造的概念與制造業(yè)的產(chǎn)品IBM公司一直定位于“信息技術(shù)產(chǎn)品制造商”，

20世紀(jì)90年代中期起，通過(guò)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)調(diào)整，IBM重新定位于“提供硬件、網(wǎng)絡(luò)和軟件服務(wù)的整體解決方案供應(yīng)商”。通過(guò)IT系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、為客戶提供全方位服務(wù)，2005年IBM公司的服務(wù)收入占比超過(guò)50%，利潤(rùn)年增長(zhǎng)率高達(dá)10%以上。

我國(guó)海爾集團(tuán)通過(guò)提供高質(zhì)量的五星級(jí)售后服務(wù)，在產(chǎn)品同質(zhì)化的時(shí)代，通過(guò)為產(chǎn)品嵌入服務(wù)內(nèi)涵，實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)，取得了強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。其成功來(lái)源于產(chǎn)品與客戶、供應(yīng)商的有機(jī)結(jié)合，來(lái)源于實(shí)施服務(wù)型制造。（2）我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀

我國(guó)制造業(yè)總體生產(chǎn)規(guī)模已居世界前列。拖拉機(jī)、小型柴油機(jī)、集裝箱、農(nóng)用車、電視機(jī)、空調(diào)器、冰箱、微波爐、洗衣機(jī)、太陽(yáng)能熱水器、摩托車、自行車、VCD機(jī)、DVD機(jī)以及鋼、水泥、合成氨、化纖、紗布、服裝等的產(chǎn)量已居世界第一位。64.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（2）我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀

在重大裝備的配套能力方面也大有提高：

為上海磁懸浮列車項(xiàng)目提供了由8臺(tái)數(shù)控落地鍾鏡床組成的軌道深加工線；

年產(chǎn)（1~2）千萬(wàn)噸級(jí)不同開(kāi)采工藝的露天礦采掘和年產(chǎn)500萬(wàn)噸級(jí)井下礦采掘成套設(shè)備；

大秦線重載列車裝備；

3.5萬(wàn)噸級(jí)淺吃水和1.2萬(wàn)噸級(jí)超淺吃水運(yùn)煤船；

葛洲壩樞紐工程170MW、轉(zhuǎn)輪直徑11.3m軸流式水電機(jī)組…….

水下機(jī)器人；激光照排設(shè)備；北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)；先進(jìn)程控交換機(jī)；曙光、銀河、神戚、聯(lián)想巨型計(jì)算機(jī)；主戰(zhàn)坦克；“新舟60”新一代支線客機(jī)；飛豹轟炸機(jī)；核動(dòng)力潛艇；“兩彈一星”

；“神舟6號(hào)”載人飛船。74.1引言制造、制造業(yè)及其產(chǎn)品（2）我國(guó)制造業(yè)的現(xiàn)狀

我國(guó)已成為世界的制造大國(guó)，并不表示我國(guó)就是世界制造強(qiáng)國(guó)了。下圖為制造強(qiáng)國(guó)的主要標(biāo)志：

我國(guó)在制造業(yè)中的主要差距是自主創(chuàng)新少，有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品、企業(yè)為數(shù)不多，制造企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率較低等，與世界制造強(qiáng)國(guó)的差距仍很大。84.1引言制造的發(fā)展歷程與機(jī)械制造技術(shù)的類別18世紀(jì)前，對(duì)工藝技術(shù)的理解很差，采用手工業(yè)生產(chǎn)方式；19世紀(jì)發(fā)明了蒸汽機(jī)，人們對(duì)工藝技術(shù)有了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，制造在城市中的工廠條件下進(jìn)行，形成制造機(jī)械化。20世紀(jì)，計(jì)算機(jī)技術(shù)引入制造業(yè)，數(shù)控技術(shù)突破了傳統(tǒng)的機(jī)械擋塊控制的傳統(tǒng)模式，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助制造出現(xiàn)，使用閉環(huán)控制的部分工藝模型出現(xiàn)，工廠自動(dòng)化程度增加，制造柔性化增強(qiáng)。21世紀(jì)，制造系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能控制獲得廣泛應(yīng)用，生物制造業(yè)快速發(fā)展，環(huán)保成為制造業(yè)必須面對(duì)的核心問(wèn)題，可持續(xù)制造策略與方法成為制造業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，全球化企業(yè)和虛擬制造公司出現(xiàn)。

縱觀制造技術(shù)的發(fā)展，加工方法的進(jìn)步里程為：機(jī)械加工一如物理與電物理加工一如化學(xué)與電化學(xué)加工→生物或仿生加工。機(jī)械制造技術(shù)主要類別如下：94.1引言制造的發(fā)展歷程與機(jī)械制造技術(shù)的類別

104.1引言制造的發(fā)展歷程與機(jī)械制造技術(shù)的類別

114.1引言制造業(yè)涵蓋的領(lǐng)域

制造業(yè)是一切生產(chǎn)和裝配制成品的企業(yè)群體的總稱，是工業(yè)的主體。根據(jù)我國(guó)《國(guó)民經(jīng)濟(jì)行業(yè)分類》（GB/T4754-2002）標(biāo)準(zhǔn)，制造業(yè)共包括30個(gè)行業(yè)。124.1引言制造業(yè)涵蓋的領(lǐng)域

134.1引言制造業(yè)涵蓋的領(lǐng)域

按學(xué)科劃分，制造業(yè)大致可分為：機(jī)械制造（如航空、航天、汽車、機(jī)車、船艦、工程機(jī)械和裝備制造）、流程工業(yè)（如冶金、化工、石油、水泥）、電子制造（如微電子、光電子、家電計(jì)算機(jī)）、輕工紡織、制藥和農(nóng)產(chǎn)品加工、食品等。14橡膠制品輕工日用品工藝品4.1引言制造行為的“三域活動(dòng)”1）加工域活動(dòng)

直接改變產(chǎn)品形狀、尺寸、性能的行為活動(dòng)，是制造行為的基礎(chǔ)域活動(dòng)。

2）物流域活動(dòng)

物流是物料的流動(dòng)過(guò)程，按其物料性質(zhì)不同，可分為工件流（原材料、半成品、成品）、工具流（刀具、夾具）和配套流（托盤、輔助材料、備件）三種。

物流域活動(dòng)是指工件流、工具流和配套流的移動(dòng)和存儲(chǔ)，主要完成物料的存儲(chǔ)、輸送、裝卸等功能。3）信息域活動(dòng)

先進(jìn)制造技術(shù)及先進(jìn)制造系統(tǒng)以“數(shù)字化”技術(shù)為基礎(chǔ)并將會(huì)最大限度地“數(shù)字化”。因此，信息域活動(dòng)亦可認(rèn)為是數(shù)字化活動(dòng)。信息是人們運(yùn)算和處理問(wèn)題時(shí)所需要的條件、內(nèi)容和結(jié)果，表現(xiàn)為數(shù)字、數(shù)據(jù)、圖表和曲線等形式。154.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵

作者認(rèn)為，加工域活動(dòng)、物流域活動(dòng)、信息域活動(dòng)中任一域的先進(jìn)技術(shù)或多域綜合的先進(jìn)技術(shù)均可稱為先進(jìn)制造技術(shù)。

高速切削技術(shù)、干式切削技術(shù)只是產(chǎn)生在加工域活動(dòng)中的先進(jìn)技術(shù)；

快換刀夾技術(shù)只是產(chǎn)生于物流域活動(dòng)中的先進(jìn)技術(shù)；

多傳感器信息融合監(jiān)視加工過(guò)程技術(shù)雖只是產(chǎn)生在信息域活動(dòng)中的先進(jìn)技術(shù)。

柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)這樣的多域綜合的先進(jìn)技術(shù)。164.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)的特征1）集成性特征

由多學(xué)科相互滲透、交叉、融合而成的，是集機(jī)械、電子、信息、材料和管理技術(shù)為一體的新型學(xué)科，其中機(jī)械學(xué)科是使能學(xué)科，其他學(xué)科主要起輔助作用。2）動(dòng)態(tài)性特征

制造行為三域中每一域活動(dòng)的先進(jìn)技術(shù)都在不斷發(fā)展、進(jìn)步，它們單獨(dú)地或綜合地促進(jìn)了先進(jìn)制造技術(shù)的動(dòng)態(tài)變化。3）數(shù)字化特征

制造哲理是使制造過(guò)程離散化或數(shù)字化，計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)是實(shí)現(xiàn)先進(jìn)制造的重要工具，傳統(tǒng)制造中的許多定性描述都要轉(zhuǎn)化為數(shù)字化定量描述，在這一基礎(chǔ)上逐步建立不同層面的系統(tǒng)的數(shù)字化模型，并進(jìn)行仿真。數(shù)字化特性也體現(xiàn)出柔性化的特征。174.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)的特征4）可持續(xù)性特征

先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)符合可持續(xù)發(fā)展策略，能實(shí)現(xiàn)資掘的充分利用與潔凈生產(chǎn)，采用能耗少、附加值高的制造模式。18

制造工藝技術(shù)是使能技術(shù)，它起到主導(dǎo)作用，高新技術(shù)群起輔助作用，為制造工藝技術(shù)服務(wù)。4.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)先進(jìn)制造技術(shù)的評(píng)價(jià)，首先要強(qiáng)調(diào)自主創(chuàng)新。先進(jìn)制造技術(shù)的產(chǎn)生，應(yīng)該是科技創(chuàng)新的結(jié)果?？萍紕?chuàng)新一般分為基礎(chǔ)型創(chuàng)新、集成（綜合）型創(chuàng)新和改進(jìn)型創(chuàng)新三種類型。

基礎(chǔ)型創(chuàng)新又稱原始型創(chuàng)新，是對(duì)自然界規(guī)律的新認(rèn)識(shí)，包括從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中總結(jié)與歸納出的規(guī)律；

集成（綜合）型創(chuàng)新是多學(xué)科知識(shí)、技術(shù)的集成（綜合）、融合而創(chuàng)新的科技；

改進(jìn)型創(chuàng)新是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)、系統(tǒng)（包括引進(jìn)的技術(shù)、系統(tǒng)）單一改進(jìn)或綜合改進(jìn)而產(chǎn)生的創(chuàng)新。19

可用世界級(jí)水平制造技術(shù)（WCMT,worldclassmanufacturingtechnology）的五項(xiàng)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)先進(jìn)制造技術(shù)。4.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)1）

少無(wú)缺陷

要求是缺陷率為0.03%~0.1%，即每百萬(wàn)次采樣數(shù)的缺陷率（DPMO,defectspermillionopportunities）為300~1000。生產(chǎn)1百萬(wàn)件，允許缺陷件為300~1000件；或有1百萬(wàn)道工序，允許產(chǎn)生缺陷的工序?yàn)?00~1000道。故：具有高質(zhì)量的輸入、輸出與工藝過(guò)程；進(jìn)行100%的檢驗(yàn)；廣泛采用傻瓜型（foolproofing）設(shè)備，出現(xiàn)故障及時(shí)報(bào)警，防止缺陷擴(kuò)散；產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅滿足顧客需求，也考慮易于制造，且不易產(chǎn)生缺陷、廢品，即具有優(yōu)良的可制造結(jié)構(gòu)工藝性。2）快速晌應(yīng)

在世界級(jí)水平制造技術(shù)條件下，客戶的訂單處理時(shí)間短，總的制造提前期(leadtime）比傳統(tǒng)已有方式縮短一半。故：保障物流通暢，減少或消除一些不必要的過(guò)程，保持制造過(guò)程流線化，并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)通信，盡快獲得市場(chǎng)動(dòng)態(tài)信息。204.2先進(jìn)（現(xiàn)代）制造技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)3）精益化

當(dāng)生產(chǎn)相同質(zhì)量與數(shù)量的產(chǎn)品時(shí)，應(yīng)比傳統(tǒng)方法使用少得多的資源。故：要盡量減少庫(kù)存、場(chǎng)地空間、機(jī)器、人員；在管理上采用“拉動(dòng)式”生產(chǎn)，按市場(chǎng)驅(qū)動(dòng)的定單生產(chǎn)；培養(yǎng)多技能工人，精簡(jiǎn)非直接工作人員。4）柔性化

其關(guān)鍵是在很短的調(diào)整時(shí)間內(nèi)，從一種生產(chǎn)模式變換成另一種生產(chǎn)模式。

計(jì)算機(jī)數(shù)控、柔性制造系統(tǒng)具有軟件的柔性化特征，而可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS）則具有硬件、軟件兩方面的柔性特征。5）可持續(xù)性

要求運(yùn)行不僅高效，而且可實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)，保證環(huán)境安全，符合可持續(xù)發(fā)展策略：產(chǎn)品可循環(huán)、可修理、可重新制造、可重用、可生物降解，實(shí)現(xiàn)無(wú)廢棄物的制造（生產(chǎn)）。214.3分層制造分層制造（LM,layeredmanufacturing）【生長(zhǎng)型制造（MIM,materialincreasemanufcturing）、增材制造（MAM,materialadditivemanufacturing）、快速原型制造（RPM或RP&M,rapidprototypingandmanufacturing）】：不僅只用來(lái)制造原型，而且可以制造工業(yè)直接使用的零件。

與傳統(tǒng)的加工方法比較，其共同特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：1）設(shè)計(jì)、加工的快速性，與傳統(tǒng)的加工方法比較，分層制造只需要幾個(gè)小時(shí)到幾十小時(shí)，大型的較復(fù)雜的零件只需要上百小時(shí)即可完成。分層制造技術(shù)與其他制造技術(shù)集成后，新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的時(shí)間和費(fèi)用將節(jié)約10%~50%。2）產(chǎn)品的單價(jià)幾乎與產(chǎn)品批量元關(guān)，特別適用于新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和單件小批量生產(chǎn)。3）產(chǎn)品的造價(jià)幾乎與產(chǎn)品的復(fù)雜性元關(guān)，這是傳統(tǒng)的制造方法所元法比擬的。4）的制造過(guò)程可實(shí)現(xiàn)完全數(shù)字化。224.3分層制造5）分層制造技術(shù)與傳統(tǒng)的制造技術(shù)（如鑄造、粉末冶金、沖壓、模壓成形、噴射成形、焊接等）相結(jié)合，為傳統(tǒng)的制造方法注入了新的活力。6）可實(shí)現(xiàn)零件的凈形化（少元切削余量）。7）不需金屬模具即可獲得零件，這使得生產(chǎn)裝備的柔性大大提高。8）具有發(fā)展的可持續(xù)性，分層制造技術(shù)中的剩余材料可繼續(xù)使用，有些使用過(guò)的材料經(jīng)過(guò)處理后可循環(huán)使用，對(duì)原材料的利用率大為提高。分層制造原理234.3分層制造分層制造原理

分層制造是一種將三維制造轉(zhuǎn)化成三維制造的技術(shù)，是一種將整體制造轉(zhuǎn)化成分層制造的技術(shù)?？蓪?shí)現(xiàn)“一天制造”，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

分層制造過(guò)程由三部分構(gòu)成：計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)部分、計(jì)算機(jī)輔助制造部分與后處理部分。24分層制造過(guò)程示意圖4.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（1）立體光刻法立體光刻成形（SLA,stereolithographyapparatus）的工藝是使用液相光敏樹(shù)脂為成形材料，采用氮鋪（HeCd）激光器或氧（Ar）離子撒光器，抑或固態(tài)（Solid）激光器，利用光固化原理一層層掃描液相樹(shù)脂成形。

掃描系統(tǒng)由撒光部件和反射鏡構(gòu)成，根據(jù)計(jì)算機(jī)指令，通過(guò)反射鏡，控制激光束在X-Y平面遵循切片輪廓，按一定填充模式掃描切片內(nèi)部，使光敏樹(shù)脂暴露在紫外激光下產(chǎn)生光聚合反應(yīng)后固化，形成一個(gè)薄層截面。

通過(guò)計(jì)算機(jī)控制升降臺(tái)移動(dòng)，使固化層下降，再對(duì)其上面的液相層進(jìn)行掃描，與前一層固化在一起，通過(guò)控制激光X-Y方向的水平運(yùn)動(dòng)和升降臺(tái)的垂直運(yùn)動(dòng)將一層層的液相薄層掃描、固化后秸結(jié)在一起，直到零件制作完畢。

只能用做模型或原型。254.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（2）分層實(shí)體制造分層實(shí)體制造（LOM,laminatedobjectmanufacturing）以紙、塑料薄膜或復(fù)合材料膜為材料，由送進(jìn)機(jī)構(gòu)的遞進(jìn)器和收集器將薄層材料送入工作平臺(tái)，利用激光在加工平面上根據(jù)零件的截面形狀進(jìn)行切剖，非零件部分切割成網(wǎng)格便于成形后去除廢料，完畢后工作平臺(tái)下降一個(gè)層的厚度，再由送進(jìn)機(jī)構(gòu)送入新的一層薄層材料，進(jìn)行激光加工，并由熱輯在每層加熱加壓粘緊。26

優(yōu)點(diǎn)：材料適應(yīng)性強(qiáng)，可切割從紙、塑料到金屬筒材、復(fù)合材料的各種材料；不需要支撐；零件內(nèi)部應(yīng)力小，不易翹曲變形；由于只是切割零件輪廓線，因而制造速度快；易于制造大型原型零件。其缺點(diǎn)是層間結(jié)合緊密性差。4.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（3）選擇性激光燒結(jié)

選擇性撒光燒結(jié)（SLS,selectivelasersintering）原理與立體光刻十分相似，主要區(qū)別在于所使用的材料及其性狀。選擇性撒光燒結(jié)使用粉末狀的材料，這是其主要的優(yōu)點(diǎn)之一。

目前，可用于選擇材料主要：金屬類、陶瓷類、塑料類、復(fù)合材料類。27

用C02激光束對(duì)粉末狀的成形材料進(jìn)行分層掃描，受到撒光束照射的粉末被燒結(jié)。當(dāng)一層被掃描燒結(jié)完畢后，工作臺(tái)下降一層的高度，提供粉末的容器內(nèi)活塞推動(dòng)粉末上升，回收粉末容器內(nèi)活塞下降，鋪料滾筒將待燒結(jié)粉末推至燒結(jié)工作區(qū)，形成一層均勻密實(shí)的粉末層，多余的粉末被推入回收容器內(nèi)。4.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（3）選擇性激光燒結(jié)

選擇性激光燒結(jié)技術(shù)的應(yīng)用范圍很廣，它是最有應(yīng)用前景的分層制造技術(shù)。284.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（4）熔化沉積造型熔化沉積造型（FDM,fuseddepositionmodeling）特點(diǎn)是不使用激光，而是用電加熱的方法加熱材料絲。材料絲在噴嘴中加熱變?yōu)檎承粤黧w，這種連續(xù)粘性材料流通過(guò)噴嘴滴在基體上，經(jīng)過(guò)自然冷卻，形成固態(tài)薄層。從理論上來(lái)說(shuō)，熱熔材料都可以用來(lái)作熔化沉積造型的原材料。

熔化沉積造型方法對(duì)材料噴出和掃描速度有較高的要求，并且從噴出到固化的時(shí)間很短，溫度不易把握。熔融溫度以高于熔點(diǎn)溫度1℃較為合適。熔化沉積造型方法的優(yōu)點(diǎn)是成本低（由于不需激光器件），速度快，可加工材料范圍廣泛。294.3分層制造幾種典型的分層制造工藝（4）熔化沉積造型

熔化沉積造型工藝所制造的樣件，這樣復(fù)雜樣件的制造是采用傳統(tǒng)工藝元法完成的。

304.3分層制造直接分層制造

基于選擇性激光燒結(jié)原理，可直接燒結(jié)金屬粉末制造成工業(yè)實(shí)用零件，即直接分層制造。只用于航空和國(guó)防領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域和某些特殊用途薄壁件。原理如下圖：31

為了防止燒結(jié)時(shí)金屬氧化，燒結(jié)在密閉空間完成，操作人員可通過(guò)于套對(duì)燒結(jié)過(guò)程進(jìn)行必要的操作4.3分層制造直接分層制造

如果用其他高能粒子束取代激光，其燒結(jié)原理是一致的。下圖為電子束熔融CEBM）工藝的過(guò)程概述圖：工藝：1）電子由加熱到溫度高于2500℃的絲極釋放出來(lái)，再通過(guò)陽(yáng)極加速到光速的一半。2）感應(yīng)區(qū)域的透鏡將電子束帶至聚焦線圈3）磁場(chǎng)控制電子束的偏轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)三維輪廓掃描。4）當(dāng)電子轟擊金屬粉末時(shí)，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，將金屬粉末熔化并形成所需的零件324.3分層制造制造技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)（1）減材加工→增材加工

人均GDP大致可以作為生活質(zhì)量的衡量指標(biāo)，人類不斷追求提高生活質(zhì)量，必然要求相應(yīng)的環(huán)境付出；單位GDP的環(huán)境負(fù)擔(dān)可說(shuō)明生產(chǎn)方式的優(yōu)劣。Kzh是一個(gè)大于1的系數(shù)，是對(duì)地球所發(fā)生的不可抗拒的災(zāi)害（如地震、洪水、疾病災(zāi)害等）影響的考慮。

為了在保護(hù)地球的生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，又能充分利用地球資驚不斷滿足人類生活質(zhì)量的提高需求,采用增材加工生產(chǎn)方式，能節(jié)省資源、減少污染。（2）制造死物一如制造活物

現(xiàn)代社會(huì)基于對(duì)人類疾病抗?fàn)幍男枰?，希望制造業(yè)能承擔(dān)起制造有生命活物的重任。人體臟器、人造骨髓、人造皮膚334.3分層制造制造技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)（3）他成形→自成形

他成形是在外界的強(qiáng)制下成形，現(xiàn)有的制造方式絕大多數(shù)都是他成形的，如螺紋加工。

自成形是像生物一樣生長(zhǎng)、發(fā)育、細(xì)胞并行分裂、自生長(zhǎng)成形，是由脫氧核糖核酸（DNA）中的基因控制的。右圖所示的“超大鼠”創(chuàng)造過(guò)程是典型的自成形過(guò)程。整個(gè)過(guò)程是由老鼠體內(nèi)的DNA作用自生長(zhǎng)而實(shí)現(xiàn)的。344.3分層制造制造技術(shù)的發(fā)展特點(diǎn)

技術(shù)最密集、最能體現(xiàn)制造技術(shù)發(fā)展水平的是生物制造。354.4精密和超精密加工技術(shù)

實(shí)現(xiàn)精密、超精密加工其技術(shù)的關(guān)鍵是要具備先進(jìn)的機(jī)床、精密超精密刀具、開(kāi)放型可靠的計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)。

精密切削加工，一般是指切削加工誤差為0.1~10μm，表面粗糙度Ra為0.025~0.1μm的切削加工方法。

超精密切削加工，一般是指切削加工誤差為0.01~0.1μm，表面粗糙度Ra<0.025μm的切削加工方法。

超精密加工中的微細(xì)加工是當(dāng)今世界上最精密的制造技術(shù)，制造誤差在亞微米（0.1μm）至納米nm=10-3μm

）級(jí)。364.4精密和超精密加工技術(shù)37精密和超精密切削加工的特點(diǎn)：1）精密和超精密切削加工是一門多學(xué)科的綜合性高技術(shù)。它包括機(jī)、電、光等多種高技術(shù)，不僅要考慮加工方法、加工設(shè)備、加工刀具、加工環(huán)境、被加工材料、加工中的檢測(cè)與補(bǔ)償?shù)?，而且還要研究其切削機(jī)理及其相關(guān)技術(shù)。2）加工和檢測(cè)一體化。精密和超精密切削加工的在線檢測(cè)和在位檢測(cè)極為重要。如果將工件加工完畢卸下來(lái)后再檢測(cè)，若發(fā)現(xiàn)問(wèn)題就很難再進(jìn)行加工了，因此要進(jìn)行在線檢測(cè)和在位檢測(cè)。3）精密和超精密切削加工與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密。采用計(jì)算機(jī)控制、誤差分離與補(bǔ)償、自適應(yīng)控制和工藝過(guò)程優(yōu)化等技術(shù)可以進(jìn)一步提高加工精度和表面質(zhì)量。避免機(jī)器本身和手工操作引起的誤差，保證加工質(zhì)量及其穩(wěn)定性。4）精密和超精密切削加工機(jī)理和一般切削加工不同。精密和超精密切削加工是微量切削，它的關(guān)鍵是在最后一道工序能夠從被加工表面去除微量表面層，去除的微量表面層越薄，則加工精度越高。384.4精密和超精密加工技術(shù)394.4精密和超精密加工技術(shù)精密和超精密切削（1）金剛石刀具超精密切削特點(diǎn)

金剛石刀具是最適合超精密切削加工的刀具，特點(diǎn)：1）金剛石刀具具有極高的硬度、耐磨性、高溫強(qiáng)度和硬度。

2）加工精度高、表面粗糙度低。這是由于：①切削刃圓弧半徑可以磨得很小，能夠切除極薄的金屬層；②金剛石與被切削的銅、鋁等金屬熔附性小，不易形成積屑瘤；③金剛石導(dǎo)熱性好，線膨脹系數(shù)小，切削熱引起的加工表面形狀和尺寸變化極小。3）加工表面硬化層的硬度和深度較小。切削時(shí)金屬變形較小，故加工硬化較輕。

4）對(duì)機(jī)床、夾具的精度要求高。金剛石刀具切削應(yīng)在精密或超精密機(jī)床上進(jìn)行，主軸跳動(dòng)和機(jī)床振動(dòng)都應(yīng)很小。對(duì)使用的夾具應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡，其重量應(yīng)盡可能輕。還要控制環(huán)境溫度，以免影響機(jī)床精度。404.4精密和超精密加工技術(shù)精密和超精密切削（2）鋁合金零件的精密和超精密車削

人們一般認(rèn)為尺寸精度達(dá)到相當(dāng)于ITS級(jí)以上精度的車削就稱為精密車削。

有的尺寸和形狀誤差分別小于0.1μ.m和0.025μ.m，表面粗糙度Ra達(dá)到0.004μ.m。這類零件的加工單位已為亞微米級(jí)，故稱為精密和超精密加工。1）鏡面和虹面車削

主要用來(lái)加工鋁合金或銅合金零件，也可用于鋼、石墨、塑料等材料的加工，但效果不如加工鋁合金或銅合金好。鏡面車削的典型形狀有平面和二次曲線面。2）磁盤車削

要使磁頭與3600r/min的磁盤間穩(wěn)定地保持0.3μm以下的間隙，磁頭能快速、正確元誤地存取信息，就要求精密機(jī)械技術(shù)實(shí)現(xiàn)磁頭與盤片的精密和超精密加工。414.4精密和超精密加工技術(shù)精密和超精密切削（2）鋁合金零件的精密和超精密車削3）磁盤車削

磁盤基片的加工要求是：平面度為0.025μm，表面粗糙度Ra為0.004μm。

磁頭跳躍走行方式：目前世界上磁頭跳躍的最小間隔為3nm，使磁頭與磁盤之間沒(méi)有空氣層，間隙接近于零。

為了減輕直接接觸磨損等機(jī)械損傷，又研究開(kāi)發(fā)了負(fù)荷輕的超小型磁頭。

由于磁頭超小型化，對(duì)磁頭和盤片平面質(zhì)量的加工要求更高了，因此必須有特殊的構(gòu)造和工藝加以保證才行。

磁盤基片是用平面度好的鋁合金圓盤做毛坯，主要加工階段：424.4精密和超精密加工技術(shù)精密和超精密切削（2）鋁合金零件的精密和超精密車削3）磁盤車削1）基片的表面加工，鋁板的兩面用金剛石車刀車削后，進(jìn)行退火清除殘余應(yīng)力，再進(jìn)行兩面拋光加工。2）磁性材料的涂敷，使基片高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)離心作用把涂料涂敷在磁盤基片上，然后進(jìn)行烘烤固化，使之保持足夠的強(qiáng)度和硬度。3）涂層表面的精加工，為了使磁性材料涂層面的厚度符合規(guī)定值，并使表面光滑，涂敷磁性材料后的磁盤表面必須進(jìn)行研磨和拋光。434.4精密和超精密加工技術(shù)精密和超精密磨削加工

磨削加工是加工精密和超精密工件的重要方法。它主要是對(duì)鋼鐵等黑色金屬和半導(dǎo)體等硬脆材料進(jìn)行精密和超精密磨削、研磨和拋光等加工。

在軍事電子裝備制造中，精密和超精密磨削加工多用于對(duì)鋁合金、銅和銅合金工件進(jìn)行精密和超精密磨削、研磨和拋光。

精密和超精密磨削可使用砂輪和砂帶，磨料采用聚晶金剛石（PCD）、立方氮化棚（CBN）。

近年來(lái)，非球面化己由軸回轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀發(fā)展為非軸回轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，成為三維自由曲面。這些零件加工精度要求高，形狀誤差不大于0.1μm，表面粗糙度Ra為0.01μm。

超精密三維曲面加工機(jī)工作臺(tái)的進(jìn)給采用高剛性靜壓導(dǎo)軌、空氣靜壓軸承、超精密滾珠絲杠和超精密數(shù)控直流伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

對(duì)大型非球面、特別是自由由面的超精密加工，拋光常常是最終的加工工序。444.4精密和超精密加工技術(shù)454.4精密和超精密加工技術(shù)464.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（1）微細(xì)加工

從廣義的角度來(lái)說(shuō)，微細(xì)加工包含了多種與傳統(tǒng)精密加工方法完全不同的新方法，如切削加工、磨料加工、電火花加工、電解加工、化學(xué)加工、超聲波加工、微波加工、等離子體加工、激光加工、電子束加工、離子束加工、光刻加工、電鑄加工等。

從狹義的角度來(lái)說(shuō)，微細(xì)加工主要是指半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，因?yàn)槲⒓?xì)加工和超微細(xì)加工是在半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)上形成并發(fā)展的，它們是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時(shí)代、微電子時(shí)代、光電子時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。

因此，其加工方法多偏重于集成電路制造中的一些工藝，如化學(xué)氣相沉積、熱氧化、光刻、離子束濺射以及整體微細(xì)加工技術(shù)。474.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（1）微細(xì)加工1）精度的表示方法

一般尺寸加工時(shí)，精度是用其加工誤差與加工尺寸的比值（即精度比率）來(lái)表示。

公差單位是計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)公差的基本單位，它是基本尺寸的函數(shù)，基本尺寸愈大，公差單位也愈大。同一公差等級(jí)的公差，對(duì)不同的基本尺寸，其數(shù)值也不同，但認(rèn)為其具有同等的精確程度，所以公差等級(jí)就是確定尺寸精確程度的等級(jí)。

在微細(xì)加工時(shí)，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對(duì)值表示，即用去除的一塊材料的大小來(lái)表示（加工單位尺寸簡(jiǎn)稱加工單位）。

微細(xì)加工0.01mm尺寸零件時(shí)必須采用微米加工單位進(jìn)行加工，微細(xì)加工微米尺寸零件時(shí)必須采用亞微米加工單位進(jìn)行加工，現(xiàn)今的超微細(xì)加工已采用納米級(jí)加工單位。484.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（1）微細(xì)加工2）微觀機(jī)理

以切削加工為例，從工件的角度來(lái)看：

一般加工時(shí)，由于工件較大，允許的吃刀量比較大，因此切屑較大。在微細(xì)加工時(shí)，從強(qiáng)度和剛度上都不允許有大的吃刀量，因此切屑很小。

當(dāng)吃刀量小于材料晶粒直徑時(shí)，切削就得在晶粒內(nèi)進(jìn)行，這時(shí)晶粒就作為一個(gè)個(gè)不連續(xù)體被切削。通常金屬材料是由微細(xì)的晶粒組成的，晶粒直徑為數(shù)微米到數(shù)百微米。

一般切削時(shí)，吃刀量較大，可以忽視晶粒本身大小而將其作為一個(gè)連續(xù)體來(lái)看待。494.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（1）微細(xì)加工3）加工特征一般加工時(shí)多以尺寸、形狀、位置精度為加工特征，在精密加工和超精密加工時(shí)也是如此，所采用的加工方法偏重于能夠形成工件的一定形狀和尺寸。

微細(xì)加工和超微細(xì)加工卻以分離或結(jié)合原子、分子為加工對(duì)象，以電子束、離子束、激光束三束加工為基礎(chǔ)，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進(jìn)行各種處理504.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（2）納米技術(shù)

納米技術(shù)是指有關(guān)納米級(jí)（0.1100nm）材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。

不僅僅意味著加工和測(cè)量精度從微米級(jí)提高到納米級(jí)，而且意味著人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí)和改造方面從宏觀領(lǐng)域進(jìn)入到物理的微觀領(lǐng)域，深入了一個(gè)新的層次，即從微米層次深入到分子、原子級(jí)的納米層次。所面臨的是一系列新的現(xiàn)象和新的規(guī)律。（3）納米級(jí)加工技術(shù)

欲得到1nm的加工精度，加工的最小單位必然在亞納米級(jí)。由于原子間的距離為o.1~0.3nm，納米級(jí)加工實(shí)際上已到目前加工精度的極限。

納米級(jí)加工的物理實(shí)質(zhì)就是要切斷原子間的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)原子或分子的去除。

切斷原子間結(jié)合所需的能量必須超過(guò)物質(zhì)的原子間結(jié)合能，因此需要的能量密度是很大的。514.4精密和超精密加工技術(shù)微細(xì)加工技術(shù)（3）納米級(jí)加工技術(shù)

傳統(tǒng)的切削、磨削加工消耗的能量密度較小，實(shí)際上是利用原子、分子或晶體間連接處的缺陷而進(jìn)行加工的。

直接利用光子、電子、離子等基本能子加工，是納米級(jí)加工的主要方向和主要方法。如何實(shí)現(xiàn)納米級(jí)加工要求達(dá)到的精度，使用基本能子進(jìn)行加工時(shí)如何進(jìn)行有效的控制以達(dá)到原子級(jí)的去除等，是實(shí)現(xiàn)原子級(jí)加工的關(guān)鍵。突破：

用電子束光刻加工超大規(guī)模集成電路中己實(shí)現(xiàn)0.1μ.m線寬的加工；

離子刻蝕己實(shí)現(xiàn)微米級(jí)和納米級(jí)表面材料的去除；

掃描隧道顯微技術(shù)已實(shí)現(xiàn)單個(gè)原子的去除、搬遷、增添和原子的重組。524.5高速切削加工技術(shù)概述

當(dāng)切削速度達(dá)到相當(dāng)高的區(qū)域時(shí)，切削力下降，工件的溫升較低，熱變形較小，刀具的耐用度提高。高速切削不僅大幅度提高了單位時(shí)間的材料切除率，而且還帶來(lái)了一系列的其他優(yōu)良特性。

高速切削的速度范圍應(yīng)該定義在能給加工帶來(lái)一系列優(yōu)點(diǎn)的區(qū)域。（1）定義1）

1978年，CIRP切削委員會(huì)提出以線速度為500~7000m/min的切削為高速切削。2）對(duì)鏡削加工而言，從刀具夾持裝置達(dá)到平衡要求（平衡品質(zhì)和殘余不平衡量）時(shí)的速度來(lái)定義高速切削。根據(jù)IS01940標(biāo)準(zhǔn)，主軸轉(zhuǎn)速高于8000r/min為高速切削。3）德國(guó)Darmstadt工業(yè)大學(xué)生產(chǎn)工程與機(jī)床研究所（PTW）提出以高于5~10倍普通切削速度的切削定義為高速切削。534.5高速切削加工技術(shù)概述4）從主軸設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)，以沿用多年的DN值（主軸軸承孔直徑D與主軸最大轉(zhuǎn)速N的乘積）來(lái)定義高速切削。DN值達(dá)（52000）×105mm?r/min時(shí)為高速切削。5）從刀具和主軸的動(dòng)力學(xué)角度來(lái)定義高速切削。這種定義取決于刀具振動(dòng)的主模態(tài)頻率，它在ANSI/ASME標(biāo)準(zhǔn)中用來(lái)進(jìn)行切削性能測(cè)試時(shí)選擇轉(zhuǎn)速范圍。

高速切削不僅僅要求有高的切削速度，而且還要求具有高的加速度和減速度。衡量機(jī)床的高速性能時(shí)還需要考察機(jī)床進(jìn)給速度的加、減速性能。

普通機(jī)床的進(jìn)給速度一般為8~15m/min，快速空行程進(jìn)給速度為15～24m/min，加、減速度一般為0.lg~0.3g(g為重力加速度，g=9.8m/s2）。目前高速切削機(jī)床的進(jìn)給速度一般在30 ~90m/min以上，加、減速度為lg～8g。544.5高速切削加工技術(shù)概述（2）高速切削的優(yōu)點(diǎn)1）提高了生產(chǎn)率

切削速度的大幅度提高，單位時(shí)間內(nèi)的材料切除率顯著增加，機(jī)床快速空行程速度大幅度提高，有效地減少了加工時(shí)間和輔助時(shí)間，從而極大地提高了生產(chǎn)率。2）提高了加工精度

高速切削時(shí)，在切削速度達(dá)到一定值之后，切削力會(huì)降低30%以上，工作的加工變形減小，95%98%的切削熱來(lái)不及傳給工件就被切屑飛速帶走，工件可基本上保持在較低的溫度，不會(huì)發(fā)生大的熱變形。3）能獲得較好的表面質(zhì)量

高速切削時(shí)，在保證相同生產(chǎn)效率時(shí)可采用較小的進(jìn)給量，可降低加工表面的粗糙度；554.5高速切削加工技術(shù)概述（2）高速切削的優(yōu)點(diǎn)

在高速切削狀態(tài)下，機(jī)床的激振頻率特別高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)離開(kāi)了“機(jī)床——刀具——工件”工藝系統(tǒng)的固有頻率范圍，工作平穩(wěn)、振動(dòng)小，能加工出非常精密、光潔的零件。零件經(jīng)高速車、鏡加工后其表面質(zhì)量常?？蛇_(dá)到磨削的水平，留在工件表面上的應(yīng)力也很小，故可省去常規(guī)鏡削后的精加工工序。4）可加工各種難加工材料

航空和動(dòng)力部門大量采用鐮基合金和鐵合金，這類材料強(qiáng)度大、硬度高、耐沖擊、加工中容易硬化、切削溫度高、刀具磨損嚴(yán)重。如采用高速切削，則其切削速度可提高到100~1000m/min，為常規(guī)切削的10倍左右，不但可大幅度提高生產(chǎn)率，而且可有效地減少刀具磨損，提高零件加工的表面質(zhì)量。5）降低了加工成本

高速切削時(shí)單位時(shí)間的金屬切削率高、能耗低、工件加工時(shí)間短，從而有效地提高了能源和設(shè)備利用率，降低了生產(chǎn)成本。564.5高速切削加工技術(shù)概述（2）高速切削的優(yōu)點(diǎn)

生產(chǎn)實(shí)踐表明，在鋁合金和鑄鐵零件的高速加工中，材料的切除率可高達(dá)100~150cm3/（min?kW），比傳統(tǒng)加工工藝的工效高3倍以上。

動(dòng)力工業(yè)中常用特種合金來(lái)制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件，這類材料強(qiáng)度大、硬度高、加工容易硬化、切削溫度高、極易磨損刀具，屬于難加工材料，用傳統(tǒng)的加工方法效率特別低。

如果采用高速加工，工效可以提高10倍以上，還可以延長(zhǎng)刀具壽命，改善零件的加工質(zhì)量。

在鋼的高速加工方面還存在一些困難，還沒(méi)有開(kāi)發(fā)出適合鋼材高速加工的高熔點(diǎn)、高強(qiáng)度的新型刀具材料。

在加工輕合金、不含鐵金屬和工程材料時(shí)，高速加工可用于零件加工的全過(guò)程（包括粗加工和精加工）。在加工鑄鐵、鋼和難加工材料的時(shí)候，多用于零件的粗加工。574.5高速切削加工技術(shù)高速切削加工的關(guān)鍵技術(shù)

實(shí)現(xiàn)高速切削加工必須有相應(yīng)的工藝系統(tǒng)做保證，要對(duì)機(jī)床、刀具、夾具、工件所構(gòu)成的封閉系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的創(chuàng)新，而且需對(duì)軟件（涉及工藝、切削理論、監(jiān)控與測(cè)試等）領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究。584.5高速切削加工技術(shù)高速切削對(duì)機(jī)床的特殊要求

高速切削機(jī)床是實(shí)現(xiàn)高速加工的前提和基本條件，高速機(jī)床一般都是數(shù)控機(jī)床和精密機(jī)床。

高速機(jī)床與普通數(shù)控機(jī)床的最大區(qū)別在于高速機(jī)床要能夠提供很高的切削速度和加速度，并能夠滿足高速加工要求的一系列較為特殊的要求。

高速加工對(duì)機(jī)床提出的要求主要有以下幾點(diǎn)：1）主軸轉(zhuǎn)速高，輸出功率大

高速切削機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速為常規(guī)機(jī)床的10倍左右，一般都大于10000r/min，有的高達(dá)60000~100000r/min。主電動(dòng)機(jī)的功率為15~80kW。2）進(jìn)給速度高

為了保證工件的加工精度和表面質(zhì)量，需要保持刀具每齒進(jìn)給量不變。594.5高速切削加工技術(shù)高速切削對(duì)機(jī)床的特殊要求3）主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度的加速度高

在高速機(jī)床上，元論是主軸還是工作臺(tái)，往往要在瞬間完成速度的提升或降低，這就要求高速運(yùn)動(dòng)部件有極大的加速度。高速切削機(jī)床的主軸從啟動(dòng)到達(dá)到最高轉(zhuǎn)速或從最高轉(zhuǎn)速降到零要在12s內(nèi)完成，工作臺(tái)的加、減速度由常規(guī)的0.lg~ 0.2g提高到lg~8g。4）機(jī)床的靜、動(dòng)態(tài)特性好

機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件之間做速度很高的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)副結(jié)合面之間將發(fā)生急劇的摩擦和發(fā)熱，高的運(yùn)動(dòng)加速度也會(huì)對(duì)機(jī)床產(chǎn)生巨大的沖擊。5）機(jī)床的其他功能部件性能高

高速機(jī)床需要與之匹配的快速運(yùn)動(dòng)部件，這樣才能充分發(fā)揮高的效率，如快速刀具交換、快速工作臺(tái)交換以及快速排屑等裝置。604.5高速切削加工技術(shù)高速切削對(duì)機(jī)床的特殊要求

為滿足高速切削加工要求，電主軸應(yīng)運(yùn)而生。所謂電主軸是將電動(dòng)機(jī)與主軸合工為一，使傳動(dòng)鏈為“零”，故又稱“零傳動(dòng)”或直接電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。

電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子即為主軸，能達(dá)到最大轉(zhuǎn)速為100r/min，功率3.5kW。614.6可持續(xù)制造技術(shù)

可持續(xù)制造技術(shù)是一種符合可持續(xù)發(fā)展策略的制造技術(shù)，是基于現(xiàn)代的多學(xué)科的先進(jìn)科技成果的綜合技術(shù)，是一種與環(huán)境友好的、潔凈的、節(jié)省資源的先進(jìn)制造技術(shù)，是滿足當(dāng)代人需求又不危及子孫后代需求的先進(jìn)制造技術(shù)。

可持續(xù)制造技術(shù)并不一定特指某一種加工方法而是從產(chǎn)品制造的整個(gè)過(guò)程來(lái)考慮是否符合可持續(xù)發(fā)展策略。如：某一產(chǎn)品在車削加工、磨削加工過(guò)程中都未使用冷卻液而采用干式切削與干式磨削，則可稱為可持續(xù)制造技術(shù)。數(shù)年后的新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)（1）以環(huán)保為核心的生產(chǎn)系統(tǒng)

從大量消費(fèi)、大量產(chǎn)生廢棄物的經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y驚循環(huán)利用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)，保證科學(xué)地、可持續(xù)地發(fā)展，必須具備以下三個(gè)條件：1）可重復(fù)利用的資源應(yīng)在重復(fù)利用資掘的框架內(nèi)消費(fèi)。624.6可持續(xù)制造技術(shù)數(shù)年后的新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)（1）以環(huán)保為核心的生產(chǎn)系統(tǒng)2）對(duì)于不可重復(fù)利用的資源，需要盡可能地以可重復(fù)利用的資源去替代，而且應(yīng)在與生產(chǎn)量保持平衡的范圍內(nèi)去消費(fèi)。3）廢棄物的排放量應(yīng)控制在自然凈化的可能范圍內(nèi)，避免造成環(huán)境質(zhì)量下降。需建立循環(huán)利用型的生產(chǎn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)零輻射及耗用能源最小化，確定環(huán)境承受極限的評(píng)價(jià)技術(shù)。

包含加工技術(shù)在內(nèi)的生產(chǎn)系統(tǒng)將作如下相應(yīng)的發(fā)展。與信息化相對(duì)應(yīng)，發(fā)展獨(dú)立分散型生產(chǎn)系統(tǒng)。與非熟練者與老齡化相對(duì)應(yīng)，發(fā)展自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)、以人為本的生產(chǎn)系統(tǒng)。與環(huán)保相對(duì)應(yīng)，發(fā)展資源循環(huán)利用型生產(chǎn)系統(tǒng)、低輻射生產(chǎn)系統(tǒng)。與需求多樣化相對(duì)應(yīng)，發(fā)展大批量定制生產(chǎn)系統(tǒng)、品種批量可調(diào)試生產(chǎn)系統(tǒng)、確定訂貨生產(chǎn)系統(tǒng)。634.6可持續(xù)制造技術(shù)數(shù)年后的新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)（2）新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)2010年人們將從重視資本生產(chǎn)效率轉(zhuǎn)變?yōu)楦又匾曎Y源生產(chǎn)效率，新型加工技術(shù)將涉及以下幾方面：1）坯件的精密化

以飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)零件等為對(duì)象的恒溫鍛壓和精密熱鍛技術(shù)，可使坯件精密化，目的是盡可能提高昂貴材料的利用率。

通常制作毛坯和反復(fù)加工會(huì)耗費(fèi)大量的能源與排放大量廢棄物，工件材料也隨之被大量浪費(fèi)。但精密鑄鍛所要求的高精度的模具，只有在大批量條件下生產(chǎn)才可獲得良好效益。

在小批生產(chǎn)中，目前最有效的手段就是采用己達(dá)到實(shí)用化水平的成形模擬技術(shù)，通過(guò)模擬可最大限度地利用型材和零散材料。644.6可持續(xù)制造技術(shù)數(shù)年后的新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)（2）新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)2）微細(xì)化

加工技術(shù)正沿著微細(xì)化、大面積化、三維化、適應(yīng)多種材料加工的方向發(fā)展。

微細(xì)化，是指達(dá)到10nm級(jí)的加工指標(biāo)。如利用原子力顯微鏡的微細(xì)加工。

目前，利用激光進(jìn)行加工，在加工精度和縱橫尺寸比方面可望得到改善，如同步輻射（SR）光進(jìn)行膜片加工。

在三維化加工方面，利用同步輻射光的加工和利用離子束的蝕刻加工等，均可望取得較好的效果。

適應(yīng)多種材料的主要加工方法仍然是成形加工，如10μm~10nm的結(jié)構(gòu)體的縱橫尺寸比達(dá)到10的復(fù)制加工，將在今后10年的仿生、信息機(jī)械行業(yè)占重要地位。654.6可持續(xù)制造技術(shù)數(shù)年后的新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)（2）新型加工技術(shù)預(yù)測(cè)

復(fù)制材料包括功能陶瓷、不可涂覆的金屬、玻璃（派拉克斯耐熱玻璃和石英玻璃）、新型聚合物等。

接近光速運(yùn)動(dòng)的荷電粒子在磁場(chǎng)中改變運(yùn)動(dòng)方向時(shí)放出的電磁輻射，波長(zhǎng)范圍為1μm～0.01nm。3）與材料相對(duì)應(yīng)的加工技術(shù)

①相應(yīng)于加工的超高精度和高穩(wěn)定性要求，需進(jìn)一步加強(qiáng)有關(guān)材料學(xué)的研究；②隨著納米級(jí)粒子技術(shù)的進(jìn)展，納米級(jí)結(jié)構(gòu)體、薄膜及復(fù)合材料的制作等將得到進(jìn)一步發(fā)展，加工和材料開(kāi)發(fā)工程相一致的領(lǐng)域增多；③開(kāi)發(fā)對(duì)各種新材料的循環(huán)利用加工技術(shù)。4）綜合化技術(shù)

將不同工藝綜合應(yīng)用到同一個(gè)工藝規(guī)程的作業(yè)之中，進(jìn)而滿足高效率化、低環(huán)境影響等要求，取得與單一技術(shù)復(fù)合迥然不同的綜合化效應(yīng)。664.6可持續(xù)制造技術(shù)誤差補(bǔ)償制造技術(shù)

精密機(jī)床等設(shè)備經(jīng)長(zhǎng)期使用后，其性能大大降低，已滿足不了使用者要求時(shí)然而，該機(jī)器裝備的結(jié)構(gòu)、幾何性能仍是穩(wěn)定的，可以繼續(xù)使用。采用誤差補(bǔ)償技術(shù)對(duì)將退役的機(jī)器設(shè)備進(jìn)行改造，可使其重新恢復(fù)到在役水平，這樣就延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命，符合可持續(xù)發(fā)展的策略。

誤差補(bǔ)償技術(shù)除了用于翻新將退役設(shè)備外，還用于提高新設(shè)備的精度，如對(duì)三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床、精密絲杠磨床等設(shè)備，采用誤差補(bǔ)償技術(shù)可消除重力、運(yùn)動(dòng)誤差、熱變形等的影響。

基于信息技術(shù)的現(xiàn)代誤差補(bǔ)償技術(shù)，為應(yīng)用低檔次機(jī)器制造高檔次零部件提供了一條可行的技術(shù)途徑，是延伸資源傳遞鏈的一種高科技措施，是一種能廣泛推廣的可持續(xù)制造技術(shù)。674.6可持續(xù)制造技術(shù)誤差補(bǔ)償制造技術(shù)

誤差補(bǔ)償?shù)膶?shí)現(xiàn)，需綜合應(yīng)用傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、多傳感器信息融合策略、運(yùn)動(dòng)合成機(jī)構(gòu)或系統(tǒng)等多學(xué)科技術(shù)。為了保證良好的誤差補(bǔ)償效果，被補(bǔ)償對(duì)象的幾何、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性或重復(fù)性是必須保證的。

誤差補(bǔ)償系統(tǒng)至少應(yīng)具備三個(gè)功能裝置：1）誤差信號(hào)發(fā)生裝置，以產(chǎn)生出被補(bǔ)償對(duì)象固有誤差的誤差圖E+-t，作為補(bǔ)償系統(tǒng)中附加誤差的依據(jù)。684.6可持續(xù)制造技術(shù)誤差補(bǔ)償制造技術(shù)2）信號(hào)同步反向裝置，以保證附加的誤差輸入與補(bǔ)償對(duì)象的固有誤差同步反向，即在任一時(shí)刻，這兩個(gè)誤差理論上數(shù)值相等而相應(yīng)相差180。如圖誤差E--t所示。3）運(yùn)動(dòng)合成裝置，以實(shí)現(xiàn)附加誤差運(yùn)動(dòng)與系統(tǒng)固有誤差運(yùn)動(dòng)的合戚，輸出為兩個(gè)誤差抵消后的結(jié)果，誤差圖E0-t所示。694.6可持續(xù)制造技術(shù)可重構(gòu)制造系統(tǒng)20世紀(jì)80年代末至90年代，制造業(yè)所面臨市場(chǎng)的變化開(kāi)始變得不可預(yù)測(cè)，其原因有：新產(chǎn)品的頻繁面世，現(xiàn)有產(chǎn)品的零部件變化，產(chǎn)品需求和種類的極大波動(dòng)，政府的安全、環(huán)境法規(guī)的變化以及工藝技術(shù)的變化。

為了適應(yīng)這些變化，解決生產(chǎn)效率與制造柔性之間的矛盾，并充分利用已有的資源，產(chǎn)生了可重構(gòu)制造系統(tǒng)（RMS,reconfigurablemanufacturingsystem）與可重構(gòu)機(jī)床（RMT,reconfigurablemachinetool)的策略與實(shí)踐。

目前，在企業(yè)中主要存在專用制造系統(tǒng)和柔性制造系統(tǒng)。專用制造系統(tǒng)成較低，能進(jìn)行多刀加工，故生產(chǎn)效率高，但沒(méi)有柔性，系統(tǒng)的軟件本、硬件都是為特定零件而設(shè)計(jì)的，不能擴(kuò)展。柔性制造系統(tǒng)則具有軟件柔性，能控制固定的硬件設(shè)備，使之完成眾多加工功能，及時(shí)響應(yīng)市場(chǎng)變化；其缺點(diǎn)是造價(jià)昂貴，軟件冗余大，只能進(jìn)行單刀加工，生產(chǎn)效率較低704.6可持續(xù)制造技術(shù)可重構(gòu)制造系統(tǒng)

快速調(diào)整出一個(gè)零件族內(nèi)的生產(chǎn)能力和功能，并快速改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及硬件和軟件組件，構(gòu)成一種綜合上述兩種制造系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)制造系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中硬、軟件均可重構(gòu)，可進(jìn)行多刀加工，系統(tǒng)造價(jià)適中，但硬件有冗余?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)能充分利用資隙，符合可持續(xù)制造策略?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)必須具備關(guān)鍵特征：1）模塊性（modularity）

所有主要部件（如結(jié)構(gòu)件、軸、控制軟件和刀具等）都是模塊，模塊化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可重構(gòu)的核心技術(shù)。各部件可以分別更換以滿足新的要求，而不必改動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。易于維護(hù)并降低了成本。2）集成性（integrability)

設(shè)計(jì)機(jī)器和控制模塊具有組元集成的接口，系統(tǒng)的性能取決于其組元的給定性能和軟件模塊與機(jī)器硬件模塊的接口的性能。714.6可持續(xù)制造技術(shù)可重構(gòu)制造系統(tǒng)

快速調(diào)整出一個(gè)零件族內(nèi)的生產(chǎn)能力和功能，并快速改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及硬件和軟件組件，構(gòu)成一種綜合上述兩種制造系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的可重構(gòu)制造系統(tǒng)。在這種系統(tǒng)中硬、軟件均可重構(gòu)，可進(jìn)行多刀加工，系統(tǒng)造價(jià)適中，但硬件有冗余?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)必須具備關(guān)鍵特征：1）模塊性（modularity）

所有主要部件（如結(jié)構(gòu)件、軸、控制軟件和刀具等）都是模塊，模塊化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可重構(gòu)的核心技術(shù)。各部件可以分別更換以滿足新的要求，而不必改動(dòng)整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)。易于維護(hù)并降低了成本。2）集成性（integrability)

設(shè)計(jì)機(jī)器和控制模塊具有組元集成的接口，系統(tǒng)的性能取決于其組元的給定性能和軟件模塊與機(jī)器硬件模塊的接口的性能。因此，必須建立起一系列系統(tǒng)集成方法和原則。724.6可持續(xù)制造技術(shù)可重構(gòu)制造系統(tǒng)2）集成性（integrability)

這些方法和原則應(yīng)涉及從整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)到部分控制單元和機(jī)床的范圍，還要加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)布局和生產(chǎn)工藝流程的研究。3）

定制性（customization）

包括定制柔性和定制控制。定制柔性圍繞著正在被制造的零件族里的零件構(gòu)造機(jī)器并只提供這些特定零件所需要的柔性，因此能降低成本；定制控制借助于開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)技術(shù)集成控制組件，從而可準(zhǔn)確地提供所需要的控制功能。4）轉(zhuǎn)換性（convertibility）

在一個(gè)可重構(gòu)制造系統(tǒng)中，可以利用已有的生產(chǎn)線來(lái)生產(chǎn)同一零件族中的不同產(chǎn)品。同時(shí)，在改變生產(chǎn)品種時(shí)所需的變換時(shí)間要盡量短，變換內(nèi)容包括刀具、零件加工程序、夾具等。這些都需要有先進(jìn)的傳感、檢測(cè)系統(tǒng)，以進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)控和標(biāo)定。734.6可持續(xù)制造技術(shù)可重構(gòu)制造系統(tǒng)5）診斷性（diagnosability)

由于可重構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)需要經(jīng)常改變其布局格式，系統(tǒng)應(yīng)具有對(duì)重新布置好的系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的修正和微調(diào)的能力。

產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)必須和整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)地結(jié)合，這樣有助于快速找到影響質(zhì)量的原因，并借助統(tǒng)計(jì)分析、信號(hào)處理和模式識(shí)別等技術(shù)來(lái)保證高質(zhì)量產(chǎn)品，檢測(cè)不合格的零件，對(duì)減少可重構(gòu)制造系統(tǒng)的斜升時(shí)間起到重要作用。

斜升時(shí)間指的是新建或重構(gòu)制造系統(tǒng)運(yùn)行開(kāi)始后達(dá)到規(guī)劃或設(shè)計(jì)規(guī)定的質(zhì)量、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和成本的過(guò)渡時(shí)間，它是制造系統(tǒng)重構(gòu)可行性的一個(gè)重要性能測(cè)度指標(biāo)。

模塊性、集成性、診斷性有利于減少用于重構(gòu)的時(shí)間和精力，定制性、轉(zhuǎn)換性有利于減少重構(gòu)的成本。

相對(duì)而言，軟件的重構(gòu)是比較容易實(shí)現(xiàn)的。因此：可重構(gòu)制造系統(tǒng)的成敗關(guān)鍵是硬件模塊的重構(gòu)與連接，是電、液、氣等功力源的接口與切換。744.7虛擬制造定義與分類

虛擬制造（VM,virtualmanufacturing）是使用計(jì)算機(jī)模型對(duì)制造過(guò)程的仿真，以輔助被制造產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，包括從產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)始就實(shí)時(shí)地、并行地對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工作性能、工藝流程、裝配調(diào)試、作業(yè)計(jì)劃、物流管理、資源調(diào)配及成本核算等一切生產(chǎn)活動(dòng)進(jìn)行仿真，檢查產(chǎn)品的可加工性和設(shè)計(jì)的合理性，預(yù)測(cè)其制造周期和使用性能，以便及時(shí)修改設(shè)計(jì)，更有效地靈活組織生產(chǎn)。

虛擬制造可以縮短產(chǎn)品的研制周期，獲得最佳的產(chǎn)品質(zhì)量、最低的戚本和最短的開(kāi)發(fā)周期。

虛擬制造能對(duì)加工制造過(guò)程進(jìn)行物理仿真，如切屑的形成，力、熱和幾何因素對(duì)制造誤差的影響等的仿真，包括力學(xué)、熱力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)等的可制造分析。

擬制造技術(shù)主要給人提供視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)信息，達(dá)到“所見(jiàn)即所得”的效果，在計(jì)算機(jī)上所看到的三維圖形、制造過(guò)程將分別是現(xiàn)實(shí)制造出的實(shí)物、現(xiàn)實(shí)的制造過(guò)程。754.7虛擬制造定義與分類

虛擬制造所需的資金有工作人員的工資、計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備與計(jì)算機(jī)軟件等費(fèi)用，故成本不高。不會(huì)浪費(fèi)材料資源、能隙，不會(huì)造成環(huán)境污染。作為現(xiàn)實(shí)制造的輔助工具，虛擬制造技術(shù)是一種生態(tài)型制造技術(shù)，符合可持續(xù)發(fā)展策略。虛擬制造類別如下：764.7虛擬制造曲面切削的虛擬制造曲面的數(shù)控切削是一種廣泛用于車間的加工技術(shù)。其虛擬制造用來(lái)檢驗(yàn)數(shù)控銑削的合理性，也可以用來(lái)培訓(xùn)新的操作人員。曲面切削的虛擬制造構(gòu)成示意圖：

虛擬制造是在計(jì)算機(jī)中“制造”，信息技術(shù)與仿真技術(shù)將成為虛擬制造的支撐技術(shù)，包括以下幾個(gè)方面：774.7虛擬制造曲面切削的虛擬制造（1）CAX/DFX技術(shù)CAX指一系列的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工程CCAE）、計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)（CAPP）DFX主要是強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中盡早地考慮其下游的制造、裝配、檢測(cè)、維修等各個(gè)方面的需要而形成的一系列技術(shù)，如面向制造的設(shè)計(jì)

（DFM）、面向裝配的設(shè)計(jì)（DFA）、面向測(cè)試的設(shè)計(jì)（DFT）。（2）建模、仿真、優(yōu)化技術(shù)1）建模

虛擬制造系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)建立一個(gè)健壯的信息體