先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù)

第1章緒論1.1先進(jìn)制造技術(shù)的背景1.1.1世界制造業(yè)及其格局的進(jìn)展變化近年來，隨著信息產(chǎn)業(yè)的高速進(jìn)展，制造技術(shù)中的某些技術(shù)差不多不再適應(yīng)高科技的快速進(jìn)展，不能專門好地融入信息化產(chǎn)業(yè)的大潮，缺乏市場競爭力，甚至還可能危及生態(tài)環(huán)境。許多人認(rèn)為制造業(yè)已成為“夕陽產(chǎn)業(yè)”。制造技術(shù)中確有“夕陽技術(shù)”,這些技術(shù)同信息化大潮格格不入，同高科技進(jìn)展不相適應(yīng)，缺乏市場競爭力，甚至還可能危害生態(tài)環(huán)境。面臨劇烈的市場變化和技術(shù)競爭，許多工業(yè)國家迅速調(diào)整其技術(shù)政策，把提高市場競爭力和增強綜合國力作為科技政策的核心。例如，歷來重視產(chǎn)業(yè)技術(shù)的日本、澳大利亞和一些新興工業(yè)化國家。美、英等國過去一貫主張，產(chǎn)業(yè)技術(shù)的進(jìn)展要緊靠市場競爭，由企業(yè)自由進(jìn)展，政府不必介入。1.1.2先進(jìn)制造技術(shù)為制造業(yè)注入活力隨著科技進(jìn)步特不是計算機技術(shù)的進(jìn)展，世界范圍內(nèi)對制造業(yè)進(jìn)行了重新的認(rèn)識和定位，先進(jìn)制造技術(shù)為制造業(yè)注入新的活力，使制造業(yè)又重新生機勃勃。制造業(yè)絕不是“夕陽產(chǎn)業(yè)”和“夕陽技術(shù)”，先進(jìn)制造技術(shù)是高技術(shù)的載體，沒有哪個工業(yè)發(fā)達(dá)國家不予以高度關(guān)注，先進(jìn)制造技術(shù)差不多成為全球制造業(yè)爭奪的市場焦點。先進(jìn)制造技術(shù)為制造業(yè)注入新奇血液，是進(jìn)展制造業(yè)的基礎(chǔ)，它是傳統(tǒng)制造業(yè)不斷地汲取機械、信息、電子、材料、能源和現(xiàn)代治理等方面的最新技術(shù)成果，并將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計、制造、檢測、治理和售后服務(wù)的制造全過程，實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔和敏捷制造，并取得理想經(jīng)濟效果的前沿制造技術(shù)的總稱。從本質(zhì)上看，信息技術(shù)＋傳統(tǒng)制造技術(shù)的進(jìn)展＋自動化技術(shù)＋現(xiàn)代治理技術(shù)確實是先進(jìn)制造技術(shù)。1.2國外先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀近些年來，世界經(jīng)濟進(jìn)展的嚴(yán)峻事實使美國政府意識到，制造業(yè)是美國工業(yè)的基礎(chǔ)，政府必須介入工業(yè)技術(shù)的進(jìn)展。20世紀(jì)80年代末期，美國依照本國制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機遇，為增強制造業(yè)競爭力和促進(jìn)國民經(jīng)濟增長，采取了一系列措施，進(jìn)行了大規(guī)模的21世紀(jì)制造業(yè)的戰(zhàn)略研究，并首先提出了先進(jìn)制造技術(shù)的理念。其中，強調(diào)要促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)展，成立各種層次的先進(jìn)制造技術(shù)研究中心，并提出了一系列如并行工程、精益生產(chǎn)和敏捷制造等先進(jìn)制造技術(shù)的新理論，收效良好。緊接著，許多工業(yè)國家如日本、澳大利亞、西歐各國以及一些新興的工業(yè)化國家也都迅速調(diào)整其技術(shù)政策，開始重視研究和應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)，將提高市場競爭力和增強綜合國力作為科技決策的核心。自從美國提出先進(jìn)制造技術(shù)這一概念以來，專門快在日本、西歐各國以及亞洲新興工業(yè)國家做出了響應(yīng)，紛紛將先進(jìn)制造技術(shù)列為國家的高新技術(shù)和優(yōu)先進(jìn)展項目，世界各國都已重視研究、應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)。1.2.1制造業(yè)在美國經(jīng)濟的重要性強大的制造基礎(chǔ)對國家的經(jīng)濟和軍事力量是至關(guān)重要的。一個國家只有生產(chǎn)得好,才能生活得好。如美國2100萬就業(yè)者(占總勞動力的17%)從事20%～30%高酬勞的工作;雇傭了75%的科學(xué)家和工程師進(jìn)行90%的非軍事性的ResearchandDevelopment—研制與開發(fā)；每100份工作支持著60個以上的非制造業(yè)職位；GNP的1/5(超過1兆美元)為其它經(jīng)濟部門提供差不多產(chǎn)品。1.2.2發(fā)達(dá)國家先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)展戰(zhàn)略工業(yè)發(fā)達(dá)國家都把先進(jìn)制造技術(shù)作為國家級關(guān)鍵技術(shù)和優(yōu)先進(jìn)展領(lǐng)域。盡管決定國家綜合競爭力的因素有多種,但制造業(yè)的基礎(chǔ)地位不能忽視。20世紀(jì)90年代以來，各發(fā)達(dá)國家,如美國、日本、歐共體、德國等都針對先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)提出了國家級進(jìn)展打算，旨在提高本國制造業(yè)的國際競爭能力。20世紀(jì)90年代初,美國政府提出“先進(jìn)制技術(shù)”打算,將基于信息高速公路的敏捷制造作為美國21世紀(jì)的制造戰(zhàn)略。1991年美國里海大學(xué)(LehighUniversity)提出“美國企業(yè)網(wǎng)”(FAN,FactoryAmericanNet)打算,該打算的目的是研究如何利用信息高速公路,把美國的制造企業(yè)聯(lián)系在一起。2008年1月,歐洲聯(lián)盟公布了“第五框架打算(2008～2012)”,將虛擬網(wǎng)絡(luò)企業(yè)列入研究主題2012年,歐盟提出了“第六框架打算”,選定了需要重點攻關(guān)的7大領(lǐng)域,其中包括信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。歐盟第六框架打算的目的是,通過各種方法刺激信息技術(shù)的快速進(jìn)展,加強信息的產(chǎn)業(yè)化,使所有歐洲公民從以信息和網(wǎng)絡(luò)為主體的知識社會和進(jìn)展中獲益。2012年,美國洛克希德-馬丁公司提出了F-22飛機研制的虛擬工廠概念,打通了從設(shè)計、生產(chǎn)到治理的全數(shù)字化信息流?？傊?工業(yè)化國家大都把先進(jìn)制造技術(shù)作為本國的科技優(yōu)先進(jìn)展領(lǐng)域和高技術(shù)的實施重點；進(jìn)展中國家也十分重視制造業(yè)信息化,都把信息技術(shù)作為改造傳統(tǒng)企業(yè)和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的要緊戰(zhàn)略；新興工業(yè)化國家希望通過加快制造業(yè)信息化,躋身世界先進(jìn)行列,眾多進(jìn)展中國家也希望以信息化推進(jìn)工業(yè)化,以縮小與先進(jìn)國家的差距。1.3我國先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)的最新進(jìn)展時期，是由傳統(tǒng)的制造技術(shù)進(jìn)展起來的，既保持了過去制造技術(shù)中的有效要素，又要不斷汲取各種高新技術(shù)成果，并滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過程。先進(jìn)制造技術(shù)的應(yīng)用特不注意產(chǎn)生最好的實際效果，其目標(biāo)是為了提高企業(yè)競爭和促進(jìn)國家經(jīng)濟和綜合實力的增長。目的是要提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益。在20世紀(jì)70年代往常，產(chǎn)品的技術(shù)相對比較簡單，一個新產(chǎn)品上市，專門快就會有相同功能的產(chǎn)品跟著上市。因此，市場競爭的核心是如何提高生產(chǎn)率。到了20世紀(jì)80年代以后，制造業(yè)要贏得市場競爭的要緊矛盾差不多從提高勞動生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r刻為核心的時刻、成本和質(zhì)量的三要素的矛盾。先進(jìn)制造技術(shù)把這三個矛盾有機結(jié)合起來，使三者達(dá)到了統(tǒng)一。1.3.1我國先進(jìn)制造技術(shù)的特點先進(jìn)制造技術(shù)是制造技術(shù)加信息技術(shù)和治理科學(xué),再加上有關(guān)的科學(xué)技術(shù)交融而形成的制造技術(shù)。它不局限于制造工藝,而是覆蓋了市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、加工和裝配、銷售、維修、服務(wù),以及回收再生的全過程。其具有如下特點：（1）全球化。21世紀(jì)是國際化的大市場，世界各國市場競相向國外開放，促成制造業(yè)競爭的國際化，要緊反映在使制造業(yè)的資源配置由一國范圍擴大到世界范圍，致使制造業(yè)在全球范圍重新分布、組合和洗牌。（2）多樣化。由于每個用戶群的看法和觀點不同，其提出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和形狀也不盡相同，中小批量的產(chǎn)品越來越多，產(chǎn)品的多樣化特征也越來越明顯。（3）虛擬化。虛擬制造是指利用計算機模擬與仿真技術(shù)、人工智能技術(shù)、并行工程以CAD/CAPP/CAM/CAE等多種技術(shù)，模擬現(xiàn)實制造環(huán)境或現(xiàn)實制造過程,呈現(xiàn)現(xiàn)實制造系統(tǒng)的運行狀態(tài)或者現(xiàn)實產(chǎn)品性能的一種制造技術(shù)。（4）生產(chǎn)過程的高速化和柔性化。由于產(chǎn)品設(shè)計和制造周期的不斷縮短，顧客要求的交貨期也相應(yīng)的越來越短；因此，高速生產(chǎn)技術(shù)得到了普遍應(yīng)用，即要求實現(xiàn)生產(chǎn)過程的高速化。（5）集群化。為了提高自身抵抗風(fēng)險的能力，各個小型制造企業(yè)開始紛紛聯(lián)合組成集團公司，制造企業(yè)呈現(xiàn)越來越多的集中和并購，制造業(yè)的市場集中度也得到了進(jìn)一步提高。（6）服務(wù)化。隨著當(dāng)前綠色制造和循環(huán)制造概念的提出，制造業(yè)應(yīng)不僅考慮產(chǎn)品的設(shè)計和生產(chǎn)，還應(yīng)考慮從市場調(diào)研開始到售后服務(wù)，再到產(chǎn)品報廢回收，以及循環(huán)使用的產(chǎn)品整個生命周期或多個生命周期。1.3.2我國的先進(jìn)制造技術(shù)與工業(yè)發(fā)達(dá)國家對比（1）治理方面：工業(yè)發(fā)達(dá)國家廣泛采納計算機治理，重視組織和治理體制、生產(chǎn)模式的更新進(jìn)展，推出了準(zhǔn)時生產(chǎn)（JIT）、敏捷制造（AM）、精益生產(chǎn)（LP）、并行工程（CE）等新的治理思想和技術(shù)。我國只有少數(shù)大型企業(yè)局部采納了計算機輔助治理，多數(shù)小型企業(yè)仍處于經(jīng)驗治理時期。（2）設(shè)計方面：工業(yè)發(fā)達(dá)國家不斷更新設(shè)計數(shù)據(jù)和準(zhǔn)則，采納新的設(shè)計方法，廣泛采納計算機輔助設(shè)計技術(shù)（CAD/CAM），大型企業(yè)開始無圖紙的設(shè)計和生產(chǎn)。我國采納CAD/CAM技術(shù)的比例較低。（3）制造工藝方面：工業(yè)發(fā)達(dá)國家較廣泛的采納高周密加工、精細(xì)加工、微細(xì)加工、微型機械和微米/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)以及復(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。（4）自動化技術(shù)方面：工業(yè)發(fā)達(dá)國家普遍采納數(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)（CIMS），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、剛性自動化時期，柔性制造單元和系統(tǒng)僅在少數(shù)企業(yè)使用。1.3.3我國對先進(jìn)制造的重視隨著美國政府采取一系列措施進(jìn)行大規(guī)模的21世紀(jì)制造業(yè)戰(zhàn)略的研究。我國政府和企業(yè)界投入巨資，組織大量專家進(jìn)行研究和分析，得出的結(jié)論是振興中國經(jīng)濟的出路在于振興美國的制造業(yè)，經(jīng)濟競爭歸根到底是制造技術(shù)和制造能力的競爭。因而，我國提出要促進(jìn)先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)展，成立國家級、地區(qū)級、大學(xué)、企業(yè)等各種層次的先進(jìn)制造技術(shù)協(xié)調(diào)、推廣、應(yīng)用研究中心。這些措施收到了良好的效果，使制造水平大幅度提高。通過先進(jìn)制造技術(shù)，讓企業(yè)適應(yīng)多變的市場需求我國制造業(yè)市場具有專門大的潛力，使得我國的制造技術(shù)水平和工業(yè)發(fā)達(dá)國家的差距進(jìn)一步縮小。1.4先進(jìn)制造技術(shù)的進(jìn)展趨勢1.4.1數(shù)字化制造技術(shù)數(shù)字化制造技術(shù)是支持信息化和知識化制造業(yè)的技術(shù)，是先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)展的核心，包括以設(shè)計為中心、以操縱為中心和以治理為中心的數(shù)字制造。應(yīng)用數(shù)字化制造技術(shù)，將會使全球制造網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的產(chǎn)品異地設(shè)計與制造成為21世紀(jì)的重要制造模式，促使制造技術(shù)和制造產(chǎn)業(yè)發(fā)生革命性的變革。對全球制造業(yè)而言，在數(shù)字制造環(huán)境下，用戶借助網(wǎng)絡(luò)公布信息，各類企業(yè)通過電子商務(wù)實現(xiàn)優(yōu)勢互補，形成動態(tài)聯(lián)盟，迅速協(xié)同設(shè)計并制造出相應(yīng)的產(chǎn)品。1.4.2周密化是進(jìn)展的關(guān)鍵現(xiàn)代超周密機械對精度要求極高，如借助于掃描隧道顯微鏡與原子力顯微鏡，加工精度可達(dá)0.1μｍ；而基于操作機械的移動距離為納米級，移動精度可達(dá)0.1ｎｍ。顯然，沒有先進(jìn)制造技術(shù)就沒有先進(jìn)電子技術(shù)裝備。先進(jìn)制造技術(shù)與先進(jìn)信息技術(shù)是相互滲透、相互促進(jìn)和緊密結(jié)合的，周密化是當(dāng)前先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)展的關(guān)鍵所在。1.4.3網(wǎng)絡(luò)化是進(jìn)展的道路隨著網(wǎng)絡(luò)化的進(jìn)一步普及，各種網(wǎng)上銷售和網(wǎng)上購物正在悄然進(jìn)入人們的生活當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)化差不多成為先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)展的必由之路，這必將導(dǎo)致新的制造模式，即虛擬制造組織，形成動態(tài)的虛擬企業(yè)或企業(yè)聯(lián)盟?，F(xiàn)在，各企業(yè)致力于其核心業(yè)務(wù)，實現(xiàn)優(yōu)勢互補和資源優(yōu)化動態(tài)組合與共享，如美國的“日不落打算”正是基于這一點。1.4.4綠色化是進(jìn)展的方向綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境阻礙因素和資源效率的現(xiàn)代化制造模式，當(dāng)前日趨嚴(yán)格的環(huán)境與資源的約束使綠色制造業(yè)顯得越來越重要，綠色制造技術(shù)也將獲得快速的進(jìn)展。其要求產(chǎn)品、制造、使用、維修及回收全部綠色化，要緊體現(xiàn)在：１）綠色產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)；２）綠色制造技術(shù)；３）產(chǎn)品的回收和循環(huán)再制造。1.4.5智能化是進(jìn)展的前景以智能機器人和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，使制造系統(tǒng)具有自適應(yīng)能力、自學(xué)習(xí)能力和自組織能力，能極大地提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和決策水平。與傳統(tǒng)制造相比，智能制造系統(tǒng)的突出之處在于制造諸環(huán)節(jié)中以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動；同時，收集、存儲、處理、完善、共享、繼承和進(jìn)展人類專家的制造智能。在不久的今后，為應(yīng)對大量復(fù)雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈的市場競爭，智能制造會越來越受到重視。1.4.6集成化是進(jìn)展的方法集成化要緊指現(xiàn)代技術(shù)、加工技術(shù)和企業(yè)等的集成，其使專業(yè)和學(xué)科間的界限逐漸淡化和消逝。先進(jìn)制造技術(shù)的不斷進(jìn)展，使得冷、熱加工之間，加工、檢測、物流和裝配過程之間，設(shè)計、材料應(yīng)用和加工制造之間的界限也逐漸淡化，逐步走向一體化。例如，CAD/CAPP和CAM的出現(xiàn)、周密成形技術(shù)的進(jìn)展、快速原型件制造技術(shù)的產(chǎn)生、機器人加工工作站及FMS的出現(xiàn)。專門多新材料的配制和成型是同時完成的，專門難劃清材料應(yīng)用與制造技術(shù)的界限。1.5對我國先進(jìn)制造技術(shù)的考慮我國制造業(yè)市場的巨大潛力，為先進(jìn)制造技術(shù)進(jìn)展提供了寬敞的市場空間。然而與制造業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，國內(nèi)的先進(jìn)制造技術(shù)的研發(fā)與市場拓展還不均衡。縱觀國際制造業(yè)的競爭與進(jìn)展，面對國際、國內(nèi)２個制造業(yè)市場的日漸融合，如何立足國內(nèi)制造業(yè)的市場需求，整合分散的科研與企業(yè)資源，盡快形成自身在先進(jìn)制造產(chǎn)業(yè)競爭中的技術(shù)優(yōu)勢，差不多是擺在我國制造業(yè)面前的迫在眉睫的課題。進(jìn)展先進(jìn)制造技術(shù)要結(jié)合國情，突出重點，在汲取世界各國經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，走一條具有自身特點的道路。（1）高度重視，全面規(guī)劃。對涉及面廣、技術(shù)難度大的技術(shù)，其研究及推廣應(yīng)用需要投入大量的力、物力及資金。（2）加強人員培養(yǎng)和培訓(xùn)工作。人是技術(shù)的主體，沒有高素養(yǎng)的人才，再好的技術(shù)也會被束之高閣。（3）嚴(yán)格論證，科學(xué)治理。擬實施和上馬的項目必須依照企業(yè)總體規(guī)劃進(jìn)行嚴(yán)格論證。論證時應(yīng)汲取有關(guān)各方人員參與，集思廣益，使實施打算更趨于完善。（4）進(jìn)展我國先進(jìn)制造技術(shù)的關(guān)鍵前沿技術(shù)。利用自身優(yōu)勢，大力進(jìn)展一些關(guān)鍵前沿技術(shù)，比如新一代材料成型技術(shù)、快速原型制造、智能制造等。第2章先進(jìn)制造技術(shù)與新工業(yè)革命2.1先進(jìn)制造技術(shù)的概念、內(nèi)涵及要緊內(nèi)容先進(jìn)制造技術(shù)（advancedmanufacturingtechnology簡稱AMT）是美國在20世紀(jì)80年代末提出的概念，是作用于產(chǎn)品整個壽命周期的所有有用技術(shù)的總稱，要緊是指在當(dāng)今技術(shù)條件下能顯著提高企業(yè)的設(shè)計、加工、檢測、物料儲運、營銷和生產(chǎn)治理等方面能力的設(shè)備，計算機軟硬件和治理方法，其涉及制造技術(shù)的各個方面，包括工程設(shè)計、制造自動化、制造工藝技術(shù)、現(xiàn)代治理技術(shù)以及相關(guān)的支持環(huán)境和條件。先進(jìn)制造技術(shù)在不同時代具有不同的含義，當(dāng)前各種新出現(xiàn)的、先進(jìn)的機械加工技術(shù)（納米加工、激光切割、增材制制造等）、精益生產(chǎn)、并行工程、柔性制造、虛擬制造、敏捷制造和現(xiàn)代集成制造模式等，都屬于AMT的研究之列。圖1先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、層次及技術(shù)構(gòu)成圖1先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵、層次及技術(shù)構(gòu)成2.2先進(jìn)制造工藝技術(shù)（1）高效周密、超周密加工技術(shù)，包括周密、超周密磨削、車削，細(xì)微加工技術(shù)，納米加工技術(shù)。超高速切削。周密加工一般指加工精度在10～0.1μm（相當(dāng)于IT5級精度和IT5級以上精度），表面粗糙度Ra值在0.1μm以下的加工方法，如金剛車、金剛鏜、研磨、珩磨、超精研、砂帶磨、鏡面磨削和冷壓加工等。超周密加工是指被加工零件的尺寸公差為0.1～0.01μm數(shù)量級，表面粗糙度Ra值為0.001μm數(shù)量級的加工方法。此外，周密加工與特種加工一般差不多上計算機操縱的自動化加工。（2)周密成型制造技術(shù)，包括高效、周密、潔凈鑄造、鍛造、沖壓、焊接及熱處理與表面處理技術(shù)。（3）現(xiàn)代特種加工技術(shù)，包括高能束流（要緊是激光束、以及電子束、離子束等）加工，電解加工與電火花（成型與線切割）加工、超聲波加工、高壓水加工等。電火花加工(Electricaldischargemachining(EDM))電火花加工（electricsparkmachining)是指在一定介質(zhì)中，通過工具電極和工件電極之間脈沖放電的電蝕作用對工件進(jìn)行的加工。能對任何導(dǎo)電材料加工而不受被加工材料強度和硬度的限制。可分為電火花成型加工(EDM)和電火花線切割加工兩大類。一般都采納CNC操縱。（4）快速成型制造（RPM).快速成形技術(shù)是在計算機操縱下，基于離散堆積原理采納不同方法堆積材料最終完成零件的成型與制造的技術(shù)。從成型角度看，零件可視為“點”或“面”的疊加而成。從CAD電子模型中離散得到點、面的幾何信息，再與成型工藝參數(shù)信息結(jié)合，操縱材料有規(guī)律、精確地由點到面，由面到體地堆積零件。（5）柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)是對各種不同形狀加工對象實現(xiàn)程序化柔性制造加工的各種技術(shù)的總和。柔性制造技術(shù)是技術(shù)密集型的技術(shù)群，我們認(rèn)為凡是側(cè)重于柔性，適應(yīng)于多品種、中小批量(包括單件產(chǎn)品)的加工技術(shù)都屬于柔性制造技術(shù)。目前，按規(guī)模大小劃分為：柔性制造系統(tǒng)（FMS），柔性制造單元（FMC）,柔性制造線（FML），柔性制造工廠（FMF）。柔性要緊包括：①機器柔性。②工藝柔性。③產(chǎn)品柔性。④維護柔性。⑤生產(chǎn)能力柔性。⑥擴展柔性。⑦運行柔性。隨著批量生產(chǎn)時代正逐漸被適應(yīng)市場動態(tài)變化的生產(chǎn)所替換，一個制造自動化系統(tǒng)的生存能力和競爭能力在專門大程度上取決于它是否能在專門短的開發(fā)周期內(nèi)，生產(chǎn)出較低成本、較高質(zhì)量的不同品種產(chǎn)品的能力。2.3先進(jìn)制造模式/系統(tǒng)圖2制造模式的演變制造模式是制造業(yè)為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、市場競爭力、生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)速度以完成特定的生產(chǎn)任務(wù)而采取的一種有效的生產(chǎn)方式和一定的生產(chǎn)組織形式。先進(jìn)制造模式是以計算機信息技術(shù)和智能技術(shù)為代表的高新技術(shù)為支撐技術(shù)，在先進(jìn)制造思想的指導(dǎo)下，用扁平化、網(wǎng)絡(luò)化組織結(jié)構(gòu)方式組織制造活動，追求社會整體效益、顧客體驗和企業(yè)盈利，是最優(yōu)化的柔性、智能化生產(chǎn)系統(tǒng)。如圖2圖2制造模式的演變圖3先進(jìn)制造生產(chǎn)模式關(guān)系20世紀(jì)90年代，隨著先進(jìn)制造理念、先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)以及先進(jìn)治理方式的不斷成熟與進(jìn)展，各種新的制造理念、先進(jìn)制造新模式得到了迅猛進(jìn)展，理論界相繼出現(xiàn)了高質(zhì)量生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)化制造、面向服務(wù)的制造、智能制造等一系列新概念，各種先進(jìn)制造模式之間的關(guān)系如圖3所示。圖3先進(jìn)制造生產(chǎn)模式關(guān)系2.4先進(jìn)制造技術(shù)對產(chǎn)品生產(chǎn)活動的阻礙從生產(chǎn)流程來看，ATM與傳統(tǒng)制造技術(shù)對制造過程的阻礙如圖4所示。傳統(tǒng)制造是利用制造資源將原材料轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品的過程，僅為生產(chǎn)過程的一部分，一般包括產(chǎn)品的加工和裝配兩大內(nèi)容，制造商自行生產(chǎn)或者從供應(yīng)商購買零件，將其組裝成產(chǎn)品并檢驗以符合要求。制造過程中輸入的是原材料、能量、信息、人力資源等，輸出的是符合要求的產(chǎn)品。傳統(tǒng)的制造系統(tǒng)設(shè)計、制造與銷售各部分之間信息的傳遞與反饋不暢，各部門按功能分解任務(wù)，容易只考慮本部門的利益，對系統(tǒng)的優(yōu)化考慮較少，造成設(shè)計與制造部門間難以協(xié)調(diào)、矛盾突出。ATM要緊從材料設(shè)計、制造流程改造、產(chǎn)品服務(wù)融合的集成解決方案和循環(huán)利用四個方面拓展傳統(tǒng)制造技術(shù)。圖5先進(jìn)制造技術(shù)對制造業(yè)的阻礙圖4先進(jìn)制造（右）與傳統(tǒng)制造（圖5先進(jìn)制造技術(shù)對制造業(yè)的阻礙圖4先進(jìn)制造（右）與傳統(tǒng)制造（左）流程的比較2.5新工業(yè)革命工業(yè)革命是生產(chǎn)技術(shù)的變革，同時也是一場深刻的社會關(guān)系變革。新科技群的協(xié)同效應(yīng)和深度融合將導(dǎo)致生產(chǎn)組織方式和制造模式發(fā)生重大變化，從而引發(fā)新的工業(yè)革命。目前正在出現(xiàn)一種新工業(yè)革命，但仍是一個十分模糊的概念，不同研究者對新工業(yè)革命的概念有各自的理解，要緊有５種不同的觀點：圖6里夫金提出的新工業(yè)革命的五個支柱（1）杰里米·里夫金認(rèn)為，歷史上重要的工業(yè)革命差不多上在新通訊方式和新能源結(jié)合之際產(chǎn)生的，當(dāng)前正由互聯(lián)網(wǎng)和新能源結(jié)合引發(fā)新的經(jīng)濟和社會變革，即包括五大支柱的新工業(yè)革命，如圖6所示，其中：①能源轉(zhuǎn)型，向可再生能源轉(zhuǎn)型，利用風(fēng)和陽光等，不再消耗石化產(chǎn)品；②分散式生產(chǎn)，互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)等基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)大大減小了時刻、空間對人們的經(jīng)濟活動交的制約，基于知識的共享、創(chuàng)新和進(jìn)展的扁平式、分散化、合作性的生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)更加符合現(xiàn)代商業(yè)的需求；③存儲，充分利用社會基礎(chǔ)設(shè)施存儲間式可再生能源；④構(gòu)建能源互聯(lián)網(wǎng)，利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將電網(wǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂蚕砭W(wǎng)，通過一種網(wǎng)格式的智能分布式電力系統(tǒng)和他人共享；⑤交通工具轉(zhuǎn)變，將汽車、圖6里夫金提出的新工業(yè)革命的五個支柱（2）克里斯·安德森認(rèn)為，新型材料的應(yīng)用和增材制造技術(shù)等數(shù)字化制造方式將引發(fā)新工業(yè)革命，采納新型材料、３Ｄ打印技術(shù)和基于網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同制造服務(wù)等智能化與數(shù)字化制造方法，能夠迅速和精準(zhǔn)地將計算機中的虛擬設(shè)計模型轉(zhuǎn)化為真實物體，甚至直接打印出零件或模具，基于網(wǎng)絡(luò)的新型數(shù)字化設(shè)計及制造的創(chuàng)新提供給網(wǎng)絡(luò)用戶以制造真實物體的能力，將制造延伸至范圍更廣的生產(chǎn)人群中，這些制造過程蘊藏著由一般人完成的無限可能，眾多個人制造聯(lián)合推動全面制造，將直接加快向新型工業(yè)化趨勢進(jìn)展的步伐，從而引領(lǐng)新工業(yè)革命。（3）英國彼得·馬什在《新工業(yè)革命：消費者、全球化以及大規(guī)模生產(chǎn)的終結(jié)》一書中，將工業(yè)革命劃分為五次，如表１所示，而將始于2005年的第五次工業(yè)革命稱為新工業(yè)革命。表1馬什的工業(yè)革命劃分（4）保羅·麥基利的三次革命講認(rèn)為，表1馬什的工業(yè)革命劃分（5）德國政府于2013年4月舉辦的漢諾威工業(yè)博覽會上，正式推出了工4.0第四次工業(yè)革命項目，目的是支持工業(yè)領(lǐng)域新一代革命性技術(shù)的研發(fā)與創(chuàng)新。工業(yè)4.0強調(diào)在工業(yè)生產(chǎn)過程中，以信息物理融合系統(tǒng)為核心，將眾多智能體聚攏在信息平臺上，形成一種高度協(xié)同的互聯(lián)互通關(guān)系，從而構(gòu)建智能化的新型生產(chǎn)模式與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。工業(yè)4.0正引領(lǐng)新一輪的工業(yè)革命，傳統(tǒng)的行業(yè)界限將消逝，并會產(chǎn)生各種新的活動領(lǐng)域、商業(yè)模式和合作形式，將導(dǎo)致工業(yè)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟結(jié)構(gòu)和社會結(jié)構(gòu)從垂直向扁平轉(zhuǎn)變，從集中向分散轉(zhuǎn)變。新工業(yè)革命是基于新能源、智能制造、數(shù)字化制造、機器人技術(shù)、新一代信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)綜合系統(tǒng)協(xié)同創(chuàng)新及突破性的進(jìn)展，融合信息、計算機、數(shù)字化、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新變革，使工業(yè)生產(chǎn)方式與制造模式發(fā)生巨大變化，從而使交易方式與人們的生活方式發(fā)生重大變化。傳統(tǒng)的自上而下、集中規(guī)?；纳a(chǎn)模式將逐步被新工業(yè)革命的分散、扁平和協(xié)作的模式取代，定制化、個性化、智能化、分散化和合作化是新工業(yè)革命的要緊特征。2.6先進(jìn)制造技術(shù)與新工業(yè)革命之間關(guān)系圖7制造技術(shù)/模式與工業(yè)革命的演變從主導(dǎo)技術(shù)和新興產(chǎn)業(yè)的角度來看，以生產(chǎn)方式變革為主線的ATM圖7制造技術(shù)/模式與工業(yè)革命的演變圖中：第一次工業(yè)革命中，由于蒸汽機、電氣技術(shù)、內(nèi)燃機的發(fā)明與改進(jìn)，機器取代手工成為主導(dǎo)生產(chǎn)方式，制造業(yè)進(jìn)入機械化制造時代，成為近代工業(yè)化大生產(chǎn)時代的開端。第二次工業(yè)革命中，大規(guī)模制造成為主導(dǎo)生產(chǎn)方式，20世紀(jì)20年代，隨著電子技術(shù)、信息技術(shù)的進(jìn)展，以流水線為典型代表的大規(guī)模制造模式在組織結(jié)構(gòu)上追求縱向一體化與大規(guī)模，內(nèi)部分工認(rèn)真，專業(yè)化程度高，簡單熟練的操作提高了生產(chǎn)效率，使制造成本隨規(guī)模遞減，同時質(zhì)量的穩(wěn)定性也得到提高，制造模式進(jìn)入批量大規(guī)模制造時期。新工業(yè)革命是現(xiàn)代先進(jìn)制造模式集成協(xié)同創(chuàng)新的結(jié)果，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后期，隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)、智能操縱技術(shù)研究的深入和以知識為基礎(chǔ)的經(jīng)濟時代的到來，制造業(yè)的市場環(huán)境與技術(shù)變革發(fā)生了全然性的改變。大規(guī)模制造系統(tǒng)的剛性與市場的個性化需求以及環(huán)境快速變化所要求的響應(yīng)速度之間的矛盾日益尖銳，正是在此背景下，各種新制造模式研究探究與試驗如雨后春筍般迅速興起，現(xiàn)ATM融合自然科學(xué)和社會科學(xué)的最新進(jìn)展，以綠色、低碳、可持續(xù)為進(jìn)展理念，帶來了產(chǎn)業(yè)組織模式的轉(zhuǎn)變，對轉(zhuǎn)變經(jīng)濟增長方式、政府治理模式和社會組織形態(tài)都有巨大的推動作用，使全球技術(shù)要素和市場要素配置方式發(fā)生了革命性變化。ATM的進(jìn)展將在新工業(yè)革命中發(fā)揮重要作用。如前所述，工業(yè)革命的實質(zhì)是制造業(yè)生產(chǎn)方式與制造模式發(fā)生重大變化，它必定也是始于制造技術(shù)突破性的進(jìn)展。ATM是制造業(yè)產(chǎn)生變革的全然力量，新一代信息技術(shù)（云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、務(wù)聯(lián)網(wǎng)、云平臺等）、新能源（再生能源、清潔能源等）、新材料（復(fù)合材料、納米材料等）技術(shù)等將為新工業(yè)革命制造強大的新基礎(chǔ)設(shè)施；分散式制造（網(wǎng)絡(luò)化制造、制造物聯(lián)、云制造、智能制造）、眾包生產(chǎn)、集群效應(yīng)、利基思維等使生產(chǎn)方式產(chǎn)生變革，將整個工業(yè)生產(chǎn)體系提升到一個新的水平，工業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟體系和社會結(jié)構(gòu)將從垂直轉(zhuǎn)向扁平、從集中轉(zhuǎn)向分散；以智能制造為代表的新一代先進(jìn)制造模式，必將使商業(yè)模式、治理模式、服務(wù)模式、企業(yè)組織結(jié)構(gòu)和人才資源需求發(fā)生巨大變化，給工業(yè)領(lǐng)域、生產(chǎn)價值鏈、業(yè)務(wù)模式乃至生活方式帶來全然性變革，進(jìn)而推進(jìn)和實現(xiàn)新的工業(yè)革命。制造模式的演進(jìn)與新工業(yè)革命的出現(xiàn)由市場進(jìn)展、社會變革、技術(shù)突破、治理創(chuàng)新多種動因的綜合作用決定。對新工業(yè)革命的內(nèi)涵的理解必須通過與社會科學(xué)（如經(jīng)濟學(xué)和治理學(xué)）等跨學(xué)科的對話和交流，適當(dāng)突破自然科學(xué)和工程技術(shù)學(xué)科的理論范疇。工業(yè)進(jìn)展歷程表明，新的生產(chǎn)模式的出現(xiàn)均為與特定的社會制度、組織結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟因素等相互作用的產(chǎn)物,而新的制造模式又會對既有社會制度和治理方式提出新的要求，從而推進(jìn)企業(yè)治理模式、社會制度環(huán)境的變革。綜上所述，在市場、技術(shù)、社會經(jīng)濟環(huán)境變化與全球一體化趨勢的推動下，制造業(yè)正在經(jīng)歷著一場革命，一場以實施先進(jìn)制造技術(shù)和經(jīng)營方式完全變革為要緊內(nèi)容的先進(jìn)制造模式的革命，涉及制造理念、制造戰(zhàn)略、制造技術(shù)、制造組織與治理各個領(lǐng)域的全面變革。第3章航空發(fā)動機關(guān)鍵技術(shù)近年來，為適應(yīng)國家安全和國民經(jīng)濟進(jìn)展的需要，各種型號的預(yù)警機、殲擊機、直升機、大客大運等新型飛機不斷飛上藍(lán)天，但他們絕大多數(shù)依舊缺乏一顆強勁的“中國心”。中國制造的ARJ21客機安裝著美國的CF34-10A發(fā)動機，中國制造的C919大型客機，將配裝美、法研制的LEAP-X1C發(fā)動機，我們必須盡快翻過這一頁。能夠相信，隨著中國制造2025的全面布局，航空發(fā)動機重大工程的開展，通過航空發(fā)動機人的不懈努力，逐步解決航空發(fā)動機制造的關(guān)鍵技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)和熱點技術(shù).從關(guān)鍵技術(shù)、熱點技術(shù)和基礎(chǔ)技術(shù)3個層面介紹航空發(fā)動機關(guān)鍵制造技術(shù)，制造關(guān)鍵技術(shù)是研制先進(jìn)航空發(fā)動機必須具有的技術(shù)；制造熱點技術(shù)是提高發(fā)動機制造效率和制造品質(zhì)必須開展研究的技術(shù)；制造基礎(chǔ)技術(shù)是發(fā)動機研制和批量生產(chǎn)應(yīng)逐步積存和進(jìn)展的技術(shù)，代表發(fā)動機制造技術(shù)水平和生產(chǎn)能力的軟實力。3.1航空發(fā)動機制造基礎(chǔ)技術(shù)（1）周密制坯技術(shù)。周密制坯技術(shù)包括周密鍛造制坯、周密鑄造制坯和3D打印技術(shù)制坯，它是為現(xiàn)代航空發(fā)動機制造提供“糧食”的技術(shù)。（2）高效高質(zhì)量焊接技術(shù)。構(gòu)件整體化是新型航空發(fā)動機零件結(jié)構(gòu)進(jìn)展變化的趨勢，高效焊接技術(shù)是實現(xiàn)構(gòu)件整體化的最有效方法之一。擴散連接焊、線性摩擦焊、電子束焊等焊接工藝是實現(xiàn)航空發(fā)動機構(gòu)件整體化制造的3大關(guān)鍵技術(shù)。（3）刀具、機床、構(gòu)件一體化技術(shù)。航空發(fā)動機上幾乎所有的零件都需要機械加工，機械加工離不了刀具和機床?，F(xiàn)代航空發(fā)動機制造技術(shù)，使刀具技術(shù)和機床功能等得到了高速進(jìn)展。（4）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)和應(yīng)用技術(shù)。國外航空發(fā)動機設(shè)計、試驗和制造大量采納仿真技術(shù)進(jìn)行模擬相關(guān)零件、構(gòu)件或發(fā)動機整機的特性，模擬鍛件的變形、鑄件的凝固、焊接件的連接、零件加工中材料的切削過程等。（5）加工廢料回收和再利用技術(shù)。高性能航空發(fā)動機需要使用高強度、耐高溫材料，靠近燃燒室的壓氣機和渦輪部件大量使用鎳基和鈷基超耐熱合金，風(fēng)扇和壓氣機葉片、機匣、盤大量采納鈦合金、高溫合金材料。3.2單晶渦輪葉片制造技術(shù)現(xiàn)代航空發(fā)動機渦輪前溫度大大提升，F(xiàn)119發(fā)動機渦輪前溫度高達(dá)1900~2050K，傳統(tǒng)工藝鑄造的渦輪葉片全然無法承受如此高的溫度，甚至?xí)蝗刍?，無法有效地工作。單晶渦輪葉片成功解決了推重比10一級發(fā)動機渦輪葉片耐高溫的問題，單晶渦輪葉片優(yōu)異的耐高溫性能要緊取決于整個葉片只有一個晶體，從而消除了等軸晶和定向結(jié)晶葉片多晶體結(jié)構(gòu)造成晶界間在高溫性能方面的缺陷。單晶渦輪葉片是目前航空發(fā)動機所有零件中制造工序最多、周期最長、合格率最低、國外封鎖和壟斷最為嚴(yán)格的發(fā)動機零件。制造單晶渦輪葉片的工序包括壓芯、修芯、型芯燒結(jié)、型芯檢驗、型芯與外型模具的匹配、蠟?zāi)鹤?、蠟?zāi)光檢驗、蠟?zāi)１诤駲z測、蠟?zāi)Ｐ拚?、蠟?zāi)＝M合、引晶系統(tǒng)系統(tǒng)及澆冒口組合、涂料撤砂、殼型干燥、殼型脫蠟、殼型焙燒、葉片澆注、單晶凝固、清殼吹砂、初檢、熒光檢查、脫芯、打磨、弦寬測量、葉片X光檢查、X光底片檢查、型面檢查、精修葉片、葉片壁厚檢測、終檢等制造環(huán)節(jié)。除此之外，還必須完成渦輪葉片精鑄模具設(shè)計和制造工作。單晶渦輪葉片，目前世界上只有美國、俄羅斯、英國、法國、中國等少數(shù)幾個國家能夠制造。近年來，國內(nèi)在單晶渦輪葉片制造中也取得了較大的進(jìn)步，研制了推重比10一級發(fā)動機單晶渦輪葉片并批量生產(chǎn)了高功重比渦軸發(fā)動機單晶渦輪葉片。3.3整體葉盤高效高精度低成本加工技術(shù)整體葉盤技術(shù)的應(yīng)用推動了航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)設(shè)計的創(chuàng)新和制造工藝的跨越，實現(xiàn)了發(fā)動機減重和增效的目的，提高了發(fā)動機工作的可靠性。同時，葉片的薄厚度、大彎扭高效率氣動設(shè)計，形成了葉片剛性差，加工易變形難操縱的問題；葉片間窄而深的氣流通道，使葉盤加工工藝實現(xiàn)性差；鈦合金、高溫合金等高強材料，難切削加工，效率低。美英20世紀(jì)80年代的新型發(fā)動機開始應(yīng)用整體葉盤技術(shù)，我國整體葉盤技術(shù)起步于1996年前后。整體葉盤技術(shù)的應(yīng)用推動了發(fā)動機零件結(jié)構(gòu)整體化技術(shù)的進(jìn)展，帶鼓筒葉盤、帶軸葉盤、盤片鼓筒軸組合葉盤、帶箍閉式葉盤、整流器靜子環(huán)葉盤和兩級或多級葉盤組合的串列式整體葉盤結(jié)構(gòu)在新型航空發(fā)動機研制中陸續(xù)得到應(yīng)用；整體葉盤的功能結(jié)構(gòu)在軸流葉盤、離心葉輪的基礎(chǔ)上，進(jìn)展了大小葉片結(jié)構(gòu)葉盤、斜流轉(zhuǎn)子葉盤。自整體葉盤在高性能航空發(fā)動機上應(yīng)用以來，整體葉盤制造技術(shù)一直在進(jìn)展和提升，目前整體葉盤加工的工藝方法要緊有以下5種：失蠟周密鑄造整體葉盤、電子束焊接整體葉盤、電化學(xué)加工整體葉盤、線性摩擦焊整體葉盤和五坐標(biāo)數(shù)控機床加工整體葉盤等工藝方法。五坐標(biāo)數(shù)控機床加工整體葉盤工藝方法是國內(nèi)航空發(fā)動機整體葉盤制造中技術(shù)研究開展的最早、工程應(yīng)用面最寬、技術(shù)成熟度較高的葉盤制造工藝方法。其中，插銑開槽加工工藝、對稱螺旋銑削葉型精銑加工工藝、葉片前后緣加工誤差補償技術(shù)和整體葉盤葉型自適應(yīng)加工工藝技術(shù)是該技術(shù)進(jìn)展和應(yīng)用的關(guān)鍵。國外T700發(fā)動機、BR715發(fā)動機增壓級、EJ200發(fā)動機的整體葉盤使用此加工方法加工制造，我國CJ1000A、WS500等航空發(fā)動機整體葉盤也是采納五坐標(biāo)數(shù)控加工技術(shù)制造。圖8為我國制造的商用航空發(fā)動機高壓壓氣機第一級整體葉盤。圖8商用航空發(fā)動機高壓壓氣機第一級整體葉盤圖8商用航空發(fā)動機高壓壓氣機第一級整體葉盤3.4空心葉片制造技術(shù)圖9空心風(fēng)扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)渦扇發(fā)動機的風(fēng)扇遠(yuǎn)離燃燒室，熱負(fù)荷低，但先進(jìn)航空發(fā)動機對其氣動效能的要求和防外物打傷的能力在不斷提升。高性能航空發(fā)動機風(fēng)扇均采納寬弦、無凸肩、空心風(fēng)扇葉片。羅·羅公司研制的三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風(fēng)扇葉片是對原蜂窩夾芯葉片的改進(jìn)，羅·羅公司稱其為第二代空心風(fēng)扇葉片，其工藝是采納超塑成形/擴散連接（SPF/DB）組合工藝方法，將3層鈦合金板制成寬弦空心風(fēng)扇葉片，葉片空心部位呈三角形桁架結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)葉片差不多在波音777和A330飛機的“遄達(dá)”發(fā)動機上使用。我國三角形桁架結(jié)構(gòu)的空心風(fēng)扇葉片制造技術(shù)也取得突破（圖9為空心風(fēng)扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)），但要滿足工程化應(yīng)用還需開展大量的強度、振動、疲勞試驗和工藝優(yōu)化研究工作?？招娜~片的制造工藝流程為：首先需預(yù)備3塊鈦合金板并按上、中、下3層放置，中間一層為芯板，上下層分不為葉盆和葉背層板，然后按照除油酸洗3塊鈦合金板、中間層噴涂止焊劑、鈦板焊接、入模加溫、氬氣凈化、擴散連接、超塑成型、隨爐冷卻、表面化洗、葉根及進(jìn)排氣邊加工、葉片檢驗等工序[2]超塑成形/圖9空心風(fēng)扇葉片及內(nèi)部三角形結(jié)構(gòu)3.5高端軸承制造技術(shù)軸承是航空發(fā)動機的關(guān)鍵零部件之一，軸承在以每分鐘上萬轉(zhuǎn)高速長時刻運轉(zhuǎn)的同時，還要承受發(fā)動機轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的巨大離心力和各種形式的擠壓應(yīng)力、摩擦與超高溫作用。軸承的質(zhì)量和性能直接阻礙到發(fā)動機性能、壽命、可靠性和飛行安全。高端軸承的研制和生產(chǎn)與接觸力學(xué)、潤滑理論、摩擦學(xué)等學(xué)科交叉及疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎(chǔ)研究緊密相關(guān)，同時還必須解決設(shè)計、材料、制造、制造裝備、檢測與試驗、油脂及潤滑等環(huán)節(jié)大量的技術(shù)難題。目前，高端軸承的研發(fā)、制造與銷售差不多上被鐵姆肯、NSK、SKF，F(xiàn)AG等西方國家的軸承制造企業(yè)壟斷。我國航空發(fā)動機制造技術(shù)落后，國內(nèi)軸承制造企業(yè)的生產(chǎn)能力和研制水平，在短期全然無法提供適合先進(jìn)航空發(fā)動機使用的高端軸承。軸承已成為我國航空發(fā)動機研發(fā)中難以翻越的“珠穆朗瑪峰”，極大制約了我國高性能航空發(fā)動機的進(jìn)展。3.6粉末渦輪盤制造技術(shù)航空發(fā)動機渦輪盤承受著高和氣高應(yīng)力的疊加作用，工作條件苛刻，制備工藝復(fù)雜，技術(shù)難度大，成為我國發(fā)動機進(jìn)展的難點之一?；诜勰└邷睾辖鹁哂袃?yōu)異的綜合力學(xué)性能和良好的冷熱工藝性能等優(yōu)點，國外高性能航空發(fā)動機上廣泛使用粉末渦輪盤。粉末渦輪盤的制造包括材料研制、母合金熔煉、粉末制備與處理、熱等靜壓、等溫鍛造、熱處理，以及高精度檢測與評價等一系列關(guān)鍵制造技術(shù)，它承載著先進(jìn)航空發(fā)動機制造不可或缺的關(guān)鍵制造技術(shù)。國外粉末渦輪盤研究的趨勢為在渦輪盤使用性能上從高強型渦輪盤向耐損傷型渦輪盤進(jìn)展、制粉工藝向超純凈細(xì)粉方向進(jìn)展，成型工藝在采納熱等靜壓成型工藝的同時，還進(jìn)展擠壓成型工藝、等溫鍛成型工藝。國內(nèi)，北京航空材料研究院已研制了多種航空發(fā)動機粉末渦輪盤，解決了先進(jìn)航空發(fā)動機粉末渦輪盤的關(guān)鍵制造技術(shù)難題，但粉末渦輪盤工程化制造問題還未完全解決。3.7葉片進(jìn)排氣邊（前后緣）加工技術(shù)及自適應(yīng)加工技術(shù)航空發(fā)動機葉片進(jìn)排氣邊的加工質(zhì)量是阻礙航空發(fā)動機氣動性能的關(guān)鍵因素之一。進(jìn)排氣邊也是葉片缺陷易發(fā)部位和鈦合金缺陷敏感區(qū)，大量的發(fā)動機失效事件差不多上葉片進(jìn)排氣邊加工缺陷造成的。由于葉片進(jìn)排氣邊是葉片最薄的部位，又是葉片的邊沿部位，其剛性差、加工變形量大，加工的葉片進(jìn)排氣邊常常出現(xiàn)方頭、尖頭等。發(fā)動機葉片批量產(chǎn)中，高效高質(zhì)量葉片進(jìn)排氣邊加工的關(guān)鍵工藝問題仍未完全解決。自適應(yīng)加工技術(shù)分為3種形式，即刀位軌跡的自適應(yīng)規(guī)劃、數(shù)控系統(tǒng)的自適應(yīng)操縱和與數(shù)字化檢測相結(jié)合的自適應(yīng)加工。國內(nèi)自適應(yīng)加工技術(shù)在航空發(fā)動機精鍛/輥軋葉片加工、損傷葉片修復(fù)和線性摩擦焊接整體葉盤加工中等到成功應(yīng)用，盡管自適應(yīng)加工技術(shù)在理論和實踐上都取得了突破和進(jìn)展，然而自適應(yīng)加工技術(shù)的工程化應(yīng)用仍是航空發(fā)動機制造研究的熱點技術(shù)。3.8防鳥撞技術(shù)鳥撞事件頻發(fā)，由此造成危害巨大成為航空發(fā)動機研制不可避開的問題，國內(nèi)外均開展了廣泛的研究。2015年7月美國FAA公布了《運輸類飛機鳥撞要求》的通告，此要求的公布不僅對以后航空發(fā)動機的防鳥撞、防外物打傷提出了具體的要求和規(guī)定，同時又為發(fā)動機新材料新結(jié)構(gòu)制造技術(shù)的開展指明了又一新的研究方向。3.9復(fù)合材料制造及3D打印技術(shù)復(fù)合材料技術(shù)已在高性能航空發(fā)動機上取得廣泛的應(yīng)用，為研制LEAP發(fā)動機的需要，斯耐克瑪公司采納三維編制樹脂轉(zhuǎn)移模塑（RTM）工藝技術(shù)，加工制造了復(fù)合材料風(fēng)扇機匣和復(fù)合材料風(fēng)扇葉片，RTM技術(shù)制造的LEAP發(fā)動機零件，不但強度高，而且質(zhì)量只有相同結(jié)構(gòu)鈦合金部件質(zhì)量的一半。在研制F119發(fā)動機過程中，普惠公司研制連續(xù)SiC纖維增強鈦基復(fù)合材料寬弦風(fēng)扇葉片。該類復(fù)合材料葉片具有剛度高、質(zhì)量輕、耐撞擊等性能，被稱為第三代寬弦風(fēng)扇葉片。3D打印也稱增材制造，集成CAD、CAM、粉末冶金、激光加工等多項技術(shù)。利用3D打印技術(shù)，我們能夠把“大腦”的思維變成三維實體，把電腦上的零件圖像打印成“真實”零件。3D打印技術(shù)使制造技術(shù)和加工理念發(fā)生了“革命性”的變化。澳大利亞莫納什大學(xué)，成功制造出世界上首個3D打印噴氣發(fā)動機。同時，還與波音公司、空客集團和賽峰集團合作，為波音等提供3D打印的發(fā)動機原型機，用于飛行測試。采納3D打印技術(shù)，發(fā)動機零部件的制造時刻能夠從3個月縮短至6天。利用3D打印技術(shù)制造了發(fā)動機上非承力件、靜子件零件，但零件使用的力學(xué)性能正在積極地評估，同時，使用3D打印技術(shù)制造發(fā)動機轉(zhuǎn)子零件、承力件等也開展了廣泛的研究工作。第4章超周密加工領(lǐng)域的研究超周密加工是獲得高形狀精度、表面精度和表面完整性的必要手段。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量和多樣化的要求日益提高，對超周密加工提出更多、更高的要求。超周密加工技術(shù)已成為包含當(dāng)代最新科技成果的一個復(fù)雜系統(tǒng)工程。從加工精度、加工質(zhì)量和加工效率角度對先進(jìn)的具有代表性的超周密加工機床、超周緊密削、超周密磨削和超周密拋光技術(shù)進(jìn)行重點評述和比較。超周密加工目前包括4個領(lǐng)域：①超周緊密削加工；②超周密磨削加工；③超周密拋光加工；④超周密特種加工(如電子束、離子束加工)。圖10給出了目前各種典型超周密加工方法的加工精度范圍。圖10目前各種超周密加工方法的精度范圍超周密加工是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭的重要支撐技術(shù)，是現(xiàn)代高科技產(chǎn)業(yè)和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)展基礎(chǔ)，是現(xiàn)代制造科學(xué)的重要進(jìn)展方向。以超周密加工技術(shù)為支撐的高性能武器，對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的進(jìn)程及結(jié)果發(fā)揮了決定性的作用。以超周密加工技術(shù)為支撐的三代半導(dǎo)體器件，為電子、信息產(chǎn)業(yè)的進(jìn)展奠定了基礎(chǔ)。圖10目前圖10目前各種超周密加工方法的精度范圍4.1超周密機床超周密機床是實現(xiàn)超周密加工的首要基礎(chǔ)條件。關(guān)于切削和磨削來講，要實現(xiàn)超周密加工確實是要實現(xiàn)材料的超微量去除，除了要有極銳利的刀具或微細(xì)磨具之外，機床的動態(tài)剛度和精度以及微量進(jìn)給系統(tǒng)特不重要。超周密機床技術(shù)目前差不多進(jìn)展成為一項綜合性的系統(tǒng)工程，其進(jìn)展綜合利用了基礎(chǔ)理論(包括切削機理、懸浮理論等)、關(guān)鍵單元部件技術(shù)、相關(guān)功能器件技術(shù)、刀具技術(shù)、計量與測試分析技術(shù)、誤差處理技術(shù)、切削工藝技術(shù)、運動操縱技術(shù)和可重構(gòu)技術(shù)、環(huán)境技術(shù)等。因此，技術(shù)高度集成已成為超周密機床的要緊特點。目前超周密機床已達(dá)到了專門高的水平?，F(xiàn)在美國和日本均各有幾十家工廠和研究所生產(chǎn)超周密機床，英國、荷蘭、德國等也都有單位在研發(fā)超周密機床，也都達(dá)到了較高的水平。目前美國超周密機床的水平最高，不僅有許多工廠生產(chǎn)中小型超周密機床，而且由于國防和尖端技術(shù)的需要，研發(fā)了大型超周密機床，其代表是LL國家實驗室于1983～1984年研制成功的DTM-3和LODTM大型金剛石超周密車床，這兩臺機床是目前為止世界公認(rèn)的最高水平的大型超周密機床。超周密機床進(jìn)展過程中，國際上一些典型的、具有代表性的機床技術(shù)性能指標(biāo)如表2所示。4.2超周緊密削技術(shù)超周緊密削是特指采納金剛石等超硬材料作為刀具的切削加工技術(shù)，其加工表面粗糙度Ra可達(dá)到幾十納米，包括超周密車削、鏜削、銑削及復(fù)合切削(超聲波振動車削加工技術(shù)等)。采納微量切削能夠獲得光滑而加工變質(zhì)層較少的表面。最小切削厚度取決于金剛石刀具的切削刃鈍圓半徑，切削刃鈍圓半徑越小，則最小切削厚度越小。因此，具有納米級刃口銳利度的超周緊密削刀具的設(shè)計與制造表2幾種典型的超周密機床技術(shù)性能指標(biāo)是實現(xiàn)超周緊密削的關(guān)鍵技術(shù)之一。超周緊密削用刀具材料目前均采納天然單晶金剛石。國外金剛石刀具制造廠商要緊有英國的康圖公司、日本的大阪鉆石工業(yè)株式會社。目前國外高精度圓弧刃金剛石刀具的刃磨水平最高已達(dá)到數(shù)納米。國內(nèi)尚不能制造高精度的圓弧刃金剛石刀具，切削刃鈍圓半徑只能達(dá)到0.1～0.3μm，生產(chǎn)中使用的高精度圓弧刃刀具均依靠于進(jìn)口，價格昂貴。金剛石刀尖切削刃鈍圓半徑從理論上可達(dá)到3nm，但目前還無法直接測量。由于金剛石刀具在切削黑色金屬如鋼材時磨損嚴(yán)峻，因此在黑色金屬的超周緊密削加工中也能夠采納高性能陶瓷刀具、TiN、CBN、金剛石涂層的硬質(zhì)合金刀具以及CBN刀片，但由于其加工表面質(zhì)量不如天然金剛石好，僅用于表面質(zhì)量不十分嚴(yán)格的場合。以后的進(jìn)展趨勢是采納金剛石刀具材料表面改性或復(fù)合切削技術(shù)(如低溫切削技術(shù)、超聲波振動切削技術(shù)等)來減小金剛石刀具在切削黑色金屬時的磨損。微小結(jié)構(gòu)表面切削加工是超周緊密削的一個新的研究方向，目前德國和日本在該領(lǐng)域的研究處于國際領(lǐng)先水平。德國夫瑯和費生產(chǎn)技術(shù)學(xué)院用微小單晶金剛石刀具加工出表面特征結(jié)構(gòu)尺寸小100μm的金字塔微棱鏡陣列和壁厚1.5μm、高200表2幾種典型的超周密機床技術(shù)性能指標(biāo)4.3超周密磨削技術(shù)超周密磨削是指以利用細(xì)粒度或超細(xì)粒度的固結(jié)磨料砂輪以及高性能磨床實現(xiàn)材料高效率去除、加工精度達(dá)到或高于0.1μm，加工表面粗糙度Ra<0.025μm的加工方法，是超周密加工技術(shù)中能夠兼顧加工精度、表面質(zhì)量和加工效率的加工手段。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)展，在機械、電子、通信、空間、光學(xué)等尖端技術(shù)和國防工業(yè)領(lǐng)域中，硬脆材料高精度，高表面質(zhì)量的零件獲得了廣泛的應(yīng)用，如單晶硅片、工程陶瓷、光學(xué)玻璃、光學(xué)晶體、藍(lán)寶石基片等，超周密磨削技術(shù)確實是為適應(yīng)這些材料的高精度高表面質(zhì)量的加工需要而進(jìn)展起來的，硬脆材料超周密磨削可獲得高度的鏡面，具有專門大的進(jìn)展?jié)摿?。但由于磨削是面狀刀具與工件的作用，因此，與單刃刀具相比，其產(chǎn)生的磨削阻力要大數(shù)倍乃至百倍。為了獲得高的磨削精度，必須要有高剛度的砂輪和磨床。對硬脆材料的磨削，要生成微小切削必須采納微細(xì)磨粒的砂輪，而要產(chǎn)生自銳性必須使磨粒脫落的可能性增大。樹脂結(jié)合劑砂輪因結(jié)合劑較軟使砂輪自銳性顯著提高，比金屬結(jié)合劑砂輪磨削質(zhì)量好。然而，磨削阻力會引起砂輪面的變形和精度惡化問題。為解決砂輪的高剛性化，采納玻璃質(zhì)固化的微細(xì)金剛石砂輪具有氣孔且易排屑，適用于高質(zhì)量，高精度的磨削。現(xiàn)已生產(chǎn)出粒度為0.5nm、以鐵粉作結(jié)合劑的金剛石砂輪，磨削的表面粗糙度為0.5nm，適用于磨削精細(xì)陶瓷、玻璃以及單晶材料。超周密磨削要求機床具有專門高的精度和剛度，砂輪軸的高速旋轉(zhuǎn)必須使用價格昂貴的軸承，而某種程度的振動總是不可幸免的。磨削過程中需要對砂輪不斷地進(jìn)行修整，以保持磨粒的銳利，防止磨屑堵塞砂輪燒傷工件表面，容屑空間及其保持性成為制作超微細(xì)磨粒砂輪的要緊難題；另外，磨削過程中，工件與砂輪要緊為線接觸方式，加工具有單向性，專門難保證加工表面的均勻性；非磁導(dǎo)性工件裝夾困難。這些問題都限制了磨削加工可獲得的表面質(zhì)量。假如能操縱單顆磨粒對工件的法向載荷并使之小于中位—徑向裂紋或側(cè)向裂紋產(chǎn)生的臨界載荷，現(xiàn)在工件可能僅發(fā)生彈性變形，則可實現(xiàn)無亞表面損傷的加工或塑性域加工。4.4超周密拋光技術(shù)超周密拋光是利用微細(xì)磨粒的機械作用和化學(xué)作用，在軟質(zhì)拋光工具或化學(xué)液、電/磁場等輔助作用下，為獲得光滑或超光滑表面，減少或完全消除加工變質(zhì)層，從而獲得高表面質(zhì)量的加工方法，加工精度可達(dá)到數(shù)納米，加工表面粗糙度Ra可達(dá)到10–1nm級，超周密拋光是目前最要緊的終加工手段。目前，拋光加工中材料的去除單位已在納米甚至是亞納米級，在這種加工尺度內(nèi)，加工區(qū)域氛圍的化學(xué)作用就成為拋光加工不可忽視的一部分。(1)超周密無損傷拋光。超周密無損傷拋光是以不破壞極表層結(jié)晶結(jié)構(gòu)的加工單位進(jìn)行材料微量去除的加工方法。能夠按加工狀態(tài)，將無損傷拋光看作是機械作用和化學(xué)的作用所進(jìn)行的，它們的組合形成了各種拋光法。這些方法可分為：機械微量去除拋光、化學(xué)拋光、化學(xué)機械復(fù)合拋光。機械微量去除，只限定于磨圖11各種拋光法的加工原理分類粒作用區(qū)域的機械拋光(圖圖11各種拋光法的加工原理分類(2)界面反應(yīng)拋光。過去，硬脆電子功能陶瓷材料的加工差不多上是利用硬質(zhì)磨粒的機械壓入、刻劃作用為主的研磨和拋光。通常在工件表面留有加工變質(zhì)層。為了消除加工變質(zhì)層，一般采納化學(xué)拋光和電解拋光加工，但又會造成形狀精度降低。為了克服上述缺點，必須開發(fā)新的拋光法，以實現(xiàn)功能陶瓷的高精度高質(zhì)量拋光加工。在工件與磨料的摩擦界面上的機械能一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使界面真實接觸部位處于高溫高壓狀態(tài)，處于這種狀態(tài)的界面是不穩(wěn)定的，各物質(zhì)之間專門容易互相滲透，化合物專門容易產(chǎn)生和分解。這種界面反應(yīng)一般稱為機械化學(xué)反應(yīng)。假如將反應(yīng)生成物操縱在工件表層微小的深度內(nèi)(一般只有數(shù)個?)，因其加工單位專門小，就能夠在不傷及母材情況下使其脫落，能夠獲得一般機械加工絕對達(dá)不到的超周密表面。這確實是一邊反應(yīng)生成易于去除的局部軟質(zhì)生成物，一邊進(jìn)行加工的界面反應(yīng)拋光方法?？捎糜趻伖饧庸さ慕缑娣磻?yīng)現(xiàn)象有機械化學(xué)固相反應(yīng)和水合反應(yīng)現(xiàn)象，相應(yīng)的拋光方法稱為機械化學(xué)拋光和水合拋光。這些新方法與傳統(tǒng)的拋光法相比在加工機理上是完全不同的。由于不必使用彈性拋光盤而使加工的面形精度得以提高。由于利用了化學(xué)反應(yīng)，所形成的加工變質(zhì)層微小。界面反應(yīng)拋光將可能成為功能陶瓷元器件基片超周密加工的要緊方法。(4)電、磁場輔助拋光。電、磁場輔助拋光(Field-assistedfinefinishing,FF)或場致拋光是通過操縱電、磁場的強弱操縱磨粒對工件的作用力，進(jìn)行拋光的加工方法。磁場輔助拋光要緊包括磁性磨粒加工、磁流體拋光和磁流變加工三種。磁性磨粒加工、磁流變加工將在下一節(jié)介紹，磁流體拋光有懸浮式和分離式兩種，前者將磨?；烊氪帕黧w中，通過磁流體在磁場作用下的“浮置”作用進(jìn)行拋光；后者的磨粒不混入磁流體中，而是利用磁流體向強磁場方向移動的特性，通過橡膠等彈性體擠壓磨料，對工件進(jìn)行拋光。電場輔助拋光要緊是指電泳拋光，它利用膠體粒子在電場作用下產(chǎn)生的電泳現(xiàn)象進(jìn)行拋光。圖12氣囊式拋光原理(5)氣囊式拋光。氣囊式拋光原理如圖12所示：進(jìn)動拋光是一種新穎的光學(xué)器件的拋光方法，它具有高斯形收斂