機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)第六章2

機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第6章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology6.1

制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofAutomationTechnologyforManufacturing16.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

圖6-1汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線剛性自動(dòng)化20年代26.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

柔性自動(dòng)化50年代圖6-2焊接機(jī)器人綜合自動(dòng)化70年代圖6-3綜合自動(dòng)化36.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式

表1-1三種自動(dòng)化形式比較比較項(xiàng)目剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)目標(biāo)減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)省勞動(dòng)力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期除左外，提高設(shè)計(jì)工作與管理工作效率和質(zhì)量，提高對(duì)市場(chǎng)的響應(yīng)能力控制對(duì)象物流物流物流，信息流特點(diǎn)通過(guò)機(jī)、電、液氣等硬件控制方式實(shí)現(xiàn)，因而是剛性的，變動(dòng)困難以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持，改變程序即可實(shí)現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的不僅針對(duì)具體操作和工人的體力勞動(dòng)，而且涉及腦力勞動(dòng)以及設(shè)計(jì)、經(jīng)營(yíng)管理等各方面典型系統(tǒng)與裝備自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手，自動(dòng)生產(chǎn)線

NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人，DNC，F(xiàn)MC，F(xiàn)MS

CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ，CIMS應(yīng)用范圍大批大量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù)繼電器程序控制技術(shù)，經(jīng)典控制論數(shù)控技術(shù)，計(jì)算機(jī)控制，GT，現(xiàn)代控制論

系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù)46.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)本節(jié)僅討論中小批量生產(chǎn)中廣泛使用的柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem——FMS）

柔性制造系統(tǒng)的組成圖6-4FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站56.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)

加工單元CNC（MC）機(jī)床工作臺(tái)架（暫存工件）機(jī)器人或托盤交換裝置檢測(cè)、監(jiān)控裝置◆設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)（圖6-5）傳感器群信號(hào)采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識(shí)別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測(cè)報(bào)告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識(shí)庫(kù)預(yù)維修知識(shí)庫(kù)學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報(bào)警預(yù)知故障報(bào)警輸出圖6-5設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控與檢測(cè)框圖6鉆頭破損檢測(cè)器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號(hào)或鉆頭破損模擬信號(hào)，與檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號(hào)。6.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆加工過(guò)程監(jiān)控與檢測(cè)重點(diǎn)是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測(cè)。圖6-6為聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置示意圖。加工過(guò)程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測(cè)到鉆頭破損信號(hào)，將其送至鉆頭破損檢測(cè)器進(jìn)行處理。鉆頭破損檢測(cè)器圖6-6聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖交換機(jī)床控制器工件折斷工作臺(tái)聲發(fā)射傳感器破損信號(hào)76.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)物料傳輸系統(tǒng)又稱立體倉(cāng)庫(kù)或自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)?！糇詣?dòng)倉(cāng)庫(kù)（圖6-7）圖6-7自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸小車出入庫(kù)裝卸站堆垛機(jī)料架86.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機(jī)床、工夾具設(shè)計(jì)要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）96.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

工廠計(jì)算機(jī)：制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計(jì)劃；對(duì)中央計(jì)算機(jī)和物流計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制?！?/p>

單元控制器：監(jiān)視與控制機(jī)床加工、檢測(cè)、上下料…◆

物流計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)、堆垛機(jī)、緩沖站、運(yùn)輸小車等進(jìn)行監(jiān)視與控制。◆

中央計(jì)算機(jī)：根據(jù)工廠計(jì)算機(jī)制定的作業(yè)計(jì)劃對(duì)各加工單元進(jìn)行監(jiān)視與控制。◆

信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計(jì)算機(jī)與單元控制器之間進(jìn)行信息傳遞。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)106.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)◆

JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)中央管理計(jì)算機(jī)FM-11AD2+物流控制計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)LAN文件庫(kù)自動(dòng)編程機(jī)單元控制機(jī)CNC車床CNC磨床單元控制機(jī)立式MC臥式MC單元控制機(jī)CNC車床管理級(jí)單元級(jí)設(shè)備級(jí)圖6-10JCS-FMS-1控制級(jí)結(jié)構(gòu)116.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)

FMS特點(diǎn) 除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒(méi)有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動(dòng)化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度126.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)圖6-12飛機(jī)零件加工FMS（Cincinnati）1—裝卸站2—運(yùn)輸小車3—MC4—切屑處理站5—清洗站6—檢測(cè)站7—手工檢測(cè)站8—計(jì)算機(jī)室9—小車維修站10—包裝站

FMS實(shí)例（1）136.1.2自動(dòng)化加工技術(shù)沖床圖6-13沖壓FMS

FMS實(shí)例（2）14十分之一原則：測(cè)量不準(zhǔn)確度≤工件容差的1/10三分之一原則：測(cè)量精密度≤工件許用精密度的1/3（用標(biāo)準(zhǔn)差σ表示）6.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)自動(dòng)化傳送和裝卸被測(cè)件；自動(dòng)完成檢測(cè)過(guò)程；傳送/裝卸與檢測(cè)過(guò)程全部自動(dòng)化。自動(dòng)檢測(cè)內(nèi)容多采用傳感器/計(jì)算機(jī)反饋控制系統(tǒng)

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)接觸式傳感器：檢測(cè)尺寸、形狀、相互位置非接觸式傳感器（光學(xué)、非光學(xué)）：無(wú)接觸變形，速度快自動(dòng)檢測(cè)傳感技術(shù)

“十分之一”與“三分之一”原則156.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)離線檢測(cè)：過(guò)程穩(wěn)定，超差風(fēng)險(xiǎn)小PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽樣離線檢測(cè)PROCAUTINSPMAN在線/過(guò)程中檢測(cè)反饋信號(hào)在線/過(guò)程后檢測(cè)PROCAUTINSPMANSORTAUT分類指令成品廢品圖6-14三類檢測(cè)離線與在線檢測(cè)在線/過(guò)程中檢測(cè)：實(shí)時(shí)，瓶頸工序在線/過(guò)程后檢測(cè)：滯后時(shí)間短，應(yīng)用較多166.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)（CMM）a）b）c）d）圖6-15坐標(biāo)測(cè)量機(jī)的結(jié)構(gòu)形式結(jié)構(gòu)形式懸臂式結(jié)構(gòu)：測(cè)頭易于接近工件，剛性差橋式結(jié)構(gòu)：剛性好，應(yīng)用廣泛立柱式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與立車相似門架式結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)與門式起重機(jī)相似，用于大件測(cè)量176.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)操作控制手動(dòng)控制：人工完成計(jì)算機(jī)輔助手動(dòng)控制：計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算計(jì)算機(jī)輔助電動(dòng)控制：電機(jī)驅(qū)動(dòng)測(cè)頭，計(jì)算機(jī)完成數(shù)據(jù)處理和相關(guān)計(jì)算直接計(jì)算機(jī)控制：同CNC編程方法

示教再現(xiàn)編程：似機(jī)器人編程數(shù)控編程：離線186.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

CMM可完成測(cè)量項(xiàng)目

表6-2坐標(biāo)測(cè)量機(jī)可完成的測(cè)量項(xiàng)目可完成的測(cè)量項(xiàng)目測(cè)量原理尺寸孔徑與孔中心線坐標(biāo)圓柱體軸心線與直徑球心坐標(biāo)與球面半徑平面度兩平面夾角兩平面的平行度兩條線的交點(diǎn)與交角由兩個(gè)給定面坐標(biāo)的差值確定尺寸測(cè)量孔上3點(diǎn)，計(jì)算確定孔徑與孔中心線坐標(biāo)測(cè)量圓柱面上3點(diǎn)，計(jì)算確定軸心線與直徑測(cè)量球面上4點(diǎn)，計(jì)算確定球心坐標(biāo)與球面半徑用3點(diǎn)接觸法測(cè)定，與理想平面比較確定平面度按平面上3個(gè)觸點(diǎn)最小值規(guī)定平面，再計(jì)算夾角根據(jù)兩平面交角確定平行度先確定兩線夾角，再測(cè)定交點(diǎn)196.1.3自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)實(shí)物照片

圖6-16坐標(biāo)測(cè)量機(jī)實(shí)物照片20機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第6章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology6.2精密制造技術(shù)PrecisionManufacturingTechnology216.2.1精密與超精密加工技術(shù)◆精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到較高程度的加工工藝。超精密加工——在一定的發(fā)展時(shí)期，加工精度和表面質(zhì)量達(dá)到最高程度的加工工藝。概述◆瓦特改進(jìn)蒸汽機(jī)——鏜孔精度1mm20世紀(jì)40年代——最高精度1μm20世紀(jì)末——精密加工：≤0.1μm，Ra

≤0.01μm（亞微米加工）超精密加工：≤0.01μm，Ra≤

0.001μm（納米加工）◆微細(xì)加工——微小尺寸的精密加工超微細(xì)加工——微小尺寸的超精密加工22零件加工精度表面粗糙度激光光學(xué)零件形狀誤差0.1μmRa0.01～0.05μm

多面鏡平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁頭平面度誤差0.04μmRa＜0.02μm

磁盤波度0.01～0.02μmRa＜0.02μm雷達(dá)導(dǎo)波管平面度垂直度誤差＜0.1μmRa＜0.02μm衛(wèi)星儀表軸承圓柱度誤差＜0.01μmRa＜0.002μm

天體望遠(yuǎn)鏡形狀誤差＜0.03μmRa＜0.01μm表6-3

幾種典型精密零件的加工精度◆

幾種典型精密零件的加工精度（表6-3）◆精密加工與超精密加工的發(fā)展（圖6-17）6.2.1精密與超精密加工技術(shù)236.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖6-17精密加工與超精密加工的發(fā)展（Taniguchi，1983）普通加工精密加工超精密加工超高精密磨床超精密研磨機(jī)離子束加工分子對(duì)位加工車床,銑床卡尺加工設(shè)備測(cè)量?jī)x器精密車床磨床百分尺比較儀坐標(biāo)鏜床坐標(biāo)磨床氣動(dòng)測(cè)微儀光學(xué)比較儀金剛石車床精密磨床光學(xué)磁尺電子比較儀超精密磨床精密研磨機(jī)激光測(cè)長(zhǎng)儀圓度儀輪廓儀激光高精度測(cè)長(zhǎng)儀掃描電鏡電子線分析儀加工誤差（μm）10010110210-210-110-3190019201940196019802000年份24

精密與超精密加工技術(shù)是一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平重要標(biāo)志例：美國(guó)哈勃望遠(yuǎn)鏡形狀精度0.01μm；超大規(guī)模集成電路最小線寬0.1μm，日本金剛石刀具刃口鈍圓半徑達(dá)2nm

精密加工與超精密加工技術(shù)是先進(jìn)制造技術(shù)基礎(chǔ)和關(guān)鍵例：美國(guó)陀螺儀球圓度0.1μm，粗糙度Ra0.01μm，導(dǎo)彈命中精度控制在50m范圍內(nèi)；英國(guó)飛機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片加工誤差從60μm降至12μm，發(fā)電機(jī)壓縮效率從89%提高到94%；齒形誤差從3-4μm減小1μm，單位重量齒輪箱扭矩可提高一倍

精密加工與超精密加工技術(shù)是新技術(shù)的生長(zhǎng)點(diǎn)精密與超精密加工技術(shù)涉及多種基礎(chǔ)學(xué)科和多種新興技術(shù)，其發(fā)展無(wú)疑會(huì)帶動(dòng)和促進(jìn)這些相關(guān)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展精密與超精密加工地位6.2.1精密與超精密加工技術(shù)25結(jié)合加工分類加工機(jī)理加工方法示例去除加工電物理加工電火花加工（電火花成形，電火花線切割）電化學(xué)加工電解加工、蝕刻、化學(xué)機(jī)械拋光力學(xué)加工切削、磨削、研磨、拋光、超聲加工、噴射加工熱蒸發(fā)（擴(kuò)散、溶解）電子束加工、激光加工附著加工注入加工化學(xué)化學(xué)鍍、化學(xué)氣相沉積電化學(xué)電鍍、電鑄熱熔化真空蒸鍍、熔化鍍化學(xué)氧化、氮化、活性化學(xué)反映電化學(xué)陽(yáng)極氧化熱熔化摻雜、滲碳、燒結(jié)、晶體生長(zhǎng)力物理離子注入、離子束外延連續(xù)加工熱物理激光焊接、快速成形化學(xué)化學(xué)粘接變形加工熱流動(dòng)精密鍛造、電子束流動(dòng)加工、激光流動(dòng)加工粘滯流動(dòng)精密鑄造、壓鑄、注塑分子定向液晶定向表6-4精密與超精密加工分類6.2.1精密與超精密加工技術(shù)26

直接式進(jìn)化加工：利用低于工件精度的設(shè)備、工具，通過(guò)工藝手段和特殊工藝裝備，加工出所需工件。適用于單件、小批生產(chǎn)。

間接式進(jìn)化加工：借助于直接式“進(jìn)化”加工原則，生產(chǎn)出第二代工作母機(jī)，再用此工作母機(jī)加工工件。適用于批量生產(chǎn)?！簟斑M(jìn)化”加工原則背吃刀量小于晶粒大小，切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，與傳統(tǒng)切削機(jī)理完全不同?！?/p>

微量切削機(jī)理◆

特種加工與復(fù)合加工方法應(yīng)用越來(lái)越多傳統(tǒng)切削與磨削方法存在加工精度極限，超越極限需采用新的方法。

精密與超精密加工特點(diǎn)6.2.1精密與超精密加工技術(shù)27要達(dá)到加工要求，需綜合考慮工件材料、加工方法、加工設(shè)備與工具、測(cè)試手段、工作環(huán)境等諸多因素，是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，難度較大。◆

形成綜合制造工藝廣泛采用計(jì)算機(jī)控制、適應(yīng)控制、再線檢測(cè)與誤差補(bǔ)償技術(shù)，以減小人的因素影響，保證加工質(zhì)量?！?/p>

與自動(dòng)化技術(shù)聯(lián)系緊密精密與超精密加工設(shè)備造價(jià)高，難成系列。常常針對(duì)某一特定產(chǎn)品設(shè)計(jì)（如加工直徑3m射電天文望遠(yuǎn)鏡的超精密車床，加工尺寸小于1mm微型零件的激光加工設(shè)備）。◆

與高新技術(shù)產(chǎn)品緊密結(jié)合◆

加工與檢測(cè)一體化精密檢測(cè)是精密與超精密加工的必要條件，并常常成為精密與超精密加工的關(guān)鍵。6.2.1精密與超精密加工技術(shù)28金剛石車床加工4.5mm陶瓷球6.2.1精密與超精密加工技術(shù)圖6-23金剛石車床及其加工照片29圖6-26用于磨削管件的砂帶磨床（帶有行星系統(tǒng)）6.2.1精密與超精密加工技術(shù)30圖6-34雙頻激光測(cè)量系統(tǒng)6.2.1精密與超精密加工技術(shù)31◆恒溫——要求：±1℃～±0.01℃

實(shí)現(xiàn)方法：大、小恒溫間+局部恒溫（恒溫罩，恒溫油噴淋）◆恒濕——要求：相對(duì)濕度35%～45%，波動(dòng)±10%～±1%實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

◆凈化——要求：10000～100級(jí)（100級(jí)系指每立方英尺空氣中所含大于0.5μm塵埃個(gè)數(shù)不超過(guò)100）

實(shí)現(xiàn)方法：采用空氣過(guò)濾器，送入潔凈空氣◆隔振——要求：消除內(nèi)部、隔絕外部振動(dòng)干擾

實(shí)現(xiàn)方法：隔振地基，隔振墊層，空氣彈簧隔振器精密與超精密加工環(huán)境6.2.1精密與超精密加工技術(shù)32微細(xì)加工——通常指1mm以下微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.1μm～10μm。超微細(xì)加工——通常指1μm以下超微細(xì)尺寸零件的加工，其加工誤差為0.01μm～0.1μm。精度表示方法——一般尺寸加工，其精度用誤差尺寸與加工尺寸比值表示；微細(xì)加工，其精度用誤差尺寸絕對(duì)值表示?！凹庸挝弧薄コ粔K材料的大小，對(duì)于微細(xì)加工，加工單位可以到分子級(jí)或原子級(jí)。微切削機(jī)理——切削在晶粒內(nèi)進(jìn)行，切削力要超過(guò)晶體內(nèi)分子、原子間的結(jié)合力，單位面積切削阻力急劇增大。概述6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)33熱流動(dòng)加工（火焰，高頻，熱射線，激光）壓鑄，擠壓，噴射，澆注微離子流動(dòng)加工熱表面流動(dòng)粘滯性流動(dòng)摩擦流動(dòng)變形加工(流動(dòng)加工)化學(xué)鍍，氣相鍍（電鍍，電鑄）氧化，氮化（陽(yáng)極氧化）（真空）蒸鍍，晶體增長(zhǎng)，分子束外延燒結(jié)，摻雜，滲碳，（侵鍍，熔化鍍）濺射沉積，離子沉積（離子鍍）離子濺射注入加工化學(xué)(電化學(xué))附著化學(xué)(電化學(xué))結(jié)合熱附著擴(kuò)散(熔化)結(jié)合物理結(jié)合注入結(jié)合加工(附著加工)車削，銑削，鉆削，磨削蝕刻，化學(xué)拋光，機(jī)械化學(xué)拋光電解加工，電解拋光電子束加工，激光加工，熱射線加工擴(kuò)散去除加工，熔化去除加工離子束濺射去除加工，等離子體加工機(jī)械去除化學(xué)分解電解蒸發(fā)擴(kuò)散與熔化濺射分離加工(去除加工)加工方法加工機(jī)理表6-6微細(xì)與超微細(xì)加工機(jī)理與加工方法6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)34離子束4.刻蝕（形成溝槽）5.沉積（形成電路）6.剝膜（去除光致抗蝕劑）3.顯影、烘片（形成窗口）窗口2.曝光（投影或掃描）掩膜電子束圖6-41電子束光刻大規(guī)模集成電路加工過(guò)程◆

光刻加工（電子束光刻大規(guī)模集成電路）1.涂膠（光致抗蝕劑）氧化膜光致抗蝕劑基片6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)35利用氬（Ar）離子或其它帶有10keV數(shù)量級(jí)動(dòng)能的惰性氣體離子，在電場(chǎng)中加速，以極高速度“轟擊”工件表面，進(jìn)行“濺射”加工。離子束加工圖6-43

離子碰撞過(guò)程模型被排斥Ar離子回彈濺射原子位移原子格點(diǎn)間停留離子一次濺射原子Ar離子二次濺射原子Ar離子格點(diǎn)置換離子位移原子工件表面工件真空6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)36◎?qū)⒈患铀俚碾x子聚焦成細(xì)束，射到被加工表面上。被加工表面受“轟擊”后，打出原子或分子，實(shí)現(xiàn)分子級(jí)去除加工。

離子束濺射去除加工◆

四種工作方式6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)惰性氣體入口陰極中間電極電磁線圈陽(yáng)極控制電極絕緣子引出電極離子束聚焦裝置擺動(dòng)裝置工件三坐標(biāo)工作臺(tái)圖6-44

離子束去除加工裝置◎加工裝置見(jiàn)圖2-26。三坐標(biāo)工作臺(tái)可實(shí)現(xiàn)三坐標(biāo)直線運(yùn)動(dòng)，擺動(dòng)裝置可實(shí)現(xiàn)繞水平軸的擺動(dòng)和繞垂直軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。37◎離子束濺射去除加工可用于非球面透鏡成形（需要5坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)），金剛石刀具和沖頭的刃磨（圖6-45），大規(guī)模集成電路芯片刻蝕等。圖6-45離子束加工金剛石制品離子束離子束r=0.01μm預(yù)加工終加工a)金剛石壓頭r=0.01μm離子束離子束預(yù)加工終加工b)金剛石刀具◎離子束濺射去除加工可加工金屬和非金屬材料。6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)38

離子束濺射鍍膜加工◎用加速的離子從靶材上打出原子或分子，并將這些原子或分子附著到工件上，形成“鍍膜”。又被稱為“干式鍍”（圖6-46）離子束源靶濺射材料濺射粒子工件真空?qǐng)D6-46離子束濺射鍍膜加工◎離子鍍氮化鈦，即美觀，又耐磨。應(yīng)用在刀具上可提高壽命1-2倍?！?yàn)R射鍍膜可鍍金屬，也可鍍非金屬。◎由于濺射出來(lái)的原子和分子有相當(dāng)大的動(dòng)能，故鍍膜附著力極強(qiáng)（與蒸鍍、電鍍相比）。6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)39◎用高能離子（數(shù)十萬(wàn)KeV）轟擊工件表面，離子打入工件表層，其電荷被中和，并留在工件中（置換原子或填隙原子），從而改變工件材料和性質(zhì)。◎可用于半導(dǎo)體摻雜（在單晶硅內(nèi)注入磷或硼等雜質(zhì)，用于晶體管、集成電路、太陽(yáng)能電池制作），金屬材料改性（提高刀具刃口硬度）等方面。

離子束濺射注入加工

離子束曝光◎用在大規(guī)模集成電路制作中，與電子束相比有更高的靈敏度和分辨率。6.2.2微細(xì)與超微細(xì)加工技術(shù)40◆

通常指納米級(jí)（0.1nm～100nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量和控制技術(shù)。納米技術(shù)涉及機(jī)械、電子、材料、物理、化學(xué)、生物、醫(yī)學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域?！?/p>

在達(dá)到納米層次后，決非幾何上的“相似縮小”，而出現(xiàn)一系列新現(xiàn)象和規(guī)律。量子效應(yīng)、波動(dòng)特性、微觀漲落等不可忽略，甚至成為主導(dǎo)因素。◆

納米技術(shù)研究的主要內(nèi)容納米級(jí)精度和表面形貌測(cè)量及表面層物理、化學(xué)性能檢測(cè)；納米級(jí)加工；納米材料；納米級(jí)傳感與控制技術(shù)；微型與超微型機(jī)械。6.2.3納米技術(shù)41掃描隧道顯微測(cè)量（STM）掃描隧道顯微鏡1981年由在IBM瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室工作的G.Binning

和H.Rohrer發(fā)明，可用于觀察物體級(jí)的表面形貌。被列為20世紀(jì)80年度世界十大科技成果之一，1986年因此獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

STM工作原理基于量子力學(xué)的隧道效應(yīng)。當(dāng)兩電極之間距離縮小到1nm時(shí)，由于粒子波動(dòng)性，電流會(huì)在外加電場(chǎng)作用下，穿過(guò)絕緣勢(shì)壘，從一個(gè)電極流向另一個(gè)電極。當(dāng)一個(gè)電極為非常尖銳的探針時(shí)，由于尖端放電使隧道電流加大。6.2.3納米技術(shù)G.BinningH.Rohrer42通過(guò)掃描隧道顯微鏡操縱氙原子用35個(gè)原子排出的“IBM”字樣

石墨三維圖像

7.2.3納米技術(shù)圖6-49用STM移動(dòng)分子組成的IBM字樣圖6-50用STM觀察石墨原子排列43LIGA（LithographicGaluanoformungAbformung）1）以同步加速器放射的短波長(zhǎng)（＜1nm）X射線作為曝光光源，在厚度達(dá)0.5mm的光致抗蝕劑上生成曝光圖形的三維實(shí)體；2）用曝光蝕刻圖形實(shí)體作電鑄模具，生成鑄型；3）以生成的鑄型作為模具，加工出所需微型零件。X射線曝光腐蝕溶解抗蝕劑電鑄鑄型注射成形零件圖6-58LIGA制作零件過(guò)程

LIGA由深層同步X射線光刻、電鑄成形、塑注成形組合而成。包括三個(gè)主要工序（圖6-58）：6.2.3納米技術(shù)44圖6-59LIGA工作現(xiàn)場(chǎng)6.2.3納米技術(shù)45

50μm圖6-60X射線刻蝕的三維實(shí)體◆

LIGA特點(diǎn)用材廣泛，可以是金屬及其合金、陶瓷、聚合物、玻璃等可以制作高度達(dá)0.1～0.5mm，高寬比大于200的三維微結(jié)構(gòu)（圖6-60），形狀精度達(dá)亞微米◆

LIGA代表產(chǎn)品及應(yīng)用微傳感器、微電機(jī)、微機(jī)械零件、微光學(xué)元件、微波元件、真空電子元件、微型醫(yī)療器械等廣泛應(yīng)用于加工、測(cè)量、自動(dòng)化、電子、生物、醫(yī)學(xué)、化工等領(lǐng)域6.2.3納米技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大批量復(fù)制，成本較低46機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第6章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology6.3特種加工技術(shù)NontraditionalmachiningTechnology47

非傳統(tǒng)加工又稱特種加工，通常被理解為別于傳統(tǒng)切削與磨削加工方法的總稱。非傳統(tǒng)加工方法產(chǎn)生于二次大戰(zhàn)后。兩方面問(wèn)題傳統(tǒng)機(jī)械加工方法難于解決：

1）難加工材料的加工問(wèn)題。宇航工業(yè)等對(duì)材料高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、耐高溫、耐高壓、耐低溫等的要求，使新材料不斷涌現(xiàn)。

2）復(fù)雜形面、薄壁、小孔、窄縫等特殊工件加工問(wèn)題。為解決上面兩方面問(wèn)題，出現(xiàn)了非傳統(tǒng)加工方法。

非傳統(tǒng)加工方法將電、磁、聲、光等物理量及化學(xué)能量或其組合直接施加在工件被加工的部位上，從而使材料被去除、累加、變形或改變性能等。6.3.1特種加工技術(shù)概述48非傳統(tǒng)加工方法主要不是依靠機(jī)械能，而是用其它能量（如電能、光能、聲能、熱能、化學(xué)能等）去除材料。非傳統(tǒng)加工方法由于工具不受顯著切削力的作用，對(duì)工具和工件的強(qiáng)度、硬度和剛度均沒(méi)有嚴(yán)格要求。一般不會(huì)產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象。且工件加工部位變形小，發(fā)熱少，或發(fā)熱僅局限于工件表層加工部位很小區(qū)域內(nèi)，工件熱變形小，加工應(yīng)力也小，易于獲得好的加工質(zhì)量。加工中能量易于轉(zhuǎn)換和控制，有利于保證加工精度和提高加工效率。非傳統(tǒng)加工方法的材料去除速度，一般低于常規(guī)加工方法，這也是目前常規(guī)加工方法仍占主導(dǎo)地位的主要原因。非傳統(tǒng)加工方法特點(diǎn)6.3.1特種加工技術(shù)概述49

機(jī)械過(guò)程利用機(jī)械力，使材料產(chǎn)生剪切、斷裂，以去除材料。如超聲波加工、水噴射加工、磨料流加工等。非傳統(tǒng)加工方法分類（按加工機(jī)理和采用的能源劃分）

熱學(xué)過(guò)程通過(guò)電、光、化學(xué)能等產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，熔化并去除材料，如電火花加工、高能束加工、熱力去毛刺等。

電化學(xué)過(guò)程利用電能轉(zhuǎn)換為化學(xué)能對(duì)材料進(jìn)行加工，如電解加工、電鑄加工（金屬離子沉積）等。

化學(xué)過(guò)程利用化學(xué)溶劑對(duì)材料的腐蝕、溶解，去除材料，如化學(xué)蝕刻、化學(xué)銑削等。6.3.1特種加工技術(shù)概述50

復(fù)合過(guò)程利用機(jī)械、熱、化學(xué)、電化學(xué)的復(fù)合作用，去除材料。常見(jiàn)的復(fù)合形式有：

◎機(jī)械化學(xué)復(fù)合——如機(jī)械化學(xué)拋光、電解磨削、電鍍珩磨等。

◎機(jī)械熱能復(fù)合——如加熱切削、低溫切削等。

◎熱能化學(xué)能復(fù)合——如電解電火花加工等。

◎其它復(fù)合過(guò)程——如超聲切削、超聲電解磨削、磁力拋光（圖6-61）等。工件（陶瓷滾柱）磁性材料磁極振動(dòng)運(yùn)動(dòng)圖6-61磁力拋光示意圖NS6.3.1特種加工技術(shù)概述51工作原理：利用工具電極與工件電極之間脈沖性火花放電，產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，工件材料被熔化和氣化。同時(shí)，該處絕緣液體也被局部加熱，急速氣化，體積發(fā)生膨脹，隨之產(chǎn)生很高的壓力。在這種高壓作用下，已經(jīng)熔化、氣化的材料就從工件的表面迅速被除去（圖6-63）。

◆

4個(gè)階段：1）介質(zhì)電離、擊穿，形成放電通道；2）火花放電產(chǎn)生熔化、氣化、熱膨脹；3）拋出蝕除物；4）間隙介質(zhì)消電離（恢復(fù)絕緣狀態(tài)）。

電火花加工6.3.2幾種代表性特種加工方法圖6-63電火花加工原理圖進(jìn)給系統(tǒng)放電間隙工具電極工件電極直流脈沖電源工作液Real52圖6-64電火花加工機(jī)床6.3.2幾種代表性特種加工方法53電火花線切割加工：用連續(xù)移動(dòng)的鉬絲（或銅絲）作工具陰極，工件為陽(yáng)極。機(jī)床工作臺(tái)帶動(dòng)工件在水平面內(nèi)作兩個(gè)方向移動(dòng)，可切割出二維圖形（圖6-65）。同時(shí)，絲架可作小角度擺動(dòng)，可切割出斜面。電火花加工類型6.3.2幾種代表性特種加工方法圖6-65電火花線切割原理圖XY儲(chǔ)絲筒導(dǎo)輪電極絲工件Real電火花成形加工：主要指孔加工，型腔加工等RealReal54電火花線切割機(jī)床（快走絲）圖7-68電火花線切割加工加工過(guò)程顯示6.3.2幾種代表性特種加工方法55不受加工材料硬度限制，可加工任何硬、脆、韌、軟的導(dǎo)電材料。加工時(shí)無(wú)顯著切削力，發(fā)熱小，適于加工小孔、薄壁、窄槽、形面、型腔及曲線孔等，且加工質(zhì)量較好。脈沖參數(shù)調(diào)整方便，可一次裝夾完成粗、精加工。易于實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工。電火花加工特點(diǎn)電火花加工應(yīng)用電火花成形加工：電火花打孔常用于加工冷沖模、拉絲模、噴嘴、噴絲孔等。型腔加工包括鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模等型腔加工，以及葉輪、葉片等曲面加工。電火花線切割：廣泛用于加工各種硬質(zhì)合金和淬硬鋼的沖模、樣板、各種形狀復(fù)雜的板類零件、窄縫、柵網(wǎng)等。7.3.2幾種代表性特種加工方法56工作原理：工件接陽(yáng)極，工具（銅或不銹鋼）接陰極，兩極間加直流電壓6～24V，極間保持0.1～1mm間隙。在間隙處通以6～60m/S高速流動(dòng)電解液，形成極間導(dǎo)電通路，工件表面材料不斷溶解，溶解物及時(shí)被電解液沖走。工具陰極不斷進(jìn)給，保持極間間隙。

圖6-69電解加工原理圖電解液直流電源泵工件陽(yáng)極陰極進(jìn)給工具陰極電解加工6.3.2幾種代表性特種加工方法57

不受材料硬度的限制，能加工任何高硬度、高韌性的導(dǎo)電材料，并能以簡(jiǎn)單的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一次加工出形狀復(fù)雜的形面和型腔。

加工形面、型腔生產(chǎn)率高（與電火花加工比高5～10倍）。采用振動(dòng)進(jìn)給和脈沖電流等新技術(shù)，可進(jìn)一步提高生產(chǎn)效率和加工精度。陰極在加工中損耗小。加工表面質(zhì)量好，無(wú)毛刺、殘余應(yīng)力和變形層。設(shè)備投資大，有污染，需防護(hù)。模具型腔、槍炮膛線、發(fā)電機(jī)葉片、花鍵孔、內(nèi)齒輪、小而深的孔加工，電解拋光、倒棱、去毛刺等。電解加工特點(diǎn)電解加工應(yīng)用7.3.2幾種代表性特種加工方法58工件與磨輪保持一定接觸壓力，突出的磨料使磨輪導(dǎo)電基體與工件之間形成一定間隙。電解液從中流過(guò)時(shí)，工件產(chǎn)生陽(yáng)極溶解，表面生成一層氧化膜，其硬度遠(yuǎn)比金屬本身低，易被刮除，露出新金屬表面，繼續(xù)進(jìn)行電解。電解作用與磨削作用交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)加工。

電解磨削效率比機(jī)械磨削高，且磨輪損耗遠(yuǎn)比機(jī)械磨削小，特別是磨削硬質(zhì)合金時(shí)，效果更明顯。6.3.2幾種代表性特種加工方法電解磨削（圖6-70）導(dǎo)電磨輪電解液電刷工作臺(tái)工件絕緣板導(dǎo)電基體磨料陽(yáng)極膜圖6-70電解磨削原理圖59真空條件下，利用電流加熱陰極發(fā)射電子束，經(jīng)控制柵極初步聚焦后，由加速陽(yáng)極加速，通過(guò)透鏡聚焦系統(tǒng)進(jìn)一步聚焦，使能量密度集中在直徑5～10μm斑點(diǎn)內(nèi)。高速而能量密集的電子束沖擊到工件上，被沖擊點(diǎn)處形成瞬時(shí)高溫（幾分之一微秒時(shí)間內(nèi)升高至幾千攝氏度），工件表面局部熔化、氣化直至被蒸發(fā)去除。

圖6-71電子束加工原理圖控制柵極加速陽(yáng)極電子束斑點(diǎn)旁熱陰極聚焦系統(tǒng)工件工作臺(tái)電子束加工工作原理（圖6-71）6.3.2幾種代表性特種加工方法60電子束束徑小（最小直徑可達(dá)0.01～0.05mm），而電子束長(zhǎng)度可達(dá)束徑幾十倍，故可加工微細(xì)深孔、窄縫。材料適應(yīng)性廣（原則上各種材料均能加工），特別適用于加工特硬、難熔金屬和非金屬材料。非接觸加工，無(wú)工具損耗；無(wú)切削力，加工時(shí)間極短，工件無(wú)變形。加工速度高，切割1mm厚鋼板，速度可達(dá)240mm/min。在真空中加工，無(wú)氧化，特別適于加工高純度半導(dǎo)體材料和易氧化的金屬及合金。

加工設(shè)備較復(fù)雜，投資較大。多用于微細(xì)加工。

特點(diǎn)及應(yīng)用6.3.2幾種代表性特種加工方法61激光是一種受激輻射而得到的加強(qiáng)光。其基本特征：

◎強(qiáng)度高，亮度大

◎波長(zhǎng)頻率確定，單色性好

◎相干性好，相干長(zhǎng)度長(zhǎng)

◎方向性好，幾乎是一束平行光工作原理（圖6-72）激光加工6.3.2幾種代表性特種加工方法當(dāng)激光束照射到工件表面時(shí)，光能被吸收，轉(zhuǎn)化成熱能，使照射斑點(diǎn)處溫度迅速升高、熔化、氣化而形成小坑，由于熱擴(kuò)散，使斑點(diǎn)周圍金屬熔化，小坑內(nèi)金屬蒸氣迅速膨脹，產(chǎn)生微型爆炸，將熔融物高速噴出并產(chǎn)生一個(gè)方向性很強(qiáng)的反沖擊波，于是在被加工表面上打出一個(gè)上大下小的孔。激光器工件工作臺(tái)圖6-72激光加工原理圖光闌反射鏡聚焦鏡電源Real62加工材料范圍廣，適用于加工各種金屬材料和非金屬材料，特別適用于加工高熔點(diǎn)材料，耐熱合金及陶瓷、寶石、金剛石等硬脆材料。加工性能好，工件可離開(kāi)加工機(jī)進(jìn)行加工，可透過(guò)透明材料加工，可在其他加工方法不易達(dá)到的狹小空間進(jìn)行加工。非接觸加工方式，熱變形小，加工精度較高。可進(jìn)行微細(xì)加工。激光聚焦后焦點(diǎn)直徑理論上可小至1μ以下，實(shí)際上可實(shí)現(xiàn)φ0.01mm的小孔加工和窄縫切割。加工速度快，效率高。激光加工不僅可以進(jìn)行打孔和切割，也可進(jìn)行焊接、熱處理等工作。激光加工可控性好，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。加工設(shè)備昂貴。激光加工特點(diǎn)6.3.2幾種代表性特種加工方法63激光熱處理

◎原理：照射到金屬表面上的激光使表面原子迅速蒸發(fā)，由此產(chǎn)生微沖擊波會(huì)導(dǎo)致大量晶格缺陷形成，達(dá)到硬化。

◎優(yōu)點(diǎn)：快速、不需淬火介質(zhì)、硬化均勻、變形小、硬化深度可精確控制。6.3.2幾種代表性特種加工方法激光焊接

◎與打孔相比，激光焊接所需能量密度較低，因不需將材料氣化蝕除，而只要將工件的加工區(qū)燒熔使其粘合在一起。

◎優(yōu)點(diǎn)：沒(méi)有焊渣，不需去除工件氧化膜，可實(shí)現(xiàn)不同材料之間的焊接，特別適宜微型機(jī)械和精密焊接。Real激光切割

◎激光切割具有切縫窄、速度快、熱影響區(qū)小、省材料、成本低等優(yōu)點(diǎn)，并可以在任何方向上切割，包括內(nèi)尖角。

◎可以切割鋼板、不銹鋼、鈦、鉭、鎳等金屬材料，以及布匹、木材、紙張、塑料等非金屬材料。Real64圖6-76激光焊接圖6-75激光切割7.3.2幾種代表性特種加工方法65利用工具端面作超聲（16～25kHz）振動(dòng)，使工作液中的懸浮磨粒對(duì)工件表面撞擊拋磨來(lái)實(shí)現(xiàn)加工。超聲波發(fā)生器將工頻交流電能轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸欢üβ瘦敵龅某曨l電振蕩，通過(guò)換能器將超聲頻電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)槌暀C(jī)械振動(dòng)，此時(shí)振幅一般很小，再通過(guò)振幅擴(kuò)大棒（變幅桿）使固定在變幅桿端部的工具振幅增大到0.01～0.15mm。

工作原理（圖7-77）6.3.2幾種代表性特種加工方法變幅桿超聲波發(fā)生器圖6-77超聲波加工原理圖振動(dòng)方向工具換能器工作液噴嘴工件Real超聲波加工66圖6-78超聲波加工機(jī)床圖6-79超聲波加工樣件6.3.2幾種代表性特種加工方法67適用于加工各種脆性金屬材料和非金屬材料，如玻璃、陶瓷、半導(dǎo)體、寶石、金剛石等?？杉庸じ鞣N復(fù)雜形狀的型孔、型腔、形面。

工具與工件不需作復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，機(jī)床結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。被加工表面無(wú)殘余應(yīng)力，無(wú)破壞層，加工精度較高，尺寸精度可達(dá)0.01～0.05mm。加工過(guò)程受力小，熱影響小，可加工薄壁、薄片等易變形零件。生產(chǎn)效率較低。采用超聲復(fù)合加工（如超聲車削，超聲磨削，超聲電解加工，超聲線切割等）可提高加工效率。超聲波加工特點(diǎn)及應(yīng)用6.3.2幾種代表性特種加工方法68工作原理：加工裝置（圖6-80）噴嘴材料及工作條件（表6-11）項(xiàng)目材料孔徑/mm至工件距離/mm噴射角度/°參數(shù)金剛石，藍(lán)寶石，淬火鋼0.075～0.42.5～500～30表7-11噴嘴材料及工作條件圖6-80水噴射加工裝置示意圖噴嘴閥控制器蓄能器供水器過(guò)濾器泵增壓器液壓裝置排水器工件射流d6.3.2幾種代表性特種加工方法水噴射加工利用超高壓水（或水與磨料的混合液）對(duì)工件進(jìn)行切割（或打孔），又稱高壓水切割，或“水刀”。69機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)

第6章

制造技術(shù)的發(fā)展DevelopmentofManufacturingTechnology6.4先進(jìn)制造技術(shù)AdvancedManufacturingTechnology706.4.1AMT產(chǎn)生背景

AMT首先由美國(guó)于20世紀(jì)80年代末提出

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)政府只對(duì)基礎(chǔ)研究、衛(wèi)生健康、國(guó)防技術(shù)等給予經(jīng)費(fèi)支持，而對(duì)產(chǎn)業(yè)技術(shù)不予支持，主張產(chǎn)業(yè)技術(shù)通過(guò)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，由企業(yè)自主發(fā)展

20世紀(jì)70年代，一批美國(guó)學(xué)者不斷鼓吹美國(guó)已進(jìn)入“后工業(yè)化社會(huì)”，認(rèn)為制造業(yè)是“夕陽(yáng)工業(yè)”，主張經(jīng)濟(jì)重心由制造業(yè)轉(zhuǎn)向高科技產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)

結(jié)果：導(dǎo)致美國(guó)在經(jīng)濟(jì)上競(jìng)爭(zhēng)力下降，貿(mào)易逆差巨增，日本家電、汽車大量涌入并占領(lǐng)了美國(guó)市場(chǎng)。（20世紀(jì)60年代美國(guó)汽車產(chǎn)量占世界汽車總產(chǎn)量的2/3，而到了80年代下降到不足1/3）716.4.1AMT產(chǎn)生背景

20世紀(jì)80年代,美國(guó)政府開(kāi)始認(rèn)識(shí)到問(wèn)題的嚴(yán)重性

白宮一份報(bào)告稱“美國(guó)經(jīng)濟(jì)衰退已威脅到國(guó)家安全”

MIT的一份報(bào)告寫到“經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)歸根結(jié)底是制造技術(shù)和制造能力的競(jìng)爭(zhēng)”，“一個(gè)國(guó)家要生活好，必須生產(chǎn)好”，表明美國(guó)知識(shí)界與政府之間取得了共識(shí)

1988年,美國(guó)政府投資進(jìn)行大規(guī)模“21世紀(jì)制造企業(yè)戰(zhàn)略”研究,并于其后不久提出了“先進(jìn)制造技術(shù)”發(fā)展目標(biāo)，制定并實(shí)施了“先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）”和“制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）”

1991年，白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室發(fā)表“美國(guó)國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”報(bào)告，重新確立了制造業(yè)的地位726.4.1AMT產(chǎn)生背景

“制造業(yè)仍是美國(guó)的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，美國(guó)曾多年是制造業(yè)的世界領(lǐng)袖，不受挑戰(zhàn)。但近十年我們的實(shí)力每況愈下，美國(guó)公司仍擅于作出新的突破，如IBM的高溫超導(dǎo)發(fā)現(xiàn)，但往往不能很好地貫徹到底，即把技術(shù)既迅速又便宜地轉(zhuǎn)化為新產(chǎn)品和新工藝?！绹?guó)企業(yè)和政府對(duì)制造技術(shù)投資不足，與其它外國(guó)競(jìng)爭(zhēng)者相比，美國(guó)公司在整個(gè)研究開(kāi)發(fā)計(jì)劃中忽視了與工藝有關(guān)的研究開(kāi)發(fā)?！覀円埠鲆暳爽F(xiàn)有技術(shù)和訣竅的傳播，現(xiàn)在已有的新的制造技術(shù)和方法，只有少數(shù)美國(guó)公司開(kāi)始采用，大部分公司仍是慢吞吞的。這個(gè)問(wèn)題在雇有800萬(wàn)工人的35萬(wàn)家小型制造商中最為尖銳，他們往往缺乏取得這些技術(shù)的資源和能力……”

1993年，克林頓在硅谷發(fā)表題為“促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的技術(shù)——增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的新方向”的演說(shuō)，對(duì)制造業(yè)給予了實(shí)質(zhì)性強(qiáng)有力的支持。73

先進(jìn)制造技術(shù)計(jì)劃（ATP）為美國(guó)人提供更多高技術(shù)、高工資就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)美國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)；提高能源效益，減少污染，創(chuàng)造更加清潔的環(huán)境；使美國(guó)私人制造業(yè)在世界市場(chǎng)上更具有競(jìng)爭(zhēng)力，保持美國(guó)的競(jìng)爭(zhēng)地位；使教育系統(tǒng)對(duì)每個(gè)學(xué)生進(jìn)行更富有挑戰(zhàn)性的教育；鼓勵(lì)科技界把確保國(guó)家安全和提高全民生活質(zhì)量作為核心目標(biāo)。6.4.1AMT產(chǎn)生背景

由美國(guó)聯(lián)邦政府科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)（FCCSET）提出，1994年度預(yù)算為14億美元ATP目標(biāo):74

又稱“合作伙伴計(jì)劃”，由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）牽頭

目標(biāo)：面向35萬(wàn)家中小企業(yè)(他們不像大企業(yè)有自己的開(kāi)發(fā)能力，且資金不足)，在技術(shù)擁有者（通常為政府的研究機(jī)構(gòu)、國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、大學(xué)）與需要這些技術(shù)的中小企業(yè)之間建立合作的橋梁，使中小企業(yè)掌握先進(jìn)制造技術(shù)，或使他們具有識(shí)別、選擇適用于自己企業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)的能力

方法：一個(gè)地區(qū)設(shè)立一個(gè)中心（至95年已建立了30個(gè)中心），為中小企業(yè)展示新的制造技術(shù)和設(shè)備，并進(jìn)行培訓(xùn)，幫助他們選用

經(jīng)費(fèi)：國(guó)會(huì)撥款6.4.1AMT產(chǎn)生背景

制造技術(shù)中心計(jì)劃（MTC）75

汽車2mm工程，使轎車車身精度達(dá)到豐田水平1994年，美國(guó)汽車產(chǎn)量重新超過(guò)日本，重新占領(lǐng)歐、美市場(chǎng)美國(guó)Inter公司成為世界最大的芯片制造商（在此之前芯片生產(chǎn)也不敵日本，包括海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中大出風(fēng)頭的“愛(ài)國(guó)者”導(dǎo)彈上使用的芯片也是日本制造的）20世紀(jì)90年代，經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)，失業(yè)率降低到歷史最低水平提出了一系列先進(jìn)制造技術(shù)的新理論、新思想，如：CE，LP，AM，…6.4.1AMT產(chǎn)生背景

ATP&MTC

效果顯著766.4.2AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

至今尚無(wú)明確的和一致公認(rèn)的定義，通過(guò)對(duì)其特征的分析和多年的實(shí)踐，可以認(rèn)為：◆

AMT是制造業(yè)不斷吸收信息技術(shù)和現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工、檢測(cè)、管理、銷售、使用、服務(wù)乃至回收的制造全過(guò)程，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活生產(chǎn)，提高對(duì)動(dòng)態(tài)多變市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力的制造技術(shù)的總稱?！粢c(diǎn)：AMT定義目標(biāo)提高制造企業(yè)對(duì)市場(chǎng)的適應(yīng)能力和競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)調(diào)信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)與制造技術(shù)的有機(jī)結(jié)合信息技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)在整個(gè)制造過(guò)程中綜合應(yīng)用776.4.2AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

美國(guó)聯(lián)邦政府科學(xué)、工程和技術(shù)協(xié)調(diào)委員會(huì)（FCCSET）于1994年提出AMT的分類目錄，指出“AMT是制造技術(shù)和現(xiàn)代高技術(shù)結(jié)合而產(chǎn)生的一個(gè)完整的技術(shù)群”。其結(jié)構(gòu)體系見(jiàn)圖6-81。主體技術(shù)群面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群（產(chǎn)品和工藝設(shè)計(jì)技術(shù)群）制造工藝技術(shù)群（加工和裝配技術(shù)群）支撐技術(shù)群圖6-81AMT結(jié)構(gòu)體系制造技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施78

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產(chǎn)品、工藝過(guò)程和工廠設(shè)計(jì)，包括： —計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） —適于加工和裝配的設(shè)計(jì)（DFM，DFA） —工藝過(guò)程建模和仿真 —計(jì)算機(jī)輔助工藝過(guò)程設(shè)計(jì)（CAPP） —工作環(huán)境設(shè)計(jì) —符合環(huán)保的設(shè)計(jì)

★快速原型制造技術(shù)（快速原形法）

★并行工程

★其它◆

主體技術(shù)群之一：面向制造的設(shè)計(jì)技術(shù)群6.4.2AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

79

6.4.2AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

◆主體技術(shù)群之二：制造工藝技術(shù)群

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材料生產(chǎn)工藝

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加工工藝，包括：—切削加工 —材料熱處理—表面涂層與改性—復(fù)合材料工藝—鑄、鍛、壓力加工、模塑成形—電子工藝（光刻/沉積、離子注入等微細(xì)加工）

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連接與裝配

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測(cè)試與檢驗(yàn)

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環(huán)保技術(shù)

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維修技術(shù)

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其它80

6.4.2AMT內(nèi)涵與體系結(jié)構(gòu)

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信息技術(shù)—接口和通信—數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)—軟件工程—決策支持系統(tǒng)—