先進制造技術(shù)(第3版)習題參考答案

思考題第一章1．說明制造、制造系統(tǒng)與制造業(yè)概念，比較廣義制造與狹義制造的區(qū)別。答：制造（manufacturing）是人類按照市場需求，運用主觀掌握的知識和技能，借助于手工或可以利用的客觀物質(zhì)工具，采用有效的工藝方法和必要的能源，將原材料轉(zhuǎn)化為最終物質(zhì)產(chǎn)品并投放市場的全過程。制造系統(tǒng)是指由制造過程及其所涉及的硬件、軟件和人員組成的一個具有特定功能的有機整體。制造業(yè)是指以制造技術(shù)為主導技術(shù)進行產(chǎn)品制造的行業(yè)。廣義制造與狹義制造的區(qū)別：狹義的制造，是指生產(chǎn)車間內(nèi)與物流有關(guān)的加工和裝配過程；而廣義的制造，則包含市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、生產(chǎn)準備、加工裝配、質(zhì)量保證、生產(chǎn)過程管理、市場營銷、售前售后服務(wù)，以及報廢后的回收處理等整個產(chǎn)品生命周期內(nèi)一系列相互聯(lián)系的生產(chǎn)活動。2．制造業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位與作用如何?答：（1）人們的物質(zhì)消費水平的提高，有賴于制造技術(shù)和制造業(yè)的發(fā)展。（2）制造業(yè)是實現(xiàn)經(jīng)濟增長的物質(zhì)保證。（3）提高制造技術(shù)是影響發(fā)展對外貿(mào)易的關(guān)鍵因素。（4）制造業(yè)是加強農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)地位的物質(zhì)保障，是支持服務(wù)業(yè)更快發(fā)展的重要條件。（5）制造業(yè)是加快信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)。（6）制造業(yè)是加快農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移和就業(yè)的重要途徑。（7）制造業(yè)是加快發(fā)展科學技術(shù)和教育事業(yè)的重要物質(zhì)支撐，它不僅為科技發(fā)展和教育發(fā)展提供經(jīng)費支持，還為研究開發(fā)提供許多重要的研究方向與課題及先進的實驗裝備。（8）制造業(yè)也是實現(xiàn)軍事現(xiàn)代化和保障國家基本安全的基本條件。3．先進制造技術(shù)是在什么樣的背景之下產(chǎn)生與發(fā)展起來的。答：1．社會經(jīng)濟發(fā)展背景近20多年來，市場環(huán)境發(fā)生了巨大的變化，一方面表現(xiàn)為消費者需求日趨主題化、個性化和多樣化，消費行為更具有選擇性，產(chǎn)品的生命周期縮短，產(chǎn)品的質(zhì)量和性能至關(guān)重要；另一方面全球性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整步伐加快，制造商著眼于全球市場激烈競爭的同時，著力于實力與信譽基礎(chǔ)上的合作和協(xié)作。制造業(yè)的核心要素是質(zhì)量、成本和生產(chǎn)率。面對當代社會變化迅速且無法預料的買方市場和多品種變批量成為主導生產(chǎn)方式，上述三個要素的內(nèi)涵發(fā)生了深刻的變化。首先，產(chǎn)品質(zhì)量觀發(fā)生了變化，現(xiàn)代質(zhì)量觀主要指全面滿足用戶的程度，在適當?shù)臅r間、適當?shù)牡攸c滿足用戶的功能需求和非功能需求。其次，產(chǎn)品成本不僅僅指制造成本，還應(yīng)包含用戶使用成本、維護成本以及社會環(huán)境成本。再次，贏得定單及高速開發(fā)產(chǎn)品是企業(yè)成敗的關(guān)鍵，是非常規(guī)意義上的生產(chǎn)率。2．科學技術(shù)發(fā)展背景制造業(yè)從20世紀初開始逐步走上科學發(fā)展的道路。制造技術(shù)已由技藝發(fā)展為集機械、材料、電子及信息等多門學科的交叉科學—制造工程學?？茖W技術(shù)和生產(chǎn)發(fā)展在推動制造技術(shù)進步的同時，以其高新技術(shù)成果，尤其是計算機、微電子、信息、自動化等技術(shù)的滲透、衍生和應(yīng)用，極大地促進了制造技術(shù)在宏觀（制造系統(tǒng)的建立）和微觀（精密、超精密加工）兩個方向上蓬勃發(fā)展，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設(shè)備及生產(chǎn)組織體系，使現(xiàn)代制造業(yè)成為發(fā)展速度快、技術(shù)創(chuàng)新能力強、技術(shù)密集甚至知識密集型產(chǎn)業(yè)。信息逐漸成為主宰制造業(yè)的決定性因素，企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)(Intranet)和國際互聯(lián)網(wǎng)(Internet)已經(jīng)對制造業(yè)產(chǎn)生重大影響，并將產(chǎn)生更大影響。3．可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略日益嚴峻的環(huán)境問題引起國際社會的普遍關(guān)注，世界環(huán)境與發(fā)展委員會(WCED)于1987年向聯(lián)合國42屆大會遞交的報告《我們共同的未來》提出了“可持續(xù)發(fā)展”的思路，其定義是：既滿足當代人的需求，又不對子孫后代滿足其需要之生存環(huán)境構(gòu)成危害的發(fā)展。世界資源研究所于1992年對可持續(xù)發(fā)展給出了更簡潔明確的定義：即建立極少產(chǎn)生廢料和污染物的工藝或技術(shù)系統(tǒng)。上述定義強調(diào)了當代人在創(chuàng)造和追求今世發(fā)展和消費的時候，不能以犧牲今后幾代人的利益為代價；社會經(jīng)濟發(fā)展模式應(yīng)由粗放經(jīng)營、掠奪式開發(fā)向集約型、可持續(xù)發(fā)展轉(zhuǎn)變。面向可持續(xù)發(fā)展的制造業(yè)，應(yīng)力求對環(huán)境的負面影響最小，資源利用效率最高。4．敘述制造技術(shù)的發(fā)展歷程。答：自18世紀以來，制造技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了五個發(fā)展時期。（1）工場式生產(chǎn)時期18世紀后半葉，以蒸汽機和工具機的發(fā)明為標志的產(chǎn)業(yè)革命，揭開了近代工業(yè)的歷史，促成了制造企業(yè)的雛形——工場式生產(chǎn)的出現(xiàn)，標志著制造業(yè)已完成從手工業(yè)作坊式生產(chǎn)到以機械加工和分工原則為中心的工廠生產(chǎn)的艱難轉(zhuǎn)變。（2）工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)時期19世紀電氣技術(shù)得到了發(fā)展，由于電氣技術(shù)與其他制造技術(shù)的融合，開辟了嶄新的電氣化新時代，制造業(yè)得到了飛速發(fā)展，制造技術(shù)實現(xiàn)了批量生產(chǎn)、工業(yè)化規(guī)范生產(chǎn)的新局面。（3）剛性自動化發(fā)展時期20世紀初，內(nèi)燃機的發(fā)明，引起了制造業(yè)的革命，流水生產(chǎn)線和泰勒式工作制及其科學管理方法得到了應(yīng)用。（4）柔性自動化發(fā)展時期自二戰(zhàn)之后，計算機、微電子、信息和自動化技術(shù)有了迅速的發(fā)展，推動了生產(chǎn)模式由大中批量生產(chǎn)自動化向多品種小批量柔性生產(chǎn)自動化轉(zhuǎn)變。（5）綜合自動化發(fā)展時期自20世紀80年代以來，隨著計算機及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，促進了制造業(yè)中包括設(shè)計、制造和管理在內(nèi)的單元自動化技術(shù)逐漸成熟和完善。5．試述先進制造技術(shù)的發(fā)展趨勢。答：1．數(shù)是發(fā)展的核心數(shù)是指制造領(lǐng)域的數(shù)字化。它包括以設(shè)計為中心的數(shù)字制造、以控制為中心的數(shù)字制造和以管理為中心的數(shù)字制造。 2．精是發(fā)展的關(guān)鍵精是指加工精度及其發(fā)展。 3．極是發(fā)展的焦點極就是極端條件，是指生產(chǎn)特需產(chǎn)品的制造技術(shù)，必須達到極的要求。4．自是發(fā)展的條件自就是自動化。它是減輕、強化、延伸、取代人的有關(guān)勞動的技術(shù)或手段。 5．集是發(fā)展的方法集就是集成化。6．網(wǎng)是發(fā)展的道路網(wǎng)就是網(wǎng)絡(luò)化。7．智是發(fā)展的前景智就是智能化。 8．綠是發(fā)展的必然綠就是綠色制造。6．先進制造技術(shù)的內(nèi)涵及特點是什么?答：先進制造技術(shù)內(nèi)涵是在傳統(tǒng)制造技術(shù)基礎(chǔ)上不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源、以及現(xiàn)代管理技術(shù)的成果，將其綜合應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計、加工裝配、檢驗測試、經(jīng)營管理、售后服務(wù)乃至回收的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、清潔、靈活的生產(chǎn)，提高對動態(tài)多變市場的適應(yīng)能力和競爭能力的制造技術(shù)的總稱。先進制造技術(shù)的特點：（1）系統(tǒng)性（2）廣泛性（3）集成性（4）動態(tài)性（5）實用性7．說明先進制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)? 答：先進制造技術(shù)的體系結(jié)構(gòu)如下圖。管理技術(shù)群①質(zhì)量管理管理技術(shù)群①質(zhì)量管理②用戶／供應(yīng)商交互作用③工作人員培訓和教育④全國監(jiān)督和基準評測⑤技術(shù)獲取和利用主體技術(shù)群支撐技術(shù)群 ①信息技術(shù)·接口和通信·數(shù)據(jù)庫·集成框架·軟件工程·人工智能·決策支持②標準和框架·數(shù)據(jù)標準·產(chǎn)品定義標準·工藝標準·檢驗標準·接口框架③機床和工具技術(shù)④傳感器和控制技術(shù)設(shè)計技術(shù)群①產(chǎn)品、工藝設(shè)計·計算機輔助設(shè)計·工藝過程建模和仿真·工藝規(guī)程設(shè)計·系統(tǒng)工程集成·工作環(huán)境設(shè)計②快速成形技術(shù)③并行設(shè)計制造工藝技術(shù)群①材料生產(chǎn)工藝②加工工藝③聯(lián)接和裝配④測試和檢驗⑤環(huán)保技術(shù)⑥維修技術(shù)⑦其他答：根據(jù)先進制造技術(shù)的功能和研究對象，可將先進制造技術(shù)歸納為如下幾個大類。（1）現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)（2）先進制造工藝（3）加工自動化技術(shù)（4）現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)（5）先進制造生產(chǎn)模式及系統(tǒng)

思考題第二章1．按照工具電極的形式及其與工件之間的相對運動的特征，可將電火花加工方式分成哪六類？答：按照工具電極的形式及其與工件之間相對運動的特征，可將電火花加工方式分為六類：（1）利用成型工具電極，相對工件作簡單進給運動的電火花成形加工；（2）利用軸向移動的金屬絲做工具電極，工件按所需形狀和尺寸作軌跡運動，以切割導電材料的電火花線切割加工；（3）利用細管沖注高壓水基工作液，作簡單軸向進給運動的小孔加工；（4）利用金屬絲或成形導電磨輪作工具電極，進行小孔磨削或成形磨削的電火花磨削；（5）用于加工螺紋環(huán)規(guī)、螺紋塞規(guī)、齒輪等的電火花共軛回轉(zhuǎn)加工；（6）刻印、表面合金化、表面強化等其他種類的加工。2．火花放電轉(zhuǎn)化為有用的加工技術(shù)，必須滿足什么條件？答：實現(xiàn)電火花加工，應(yīng)具備如下條件：（1）工具電極和工件之間必須維持合理的距離（2）兩電極之間必須充入介質(zhì)（3）輸送到兩電極間的脈沖能量密度應(yīng)足夠大（4）放電必須是短時間的脈沖放電（5）脈沖放電需重復多次進行，并且多次脈沖放電在時間上和空間上是分散的（6）脈沖放電后的電蝕產(chǎn)物能及時排放至放電間隙之外，使重復性放電順利進行3．影響數(shù)控電火花成形加工生產(chǎn)率、加工精度及加工表面質(zhì)量的工藝因素有哪些？答：影響數(shù)控電火花成形加工生產(chǎn)率、加工精度及加工表面質(zhì)量的工藝因素有：（1）極性效應(yīng)（2）覆蓋效應(yīng)（3）二次放電（4）加工速度（5）表面粗糙度（6）工具電極損耗（7）放電間隙（8）放電產(chǎn)物排除4．簡述電火花成型加工的主要優(yōu)點和局限性。答：電火花成型加工的優(yōu)點主要有：（1）工具電極制造容易。（2）不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響，與工件的機械性能關(guān)系不大。（3）對脆性材料如導電陶瓷或薄壁弱剛性的航空航天零件，以及普通切削刀具易發(fā)生干涉而難以進行加工的精密微細異形孔、深小孔、狹長縫隙、彎曲軸線的孔、型腔等，均適宜采用電火花成形加工工藝來解決。（4）對整個工件而言，在加工過程中幾乎不受熱的影響。（5）可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。電火花加工也有其一定的局限性：（1）它僅適于加工金屬等導電材料。（2）在一般情況下，電火花加工的加工速度要低于切削加工。（3）工件與工具電極都會有損耗，這直接影響了電火花成形加工的成形精度。（4）最小圓角半徑有限制，難以清角加工。（5）加工后表面產(chǎn)生變質(zhì)層，在某些應(yīng)用中須進一步去除。（6）工作液的凈化和加工中產(chǎn)生的煙霧污染處理比較麻煩。5．如何合理選擇數(shù)控電火花成形加工的電加工工藝參數(shù)？答：（1）電極極性的選擇工具電極極性一般選擇原則是：銅電極對鋼：選“+”極性；銅電極對銅：選“-”極性，銅電極對硬質(zhì)合金：“+”、“-”極性都可以；石墨電極對銅選“-”極性；石墨電極對銅、對硬質(zhì)合金均可選“-”極性；石墨電極對鋼：加工Rmax為15μm以下孔，選“-”極性；加工Rmax為15μm以上孔，選“+”極性；鋼電極對鋼：選“+”極性.（2）加工峰值電流和脈沖寬度的選擇加工峰值電流和脈沖寬度主要影響加工表面粗糙度、加工寬度。主要依據(jù)加工經(jīng)驗和機床的電源特性來確定。一般來說機床廠家會提供一個比較粗糙的電源指標，如最大加工峰值電流，最小加工峰值電流，最大加工脈沖寬度，最小脈沖寬度，這樣我們就可以把這些加工峰值電流及脈沖寬度分為三個區(qū)域，即粗加工區(qū)、半精加工區(qū)、精加工區(qū)，精加工區(qū)的峰值電流及加工脈沖寬度都最小，最小加工峰值電流可達1/6的最大加工峰值電流和1/30最大脈沖寬度，半精加工區(qū)為1/6的最大加工峰值電流和1/30最大脈沖寬度，到1/2的最大加工峰值電流和1/12最大脈沖寬度；最后剩下的即為粗加工區(qū)域。加工時，操作者可以根據(jù)實際加工情況加以修正。為達到最終加工要求精度，粗糙度值較低，則最終加工峰值電流和脈沖寬度選擇時要偏下限一些。對粗加工，因為后面還有半精加工、精加工，所以其加工峰值電流和脈沖寬度可以偏大一些，以獲得大的加工速度。對半精加工，主要是為了去除粗加工留下的加工痕跡及去除少量余量，所以峰值電流及脈沖寬度一般取中間值。（3）脈沖間隙時間選擇，脈沖間隙時間影響加工效率，但過短的間隙時間會引起放電異常，所以選擇時重點考慮排屑情況，以保證正常加工。6．簡述電火花加工時，工作液的作用。答：電火花加工時工作液的作用有以下幾方面：1）放電結(jié)束后恢復放電間隙的絕緣狀態(tài)（消電離），以便下一個脈沖電壓再次形成火花放電。為此要求工作液有一定的絕緣強度，其電阻率在l03~106Ω?cm之間。2）使電蝕產(chǎn)物較易從放電間隙中懸浮、排泄出去，免得放電間隙嚴重污染，導致火花放電點不分散而形成有害的電弧放電。3）冷卻工具電極和降低工件表面瞬時放電產(chǎn)生的局部高溫，否則表面會因局部過熱而產(chǎn)生結(jié)炭、燒傷并形成電弧放電。4）工作液還可壓縮火花放電通道，增加通道中壓縮氣體、等離子體的膨脹及爆炸力，以拋出更多熔化和氣化了的金屬，增加蝕除量。5）工作液應(yīng)對人體和設(shè)備無害，安全和價格低廉。7．用線切割機床加工直徑為10mm的圓孔，當采用的補償量為0.12mm時，實際測量孔的直徑為10.02mm。若要孔的尺寸達到10mm，試計算采用的補償量應(yīng)為多少？答：補償量：8．加工如圖所示零件，試分析說明圖示穿絲位置及加工路線的優(yōu)缺點。答：圖（a）（b）的穿絲孔的位置在坯料的外部，切割時坯料易產(chǎn)生變形。圖（c）（d）的穿絲孔的位置在坯料的內(nèi)部，切割時坯料不易產(chǎn)生變形。圖（a）（c）加工路線，最后切割部位靠近夾持部位，切割時坯料不易產(chǎn)生變形。圖（b）（d）加工路線，最先切割部位靠近夾持部位，切割時坯料易產(chǎn)生變形。9．用3B格式按如圖所示依電極絲中心軌跡編制內(nèi)型腔的數(shù)控線切割程序（毛坯尺寸為50×50mm答：B15000B0B15000GXL1B0B14000B14000GYL4B0B8000B8000GYNR2B14000B0B14000GXL3B8000B0B8000GXNR1B0B28000B28000GYL2B0B8000B8000GYNR4B14000B0B14000GXL1B8000B0B8000GXNR3B0B14000B14000GYL4B15000B0B15000GXL3DD10．分析RPM工作原理和作業(yè)過程，列舉典型的RPM工藝方法。答：RPM工作原理；基于“材料逐層堆積”的制造理念，將復雜的三維加工分解為簡單的材料二維的組合，它能在CAD模型的直接驅(qū)動下，快速制造任意復雜形狀的三維實體，是一種全新的制造技術(shù)。作業(yè)過程如下：建立產(chǎn)品的三維CAD模型2．三維模型的近似處理3．三維模型的Z向離散化（即分層處理）4．逐層堆積制造5．后處理典型的RPM工藝方法：1．光固化成形法2．疊層實體制造法3．選擇性激光燒結(jié)法4．熔融沉積制造法11．如何利用RPM技術(shù)進行模具制造？分別列舉幾種直接制模和間接制模工藝。答：RT技術(shù)無需數(shù)控銑削，無需電火花加工，無需專用工裝，直接根據(jù)RPM原型可將復雜的模具型腔制造出來，是當今RPM技術(shù)的最大優(yōu)勢。圖2-62為各種基于快速原型的RT技術(shù)示意圖。間接制模工藝：①硅橡膠澆注法。②樹脂澆注法。③精密鑄造陶瓷型模具。④電鑄法制作金屬模。⑤金屬熔射噴涂法制作金屬模。⑥熔模鑄造制作模具。間接制模工藝：用SLS和FDM等工藝方法。12．敘述微機械的概念及基本特征，目前有哪些微細加工工藝方法?答：微機械是指可以批量制作的，集微型機構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號處理和控制電路，甚至外圍接口、通信電路和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)，也稱微型機電系統(tǒng)或微型系統(tǒng)。微機械基本特征：（1）體積小，精度高，重量輕（2）性能穩(wěn)定，可靠性高（3）能耗低，靈敏度和工作效率高（4）多功能和智能化（5）適用于大批量生產(chǎn)，制造成本低（6）集約高技術(shù)成果，附加價值高13．什么是LIGA技術(shù)，什么是準LIGA技術(shù)？有何不同之處？答：LIGA是一種使用X射線的深度光刻與電鑄相結(jié)合，實現(xiàn)深寬比大的微細構(gòu)造的成形方法。準LIGA技術(shù)，它是用紫外光源代替同步輻射源，雖然不具備和LIGA技術(shù)相當?shù)纳疃然驅(qū)捝畋取５?，它涉及的是常?guī)的設(shè)備和加工技術(shù)，這些技術(shù)更容易實現(xiàn)。不同之處：LIGA技術(shù)使用同步輻射源，準LIGA技術(shù)使用用紫外光源。14．敘述微細加工技術(shù)的發(fā)展與趨勢。答；從目前來看，微細加工技術(shù)總的發(fā)展趨勢是：（1）加工方法的多樣化（2）加工材料從單純的硅向著各種不同類型的材料發(fā)展（3）提高微細加工的經(jīng)濟性（4）加快微細加工的機理研究15．就目前技術(shù)條件下，普通加工、精密加工和超精密加工是如何劃分的?答：按我國目前的加工水平，普通加工、精密加工和超精密加工的劃分標準是：（1）普通加工加工精度在lμm、表面粗糙度值大于Ra0.1μm的加工方法。在目前的工業(yè)發(fā)達國家中，一般工廠均能穩(wěn)定達到這樣的加工精度。（2）精密加工加工精度在0.1～1μm、表面粗糙度值為Ra0.01～0.1μm之間的加工方法，如金剛車、金剛鏜、精磨、研磨、珩磨、鏡面等加工等。主要用于加工精密機床、精密測量儀器等制造業(yè)中的關(guān)鍵零件加工，在當今制造工業(yè)中占有極重要的地位。（3）超精密加工加工精度小于0.1μm，表面粗糙度值小于Ra0.01μm的加工方法，主要加工技術(shù)有金剛石刀具超精密切削、超精密磨削加工、超精密特種加工和復合加工等。目前，超精密加工的精度正在從微米工藝向納米工藝提高。16．描述金剛石刀具的性能特征，為什么當今超精密切削加工一般均采用金剛石刀具?答：金剛石刀具具有如下的性能特征：（1）具有極高的硬度。（2）能磨出及其鋒銳的刃口，且切削刃沒有缺口、崩刃等現(xiàn)象。（3）熱化學性能優(yōu)越，具有導熱性能好，與有色金屬間的摩擦因數(shù)低、親和力小的特征。（4）耐磨性好，刀刃強度高。金剛石摩擦因數(shù)小，和鋁之間的摩擦因數(shù)僅為0.06～0.13，如切削條件正常，刀具磨損極慢，刀具耐用度極高。為實現(xiàn)超精密切削，刀具應(yīng)具有如下的性能：（1）極高的硬度、耐用度和彈性模量，以保證刀具有很高的刀具耐用度。（2）刃口能磨得極其鋒銳，刃口半徑ρ值極小，能實現(xiàn)超薄的切削厚度。目前，國外金剛石刀具刃口半徑已達到納米級水平。（3）刀刃應(yīng)無缺陷。因切削時刃形將復印在加工表面上，而不能得到超光滑的鏡面。（4）與工件材料的抗粘結(jié)性好、化學親和性小、摩擦因數(shù)低，能得到極好的加工表面完整性。而金剛石刀具又能滿足上述要求，所以當今超精密切削加工一般均采用金剛石刀具。17．常用修整超精密磨削砂輪的方法有哪些?答：超硬磨料砂輪修整的方法很多，可歸納為以下幾類：（1）車削法（2）磨削法（3）噴射法（4）電解在線修銳法（5）電火花修整法18．超精密加工對機床設(shè)備和工作環(huán)境有何要求?答：超精密對機床設(shè)備的要求包括：①高精度；②高剛度；③高穩(wěn)定性；④高自動化。超精密對工作環(huán)境的要求包括：1．凈化空氣環(huán)境2．恒溫、恒濕環(huán)境3．抗振動、抗干擾環(huán)境19．高速切削理論的主要內(nèi)容是什么？分析高速切削加工所需解決的關(guān)鍵技術(shù)。答：高速切削理論是1931年4月德國物理學家Carl．J．Salomon提出的，他指出：在常規(guī)切削速度范圍內(nèi)（見圖2-78中A區(qū)），切削溫度隨著切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值后，切削溫度不但不升高反會降低，且該切削速度值vε與工件材料的種類有關(guān)。圖2-78超高速切削概念示意圖高速切削加工所需解決的關(guān)鍵技術(shù)：機床結(jié)構(gòu)及材料、機床設(shè)計、制造技術(shù)、高速主軸系統(tǒng)、快速進給系統(tǒng)、高性能CNC系統(tǒng)、高性能刀夾系統(tǒng)、高性能刀具材料及刀具設(shè)計制造技術(shù)、高效高精度測量測試技術(shù)、高速切削機理、高速切削工藝等諸多相關(guān)硬件和軟件技術(shù)。20．敘述高速與超高速切削的特點。答：高速與超高速切削的特點：（1）可減少工序，提高生產(chǎn)效率；（2）切削力低、熱變形小；（3）加工精度高；（4）加工能耗低、節(jié)省制造資源。21．敘述高速磨削對砂輪的要求。答：高速磨削對砂輪的要求：①砂輪基體的機械強度必須能承受高速磨削時的磨削力；②磨粒突出高度要大，以便能容納大量的長切屑；③結(jié)合劑具有很高的耐磨性，以減少砂輪的磨損；④高速磨削時要安全可靠。22．分別分析激光加工、超聲波加工及水射流切割加工的工作原理。它們各有何加工特點？有哪些用途？答：激光加工的工作原理：是工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程。激光加工的特點（1）激光加工是非接觸加工，加工速度快，熱影響區(qū)小，沒有明顯的機械力，可加工易變形的薄板及彈性零件等；（2）由于激光的功率密度高，幾乎能加工所有的材料；（3）由于激光光點的直徑可達1μm以下，能進行非常微細的加工；（4）不需要加工工具，所以不存在工具損耗問題，適宜自動化生產(chǎn)系統(tǒng)；（5）通用性好，同一臺激光加工裝置，可作多種加工用；（6）激光加工是屬于一種瞬時的局部熔化和氣化的熱加工方法，其影響因素很多。激光加工的應(yīng)用（1）激光打孔（2）激光切割（3）激光焊接（4）激光表面處理超聲波加工的工作原理：是利用工具端面作超聲頻振動，通過磨料懸浮液加工，使工件成型的一種方法。超聲加工的特點（1）適合于加工各種硬脆材料，特別是不導電的非金屬材料。（2）由于工具可用較軟的材料，可以制成較復雜的形狀，工具和工件之間的運動簡單。（3）由于去加工材料是靠極小磨料瞬時局部的撞擊作用，故工件表面的宏觀切削力很小，切削應(yīng)力、切削熱很小，不會引起變形及燒傷。超聲加工的應(yīng)用（1）超聲加工目前在各部門中主要用于對脆硬材料加工圓孔、型孔、型腔、套料、微細孔等；（2）用普通機械加工切割脆硬的半導體材料十分困難，但超聲切割則較為有效；（3）用于一些淬火鋼、硬質(zhì)合金沖模、拉絲模、塑料模具型腔的最終拋磨光整加工；（4）超聲加工還可以用于清洗、焊接和探傷等；（5）在用超聲波直接加工金屬材料時，其自身加工效率較低，工具消耗大。水射流切割加工的工作原理：是以水作為攜帶能量的載體，用高速水射流對各類材料進行切割的一種工藝方法。水射流切割具有切口平整、無毛邊、無火花、加工清潔等特點，已用于汽車、航空、家電、食品加工等行業(yè)，有著十分廣闊的應(yīng)用前景23．敘述表面工程技術(shù)的概念。答：表面工程技術(shù)是通過運用各種物理、化學或機械工藝過程，來改變基體表面狀態(tài)、化學成分、組織結(jié)構(gòu)和應(yīng)力狀態(tài)等，使基體表面具有不同于基體的某種特殊性能，從而達到特定使用要求的一項應(yīng)用技術(shù)。24．常用的金屬表面改性技術(shù)的種類有哪些？表面覆層技術(shù)和復合表面處理技術(shù)的方法有哪些？答：金屬表面改性技術(shù)的種類有：（1）激光表面改性（2）電子束表面改性（3）離子注入表面改性。表面覆層技術(shù)的方法有：（1）熱噴涂技術(shù)（2）氣相沉積技術(shù)復合表面處理技術(shù)方法有：（1）復合熱處理技術(shù)（2）表面覆層技術(shù)與其他表面處理技術(shù)的復合

第三章思考題1．敘述CAD系統(tǒng)的基本功能。答：完整的CAD系統(tǒng)具有圖形處理、幾何建模、工程分析，仿真模擬及工程數(shù)據(jù)庫的管理與共享等功能，見表3-1。表3-1CAD系統(tǒng)的基本功能功能功能說明圖形處理完成圖形繪制、編輯、圖形變換、尺寸標注及技術(shù)文檔生成等幾何建模幾何建模指在計算機上對一個三維物體進行完整幾何描述，幾何建模是實現(xiàn)計算機輔助設(shè)計的基本手段，是實現(xiàn)工程分析、運動模擬及自動繪圖的基礎(chǔ)工程分析是對設(shè)計的結(jié)構(gòu)進行分析計算和優(yōu)化。應(yīng)用范圍最廣、最常用的分析是利用幾何模型進行質(zhì)量特性和有限元分析。質(zhì)量特性分析提供被分析物體的表面積、體積、質(zhì)量、重心、轉(zhuǎn)動慣量等特性。有限元分析可對設(shè)計對象進行應(yīng)力和應(yīng)變分析及動力學分析、熱傳導、結(jié)構(gòu)屈服、非線性材料蠕變分析，利用優(yōu)化軟件，可對零部件或系統(tǒng)設(shè)計任務(wù)建立最優(yōu)化問題的數(shù)字模型，自動解出最優(yōu)設(shè)計方案仿真模擬在產(chǎn)品設(shè)計的各個階段，對產(chǎn)品的運動特性，動力學特性進行數(shù)值模擬從而得到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、模型對性能等的影響情況，并提供設(shè)計依據(jù)數(shù)據(jù)庫的管理與共享數(shù)據(jù)庫存放產(chǎn)品的幾何數(shù)據(jù)、模型數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)等工程數(shù)據(jù)，并提供對數(shù)據(jù)模型的定義、存取、檢索、傳輸、轉(zhuǎn)換2．敘述CAD的幾何建模方法和三維造型方法?答：計算機內(nèi)部的模型可以是二維模型，維模型和三維模型，這主要取決于應(yīng)用場合和目的。如果任務(wù)僅局限于計算機輔助繪制三視圖或是對回轉(zhuǎn)體零件進行數(shù)控編程，則可采用二維幾何建模系統(tǒng)。維模型能表示一個等截面的產(chǎn)品形體，即一個平面輪廓在深度方向延伸或繞一軸旋轉(zhuǎn)形成三維的表示方法。三維模型可在空間任一角度，準確地、全面地描述產(chǎn)品形體，并且可進行任意組合和分析。根據(jù)描述的方法及存儲的幾何信息和拓撲信息的不同，可將三維幾何建模分為三種類型：（1）線框（又稱線素）幾何模型（2）表面(又稱面素)幾何模型（3）實體幾何模型。三維實體造型方法的主要內(nèi)容是特征建模(FeatureModeling)。3．敘述CAPP的系統(tǒng)功能。答：CAPP系統(tǒng)一般具有以下功能：輸入設(shè)計信息；選擇工藝路線；決定工序、機床、刀具；決定切削用量；估算工時與成本；輸出工藝文件以及向CAM提供零件加工所需的設(shè)備、工裝、切削參數(shù)、裝夾參數(shù)以及反映零件切削過程的刀具軌跡文件等。4．簡述CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。答：CAPP系統(tǒng)的發(fā)展趨勢：向智能化、集成化和實用化方向發(fā)展。5．發(fā)展CAPP有何意義？答：CAPP能迅速編制出完整而詳盡的工藝文件，大大提高了工藝人員的工作效率，可以獲得符合企業(yè)實際條件的優(yōu)化工藝方案，給出合理的工時定額和材料消耗，并有助于對工藝人員的寶貴經(jīng)驗進行總結(jié)和繼承。CAPP不僅能實現(xiàn)工藝設(shè)計自動化，還能把生產(chǎn)實踐中行之有效的若干工藝設(shè)計原則及方法轉(zhuǎn)換成工藝決策模型，并建立科學的決策邏輯，從而編制出最優(yōu)的制造方案。CAPP是連接CAD和CAM的橋梁，是實現(xiàn)CAD/CAM以至CIMS集成的一項重要技術(shù)。6．分析機床數(shù)控系統(tǒng)的組成和工作過程。答：CNC機床數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控裝置、可編程控制器（PLC）、進給伺服驅(qū)動裝置、主軸伺服驅(qū)動裝置、輸入輸出接口，以及機床控制面板和人機界面等部分組成。數(shù)控系統(tǒng)的工作過程：首先從零件程序存儲區(qū)逐段讀出數(shù)控程序，對讀出的程序段進行譯碼，將程序段中的數(shù)據(jù)依據(jù)各自的地址送到相應(yīng)的緩沖區(qū)，同時完成對程序段的語法檢查，然后進行數(shù)據(jù)預處理，包括刀具半徑補償、刀具長度補償、象限及進給方向判斷、進給速度換算以及機床輔助功能判斷，將預處理數(shù)據(jù)直接送入工作寄存器，提供給系統(tǒng)進行后續(xù)的插補運算，接著進行插補運算，根據(jù)數(shù)控程序G代碼提供的插補類型及所在象限、作用平面等進行相應(yīng)的插補運算，并逐次以增量坐標值或脈沖序列形式輸出，使伺服電機以給定速度移動，控制刀具按預定的軌跡加工，數(shù)控程序中的M、S、T等輔助功能代碼經(jīng)過PLC邏輯運算后控制機床繼電器、電磁閥、主軸控制器等執(zhí)行元件動作，位置檢測元件將坐標軸的實際位置和工作速度實時反饋給數(shù)控裝置或伺服裝置，并與機床指令進行比較后對系統(tǒng)的控制量進行修正和調(diào)節(jié)。7．什么是開放式數(shù)控系統(tǒng)？開放式數(shù)控系統(tǒng)有哪些實現(xiàn)途徑？答：什么是開放式數(shù)控系統(tǒng)，目前尚未形成統(tǒng)一的定義。一般來說，開方式數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)是一個模塊化、可重構(gòu)、可擴充的軟硬件控制系統(tǒng)基于PC微機的CNC系統(tǒng)是當前數(shù)控系統(tǒng)的一種發(fā)展趨勢，它得益于PC微機的飛速發(fā)展和軟件控制技術(shù)的日益完善。屬于開放式數(shù)控系統(tǒng)，它利用PC微機豐富的軟硬件資源可將許多現(xiàn)代控制技術(shù)融入數(shù)控系統(tǒng)；借助PC微機友好的人機交互界面，可為數(shù)控系統(tǒng)增添多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能。8．機床進給伺服系統(tǒng)包括哪些組成部分？分析比較機床進給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)的特點和區(qū)別。答：數(shù)控機床進給伺服系統(tǒng)是指以運動部件的位置和速度作為控制量的自動控制系統(tǒng)，它是一個很典型的機電一體化系統(tǒng)，主要由位置控制單元、速度控制單元、驅(qū)動元件(電機)、檢測與反饋單元和機械執(zhí)行部件幾個部分組成。根據(jù)控制方式不同可分為：開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制等幾種。9．敘述當前數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢。答：當前數(shù)控技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀：在近20多年內(nèi)，在生產(chǎn)中實際使用的數(shù)控系統(tǒng)大多是這第五代數(shù)控系統(tǒng)，其性能和可靠性隨著技術(shù)的發(fā)展得到了根本性的提高。從本世紀90年代開始，微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展突飛猛進，PC微機的發(fā)展尤為突出，無論是軟硬件還是外圍器件的進展日新月異，計算機所采用的芯片集成化程度越來越高，功能越來越強，而成本卻越來越低，原來在大、中型機上才能實現(xiàn)的功能現(xiàn)在在微型機上就可以實現(xiàn)。在美國首先推出了基于PC微機的數(shù)控系統(tǒng)，即PCNC系統(tǒng)，它被劃為所謂的第六代數(shù)控系統(tǒng)。機床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢：（1）性能發(fā)展方面1）高速高精高效化2）柔性化3）工藝復合化和多軸化4）實時智能化（2）功能發(fā)展方面1）用戶界面圖形化2）科學計算可視化3）插補和補償方式多樣化4）內(nèi)置高性能5）多媒體技術(shù)應(yīng)用（3）體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展1）集成化2）模塊化3）網(wǎng)絡(luò)化4）開放式閉環(huán)控制模式10．CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展經(jīng)歷了哪幾個階段？各階段的主要技術(shù)特點是什么？答：CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展歷程和主要技術(shù)特點：1)孕育形成階段（20世紀50年代）該階段最大的成果是：1950年麻省理工學院研制出了“旋風I號”（Whirlwind-I）形顯示器，該顯示器類似于示波器。隨后，1958年，Calcomp公司和Gerber公司先后研制出了滾筒式繪圖儀和平板式繪圖儀，顯示器和繪圖儀的發(fā)明，表明了該時期硬件具有了圖形輸出功能。2）快速發(fā)展階段（20世紀60年代）20世紀50年代末期，美國麻省理工學院林肯實驗室研制出將雷達信號轉(zhuǎn)換為顯示器圖形的空中防御系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用了光筆，操作者用它指向屏幕中的目標圖形，即可獲得所需信息，這便是交互式圖形技術(shù)的開端。3）成熟推廣階段（20世紀70年代）1974年，人們開始把CAD系統(tǒng)和生產(chǎn)管理及力學計算相結(jié)合，1975年，發(fā)展為CAD/CAM集成系統(tǒng)。該時期CAD技術(shù)的應(yīng)用主要是“交鑰匙”系統(tǒng)(TurnkeySystem)，即軟件服務(wù)商提供以小型計算機為基礎(chǔ)、軟硬件齊備的CAD系統(tǒng)。曲面造型系統(tǒng)的出現(xiàn)是這一時期在CAD技術(shù)方面取得的重大成果，被認為是第一次CAD技術(shù)革命。4）廣泛應(yīng)用階段（20世紀80年代）主要的技術(shù)特征是實體造型理論的建立和幾何建模方法的出現(xiàn)，構(gòu)造實體幾何法（CSG）和邊界表示法（B-mp）等實體表示方法在CAD軟件開發(fā)中得到廣泛應(yīng)用。由于實體造型技術(shù)的出現(xiàn)，統(tǒng)一了CAD、CAE、CAM的表達模型，從而使得CAE技術(shù)成為可能并逐漸得到應(yīng)用。5）標準化、智能化、集成化階段（20世紀80年代后期）將人工智能AI（ArtificialIntelligence）引入CAD系統(tǒng)是CAD技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，這種結(jié)合大大提高了設(shè)計的自動化程度。專家系統(tǒng)ES（ExpertSystem）是人工智能在產(chǎn)品和工程設(shè)計中最早獲得成功應(yīng)用的一個領(lǐng)域，它在產(chǎn)品設(shè)計初始階段，特別是在概念設(shè)計和構(gòu)思評價階段起到了積極的作用。11．敘述CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢。這些發(fā)展趨勢在實際應(yīng)用中如何體現(xiàn)？答：CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展趨勢：自動化、集成化、智能化和柔性化。12．常見的CAD/CAM軟件有哪些？答：常見的CAD/CAM軟件有：CATIA、UG、Pro/E、Master-CAM、I-DEAS等。

第四章思考題1．簡述制造自動化的內(nèi)涵？答：在“狹義制造”概念下，制造自動化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機械加工和裝配檢驗過程的自動化，包括切削加工自動化、工件裝卸自動化、工件儲運自動化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗自動化、斷屑與排屑自動化、裝配自動化、機器故障診斷自動化等。而在“廣義制造”概念下，制造自動化則包含了產(chǎn)品設(shè)計自動化、企業(yè)管理自動化、加工過程自動化和質(zhì)量控制自動化等產(chǎn)品制造全過程以及各個環(huán)節(jié)綜合集成自動化，以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時、潔凈的目標。2．敘述制造自動化技術(shù)發(fā)展與趨勢。答：縱觀新世紀的制造自動化技術(shù)發(fā)展趨勢，可用六個方面來概括，即敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、全球化、綠色化。3．什么是工業(yè)機器人？如何分類？答：工業(yè)機器人是一種可重復編程的多自由度的自動控制操作機，是涉及機械學、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計算機科學等多學科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。機器人分類方法很多，這里僅按機器人的系統(tǒng)功能、驅(qū)動方式以及機器人的結(jié)構(gòu)形式進行分類。（1）按系統(tǒng)功能分類1）專用機器人2）通用機器人3）示教再現(xiàn)式機器人4）智能機器人（2）按驅(qū)動方式分類1）氣壓傳動機器人2）液壓傳動機器人3）電氣傳動機器人（3）按結(jié)構(gòu)形式分1）直角坐標機器人2）圓柱坐標機器人3）球坐標機器人4）關(guān)節(jié)機器人4．描述工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成。答：工業(yè)機器人一般由執(zhí)行機構(gòu)、控制系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)以及位置檢測機構(gòu)等幾個部分組成。5．分析直角坐標機器人、圓柱坐標機器人、球坐標機器人和關(guān)節(jié)機器人坐標軸的構(gòu)成和工作空間。答：1）直角坐標機器人：由三個相互正交的平移坐標軸組成。2）圓柱坐標機器人：具有一個旋轉(zhuǎn)軸和兩個平移軸。3）球坐標機器人：具有兩個旋轉(zhuǎn)軸和一個平移軸。4）關(guān)節(jié)機器人：可實現(xiàn)三個方向旋轉(zhuǎn)運動。如圖4-3a）、b）、c）分別為圓柱坐標機器人、球坐標機器人、關(guān)節(jié)機器人的工作空間，而直角坐標機器人的工作空間則是一個矩形空間。a）b）c）圖4-3機器人的工作空間6．工業(yè)機器人控制系統(tǒng)包括哪些部分？答：機器人控制系統(tǒng)通常包括控制計算機、示教盒、操作面板、存儲器、檢測傳感器、輸入輸出接口、通信接口等部分組成。7．分析工業(yè)機器人位置伺服控制方法。答：機器人的位置伺服控制，大體上可分為關(guān)節(jié)伺服和坐標伺服兩種類型。（1）關(guān)節(jié)伺服控制關(guān)節(jié)伺服控制是以大多數(shù)非直角坐標機器人為控制對象。圖4-6給出了關(guān)節(jié)伺服控制的構(gòu)成，它把每一個關(guān)節(jié)作為單獨的單輸入單輸出系統(tǒng)來處理。令各關(guān)節(jié)位移指令目標值為qd=[qd1，qd2，…，qdn]T，且獨立構(gòu)成一個個伺服系統(tǒng)。每個指令目標值qd與實際末端位置值rd都存在對應(yīng)關(guān)系：qd=R（rd）。對于每一個末端位置rd，均能求取一個指令值qd與之對應(yīng)。這種關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)十分簡單，目前大部分關(guān)節(jié)機器人都由這種關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)來控制。（2）坐標伺服控制盡管關(guān)節(jié)伺服控制結(jié)構(gòu)簡單，被較多的機器人所采用，但在三維空間對手臂進行控制時，很多場合都要求直接給定手臂末端運動的位置和姿態(tài)，例如將手臂從某一點沿直線運動到另一點就是這種情況。此外，關(guān)節(jié)伺服控制系統(tǒng)中的各個關(guān)節(jié)是獨立進行控制的，難以預測由各關(guān)節(jié)實際控制結(jié)果所得到的末端位置狀態(tài)的響應(yīng)，且難以調(diào)節(jié)各關(guān)節(jié)伺服系統(tǒng)的增益。因而，將末端位置矢量rd作為指令目標值所構(gòu)成的伺服控制系統(tǒng)，稱之為作業(yè)坐標伺服系統(tǒng)。這種伺服控制系統(tǒng)是將機器人手臂末端位置姿態(tài)矢量rd固定于空間內(nèi)某一個作業(yè)坐標系來描述的。圖4-6關(guān)節(jié)伺服控制的構(gòu)成8．簡述FMS的概念及突出優(yōu)點。答：到目前為止，F(xiàn)MS尚無統(tǒng)一的定義。廣義地說：柔性制造系統(tǒng)是由若干臺數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成，并能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)品種的變化迅速進行調(diào)整，以適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動化制造系統(tǒng)。FMS有如下幾個突出的優(yōu)點：（1）FMS很容易和上層管理計算機聯(lián)網(wǎng)，接受市場信息和生產(chǎn)指令，有效地調(diào)度各臺數(shù)控機床，使其得到最合理的使用。（2）由于FMS具有工件自動輸送系統(tǒng)（小車或滾道）和刀具管理系統(tǒng)，在計算機的統(tǒng)—調(diào)度下，能使各臺機床都具有較高的負荷率。（3）通常能在不停機的情況下改變加工任務(wù)，在個別機床出現(xiàn)故障時，可以暫時將其隔開，修復后再連入，不會引起全線停機，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。（4）有較完善的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，可靠性高，用人較少，在需要的時候可以開三班（三班可以無人管理）。FMS在國外能得到廣泛的應(yīng)用，除上述優(yōu)勢外，也得益于計算機技術(shù)及數(shù)控技術(shù)的迅速發(fā)展，使其在可靠性大大提高的同時，成本迅速下降。9．分析FMS的組成、特點和適用范圍。答：FMS的組成FMS是一種由計算機集中管理和控制的靈活多變的高度自動化的加工系統(tǒng)。從定義可以看出，F(xiàn)MS主要由以下幾個組成部分：（1）加工系統(tǒng)包括由兩臺以上的CNC機床、加工中心或柔性制造單元（FMC）以及其他的加工設(shè)備所組成，例如測量機、清洗機、動平衡機和各種特種加工設(shè)備等。（2）工件運儲系統(tǒng)由工件裝卸站、自動化倉庫、自動化運輸小車、機器入、托盤緩沖站、托盤交換裝置等組成，能對工件和原材料進行自動裝卸、運輸和存儲。（3）刀具運儲系統(tǒng)包括中央刀庫、機床刀庫、刀具預調(diào)站、刀具裝卸站、刀具輸送小車或機器人、換刀機械手等。（4）一套計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對FMS進行計劃調(diào)度、運行控制、物料管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信等。除了上述4個基本組成部分之外，F(xiàn)MS還包含集中冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑運輸系統(tǒng)、自動清洗裝置、自動去毛刺設(shè)備等附屬系統(tǒng)。FMS有如下的特點：①柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)；②系統(tǒng)內(nèi)的機床在工藝能力上是相互補充或相互替代的；③可混流加工不同的零件；④系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作；⑤遞階結(jié)構(gòu)的計算機控制，可以與上層計算機聯(lián)網(wǎng)通信；⑥可進行第三班無人值守生產(chǎn)。如圖4-12所示，F(xiàn)MS的適用范圍。圖4-12FMS的適用范圍10．柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有哪些？答：柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)有：（1）計算機輔助設(shè)計（2）模糊控制技術(shù)（3）人工智能、專家系統(tǒng)及智能傳感器技術(shù)（4）人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)11．分別從工件和刀具兩個方面分析FMS物流運儲統(tǒng)的組成和流動方式。答：工件運儲系統(tǒng)由工件裝卸站、自動化倉庫、自動化運輸小車、機器入、托盤緩沖站、托盤交換裝置等組成，能對工件和原材料進行自動裝卸、運輸和存儲。刀具運儲系統(tǒng)包括中央刀庫、機床刀庫、刀具預調(diào)站、刀具裝卸站、刀具輸送小車或機器人、換刀機械手等。12．敘述FMS控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。答：FMS是一種由計算機集中管理和控制的靈活多變的高度自動化的加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS主要由以下幾個組成部分：（1）加工系統(tǒng)包括由兩臺以上的CNC機床、加工中心或柔性制造單元（FMC）以及其他的加工設(shè)備所組成，例如測量機、清洗機、動平衡機和各種特種加工設(shè)備等。（2）工件運儲系統(tǒng)由工件裝卸站、自動化倉庫、自動化運輸小車、機器入、托盤緩沖站、托盤交換裝置等組成，能對工件和原材料進行自動裝卸、運輸和存儲。（3）刀具運儲系統(tǒng)包括中央刀庫、機床刀庫、刀具預調(diào)站、刀具裝卸站、刀具輸送小車或機器人、換刀機械手等。（4）一套計算機控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對FMS進行計劃調(diào)度、運行控制、物料管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信等。除了上述4個基本組成部分之外，F(xiàn)MS還包含集中冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑運輸系統(tǒng)、自動清洗裝置、自動去毛刺設(shè)備等附屬系統(tǒng)。

第五章思考題1．什么是虛擬制造，虛擬制造可分哪幾類？答：虛擬制造是實際制造過程在計算機上的一種虛擬，即虛擬現(xiàn)實技術(shù)在制造中的應(yīng)用或者實現(xiàn)。按照虛擬制造包括與產(chǎn)品開發(fā)制造有關(guān)的工程活動的虛擬，同時也涉及與企業(yè)組織經(jīng)營有關(guān)的管理活動的虛擬這種思想可以將虛擬制造分成三類，即以設(shè)計為中心的虛擬制造、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造和以控制為中心的虛擬制造。2．簡述虛擬制造技術(shù)可以在制造業(yè)中帶來哪些效益？答：采用虛擬制造技術(shù)可以在制造業(yè)中帶來下列效益：（1）提供關(guān)鍵的設(shè)計信息和管理策略對生產(chǎn)成本、周期以及生產(chǎn)能力的影響信息，以便正確處理產(chǎn)品性能與制造成本、生產(chǎn)進度和風險之間的平衡，做出正確的設(shè)計和管理決策。（2）提高生產(chǎn)過程開發(fā)的效率，可以按照產(chǎn)品的特點優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的設(shè)計。（3）通過生產(chǎn)計劃的仿真，優(yōu)化資源的利用，縮短生產(chǎn)周期，實現(xiàn)柔性制造和敏捷制造，降低生產(chǎn)成本。（4）可以根據(jù)用戶的要求修改產(chǎn)品設(shè)計，及時作出報價和保證交貨期。3．虛擬加工平臺的內(nèi)容包括哪些？答：虛擬加工平臺的內(nèi)容包括：①基于產(chǎn)品技術(shù)復合化的產(chǎn)品設(shè)計與分析，除了幾何造型與特征造型等環(huán)境外，還有運動學、動力學、熱力學模型分析環(huán)境等；②基于仿真的零部件制造設(shè)計與分析，包括工藝生成優(yōu)化、工具設(shè)計優(yōu)化、刀位軌跡優(yōu)化、控制代碼優(yōu)化等；③基于仿真的制造過程碰撞干涉檢驗及運動軌跡檢驗——虛擬加工、虛擬機器人等；④材料加工成形仿真，包括產(chǎn)品設(shè)計、加工成形溫度場、應(yīng)力場、流動場的分析，加上加工工藝優(yōu)化等；⑤產(chǎn)品虛擬裝配，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計的形狀特征、精度特征、三維真實地模擬產(chǎn)品的裝配過程，并允許用戶以交互方式控制產(chǎn)品的三維真實模擬裝配過程，以檢驗產(chǎn)品的可裝配性。4．分析CIM與CIMS的含義與區(qū)別。答：CIM是一種組織、管理與運行企業(yè)的理念，它的內(nèi)涵是借助計算機，將企業(yè)中各種與制造有關(guān)的技術(shù)系統(tǒng)集成起來，進而提高企業(yè)適應(yīng)市場競爭的能力。CIMS是生產(chǎn)自動化領(lǐng)域的前沿學科，是一種基于CIM理念構(gòu)成的計算機化、信息化、智能化、集成優(yōu)化的制造系統(tǒng)。CIMS綜合并發(fā)展了企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)有關(guān)的技術(shù)，包括總體技術(shù)、支撐技術(shù)、設(shè)計自動化技術(shù)、制造自動化技術(shù)、集成化管理與決策信息系統(tǒng)技術(shù)及流程工業(yè)中的CIMS技術(shù)。CIMS特別強調(diào)兩個觀點。（1）系統(tǒng)的觀點企業(yè)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)是不可分割的，需要統(tǒng)一安排與組織。從功能上，CIMS包含了企業(yè)的全部生產(chǎn)經(jīng)營活動，即從市場預測、產(chǎn)品設(shè)計、加工制造、質(zhì)量管理到售后服務(wù)的全部活動。（2）信息化的觀點產(chǎn)品制造過程實質(zhì)上是信息采集、傳遞、加工處理的過程，CIMS涉及的自動化不是企業(yè)各個環(huán)節(jié)的自動化（即“自動化孤島”）的簡單相加，而是有機的集成，主要是以信息集成為本質(zhì)的技術(shù)集成，當然也包括人的集成。5．簡述CIMS的發(fā)展情況。答：“十五”國家863/CIMS主題目標為：從國民經(jīng)濟和國家安全的需求出發(fā)，有重點地選擇能夠促進我國制造業(yè)發(fā)展和升級的戰(zhàn)略性、前沿性和前瞻性關(guān)鍵技術(shù)進行突破、開發(fā)。為了實現(xiàn)上述戰(zhàn)略目標，我國已建立了開展CIMS研究與技術(shù)推廣的體系結(jié)構(gòu)。隨著C1MS技術(shù)的發(fā)展，CIM的概念和內(nèi)涵也在發(fā)生著變化。“十五”國家863/CIMS主題已用現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)替代了原來的計算機集成制造系統(tǒng)，其研究對象和作用范圍均有較大的變化。在“效益驅(qū)動、總體規(guī)劃、重點突破、分步實施、推廣應(yīng)用”的方針指導下，結(jié)合國情，經(jīng)過十多年的艱苦努力，CIMS技術(shù)在我國的研究和應(yīng)用取得了顯著的進展，走出了一條具有中國特色的CIMS發(fā)展之路。6．分析CIMS的結(jié)構(gòu)組成和各分系統(tǒng)的功能作用。答：CIMS由4個分系統(tǒng)組成：經(jīng)營管理信息系統(tǒng)、工程設(shè)計自動化系統(tǒng)、制造自動化系統(tǒng)和質(zhì)量保證信息系統(tǒng)，如圖5-3所示。圖5-3CIMS的基本組成結(jié)構(gòu)經(jīng)營管理信息分系統(tǒng)是將企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中產(chǎn)、供、銷、人、財、物等進行統(tǒng)一管理計算機應(yīng)用系統(tǒng)，是CIMS的神經(jīng)中樞，具有預測、經(jīng)營決策、生產(chǎn)計劃、生產(chǎn)技術(shù)準備、銷售、供應(yīng)、財務(wù)、成本、設(shè)備、工具和人力資源等管理信息功能，通過信息集成，達到縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低流動資金占用，提高企業(yè)應(yīng)變能力的目的。設(shè)計自動化分系統(tǒng)是利用計算機輔助進行產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、制造準備及產(chǎn)品性能測試等工作，即CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)，目的是使產(chǎn)品開發(fā)活動更高效、更優(yōu)質(zhì)地進行。制造自動化分系統(tǒng)位于企業(yè)制造環(huán)境的底層，是直接完成制造活動的基本環(huán)節(jié)，是CIMS中信息流和物流的結(jié)合點。質(zhì)量保證分系統(tǒng)包