先進制造技術

一、國內外先進制造技術的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢。（要求查閱最新的國際、國內期刊）（一）、國際先進制造技術的現(xiàn)狀1世界上70％－80％以上的產(chǎn)品是制造出來的：如美國、瑞士。2高科技的發(fā)展需要先進制造技術，特別是精密制造技術：火箭、導彈等。3信息技術的發(fā)展，給機械制造技術帶來了新活力：柔性制造技術、集成制造系統(tǒng)、并行工程等。4必須將基礎科學研究與工程研究更緊密結合起來。5必須從實際出發(fā)：如CIMS的經(jīng)驗。（二）、國內先進制造技術的現(xiàn)狀傳統(tǒng)機械仍占主導位置。先進制造系統(tǒng)與技術的研究，總體上看尚處在跟蹤階段，創(chuàng)新不多。（三）、國際先進制造技術發(fā)展趨勢信息技術與制造技術的融合；科學技術的綜合是當前技術發(fā)展的一個重要特點。如：仿生學研究；綠色制造是近年來發(fā)展最快的重點研究領域之一；加強對機械制造學科的基礎規(guī)律、機理的研究；測量在現(xiàn)代制造技術中占有極重要的地位。如：虛擬測量技術；“可重組的制造系統(tǒng)”值得注意；極端制造技術、微/納加工技術、綠色制造技術；網(wǎng)絡制造技術（E-manufacturing）；制造技術與信息技術的集成；大批量定制生產(chǎn)；MEMS/NEMS系統(tǒng)，機器人技術；數(shù)字化技術；知識化：技術創(chuàng)新；產(chǎn)品及企業(yè)模塊化微小化、綠色化、智能化（四）、國內先進制造技術發(fā)展趨勢(1)1.21世紀的企業(yè)面臨“管理革命”：（1）分散網(wǎng)絡化制造：以訂單為紐帶進行資源重組，企業(yè)間動態(tài)聯(lián)盟。（2）“中場產(chǎn)業(yè)”的興起（3）“大企業(yè)病”的出現(xiàn)及中小企業(yè)化（4）企業(yè)間從單純競爭走向既有競爭、又有結盟之路2.綠色制造將成為21世紀制造技術重要特征。3.以提高對市場快速反應能力為目標的制造技術得到超速發(fā)展和應用：并行工程，快速原型制造技術。4.虛擬制造技術將廣泛應用。5.制造業(yè)信息化：制造技術和制造業(yè)是一切技術的載體和“物化”手段，當然包括信息技術，但現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展離不開信息技術。二．如何發(fā)展我國的先進制造技術？我國先進制造技術的現(xiàn)狀：我國的先進制造技術經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成比較完整的技術體系，為國民經(jīng)濟發(fā)展所需的各類機械產(chǎn)品的制造提供基本的工藝技術，取得重要的成績。但與國外工業(yè)發(fā)達國家相比存在階段性的差距。措施：調整產(chǎn)業(yè)結構；扶植中小企業(yè)；加大科研和產(chǎn)品開發(fā)的投入；加強教育投入，發(fā)展知識經(jīng)濟；促進學科交叉，加強基礎研究。三．極端制造技術國內外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢？極端制造技術是指極大型、極小型、極精密型等極端條件下的制造技術，主要用于制造極端尺寸或極高功能的器件。微納系統(tǒng)、極小芯片、微機電系統(tǒng)等都離不開細微制造、超精密制造、分子制造等極小制造手段。大飛機的關鍵構件精密模鍛框架和萬噸水壓機加工模鍛框架，則是極大制造的典型代表。一個新的“極端制造”前沿已經(jīng)初現(xiàn)端倪。這些前沿領域標志性制造技術與產(chǎn)品包括：微射流光纖傳輸系統(tǒng)，約比現(xiàn)在的光纖傳輸速度快１０倍；科學家正在研制量子計算機，其運行３秒的速度，相當于現(xiàn)在計算機運行上百億年；還有超速飛機，每小時８０００公里。第二章一、基本概念：1．現(xiàn)代設計技術：以滿足應市產(chǎn)品的質量、性能、時間、成本/價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設計技術為主體，以知識為依托，以多種科學方法及技術為手段，研究、改進、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程所用到的技術群體的總稱。2．并行設計：是一種對產(chǎn)品及其相關過程進行集成地、并行地設計的系統(tǒng)化工作模式。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員從設計一開始就考慮產(chǎn)品整個生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報廢處理的所有因素，包括質量、成本、進度計劃和用戶的要求。3．協(xié)同設計:不同的設計人員之間，不同的設計組織之間，不同的部分工作人員之間，均可實現(xiàn)資源共享，實時交互協(xié)同參與，合作設計，從而提高設計效率，避免不必要的重復工作。4．摩擦學設計：運用摩擦學的理論、方法、技術和數(shù)據(jù)，將摩擦和磨損減小到最低程度，從而設計出高性能、低功耗、具有足夠可靠性及合適壽命的經(jīng)濟合理的新產(chǎn)品。5．DFM，面向制造的設計,Designformanufacturability，在設計過程中考慮如何適應企業(yè)現(xiàn)有的制造條件和限制。根據(jù)存儲在計算機中有關企業(yè)車間制造加工條件的數(shù)據(jù)庫，自動對初步才產(chǎn)品設計進行可制造性檢驗，把檢驗結果反饋給設計人員，從而使他們能夠不斷調整和修改設計，使其滿足制造條件的要求。6．綠色產(chǎn)品:就是在其產(chǎn)品生命周期全過程中，符合特定的環(huán)境保護的要求，對生態(tài)環(huán)境無害或者危害很少，對資源利用率最高，能源消耗最低的產(chǎn)品。二、并行設計的關鍵技術①并行環(huán)境下的信息抽象與建模技術②計算機輔助設計評價與決策:DFMA與快速原型制造技術RPM③支持并行設計的分布式計算機環(huán)境三．.DFM關鍵技術①計算機輔助概念設計CACD②產(chǎn)品可制造模型及其評價方法的研究③并行設計過程建模④設計實驗技術四、綠色產(chǎn)品設計的主要內容?①綠色產(chǎn)品的描述與建模；②綠色設計的材料選擇與管理；③產(chǎn)品的可拆卸性設計；?④產(chǎn)品的可回收性設計；⑤綠色產(chǎn)品的成本分析；⑥綠色設計數(shù)據(jù)庫等。五、綠色產(chǎn)品設計的關鍵技術1）面向環(huán)境的設計技術2）面向環(huán)能源的設計技術3）面向材料的設計技術4）人機工程設計技術六、現(xiàn)代設計技術的特點設計范疇的擴展化；設計手段的計算機化；設計過程的并行化、智能化；設計手段的擬實化；分析手段的精確化；多種手段綜合應用；強調設計的邏輯性和系統(tǒng)性；進行動態(tài)多變量的優(yōu)化；強調產(chǎn)品的環(huán)保性、宜人性；強調用戶參與；強調設計階段的質量控制；設計和制造一體化；強調產(chǎn)品全壽命周期最優(yōu)化第三章一、先進制造工藝技術的定義、發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢。定義：先進制造工藝技術就是機械制造工藝不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術，包括了常規(guī)工藝經(jīng)優(yōu)化后的工藝，以及不斷出現(xiàn)和發(fā)展的新型加工方法。其主要技術體系由先進成形加工技術、現(xiàn)代表面工程技術等技術構成及先進制造加工技術。先進制造工藝技術發(fā)展現(xiàn)狀?1．加工精度不斷提高2．加工速度得到提高3．材料科學促進制造工藝變革4．重大技術裝備促進加工制造技術的發(fā)展5．優(yōu)質清潔表面工程技術獲得進一步發(fā)展?6．精密成形技術取得較大進展7．熱成形過程的計算機模擬技術研究有一定發(fā)展先進制造工藝技術發(fā)展趨勢?優(yōu)質、高效、低耗，靈捷、潔凈是機械制造業(yè)永恒的追求目標，也是先進制造工藝技術的發(fā)展目標。?21世紀加工制造技術的熱點和發(fā)展趨勢是：先進精密超精密加工技術、特種加工技術、超高速切削及超高速磨削技術、微型機械加工技術、新一代制造裝備技術及虛擬制造技術等。?成形技術方面：鑄件生產(chǎn)正向輕量化、精確化、強韌化、復合化及無環(huán)境污染方向發(fā)展。?精確塑性成形工藝：成為制造過程的總體上向“凈成形”目標邁進的途徑。?激光焊、電子束焊等高能密度焊接方法：得到較大發(fā)展，柔性化、智能化、自動化的焊接生產(chǎn)系統(tǒng)將逐漸取代大量的手工操作，精確軌跡控制的多自由度弧焊機器人。?激光表面合金化和熔覆工藝將趨成熟，各種激光加工方法都將實現(xiàn)智化控制，激光加工將成為自動生產(chǎn)線上的多功能加工單元。?快速原型制造技術日趨成熟，工藝相對穩(wěn)定，現(xiàn)有工藝將朝著精密化、高精度、低成本方向發(fā)展。?計算機模擬仿真、并行工程及虛擬制造技術的相繼出現(xiàn)為成形制造技術注入新活力。二、主要的新型熱加工技術（鑄造、塑性成形、焊接、熱處理、表面工程）有哪些？鑄造：近代化學硬化砂鑄造工藝，高效金屬型鑄造工藝（壓力鑄造和擠壓鑄造），消失模鑄造技術塑性成形：超塑和等溫成形工藝，輥鍛和楔橫軋技術，粉末成形技術焊接：精密焊接，特殊環(huán)境下焊接成形技術，現(xiàn)代切割技術，焊接機器人熱處理：真空熱處理，離子熱處理，激光表面合金化，熱處理專家系統(tǒng)與性能預報表面工程：表面改性技術，表面覆層技術，復合表面技術第四節(jié)一、簡述高速切削的特點及技術關鍵1.優(yōu)點:加工時間可縮短3-5倍；提高生產(chǎn)效率；表面粗糙度降低；輪廓精度提高；減少拋光時間；減少輔助時間；在同一工序上即可完成粗、精加工；可直接加工淬硬材料，實現(xiàn)“以切代磨”；可加工很薄的薄壁；降低加工成本缺點：舊的加工習慣必須拋棄；更多的設備投資；更多的刀具成本；必須格外加強操作人員的保護；培訓較復雜2.關鍵技術：超高速切削、磨削機理，超高速主軸單元制造技術，超高速進給單元制造技術，超高速加工用刀具、磨具，超高速機床支承及輔助單元制造系統(tǒng)，超高速加工測試技術、P159二、分析高速切削時切削力和切削溫度的變化特點P159在常規(guī)的切削速度范圍內，切削溫度隨切削速度的增大而提高，但當切削速度增大到某一數(shù)值時，切削速度再增加，切削溫度反而降低在超高速切削條件下，單位切削力初期呈上升趨勢，而后急劇下降，塑性變形區(qū)變淺，參與應力和硬度變化減小。第五節(jié)超高速加工用刀具和磨具種類（P163）超高速加工用刀具切削刃的刀具材料有：超細晶粒硬質合金，聚晶金剛石（PCD），立方氮化硼（CBN）,氮化硅陶瓷，混合陶瓷和碳氮化鈦硬質合金，氣相沉淀法的超硬材料圖層刀具。超高速磨削用啥輪的磨具材料有聚晶金剛石（PCD），立方氮化硼（CBN），結合劑主要有陶瓷結合進和金屬結合劑。第六節(jié)一、1．虛擬制造的概念（P345）以信息技術、仿真技術、虛擬現(xiàn)實技術為支持，在產(chǎn)品設計或制造系統(tǒng)的物理實驗之前，就能是人體會或感受到未來產(chǎn)品的性能或者制造系統(tǒng)的狀態(tài)，從而做出前瞻性的決策與優(yōu)化實施方案。.2、虛擬制造的作用（P345）（1）運用軟件對制造系統(tǒng)中的五大要素（人、組織管理、物流、信息流、能量流）進行全面仿真，使之達到前所未有的高度集中，為先進制造技術的進一步發(fā)展提供了更廣闊的空間（2）可以加深人們對生產(chǎn)過程和制造系統(tǒng)的認識和理解，有利于對其進行理論升華，更好的指導實際生產(chǎn)，即對生產(chǎn)過程、制造系統(tǒng)整體進行優(yōu)化配置，推動生產(chǎn)力的巨大躍進。（3）在虛擬制造和現(xiàn)實制造的相互影響中，可以全面改進企業(yè)的組織管理工作，對正確做出決策有不可估量的作用。（4）虛擬制造技術的應用加快企業(yè)人才的培養(yǎng)速度。3、虛擬制造的類別（1）以設計為中心的虛擬制造；以生產(chǎn)為中心的虛擬制造；以控制為中心的虛擬制造4、虛擬制造的技術特征：交互性、沉浸性、想象力5、虛擬制造的體系結構主要由哪三部分組成：虛擬制造技術VMT;虛擬企業(yè)VE；系統(tǒng)集成6、虛擬制造的關鍵技術計算機及虛擬現(xiàn)實技術，包括人機借口、軟件技術、虛擬現(xiàn)實平臺；制造應用技術，包括建模、仿真、可制造性評價二．分散化網(wǎng)絡制造系統(tǒng)DNPS定義（P349）分散化網(wǎng)絡制造系統(tǒng)是實現(xiàn)敏捷制造和可持續(xù)發(fā)展的一種生產(chǎn)模式。分散是指集團成員是動態(tài)的沒有規(guī)律的和地理上相隔的。網(wǎng)絡化是指利用信息和通信技術把集團成員迅速組織起來進行生產(chǎn)。分散網(wǎng)絡化制造系統(tǒng)是利用不同地區(qū)現(xiàn)有的生產(chǎn)資源，吧分散的集團成員迅速組合成一種沒有圍墻的、超越空間約束的、靠電子手段聯(lián)系的、統(tǒng)一指揮的經(jīng)營實體，以便快速推出高質量、低成本的新產(chǎn)品。三．DNPS的組成、類型及關鍵技術分散化網(wǎng)絡制造系統(tǒng)由企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)和企業(yè)外聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)庫技術、系統(tǒng)安全、防火墻技術、通信和網(wǎng)絡技術等支撐技術組成。類型：一主多從型，專有技術型，動態(tài)聯(lián)盟型關鍵技術：制造企業(yè)信息網(wǎng)絡、快速產(chǎn)品設計和開發(fā)網(wǎng)絡，由獨立制造島組成的產(chǎn)品制造網(wǎng)絡全面質量管理和用戶服務網(wǎng)絡、電子財務網(wǎng)絡、制造工程信息的通訊。第七講1.游離磨料的高效加工工藝。指在加工時，磨料或者微粒不是固結在一起，呈游離狀態(tài)。其典型的方法有超精密研磨與拋光加工。研磨是在被加工表面和研具之間置以游離磨料和潤滑液，是被加工表面和研具產(chǎn)生相對運動并加壓，磨料產(chǎn)生切削擠壓作用，達到改善表面質量效果，超精密研磨主要是磨粒的擠壓使工件表面產(chǎn)生塑性變形。2精密磨削和磨料加工技術（P171-175）超精密砂輪磨削技術、超精密砂帶磨削技術、ELID超精密鏡面磨削技術、雙鏡面精密磨削技術、電泳磨削技術、超精密研磨與拋光技術。3超精密加工裝備的特點（P176）高精度；高剛度；高穩(wěn)定性；抗震性好；控制性能好4微型機械加工技術的關鍵技術（P181）微系統(tǒng)設計技術；微細加工技術；微型機械組裝和封裝技術；微系統(tǒng)的表征和測試技術5光刻技術（P181）是用照相復印的方法將光刻掩膜上的圖形印制在涂有光致抗蝕劑的薄膜或基材表面，然后進行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。其工藝的基本過程通常包括涂膠、曝光、顯影、堅顯膜、腐蝕、去膠等步驟。6LIGA技術（P183）該技術是一種由半導體光刻工藝派生出來的采用光刻方法一次性生成三維空間微機結構件的方法。技術機理是由深層X射線光刻、電鑄成形三個工藝組成。用LIGA技術進行光刻過程中，一張預先制作的模板上的圖形被映射到一層光刻掩膜上，掩膜中被光照部分的性質發(fā)生變化，在隨后的沖洗過程中被溶解，剩余的掩膜即是待生成的微結構的負體，在接下來的電鍍成形過程中，從電解液中析出的金屬填充到光刻出的空間而形成金屬微結構。其主要工藝過程由X光光刻掩模板的制作、X光深刻、光刻膠顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫模成形等組成。7述電火花、激光束、電子束、離子束（P195）、高壓水射流加工（P128）的原理及特點。第八講快速原型制造技術的定義快速原型/零件制造技術是由CAD模型直接驅動的快速制造任意復雜形狀三維