先进制造技术第二章(北京理工大学)
先进制造技术(第3版)习题参考答案
思考题第一章1．说明制造、制造系统与制造业概念，比较广义制造与狭义制造的区别。
答：制造（manufacturing）是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。
制造系统是指由制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。
制造业是指以制造技术为主导技术进行产品制造的行业。
广义制造与狭义制造的区别：狭义的制造，是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程；而广义的制造，则包含市场分析、产品设计、工艺设计、生产准备、加工装配、质量保证、生产过程管理、市场营销、售前售后服务，以及报废后的回收处理等整个产品生命周期内一系列相互联系的生产活动。
2．制造业在国民经济中的地位与作用如何?答：（1）人们的物质消费水平的提高，有赖于制造技术和制造业的发展。
（2）制造业是实现经济增长的物质保证。
（3）提高制造技术是影响发展对外贸易的关键因素。
（4）制造业是加强农业基础地位的物质保障，是支持服务业更快发展的重要条件。
（5）制造业是加快信息产业发展的物质基础。
（6）制造业是加快农业劳动力转移和就业的重要途径。
（7）制造业是加快发展科学技术和教育事业的重要物质支撑，它不仅为科技发展和教育发展提供经费支持，还为研究开发提供许多重要的研究方向与课题及先进的实验装备。
（8）制造业也是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本条件。
3．先进制造技术是在什么样的背景之下产生与发展起来的。
答：1．社会经济发展背景近20多年来，市场环境发生了巨大的变化，一方面表现为消费者需求日趋主题化、个性化和多样化，消费行为更具有选择性，产品的生命周期缩短，产品的质量和性能至关重要；另一方面全球性产业结构调整步伐加快，制造商着眼于全球市场激烈竞争的同时，着力于实力与信誉基础上的合作和协作。
制造业的核心要素是质量、成本和生产率。
先进制造技术(第2章)
第一节 先进制造系统的基本构成 第二节 物料流
第三节 信息流
第四节 先进制造系统的控制方式 第五节 约束与决策 第六节 面向21世纪的信息化制造
1/43
第二章 先进制造系统的基础理论
第一节 先进制造系统的基本构成 第二节 物料流
第三节 信息流
第四节 先进制造系统的控制方式 第五节 约束与决策 第六节 面向21世纪的信息化制造
6/43
第二章
先进制造系统基础理论
之
第一节 先进制造系统的基本构成
二、制造系统基本构成
制造系统整体的性能是与系统各个组成部分之间是紧密相关的。在 制造系统运行过程中，无时无刻不伴随着物料流、信息流和能量流的 流动，并且制造系统中的物料流、信息流、能量流之间相互联系、相 互影响，形成一个不可分割的有机整体。 物料流是在整个加工过程中(包括加工准备阶段)物料的输入和输出 的动态过程，这种物料在制造系统中的运动称为物料流。 制造系统中的信息可分为静态信息(如工件尺寸、公差大小等)和动 态信息(如刀具磨损程度、资源状态、加工进程等)，信息在制造系统 中的作用过程称为信息流。所有这些信息不断地与制造过程的各种状 态进行信息交换，并综合、分析来自各方面的信息，从而有效地控制 制造过程，以保证制造过程的正常进行，提高制造系统的效率和产品 质量。 制造过程中的能量运动称为能量流。在制造系统中，能量是一切物 质运动的基础，其所有运动，例如物料的运动，均需要能量来维持。
制造系统物料流应以资源利用率最高和废弃物产生最小作 为目标，充分考虑优化产品生产周期过程中影响资源消耗的各 个环节。包括产品寿命终结后的处理，从而优化资源流动过程， 最有效地利用资源和最低限度地产生废弃物。
制造过程是资源直接转化和资源直接消耗的主要环节，生 产同样的产品，不同的制造加工的设备、工艺方案和不同的工 艺路线，将会使得物料和能源的消耗不一样。如：产品包装方 式、运输状况、销售和服务状况(如是否回收用户消费后的产 品废弃物)都直接或间接影响资源消耗状况。
先进制造技术基础_第2章_现代设计技术
北 京 大 学 出 版 社 大 机 械 系 列 规 划 教 材 之
先 进 制 造 技 术 基 础
第2章 现代设计技术
2.1.4现代设计发展趋势展望
现代设计技术是现代制造技术的主体技术之 一，也是先进制造技术的核心与灵魂，必将伴随着 先进制造技术的发展，计算机和信息技术的进步， 制造业生产模式的变革，竞争与合作的全球化，人 们对生态环境、资源的关切和对产品品质多样化等 方面的要求，而发生着深刻的变化。展望现代设计 技术的发展趋势，大致有以下几方面： 1．设计过程的数字化 2．设计过程的自动化和智能化研究
先 进 制 造 技 术 基 础
教学要求：
第2章 现代设计技术
了解现代设计相关知识，掌握其与传统设计的关系。 掌握创新设计相关的基础知识，了解其应用。 掌握模糊优化设计的数学模型、模糊可靠性设计内容， 了解模糊设计的应用 。
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第2章 现代设计技术
应用技术 应用技术是针对实用目的解决各类具体产品 设计领域的技术，可以看作是现代设计技术派生出 来的丰富多彩的具体技术群。 【特别提示】 这里需要特别指出的是，现代设计技术体系框 架的划分只是相对的，而不是绝对的；主体技术、 支撑技术、应用技术、基础技术之间并不存在截然 的界限。主体技术所包含的计算机辅助设计的有关 技术本身往往就是应用技术。在特定情况下，某些 支撑技术也可以成为主体技术。
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第2章 现代设计技术
先进制造技术课件第2章课件.ppt
设计过程中解决具体设计问题的各 种方法和手段
静态、经验、被动、手工
传统设计技术的继承和发展，多专业 和多学科交叉，综合性技术。
第二章
现代设计技术的定义
时间维 施工设计 技术设计 方案设计
产品规划
可靠性设计 模块化设计 优化设计
…
方法维
分 综评 决 析 合价 策
逻辑维
第二章
现代设计技术的时间维
• 产品规划--需求分析、市场预测、可行性分析、 总体参数、制约条件和设计要求；
目标函数
使极小化函数f(x1,x2, …..,xn)
满足约束条件
不等式约束条件
gu(x1,x2,…..,xn)≤0 hv(x1,x2,…..,xn)=0
(u=1,2,…m)
(v=1,2,…p)
等式约束条件
第二章
（1）设计变量
设计变量的不同参数表示不同的设计方案。 设计变量必须是一组相互独立的变量，将其表示 成X，即：X=（x1,x2,…,xn)T 其中n是设计变量的个数，也称为维数。 设计变量的取值：一是连续变化量，另一是离散 量比如齿轮的模数。 由n个设计变量所组成一个向量空间，称之为设 计空间。
第二章
4)优化设计举例 如图对称两杆桁架：
2P＝300KN，2L＝1500mm，H＝900mm， E＝2.1×105N/mm，ρ ＝7.85×103Kg/m3， σs＝350N/mm2，D＝25-60mm、B＝3-8mm。 求解：满足强度前提下桁架重量最轻时的管径D及壁 厚B。
第二章
•设计变量：
第二章
1）优化设计的数学模型 实例1： 有一块边长为6m的正方形铝板，四角各裁去
一个小的方块，做成一个无盖的盒子。试确定裁 去的四个小方块的边长，以使做成的盒子具有最 大的容积。
先进制造技术导论2
2.2超精密加工技术组成 超精密加工技术组成 系统工程： 系统工程：
先进的设备 刀具 优秀的技术人员 性能极佳的测试仪器 稳定的环境条件 在线检测和反馈补偿技术
2.2超精密加工技术组成 超精密加工技术组成
1.超精密加工刀具 切削：天然单晶金刚石，硬度高，耐磨性好 切削：天然单晶金刚石，硬度高， 磨削：砂轮，极高的耐磨性和磨料颗粒均匀 磨削：砂轮， 2.超精密加工设备 超精密加工机床 1）主轴及其驱动装置：回转精度0.02-0.1um 主轴及其驱动装置：回转精度0 022)导轨及进给驱动装置 3）微量进给装置
2.2超精密加工技术组成 超精密加工技术组成
超精密加工机床
精密机床加工视频1 精密机床加工视频1
2.2超精密加工技术组成 超精密加工技术组成
3.超精密加工的工作环境 1）恒温：多层恒温20℃±0.06℃ 20℃ 06℃ 恒温：多层恒温20 2)恒净：加工硅晶片要求环境的净化为1立方尺内大于0.1um 恒净：加工硅晶片要求环境的净化为1立方尺内大于0
第二章 精密与超精密加工技术
*提高汽缸和活塞的加工精度，就可提高汽车发动机的效率和马力，减少油耗 提高汽缸和活塞的加工精度，就可提高汽车发动机的效率和马力， *提高滚动轴承的滚动体和滚道的加工精度，就可提高轴承的转速，减少振动和噪声； 提高滚动轴承的滚动体和滚道的加工精度，就可提高轴承的转速，减少振动和噪声； 提高磁盘加工的平面度，从而减少它与磁头间的间隙，就可大大提高磁盘的存储量； *提高磁盘加工的平面度，从而减少它与磁头间的间隙，就可大大提高磁盘的存储量； 提高半导体器件的刻线精度（减少线宽，增加密度）就可提高微电子芯片的集成度。 *提高半导体器件的刻线精度（减少线宽，增加密度）就可提高微电子芯片的集成度。 *小直径孔加工中，利用钻头切削的直径最小可至φ50μm左右。 小直径孔加工中，利用钻头切削的直径最小可至φ50μm左右。 μm左右 *航天工业中的卫星部件、导弹和火箭气瓶等，最小成形厚度可达0.3mm，形状 航天工业中的卫星部件、导弹和火箭气瓶等，最小成形厚度可达0 mm， 也较复杂。 也较复杂。
先进制造技术 教学课件 作者 李伟 第2章-制造自动化技术
第2章 制造自动化技术
第3章 微细加工技术 第4章 快速原型技术 第5章 工业机器人 第6章 虚拟制造技术 第7章 纳米技术 第8章 压电驱动与控制技术 第9章 绿色制造技术
第二章 制造自动化技术
2.1 概 述 2.2 现代数控加工技术 2.3 超高速加工技术
中国农业大学
2.1 概 述
1．制造敏捷化：包括柔性，重构能力，快速化的集成制 造工艺等。
2．制造网络化：基于Internet／Intranet的制造。 3．制造虚拟化：包括虚拟现实(VR)、虚拟产品开发
(VPD)、虚拟制造 (VM)和虚拟企业(VE)。 4．制造智能化：研究具有自律、分布、智能、仿生、敏
捷、分形等特征的新一代自动化制造系统。 5．制造全球化：主要包括市场的国际化，产品设计和开
自动化技术，实现制造全过程的自动化。也就是对 制造过程进行规划、运作、管理、组织、控制与协 调优化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、 及时和洁净的目标。
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2. 制造自动化的功能目标
制造自动化的功能目标可用TQCSE功能目标模型描述。 其含义如下：
① T (time)：指缩短产品制造周期，产品上市快， 提高生产率。
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第三阶段：柔性制造。 特征：强调制造过程的柔性和高效率。 引入的新技术：成组技术、计算机直接数控和分布 式数控 、柔性制造单元、柔性制造系统，柔性加 工线、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计 划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通 信网络等等。
第四阶段：计算机集成制造和计算机集成制造系统。 特征：是强调制造全过程的系统性和集成性，以解 决现代企业生存与竞争的TQCSE问题。
¾ 零件程序的管理软件：实现屏幕编辑、零件程序的 存储及调度管理，与外界的信息交换等功能。
先进制造技术第2版复习思考题答案
第1章制造业与先进制造技术1.1简述制造、制造系统与制造业概念。
制造：利用合适的工具，采用有效的工艺方法，将原材料转变产品并投放市场的过程。
狭义制造：将原材料转变为成品的加工和装配的生产过程。
广义制造：包含产品设计、加工装配、生产管理、市场营销等整个产品生命周期的全过程。
制造系统：为实现制造目的所构建的物理型系统，包括制造过程、硬件、软件和相关人员等组成部分。
制造业：是将制造资源转化为可供人们使用和消费产品的行业，是所有与制造有关的生产和服务型企业群体的总称。
1.2制造业在国民经济中的地位和作用如何？制造业地位：制造业是一个国家经济发展的支柱，是国民经济收入的重要来源，不仅为现代工业社会提供物质基础，也为信息与知识社会提供先进装备和技术平台。
制造业作用：1)提高人们物质消费水平；2)实现经济稳定增长的物质保证；3)担当国际商品贸易的重要角色；4)是加强农业基础、支持服务业更快发展的物质保障和重要条件；5)是加快信息产业发展的物质基础；6)是劳动力就业的重要平台；7)是加快发展科学技术和教育事业的重要物质支撑；8)是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本保证。
1.3简述制造技术发展历程。
在生产方式方面：经历了从单件/小批量生产--大批量生产--多品种小批量定制生产过程；在制造技术方面：经历了机械化--单机自动化--刚性自动化--柔性自动化--综合自动化过程；在资源配置方面: 经历了劳动密集型--设备密集型--技术密集型过程。
1.4试分析我国机械制造业的发展和面临的挑战。
我国机械制造业的发展：目前我国机械制造业产值超过了德国、日本和美国，跃居为世界第一，成为全球第一的机械制造大国。
我国机械制造业面临如下方面的挑战：1）西方发达工业国家回归实体经济；2）国外跨国集团公司技术优势；3）国内生产要素成本提高。
4）当前我国制造业面临工业发达国高技术和发展中国家低成本优势的双向挤压。
1.5先进制造技术在怎样背景下推出的，其内涵与特点如何？先进制造技术提出背景：1）社会经济背景：主题化、个性化和多样化社会消费需求；全球市场形成，加剧商品市场竞争。
先进制造技术课件(第二章)资料
华中科技大学武昌分校机械电子工程专业课程《先进制造技术》
离散与组合式思维
很多事物将其分解可能意味着创新。如电话 听筒与主机分离，产生了子母电话机：磨床主 轴与床身分离，产生了手动磨头。 很多事物，彼此组合会构成创新。如电视与 电话组合在一起，出现了电视电话；收割机、 脱粒机、打包机组合在一起，产生了联合收割 机：电解加工与磨削加工组合在一起，形成了 电解磨削。 在制造领域，产品的模块化设计是运用离散 (分解)与组合式思维的典型范例。
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第二章 先进设计技术
本章要点 1、现代设计技术的基本内容 2、CAD的关键技术 3、模块化设计的关键技术 4、创新设计 5、逆向工程
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CAD技术的优越性 ➢大大提高设计质量 ➢提高设计生产率，缩短产品开发周期 ➢ 较大幅度地降低生产成本 ➢ 将技术人员从繁重的计算、绘图、修改 工作中解放出来
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◆散乱数据的模型重构 。不依赖于数据的特 殊组织方式，可以对任意测量数据进行处理， 扩大了所能解决的问题域，具有更强的通用 性。因此，海量散乱数据的模型重构更为人 们所关注。
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动连接之分：固定连接指连接后两模块之间 没有相对运动；而活动连接的两模块之间可 以相对运动(如直线运动、旋转运动等)。若连 接的两模块没有直接的装配关系，称两模块 的连接为柔性连接。例如与机床分离的液压 站，它虽然通过油管、电缆等与主机相联系 ，但非几何相关，故属于柔性连接。
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2.5.4 逆向工程关键技术 反求对象的分析
先进制造技术基础 第2章 现代设计技术
术
撑技术。
基
础
第2章 现代设计技术
应用技术
应用技术是针对实用目的解决各类具体产品
设计领域的技术，可以看作是现代设计技术派生出
来的丰富多彩的具体技术群。
【特别提示】 这里需要特别指出的是，现代设计技术体系框
架的划分只是相对的，而不是绝对的；主体技术、 支撑技术、应用技术、基础技术之间并不存在截然 的界限。主体技术所包含的计算机辅助设计的有关
掌握创新设计相关的基础知识，了解其应用。
掌握模糊优化设计的数学模型、模糊可靠性设计内容， 了解模糊设计的应用 。
先 进
了解绿色设计相关内容，掌握绿色设计原则及关键技术。 制
造
了解人工神经网络的发展、应用，掌握人工神经网络的 技
基本原理及补偿模糊神经网络的应用。
术
了解反求工程技术相关内容，掌握反求工程关键技术。 基 础
创造性思维德特点、创新性思维的思维形式、思维
方式、思维模式及其思维的规律，同时也研究如何
对一般人进行更有效的创新性思维培养和训练。 先
1、创新思维特点
进
由于人们对于自身的创造性思维往往了解不 制
多，研究得不够深入，因而对于创造性思维特点的 造
看法也极不一致。总的来说，创造性思维具有如下 技
特点：
术
（1）创新思维具有开放性特点
物理域和过程域之间的映射关系建立即为过程设计 术
阶段。
基 础
第2章 现代设计技术
用户域
用户需求
需. 需 求. 求 1.n
功能域
物理域
过程域
功能需求
设计参数
过程变量
先
进
制
造
技
图2.1 产品设计过程
先进制造技术课件(第二章)资料
华中科技大学武昌分校机械电子工程专业课程《先进制造技术》
对应与联想式思维 人类的许多发明创造都是对应与联想式思维的 产物。例如，看到鸟儿在空中飞翔，联想到人 也可以在空中飞行，经过不懈努力最终制造出 了飞机。再如，由人的手臂动作，联想到机械 手和机器人，并最终产生了关节式机器人。 许多创新设计都是出于联想的结果。联想通常 是在可类比的对象之间产生。例如，将船只与 车辆联系在一起，制造出了两栖登陆艇。
➢模块接口设计直接影响模块化产品的性能( 精度、刚度、效率、经济性等)和模块组合的 方便性与快捷性，必须给予充分注意。
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分析与综合思维
分析是对问题的明确描述和对问题本质的认 识过程。对于复杂问题，要将其分解为逻辑关 系与层次清晰的各级子问题。 综合是分析的反向过程，在求得各子问题的 解之后，通过连接构成整体，实现最终功能和 目标。其中连接是关键，通常可以建立多种连 接方式的解域，再通过评价确定最优解。分解 与综合过程常常就是一个创新过程。
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离散与组合式思维
很多事物将其分解可能意味着创新。如电话 听筒与主机分离，产生了子母电话机：磨床主 轴与床身分离，产生了手动磨头。 很多事物，彼此组合会构成创新。如电视与 电话组合在一起，出现了电视电话；收割机、 脱粒机、打包机组合在一起，产生了联合收割 机：电解加工与磨削加工组合在一起，形成了 电解磨削。 在制造领域，产品的模块化设计是运用离散 (分解)与组合式思维的典型范例。
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动连接之分：固定连接指连接后两模块之间 没有相对运动；而活动连接的两模块之间可 以相对运动(如直线运动、旋转运动等)。若连 接的两模块没有直接的装配关系，称两模块 的连接为柔性连接。例如与机床分离的液压 站，它虽然通过油管、电缆等与主机相联系 ，但非几何相关，故属于柔性连接。
《先进制造技术》--第一章-概论
第一章
第一章 制造业与先进制造技术
1.1 1.2 1.3 制造业的发展与挑战 先进制造技术的提出和进展 先进制造技术的内涵和体系结构
复习思考题
第一章
1.1 制造业的发展与挑战
1.1.1 制造与制造业
制造 原材料
工艺 能源
知识 技能 工具
产品
狭义制造
生产车间的加工和装配过程 包括市场分析、经营决策、产品设计 、工艺设计、加工装配、质量保证、生 产管理、市场营销、维修服务，以及产 品报废后的回收处理等整个产品周期
第一章 21世纪制造业的产品特征
•个性化和多样化 产品制造智能化 包括产品自身智能和生 产定制化、模块化，满足不同消费者喜好 •寿命周期不断缩短 摩尔定律-芯片性能每18个月提高1倍，
价格却保持不变
•智能化 包括产品自身智能和生产设施工具的智能 •绿色产品 全寿命周期无污染、低资源消耗和可回收利用
第一章
欧 共 体 • 尤里卡计划（EREKA）：1988年用5亿美元资助16个欧洲 国家、600家公司的165个合作性高科技研究开发项目。 • 欧洲信息技术研究发展战略计划（ESPRIT）：在13个成 员国向5500名研究人员提供了资助，明确设计原理、工 厂自动化、生产过程管理三大课题。 • 欧洲工业技术基础研究计划（BRITE）：重点资助材料、 制造加工、设计以及工厂系统运作方式等研究。
的制造技术总称。
第一章
1.3.1 先进制造技术的特点
传统制造技术 先进制造技术
系统性
广泛性
仅控制生产过程 物质流和能量流
仅指将原材料变为成 品的加工工艺
能控制生产过程 物质流、信息流和能量流
贯穿从产品设计、加工制造 到产品销售的整个过程
(完整版)先进制造技术试题库(带答案)
先进制造技术复习题一、填空题1．先进制造技术包含主体技术群、支撑技术群和制造技术环境三个技术群。
5．先进制造基础技术的特点除了保证优质、高效、低耗外，还应包括无污染。
6．微细加工中的三束加工是指电子束，离子束，激光束。
8. 绿色制造技术是指在保证产品的功能、质量、成本的前提下，综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。
11.超高速机床主轴的结构常采用交流伺服电动机内置式集成结构，这种主轴通常被称为空气轴承主轴。
12.快速原型制造常用的工艺方法光固化成形，叠层实体制造，选择性激光烧结，熔融沉积制造。
15.虚拟制造技术是以信息技术、仿真技术、虚拟现实技术为支持，在产品设计或制造系统的物理实现之前，就能使人体会或感受到未来产品的性能或者制造系统的状态，从而可以作出前瞻性的决策与优化实施方案。
17.大规模集成电路的微细制作方法有外延生长，氧化，光刻，选择扩散，真空镀膜。
18.优化设计的两个前提条件以数学规划为理论基础，以计算机为基础。
20.快速原型制造技术的熔丝沉积成形法通常采用的原材料是热塑性材料。
27.优化设计的三要素是：目标函数，设计变量，约束条件。
31.绿色设计的主要内容包括：绿色产品设计的材料选择与管理，产品的可拆卸性设计，可维修设计，产品的可回收性设计，绿色产品的成本分析，和绿色产品设计数据库。
绿色产品设计的材料选择与管理；产品的可拆卸性设计；产品的可回收性设计。
35.LIGA技术的工艺过程分为：(1)深层同步辐射X射线光刻；(2) 电铸成型；(3)模铸成型。
36.微细加工工艺方法主要有：三束加工技术，光刻加工，体刻蚀加工技术，面刻蚀加工技术，LIGA技术，牺牲层技术和外延生长技术。
37.工业机器人一般由机械系统，控制系统，驱动系统和智能系统等几个部分组成。
38.柔性制造系统的组成包括：加工系统，物流系统，信息控制系统和一套计算机控制系统。
39.MRP和MRPII分别是指物料需求计划和制造资源计划，而ERP是指企业资源计划，其核心思想是完全按用户需求制造。
青科大先进制造技术-答案
第一章：1、制造的概念狭义：为机电产品的机械加工工艺过程广义：国际生产工程学会1990年：制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2、四次产业革命一、第一次产业革命：1733-18781）又称为：蒸汽革命。
2）产业革命的标志：瓦特发明的蒸汽机。
3）英国的制造业孕育和实现了瓦特的发明4）制造业和瓦特的发明推动了热力学理论的诞生。
二、第二次产业革命：1879-19451）又称为：电气革命。
2）产业革命的标志：电灯（爱迪生）、电话（贝尔）、电机（西门子）等电气化产品。
3）制造业肇始了电的应用，而后才有麦克斯韦电动力学理论的诞生。
4）麦克斯韦电动力学理论推动了20世纪初开始的无线电、微波、雷达、合成孔径、微波成像、卫星通信、宇宙微波探测等技术的发展。
5）牛顿力学和电动力学又为量子力学的发展指引了道路，导致了量子场论的创立。
三、第三次产业革命：1945-19721）又称为：电子（原子）革命。
2）产业革命的标志：原子弹（1945）、电子计算机（1946）、晶体管（1948）、集成电路、微电子技术等。
3）微电子制造技术开创了全新的信息时代。
四、第四次产业革命：1973-1）又称为：高新技术产业革命。
2）产业革命的标志：众多高新技术产品，如微电子产品、电脑、新一代通信产品、新一代汽车、磁悬浮列车、新一代飞机、机器人、生物工程产品、新一代药物、绿色食品、转基因产品等等。
3）微器件制造工艺，如拉单晶、掺杂、扩散、离子注入、外延、溅射、化学沉积（CVD）、光刻、表面贴装、自动化组装、进而到纳米器件制造工艺将把高新技术产业革命推向顶峰。
3、先进制造技术的概念、体系结构、学科内容课本P12第二章：1、现代设计的概念▪现代设计：现代产品设计强调全生命周期设计，即产品设计是一个“设计-评价-再设计”的反复迭代过程。
在产品的整个生命周期中，设计定型并不意味着设计工作的结束，只要产品还在生产和销售，就必将反馈大量的用户信息和生产制造信息，并要求对产品不断进行修改。
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2.1 电火花成型加工技术
2.1.1 电火花成型加工的基本原理、特点
1．电火花成型加工原理 加工原理如图2-1所示，加工过程是在液体介质中进行的，机 床的自动进给调节装置使工件和工具电极之间保持适当的放电 间隙，当工具电极和工件之间施加很强的脉冲电压（达到间隙 中介质的击穿电压）时，会击穿介质绝缘强度最低处。由于放 电区域很小，放电时间极短，所以，能量高度集中，使放电区 的温度瞬时高达10000-12000℃，工件表面和工具电极表 面的金属局部熔化、甚至汽化蒸发。局部熔化和汽化的金属在 爆炸力的作用下抛入工作液中，并被冷却为金属小颗粒，然后 被工作液迅速冲离工作区，从而使工件表面形成一个微小的凹 坑，如图2-2所示。一次放电后，介质的绝缘强度恢复等待下 一次放电，图2-3所示。
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2.1 电火花成型加工技术
（7）放电间隙 放电间隙如果均匀，不会影响成型加工精度，但实际中，由 于排屑条件及放电间隙中电蚀产物浓度的变化，将导致加工 区域二次放电机会不同，从而使放电间隙不均匀。 间隙大小对加工精度的影响。 （8）放电产物排除 其解决方法不应以牺牲加工速度去适应排除，而应积极开创 排除的条件以适应加工速度。 目前常用的处理办法有：①人工排屑排气；②采用强迫冲油 或抽油的方式促进产物的排除，如图2-8所示；③加速工作 液的循环过滤；④提高脉冲空载电压，加大放电间隙，用以 改善排屑条件；⑤两电极之间存在相对运动，都具有改善间 隙屑性能的作用；⑥利用超声振动与电火花加工的复合作用， 对改善排屑条件有明显作用。
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2.1 电火花成型加工技术
3．电火花成型加工的特点 电火花成型加工的优点主要有： （1）工具电极材料不需比工件材料硬，工具电极制造容易。 （2）不受材料硬度影响，不受热处理状况影响，与工件的 机械性能关系不大。 （3）可加工难以进行加工的精密微细异形孔、深小孔、狭 长缝隙、弯曲轴线的孔、型腔等。 （4）对整个工件而言，在加工过程中几乎不受热的影响。 （5）可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿 命，降低工人劳动强度。
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（9）峰值电流Ie（A） 峰值电流是间隙火花放电时脉冲电 流的最大值（瞬时）。 （10）放电状态 放电状态指电火花加工时放电间隙内每一 脉冲放电时的基本状态。一般分为五种放电状态和脉冲类型。 如图2-5。 1）开路（空载脉冲） 放电间隙没有击穿，间隙上有大于 50V的电压，但间隙内没有电流流过，为空载状态 （td=ti）。 2）火花放电 波形特点是：电压上有td、tc，电流上Ie，波 形上有高频振荡的小锯齿波形。 3）过渡电弧放电 过渡电弧放电是正常火花放电与稳定电弧 放电的过渡状态，是稳定电弧放电的前兆。波形特点是击穿 延时td很小或接近于零，仅成为一尖刺，电压电流波上的高 频分量变低成为稀疏和锯齿形。
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2.1.2 电火花成型加工的基本规律
1．实现电火花成型加工的条件 实现电火花加工，应具备如下条件： 1）工具电极和工件之间必须维持合理的距离。 2）两电极之间必须充入介质 在进行材料电火花尺寸加工 时，两极间为液体介质（专用工作液或工业煤油）；在进行 材料电火花表面强化时，两极间为气体介质。 3）输送到两电极间的脉冲能量密度应足够大。 4）放电必须是短时间的脉冲放电 放电持续时间一般为 10-7～10-3s。 5）脉冲放电需重复多次进行，并且多次脉冲放电在时间上 和空间上是分散的。 6）脉冲放电后的电蚀产物能及时排放至放电间隙之外。
按照工具电极的形式及其与工件之间相对运动的特征，可将 电火花加工方式分为六类： （1）利用成型工具电极，相对工件作简单进给运动的电火 花成形加工； （2）利用轴向移动的金属丝做工具电极，工件按所需形状 和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工； （3）利用细管冲注高压水基工作液，作简单轴向进给运动 的小孔加工； （4）利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨 削或成形磨削的电火花磨削； （5）用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭 回转加工； （6）刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。
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（5）火花维持电压：火花维持电压是每次火花击穿后，在 放电间隙上火花放电时的维持电压，一般在25V左右，但它 实际是一个高频振荡的电压。 （6）加工电压或间隙平均电压U（V） 加工电压或间隙平 均电压是指加工时电压表上指示的放电间隙两端的平均电压， 它是多个开路电压、火花放电维持电压、短路和脉冲间隔等 电压的平均值。 （7）加工电流I（A） 加工电流是加工时电流表上指示的 流过放电间隙的平均电流。 （8）短路电流IS（A） 短路电流是放电间隙短路时（或人 为短路时）电流表上指示的平均电流（因为短路时还有停歇 时间内无电流）。它比正常加工时的平均电流要大2040%。
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2.1.3电火花成型加工设备
1．电火花加工成型机床结构 由脉冲电源、床身、数控装置、工作液循环系统、伺服进给 系统、等组成，如图2-9所示。 （1）脉冲电源 把工频交流电转换成供给火花放电间隙所需要的能量来蚀除金 属。表2-2电火花脉冲电源分类。 （2）机床主体 包括床身和立柱等基础结构，确保电极与工作台、工件间的相 互位置。 （3）数控装置 控制与调整电极与工件间的相对位置。
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图 2-10为工作液循环系统油路图，其工作过程是：储油箱 的工作液首先经过粗过滤器1、单向阀2、吸入液压泵3，高 压油经过不同形式的精过滤器 7 输向机床工作液槽，溢流安 全阀5控制系统的压力不超过 400KPa，快速进油控制阀 10供快速进油用，待油注满油箱时，可及时调节冲油选择阀 13，由阀9来控制工作液循环方式及压力，当阀13在冲油位 置时，补油冲油都不通，油杯中油的压力由阀9控制。当阀 13在抽油位置时，补油和抽油两路都通，压力工作液穿过射 流抽吸管12，利用流体速度产生负压，达到实现抽油的目的。 在工作液系统中必须采用过滤装置，以及时将加工产生的蚀 除物颗粒滤掉，保持工作液的清洁，使放电过程能稳定持续 地进行。其过滤方式和特点见表2-3 。
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（4）工作液循环系统 用于向放电区域不断提供干净的工作液，并将电蚀产物带出 放电区域，经过过滤器滤掉这些微粒。 1）放电结束后恢复放电间隙的绝缘状态。 2）使电蚀产物较易从放电间隙中悬浮、排泄出去，免得放 电间隙严重污染，导致火花放电点不分散而形成有害的电弧 放电。 3）冷却工具电极和降低工件表面瞬时放电产生的局部高温。 4）工作液还可压缩火花放电通道，增加通道中压缩气体、 等离子体的膨胀及爆炸力。 5）工作液应对人体和设备无害，安全和价格低廉。
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（4）加工速度 加工速度高时，工具电极的损耗会增大。 粗加工采用长脉冲时间和高放电电流，实现了速度高，损耗 小的目的。精加工，大大压缩脉冲放电时间这样加大了工具 电极相对损耗，又大幅度降低了加工速度。 （5）表面粗糙度 加工速度高时，加工表面粗糙度会增大。 为了解决电火花加工速度与加工表面粗糙度之间的矛盾，采 用分离工具电极多回路加工。 （6）工具电极损耗 电极损耗分为绝对损耗和相对损耗。 绝对损耗最常用的是体积损耗速度Ve和长度损耗速度Veh二 种方式，它们分别表示在单位时间内，工具电极被蚀除的体 积和长度。即 Ve=ΔV/t（mm3/min） Veh=ΔH/t（mm/min）相对损耗是工具电极绝对损耗与 工件加工速度的百分比。图2-7为相对长度损耗示意图。
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2．影响电火花成型加工的因素 （1）极性效应 电火花加工时，相同材料两电极的被腐蚀 量是不同的。其中一个电极比另一个电极的蚀除量大，这种 现象叫做极性效应。把工件与脉冲电源正极相接的加工称为 “正极性”加工，反之为“负极性”加工。当采用短脉冲精 加工时，应选用正极性加工，当采用长脉冲粗加工时，应选 用负极性加工，当电极和工件均为钢，工件均应和负极相接， 即采用负极性加工。 （2）覆盖效应 在油类介质中放电加工会分解出负极性的 游离碳微粒，在合适的脉宽、脉间条件下将在放电的正极上 覆盖碳微粒，叫覆盖效应。利用覆盖效应可以降低电极损耗。 （3）二次放电 二次放电是指已加工表面上由于电蚀产生 物再次进行的非正常放电，它集中表现在加工深度方向产生 斜度和加工棱角边变钝等方面。如图2-6所示。
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电火花加工也有其一定的局限性： （1）它仅适于加工金属等导电材料。 （2）在一般情况下，电火花加工的加工速度要低于切削加 工。 （3）工具电极的损耗大多集中在尖角及底部棱边处，直接 影响了电火花成形加工的成形精度。 （4）最小圆角半径有限制，难以清角加工。 （5）加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除。 （6）工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。
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3．数控电花火成型加工机床的工具电极的选择 工具电极材料必须具有导电性能良好、电腐蚀困难、电极损 耗小，并且具有足够的机械强度、加工稳定、效率高、材料 来源丰富、价格便宜等特点。 石墨电极加工容易，密度小，重量轻，但力学性能较差，在 采用宽脉冲大电流加工时容易起弧烧伤。 紫铜的组织致密、韧性强，用来加工形状复杂、轮廓清晰、 精度高和表面粗糙度小的型腔，但紫铜的切削加工性能差， 密度较大，价格较高，不适宜大中型电极。 铜钨合金和银钨合金是较理想的型腔加工电极材料，但价格 昂贵。 电火花成型加工中常用的电极材料的性能及应用特点如表21 所示。