先进制造技术

先进制造技术
1.先进制造技术由美国提出（19世纪80年代）。

2.先进制造技术的定义：先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、能源及现代系统管理等方面的成果，并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程，以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产，提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。

P10
3.先进制造技术的技术构成（三个层次：1基础技术2新型单元技术3集成技术）（三个技术群：1主体技术群2支撑技术群3制造技术环境）P11 P13
4.先进制造技术的分类：1现代设计技术2先进制造工艺3自动化技术4系统管理技术
5.现代设计技术的定义：是根据产品的功能要求和市场竞争（时间、质量、价格等）的需要，应用现代技术和科学知识，经过设计人员的创造性思维、规划和决策、制定可以用于制造的方案，并使方案付诸实施的技术。

（名词解释）P23
6.可靠性与可靠度的理解：可靠性：产品在规定条件下和规定时间区间内，完成规定功能的能力。

可靠度：零件（系统）在规定的运行条件下，在规定的工作时间内，能正常工作的概率。

P30
7.可靠性的指标：可靠度，失效率或故障率，平均寿命等等。

（填空）
8.可靠性预测：1串联系统的可靠度将因组成单元数的增加而降低，且其值要比可靠度最低的那个单元的可靠度还低，因此，最好采用等可靠度单元组成系统，并且组成单元越少越好。

2并联系统恰好和串联系统相反，他的可靠度总是大雨系统中任一个单元的可靠度。

另外，并联系统的组成单元越多，系统的可靠度越大。

9.系统动态设计的方法：1传递函数分析法2模态分析法3模态综合法（填空）
10.摩擦学设计：1流体动压润滑（面对面接触摩擦副）2弹性流体动压润滑（面对点线接触摩擦副）。

11.最优化设计是（定义）：以数学规划为理论基础，以计算机为工具，在充分考虑多种约束的前提下，寻求满足某预定项目的最佳设计方案。

12.优化设计的数学模型三要素：1目标函数2设计变量3约束条件（填空）。

13.技术性创新设计的思维：1分析与综合思维2收敛于发散式思维3对应于联想式思维4离散与组合式思维5换元与移植式思维6正向、迂回与反向思维
14.创新工作方法：1）智暴法2）635法3）陈列法4）哥顿法5）输入输出法（填空）15.工业设计：解决人造物与人之间的关系。

工程设计：解决人造物与物之间的关系
16.绿色产品的定义：就是在其生命周期全过程中，符合特定的环境保护要求，对生态环境无害或危害极少，对资源利用率高，能源消耗最低的产品。

17.绿色设计的定义：绿色设计是一种方法，即在产品整个生命周期内，优先考虑产品环境属性（可拆卸性、可回收性、可维护性、可重复利用性等），并将其作为设计目标，在满足环境目标要求的同时，保证产品应有基本的性能、使用寿命、质量等。

18.先进制造工艺的成形方法：1去除成形2受迫成形3堆积成形4生成成形
19.金属型铸造：按照液态金属的充填方法和凝固特点，金属铸造可分为金属型重力铸造、金属型低压铸造、金属型离心铸造、金属型高压铸造（压铸）、以及金属型挤压制造等。

20.1）压铸机：热压室压铸机：压室与坩埚连成一体，因压室浸入液态金属中而得名，其压铸机构安置在保温坩埚的上方。

2）冷压室压铸机：压室与保温坩埚是分开的，压铸时从保温坩埚中舀取液态金属倒入压铸机上的压室然后进行压射。

21.挤压铸造工艺于1937年前苏联问世，当时被称为“液态金属模压”。

22.消失模铸造：50年代后期，美国出现。

原理：该法首先采用预发泡成型机制成泡沫
塑料模样（包括铸件及浇注系统的模样），经
粘接组成实体模组，并在其上涂刷特制涂料，
待干燥后放置于特制的沙箱中，填入不含水
分及粘接剂的干砂，经三维振动紧实，抽真
空状态下浇注，泡沫模型汽化消耗被金属置
换，复制出于泡沫塑料模样相同的铸件，冷
凝后取出铸件，进行下一循环。

23.超塑性的分类：1）微晶组织超塑性（即
恒温超塑性或机构超塑性）2）相变超塑性（即
变温超塑性或动态超塑性）3）其他超塑性。

24.辊锻是反向旋转，楔横轧是同向旋转。

25.切割：【1】等离子弧切割原理：等离子弧
切割是利用高温、高速的等离子弧及其焰流
使工件材料熔化、蒸发和汽化并被吹离基体
的一种切割方法。

【2】超声切割：利用超声
振动的工具在有磨料的液体介质或干磨料中，
产生磨料的冲击、抛展、液压冲击及由此产
生的气蚀作用来去除材料。

特别合适脆硬材
料切割。

【3】高压水射流切割：是利用水或
水中加添加剂的液体，经水泵增压器，再经
贮液蓄能器使高压液体流动平稳，最后由人
造蓝宝石喷嘴形成300~900m/s的高速液体
束流，喷射到工件表面，从而达到去除材料
的目的。

高速液体束流能量密度
2
2mm
/
W
10流量为7.5L/min。

26.离子热处理：是利用低真空中稀薄气体的
辉光放电现象处理表面的总称。

27.表面工程技术：表面改性技术、表面覆层
技术、复合表面技术（填空）。

28.热喷涂工艺方法：火焰喷涂，电弧喷涂，
等离子喷涂，爆炸喷涂和超声速喷涂。

29.超高速加工技术定义：采用超硬材料刀具
磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高
自动化、高柔性的制造设备，以极大的提高
切削速度来达到提高材料切除率、加工精度
和加工质量的现代化制造加工技术。

30.超高速加工材料的切削速度范围：铝合金
2000~7500m/min，铸铁900~5000m/min，钢
600~3000m/min，超耐热镍合金500m/min，
钛合金150~1000m/min，纤维增强塑料为
2000~9000m/min。

制造工序切削范围：车
700~7000m/min，铣300~6000m/min，钻
200~1100m/min，磨150m/s以上。

超高速加
工和超精密加工是重点，其他的自己看
31.P160图片结合P159 萨洛蒙指出理解
32.超高速加工使用的刀具材料：聚晶金刚石
（PCD），聚晶立方氮化硼（PCBN）。

刀具切削
刃材料：超细晶粒硬质合金、聚晶金刚石
（PCD）、立方氮化硼（CBN）、氮化硅
（
4
3
N
S i）陶瓷材料、混合陶瓷和碳
（氮）化钛基硬质合金以及采用气象沉淀法
的超硬材料涂层刀具等。

33.超高速加工有三刚：静刚度、动刚度，热
刚度特性都极好的机床支承构件，近年来出
现的聚合物混凝土材料（人造花岗岩）是以
石英岩等矿物的颗粒作填充料，用热固性树
脂的粘接剂，通过聚合反应成型，制成高速
或超高速加工机床的床身和立柱。

34.超精密加工技术的影响因素：1）被加工
材料2）加工设备3）刀具4）检测和误差补
偿5工作环境：恒温恒湿，净化隔震
35.P171超精密磨削：利用细粒度的磨料和
微粉对黑色金属和脆硬材料等进行加工，可
分为固结磨料和游离磨料两大类加工方式。

36.微型机械加工技术的前沿关键技术：1）
微型系统设计技术2）微细加工技术3）微型
机械组装和封装技术4）微系统的表征和测
试技术。

其针对的尺寸为1nm~10mm之间。

37.微型机械的微细加工工艺主要有半导体
加工技术、LIGA技术、集成电路（IC）技术、
特种精密加工、微细切削磨削加工、快速原
型制造技术和键合技术等。

半导体加工技术
是在半导体的表面和立体的微细加工，指在
以硅为主要材料的基片上，进行沉淀，光刻
与腐蚀的工艺过程。

半导体加工技术使MEMS
的制作具有低成本、大批量生产的潜力。

LIGA
技术的机理是由深层X射线光刻、电铸成型
及塑注成形三个工艺组成。

主要工艺过程由
X光光刻掩膜版的制作、X光深光刻、光刻胶
显影、电铸成型、塑模制作、塑模脱模成形
等组成。

38.特种加工的特点：1）工具材料的硬度可
以大大低于工件材料的硬度；2）可直接利用
电能、电化学能、声能或光能等能量进行加
工；3）加工过程中的机械力不明显，工件很
少产生机械变形和热变形，有助于提高工件
的加工精度和表面质量；4）各种加工方法可
以有选择的复合成新的工艺方法，使生产效
率成倍地增长，加工精度也相应的提高；5）
几乎每产生一种新的能源，就有可能产生一
种新的特种加工方法。

39.高能束加工的原理和特点：【1】激光加工；
激光是一种经受激辐射产生的加强光。

其光
强度高，方向性好，相干性和单色性好，通
过光学系统可将激光束聚焦成直径为几十毫
米的极小光斑，从而获得极高的能量密度（10
的8次方~10的10次方W/平方厘米）当激光
照射到工件表面，光能被工件吸收并迅速转
化为热能，光斑区域可达10000摄氏度以上，
使材料熔化甚至汽化。

随着激光能量的不断
吸收，材料凹坑内金属蒸汽迅速膨胀，压力
突然增大，熔融物爆炸式的高速喷射出来，
在工件的内部形成方向性很强的冲击波。

激
光加工就是工件在光热条件下产生的高温熔
融和冲击波的综合作用过程。

特点：无磨损
问题，几乎可以加工任何金属与非金属，非
接触加工，无明显机械力，能加工易变性的
薄板和橡胶等弹性材料，加工速度快，热影
响区小，易实现加工过程自动化，可通过透
明介质及惰性气体等进行加工，可聚焦形成
纳米级的光斑，输出功率可大可小，可用于
精密微细加工，加工时无噪声，效率高，可
实现打孔和高速切割，可达0.01mm的平均加
工精度和0.001mm的最高加工精度，表面粗
糙度Ra值可达0.4~0.1um。

【2】电子束加工：
在真空中进行，电子枪射出的高速电子束经
电磁透镜聚焦后轰击工件的表面，在轰击处
形成局部高温，使材料瞬间熔化或汽化，从
而达到去除材料，连接或改性的目的。

特点：
电子束可实现极其微细的聚焦，可实现亚微
米和毫米级的精密微细加工；工件不受机械
力的作用，不产生宏观应力和变形，加工范
围广，对高强度高硬度高韧性的材料以及半
导体和非半导体都可以加工，电子束能量密
度高，配合自动控制加工过程，加工效率非
常高，每秒在0.1mm厚的钢板上加工出3000
个0.2mm的孔，在真空中进行，污染少，加
工表面不容易被氧化，尤其适合加工易氧化
的金属和合金材料，以及纯度要求极高的半
导体材料。

【3】离子束加工：在真空中进行，
将离子源产生的离子束经过加速后，撞击在
工件表面上，引起材料变形，破坏和分离。

由于离子带的是正电荷，其质量是电子的千
万倍，因此离子束加工主要靠高速离子束的
微观机械撞击动能，而不是像电子束主要靠
热应力。

特点：离子束轰击工件材料时，其
束流密度能量和能量可以精确控制，可以实
现纳米级的加工，是当代毫微米加工技术的
基础，在真空中进行，污染少，加工表面不
容易被氧化，尤其适合加工易氧化的金属和
合金材料，以及纯度要求极高的半导体材料，
工件不受机械力的作用，不产生宏观应力和
变形，加工表面质量非常高，但是设备费用
高，成本高，加工效率低，应用范围受到限
制。

40.虚拟轴机床：由并联杆系组成，通过控制
杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应
自由度的运动。

杆系机床的高刚度，低运动
质量，高动态性能和构造简单、制造方便的
优越性和可能的广泛应用前景，符合当前制
造装备技术的趋势：将硬件（包括机械部件）
的复杂性向软件转移，从而得到构造简单而
智能和知识含量高的机电产品。

41.P209 RMP技术的原理和特点
42.制造自动化：是在“大制造（广义）”的
制造过程的所有环节采用自动化技术，实现
制造全过程的自动化。

任务是研究对制造过
程的规划，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。

43.制造自动化的五个阶段：1）刚性自动化
2）数控加工3）柔性制造4）计算机集成制
造5）新的制造自动化模式，如智能制造，敏捷制造，虚拟制造，网络制造，全球制造，绿色制造等。

44.工业机器人的构造：1）手部2）腕部3）臂部4）机身5）机座及行走机构6）驱动系统7）控制系统
45.工业机器人的分类：1、按功能：专用机器人，通用机器人，示教再现机器人，智能机器人。

2、按驱动方式：气压床动机器人，电气传动机器人，液压传动机器人，复合传动机器人。

3、按控制方式：固定程序机器人，可编程机器人。

46.工业机器人的运动系：直角坐标，圆柱坐标（两个直线一个回转坐标），球坐标（一个直线两个回转坐标轴），关节系（三个回转坐标轴）。

47.柔性制造技术（FMT）：主要用于多品种中小批量或变量生产的制造自动化技术，它是对各种不同形状加工对象进行有效地且适应性转化产品的各种技术总称。

AMI：独立制造岛、FMC：柔性制造单元、FML：柔性制造线、P-FMS：准柔性制造系统、FMS：柔性制造系统、FA：是以FMS为主体的自动化工厂。

48.先进制造技术生产模式：是应用推广先进的制造技术的组织方式，它以获取生产有效性和适应环境变化对质量、成本、服务及速度的新要求为首要目标。

以制造资源集成为基本原则，将企业经营所涉及的各种资源、过程与组织进行一体化的并行处理，使企业获得精细、敏捷、优质与高效的特征。

49.敏捷制造AM（一种模式）:就是指制造系统在满足低成本和高质量的同时，对变换莫测的市场需求的快速反应。

50.精益生产LP（一种模式）：“在必要的时刻生产必要数量的产品”，从而消除产品生产过程中的浪费。