先进制造技术习题解答

1. 狭义制造和广义制造有什么区别？
狭义制造：指产品的机械加工工艺过程，又称小制造。

即制造是一种将有关资源（包括物料、能源、资金、人力资源、信息等）按照社会需求转变为新的有更高应用价值的资源的行为和过程。

——包括加工和装配两大过程。

广义上，“制造”的概念在“范围”和“过程”两个方面有所扩展。

在范围方面，广义制造涉及的领域并非只局限于机械制造，而是涉及到机械、电子、化工、食品、军工等大量行业。

在过程方面，广义制造不仅包括加工工艺过程，而且包括从市场调研到产品设计、工艺设计、加工、装配、生产计划和控制以及检验、销售、服务等---产品整个生命周期的所有过程。

2. 什么是产品生命周期？
任何产品都有一个从引入到消亡的过程。

这个过程称为产品生命周期。

一般以产品销量和利润的变化为标志分为四个阶段：引入期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段。

3. 简述先进制造技术的科学内涵。

是制造业不断吸收机械、电子、信息、材料、能源和现代管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理销售、使用和服务的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活的生产,提高制造企业对动态多变的市场的适应能力和竞争能力的制造技术总称。

具有：①先进性②广泛性③实用性④系统性⑤集成性⑥动态性⑦持续发展性。

4. 先进制造技术的发展趋势如何？怎样理解？
集合多学科成果形成一个完整的制造体系——整体化：传统制造技术、信息技术、计算机技术、自动化技术、先进的管理科学相结合；信息技术对先进制造技术的发展影响深远——信息化——数字化：制造业信息化即将信息技术、自动化技术、现代管理技术与制造技术相结合，带动产品设计方法和工具的创新，企业管理模式的创新，企业间协作关系的创新。

典型代表如CIMS、CE、AM、虚拟企业等；向超精微细领域扩展——精密化：微型机械，纳米测量、微米/纳米加工制造；制造过程集成化——集成化CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM/ERP集成（淡化了学科界限-技术与管理的集成），快速原形制造技术，使得设计思想能够快速转化为物理原形，甚至能够直接制成零件（淡化了设计与制造的界限-技术集成），机器人加工工作站及FMS的出现，使加工过程、检验过程、物流过程融为了一体（淡化了专业界限-过程集成）；制造科学与制造技术、生产管理的融合——集成化：制造科学是制造系统和制造过程知识的系统描述，包括数字描述、仿真、优化、设计理论和方法、运动学、动力学、结构强度、摩擦学等。

制造技术包含在制造科学之中，制造科学体现在制造技术里，技术和管理由生产模式结合在一起；需求的多样化、多变性——柔性化；虚拟现实技术——虚拟化、智能化：虚拟制造技术；虚拟企业；“虚拟”技术将会在数字化设计、数字化控制、数字化管理中贯穿始终；制造全球化——全球化、网络化：制造企业在世界范围内的重组与集成；制造技术信息和知识的协调、合作和共享；全球制造的体系结构、产品及市场的分布及协调等；绿色制造的兴起——绿色化：绿色产品设计技术；绿色制造技术；产品的回收和循环再制造技术。

第二章
1.简述现代设计技术的技术特征及原则。

1. 以计算机设计为核心：①设计手段的更新——设计手段从手工向自动的转变②产品表示的转变——产品表达从二维向三维的转变③设计方法的发展——设计方法从经验向科学的转变④工作方式的变化——化工作方式从串行向并行的转变⑤设计与制造一体——设计制造从独立向一体的转变⑥管理水平的提高——管理水平从人为向数据的转变⑦组织模式的开放——组织模式从封闭向开放的转变
2. 以设计理论为指导①传统设计主要
是以生产经验为基础，结合运用力学、数学公式、经验公式、图表及手册等作为依据进行。

②现代设计方法是基于多种科学方法论形成的，因而可以减小经验设计的盲目性和随意性，提高设计的主动性、科学性和准确性。

因此，现代设计是以理论指导为主、经验为辅的一种设计。

2.现代设计依据的科学方法论有哪些？
①突变论②信息论③智能论④系统论⑤优化论⑥相似论⑦功能论⑧控制论
⑨离散论⑩模糊论11 艺术论
3.什么是概念设计？叙述广义概念设计的内容？
总体方案设计即称为概念设计。

该阶段是由设计人员根据产品的功能要求，构思或创造出产品的原理方案的过程。

广义概念设计的内容从分析用户需求到生成概念产品的一系列有序的、可组织的和有目标的设计活动，它表现为由粗到精、由模糊到清晰、由抽象到具体以及不断进化的过程。

4.简述概念设计的步骤。

总功能分析——功能分解——功能元求解——功能载体组合——功能原理方案(多个)——原理试验——评价决策——最优原理方案——原理参数表、方案原理图
5.传统开发方式与并行开发方式有何区别？
串行开发方式的特点①信息的传递是顺序进行的；②信息传递滞后。

缺点：造成设计的大量改动和产品试制的返工，所以延长了产品的开发周期，同时也增加了开发成本。

并行工程要求在进行产品设计时，应将时间上存在先后顺序的知识处理和作业实施过程转变为同时考虑和尽可能同时处理或并行处理。

并行工程强调全局性的考虑问题，要求产品研制者一开始就应综合考虑产品全生命周期中的所有因素。

即在产品设计的一开始，就综合考虑后续环节中的各种需要，将可能出现的问题在一开始就避免掉，从而使产品开发能一次成功。

6.什么是并行工程？它的运行特征有哪些？
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的一种系统化工作模式。

①并行特性：即把时间上存在先后顺序的知识处理和作业实施过程转变为同时考虑和尽可能同时（或并行）处理的过程。

②整体特性：强调全局性的考虑问题，追求整体最优，必要时可以牺牲局部利益。

③协同特性：强调群体协同工作④集成特性CE是一种系统集成方法，具有人员、信息、功能、技术的集成特性。

7.简述并行设计的技术特征和关键技术？
并行设计的技术特征①产品开发过程采用群组工作方式②统一的产品信息模型③分布式的信息系统和网络化平台④开放式的系统界面。

关键技术：①产品开发过程建模及优化技术②支持并行设计的计算机框架和信息系统③模拟仿真技术
第三章
1. 简述先进制造工艺的发展趋势。

采用模拟技术，优化工艺设计；毛坯成型向近无余量及近无“缺陷”的方向发展；机械加工向超精密、超高速方向发展——以超精密、超高速加工为代表；特种加工方法和应用领域不断拓展——以激光加工技术为代表；采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制——以微机械加工为代表；绿色制造工艺的研究与应用；加工与设计趋于集成和一体化——以快速原型制造为代表。

2. 目前技术条件下，普通加工、精密加工和超精密加工是如何划分的？
普通加工低于1～10μm Ra 0.1～0.8μm以上；精密加工0.1～1μm Ra 0.01～0.1μm；超精密加工高于0.01～0.1μm小于Ra 0.005～0.01μm
3. 什么是进化加工原则？
机械加工中，保证零件加工精度的途径主要有两条：“母性原则”即“蜕化原则”——要求
加工设备的精度高于工件加工精度。

“进化加工原则”——在精度比工件精度要求低的加工设备上，直接或间接加工出高精度的工件。

要求加工机床必须具备在线监测和误差补偿技术。

4. 何谓超精密切削加工？简述超精密加工对刀具的要求？为什么当今超精密切削加工一般均采用金刚石刀具？与普通加工机理不同，超精密加工要达到亚微米级（0.01μm）及其以上的精度，切削时背吃刀量（切削深度）可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒内进行，是对晶粒的破坏，相当于是将晶体一部分一部分的切除。

因此，切削力一定要超过晶体内部非常大的分子和原子的结合力，才能形成微量或超微量切削。

超精密切削时，切削力要超过分子或原了间的巨大结合力，从而使刀刃承受很大的剪切应力，并产外很大的热量，造成刀刃在局部区域内的高应力、高温的工作状态，这对于普通的刀具材料是无法承受的，普通刀具在高温、高压下会快速磨损和软化，使切削无法继续进行。

而且为了实现极薄切削，刀具的刃口钝圆半径应达到纳米级。

这对普通材料的刀具是无法实现的。

5. 叙述超精密加工对机床设备的要求？超精密加工对工作环境的要求？机床设备：超精密加工机床特点：要求具有高精度、高刚度、良好的稳定性、抗震性和数控功能。

机床布局：超精密切削机床一般采用T型布局，不用后顶尖，主轴箱带动工件在铅垂方向做旋转运动，刀架溜板做水平运动，这是为了提高主轴的制造精度和运动精度。

主轴的回转精度高、床身要求：抗振、热膨胀系数低、尺寸稳定性好。

床身材料：多采用人造花岗岩，尺寸稳定性好、热膨胀系数低、硬度高、耐磨、不生锈、可铸造成形，克服了天然花岗岩有吸湿性不足。

导轨要求：高直线精度，直线度为0.1～0.2um／250mm、微量进给装置。

工作环境：恒温——要求：20oC±1℃～±0.01℃实现方法：大、小恒温间+局部恒温（恒温罩，恒温油喷淋）◆恒湿——要求：相对湿度35%～45%，波动±10%～±1%实现方法：采用空气调节系统◆净化——要求：10000～100级（100级系指每立方英尺空气中所含大于0.5μm尘埃个数不超过100）实现方法：采用空气过滤器，送入洁净空气◆隔振——要求：消除内部、隔绝外部振动干扰实现方法：隔振地基，隔振垫层，空气弹簧隔振器
6. 超精密磨料加工有哪些方法？固结磨料加工（砂轮磨削、砂带磨削、油石研磨、砂带研抛）游离磨料加工（弹性发射加工、磁性研磨、液体动力抛光）。