先进制造技术课后作业

第一章制造业与先进制造技术复习思考题1-1叙述制造、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：所谓制造即为人类按照市场需求，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设计的硬件、软件和人员组成的一个具有特定功能的有机整体。

制造业是指将制造资源，包括物料、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造过程转化为可供人们使用和消费的产品的行业。

制造的概念有广义和狭义之分，两者的区别是，狭义的制造是指系统生产车间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。

1-2制造业在国民经济中的地位与作用如何？答：制造业的发展对一个国家的经济、社会以致文化的影响是十分巨大和深刻的，其在国民经济中的地位和作用如下：1.人们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，特别是机械装备制造业，其技术发展水平更决定着全社会的长远效益和经济的持续增长。

3.制造品出口在国际商品贸易中一只占有较大的份额，因而，发展制造业，提高制造技术是影响是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，是支持服务也更快发展的重要条件，从而使三者之间保持协调发展，加快经济增长。

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，包括经费支持，研究开发上提供许多重要的研究方向与课题及先进的实验设备。

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。

1-5叙述先进制造技术提出的背景，各国和我国对先进制造技术发展战略如何？答：先进制造技术的产生和发展有其自身的社会经济、科学技术以及可持续发展的根源和背景。

1.美国的“先进制造技术计划”和“制造技术中心计划”2.日本的政策和“智能制造技术计划”3.欧共体的“EREKA计划”、“ESPRIR计划”和“BRITE计划”4.韩国的“高级先进技术国家计划”5.结合我国的基本国情，我国的先进制造技术发展战略应为：1.提高认识，全面规划，力促先进制造技术的发展。

2.深化科技体制改革，推动技术创新体系的建设。

3.将引进、消化国外先进制造技术与自主开发创新相结合。

4.大力发展先进高新制造技术及其产业。

5.积极培养创造性人才，努力提高制造业的全员素质。

第三章先进制造工艺技术复习思考题3-2有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。

答：1、受迫成形，它是利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法，如铸造、锻压、粉末冶金和高分子材料注射成形等工艺方法就属于这一类。

2、去除成形，是将一部分材料有序地从基体中分离出去的成形方法，如传统的车、铣、刨、磨切削加工以及电火花、激光切割等特种加工工艺方法。

3、堆积成形，是运用合并与连接等手段，将材料有序地合并堆积起来的成形方法，如快速原型制造、焊接等，这种成形方法又称添加成形。

3-5什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？答：超塑性是指材料在一定的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等）下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的伸长率现象。

目前金属超塑性主要有等温模锻、挤压、气压成形。

真空成形、模压成形等工艺手段获得。

3-6目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些先进技术？答：近年来在高分子材料注射成形工艺中出现了许多新的先进技术，如以组合惰性气体为特征的气辅成形、微发泡成形等；以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、折射压制成形、表面贴和成形等；以组合模具移动加热等过程为特征的自切浇口成形、模具化合成形、热流道模具成形等；以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。

3-11在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？分析高速切削加工所需解决的关键技术。

答：高速加工是一个相对的概念，由于不同的加工方式、不同工件材料有不同的高速切削加工速度的范围，很难就高速加工的速度给出一个确切的定义，一般来说高速加工的速度比常规加工速度几乎高出一个数量级。

高速切削加工所需解决的关键技术：1、高速主轴：为适应高速切削加工，其应具有先进的主轴结构，优良的主轴轴承，良好的润滑和散热等新技术。

2、快速进给系统：工作台的快速进给应采用直线电动机来适应在高速切削时很高的进给速度和运动加速度。

3、高性能的CNC控制系统：用于高速加工的CNC控制系统必须具有很高的运算速度和运算精度，以及快速响应的伺服控制。

以满足高速及复杂性强的加工要求，如现在全数字交流伺服电动机和控制技术已得到广泛应用。

4、先进的机床结构：为了适应粗精加工、轻重切削负荷和快速移动的要求、同时保证高精度，高速切削机床必须具有足够的刚度、强度和高的阻尼特性极高的热稳定性，通过改革床身结构和使用高阻尼特性材料来有效解决5、高速切削的刀具系统：刀具必须具有良好的平衡状态和安全性能，其设计必须根据高速切削的要求，综合考虑磨损、强度、刚度和精度等方面的因素。

通常使用的刀具材料有硬质合金涂层刀具、陶瓷刀具、聚晶金刚石刀具和立方氮化硼刀具。

3-12分析RPM工作原理和作业过程，列举典型的RPM工艺方法。

答：RPM技术是采用软件离散—材料堆积的原理实现零件的成形过程，其原理如下：设计人员→CAD造型系统}CAD模型→数据文件→分层切片→RPS→产品三维实体→三维数字化仪等典型RPM工艺方法有光敏液相固化法、选取片层粘结法、选区激光烧结法和熔丝沉积成形法。

3-15叙述微机械的基本特征。

目前有哪些微细加工工艺方法？答：概括起来微机械具有以下几个基本特征：1、体积小，精度高，重量轻。

2、性能稳定，可靠性高3、能耗低，灵敏度和工作效率高4、多功能和智能化5、适用于大批量生产，制造成本低。

目前微细加工工艺方法有超微机械加工、光刻加工、体刻蚀加工技术、面刻蚀加工技术、LIGA技术、封接技术、分子装配技术。

第四章制造业与先进制造技术复习思考题4-1 叙述制造自动化技术发展与趋势。

答：自动化最初于1936年所提出，其核心是“自动地去完成特定的作业”。

之后随着技术的进步，自动化的功能目标在不断的随着自动化手段的提高、时代的进步而变化。

加入了计算机和信息技术的发展，自动化的功能目标不再仅仅是代替人的体力劳动，同时还代替人的部分脑力劳动。

制造自动化促使制造业逐渐由劳动密集型产业向技术密集型和知识密集型产业转变。

采用这种技术能够提高劳动生产率、大幅度提高产品质量、降低制造成本、提高经济效益、大大提高企业的市场竞争能力。

4-7 描述工业机器人的结构组成。

答：工业机器人由执行机关、控制系统、驱动系统、以及位置检测机构等几部分组成。

执行机构由手部、腕部、臀部、机身、机座及行走机构组成。

控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序运作。

驱动系统是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发来的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。

位置检测装置：通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到设定的位置。

4-11 分析FMS结构组成、特点和适用范围。

答：FMS主要由四部分组成：加工系统、工件运储系统、刀具运储系统、一套计算机控制系统。

除前四部分外，FMS还包含集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等附属系统。

FMS的特点：1.设备柔性 2.工艺柔性 3.产品柔性 4.工序柔性 5.运行柔性 6.批量柔性 7.扩展柔性。

FMS适用范围：按系统规模和投资强度可分为5个不同层次1）柔性制造模块是指一台扩展了自动化功能的数控机床，FMM相当于功能齐全的加工中心。

2）柔性制造单元由1-2台数控机床组成，除了能够自动更换刀具之外，还配有存储工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。

FMC自成体系，占地面积小、成本低、功能完善、有廉价小型FMS之称。

3）柔性制造系统，包括2台以上的CNC、FMM或FNC组成，其控制与管理功能比FMC强，规模比FMC大，对数据管理与通信网络要求高。

4）柔性制造生产线：其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合机床。

5）柔性制造工厂：将柔性制造自动化由FMS扩展到全企业范围，通过计算机网络系统的有机联系，实现在全企业范围内的生产经营管理过程、设计开发过程、加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动化工厂的目标。

4-16 叙述FMS控制系统的体系结构。

答：FMS控制系统一般采用三层递阶控制结构，包括：系统管理与控制层、过程协调与监控层、设备控制层。

1.系统管理控制层：又称单元控制层，它执行上级下达的生产任务，制定系统生产作业计划，实时分配作业任务给各个工作站、点，监控系统的执行、协调各部门与FMS的工作及相互支援等。

2.过程协调与监控层：又称工作站控制层，主要协调工件在系统中的流动，完成各设备间的交换、系统运行状态的监视与控制、加工程序的分配、工况和设备运行数据的采集以及向上级控制器报告等。

3.设备控制层：它由加工机床、机器人、AGV、自动化仓库等设备的CNC装置和PLC逻辑控制装置组成，直接控制各类加工设备和物料系统的自动工作循环，接受和执行上级系统的控制指令，并向上级系统反馈现场数据和控制信息。