精密与超精密加工技术
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撑面、反射镜等需要高精度的场合，可 以达到表面粗糙度0.01µm。在可加工材 料上，包括塑性材料、有色金属、有机 玻璃、各种塑料制品、脆性材料，如硅、 锗、红外光学晶体。 金刚石超精密切削的一个典型代表是由 美国国防部高等研究计划局（DARPA） 投资，LLL实验室和空军Wright航空研 究所等单位合作研制的LODTM-大型光 学金刚石车床。该机床可以加工直径 1635 mm×500 mm，重1360 kg的大型 反射镜，如图5-1所示。
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5.2.2 金刚石刀具超精密切削 1. 金刚石刀具超精密切削机理 金刚石刀具超精密切削是微细切削，切深一般小于晶格的尺寸，切削
就在晶格内进行。这时，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、 分子结合力，刀刃上所承受的剪切应力也急速地增加并变得非常大， 产生很大的热量，导致刀刃切削处的温度极高，因此要求刀具材料不 但具有高温强度和高温硬度（10000HV）性能，而且本身质地细密， 经过精细研磨，切削刃钝圆半径可达0.02~0.002 µm，表面粗糙度可以 很低，能够进行Ra 0.05~0.008 µm的镜面切削，达到比较理想的效果。 金刚石刀具超精密切削是在高速、小切深、小进给量下，以及高应力 和高温度下进行。由于切屑极薄，切速高，不会波及工件内层，因此 塑性变形小，同样可以获得高精度、低表面粗糙度的加工表面。
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2. 先进制造技术的形成和发展
20世纪80年代末，美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强 制造业的竞争力和促进国家经济增长，首先提出了先进制造技术 （Advanced Manufacturing Technology）的概念。并于1993年批准 了由联邦科学、工程与技术协调委员会（FCCSET）主持实施的先进 制造技术计划。
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本书仅讨论与船舶机械制造相关的先进制造技术。主要包
含两个大的方面：
(1) 制造系统自动化
这一领域涉及的技术主要有数控（NC）、计算机辅助工
程（CAE）、计算机集成制造系统（CIMS）、智能制造
（IMS）、生产模式技术（如绿色制造（GM）、敏捷制
造（AM）、并行工程（CE）、反求工程（RE）、快速
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就目前的发展来说,先进制造技术可以定义为：
制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通讯、 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Hale Waihona Puke Baidu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。
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2. 金刚石刀具超精密切削的工作要素
金刚石刀具超精密切削的工作要素主要包括刀具、机床、被加工材料、 装夹技术和环境因素等。
(1) 金刚石刀具。金刚石刀具的材质、几何形状、刃磨质量及安装调 整对加工质量有直接影响。
(2) 机床。金刚石刀具超精密切削机床的强度、刚度、稳定性、抗振 性等直接影响加工质量，
(3) 被加工材料。金刚石刀具性脆，抗振、抗冲击性能差。对被加工 材料的均匀性和微观缺陷应有很高要求。
(4) 工件的定位和夹紧。应持续发展橡胶膨胀芯轴、真空夹具、粘接 法装夹等新的装夹技术。
(5) 工作环境。精密加工与超精密加工应有恒温、恒湿、净化和抗振 条件，才能保证加工质量。
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3. 金刚石超精密切削的应用 在航空航天上主要用于陀螺仪的内外支
第5章 先进制造技术
Advanced manufacturing technology
重点： 精密与超精密加工技术 、特种加工技术 、现代机械制造系统 难点：绿色制造技术
§5-1 概述 1. 先进制造技术的概念 先进制造技术是相对于传统制造技术而言的，
由于技术的连续渐进式发展，因此很难确切划 定传统制造技术和先进制造技术的分界线。
2. 精密与超精密加工的特点 精密加工与超精密加工的主要特点是机床精度高、刚性好，
机床具有精确的微量进给装置，机床工作台低速运动稳定 性好以及工艺系统抗振性好，除此以外，一般还具有如下 特点： 1)“进化”加工原则 2) 微量切除 3) 系统化 4) 自动化 5) 特种加工方法和复合加工方法 6) 加工检测一体化
此后，欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作 出响应。进入21世纪,先进制造技术发展迅猛，并以其先进性、广泛 性、实用性和集成性等特点交叉渗透到各个学科和专业，逐步形成 了一个完整的学科技术群。
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3. 先进制造技术的内容体系 主要分为主体技术群和支撑技术群。 1) 主体技术群 主体技术群包含两个部分： (1) 面向制造的设计技术群，指用于生产准备（制造准备）的工具群和技术群，
如计算机辅助设计（CAD）以及工艺过程建模和仿真等。 (2) 制造工艺技术群（加工和装配技术群），指用于物质产品（物理实体产品）
生产的过程及设备，不仅涉及机械加工，而且还包括先进热加工工艺（如铸、 锻、焊）、新型材料（如复合材料、超硬材料、工程陶瓷等）的成形技术以 及非常规加工方法（如激光、电磁加工、超塑加工）等诸多领域。 2) 支撑技术群 支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。 诸如：测试和检验、物料搬运、生产（作业）计划的控制以及包装等。它们 也是用于保证和改善主体技术群的协调运行所需的技术，是工具、手段和系 统集成的基础技术。
成型技术（RP）、虚拟制造技术（VM）、网络化制造技
术等。
(2) 先进制造工艺
如精密加工、特种加工技术、快速成形制造、表面处理技
术、高能密度加工技术等方面。
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5.2 精密与超精密加工技术
5.2.1 概述
1. 精密与超精密加工的概念 现在，一般将加工精度在10µm左右，表面粗糙度值为Ra
0.2~0.8µm的加工方法划分为一般加工； 加工精度为0.1~10µm，表面粗糙度值为Ra 0.01~0.1µm的
加工方法划分为精密加工； 加工精度高于0.1µm，表面粗糙度值小于Ra 0.025µm的加
工方法划分为超精密加工。 目前超精密加工的水平已达到纳米级，甚至向更高水平发
展。
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5.2.2 金刚石刀具超精密切削 1. 金刚石刀具超精密切削机理 金刚石刀具超精密切削是微细切削，切深一般小于晶格的尺寸，切削
就在晶格内进行。这时，切削力一定要超过晶体内部非常大的原子、 分子结合力，刀刃上所承受的剪切应力也急速地增加并变得非常大， 产生很大的热量，导致刀刃切削处的温度极高，因此要求刀具材料不 但具有高温强度和高温硬度（10000HV）性能，而且本身质地细密， 经过精细研磨，切削刃钝圆半径可达0.02~0.002 µm，表面粗糙度可以 很低，能够进行Ra 0.05~0.008 µm的镜面切削，达到比较理想的效果。 金刚石刀具超精密切削是在高速、小切深、小进给量下，以及高应力 和高温度下进行。由于切屑极薄，切速高，不会波及工件内层，因此 塑性变形小，同样可以获得高精度、低表面粗糙度的加工表面。
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2. 先进制造技术的形成和发展
20世纪80年代末，美国根据本国制造业面临的挑战和机遇，为增强 制造业的竞争力和促进国家经济增长，首先提出了先进制造技术 （Advanced Manufacturing Technology）的概念。并于1993年批准 了由联邦科学、工程与技术协调委员会（FCCSET）主持实施的先进 制造技术计划。
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本书仅讨论与船舶机械制造相关的先进制造技术。主要包
含两个大的方面：
(1) 制造系统自动化
这一领域涉及的技术主要有数控（NC）、计算机辅助工
程（CAE）、计算机集成制造系统（CIMS）、智能制造
（IMS）、生产模式技术（如绿色制造（GM）、敏捷制
造（AM）、并行工程（CE）、反求工程（RE）、快速
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就目前的发展来说,先进制造技术可以定义为：
制造业不断吸收机械、电子、信息(计算机与通讯、 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Hale Waihona Puke Baidu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。
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2. 金刚石刀具超精密切削的工作要素
金刚石刀具超精密切削的工作要素主要包括刀具、机床、被加工材料、 装夹技术和环境因素等。
(1) 金刚石刀具。金刚石刀具的材质、几何形状、刃磨质量及安装调 整对加工质量有直接影响。
(2) 机床。金刚石刀具超精密切削机床的强度、刚度、稳定性、抗振 性等直接影响加工质量，
(3) 被加工材料。金刚石刀具性脆，抗振、抗冲击性能差。对被加工 材料的均匀性和微观缺陷应有很高要求。
(4) 工件的定位和夹紧。应持续发展橡胶膨胀芯轴、真空夹具、粘接 法装夹等新的装夹技术。
(5) 工作环境。精密加工与超精密加工应有恒温、恒湿、净化和抗振 条件，才能保证加工质量。
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3. 金刚石超精密切削的应用 在航空航天上主要用于陀螺仪的内外支
第5章 先进制造技术
Advanced manufacturing technology
重点： 精密与超精密加工技术 、特种加工技术 、现代机械制造系统 难点：绿色制造技术
§5-1 概述 1. 先进制造技术的概念 先进制造技术是相对于传统制造技术而言的，
由于技术的连续渐进式发展，因此很难确切划 定传统制造技术和先进制造技术的分界线。
2. 精密与超精密加工的特点 精密加工与超精密加工的主要特点是机床精度高、刚性好，
机床具有精确的微量进给装置，机床工作台低速运动稳定 性好以及工艺系统抗振性好，除此以外，一般还具有如下 特点： 1)“进化”加工原则 2) 微量切除 3) 系统化 4) 自动化 5) 特种加工方法和复合加工方法 6) 加工检测一体化
此后，欧洲各国、日本以及亚洲新兴工业化国家如韩国等也相继作 出响应。进入21世纪,先进制造技术发展迅猛，并以其先进性、广泛 性、实用性和集成性等特点交叉渗透到各个学科和专业，逐步形成 了一个完整的学科技术群。
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3. 先进制造技术的内容体系 主要分为主体技术群和支撑技术群。 1) 主体技术群 主体技术群包含两个部分： (1) 面向制造的设计技术群，指用于生产准备（制造准备）的工具群和技术群，
如计算机辅助设计（CAD）以及工艺过程建模和仿真等。 (2) 制造工艺技术群（加工和装配技术群），指用于物质产品（物理实体产品）
生产的过程及设备，不仅涉及机械加工，而且还包括先进热加工工艺（如铸、 锻、焊）、新型材料（如复合材料、超硬材料、工程陶瓷等）的成形技术以 及非常规加工方法（如激光、电磁加工、超塑加工）等诸多领域。 2) 支撑技术群 支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。 诸如：测试和检验、物料搬运、生产（作业）计划的控制以及包装等。它们 也是用于保证和改善主体技术群的协调运行所需的技术，是工具、手段和系 统集成的基础技术。
成型技术（RP）、虚拟制造技术（VM）、网络化制造技
术等。
(2) 先进制造工艺
如精密加工、特种加工技术、快速成形制造、表面处理技
术、高能密度加工技术等方面。
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5.2 精密与超精密加工技术
5.2.1 概述
1. 精密与超精密加工的概念 现在，一般将加工精度在10µm左右，表面粗糙度值为Ra
0.2~0.8µm的加工方法划分为一般加工； 加工精度为0.1~10µm，表面粗糙度值为Ra 0.01~0.1µm的
加工方法划分为精密加工； 加工精度高于0.1µm，表面粗糙度值小于Ra 0.025µm的加
工方法划分为超精密加工。 目前超精密加工的水平已达到纳米级，甚至向更高水平发
展。
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