3-1先进制造工艺技术
机械制造前沿技术-复习资料
《机械制造前沿技术》复习资料一、论述先进制造工艺技术的定义及其成形方法。
先进制造工艺技术就是机械制造工艺不断变化和发展后所形成的制造工艺技术，包括了常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和发展的新型加工方法。
其主要技术体系由先进成形加工技术、现代表面工程技术等技术构成及先进制造加工技术。
（1）去除成形：它是运用分离的办法，把一部份材料（裕量材料）有序地分离出去而成形的方法。
（2）受迫成形：它是利用材料的可成形性（如塑性等），在特定外围约束（边界约束或外力约束）下成形的方法。
（3）堆积成形：它是运用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。
（4）生成成形：它是利用材料的活性进行成形的方法。
二、简述砂轮磨削和砂带磨削加工各有什么特点。
1）砂轮磨削加工的特点：（1）砂轮是由磨料和结合剂粘结而成的特殊的多刃刀具。
（2）砂轮具有较高的圆周速度。
（3）砂轮工作面经修整后，可形成极细微的刃口。
（4）砂轮磨削加工能获得极高的加工精度和极小的表面粗糙度值。
（5）砂轮在磨削时还具有“自锐作用”。
2）砂带磨削加工的特点：（1）砂带磨削是一种弹性磨削加工。
（2）砂带磨削的效率高。
（3）砂带磨削的成本低、精度高。
(4) 砂带磨削加工后的工件具有较高表面质量。
三、简述提高机械加工精度的主要措施有哪些。
（1）开发优化机械加工工艺方法；（2）新型刀具材料的研制和应用；（3）研究超精密加工机床；（4）在加工过程中对加工精度实时监控。
四、简述3D打印技术的原理及分类。
1）3D打印技术的原理：2）3D打印技术的分类：目前，3D打印技术有两种类型，一种是堆叠法，一种是烧结。
原理基本都是多层分片打印，而堆叠和烧结只是成型技术的区别。
堆叠只能成型塑料、硅之类的材质，对固化反应速度有要求，而烧结可以利用激光的高温对金属粉末进行处理加工出金属材质的东西出来，实体可通过打磨、钻孔、电镀等方式进一步加工。
五、简述3D打印技术未来的发展前景。
现代制造工艺
b）2 次对称轴 和（110）晶面
c）3 次对称轴 和（111）晶面
图7-20 八面体的晶轴和镜晶面
3.2.2 金刚石超精密加工技术
➢ 金刚石晶体的面网距和解理现象
◎金刚石晶体的（111）晶面面网密度最大，耐磨性最好。
◎（100）与（110）面网的面间距分布均匀；（111）面网 的面间距一宽一窄（图7-21）
磨粒切削深度超过1μm时，导致转变为脆性磨削。②高的刚 性。因为塑性磨削切削力远超过脆性磨削的水平，机床刚性 低，会因切削力引起的变形而破坏塑性切屑形成的条件。
（2）磨粒与工件的接触点的温度高到一定程度时，工件 材料的局部物理特性会发生变化，导致切屑形成机理的变化 （已有试验作支持）。
3.2.3 超硬磨料砂轮超精密磨削
传动带
主轴电机 空气垫
图7-18 Moore金刚石车床
3.2.2 金刚石超精密加工技术
➢ T形布局（图7-19）
车床主轴装在横向 滑台（X轴）上， 刀架装在纵向滑台 （Z轴）上。可解 决两滑台的相互影 响问题，而且纵、 横两移动轴的垂直 度可以通过装配调 整保证，生产成本 较低，已成为当前 金刚石车床的主流 布局。
连续加工
热物理 化学
激光焊接、快速成形 化学粘接
热流动 变形加工 粘滞流动
分子定向
精密锻造、电子束流动加工、激光流动加工 精密铸造、压铸、注塑 液晶定向
3.2.1 概述
精密与超精密加工特点 ◆“进化”加工原则
➢ 直接式进化加工：利用低于工件精度的设备、工具， 通过工艺手段和特殊工艺装备，加工出所需工件。适用 于单件、小批生产。 ➢ 间接式进化加工：借助于直接式“进化”加工原则， 生产出第二代工作母机，再用此工作母机加工工件。适 用于批量生产。
(完整版)先进制造技术习题答案
第一章制造业与先进制造技术1-1 叙述制造、制造系统、制造业、制造技术等概念，比较广义制造与狭义制造的概念。
制造：把原材料加工成适用的产品。
制造系统：制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员组成的一个将制造资源转变为产品（含半成品）的有机整体，称为制造系统。
制造系统还有以下三方面的定义：制造系统的结构定义；制造系统的功能定义；制造系统的过程定义。
制造业：是将制造资源（物料、能源、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与利用的工业品与生活消费品的行业。
它涉及到国民经济的许多部门，是国民经济和综合国力的支柱产业。
制造技术：是完成制造活动所需的一切手段的总和，制造技术已成为一个涵盖整个生产过程、跨多个学科、高度集成的高新技术。
狭义制造是产品的机械工艺过程或机械加工过程。
广义制造与狭义制造相比，制造的概念和内涵在范围和过程两方面大大拓展。
在范围方面，制造涉及的工业领域远非局限于机械制造，而是涉及机械、电子、化工、轻工、食品、军工等国民经济的大量行业。
在过程发面，广义制造不仅指集体的工艺过程，而是指包括市场分析、产品设计、计划控制、生产工艺过程、装配检验、销售服务和管理等产品整个生命周期的全过程。
1-2 试简述制造技术的发展历程。
制造技术的发展是由社会、政治、经济等多方面因素决定的。
纵观近两百年制造业的发展历程，影响其发展最主要的因素是技术的推动及市场的牵引。
人类科学技术的每次革命，必然引起制造技术的不断发展，也推动了制造业的发展。
另一方面，随着人类的不断进步，人类的需求不断变化，因而从另一方面推动了制造业的不断发展，促进了制造技术的不断进步。
两百年来，在市场需求不断变化的驱动下，制造业的生产规模沿着“少品种大批量的规模生产——多品种小批量生产——个性化弹性批量生产；在科技高速发展的推动下，制造业的资源配置沿着“劳动密集——设备与资金密集——信息密集——知识密集”的方向发展，与之相适应，制造业的资源配置沿着“手工——机械化——单机自动化——刚性流水自动化——柔性自动化——智能自动化”的方向发展。
(智能制造)先进制造技术试题与答案
先进制造技术试题一、填空题（每空2分，共30分）1、典型FMS的三个子系统是：加工系统、运储系统、计算机控制系统。
2、先进制造技术的特点：先进性、规范性、实用性、集成性、系统性、动态性。
3、CIMS系统的三要素：人、经营、技术。
4、FMS中央管理计算机肩负的任务：控制、监控、监视。
二、名词解释（共15分，每题3分）1、DFC Design For Cost的意思是面向成本的设计，它最早出现于九十年代初期，属于并行工程中的DFX（Design For X）技术的一个分支。
面向成本的设计是指在满足用户需求的前提下，尽可能地降低成本，通过分析和研究产品制造过程及其相关的销售、使用、维修、回收、报废等产品全生命周期中的各个部分的成本组成情况，并进行评价后，对原设计中影响产品成本的过高费用部分进行修改，以达到降低成本的设计方法。
DFC将成本作为设计的一个关键参数，并为设计者提供分析、评价成本的支持工具。
2、AM敏捷制造（Agile Manufacturing）敏捷制造是在具有创新精神的组织和管理结构、先进制造技术（以信息技术和柔性智能技术为主导）、有技术有知识的管理人员三大类资源支柱支撑下得以实施的，也就是将柔性生产技术、有技术有知识的劳动力与能够促进企业内部和企业之间合作的灵活管理集中在一起，通过所建立的共同基础结构，对迅速改变的市场需求和市场进度作出快速响应。
敏捷制造比起其它制造方式具有更灵敏、更快捷的反应能力。
3、CE 并行工程即concurrent engineering，简称CE，是集成地、并行地设计产品及其零部件和相关各种过程（包括制造过程和相关过程）的一种系统方法。
换句话说，就是融合公司的一切资源，在设计新产品时，就前瞻性地考虑和设计与产品的全生命周期有关的过程。
在设计阶段就预见到产品的制造、装配、质量检测、可靠性、成本等各种因素。
4、CIM Computer Integrated Manu-facturing,简称CIM。
第三章 先进制造工艺技术
徐州工程学院教案徐州工程学院教案纸、金刚石刀具超精切削刀具材料：天然金刚石，人造单晶金刚石金刚石的晶体结构：规整的单晶金刚石晶体有八面体、十二面体和六面体，有三根4次对称轴，四根3次对称轴和六根2次对称轴。
图 3-5 砂带磨削示意图图3-6 几种砂带磨削方式砂带磨削特点：1）砂带与工件柔性接触，磨粒载荷小，且均匀，工件受力、热作用小，加工质量好（ R a值可达 0.02μm）。
2）静电植砂，磨粒有方向性，尖端向上，摩擦生热小，磨屑不易堵塞砂轮，磨削性能好。
2. 产品设计中的应用——快速产品开发（RPD）第四节微细加工技术二、微细机械加工1、主要采用铣、钻和车三种形式，可加工平面、内腔、孔和外圆表面。
2、刀具：多用单晶金刚石车刀、铣刀（图3-20）。
铣刀的回转半径（可小到5μm）靠刀尖相对于回转轴线的偏移来得到。
当刀具回转时，刀具的切削刃形成一个圆锥形的切削面。
3、微细机械加工设备微小位移机构，微量移动应可小至几十个纳米。
图 3-11 FANUC型微型超精密加工机床三、微细电加工、线放电磨削法（WEDG）电极线沿着导丝器中的槽以5～10mm/min的低速滑动，可加工圆柱形（图3-12）。
如导丝器通过数字控制作相应的运动，还可加工出各种形图3-12 WEDG工作原理图3-14 电致伸缩微动工作台第五节现代特种加工技术图3-15 激光加工原理图、激光加工特点图 3-16 超声波加工原理图、超声波加工特点及应用适用于加工各种脆性金属材料和非金属材料，如玻璃、陶瓷、半导体、宝石、金刚石等。
可加工各种复杂形状的型孔、型腔、形面。
工具与工件不需作复杂的相对运动，机床结构简单。
被加工表面无残余应力，无破坏层，加工精度较高，尺寸精度可0.05mm 。
加工过程受力小，热影响小，可加工薄壁、薄片等易变形零件。
图3-17水射流加工装置示意图水射流切割加工的应用和发展水射流切割具有切口平整、无毛边、无火花、加工清洁等特点，已用于汽。
第五章先进制造技术
• 柔性制造系统
加工系统 物流系统 调度与控制 故障诊断
• 自动检测与信号识别技术
信号识别 数据获取 数据处理 特征提取与识别
• 过程设备工况监测与控制
过程监视系统 在线反馈质量控制
4．先进制造生产模式和管理
先进制造生产模式
• 计算机集成制造系统 CIMS
• 敏捷制造系统AMS • 智能制造系统IMS • 精良生产LP • 并行工程CE
• 3）恩格斯指出：“直立和劳动创造了人类，而劳动是 从制造工具开始的。动物所做到的最多是收集,而人则 从事生产。”
制
造
业•
发•
展
的•
历 程
• •
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂 19世纪机器在英国诞生，先后传人法国、德国和美国。
2）从单件生产方式发展成大量生产方式 泰勒：以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理。 福特：零件互换技术，1913年建立了具有划时代意
一. 概 述
1.先进制造技术的定义
先进制造技术是集机械、电子、信息、材料和 管理技术为一体的新型学科。先进制造技术的概念自20世 纪80年代被提出来后至今没有一个很明确的定义，近来普 遍公认的含义是：先进制造技术是在传统制造技术基础上， 以人为主体，以计算机为重要工具，不断吸收机械、光学、 电子、信息(计算机和通信、控制理论、人工智能等)、材 料、环保、生物以及现代系统管理等最新科技成果，涵盖 产品生产的整个生命周期的各个环节的先进工程技术的总 称，它面向包括机械制造、电子产品制造、材料制造、石 油、化工、冶金以及民用消费品制造等在内的“大制造 业”。
2.快速原型制造技术
快速成形制造技术(Rapid Prototyping Manufacturing，RPM ）是20世纪80年代后期 起源于美国，并很快发展起来的一种先进制造 技术，是近20年来制造技术领域的一项重大突 破。是利用光、热、电等物理手段(其中激光是 经常应用的)实现材料的转移与堆积。
先进制造技术第2版ppt作者王隆太第3章
如：电刷镀、化学镀、气相沉积、热喷涂、激光表面、离子注入等。 7）新型成形工艺的产生和应用
如：多点成形、数控渐进成形、快速原型、金属喷射等新型成形工艺。
3、先进制造工艺技术特点
• 优质 产品质量高性能好、尺寸精确表面光洁、使用寿命和可靠性高。 • 高效 极大提高劳动生产率高，大大降低操作者劳动强度和生产成本。 • 低耗 大大节省原材料和能源消耗，提高自然资源利用率。 • 洁净 零排放或少排放，不污染环境，符合环境保护要求。 • 灵活 快速响应市场和生产过程变化，多品种柔性生产，适应多变的消
粉末锻造：将粉末冶金件进行再次精密锻造的工艺方法。 粉末锻造工艺特点：
①克服粉末冶金件密实度低的不足，兼具粉末冶金和锻压工艺优点； ②成形精度高，力学性能好，组织无偏析、无各向异性； ③疲劳寿命高，比普通锻造提高20%。
粉末锻造成形工艺过程
粉末锻造
粉末冶金 + 精密锻造
粉末制取 模压成形
后续处理
锻造
1、机械制造工艺内涵
机械制造工艺定义
原材料
改变形状,尺寸,性能,位置
方法和手段
机床、工具
传统机械制造工艺三步曲： ①零件毛坯的成形准备阶段 ②机械切削加工阶段 ③表面改性处理阶段
上述阶段划分逐渐模糊、交叉，甚至合而为一
成品 半成品
机械制造工艺流程
机械零件成形方法：
• 受迫成形 在特定边界和外力约束下成形 如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；
2、超精密切削加工
1）超精密切削加工：通常采用金刚石刀具进行超精密切削铜、铝等非铁类 金属材料，以及玻璃、大理石、碳素纤维等非金属材料。
2）超精密切削对刀具的要求： --极高硬度、极高耐用度和极高弹性模量，保证刀具寿命和尺寸耐用度； --刃口能磨得极其锋锐，刃口圆弧半径ρ值极小，能实现超薄切削厚度； --刀刃无缺陷，避免刃形复印在加工表面； --抗粘结性好、化学亲和性小、摩擦系数低、能得到极好加工表面完整性。
先进制造工艺技术-微纳制造技术
在工业领域，微型机电产品可以在管路检修和飞机内部检修 等狭窄空间和恶劣环境下进行诊断和修复工作。在汽车轮胎内 嵌入微型压力传感器用以保持适当充气，避免充气过量或不足， 仅此一项就可节油10％，仅美国国防部系统就能节省几十亿美 元的汽油费。
先进制造系统 之 先进制造工艺技术
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1.4 微纳制造应用案例
4. 以微型加工技术制造的机械耳蜗
耳蜗里的听觉毛细胞可以感测到在淋巴液内移动的声波， 并且将声波转换为电子讯号，听神经再将此讯号传达到大 脑。但不幸的是很多人甚至是一出生就没有机会倾听大自 然美妙的声音，但是密西根大学研究人员研发的机械耳蜗 他们带来了希望。
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1.3 纳米加工技术
4）超微机械加工和电火花线切割加工
用小型精密金属切削机床及电火花、线切割等加 工方法，制作毫米级尺寸左右的微机械零件，是一种 三维实体加工技术，加工材料广泛，但多是单件加工、 单件装配，费用较高。
先进制造系统 之 先进制造工艺技术
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1.3 纳米加工技术
5）键合技术
键合技术是一种把两个固体部件在一定的温度与电 压下直接键合在一起的封装技术，其间不用任何粘接 剂，在键合过程中始终处于固相状态。
先进制造系统 之 先进制造工艺技术
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1.4 微纳制造应用案例
8. 原子操纵术
将一顆一顆的铁原子團,在Cu(111) 将一顆一顆的一氧化碳原子團，在
表面上排列成“原子”二字。
Pt(111)表面上排列成人的形狀。
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方法
教师讲授；多媒体和板书相结合；运用启发式、案例分析式教学方法讲授本节内容。
教学
准备
教案、教材、PPT、数字化教学资源
教学过程设计
教学内容
教师活动
学生活动
学时分配
课堂引入——机械制造工艺技术的含义播放大国工匠的视频，说明工艺的重要性。
第一节概述
一、机械制造工艺的定义和内涵
机械制造工艺：是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之称为产品的方法或半成品的方法和过程。
二、先进制造工艺的产生和发展
先进制造工艺是在传统的机械制造工艺基础上发展来的，优化后的工艺和新型加工方法。是核心和基础。
（1）制造加工精度不断提高
18世纪，1mm；19世纪，0.05mm；20世纪，0.001mm千分尺和光学比较仪，微米级；最近一二十年，10nm级。
优化加工方法；开发和研制新型刀具材料；研制超精密机床；对加工精度进行监控。
成都工贸职业技术学院教案
课程名称
先进制造技术
年级
2017级
专业
数控技术
授课教师
陈本锋
授课时间
2018年月日
学时
2
授课
题目
3-1先进制造工艺技术的内涵
教学
目标
知识目标：
1、掌握先进制造工艺技术的特点
2、了解先进制造工艺技术的产生和发展技能目标：
1本次课的主要学习内容。
（2）切削加工速度迅速提高
刀具材料发展。20世纪前，碳素钢，耐热温度低于200，切削速度不超过10m/min；
20世纪初，高速刚，温度可达500～600，切削速度30～40m/min; 20世纪30年代，硬质合金，800～1000，速度可达
100m/min；陶瓷刀具、金刚石刀具、立方氮化硼刀具，耐热温度达1000以上，切削速度可达1000m/min以上。
金属塑性成形是通过材料的塑性变形来实现制品所要求的形状、尺寸和性能的机械方法，包括锻造、冲压、扎制、挤压等工艺。
大量生产的机械产品如汽车、摩托车、拖拉机等，要求毛坯制造业提供的成型件尺寸越来越精确，只需要少切削或无切削就能达到零件的最终形状和尺寸。从而推进了金属塑性成形信息技术和新工艺的发展。
精密模锻利用模锻设备锻造出锻件形状复杂、精度高的模锻工艺，比普通锻件高1-2个精度等级。
改变普通冲裁工艺中被加工材料从模具刃口处产生裂纹而剪切分离导致制件尺寸精度低（IT11级以下），使冲裁件呈纯剪切分离冲裁工艺，通过模具改进提高精度，可达IT6-9级，Ra1.6-0.4µm。主要有：
光洁冲裁、负间歇冲裁、带齿圈压板精冲
3粉末锻造成形工艺
粉末锻造件优点：
能源消耗低，材料利用率高为普通锻造能耗49%，材料利用率达90%，普通锻造仅40-60%；锻件精度高，力学性能好组织无偏析，无各向异性；疲劳寿命高比普通锻造提高20%，高速钢工具寿命可提高两倍以上。
为了减少氧化，提高锻件质量，精锻时采用较低温度加热。如碳素钢一般在900-450℃之间，又称为低温模锻。
模锻坯料普通模锻去氧化皮精密模锻
超塑性现象：在一定内部条件（如晶粒形状、相变）和外部条件（如温度、应变速率）下，呈现出异常低的流变抗力（良好的成形性）、异常高的延伸率现象（极小的流动应力）。目前已知锌、铝、铜等合金超塑性达1000%，有的甚至达2000%。
（5）零件毛坯成形在向少无余量发展
成形方法有：铸造、锻造、冲裁、焊接和轧制。熔模精密铸造、精密锻造、精密冲裁、精密焊接和
精密切割。毛坯接近或达到零件最终形状。
（6）优质清洁表面工程技术的形成和发展。
表面工程技术：表面涂覆、表面改性、表面加工等，来改变形态、化学成分和组织结构。电刷渡、
热喷涂、化学热处理、激光表面处理。提高产品性能、延长产品使用寿命、装饰环境。
三、先进制造工艺技术特点
（1）优质。质量高、性能好、尺寸精确、无缺陷、使用性能好、寿命长和可靠性高。（2）高效。提高劳动生产率、减轻了劳动者强度和成本。
（3）低耗。节省原材料消耗，降低能源消耗，提高资源的利用。（4）洁净。零排放或少排放，不污染环境。（5）灵活。可多品种的柔性生产。
四材料受迫成形工艺技术
1精密洁净铸造成形
铸造是一种利用液态金属进行成形的工艺方法。常用于提供复杂形状零件的毛坯。先进的铸造工艺是以熔体洁净、铸件组织细密，表面光洁、尺寸精度高为主要特征。并能大量减少原材料的消耗，降低生产成本来实现生产工艺过程自动化，缩短生产周期，改善劳动条件。并达到少、无切削加工的目的。
2精确高效自硬砂精确砂型铸造
毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑…机械加工——切削、磨削、特种加工
材料改性与处理——热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂…机械装配——把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作零件成形方法
受迫成形在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；•去除成形将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激光切割；•堆积成形将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。
素质目标：
1、在教学中渗透思政教育和工匠精神的内容；
2、培养学生良好的学习习惯和学生的知识迁移能力。
教学
重点
1、先进制造工艺技术的特点；
2、培养学生的学习兴趣。
教学
难点
1、机械制造工艺的定义和内涵；先进制造工艺的产生和发展；先进制造工艺技术特点。
2、了解先进制造技术的提出和进展制造技术的进步和发展；先进制造技术产生的背景；先进制造技术的提出、各国先进制造技术的发展。
（3）新型工程材料的应用推动了制造工艺的进步和变革
超硬材料、超塑材料、高分子材料、复合材料、工程陶瓷、非晶与微晶合金、功能材料。改善刀具材料的切削性能，改进设备；
新型的制造工艺，电火花、电解、超声波、电子束、离子束加工。
（4）自动化和数字化工艺装备的发展提高了机械加工的效率
微电子、计算机、自动检测和控制技术与制造工艺技术相结合，多种自动化。
4高分子材料注射成形
五、课堂总结
先进制造技术的特点：（1）优质。质量高、性能好、尺寸精确、无缺陷、使用性能好、寿命长和可靠性高。（2）高效。提高劳动生产率、减轻了劳动者强度和成本。（3）低耗。节省原材料消耗，降低能源消耗，提高资源的利用。（4）洁净。零排放或少排放，不污染环境。（5）灵活。可多品种的柔性生产。