先进制造技术

第一次作业1.先进制造技术的构成有哪些？答：(1) 主技术群：①设计技术群；②制造工艺技术群；(2) 支撑技术群：①信息技术；②标准和框架；③机床和工具技术；④传感器和控制技术；(3) 制造基础技术：①质量管理②用户/供应商交互作用③工作人员培训和教育④监督和评测⑤技术获取合理用2.狭义的制造和广义的制造的概念是什么?答：狭义的制造，是指生产车间内与物流有关的加工和装配过程；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。

3.制造系统的结构、功能和过程是什么？答：结构：是制造过程所涉及的硬件、软件、人员所组成的具有特定功能的有机整体。

功能：输入制造系统的资源通过制造过程输出产品过程：制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺规划、制造装配、检验出厂、产品销售、售后服务、报废、回收、再利用等。

4.现代设计技术内涵是什么？答：现代设计技术是以满足应市产品的质量、性能、时间、成本、价格综合效益最优为目的，以计算机辅助设计技术为主体，以知识为依托，以多种科学方法及技术为手段，研究、改进、创造产品活动过程所用到的技术群体的总称。

5.现代设计技术的体系结构是什么？答：(1) 基础技术：是指传统的设计理论与方法。

(2) 主体技术：计算机科学与设计技术结合产生技术(3) 支撑技术：指现代设计方法学、可信性设计技术、试验设计技术。

(4) 应用技术：是针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术6. CAE技术的基本概念是什么？答：CAE仿真技术是以数学理论、相似原理、计算方法、评估理论为基本理论，以计算机技术、信息技术、图形图像技术、系统工程技术以及与仿真应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和各种物理效能设备为工具，利用系统模型对实际的或设想的系统进行动态试验研究的一门多学科综合性交叉技术。

7.成组工艺的基本概念是什么？答：把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个个零件族(组)，按零件族制订工艺进行生产制造，扩大了批量，减少了品种，提高了劳动生产率。

8. CAPP定义是什么？答：向计算机输入被加工零件的原始数据、加工条件和加工要求，由计算机自动进行编码、编程直至最后输出经过优化的工艺规程卡片的过程。

9. CAPP在CAD/CAM集成系统中的作用是什么？答：CAPP是连接CAD与CAM之间的桥梁和纽带。

CAPP系统能直接接收CAD的零件信息，进行工艺规划，生成有关工艺文件，并以工艺设计结果和零件信息为依据，经过适当的后置处理，生成NC程序，从而实现CAD/CAPP/CAM 系统集成。

10.基于成组技术的派生式CAPP系统的基本工作原理是什么？答：(1) 系统要预先对现有零件进行分组。

(2) 每个零件族或样件有一通用的标准工艺规程。

(3) 存储样件信息文件、样件标准工艺规程文件。

(4) 检索标准工艺规程。

(5) 从标准工艺规程中筛选派生出当前零件的工艺规程。

(6) 输出工艺过程。

11.创成式CAPP系统基本工作原理是什么？答：创成式系统的工艺规程是根据系统的决策逻辑和制造工程数据信息生成的。

制造工程数据信息主要是有关各种加工方法的加工能力和对象、各种设备及刀具的适用范围等基本知识。

决策逻辑以程序代码(一般的创成式CAPP系统)或者以规则的形式存入相对独立的工艺知识库，供主控程序调用。

向创成式系统输入待加工零件的信息后，系统能自动生成各种工艺规程文件，用户不需或略加修改即可。

12.检索式CAPP基本工作原理和特点是什么？答：派生式CAPP系统的基本原理是将设计好的零件标准工艺进行编号，存储在计算机中。

当制定零件的工艺过程时，可根据输入的零件信息进行搜索，查找合适的标准工艺。

第二次作业13.反求工程的含义是什么？答：针对已有样件，可利用三维数字化测量仪器准确、快速地测量出产品外形数据，在逆向软件中构建曲面模型，再输入CAD/CAM系统进一步编辑、修改，由CAM生成刀具NC代码送至数控机床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型机将样品模型制作出来。

14.说明逆向工程的接触式测量方式的特点?答：接触式测量不受样件表面的反射特性、颜色及曲率影响，配合测量软件，可快速准确地测量出物体的基本几何形状，如面、圆柱、圆锥、圆球等。

接触式测量的机械结构及电子系统已相当成熟，有较高的准确性和可靠性。

接触式测量的缺点有：①确定测量基准点而使用特殊的夹具，测量费用较高。

②测量系统的支撑结构存在静态及动态误差。

③检测某些轮廓时，可能会有先天的限制。

④以逐点进出方式进行测量，测量速度慢。

⑤测头尖端部分与被测件之间发生局部变形影响测量值的实际读数。

⑥不当的操作容易损害样件,也会使测头磨耗、损坏。

15.说明逆向工程的非接触光学测量方式的特点?答：非接触光学测量有如下优点：①没有测量力，②测量速度和采样频率较高，③不必进行测头半径的补偿。

④不少光学测头具有大的量程。

⑤同时探测的信息丰富。

但非接触式测量也还存在一些缺点：①测量精度较差。

②使用CCD作探测器时，成像镜头的焦距会影响测量精度。

③非接触式测头是接收工件表面的反射光或散射光，测量结果易受环境光线及工件表面的反射特性的影响，噪声较高，噪声信号的处理比较麻烦。

16.高速加工定义？答：尚无统一定义，一般认为高速加工是指采用超硬材料的刀具，通过极大地提高切削速度和进给速度，来提高材料切除率、加工精度和加工表面质量的现代加工技术。

17.简述高速切削特点答：(1) 随切削速度提高，单位时间内材料切除率增加，切削加工时间减少。

(2) 随切削速度提高，切削力减少，减少工件变形。

(3) 切屑以很高的速度排出，切削热大部分被切屑带走，给工件的热量大幅度减少，工件的热变形相对较小。

(4) 高速切削加工可大大降低加工表面粗糙度，加工表面质量可提高1～2等级。

(5) 高速切削可加工淬硬钢铁件，18.高速切削对刀具的要求有哪些？答：(1) 高速切削时速度和自动化程度高，要求刀具应具有很高的可靠性。

并要求刀具的寿命高，质量一致性好，切削刃的重复精度高。

(2) 刀具应具有很好的高的耐热性、抗热冲击性能和良好的高温力学性能。

(3) 刀具应具有很好的断屑、卷屑和排屑性能。

(4) 刀具材料应能适应难加工材料和新型材料加工的需要19.高速切削加工的实时监控系统内容有哪些？答：(1) 切削力监测以控制刀具磨损，机床功率监测亦可间接获得刀具磨损信息；(2) 主轴转速监测以判别切削参数与进给系统间关系；(3) 刀具破损监测；(4) 主轴轴承状况监测；(5) 电器控制系统过程稳定性监测等。

20.高速回转刀具的结构特点有哪些？答：(1) 为了减轻所承受的离心力的作用，刀体材料的设计应减轻质量，选用比重小、强度高的刀体材料。

(2) 刀体结构应尽量避免贯通式刀槽，减少尖角，，尽量减少机夹零件的数量。

刀体的结构应对称于回转轴。

刀片和刀座的夹紧、调整结构应尽可能消除游隙，并且要求重复定位性好。

(3) 刀体结构和刀片夹紧结构可靠。

刀体与刀片之间的连接配合要封闭，刀片夹紧机构要有足够的夹紧力。

(4) 用于高速切削的回转刀具必须经过动平衡测试。

21.电火花加工的原理是什么？答：在绝缘液体介质中进行，自动进给调节装置使工件与工具电极之间保持适当的放电间隙，当在电极和工件之间施加很强的脉冲电压时，就会击穿介质绝缘强度最低处形成瞬间火花放电，电流密度很大，放电区能量高度集中，瞬时温度达10000－12000℃，工件和电极表面金属放电点就被熔化，甚至汽化而被蒸发。

这些熔化或汽化的金属在电、热、流体、化学等各种力的作用下被抛入工作液中冷却为金属小颗粒，然后被工作液迅速冲离工作区，使电极和工件表面形成一个个微小的凹坑，同时放电过程中，电压又随之迅速降为零，介质绝缘性能恢复，等待下一次放电。

如此反复，电极不断下降，工件不断被蚀除，最后就在工件上复制出了电极形状型腔内形，达到成形加工的目的。

22.电火花线切割的加工定义是什么？答：电火花线切割加工直接利用电能对金属材料进行加工，同属蚀除加工。

线切割采用细金属丝为电极，线切割可以加工带有一定锥度的型孔或型芯等。

线切割加工时，一方面线电极对工件不断地上下移动，另一方面装夹工件的十字工作台，由数控伺服电动机驱动，在x、y方向实现进给，使线电极沿加工图形的轨迹，对工件进行切割加工。

23.电火花线切割的加工特点有哪些？答：(1) 不需要制造成形电极；(2) 不需考虑电极损耗；(3) 能加工精密细小、形状复杂的通孔零件或零件外形；(4) 不能加工盲孔(5) 一般采用一个电规准一次加工完成；第三次作业1.超精密加工对微量进给装置的要求是什么？答：(1) 微进给与粗进给分开，以提高微位移的精度、分辨率和稳定性；(2) 运动部分必须是低摩擦和高稳定性，以便实现很高的重复精度；(3) 末级传动元件必须有很高的刚度，即夹固刀具处必须是高刚度的；(4) 工艺性好，容易制造；(5) 应能实现微进给的自动控制，动态性能好。

2.电子束加工的特点要求是什么？答：(1) 电子束可实现极其微细的聚焦(可达0.1μm)，可实现亚微米和毫微米级的精密微细加工。

(2) 电子束加工主要靠瞬时热效应，工件不受机械力作用，因而不产生宏观应力和变形。

(3) 加工材料的范围广，对高强度、高硬度、高韧性的材料以及导体、半导体和非导体材料均可加工。

(4) 电子束的能量密度高，如果配合自动控制加工过程，加工效率非常高。

(5) 电子束加工在真空中进行，污染少，加工表面不易氧化，尤其适合加工易氧化的金属及其合金材料。

3.离子束加工的原理是什么？答：离子束加工的原理与电子束加工基本类似，也是在真空条件下，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，而不是像电子束加工主要靠热效应。

4.试论述制造自动化技术的内涵。

答：制造自动化技术是制造业的关键技术，是一个动态发展的过程。

随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，制造自动化的概念已扩展为不仅包括用机器代替人的体力劳动和脑力劳动，而且还包括人和机器及制造过程的控制、管理和协调优化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时和洁净的目标。

5.以FMS为例说明自动化制造系统的构成系统。

答：(1) 加工系统：组成FMS的自动化加工设备。

(2) 工件储运系统：由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。

(3) 刀具储运系统：由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。

(4) FMS的控制系统：采用计算机多层控制。

(5) 检侧与监控系统。