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先进制造技术复习题1 制造业的分类制造业按行业分类：机械制造、食品加工、化工制造、工厂产品制造等从制造方法分：m>0的快速成型技术；m<0的传统切削加工；m=0的铸造、锻造及模具成形加工2 制造业在一个国家国民经济中的重要性（1）人们的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保证（3）发展制造业，提高制造技术是影响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，是支持服务业更快发展的重要条件（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（8）制造业是实现军事现代化和保障国家基本安全的基本条件4 先进制造技术的定义、内涵及发展趋势 先进制造技术是传统制造业不断地吸收机械、信息、材料及现代管理技术等方面最新的成果，并将其综合应用于产品开发与设计、制造、检测、管理及售后服务的制造全过程，实现优质、高效、低耗、清洁、敏捷制造，并取得理想技术经济效果的前沿制造技术的总称。从本质上可以说，先进制造技术是传统制造技术、信息技术、自动化技术和现代管理技术等的有机融合。当前先进制造技术的发展趋势大致有以下几个方面。1 制造自动化技术向纵深方向发展2 设计技术不断现代化3 加工制造技术向着超精密超高速以及发展新一代制造装备的方向发展4 绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征5 虚拟现实技术在制造业中获得越来越多的应用。5 了解CAD发展史的三次技术革命 在三维造型阶段，几何造型技术经历了三次技术革命。由于线框系统已经不能满足人们的实际需求，法国的达索飞机制造公司的开发者们，在二维绘图系统CADAM的基础上，开发出以表面模型为特点的自由曲面建模方法，推出了三维曲面造型系统CATIA。它的出现为人类带来了第一次CAD技术革命。 实体造型技术能够准确表达零件的大部分属性（至少还不能表达零件的材料信息），从CAD系统获得的设计数据可以用于CAM、CAE等系统，给设计、分析、制造带来了加大的便利。可以说，实体造型技术的普及和应用是CAD发展史上的第二次技术革命。 创建PTC公司(即参数技术公司)的技术精英们，开始研制名为Pro/E的参数化软件，第一次实现了尺寸驱动零件设计修改。到了90年代，参数化技术开始逐步走向成熟，充分体现出其在许多通用件、零部件设计上简便易行的优势。可以认为，参数化技术的应用主导了CAD发展史上的第三次技术革命。6快速成形技术的基本原理、典型快速成型工艺及特点 RP技术的基本原理是：快速成形技术(快速原型技术，RP技术)是用离散分层的原理制作产品原型的总称（产品三维CAD模型分层离散按离散后的平面几何信息逐层加工堆积原材料生成实体模型。）将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地切割一层又一层的片状材料（或固化一层层的液态光敏树脂，烧结一层层的粉末材料，或喷射一层层的热熔材料或粘合剂等方法）形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。 典型快速成型工艺：（1）立体光造形Stereolithography (SLA) 技术能制造形状复杂、精细的零件，效率高。（2）激光薄片叠层制造Laminated Object Manufacturing (LOM)技术是一种常用来制作模具的新型快速成形技术，LOM可制作一些光造型法难以制作的大型零件和厚壁样件，且制作成本低廉、速度高，并可简便地分析设计构思和功能。用来制作复合模、薄料模、级进模等，经济效益也甚为显著。（3）立体喷墨印刷 Ink-Jet Printing技术采用喷墨打印的原理，将液态造型墨水由打印头喷出，逐层堆积而形成一个三维实体。该项技术的主要特点是非常精细，可以在实体上造出小至0.1mm的孔。7 高速加工技术的原理与应用 超高速加工技术采用超硬材料的刃具，通过极大地提高切削速度和进给速度来提高材料切除率、加工精度和加工质量。 高速切削加工目前主要用于汽车工业大批生产、难加工材料、超精密微细切削、复杂曲面加工等不同的领域。航空工业是高速加工的主要应用行业，飞机制造通常需切削加工长铝合金零件、薄层腹板件等，直接采用毛坯高速切削加工，可不再采用铆接工艺，从而降低飞机重量。 8 水射流切割的特点和应用 水射流技术，是将水通过高压发生装置，使其获得巨大能量后，从一定形状的喷嘴，以很高的速度喷射出来、能量高度集中的一股水流。利用水射流的水楔作用、冲蚀作用和空化作用，可以对各种脆硬性材料进行高效的切割、破碎作业，对管道、型材进行除锈。具有成本低、无污染、高效灵活、容易控制等特点。在众多的切割技术中，是唯一的冷态切割工具，不会对切缝周围造成热应力、切口质量好、精度高。在超细粉碎方面，具有设备结构简单、易于操作与维护、占地面积小等特点，此外，由于其内部无运动部件，不会对粉体产生二次污染。 推广应用范围和前景：水射流切割技术：可应用于钢铁厂、加工厂、石材厂、服装厂等。9 了解常用的微制造（MEMS）工艺 一、STM（隧道显微镜）加工 它的基本原理是用极细的探针与被研究的样品表面分别作为两个电极（构成势垒）。当样品与针尖离得十分近（纳米量级或小于纳米）（足够薄），在外加电场的作用下，电子会穿过两个电极间的势垒流向另一电极。 二、离子束加工（IBM，Ion Beam Machining） 离子束加工的原理与电子束加工原理基本类似，即在真空条件下，将离子源产生的离子束经过加速聚焦，使之打到工件表面。离子束加工方法按照其所利用的物理效应和达到目的的不同，可以分为四类，即利用离子撞击和溅射效应的离子刻蚀、离子溅射沉积和离子镀，以及利用注入效应的离子注入。10 比较公认的微机电系统的多少尺寸范围量级的机械 在日常生活中，人们往往是把眼睛看不清的东西称之为微小物体，也可以说是指大小在0.1m到100 m左右的物体。 不同学者对微机电系统的尺寸范围看法也不尽一致。有些学者把大小在1mm以上到10mm量级的机械称之为超小型机械，把1mm以下量级的机械称为微型机械。比较公认的范围是是指1mm到0.01 m量级的机械称为微型机械。有些学者把近来十分热门的纳米技术也列入微型机械的范围内。 13虚拟现实系统的特性（3I特性）、主要结构形式与应用虚拟现实技术的基本特征有三个：沉浸性、交互性和想象性。（1）沉浸性是指用户作为主角存在于虚拟环境中的真实程度。（2）交互性是指用户对虚拟环境内物体的可操作程度和从环境得到反馈的自然程度（3）想象性是指用户沉浸在多维信息空间中，依靠自己的感知和认知能力全方位地获取知识，发挥主观能动性，寻求解答，形成新的概念。虚拟现实系统按其交互程度和沉浸程度的不同，可以分为以下几类： （1）桌面式VR系统（2）沉浸式VR系统。（3）叠加式VR系统。（4）分布式VR系统。应用1教育应用：虚拟教学平台、虚拟实验室、虚拟教学软件、虚拟校园等等在大众化教育及军事、医学、航空等的教育方面都得到了广泛应用2工程应用 3商业应用 4娱乐应用 等等14 仿真与虚拟现实的区别 仿真(Simulation)属于一门基础性学科。仿真就是利用模型进行的一种试验，它可极为有效而经济地用于科研、设计、训练以及系统的试验。仿真技术是以控制理论、相似原理、数模与计算技术、信息技术、系统技术及其应用领域相关专业技术为基础。虚拟现实(Virtual Reality-VR)，又称灵境技术，实际上是一种采用计算机技术制作模拟仿真的假想世界的技术。VR 技术是计算机技术、传感技术、人机接口技术和人工智能技术等多种高新技术的结晶。仿真与VR 是一对孪生兄弟，只是其侧重点不同而已 仿真强调其与事物的相似性， 而VR则强调其“沉浸 感。采用VR 技术进行系统仿真，将会收到珠联壁合之效。15 虚拟轴机床的特点（1）机床结构简单 虚拟轴机床主要由框架和可变长度杆等简单构件组成，机床以较为复杂的控制换取机床结构的最大简化。（2）机床结构稳定、刚度高 虚拟轴机床为对称的封闭框架结构，受力、受热均匀（3）机床动态性能好 虚拟轴机床采用并联结构，运动部件的数量少、质量轻，减少了运动负荷，能够实现更快的动态响应。（4）机床精度高 机床的误差是6个轴误差的平均值，而不像串联机构那样是各个轴的误差的叠加；因此，误差小而加工精度高。此外，结构刚度的提高，运动部件质量的减小也会对加工精度产生良好的影响。（5）机床适应性强（6）机床经济性好 虚拟轴机床结构简单，易于制造，制造成本低。（7）机床通用性、模块化程度高16虚拟轴机床（并联机构）和传统机床（串联机构）的比较 传统数控机床的问题： 1)主体结构为串联开链结构，存在悬臂部件，不容易获得高的结构刚度。 2)组成环节多，使机床不容易获得高的总体刚度，限制了加工精度和速度的提高。3)串联结构会使各组成环节的制造误差、传动误差，热变形误差、受力变形误差等相迭加。4)运动环节的总质量大，机床的进给速度和加速度低。5)结构复杂、零件数量多、加工量大、制造难度大、生产周期长、生产成本高。 新型机床具有以下显著优点： 1)机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，易于经济化批量生产。此外，该机床整体重量轻，约为常规机床的几分之一。 2)工件固定而主轴相对于工件作进给运动，高的加速度和高的进给速度，机床中不存在承重导轨，驱动阻力小，还有利于提高进给速度和加速度。3)该结构中不存在悬臂环节，总体刚度高，加工精度和加工质量。4)将传动与支承功能集成为一体，有利于提高机床的综合精度。 刚度高、移动部件质量小、结构简单以及相同零件的数量多，成为并联机构突出的优点。 17RE（逆向工程）、RP（快速成型）在产品开发的集成应用 逆向工程Reverse Engineering，RE)是在没有设计图纸或没有CAD模型的情况下按照现有零件，利用各种数字化设备对现有的实物进行扫描和测量，获得密集的空间点资料，然后通过计算机技术处理得到实物的数字模型和三维实体造型的过程。 快速成型(Rapid Prototyping，RP)技术于20世纪80年代起源于机械工程领域，是集新型材料科学、计算机辅助设计、数控技术、激光技术为一体，基于离散、堆积原理逐层累加进行物理模型快速制作的综合。