【正文】 美國這個(gè)超級(jí)大國在制造技術(shù)和制造工業(yè)的發(fā)展中所走過的彎路和所經(jīng)歷的波折中，我們可以看到：?一個(gè)現(xiàn)代國家如果忽視了制造技術(shù)和制造工業(yè)，放松了對(duì)于制造技術(shù)的研究、開發(fā)和對(duì)于制造工業(yè)的促進(jìn)，其后果將是何等嚴(yán)重!?像美國這樣的實(shí)力雄厚的經(jīng)濟(jì)大國尚且不能承受由此而引起的嚴(yán)重后果，更何況像我國這樣的發(fā)展中國家。在美國的壓力下，東芝公司董事長和總經(jīng)理被迫辭職。二、知識(shí)經(jīng)濟(jì)條件下制造業(yè)面臨的機(jī)遇和挑戰(zhàn) （1）建立在規(guī)模經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)上，靠企業(yè)規(guī)模、生產(chǎn)批量、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和重復(fù)性來獲得競爭優(yōu)勢。（5）難以滿足市場對(duì)產(chǎn)品花色品種和交貨期的要求。 (3)大市場和大競爭世界市場的開放程度越來越大。(5)信息化和智能化隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)廣泛的應(yīng)用，企業(yè)的控制進(jìn)一步信息化和智能化，企業(yè)的工作內(nèi)容、對(duì)象和方法發(fā)生根本的改變。第三節(jié) 21世紀(jì)制造業(yè)的主要特點(diǎn)一、背景市場競爭是推動(dòng)制造業(yè)不斷采用先進(jìn)制造技術(shù)和制造模式的因素 二十多年來，世界制造業(yè)已進(jìn)入了一個(gè)巨大變革時(shí)期，這一變革主要特點(diǎn)是：生產(chǎn)能力(包括資本、信息)在世界范圍內(nèi)迅速提高和擴(kuò)散，已形成全球市場激烈競爭格局。 二、21世紀(jì)制造業(yè)的主要特點(diǎn)是產(chǎn)品生命周期縮短，產(chǎn)品更新加快美國制造業(yè)的經(jīng)營策略變革示意圖 具備贏得競爭，提高市場占有率的四種基本能力：（1）時(shí)間競爭能力，產(chǎn)品上市快、生產(chǎn)周期短、交貨及時(shí)；（2）質(zhì)量競爭能力，產(chǎn)品不僅可靠性高，而且使用戶在各方面都滿意；（3）價(jià)格競爭能力，產(chǎn)品生成成本低，銷售價(jià)格適中；（4）創(chuàng)新競爭能力?，F(xiàn)代制造業(yè)的設(shè)計(jì)方法、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)方式、生產(chǎn)工藝和設(shè)備以及生產(chǎn)組織結(jié)構(gòu)已經(jīng)改變。環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)與可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)安全型和資源節(jié)約型制造技術(shù)是制造領(lǐng)域亟待解決的一個(gè)重要課題。挑戰(zhàn)性：在通信和數(shù)據(jù)處理方面需要重要的新技術(shù)，需要制造企業(yè)有新的社會(huì)與文化氛圍。按計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)(硬件和軟件)目前的指數(shù)增長速率，到2020年將能滿足制造業(yè)的需求。人口增長及技術(shù)不斷開發(fā)，全球生態(tài)系統(tǒng)將受到嚴(yán)重的制約。全球產(chǎn)業(yè)界進(jìn)入了結(jié)構(gòu)大調(diào)整的重要時(shí)期，世界正在形成一個(gè)統(tǒng)一的大市場。2020年，技術(shù)創(chuàng)新的單元將在以下諸方面發(fā)揮巨大的能力：多單元工藝技術(shù)集成為單一工藝將顯著減少投資、檢驗(yàn)時(shí)間、搬運(yùn)和加工時(shí)間。這些創(chuàng)新工藝的發(fā)展能夠制造出新的產(chǎn)品，例如 由分子級(jí)的元器件組成的生物計(jì)算機(jī)； 能在分子或細(xì)胞級(jí)上進(jìn)行手術(shù)且只有分子大小的外科工具； 高效且便宜的太陽能收集器等等。FCCSET先進(jìn)制造技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及主要內(nèi)容如圖3所示。 新的設(shè)計(jì)思想和方法不斷出現(xiàn)，如 并行設(shè)計(jì)、 面向“X”的設(shè)計(jì)(Design For X，DFX)、 健壯設(shè)計(jì)(Robust Design)、 優(yōu)化設(shè)計(jì)(Optimal Design)、 反求工程技術(shù)(Reverse Engineering)等。 現(xiàn)代產(chǎn)品建模理論發(fā)展，向智能化設(shè)計(jì)方向發(fā)展。(1)精密、超精密加工技術(shù)。(2)精密成形制造技術(shù)指從制造工件的毛坯、從接近零件形狀(Near Net Shape Process)向： 直接制成工件即精密成形或稱凈成形(N用Shape Process)的方向發(fā)展國際機(jī)械加工技術(shù)協(xié)會(huì)預(yù)測： 到21世紀(jì)初，塑性成形與磨削加工相結(jié)合，將取代大部分中小零件的切削加工。制造自動(dòng)化涉及技術(shù)： 數(shù)控技術(shù)、 工業(yè)機(jī)器人技術(shù) 柔性制造技術(shù)， 制造自動(dòng)化涉及技術(shù)是機(jī)械制造業(yè)最重要的基礎(chǔ)技術(shù)之一。(4)自動(dòng)檢測及信號(hào)識(shí)別技術(shù) 包括自動(dòng)檢測CAT，信號(hào)識(shí)別系統(tǒng)，數(shù)據(jù)獲取，數(shù)據(jù)處理，特征提取，識(shí)別。(1)先進(jìn)制造生產(chǎn)模式。包括 虛擬公司理論與組織 企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的變革 以人為本的團(tuán)隊(duì)建設(shè) 企業(yè)重組工程第六節(jié) 先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢 新世紀(jì)新動(dòng)態(tài)： 電子、信息等高新技術(shù)的迅猛發(fā)展 市場需求個(gè)性化與多樣化先進(jìn)制造技術(shù) “8化” 發(fā)展： 精密化、柔性化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化。先進(jìn)制造體系依靠 先進(jìn)的信息技術(shù) 自動(dòng)化技術(shù) 實(shí)現(xiàn)自身的先進(jìn)性， 先進(jìn)的管理科學(xué) 保證： “時(shí)、空、人、物、信息、處理及決策”的正確性。反映在不同的國家和地區(qū)，先進(jìn)制造技術(shù)也有其本身重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)和內(nèi)容。信息技術(shù)應(yīng)用于先進(jìn)制造技術(shù)，提高了制造技術(shù)的技術(shù)含量，使傳統(tǒng)制造技術(shù)發(fā)生質(zhì)的變化。各種先進(jìn)生產(chǎn)模式的發(fā)展，如CIMS、并行工程、敏捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造，也以信息技術(shù)的發(fā)展為支撐。 在生產(chǎn)上專業(yè)車間的概念逐漸淡化，將多種不同專業(yè)的技術(shù)集成在： 一臺(tái)設(shè)備 一條生產(chǎn)線 一個(gè)工段或車間里的生產(chǎn)方式逐漸增多。制造科學(xué)是支撐制造技術(shù)理論體系的外在表現(xiàn)。主要體現(xiàn)在：(1)綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù) 使產(chǎn)品在生命周期符合環(huán)保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求。八．虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在制造業(yè)中越來越多的應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology)主要包括虛擬制造技術(shù)和虛擬企業(yè)兩個(gè)部分。虛擬企業(yè)含義：虛擬企業(yè)是為了快速響應(yīng)某一市場需求，通過信息高速公路，將產(chǎn)品涉及到的不同企業(yè)臨時(shí)組建成為一個(gè)沒有圍墻、超越空間約束、靠計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經(jīng)濟(jì)實(shí)體。制造產(chǎn)品、市場的國際化及全球通信網(wǎng)絡(luò)的建立，形成國際競爭與協(xié)作氛圍，21世紀(jì)制造國際化是發(fā)展的必然趨勢。加工立體形狀復(fù)雜的大型框架，如座艙風(fēng)擋骨架、艙門、窗框等，還需要采用多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控銑床或立體靠模銑床。 制造工藝方法歸結(jié)為下圖分類(P162圖51)2. 種加工技術(shù)一、特種加工的產(chǎn)生及發(fā)展背景：傳統(tǒng)的機(jī)械加工已有很久的歷史，它對(duì)人類的生產(chǎn)和物質(zhì)文明起了極大的作用。從第一次產(chǎn)業(yè)革命以來，到第二次世界大戰(zhàn)以前，長達(dá)150多年，都靠機(jī)械切削加工，沒有產(chǎn)生對(duì)特種加工的迫切要求，也沒有發(fā)展特種加工的充分條件。二、特種加工的特點(diǎn)和種類目前，已經(jīng)找到了多種加工方法，相對(duì)傳統(tǒng)金屬切削加工，這類新加工方法統(tǒng)稱為特種加工，國外稱作非傳統(tǒng)加工(NonTraditional Machining，NTM)或非常規(guī)機(jī)械加工(NonConventional Machining，NCM)。（6）能獲得良好的加工表面質(zhì)量，熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化、熱影響區(qū)以及毛刺等均比較小。在20世紀(jì)40年代開始研究并逐步應(yīng)用于生產(chǎn)。長期以來電腐蝕被認(rèn)為是有害的，人們不斷地研究電腐蝕的原因并設(shè)法減輕和避免它。間隙過小，容易形成短路接觸，同樣也不能產(chǎn)生火花放電。為此，電火花加工必須采用脈沖電源。以上問題的綜合解決通過下圖所示電火花加工系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) （1）是不接觸加工工具電極和工件之間并不直接接觸而有一個(gè)火花放電間隙(0．1—0．01 mm)，間隙中充滿煤油工作液?？梢杂密浀墓ぞ呒庸び岔g的工件，及超硬材料。由于加工中工具電極和工件不直接接觸，沒有機(jī)械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細(xì)加工，目前已能加工出0．005 mm的短微細(xì)軸和0．008mm的淺微細(xì)孔，以及直徑小于1 mm的齒輪。1960年，美國休斯實(shí)驗(yàn)室(Hughes Laboratories)的梅曼(H．Maiman)成功地制成了世界上第一臺(tái)激光器，人們對(duì)激光的想象也終于變成了現(xiàn)實(shí)。它是從“Light Amplification by Stimulated Emission Of Radiation‘’各詞取第一個(gè)字母縮寫而成的，直譯過來就是“受激輻射放大的光”。根據(jù)丹麥物理學(xué)家波爾(Bohr)的原子軌道論，核外電子只能沿若干可能的運(yùn)行軌道之一繞核運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2—1簡單說明了原子受激躍遷的過程。原子受激產(chǎn)生能級(jí)躍遷示意圖受激輻射出的光子又會(huì)激發(fā)另外的原子產(chǎn)生受激輻射，如此循環(huán)下去，光便得到了放大。脈沖激光器產(chǎn)生的激光亮度比太陽表面亮度高1010倍。（３）單色性好：單色性是指激光譜線寬度的范圍。（２）激光加工分類根據(jù)激光束與材料相互作用的機(jī)理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學(xué)反應(yīng)加工兩類。１）固體激光器工作原理下圖是固體激光器工作原理圖當(dāng)激光工作物質(zhì)釔鋁石榴石受到光泵(激勵(lì)脈沖氙燈)的激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在一定條件下可導(dǎo)致工作物質(zhì)中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低能級(jí)粒子數(shù)，這種現(xiàn)象稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。在后者中有時(shí)還包括根據(jù)加工要求驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)的自動(dòng)控制裝置。５）工作臺(tái)由人工控制或采用數(shù)控裝置控制，在三坐標(biāo)方向移動(dòng)，方便又準(zhǔn)確地調(diào)整工件位置。應(yīng)根據(jù)工件材料合理選用激光器。當(dāng)焦點(diǎn)位置很低時(shí)，透過工件表面的光斑面積很大，不僅會(huì)產(chǎn)生很大的喇叭口，而且由于能量密度減小而影響加工深度。一般應(yīng)使焦點(diǎn)恰恰在或者微低于工件表面為宜。４）輸出功率與照射時(shí)間的影響激光輸出功率大，照射時(shí)間長，工件所獲得的激光能量就大。5）照射次數(shù)的影響用激光照射一次，加工的深度大約是孔徑的五倍左右，且錐度較大。從圖中可知，照射20～30 次以后，孔的深度到達(dá)飽和值。大功率的C02氣體激光器輸出的連續(xù)激光廣泛用于切割鋼板、鈦板、石英和陶瓷，及用于切割塑料、木材、紙張和布匹等。在切割易燃材料時(shí)可噴吹氮?dú)獾榷栊詺怏w以防止燃燒。激光切割設(shè)備投資很高，主要用于12毫米以下各種厚度的不銹鋼、鈦和鈦合金、難熔金屬和貴重金屬的精密切割。它已獲得廣泛的應(yīng)用，目前國內(nèi)外的線切割機(jī)床已占電加工機(jī)床的60％以上。2) 電極絲比較細(xì)，可以加工微細(xì)異型孔、窄縫和復(fù)雜形狀的工件。5)自動(dòng)化程度高，操作方便，勞動(dòng)強(qiáng)度低。3)加工三維直紋曲面的零件(需配有數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái))，如圖3．圖3．如圖3．圖3. 84)各種導(dǎo)電材料和半導(dǎo)體材料以及稀有、貴重金屬的切斷。1958年美國開始研制混合集成電路，即將微型電阻、電容、晶體二極管和晶體三極管等裝配到一個(gè)絕緣基片上，用基片上的金屬化線互連實(shí)現(xiàn)某種功能的電路組件。光刻蝕————就使用電磁波頻譜中的光束或電子、X射線和離子等射線，將光致抗蝕劑(光刻膠)形成規(guī)定圖形的微細(xì)加工方法。正性膠經(jīng)曝光后，被光照射過的部分難于被顯影液溶解，故顯影圖形中未被光照射過的部分形成窗口。 3)顯影與烘片顯影利用曝光區(qū)與未曝光區(qū)光刻膠溶解度不同，在特定溶劑中把曝光圖呈現(xiàn)出來的處理過程?？涛g方法分為 濕刻(或稱腐蝕)法(化學(xué)) 把硅片浸泡在一定的化學(xué)試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被除去,是傳統(tǒng)的刻蝕方法。 5)剝膜與檢查 剝膜清除殘留腐蝕液后用剝膜液去除光刻膠的處理。由于電子束的能量密度高，作用時(shí)間短，所產(chǎn)生的熱量在未來得及傳導(dǎo)擴(kuò)散前已使工件材料局部熔化、氣化，甚至蒸發(fā)。利用電子束熱效應(yīng)進(jìn)行電子束加工時(shí)，可通過調(diào)整功率密度實(shí)現(xiàn)不同的加工:1）在低功率密度電子束照射時(shí)，工件可達(dá)到材料熔化溫度，材料的氣化與蒸發(fā)很小，故用在電子束熔煉工藝中。電子束焊接的缺點(diǎn)是要求在真空中進(jìn)行。低功率密度電子束照射的工件表面時(shí)，入射的電子與高分子材料分子碰撞，使它的分子鏈切斷或重新聚合，引起高分子材料的化學(xué)性質(zhì)和分子量的變化，這種現(xiàn)象稱為電子束的化學(xué)效應(yīng)。它主要用于制作掩膜圖形，也可完成基片圖形的寫圖。選用合適的顯影液，利用不同分子量溶解速度不同的原理把寫出的圖象顯示出來，即完成掩膜或基片圖形的寫圖。如電子陰極投影系統(tǒng)，利用石英掩膜可以復(fù)印出基片或工作掩膜。如對(duì)0．1—1μm厚的薄板打孔只需30微秒至數(shù)秒即可完成，即使是5mm厚的板材也只需數(shù)十秒即可完成打孔。電子束曝光裝置通過電場或磁場能方便地完成電子束聚焦和移動(dòng)電子束的照射點(diǎn)位置，它對(duì)控制信號(hào)的響應(yīng)速度快，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，且生產(chǎn)率高。已用于金剛石刀具的最終刃磨，集成電路的寫圖、復(fù)印，離子注入與各種處理，離子濺射、離子銑等加工中。注：物體因平動(dòng)而具有的動(dòng)能是它質(zhì)量m和它的速度v的二次方的乘積的一半，即mv2/2。在引出電極8的作用下，將離子吸出，形成300條準(zhǔn)直的離子束，再向下則均勻分布在直徑為50mm的圓面積上。它的物理基礎(chǔ)是離子束射到材料表面時(shí)所發(fā)生的撞擊效應(yīng)、濺射效應(yīng)和注入效應(yīng)。目前用于改變零件尺寸和表面物理力學(xué)性能的離子束加工有：用于從工件上作去除加工的離子刻蝕加工；用于給工件表面添加的離子鍍膜加工；用于表面改性的離子注入加工另外還有離子束寫圖與圖形復(fù)印等。問: 為什么用氬氣？ 答: 因?yàn)闅鍤庠有驍?shù)高，而且價(jià)格便宜，所以通常用氬離子進(jìn)行轟擊刻蝕?！? 加工非球面透鏡能達(dá)到其它方法不能達(dá)到的精度。利用低能量的入射離子附著在工件表面的微細(xì)加工方法稱為離子附著加工。這些返回工件的原子與鍍膜的膜材原子同時(shí)到達(dá)工件表面，形成了膜材原子和基材原子的共混膜層?！? 離子鍍裝飾膜還用于工藝美術(shù)品的首飾、金筆套、餐具等的修飾上，其膜厚僅1．5～2μm。由于離子能量相當(dāng)大，離子就鉆進(jìn)被加工材料的表面層，如下圖所示。②離子注入在半導(dǎo)體方面的應(yīng)用在國內(nèi)外都很普遍。④離子注入在光學(xué)方面可以制造光波導(dǎo)例如對(duì)石英玻璃進(jìn)行離子注入，可增加折射率而形成光波導(dǎo)。能夠描畫線寬小于0．1μm的精密微細(xì)圖形。2)離子束曝光的不足(與電子束比較)電子束曝光是一項(xiàng)成熟的技術(shù)，離子束曝光尚在研究之中，由離子源引出的離子束不易實(shí)現(xiàn)微細(xì)聚焦，目前還不可能像電子束那樣獲得數(shù)埃A(A,1018m)的束徑，離實(shí)用階段還有一定的距離.（5）離子束加工其他特點(diǎn)1)加工材料廣泛，加工精度和表面質(zhì)量高 可以實(shí)現(xiàn)韌性和脆性材料的高精度加工，(dμ)至1018m(nm)級(jí)，被加工面的表面粗糙度值小。 4)易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制八、超聲波加工(P174)○什么叫超聲波?○人耳能感受的聲波頻率在16—16 000Hz范圍