【正文】 nment ) （2）面向能源的設(shè)計(jì)技術(shù) （3）面向材料的設(shè)計(jì)技術(shù) （4）人機(jī)工程設(shè)計(jì)技術(shù)：以人機(jī)工程學(xué)理論為基礎(chǔ)第三章 先進(jìn)制造工藝技術(shù)一、 先進(jìn)制造工藝技術(shù)定義、發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢（P91） 先進(jìn)制造工藝技術(shù)定義：先進(jìn)制造工藝技術(shù)就是機(jī)械制造工藝不斷變化和發(fā)展后所形成的制造工藝技術(shù)，包括了常規(guī)工藝經(jīng)優(yōu)化后的工藝，以及不斷出現(xiàn)和發(fā)展的新型加工方法。其主要技術(shù)體系由先進(jìn)成形加工技術(shù)、現(xiàn)代表面工程技術(shù)等技術(shù)構(gòu)成先進(jìn)制造加工技術(shù)。 先進(jìn)制造工藝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀（P91）現(xiàn)狀：加工精度不斷提高、加工速度得到提高、材料科學(xué)促進(jìn)制造工藝變革、重大技術(shù)裝備促進(jìn)加工制造技術(shù)的發(fā)展、優(yōu)質(zhì)清潔表面工程技術(shù)獲得進(jìn)一步發(fā)展、精密成形技術(shù)取得較大發(fā)展、熱成形過程的計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)研究有一定發(fā)展。 先進(jìn)制造工藝技術(shù)的發(fā)展趨勢（P94）趨勢：從總體發(fā)展趨勢看，優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、靈捷、潔凈是機(jī)械制造業(yè)永恒的追求目標(biāo)，也是先進(jìn)制造工藝技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。21世紀(jì)，加工制造技術(shù)的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢大致是：先進(jìn)精密超精密加工技術(shù)、特種加工技術(shù)、超高速切削及超高速磨削技術(shù)、微型機(jī)械加工技術(shù)、新一代制造裝備技術(shù)及虛擬制造技術(shù)等。二、 主要的新型熱加工技術(shù)（鑄造、塑性成形、焊接、現(xiàn)代切割技術(shù)、熱處理、表面工程）有哪些？(P95) 精密潔凈鑄造（P95）：化學(xué)硬化砂鑄造、高效金屬型鑄造（包括壓力鑄造技術(shù)和擠壓鑄造技術(shù)）、消失模鑄造技術(shù)（氣化膜）。 精確高效金屬塑性成形（P106）：超塑性成形、等溫成型、輥鍛技術(shù)、楔橫軋技術(shù)、粉末成形等工藝。 優(yōu)質(zhì)高效焊接（P119）：精密焊接（激光焊接、電子束焊接、擴(kuò)散焊、焊熔近終成形）、特殊環(huán)境下焊接技術(shù)（空間焊接、水下焊接）；焊接機(jī)器人技術(shù)。 現(xiàn)代切割技術(shù)（P124）：激光切割、等離子弧切割、超聲切割、高壓水射流切割。 優(yōu)質(zhì)低耗熱處理（P130）：真空熱處理、離子熱處理、激光表面和進(jìn)化、熱處理工藝專家系統(tǒng)。 表面工程：(P139)1) 表面改性技術(shù)(P139)? 等離子體表面處理：離子滲氮，離子滲碳，離子碳氮共滲，離子滲金屬。? 激光表面處理：激光表面強(qiáng)化，激光表面涂覆，激光表面非晶態(tài)處理，激光表面合金化，激光氣相沉積。? 電子束表面處理：電子束表面相變強(qiáng)化處理，電子束表面重熔處理，電子束表面合金化處理，電子束表面非晶化處理等。? 高密度太陽能表面處理：太陽能相變硬化，太陽合金化處理，太陽能表面重熔處理。? 離子注入表面改性2）表面覆層技術(shù)（P147）? 熱噴涂技術(shù)：火焰噴涂，電弧噴涂，等離子噴涂，爆炸噴涂等。? 電火花表面涂敷、 ? 塑料涂敷、 ? 真空蒸鍍、? 濺射鍍膜、? 離子鍍、? 化學(xué)氣相沉積、? 分子束外延? 離子束合成薄膜技術(shù)3）復(fù)合表面技術(shù)（P152）? 復(fù)合表面化學(xué)熱處理：多元素共滲。? 表面熱處理與表面化學(xué)熱處理的復(fù)合強(qiáng)化處理。? 熱處理與表面形變強(qiáng)化的復(fù)合處理工藝。? 鍍覆層與熱處理的復(fù)合處理工藝。? 覆蓋層與表面冶金化的復(fù)合處理工藝。? 離子輔助涂覆。? 激光、電子束復(fù)合氣相沉積和復(fù)合涂鍍層。? 離子注入與氣相沉積復(fù)合表面改性。三、 超高速加工技術(shù)（P155）超高速加工技術(shù)是指采用超硬刀具磨具和能可靠地實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)動的高精度、高自動化、高柔性的制造設(shè)備，以極大地提高切削速度來達(dá)到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)，它是提高切削和磨削效果以及提高加工質(zhì)量、加工精度和降低加工成本的重要手段。實(shí)現(xiàn)超高速加工技術(shù)的的核心關(guān)鍵技術(shù)主要有：超高速切削、磨削機(jī)理，超高速主軸單元制造技術(shù)，超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)，超高速刀具、磨具，超高速機(jī)床支承及輔助單元制造技術(shù)，以及超高速加工測試技術(shù)等。 簡述高速切削的特點(diǎn)和技術(shù)關(guān)鍵。（）優(yōu)點(diǎn)：加工時(shí)間可縮短35倍；提高生產(chǎn)效率；表面粗糙度降低；輪廓精度提高；減少拋光時(shí)間；減少輔助時(shí)間；在同一工序上即可完成粗、精加工；可直接加工淬硬材料，實(shí)現(xiàn)“以切代磨”；可加工很薄的薄壁；降低加工成本。不利因素：舊的加工習(xí)慣必須拋棄；更多的設(shè)備投資；更多的刀具成本；必須格外加強(qiáng)操作人員的保護(hù)；培訓(xùn)較復(fù)雜。技術(shù)關(guān)鍵：? 滾珠軸承高速主軸:106r/min，? 液體靜壓軸承高速主軸:轉(zhuǎn)速特征值可達(dá)1106，軸徑為30mm的主軸，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá)30000r/min以上? 空氣靜壓軸承高速主軸:106r/min，回轉(zhuǎn)誤差在50nm以下，最高轉(zhuǎn)速可達(dá)100000r/min。采用金剛石刀具可以進(jìn)行鏡面銑削，加工各種復(fù)雜的高精度形面。? 磁浮軸承高速主軸:轉(zhuǎn)速特征值達(dá)4106r/min，是滾珠軸承主軸的兩倍，如主軸最高轉(zhuǎn)速相同，則磁浮主軸可采用較大軸徑，有較高剛性（約為滾珠軸承主軸的10倍）和較大承載能力。? 驅(qū)動電機(jī)高速化 分析超高速切削時(shí)切削力和切削溫度的變化特點(diǎn)。（P159）薩洛蒙指出：在常規(guī)的的切削速度范圍內(nèi)，切削溫度隨切削速度的增大而提高，但是，當(dāng)切削速度達(dá)到某一數(shù)值Ve之后，切削速度再增加，切削溫度反而降低；Ve之值與工件材料有關(guān)，對每種工件材料，存在一個速度范圍，在這個速度范圍內(nèi)，由于切削溫度太高，任何刀具都無法承受，切削加工不可能進(jìn)行，這個范圍被稱之為“死谷”。如果切削速度能越過“死谷”在高速區(qū)工作，則有可能用現(xiàn)有刀具進(jìn)行超高速切削，切削溫度與常規(guī)切削基本相同，從而大大減少切削工時(shí)，大幅度提高機(jī)床生產(chǎn)效率。隨著切削速度的提高，切屑形式依次為：弧形切屑、墊圈型螺旋切屑、條狀切屑、短條切屑、碎斷切屑。 簡述超高速主軸單元制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)（P161）超高速主軸單元制造技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)有：超高速主軸材料、結(jié)構(gòu)、軸承的研究與開發(fā)，超高速主軸系統(tǒng)動態(tài)特性及熱態(tài)特性研究，柔性制造主軸及其軸承的彈性支承技術(shù)的研究，超高速主軸系統(tǒng)的潤滑與冷卻技術(shù)研究，以及超高速主軸系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)、虛擬設(shè)計(jì)技術(shù)研究。 高速切削對機(jī)床的要求1） 主軸轉(zhuǎn)速高、功率大。一般都大于10，000r/m，有的高達(dá)60，000—100，000 r/m，為常規(guī)機(jī)床的10左右；主電機(jī)功率為15—80Kw。2） 進(jìn)給量和快速行程速度高。高達(dá)60100m/s以上，是常規(guī)值的10倍左右。3） 主軸和工作臺運(yùn)動都要有極高的加速度。4） 機(jī)床要有優(yōu)良的靜、動態(tài)特性和熱特性。5） 要有其他配合高速度的部件，如快速刀具交換、快速工件交換以及快速排屑等裝置以及高速下的安全保護(hù)、監(jiān)測措施等。 超高速加工用刀具（P163）1）、高速切削對刀具材料的要求：高硬度、高強(qiáng)度和耐磨性；高熱硬性、良好化學(xué)穩(wěn)定性；高韌度、良好耐熱沖擊性。2）、目前，高速切削加工常用刀具材料有：聚晶金剛石（PCD）材料、立方氮化硼（CBN）材料、陶瓷刀具（Al2OSi3N4）、金屬陶瓷、涂層刀具、超細(xì)晶粒硬質(zhì)合金、粉末冶金高速鋼等。3）、高速切削用刀具特點(diǎn)：（1）PCD的特點(diǎn)：精加工鋁合金，有色金屬及非金屬材料，可獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量高耐磨性及優(yōu)良的熱傳導(dǎo)性能，使刀片在高速切削時(shí)使用壽命延長不適用于加工鋼與鑄鐵（2）CBN的特點(diǎn)：適用于加工難切削材料，如燒結(jié)金屬，淬硬鋼及超耐熱合金，可節(jié)約加工成本，縮短工序，優(yōu)良的加工表面質(zhì)量，高速切削淬硬鋼時(shí)可大大提高生產(chǎn)效率，適用于高速切削鑄鐵。 （3）陶瓷刀具的特點(diǎn)：優(yōu)良的紅硬性，適用于高速切削；適用于加工淬硬材料及其他難加工材料低的化學(xué)親和性；高耐磨性使刀具壽命更長優(yōu)良的加工表面質(zhì)量(4）金屬陶瓷的特點(diǎn)：在高溫高硬度下可用高速切削、優(yōu)良的抗氧化性，刀具壽命更長、切削速度范圍廣. 高速磨削1）高速磨削的特點(diǎn)：磨削速度高、在材料切除率不變的條件下，可降低單一磨粒的切削深度，從而減小磨削力，降低表面粗糙度，提高生產(chǎn)效率。 高速磨削的材料切除率與車、銑削相當(dāng)，既可精加工，也可粗加工，大大減少機(jī)床種類，“以磨代削”降低生產(chǎn)成本。2）高速磨削的技術(shù)關(guān)鍵：（1）高速主軸：滾珠軸承高速主軸，液體靜壓軸承高速主軸，空氣靜壓軸承高速主軸，磁浮軸承高速主軸，電主軸；（2）磨床結(jié)構(gòu)：盡可能組合多種磨削功能，實(shí)現(xiàn)在一臺磨床上完成全部的磨削工序；高動態(tài)精度、高阻尼、高抗震性和熱穩(wěn)定性；高自動化和可靠的磨削過程；（3）高速磨削砂輪：砂輪基體的機(jī)械強(qiáng)度必須承受高速磨削時(shí)的磨削力；高速磨削時(shí)的安全可靠性；外觀鋒利，磨粒（立方氮化硼與金剛石）突出高度大，以便容納大量的長切屑；結(jié)合劑（多孔陶瓷和電鍍鎳）必須具有很高的耐磨性，以減少砂輪磨損。（4）冷卻潤滑系統(tǒng)：冷卻潤滑液要求：較高的熱容量和導(dǎo)熱率，以提高冷卻效率；能承受較高的壓力；良好的過濾性能，防腐蝕性和附著力；較高的穩(wěn)定性，不起泡，不變色；對健康無害，易于清洗；有利于保護(hù)環(huán)境，易于處理。四、超精密加工技術(shù)（P166） 精密加工：加工精度在10~，~，如金剛車、金剛鏜、研磨、超精細(xì)加工、砂帶磨削、鏡面磨削和冷壓加工等。適應(yīng)于精密機(jī)床、精密測量儀器等產(chǎn)品的關(guān)鍵零件加工，如精密絲杠、精密齒輪、精密蝸輪、精密導(dǎo)軌和精密軸承等。 超精密加工：~，~，如金剛石刀具超精密切削、超精密磨料加工、超精密特種加工和復(fù)合加工等，使用于精密元件、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)元件、大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的制造，目前超精密加工的精度正處在亞納米級工藝，正在向納米級工藝發(fā)展。 納米加工：。其加工方法大多已不是傳統(tǒng)的機(jī)械加工方法，而是注入原子分子單位加工等方法。 納米技術(shù)：是指納米級（~100nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。 納米技術(shù)的主要內(nèi)容：1）納米測量技術(shù)；2）納米級加工技術(shù)；3）納米級器件；4）納米材料；5）微型機(jī)械和微型機(jī)電系統(tǒng)；6）納米生物學(xué)。 超精密磨削和磨料加工技術(shù)（P171175）：超精密磨削和磨料加工是利用細(xì)粒度的磨粒和微粉主要對黑色金屬、硬脆材料等進(jìn)行加工，可分為固結(jié)磨料和游離磨料兩大類加工方式。其中固結(jié)磨料加工主要有：超精密砂輪磨削和超硬材料微粉砂輪磨削、超精密砂帶磨削、ELID磨削（電解在線修整超精密鏡面磨削）、雙端面精密剝削以及電泳磨削等。 簡述游離磨料的高效加工工藝。（P173）游離磨料加工是指在加工時(shí)，磨料或微粒不是固結(jié)在一起，呈游離狀態(tài)。其典型方法有超精密研磨和拋光加工。研磨是在被加工表面和磨具之間置以游離磨料和潤滑液，使被加工表面和磨具產(chǎn)生相對運(yùn)動并加壓，磨料產(chǎn)生切削、擠壓作用，達(dá)到改善表面質(zhì)量效果。超精密拋光主要指磨粒的擠壓使工件表面產(chǎn)生塑性變形。 超精密加工裝備的特點(diǎn)（P176）高精度、高剛度、高穩(wěn)定性、抗振性好、控制性好。五、微型機(jī)械加工技術(shù)（P177）簡述微型機(jī)械加工技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)（P181） 微型機(jī)械加工技術(shù)是微型機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，其包括微型機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、微型機(jī)械組裝和封裝技術(shù)、微系統(tǒng)的表征和測量技術(shù)及微系統(tǒng)集成技術(shù)。光刻技術(shù)（P181） 光刻加工是用照相復(fù)印的方法將光刻掩膜上的圖像印制在涂有光致抗蝕劑（光刻膠）的薄膜或基材表面，然后進(jìn)行選擇性腐蝕，刻蝕出規(guī)定的圖形。光刻工藝的基本過程包括涂膠、曝光、顯影、堅(jiān)膜、腐蝕、去膠。LIGA技術(shù)（P183） LIGA技術(shù)是一種由半導(dǎo)體光刻工藝派生出來的采用光刻方法一次生產(chǎn)三維空間微機(jī)械構(gòu)件的方法。技術(shù)機(jī)理是由深層X射線光刻、電鑄成形及塑鑄成形三個工藝組成。（在用LIGA技術(shù)進(jìn)行光刻過程中，一張預(yù)先制作的模板上的圖形被映射到一層光刻掩膜上，掩膜中被光照部分的性質(zhì)發(fā)生變化，在隨后的沖洗過程中被熔解，剩余的掩膜即是待生成的微結(jié)構(gòu)的負(fù)體，在接下來的電鍍成形過程中，從電解液中析出來的金屬填充到光刻出的空間而形成金屬微結(jié)構(gòu)）。工藝過程由X光 掩膜板的制作、X光深光刻、光刻顯影、電鑄成形、塑模制作、塑模脫模成形等組成。六、簡述電火花、激光束、電子束、離子束（P195）、高壓水射流加工（P128）的原理與特點(diǎn)。電火花加工原理：在一定液體介質(zhì)中，利用脈沖波放電對到點(diǎn)材料的電蝕現(xiàn)象來去除材料的加工方法。電火花加工的特點(diǎn)：1）可加工五高（高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性和高純度）導(dǎo)電材料；2）加工時(shí)無明顯機(jī)械力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工；3）脈沖參數(shù)可調(diào)節(jié)，可在同一臺機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工；4）電火花加工后的表面呈現(xiàn)凹坑，有利于貯油和降低噪聲；5）效率低于切削加工；6）放電過程中有部分能量消耗在工具電極上，損耗電極，影響精度。激光束加工的原理：工作介質(zhì)（固體或氣體）受光泵激發(fā)后輻射產(chǎn)生的加強(qiáng)光，經(jīng)光學(xué)系統(tǒng)聚焦至幾十至幾微米的績效光斑，獲得極高的能量密度，依靠光熱效應(yīng)加工。（工件在光熱效應(yīng)下產(chǎn)生的高溫熔融和沖擊波的綜合作用過程）激光束加工的特點(diǎn)：1）它屬于高能束流加工，不存在工具磨損更換問題；2）幾乎可以加工任何材料；3）屬非接觸加工，無明顯機(jī)械力；4）加工速度快，熱影響區(qū)?。?）易實(shí)現(xiàn)加工過程自動化；6）可通過玻璃、空氣及惰性氣體等透明介質(zhì)加工；7）輸出功率大小可調(diào)，可用于精密微細(xì)加工；8）加工時(shí)不產(chǎn)生振動噪聲，加工效率高。電子束加工原理：由電子槍射出的告訴電子束經(jīng)過電磁透鏡聚焦后轟擊工件表面，形成局部高溫，使材料瞬時(shí)熔化和汽化，從而達(dá)到材料去除、連接或改性的目的。電子束加工的特點(diǎn)：1）可實(shí)現(xiàn)極其微細(xì)的聚焦，可實(shí)現(xiàn)亞微米和毫微米級的精密微細(xì)加工；2）電子束加工主要靠瞬時(shí)熱效應(yīng)，工件不受機(jī)械力作用，不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形；3）加工材料范圍廣；4）加工效率高；5）真空加工無污染，加工表面不易氧化；6）成套設(shè)備價(jià)格昂貴。離子束加工原理：真空腔內(nèi)，惰性氣體如氬氣在高速電子的撞擊下被電離成離子，加速后的離子束撞擊在工件表面上，引起材料變形、破壞和分離。離子束加工的特點(diǎn)：1）加工主要靠離子束的微觀機(jī)械撞擊，可實(shí)現(xiàn)納米級的加工；2）真空加工污染少，特別適宜加工易氧化的材料；3）加工應(yīng)力小，熱變形小，加工表面質(zhì)量高；4）設(shè)備費(fèi)用高、成本高，加工效率低。 高壓水射流加工原理（P128）：利用水或水中添