【正文】 日本的研究創(chuàng)新意識強，不是單純地模仿國外的做法，而是積極地利用外國技術并結合本國特點和生存環(huán)境，走出了一條自己的發(fā)展道路。美國最早研制了能加工硬脆材料的 6 軸數(shù)控超精密研磨拋光機；聯(lián)合碳化物公司開發(fā)了直徑為 800mm 的非球面光學零件的超精密加工機床；勞倫斯 .利佛摩爾實驗室還開發(fā)了能加工陶瓷、 硬質合金、玻璃和塑料等難加工材料的超精密切削機床，在半導體工業(yè)、航空工業(yè)和醫(yī)療器械工業(yè)中投入使用；珀金 埃爾默等公司用超精密加工技術加工各種軍用紅外零部件。 加工特征 微細加工和超微細加工以分離或結合原子、分子為加工對象，以電子束、技工束、粒子束為加工基礎，采用沉積、刻蝕、濺射、蒸鍍等手段進行各種處理。 微小尺寸和一般尺寸加工是不同的，其不同點主要表現(xiàn)在以下幾個方面： 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 43 精度的表示方法 在微小尺寸加工時，由于加工尺寸很小，精度就必須用尺寸的絕對值來表示，即用取出的一塊材料的大小來表示，從而引 入加工單位尺寸的概念。 9）具有刀具破損和微型鉆頭折斷的敏感的監(jiān)控系統(tǒng)。 5）低熱變形結構設計。 微細加工技術應滿足下列功能： 為達到很小的單位去除率（ UR），需要各軸能實現(xiàn)足夠小的微量移動，對于微細的機械加工和電加工工藝，微量移動應可小至幾十個納米，電加工的 UR 最小極限取決于脈沖放電的能量。納米級基準與傳遞系統(tǒng)建立；納米級測量儀器研究；空間誤差補償技術研究；測量集成技術研究。納米級超精密車床工程化研究；超精密磨床研究；關鍵基礎件，如軸系、導軌副、數(shù)控伺服系統(tǒng)、微位移裝置等研究；超精密機床總成制造技術研究。對超高速加工機床主軸單元、進給單元系統(tǒng)和機床支承及輔助單元系統(tǒng)等功能部位和驅動控制系統(tǒng)的監(jiān)控技術，對超高速加工用刀具磨具的磨損和破損、磨具的修整等狀態(tài)以及超高速加工過程中工件加工精度、加工表面質量等在線監(jiān)控技術進行研究。高速位置芯片環(huán)的研制；精密交流伺服系統(tǒng)及電機的研究；系統(tǒng)慣量與伺服電機參數(shù)匹配關系的研究；機械傳動鏈靜、動剛度研究；加減速控 制技術研究；精密滾珠絲杠副及大導程絲杠副的研制等。對超高速切削和磨削加工過程、各種切削磨削現(xiàn)象、各種被加工材料和各種刀具磨具材料的超高速切削磨削性能以及超高速切削磨削的工藝參數(shù)優(yōu)化等進行系統(tǒng)研究。目前日本工業(yè)實用磨削速度已達 200m/s，美國 Conicut 大學磨削研究中心， 1996 年其無心外圓高速磨床上，最高砂輪磨削速度達 250m/s。 在高速和超高速磨削技術方面，人們開發(fā)了高速、超高速磨削、深切緩進給磨削、深切快進給磨削（即 HEDG）、多片砂輪和多砂輪架磨削等許多高速高效率磨削，這些高速高效率磨削技術在近 20 年來得到長足的發(fā)展及應用。特別引人注目的是，聯(lián)邦德國 Darmstadt 工業(yè)大學生產(chǎn)工程與機床研究所（ PTW）從 1978 年開始系統(tǒng)地進行超高速切削機理研究，對各種金屬和非金屬材料進行高速切削試驗，聯(lián)邦德國組織了幾十家企業(yè)并提供了 20xx 多萬馬克支持該泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 38 項研究工作，自八十年代中后期以來，商品化的超高速切削機床不斷出現(xiàn)，超高速機床從單一的超高速銑床發(fā)展成為超高速車銑床、鉆銑床乃至各種高速加工中心等。砂輪材料過去主要是采用剛玉系、碳化硅系等，美國 G． E公司 50 年代首先在金剛石人工合成方面取得成功， 60 年代又首先研制成功 CBN。在此項技術中，處于領先地位的國家主要有德國、日本、美國、意大利等。 超高速加工 超高速加工的切削速度范圍因不同的工件材料、不同的切削方式而異。 （ 6） 新型材料（工件）及特殊條件下的成形與改性技術 新型材料（工件）的成形技術是解決新型材料（高強鋁合金、鋁鋰合金、鈦合金、金屬間化 合物、各類復合材料、超導材料和形狀記憶合金等功能材料）在變成制品時成形過程的特 殊困難的技術，包括鑄造、塑性成形、連接與材料改性等技術。 （ 5）清潔成形與改性技術 清潔成形與改性技術是實現(xiàn)機械制造業(yè)自身清潔生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)和關鍵技術。模擬、預測并優(yōu)化材料微觀組織結構及偏析、混晶、氫致裂紋等微觀缺陷的演化。這是建立過程模型及設 計物理模擬試驗的理論基礎。 主要包括質量在線控制技術、無損檢測與評價技術、統(tǒng)計過程控制（ SPC）技術、精密傳感 技術等。它是一種既包括生產(chǎn)技術，又包括生產(chǎn)質量管理的系統(tǒng)工程。 （ 2）精密成形設備及生產(chǎn)自動化技術 各種精密成形工藝必須依靠先進的裝備予以實現(xiàn)。 ④ 模型和模具制造。這是進一步改善毛坯和制件內部組織性能，以及提供一個 能適應 各種不同工況條件的優(yōu)質表面的制造技術。 主要指如下技術： ① 精密毛坯制造技術。 精密成形生產(chǎn)向清潔生產(chǎn)方向發(fā)展 清潔生產(chǎn)技術是協(xié)調工業(yè)發(fā)展與環(huán)境保護矛盾的一種新的生產(chǎn)方式，是 21 世紀制造業(yè)發(fā)展的 重要特征。為此，在生產(chǎn)過程自動化、工藝參數(shù)在線控制、生產(chǎn)工藝因素對工藝效 果影響的模擬基礎上，實現(xiàn)控制過程智能化，并實現(xiàn)上述目標，是當前的主要方向。據(jù)國際機械加工技術協(xié)會預測， 21世紀初，塑性成形與磨 削相結合，將取代大部分中小零件的切削加工。 “ 九五 ” 期間，國家將 “ 精密成形與加工研究開發(fā)和應用示范 ”列為重點科技攻關項目 ［ 3］。依靠我國力量建設的汽車前梁、羊角和轎車連桿生 產(chǎn)線已達到國泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 29 際先進水平。 mm ，表面粗糙度 Ra25 μm 。隨著航空、航天事業(yè)的發(fā)展，在空 間進行連接與改性已有必要，這方面也取得突破性進展。目前已開始用于不同領 域，并獲得了巨大的經(jīng)濟效益。發(fā)展、應用精密成形技術就是一個有效途徑。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 27 精密成形技術的發(fā)展對提高一個國家的工業(yè)競爭力有重大影響。 作用 精密成形技術是先進制造技術的一個重要內容，幾乎所有的機械零部件都要通過成形與改性 才能具有所需的形狀及實用功能。它 是建立在新 材料、新能源、信息技術、自動化技術等多學科高新技術成果的基礎上，改造了 傳統(tǒng)的毛坯成形技術，使之由粗糙成形變?yōu)閮?yōu)質、高效、高精度、泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 26 輕量化、低成本、無公害 的成形。因而先進制造工藝只有通過和信息、管理技術緊密結合，不斷探索適應需求的新型生產(chǎn)模式，才能提高先進 制造工藝的使用效果。 ，并趨向集成及一體化。其途徑之一為：一是采用清潔能源，如用電加熱代替燃煤加熱鍛坯，用電熔化代替焦炭沖天爐熔化鐵液；二是采用清潔的工藝材料 開發(fā)新的工藝方法，如在鍛造生產(chǎn)中采用非石墨型潤滑材料，在砂型鑄造中采用非煤粉型砂；三是采用新結構，減少設備的噪聲和振動。 2） 應用新型傳感、無損檢測、理化檢驗及計算機、微電子技術，實時測量并監(jiān)控工藝過程的溫度、壓力、形狀、尺寸、位移、應力、應變、振動、聲、像、電、磁及合金與氣體的成分、組織結構等參數(shù)，實現(xiàn)在線測量、測試技術的電子化、數(shù)字化、計算機及工藝參數(shù)的閉環(huán)控制，進而實現(xiàn)自適應控制。解決新型材料的加工和表面改性難題 激光、電子束、離子束、分子束、等離子體、微波、超聲波、電液、電磁、高壓水射流等新型能源或能源載體的引入，形成了多咱嶄新的特種加工及高密度能切割、焊接、熔煉、鍛壓、熱處理、表面保護等加工工藝或復合工藝。 、超高速方向發(fā)展 超精密加工技術目前已進入納米加工時代，加工精度達 ，表面粗糙度達 。 3. 成形質量向近無 “缺陷 ”方向發(fā)展 毛坯和零件成形質量高低的一另一指標是缺陷的多少、大小和危害程度。 “毛坯 ”與 “零件 ”的界限越來越小。 模擬技術同樣已開始應用于機械加工、特種加工及裝配過程，并已向擬實制造成形的方向發(fā)展，成為分散網(wǎng)絡化制造、數(shù)字化制造及制造全球化的技術基礎。 泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 21 第二章 先進制造工藝的技術發(fā)展趨勢 ，優(yōu)化工藝設計 成形、改性與加工是機械制造工藝的主要工序，是將原材料（主要是金屬材料）制造加工成毛坯或零部件的過程。世界各國都十分清楚美國人所提出的“ 為競爭的優(yōu)勢 而設計”的口號的重要意義。這主要是由于企業(yè)要在不斷變化的產(chǎn)品需求和激烈的市場競爭中立于不敗之地，就要不斷的改進設計理念，使用先進設計制造技術，提高產(chǎn)品質量，降低成本，提高生產(chǎn)率，生產(chǎn)出符合用戶 需求的高科技產(chǎn)品，這也是現(xiàn)代設計技術的發(fā)展方向。（ 7）智能化 現(xiàn)代設計技術堅持“ 以人為本”的指導思想，充分發(fā)揮人的主觀能動性。（ 3）社會性 現(xiàn) 代設計技術開發(fā)新產(chǎn)品的整個過程，從產(chǎn)品的概念形成到報廢處理的全生命周期的所有問題，都要以面向社會、面向市場為指導思想全面考慮解決。它是一種定量的、動態(tài)的和科學的設計技術。理性的高度。并使這個可行的方案付諸于實踐。機械設計是機械工程的重要組成部分，是決定機械性能的最主要的因素。根據(jù)德國工程師協(xié)會文件 VDI2225 的調查分析，產(chǎn)品設計成本約占產(chǎn)品成本的 5% 7%，但卻決定了產(chǎn)品制造成本的 75% 80%。每發(fā)展與采用一項新技術時，應站在哲學高度，慎思 “ 塞翁得馬，安知非禍 ” ，即必須充分考慮可持續(xù)發(fā)展，計及環(huán)境文明。制造業(yè)的產(chǎn)品從構思開始，到設計階段，制造階段、銷售階段、使用與維修階段，直到回收階段、再制造各階段，都必須充分計及環(huán)境保護?！独献?》講的 “ 無為 ” 就是這個意思，即不去 “ 為 ” 違背客觀規(guī)律之 “ 為 ” 。目前，特別是分布式數(shù)據(jù)庫技術、智能代理技術和網(wǎng)絡技術等發(fā)展，將突出知識在制造活動中的價值地位。它突出了在制造諸環(huán)節(jié)中，以一種高度柔性與集成的方式，借助計算機模擬的人類專家的智能活動，進行分析、判斷、推理、構思和決策，取代或延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。③ 自組織與超柔性 。近 20 年來，制造系統(tǒng)正在由原先的能量驅動型轉變?yōu)樾畔Ⅱ寗有停@就要求制造系統(tǒng)不但要具備柔性，而且還要表現(xiàn)出某種智能，以便應對大量復雜信息的處理、瞬息萬變的市場需求和激烈競爭的復雜環(huán)境，因此，智能制造越來越受到高度的重視。在電子商務下的網(wǎng)絡化制造中，供應鏈管理、客戶關系管理、產(chǎn)品生命周期管理共同構成了制造的增殖鏈。 這個變革體現(xiàn)在兩方面：一方面利用網(wǎng)絡，在產(chǎn)品設計、制造與生產(chǎn)管理等活動乃至企業(yè)整個業(yè)務流程中充分享用有關資源，即快速調集、有機整合與高效利 用有關制造資源 。制造技術的網(wǎng)絡化由兩個因素決定：一是生產(chǎn)組織變革的需要，一是生產(chǎn)技術發(fā)展的可能。 即依據(jù)生物是由內部生長而成 “ 器件 ” ，而非同一般制造技術那樣由外加作用以增減材料而成“ 器件 ” 。包括生產(chǎn)過程的集成、全壽命周期過程的集成 。e精密機械技術 。a 檢測傳感技術 。已如前述，先進制造技術就是制造技術、信息技術、管理科學與有關科學技術的集成。信息化、計算機化與網(wǎng)絡化，不但極大地解放了人的體力勞動，而且更為關鍵的是有效地提高了腦力勞動自動化的水平，解放了人的部分的腦力勞動。但管理效率只提高為 至 倍，設計效率只 倍，這表明腦力勞動遠沒有得到有效的解放。可以說，機械是一切技術的載體， 也是自動化技術的載體。 MEMS 可以完成特種動作與實現(xiàn)特種功能，乃至可以溝通微觀世界與宏觀世界，其深遠意義難于估量。 甚至可以說， “ 極 ” 是前沿科技或前沿科技產(chǎn)品發(fā) 展的一個焦點。 (STM) “極 ”是發(fā)展的焦點 “ 極 ” 就是極端條件，就是指在極端條件下工作的或者有極端要求的產(chǎn)品，從而也是指這類產(chǎn)品的制造技術有 “ 極 ” 的要求。在現(xiàn)代超精密機械中，對精度要求極高，如人泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 12 造衛(wèi)星的 儀表 軸承，其圓度、圓柱度、表面粗糙度等均達納米級 。有了后者，才促使前者得以發(fā)展。 “精 ”是發(fā)展的關鍵 “ 精 ” 是 “ 精密化 ” 。數(shù)字化制造就是指制造領域的數(shù)字化，它是制造技術、計算機技術、網(wǎng)絡技術與管理科學的交叉、融和、發(fā)展與應用的結果，也是制造企業(yè)、制造系統(tǒng)與生產(chǎn)過程、生產(chǎn)系統(tǒng)不斷實現(xiàn)數(shù)字化的必然趨勢。 先進制造技術的未來發(fā)展狀況 先進制造技術的發(fā)展可以用 8個字來概括： “ 數(shù) ” 是核心，“ 精 ” 是關鍵， “ 極 ” 是焦點， “ 自 ” 是條件， “ 集 ” 是方法， “ 網(wǎng) ”是道路， “ 智 ” 是前景， “ 綠 ” 是必然。 (6) 加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學。 當前現(xiàn)代制造技術的發(fā)展趨勢 大致有以下九個方面： (2) 設計技術與手段更現(xiàn)代化。目前所做的研究工作大多屬前沿探索性的工作，具有鮮明的基礎研究的特點，如果抓住機遇研究下去，將可能產(chǎn)生革命性的突破。仿生制造的 自組織 機制為自下而上的產(chǎn)品并行設計、制造工藝規(guī)程的自動生成、生 產(chǎn)系統(tǒng)的動態(tài)重組以及產(chǎn)品和制造系統(tǒng)的自動趨優(yōu)提供了理論基礎和實現(xiàn)條件。仿生制造指的是模仿生物器官的自組織、自愈合、自增長與自進化等功能結構和運行模式的泉州輕工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 8 一種制造系統(tǒng)與制造過程。 2． 4 機械仿生制造 21 世紀將是生命科學的世紀，機械科學和生命科學的深度融合將產(chǎn)生全新概念的產(chǎn)品 (如智能仿生結構 )，開發(fā)出新工藝 (如生長成形工藝 )和開