【正文】 導(dǎo)師淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的科學(xué)理念和工作作風(fēng)以及創(chuàng)新的工作精神，令我終身受益，是我畢生學(xué)習(xí)的典范，值此畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，謹(jǐn)向季建華老師致以崇高的敬意和衷心的感謝!　　在三年的大學(xué)生涯里，還得到眾多老師的關(guān)心支持和幫助，在此，謹(jǐn)向老師們致以忠心的感謝和崇高的敬意!。謝辭本論文是在季建華老師的精心指導(dǎo)下完成的。 這些問(wèn)題是當(dāng)前產(chǎn)品創(chuàng)新的關(guān)鍵理論問(wèn)題，也是制造由一門技藝上升為一門科學(xué)的重要基礎(chǔ)性問(wèn)題。 d)多樣智能制造技術(shù)大量涌現(xiàn):如基于生物進(jìn)化算法的計(jì)算智能工具，在包括調(diào)度問(wèn)題在內(nèi)的組合優(yōu)化求解技術(shù)領(lǐng)域中，受到越來(lái)越普遍的關(guān)注，有望在制造中完成組合優(yōu)化問(wèn)題時(shí)的求解速度和求解精度方面雙雙題規(guī)模的制約。 由于制造系統(tǒng)信息組織和結(jié)構(gòu)的多層次性，制造信息的獲取集成與融合呈現(xiàn)出立體性、信息度量多維性和信息組織多層次性。 制造過(guò)程中物理和力學(xué)現(xiàn)象的幾何化研究形成了制造科學(xué)中幾何計(jì)算和幾何推理等多方面的研究課題，其理論有待進(jìn)一步突破，當(dāng)前一門新學(xué)科計(jì)算機(jī)幾何正在受到日益廣泛和深人的研究。在測(cè)量和機(jī)器人路徑規(guī)劃及零件的尋位(如localization)等方面，存在C空間(配置空間configurationspace)的幾何計(jì)算和幾何推理問(wèn)題。 制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)不僅對(duì)制造企業(yè)的敏捷性和對(duì)需求的響應(yīng)能力及可重組能力有重要意義，而且對(duì)制造企業(yè)底層生產(chǎn)設(shè)備的柔性和可動(dòng)態(tài)重組能力提出了更高的要求。 a)制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜:為滿足制造系統(tǒng)敏捷性、快速響應(yīng)和快速重組的能力，必須借鑒信息科學(xué)、生命科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等多學(xué)科的研究成果，探索制造系統(tǒng)新的體系結(jié)構(gòu)、制造模式和制造系統(tǒng)有效的運(yùn)行機(jī)制。第三章談?wù)勎覈?guó)目前先進(jìn)制造技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展途徑一當(dāng)前制造科學(xué)要解決的問(wèn)題它的現(xiàn)實(shí)及潛在的應(yīng)用將會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)和國(guó)家安全帶來(lái)巨大的好處。與不同學(xué)科的交叉和應(yīng)用的結(jié)合，微細(xì)加工技術(shù)都可能向相應(yīng)的分支以及新的研究開(kāi)發(fā)熱點(diǎn)，帶動(dòng)新的學(xué)科和新科技的發(fā)展。結(jié)束語(yǔ)微細(xì)加工技術(shù)20世紀(jì)末興起21世紀(jì)初開(kāi)始快速發(fā)展的高科技前沿領(lǐng)域。21世紀(jì)，人類進(jìn)入微觀世界。在生物領(lǐng)域，各種各樣的原子和分子，以它特有的方式組合在一起，由此產(chǎn)生了世界萬(wàn)物，如果利用光鑷光刀，把生命體的某些原子取出，然后，按照科學(xué)規(guī)律，重新組合，會(huì)出現(xiàn)什么樣的結(jié)果，科學(xué)樂(lè)觀的預(yù)測(cè)，這樣就有可能創(chuàng)造出具有生命力的新物質(zhì)，而它的存在形成，與我們常見(jiàn)的動(dòng)物、植物和生物會(huì)有所不同。在日常生活中，我們所看到的，用激光刻錄的光盤，已經(jīng)可以儲(chǔ)存較多的信息了，但這只是一種新的輸入方式，而光盤本身做為一種材料，容量還是有限的，如增加它的原子分子密度和改變它們?nèi)∠?，那么未?lái)就可以把現(xiàn)在成千上萬(wàn)強(qiáng)光盤的信息，放進(jìn)象手表大小的空間里。同樣，用來(lái)制造衛(wèi)星，衛(wèi)星的體積，也會(huì)大大減少，到那時(shí)人類可能一次發(fā)射成千上萬(wàn)顆用于各方面的衛(wèi)星，而到目前為止，人類在以往幾十年間，一共才把幾千顆衛(wèi)星送上天。一種材料通過(guò)改變它的分子結(jié)構(gòu)及原子排列取向，進(jìn)而形成新布局，那么，它的性能就會(huì)發(fā)生很大變化，這樣未來(lái)我們所制造出來(lái)的電子器件，與現(xiàn)在相比，其功能相同，而體積則要小多少萬(wàn)倍。實(shí)際上這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)原子的操作。小的分子，只有足球體積的幾億分之一，用機(jī)械方法，幾乎是不可能捉住它，分子又是由原子組成的，操縱一個(gè)原子，就更難了，而光可以做到這一點(diǎn)。如果進(jìn)入微觀世界，能夠捕獲一個(gè)或多個(gè)單原子，然后讓它們重新排列組合，那么就會(huì)導(dǎo)致物質(zhì)本身發(fā)生某些變化，而這些變化將會(huì)對(duì)未來(lái)許多領(lǐng)域，及人類生活產(chǎn)生巨大影響。超精密車削、磨削和研磨是已經(jīng)發(fā)展成熟并大量應(yīng)用的加工技術(shù)。德國(guó)和瑞士也有比較強(qiáng)的超精密加工能力。歐洲等國(guó)也將超精密加工技術(shù)的發(fā)展放在重要位置，60年代起英國(guó)開(kāi)始研究超精密加工技術(shù)，克蘭菲爾德大學(xué)精密工程研究所相繼研制出能加工大型非球面反射鏡的數(shù)控金剛石立式車床、加工大型非對(duì)稱結(jié)構(gòu)光學(xué)零件的數(shù)控超精密磨床、研制了脆性材料的超精密磨削工藝。在超精密切削技術(shù)發(fā)展比較成熟后，日本已將黑色金屬、陶瓷和半導(dǎo)體功能材料的超精密加工技術(shù)作為重要的研究開(kāi)發(fā)項(xiàng)目。日本對(duì)超精密技術(shù)的發(fā)展也十分重視，70年代初，日本成立了超精密加工技術(shù)委員會(huì)，制定了技術(shù)發(fā)展規(guī)劃，成為此項(xiàng)技術(shù)發(fā)展速度最快的國(guó)家。美國(guó)至少有30多個(gè)廠家和研究單位研制和生產(chǎn)各種超精密加工機(jī)床，、聯(lián)合碳化物公司、摩爾公司、杜邦公司等在國(guó)際上均久負(fù)盛名。在超精密加工技術(shù)領(lǐng)域起步最早和技術(shù)領(lǐng)先的國(guó)家是美國(guó)，其次是日本和歐洲的一些國(guó)家。一般加工時(shí),吃刀量較大，可以忽略晶粒的大小，而作為一個(gè)連續(xù)體來(lái)看待，因此可見(jiàn)一般加工和微細(xì)加工的機(jī)理是不同的。 微觀機(jī)理以切削加工為例，從工件的角度來(lái)講，一般加工和微細(xì)加工的最大區(qū)別是切屑的大小。從狹義的角度來(lái)講，微細(xì)加工主要是指半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)，因?yàn)槲⒓?xì)加工和超微細(xì)加工是在半導(dǎo)體集成電路制造技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展的，特別是大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)的技術(shù)基礎(chǔ)，是信息時(shí)代微電子時(shí)代，光電子時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)之一。微細(xì)加工技術(shù)是指加工微小尺寸零件的生產(chǎn)加工技術(shù)。8）穩(wěn)固的床身構(gòu)件并隔絕外界的振動(dòng)干擾。6）刀具的穩(wěn)固夾持和高的重復(fù)夾持精度。4）高的定位精度和重復(fù)定位精度。2）高靈敏的伺服進(jìn)給系統(tǒng)，它要求低摩擦的傳動(dòng)系統(tǒng)和導(dǎo)軌主承系統(tǒng)以及高精度跟蹤性能的伺服系。所以我們有理由有必要加快這一領(lǐng)域的發(fā)展和開(kāi)發(fā)進(jìn)程。 　?。?0）超精密加工工作環(huán)境條件研究。（9）精密測(cè)量技術(shù)及誤差補(bǔ)償技術(shù)研究。 　?。?）超精密加工刀具、磨具及刃磨技術(shù)研究。 　　（7）超精密加工設(shè)備制造技術(shù)研究。 　　（6）超精密加工的加工機(jī)理研究。 　　（5）超高速加工測(cè)試技術(shù)研究。 　　（4）超高速加工用刀具磨具及材料研究。 　?。?）超高速進(jìn)給單元制造技術(shù)研究。　　?。?）超高速主軸單元制造技術(shù)研究?！　?．主要研究?jī)?nèi)容 （1）超高速切削、磨削機(jī)理研究。 　　近年來(lái)，我國(guó)在高速超高速加工的各關(guān)鍵領(lǐng)域如大功率高速主軸單元、高加減速直線進(jìn)給電機(jī)、陶瓷滾動(dòng)軸承等方面也進(jìn)行了較多的研究，但總體水平同國(guó)外尚有較大差距，必須急起直追。達(dá)到811mm3/，德國(guó)Kapp公司應(yīng)用高速深磨加工泵類零件深槽，工件材料為100Cr6軸承鋼，采用電鍍CBN砂輪，Vs達(dá)到300m/s，其Q`=140mm3/，磨削加工中，可將淬火后的葉片泵轉(zhuǎn)子10個(gè)一次裝夾，一次磨出轉(zhuǎn)子槽，平均每個(gè)轉(zhuǎn)子加工工時(shí)只需10秒鐘，槽寬精度可保證在2μm，一個(gè)砂輪可加工1300個(gè)工件。德國(guó)Bosch公司應(yīng)用CBN砂輪高速磨削加工齒輪齒形，采用電鍍CBN砂輪超高速磨削代替原須經(jīng)滾齒及剃齒加工的工藝，加工16MnCr5材料的齒輪齒形，Vs=155m/s，其Qamp。德國(guó)Guehring Automation公司1983年制造出了當(dāng)時(shí)世界第一臺(tái)最具威力的60kw強(qiáng)力CBN砂輪磨床，Vs達(dá)到140~160m/s。采用直線電機(jī)的美國(guó)Ingersoll公司的HVM800型高速加工中心進(jìn)給移動(dòng)速度為60m/min。瑞士、英國(guó)、日本也相繼推出自己的超高速機(jī)床。 　　在超高速切削技術(shù)方面，1976年美國(guó)的Vought公司研制了一臺(tái)超高速銑床，最高轉(zhuǎn)速達(dá)到了20000rpm。90年代陶瓷或樹(shù)脂結(jié)合劑CBN砂輪、金剛石砂輪線速度可達(dá)125m/s，有的可達(dá)150m/s，而單層電鍍CBN砂輪可達(dá)250m/s。切削速度亦隨著刀具材料創(chuàng)新而從以前的12m/min提高到1200m/min以上。 　　在超高速加工技術(shù)中，超硬材料工具是實(shí)現(xiàn)超高速加工的前提和先決條件，超高速切削磨削技術(shù)是現(xiàn)代超高速　　　　加工的工藝方法，而高速數(shù)控機(jī)床和加工中心則是實(shí)現(xiàn)超高速加工的關(guān)鍵設(shè)備?，F(xiàn)狀及國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)　　工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)超高速加工的研究起步早，水平高。目前，一般認(rèn)為，超高速切削各種材料　　　　的切速范圍為：鋁合金已超過(guò)1600m/min，鑄鐵為1500m/min，超耐熱鎳合金達(dá)300m/min，鈦合金達(dá)150~1000m/min，纖維增強(qiáng)塑料為2000~9000m/min。特殊條件下的成形與改性技術(shù)主要針對(duì)上述水下、微重力 、超真空、核輻射條件下的切削、連接以及表面保護(hù)技術(shù)。新型材料成形技術(shù)是先進(jìn) 制造技術(shù)的重要組成部分，是許多先進(jìn)結(jié)構(gòu)或元器件不可缺少的重要制造技術(shù)。 　　 主要包括節(jié)能節(jié)材及少無(wú)污染成形與改性技術(shù)、三廢治理及綜合利用技術(shù)、成形與改性設(shè) 備的改造及延壽技術(shù)等。清潔成形與改 性制造技術(shù)可在生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)采用無(wú)毒無(wú)害材料、清潔的能源，高效、節(jié)能、降耗、減污 的先進(jìn)制造工藝與裝備。⑥在并行環(huán)境下，工藝模擬與生產(chǎn)系 統(tǒng)的集成（包括數(shù)據(jù)庫(kù)、知識(shí)支持系統(tǒng)、專家系統(tǒng)）。④非牛頓流體注塑過(guò)程的動(dòng)態(tài)模擬和優(yōu)化控制。③金 屬材料熱加工微觀尺度模擬及優(yōu)化控制。②金屬材料熱加工宏觀尺度模擬及優(yōu)化控制。 　　 有如下主要研究?jī)?nèi)容：①金屬材料熱加工基礎(chǔ)理論及缺陷形成機(jī)理。 　　 （4）熱加工工藝模擬及優(yōu)化技術(shù)　隨著試驗(yàn)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，一門嶄新的交叉技術(shù)材料熱加工工藝模擬及優(yōu)化設(shè) 計(jì)應(yīng)運(yùn)而生。它的方向是實(shí)現(xiàn)控制過(guò)程智能化。 它可以把廢次品消除在生產(chǎn)過(guò)程之中，實(shí)現(xiàn)100%合格的全面質(zhì)量控制，而不是最后靠技術(shù)檢 驗(yàn)科檢出廢品。 　　 （3）精密成形質(zhì)量控制技術(shù)　精密成形的質(zhì)量控制包括材料化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、加工過(guò)程、制造工藝參數(shù)、工藝與輔助 材料、產(chǎn)品質(zhì)量性能的優(yōu)化控制，破壞性抽查，100%的無(wú)損探傷、無(wú)損檢驗(yàn)、分選等一系列 過(guò)程的人工的或自動(dòng)的控制。自動(dòng)化的生產(chǎn)過(guò)程應(yīng)當(dāng)是系統(tǒng)本身具有決 策和適應(yīng)的能力，這往往需要裝備有能夠感知加工對(duì)象狀況和外部環(huán)境條件的傳感器，在 對(duì)各種信息的處理后自動(dòng)修正系統(tǒng)輸出，以抵抗干擾并消除誤差，同時(shí)采用各種先進(jìn)控制手 段，以達(dá)到預(yù)定的加工質(zhì)量并實(shí)現(xiàn)高效、低成本生產(chǎn)的目的。將在使用中因磨損、腐蝕、疲勞等原因造成局部失效，但未造成不可恢 復(fù)損傷的重要零部件，采用先進(jìn)的表面工程、修復(fù)熱處理等技術(shù)，優(yōu)質(zhì)、高效、低成本、少 無(wú)污染地恢復(fù)并改善其性能的系統(tǒng)技術(shù)。為加 速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，縮短開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)周期，需要解決的配套技術(shù)有快速成形制造技術(shù)和精密模具技 術(shù)。由于其零件尺寸大，制造 方法和性能要求有別于一般中小件，因此需要單獨(dú)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)?，F(xiàn)代機(jī)械性能參數(shù)提高，工況復(fù)雜，要適應(yīng)多種 不同工況和環(huán)境，不但要有更高的內(nèi)部組織性能要求，還要求表面耐磨、耐蝕、耐輻射、耐 高溫，要求處理后做到不變形或少變形，這方面包含了兩個(gè)內(nèi)容，即精確熱處理技術(shù)、優(yōu)質(zhì) 高效表面改性及涂層技術(shù)。②毛坯 和零件的改性和涂層技術(shù)。它是提供高效、精密、高質(zhì)量毛坯的制造技術(shù)。其特點(diǎn)是，該項(xiàng)技術(shù)是由多 項(xiàng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)成形技術(shù)結(jié)合并改善，使制件的形狀精度和尺寸精度得到很大提高， 從而實(shí)現(xiàn)了接近或完全達(dá)到成品最終形狀，工件的微觀組織和性能可以進(jìn)行預(yù)測(cè)和控制，以 及優(yōu)質(zhì)高效、低成本。 　　 精密成形清潔生產(chǎn)技術(shù)有如下主要意義：① 高效利用原材料，對(duì)環(huán)境清潔；② 以最小的 環(huán)境代價(jià)和最小的能源消耗，獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益；③ 符合持續(xù)發(fā)展與生態(tài)平衡。 　精密成形制造向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展 　　 與制造技術(shù)向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，并最終實(shí)現(xiàn)全球化生產(chǎn)的方向一樣，精密成形 制造也向虛擬制造和網(wǎng)絡(luò)制造方向發(fā)展，如精密模具制造目前已在國(guó)內(nèi)開(kāi)展分散網(wǎng)絡(luò)制造的 研究及應(yīng)用示范。 　工藝模擬及優(yōu)化技術(shù)獲得飛速發(fā)展，工藝由“技藝”向“工程科學(xué)”方向 發(fā)展 　　 精密成形技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是工藝設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)判斷走向定量分析，應(yīng)用數(shù)值模擬于鑄 造、鍛壓、焊接、熱處理等工藝設(shè)計(jì)中，并與物理模擬和專家系統(tǒng)結(jié)合，來(lái)確定工藝參數(shù)、 優(yōu)化工藝方案、預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷及采取有效防止措施、控制和保證加工工件 的質(zhì)量。 　成形質(zhì)量控制朝過(guò)程智能化方向發(fā)展 　　 質(zhì)量控制是為了保證優(yōu)化的工藝，提高產(chǎn)品質(zhì)量，保證穩(wěn)定不變的工藝條件得到分散度極小 的均一的產(chǎn)品質(zhì)量。 　成形工藝向新型加工方法以及復(fù)合工藝方向發(fā)展 　　激光、電子束、離子束、等離子體等多種新能源及能源載體的引入，形成多種新型成形與改 性技術(shù)，一些特殊材料(如超硬材料、復(fù)合材料、陶瓷等)的應(yīng)用造就了一批新型復(fù)合工藝的 誕生，如超塑成形/擴(kuò)散連接技術(shù)。發(fā)展趨勢(shì)是實(shí)現(xiàn)凈成形，即 直接制成符合形狀要求的工件。通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)施，圍繞汽車等重大產(chǎn)品以及跟蹤國(guó)際精密成形技術(shù)的前沿，在 汽車薄壁球鐵件金屬型鑄造、鋁合金金屬型精密成形、精密熱鍛件、冷精鍛和閉塞鍛造、復(fù) 雜形狀接插件、大型覆蓋件沖壓成形、大功率固體激光加工、離子束表面復(fù)合改性、金屬表 面合金化復(fù)合強(qiáng)化、快速原型制造及應(yīng)用等方面，取得一批具有國(guó)際先進(jìn)水平的科技成果， 并且預(yù)計(jì)可研究開(kāi)發(fā)成新產(chǎn)品20種、工業(yè)應(yīng)用示范生產(chǎn)線14條、中試生產(chǎn)點(diǎn)12個(gè)、綜合應(yīng)用 示范廠1個(gè)。 　　 一批先進(jìn)的新型、高效、優(yōu)質(zhì)、高精度成形技術(shù)在機(jī)械工業(yè)生產(chǎn)中被大量采用，如鑄造方面 ，采用了感應(yīng)電爐雙聯(lián)熔煉技術(shù)，爐前微機(jī)自動(dòng)檢測(cè)控制技術(shù)，通過(guò)采用新技術(shù)，鐵水溫度 由1350℃～1450℃提高到1500℃左右；樹(shù)脂砂鑄造從無(wú)到有，鑄件質(zhì)量達(dá)到當(dāng)代工業(yè)先進(jìn)國(guó) 家同類企業(yè)的先進(jìn)水平，大型鑄鋼件已達(dá)330 t以上；鍛造方面，已基本掌握了精鍛、精沖 、冷擠等少無(wú)切削鍛壓工藝，基本掌握了熱鍛生產(chǎn)線成套技術(shù)，鍛造用最大鋼錠達(dá)400 t， 已成功地鍛造了300 MW、600 MW大型火電機(jī)組成套鍛件和核電壓力殼鍛件；焊接