【正文】 一種設(shè)計方法。四、簡述超高速加工技術(shù)和超精密加工技術(shù)所涉及的主要關(guān)鍵技術(shù)問題有哪些？（20分）超高速加工技術(shù)：超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料刀具和磨具，利用能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化和高柔性的制造設(shè)備，以提高切削速度來達到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的先進加工技術(shù)。超高速加工技術(shù)主要包括：超高速切削與磨削機理研究，超高速主軸單元制造技術(shù)，超高速進給單元制造技術(shù)，超高速加工用刀具與磨具制造技術(shù)，超高速加工在線自動檢測與控制技術(shù)等。實現(xiàn)這些加工所采用的工藝方法和技術(shù)措施，則稱為超精密加工技術(shù)。五、非傳統(tǒng)加工技術(shù)主要有哪些種類？ 非傳統(tǒng)加工技術(shù)的主要特點有哪些？（10分）非傳統(tǒng)加工亦稱為“特種加工”或“現(xiàn)代加工方法”，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現(xiàn)材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。非傳統(tǒng)加工技術(shù)的主要特點與加工對象的機械性能無關(guān)，有些加工方法，如激光加工、電火花加工、等離子弧加工、電化學加工等，是利用熱能、化學能、電化學能等，這些加工方法與工非接觸加工，不一定需要工具，有的雖使用工具，但與工件不接觸，因此，工件不承受大的作用力，工具硬度可低于工件硬度，故使剛性極低元件及彈性元件得以加工。不存在加工中的機械應(yīng)變或大面積的熱應(yīng)變，可獲得較低的表面粗糙度，其熱應(yīng)力、殘余應(yīng)力、冷作硬化等均比較小，尺寸穩(wěn)定性好。特種加工對簡化加工工藝、變革新產(chǎn)品的設(shè)計及零件結(jié)構(gòu)工藝性等產(chǎn)生積極的影響。如下圖：快速原型制造技術(shù)優(yōu)點：，減少設(shè)計、加工、檢查的工具，不需要任何刀具，模具及工裝卡具的情況下，可將任意復(fù)雜形狀的設(shè)計方案快速轉(zhuǎn)換為三維的實體模型或樣件。模型或樣件可直接用于新產(chǎn)品設(shè)計驗證、功能驗證、外觀驗證、工程分析、市場訂貨以及企業(yè)的決策等，非常有利于早找錯早修改早優(yōu)化，提高了新產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率，縮短了開發(fā)周期，降低了研發(fā)成本。、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)。（2）選擇性激光燒結(jié)（SLS）SLS（Selective laser sintering)是利用激光所提供的能量有選擇性地融化熱塑性塑料以形成三維零件。（4）層壓物體制造技術(shù)（LOM）LOM（Laminated Object Manufacturing)是通過逐層激光剪切薄紙材料制造零件的一種技術(shù)。主要特點：通過對現(xiàn)代各種先進制造模式的研究分析，可以總結(jié)出它們具有如下幾個特點。(2)普適性：其概念、哲理和結(jié)構(gòu)，適用于不同企業(yè)，其核心思想和觀念具有普遍指導意義。(4)動態(tài)性：與社會及其生產(chǎn)力發(fā)展水平相適應(yīng)的動態(tài)發(fā)展過程。該模式主要依靠有高度柔性的以計算機數(shù)控機床為主的制造設(shè)備來實現(xiàn)多品種小批量的生產(chǎn)，以增強制造業(yè)的靈活性和應(yīng)變能力，可縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，提高設(shè)備使用效率和員工勞動生產(chǎn)率且改進產(chǎn)品質(zhì)量。因智能制造可實現(xiàn)決策自動化，實現(xiàn)“制造智能”和制造技術(shù)的“智能化”，進而實現(xiàn)制造生產(chǎn)的信息化和自動化。該模式是將柔性制造的先進技術(shù)、熟練掌握的生產(chǎn)技能、有素質(zhì)的勞動力，以及促進企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間的靈活管理三者集成在一起，利用信息技術(shù)對千變?nèi)f化的市場機遇做出快速響應(yīng)，最大限度地滿足顧客的要求。敏捷制造生產(chǎn)模式的新概念和新理論不斷出現(xiàn)，推動著制造科學發(fā)展，例如分形制造、生物制造、全球制造、全能制造和智能制造等新概念的問世。高效快速重組生產(chǎn)系統(tǒng)模式是上述三種模式的理論和實踐在更高層次上的有機集成生產(chǎn)系統(tǒng)，其特征是對市場的靈活快速反應(yīng)的制造資源的有效集成。它將從根本上改變設(shè)計、試制、修改設(shè)計、規(guī)模生產(chǎn)的傳統(tǒng)制造模式。極端制造模式制造技術(shù)正在從常規(guī)制造、傳統(tǒng)制造向非常規(guī)制造及極端制造發(fā)展，因而出現(xiàn)了極端制造模式。當前，極端制造已成為制造技術(shù)發(fā)展的重要領(lǐng)域，極端制造集中表現(xiàn)在微細制造、超精密制造、巨系統(tǒng)制造和強場（如強能量場）制造，例如：制造空天飛行器、超常規(guī)動力裝備、超大型冶金和石油化工裝備等極大尺寸和極強功能的重大裝備，制造微納電子器件、微納光機電系統(tǒng)等極小尺度和極高精度的產(chǎn)品。綠色制造模式是實現(xiàn)制造業(yè)可持續(xù)長遠發(fā)展的制造模式。（2）綠色生產(chǎn)過程：在整個制造過程，對環(huán)境負面影響最小，廢棄物和有害物質(zhì)的排放最小，資源利用效率最高。（3）產(chǎn)品的回收和循環(huán)再利用：如生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術(shù)。八、現(xiàn)代化機械制造系統(tǒng)自動化的關(guān)鍵技術(shù)主要有哪些？（10分）現(xiàn)代化機械制造系統(tǒng)自動化的關(guān)鍵技術(shù)主要有：一、制造自動化系統(tǒng)開放式智能體系結(jié)構(gòu)目標是使制造系統(tǒng)具備自組織和并行作用的能力，充分利用分布式計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，使制造自動化向柔性化、集成化、智能化和全球化方向發(fā)展。三、制造自動化系統(tǒng)的優(yōu)化理論與調(diào)度方法制造系統(tǒng)是一類離散事件動態(tài)系統(tǒng)(Discrete Event Dynamic System，DEDS)，其物流、信息流以及各種資源的規(guī)則、調(diào)度和控制等有獨特的要求。同時，由于實現(xiàn)各種先進的制造哲理和管理策略，如虛擬企業(yè)、敏捷制造、精益生產(chǎn)、準時生產(chǎn)等，作為先進制造模式賴以實現(xiàn)的基礎(chǔ)之一，生產(chǎn)組織與過程優(yōu)化中決策調(diào)度的成功與否對上述目標的實現(xiàn)有著最為直接的影響。虛擬制造哲理的研究為制造企業(yè)敏捷制造提供指導思路，在信息集成基礎(chǔ)上，通過組織管理、技術(shù)、資源和人機集成實現(xiàn)產(chǎn)品的開發(fā)過程的集成。六、面向制造自動化的數(shù)控技術(shù)的研究數(shù)控技術(shù)是自動化技術(shù)的基礎(chǔ)及關(guān)鍵單元技術(shù)，又是精密、高效、高可靠性加工技術(shù)的支撐，它正朝著集成化和實用化方向發(fā)展。七、柔性制造技術(shù)和智能制造技術(shù)的研究柔性制造系統(tǒng)的理論和技術(shù)所涉及領(lǐng)域很廣，主要包括：生產(chǎn)調(diào)度理論與算法的研究，主要涉及數(shù)學規(guī)劃、圖論、對策論、排隊論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、Petri網(wǎng)理論等應(yīng)用數(shù)學 理論及方法；計算機通信及數(shù)據(jù)庫技術(shù)的研究；計算機仿真技術(shù)的研究；生產(chǎn)組織及控制模式理論和技術(shù)的研究，主要涉及動態(tài)邏輯單元重構(gòu)理論、多黑板結(jié)構(gòu)模型的智能單元控制理論、系統(tǒng)擾動及再調(diào)度理論和技術(shù)、JIT技術(shù)、開放式體系結(jié)構(gòu)等；制造資源控制管理理論和技術(shù)的研究，主要涉及刀具管理理論及技術(shù)、加工設(shè)備的實時調(diào)度技術(shù)、物料儲運系統(tǒng)如AGV、立體倉庫等的控制技術(shù)。九、先進制造智能傳感與檢測的研究智能傳感與檢測研究主要包括智能傳感器、智能傳感和檢測技術(shù)以及光纖傳感技術(shù)等方面的研究。光纖傳感技術(shù)主要研究內(nèi)容為：光波調(diào)制原理、調(diào)制光波信號檢測技術(shù)、多傳感器復(fù)用技術(shù)、多傳感器網(wǎng)絡(luò)及通信技術(shù)、光纖傳感技術(shù)與光纖通信技術(shù)的結(jié)合原理和方法等。、功能和過程是什么？答：結(jié)構(gòu)：是制造過程所涉及的硬件、軟件、人員所組成的具有特定功能的有機整體。？答：現(xiàn)代設(shè)計技術(shù)是以滿足應(yīng)市產(chǎn)品的質(zhì)量、性能、時間、成本、價格綜合效益最優(yōu)為目的，以計算機輔助設(shè)計技術(shù)為主體，以知識為依托，以多種科學方法及技術(shù)為手段，研究、改進、創(chuàng)造產(chǎn)品活動過程所用到的技術(shù)群體的總稱。(2)主體技術(shù)：計算機科學與設(shè)計技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生技術(shù)(3)支撐技術(shù)：指現(xiàn)代設(shè)計方法學、可信性設(shè)計技術(shù)、試驗設(shè)計技術(shù)。？答：把尺寸、形狀、工藝相近似的零件組成一個個零件族(組)，按零件族制訂工藝進行生產(chǎn)制造，擴大了批量，減少了品種，提高了勞動生產(chǎn)率。？答：CAPP是連接CAD與CAM之間的橋梁和紐帶。？ 答：(1)系統(tǒng)要預(yù)先對現(xiàn)有零件進行分組。(3)存儲樣件信息文件、樣件標準工藝規(guī)程文件。(5)從標準工藝規(guī)程中篩選派生出當前零件的工藝規(guī)程。？答：創(chuàng)成式系統(tǒng)的工藝規(guī)程是根據(jù)系統(tǒng)的決策邏輯和制造工程數(shù)據(jù)信息生成的。決策邏輯以程序代碼(一般的創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng))或者以規(guī)則的形式存入相對獨立的工藝知識庫，供主控程序調(diào)用。？答：派生式CAPP系統(tǒng)的基本原理是將設(shè)計好的零件標準工藝進行編號，存儲在計算機中。第二次作業(yè)？答：針對已有樣件，可利用三維數(shù)字化測量儀器準確、快速地測量出產(chǎn)品外形數(shù)據(jù)，在逆向軟件中構(gòu)建曲面模型，再輸入CAD/CAM系統(tǒng)進一步編輯、修改，由CAM生成刀具NC代碼送至數(shù)控機床（CNC）制作所需模具，或者由快速成型機將樣品模型制作出來。接觸式測量的機械結(jié)構(gòu)及電子系統(tǒng)已相當成熟，有較高的準確性和可靠性。② 測量系統(tǒng)的支撐結(jié)構(gòu)存在靜態(tài)及動態(tài)誤差。④ 以逐點進出方式進行測量，測量速度慢。⑥ 不當?shù)牟僮魅菀讚p害樣件,也會使測頭磨耗、損壞。④ 不少光學測頭具有大的量程。但非接觸式測量也還存在一些缺點：① 測量精度較差。③ 非接觸式測頭是接收工件表面的反射光或散射光，測量結(jié)果易受環(huán)境光線及工件表面的反射特性的影響，噪聲較高，噪聲信號的處理比較麻煩。答：(1)隨切削速度提高，單位時間內(nèi)材料切除率增加，切削加工時間減少。(3)切屑以很高的速度排出，切削熱大部分被切屑帶走，給工件的熱量大幅度減少，工件的熱變形相對較小。(5)高速切削可加工淬硬鋼鐵件，？答：(1)高速切削時速度和自動化程度高，要求刀具應(yīng)具有很高的可靠性。(2)刀具應(yīng)具有很好的高的耐熱性、抗熱沖擊性能和良好的高溫力學性能。(4)刀具材料應(yīng)能適應(yīng)難加工材料和新型材料加工的需要？答：(1)切削力監(jiān)測以控制刀具磨損，機床功率監(jiān)測亦可間接獲得刀具磨損信息；(2)主軸轉(zhuǎn)速監(jiān)測以判別切削參數(shù)與進給系統(tǒng)間關(guān)系；(3)刀具破損監(jiān)測；(4)主軸軸承狀況監(jiān)測；(5)電器控制系統(tǒng)過程穩(wěn)定性監(jiān)測等。(2)刀體結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免貫通式刀槽，減少尖角，盡量減少機夾零件的數(shù)量。刀片和刀座的夾緊、調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能消除游隙，并且要求重復(fù)定位性好。刀體與刀片之間的連接配合要封閉，刀片夾緊機構(gòu)要有足夠的夾緊力。？答：在絕緣液體介質(zhì)中進行，自動進給調(diào)節(jié)裝置使工件與工具電極之間保持適當?shù)姆烹婇g隙，當在電極和工件之間施加很強的脈沖電壓時，就會擊穿介質(zhì)絕緣強度最低處形成瞬間火花放電，電流密度很大，放電區(qū)能量高度集中，瞬時溫度達10000－12000℃，工件和電極表面金屬放電點就被熔化，甚至汽化而被蒸發(fā)。如此反復(fù)，電極不斷下降，工件不斷被蝕除，最后就在工件上復(fù)制出了電極形狀型腔內(nèi)形，達到成形加工的目的。線切割采用細金屬絲為電極，線切割可以加工帶有一定錐度的型孔或型芯等。？ 答：(1)不需要制造成形電極；(2)不需考慮電極損耗；(3)能加工精密細小、形狀復(fù)雜的通孔零件或零件外形；(4)不能加工盲孔(5)一般采用一個電規(guī)準一次加工完成；第三次作業(yè)？答：(1)微進給與粗進給分開，以提高微位移的精度、分辨率和穩(wěn)定性；(2)運動部分必須是低摩擦和高穩(wěn)定性，以便實現(xiàn)很高的重復(fù)精度；(3)末級傳動元件必須有很高的剛度，即夾固刀具處必須是高剛度的；(4)工藝性好，容易制造；(5)應(yīng)能實現(xiàn)微進給的自動控制，動態(tài)性能好。(2)電子束加工主要靠瞬時熱效應(yīng)，工件不受機械力作用，因而不產(chǎn)生宏觀應(yīng)力和變形。(4)電子束的能量密度高，如果配合自動控制加工過程，加工效率非常高。？答：離子束加工的原理與電子束加工基本類似，也是在真空條件下，將離子源產(chǎn)生的離子束經(jīng)過加速后，撞擊在工件表面上，引起材料變形、破壞和分離。隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，制造自動化的概念已擴展為不僅包括用機器代替人的體力勞動和腦力勞動，而且還包括人和機器及制造過程的控制、管理和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時和潔凈的目標。答：(1)加工系統(tǒng)：組成FMS的自動化加工設(shè)備。(3)刀具儲運系統(tǒng)：由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構(gòu)等組成。(5)檢側(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)。？答：確定加工對象的類型及范圍；對所確定的加工對象進行工藝分析、制定加工方案；建立系統(tǒng)的功能模型和信息模型；確定設(shè)備類型及配置，進行系統(tǒng)總體平面布局設(shè)計；確定物流系統(tǒng)方案、控制系統(tǒng)方案、質(zhì)量控制及監(jiān)控方案；計算機通信網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計；輔助裝置的確定；對系統(tǒng)配置及運行方案進行計算機仿真以確定最佳方案；對系統(tǒng)進行可靠性分析；對系統(tǒng)進行風險分析和經(jīng)濟效益評估等。？答：計算機集成制造系統(tǒng)借助于計算機的硬件、軟件技術(shù)，綜合運用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，對企業(yè)的生產(chǎn)作業(yè)、管理、計劃、調(diào)度、經(jīng)營、銷售等整個生產(chǎn)過程中的信息進行統(tǒng)一處理，并對分散在產(chǎn)品設(shè)計制造過程中各種孤立的自動化子系統(tǒng)的功能進行有機地集成，并優(yōu)化運行，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、提高質(zhì)量、降低成本，進而提高企業(yè)的柔性、健壯性和敏捷性，使企業(yè)在激烈的市場競爭中立于不敗之地。(2)兩個支撐分系統(tǒng)：① CIMS數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；② CIMS計算機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。答：并行工程是集成地、并行地設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。？答：產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)以產(chǎn)品為中心，通過計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)，把企業(yè)生產(chǎn)過程中所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過程集成起來，統(tǒng)一管理，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在其生命周期內(nèi)保持一致、最新和安全，從而縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、降低成本、提高質(zhì)量、改善性能，使企業(yè)贏得主動權(quán)和競爭優(yōu)勢。答：精益生產(chǎn)的核心內(nèi)容是準時制生產(chǎn)方式，這種方式通過看板管理，成功地制止了過量生產(chǎn)，實現(xiàn)了“在必要的時刻生產(chǎn)必要數(shù)量的必要產(chǎn)品”的目標，從而徹底消除產(chǎn)品制造過程中的浪費，以及由之衍生出來的種種間接浪費，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的合理性、高效性和靈活性。？答：敏捷制造(Agile Manufacturing)，以柔性生產(chǎn)技術(shù)和動態(tài)組織結(jié)構(gòu)為特點，以高素質(zhì)、協(xié)同良好的工作人員為核心，實施企業(yè)間網(wǎng)絡(luò)集成，形成快速響應(yīng)市場的社會化制造體系。它主要完成企業(yè)的計劃管理、采購管理、庫存管理、生產(chǎn)管理、成本管理等功能，MRPII可以在周密的計劃下有效地利用企業(yè)的各種資源，控制資金占用、縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成