先进制造技术课后作业

第三章课后习题

3-2 有哪⼏类零件成形⽅法？列举这些成形⽅法各⾃⼯艺内容。

答：依据材料成形学观点，从物质组成⽅式可把机械零件成形⽅式分为如下三类型： ① 受迫成形：利⽤材料的可成形性，在特定的边界和外⼒约束条件下的成形⽅法。

② 去除成形：运⽤分离的办法，把⼀部分材料（裕量材料）有序地从基体中分离出去⽽成形的办法。③ 堆积成形：它是运⽤合并与连接的办法，把材料（⽓、液、固相）有序地合并堆积起来的成形⽅法。3-5 什么是超塑性？⽬前⾦属超塑性主要有哪两种⼯艺⼿段获得？

答：超塑性是指材料在⼀定的内部组织条件（如晶粒形状及尺⼨、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等)下，呈现出异常低的流变抗⼒、异常⾼的流变性能的现象。超塑性的特点有⼤延伸率，⽆缩颈，⼩应⼒， 易成形。⾦属的超塑性主要有两种类型：

1）细晶超塑性，⼜称组织超塑性恒温超塑性，其超塑性产⽣的内在条件是具有均匀、稳定的等轴细晶组织，晶粒尺⼨常⼩于10µm ；外在条件是每种超塑性材料应在特地的温度及速度下变形，⼀般应变速率在154min 10~10---范围内，要⽐普通⾦属应变速率⾄少低⼀个数量级。

2）相变超塑性，⼜称环境超塑性，是指在材料相变点上下进⾏温度变化循环的同时对式样加载，经多次循环式样得到积累的⼤变形。

3-6 ⽬前在⾼分⼦材料注射成形⼯艺中有哪些先进技术？答： ⽬前在⾼分⼦材料注射成形⼯艺中的先进技术有：以组合惰性⽓体为特征的⽓辅成型、微发泡成型等；

以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、注射压制成形、表⾯贴合成形等；

以组合模具移动或加热等过程为特征的⾃切浇⼝成形、模具滑合成形、热流道模具成形等； 以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。

3-11 在怎样的速度范围下进⾏加⼯属于⾼速加⼯？分析⾼速切削加⼯所需解决的关键技术。

答：超⾼速加⼯技术是指采⽤超硬材料⼑具磨具和能可靠地实现⾼速运动的⾼精度、⾼⾃动化、⾼柔性的制造设备，以极⼤地提⾼切削速度来达到提⾼材料切除率、加⼯精度和加⼯质量的现代制造加⼯技术。它是提⾼切削和磨削效果以及提⾼加⼯质量、加⼯精度和降低加⼯成本的重要⼿段。其显著标志是使被加⼯塑性⾦属材料在切除过程中的剪切滑移速度达到或超过某⼀域限值，开始趋向最佳切除条件，使得被加⼯材料切除所消耗的能量、切削⼒、⼯件表⾯温度、⼑具磨具磨损、加⼯表⾯质量等明显优于传统切削速度下的指标，⽽加⼯效率则⼤⼤⾼于传统切削速度下的加⼯效率。

⾼速切削加⼯所需解决的关键技术：1.⾼速主轴：⾼速主轴单元是⾼速加⼯机床最关键的部件。2.快速进给系统：实现⾼速切削加⼯不仅要求有很⾼的主轴转速和功率，同时要求机床⼯作台有很⾼的进给速度和运动加速度。3.⾼性能的CNC 控制系统：⽤于⾼速加⼯的CNC 控制系统必须具有很⾼的运算速度和运算精度，以及快速响应的伺服控制，以满⾜⾼速及复

杂型腔的加⼯要求。4.先进的机床结构：为了适应粗精加⼯，轻重切削负荷和快速移动的要求，同时保证⾼精度，⾼速切削机床床⾝必须具有⾜够的刚度强度和⾼的阻尼特性及搞的热稳定性。5.⾼速切削的⼑具系统：⾼速切削时的⼀个重要问题是⼑具磨损。

3-13 分析RPM⼯作原理和作业过程，列举典型的RPM⼯艺⽅法。

答：RPM技术是集CAD技术，数控技术，材料科学，机械⼯程，电⼦技术和激光技术等技术于⼀体的综合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制造的⼀体化系统技术。

⼯作原理：采⽤软件离散~材料堆积的原理⽽制造零件，通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和⽅式，通过堆积材料“叠加”起来形成三维实体。作业过程：

典型⼯艺⽅法：光敏液相固化法（SLA）、选区⽚层粘结法（LOM）、选区激光烧结法（SLS）、熔丝沉积成形法(FDM)。3-15 叙述微机械的基本特征，⽬前有哪些微细加⼯⼯艺⽅法？答：微机械基本特征：

（1）体积⼩，精度⾼，重量轻。（2）性能稳定，可靠性⾼。（3）能耗低，灵敏度和⼯作效率⾼。（4）多功能和智能化。

（5）试⽤于⼤批量⽣产，制造成本低。微细加⼯⼯艺⽅法：（1）超微机械加⼯（2）光刻加⼯（3）体刻蚀加⼯技术（4）⾯刻蚀加⼯技术（5）LIGA技术（6）封接技术（7）分⼦装配技术

4-1 叙述制造⾃动化技术发展与趋势。

答：制造⾃动化技术的发展⼤致分为三个阶段：

第⼀阶段：刚性⾃动化，主要表现在半⾃动和⾃动机床、组合机床、组合机床⾃动线出现，解决了单⼀品种⼤批量⽣产⾃动化问题，其主要特点是⽣产效率⾼、加⼯品种单⼀。这个阶段于20世纪50年代达到了峰顶。

第⼆阶段：柔性⾃动化，为满⾜多品种⼩批量甚⾄单件⽣产⾃动化的需要，出现了⼀系列柔性制造⾃动化技术，如数控技术（NC）、计算机数控（CNC ）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、等。

第三阶段：综合⾃动化，随着计算机及其应⽤技术的迅速发展，各项单元⾃动化技术的逐渐成熟为充分利⽤资源，发挥综合效益，⾃20世纪80年代以来以计算机为中⼼的综合⾃动化得到了发展，如计算机继承制造系统（CIMS）、并⾏⼯程（CE）、精益⽣产（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了发展和应⽤。

发展趋势为：制造敏捷化、制造⽹络化、制造虚拟化、制造智能化、制造全球化和制造绿⾊化。4-4 机床进给伺服系统包括哪些组成部分？分析⽐较机床进给伺服系统与主轴伺服系统的特点和区别。答：机床进给伺服系统⼀般是由位置控制单元、速度控制单元、伺服电机单元及检测反馈单元四部分组成。

机床进给伺服系统在经历了开环步进伺服、直流伺服两个阶段后，现已进⼊了交流伺服系统阶段，交流电动机具有结构简单，坚固耐⽤的特点。机床进给伺服系统中多采⽤永磁同步电机，⼀般⽤在精度要求⾼，容量较⼩的场合。对机床主轴传动的要求与进给传动⽐较还是有较⼤区别的，它要求交流株洲电动机有较⼤的驱动功率，⼤的⽆级调速范围，定向停位控制及⾓度分度控制功能等。交流主轴电机的性能要⽐普通异步电动机⾼，它要求交流主轴电动机的输出特性曲线（功率与转速关系）在基本速度以下使位于恒转矩区域，⽽在基本速度以上时位于恒功率区域。4-7 描述⼯业机器⼈的结构组成。答：⼯业机器⼈⼀般由以下四部分组成：

（1）执⾏机构：⼿部、腕部、臀部、机⾝、机座及⾏⾛机构。

（2）控制系统：机器⼈的⼤脑

（3）驱动系统：机械⼈执⾏动作的动⼒源

（4）位置检测装置：负责检测机器⼈的运动位置和⼯作状态，并随时反馈给控制系统。4-10 分析FMS结构组成、特点和适⽤范围。

答：FMS结构组成：加⼯系统、⼯件运储系统、⼑具运储系统、⼀套计算机控制系统、集成冷却润滑系统、切屑运输系统、⾃动清洗装置、⾃动去⽑刺设备等系统。

FMS特点是：（1）柔性⾼，适应多品种⼩批量⽣产；（2）系统内的机床在⼯艺能⼒上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加⼯不同的零件；（4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（4）递阶结构的计算机控制可以与上层计算机互联⽹通信；（6）可进⾏第三班⽆⼈值守⽣产。

FMS适⽤范围：柔性制造模块（FMM）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造⽣产线（FML）、柔性制造⼯⼚（FMF）。

4-16 叙述FMS控制系统的体系结构。

答：由于FMS是⼀个复杂的⾃动化集成体，其控制系统的体系结构和性能直接影响整个FMS 的柔性、可靠性和⾃动化程度。为了避免⽤⼀台计算机过于集中的控制，⽬前⼏乎所有的FMS都采⽤了多级计算机递阶控制结构，由此来分担主控计算机的负荷，提⾼控制系统的可靠性，同时也便于控制系统的设计和维护。FMS控制系统⼀般采⽤三层递阶控制结构，包括：系统管理与控制层、过程协调与监控层、设备控制层。