现代制造技术试题答案|现代制造技术与装备期刊

　　一、简述先进制造技术的特点有哪些？（15分）

　　答：1.先进制造技术涉及到产品从市场调研、产品开发及工艺设计、生产准备、加工制造、售后服务等产 品寿命周期的所有内容，它的目的是提高制造业的综合经济效益和社会效益，是面向工业应用的技术。

　　2.先进制造技术强调计算机技术、信息技术、传感技术、自动化技术、新材料技术和现代系统管理技术在产品设计、制造和生产组织管理、销售及售后服务等方面的应用。它驾驭生产过程的物质流、能量流和信息流，是生产过程的系统工程。

　　3.3.80年代以来，随着全球市场竞争越来越激烈，先进制造技术要求具有世界先进水平，它的竞争已经从提高劳动生产率转变为以时间为核心的时间、成本和质量的三要素的竞争，因此它是面向全球竞争的技术。

　　4.先进制造技术的最新发展阶段保持了过去制造技术的有效要素，同时吸收各种高新技术成果，渗透到产品生产的所有领域及其全部过程，从而形成了一个完整的技术群，具有面向21世纪新的技术领域。 总之，成形技术和加工技术日趋精密化，制造工艺、设备和工厂的柔性与可重性将成为制造业的显著特点，虚拟制造技术和网络制造技术将广泛应用，智能化、数字化是先进制造的发展方向，提高对市场快速反应能力的制造技术将超速发展和应用，信息技术在先进制造领域发挥越来越重要的作用。

　　二、车削中心应具有哪些特征，其工艺范围是什么？（15分）

　　答：车削中心是在数控车床的基础上，配置刀库和机械手，使之可选择使用的刀具数量大大增加。车削中心比较全能,可以车,铣,钻等多种功能,刀库容量大,轴也多,速度也比数控车床快得多,车削中心分立式,卧式还有立卧式加工中心,加工大批量而且复杂零件时一般采用加工中心。车削中心也是一种多工序加工机床，它是数控车床在扩大工艺范围方面的发展。不少回转体零件上常常还需要进行钻孔、铣削等工序，例如钻

　　油孔、钻横向孔、铣键槽、铣偏方及铣油槽等。在这种情况下，所有工序最好能在一次装夹下完成。这对降低成本、缩短加工周期、保证加工精度等都具有重要意义，特别是对重型机床，更能显示其优点，因为其加工的重型零件吊装不易。 车削中心主要以车削为主，还可以进行铣、钻、扩、铰、攻螺纹等加工。其加工对象主要有：复杂零件的锥面、复杂曲线为母线的回转体。在车削中心上还能进行钻径向孔、铣键槽、铣凸轮槽和螺旋槽、锥螺纹和变螺距螺纹等加工。回转体表面及端面、沟槽、螺纹、成形面和切断等。具体如下：车端面、车锥体、钻中心孔、车特型面、车外园、用成型刀车特性面、 钻孔、车螺纹、镗孔、滚花、绞孔、切断。车削中心一般还具有以下两种先进功能。

　　1)动力刀具功能 即刀架上某些刀位或所有的刀位可以使用回转刀具(如铣刀、钻头)通过刀架内的动力使这些刀具回转。

　　2)c 轴位置控制功能 即可实现主轴周向的任意位置控制。实现X—C、Z—C联动。另外，有些车削中心还具有Y 轴功能。

　　三、什么是智能制造系统？为什么说智能制造是影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。（15分）

　　答：智能制造系统是一种由智能机器和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，它在制造过程中能以一种高度柔性与集成不高的方式，借助计算机模拟人类专家的智能活动进行分析、推理、判断、构思和决策等，从而取代或者延伸制造环境中人的部分脑力劳动。同时，收集、存贮、完善、共享、集成和发展人类专家的智能。 20世纪60年代的数控机床(CNC)实现了机械加工过程的可编程 自动化 ：2O世纪70年代的柔性制造系统(FMS)将车间级的机床设备 、工艺装备 、工业机器人及搬运小车等通过计算机在线控制实现了以物流为基础的系统 自动化．进一步满足制造系统的柔性化要求;20世纪80年代的计算机集成制造 (CIM)通过信息技术将工厂中CAD、CAPP、CAM及经营管理等集成起来 ，按照人们预测的方式实现加工过程的 自动化。而智能制造可以在确定性不明确、不能预测的条件下完成拟人的制造工作。主要表现在下列的特征 ：自组织能力、自律能力、自学习能力 、系统的智能集成、人机一体化智能系统等等。可以看出IMS作为一种模式，它是集自动化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不断向纵深发展的先进制造系统。智能制造系统结构的主要类型有 ：以提高制造系统智能为 目标 ，智能机器人、智能体等为手段的智能制造系统；通过互联网把企业的建模 、加工 、测量 、机器人的操作一体化的智能制造系统；采用生物问题的求解方法的生物智能制造系统等，所以智能制造系统是影响未来经济发展过程的制造业的重要生产模式。

　　四、试阐述立体光刻技术的具体实现方法。（20分）

　　答：立体光刻原则上属添加法, 它是由一台计算机控制的激光光束, 通过CAD 系统提供数 据, 利用光束依层固化液态的光敏树脂, 直至得到所需模型。光刻技术主要应用在微电子中。它一般是对半导体进行加工，需要一个有部分透光部分不透光的掩模板，通过曝光、显影、刻蚀等技术获得和掩模板一样的图形。先在处理过后的半导体上涂上光刻胶，然后盖上掩模板进行曝光；其中透光部分光刻胶的化学成分在曝光过程中发生了变化；之后进行显影，将发生化学变化的光刻胶腐蚀掉，裸露出半导体；之后对裸露出的半导体进行刻蚀，最后把光刻胶去掉就得到了想要的图形。光刻技术在微电子中占有很大的比重，比如微电子技术的进步是通过线宽来评价的，而线宽的获得跟光刻技术有很大的关系。 利用立体光刻技术制造模型, 需要有一套激光曝光装置和软件

　　1. 1 激光曝光装置 应用于立体光刻的激光曝光装置主要由以下七个部分组成:

　　( 1) 一台连续的具有高能的稳定的紫外激光器, 立体光刻系统一般采用He-Cd 激光器或 Ar 激光器. ( 2) 一台具有亚微米级精确度且速度变化范围很大的XY 平面移动结构; ( 3) 用于偏转、集中激光束的光学部件; ( 4) 装有液体光敏聚合物的容器池; ( 5) 在竖直方向可进行精确位移的平台; ( 6) 用来处理数据和控制激光器和平台运动的计算机; ( 7) 对半成品进行后固化处理的后固化灯.

　　1. 2 软件 用立体光刻技术快速制造模型, 需要有一套合适的CAD 数据格式来支撑. 因此, 要想完 全描述立体物件, 必须设计一套严格标准的数据格式.实用的立体光刻软件先把模型分解成切面, 用交叉线来表达内部结构. 一般来说, 一套大的几何文件或数据文件都包含有一种或几种材料的切面数据, 以后的工作是修改和完成这些参数文件, 使之满足各种材料及性能的要求. 应用控制程序将这些数据储存在磁盘文件中, 以执行固化操作和移动激光束等; 此外, 还需要有一套应用程序以帮助建立材料的数据文件、设定激光器的能量、设计液面等.

　　五、钢铁行业环保问题已经越来越成为被注重和研究的热点，查阅相关文献，撰写一篇主题为“绿色制造在钢铁工业中如何应用”的短文，要求字数不少于500字。（35分）

　　答：（一）钢铁工业绿色化是绿色制造概念在钢铁工业中的具体体现绿色制造是一个综合考虑资源、能源消耗和环境影响的现代制造模式。目标是使产品从设计、制造、包装、运输和使用到报废处理的整个生命周期对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业的经济效益、环境效益和社会效益协调优化。 绿色制造实质上是人类社会可持续发展战略在现代制造业中的体现。 钢铁工业的绿色化生产不仅仅是清洁生产，还体现了生态工业的思想和循环经济的思想(3R)“减量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循环(Recycle)”，具体体现在以下几个方面：

　　(1) 资源、能源；

　　(2) 生产过程；

　　(3) 产品—提高钢铁产品绿色度；

　　(4) 与相关行业及社会的关系。

　　（二）原料（资源与能源消耗最小及实用高效化）

　　（1）少用铁矿石及其他天然矿物资源，多用再生资源如废钢、 钢厂粉尘等；

　　（2）少用不可再生能源（如煤、油、天然气等），开发采用新的能源如氢、太阳能等；

　　（3）少用新水和淡水资源，发展节水技术，强化水循环，减少废水排放。

　　（三）生产过程清洁化

　　（1）充分利用资源、能源；

　　（2）少排放废弃物、污染物和含毒物质；

　　（3）不用有毒物质。

　　（四）钢铁产品绿色化

　　（1）产品的生产制造过程环境负荷低，少污染或不污染环境；

　　（2）产品的使用寿命长，使用效率高；

　　（3）产品及其制品对环境的污染负荷低；

　　（4）产品使用报废后易于回收、循环。

　　（五）与相关行业及社会进行代谢循环

　　（1）可向社会提供余热和副产品（煤气、热水、高炉渣、钢渣等）；

　　（2）可消纳社会的废弃物（如废钢、废塑料、垃圾、废轮胎、各种合金返回料等）；

　　（3）与相关工业

　　六、中国钢铁工业的绿色化对策

　　（一）中国钢铁工业的国情背景

　　（1）钢铁工业是资源、能源消耗大户。冶金资源相对贫乏、铁矿石品位低，水资源严重匮乏。

　　（2）产品消费特点：长材多（约60%），平材少（40%左右）。

　　（3）长流程居多，电炉钢比例低（废钢资源缺乏、电价高）。

　　（4）中国钢厂在环境保护方面未能避免走发达国家走过的老路, 仍然是先发展后治理。从半个世纪以来我国钢铁工业的发展历程看，基本上是“大量开采—大量生产—大量排放”的生产模式。

　　（5）我国钢铁企业的布局特点是靠近城市。因此, 钢铁厂的社会友好职能的开发与应用将是使钢铁工业立足的重要方面。

　　（二）中国钢铁工业的绿色化对策

　　（1）提高资源和能源使用效率；

　　（2）优化钢铁制造流程；

　　（3）控制钢铁制造过程的排放；

　　（4）对排放物进行再资源化、再能源化和无害化处理；

　　（5）开发和制造绿色化产品；

　　（6）与相关行业形成工业生态链并发挥社会友好功能；

　　（7）制定和完善绿色化的方针政策。 总之,研发推广主要二次能源利用技术，挖掘节能潜力;加强能源管理，推进能源管控中心建设; 推进行业间联合，提高二次能源利用效率.

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