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机械制造工艺学 第七章 机械械制造工艺理论和技术的发展 第一节 现代制造工艺理论和技术 一、制造工艺的重要性 1．工艺是制造技术的灵魂、核心和关键 现代制造工艺技术是先进制造技术的重要组成部分，也是其最有活力的部分。产品从设计变为现实是必须通过加工才能完成的，工艺是设计和制造的桥梁，设计的可行性往往会受到工艺的制约，工艺（包括检测）往往会成为“瓶颈”，因此，工艺方法和水平是十分重要的。不是所有设计的产品都能加工出来，也不是所有设计的产品通过加工都能达到预定的技术性能要求。 2工艺是生产上最活跃的因素 同样的设计可以通过不同的工艺方法来实现，工艺不同，所用的加工设备、工艺装备也就不同，其质量和生产率也会有差别。工艺是生产中最活跃的因素，有了某种工艺方法才有相应的工具和设备出现，反过来，这些工具和设备的发展又提高了该工艺方法的技术性能和水平，扩大了其应用范围。 二、现代制造工艺理论和技术的发展 近年来在制造加工工艺理论和技术上的发展比较快，除传统制造方法外，由于精度、表面粗糙度等质量的提高，又由于许多新材料的出现，特别是出现了不少新型产品的制造生产，如计算机、集成电路（芯片）、印刷线路板等，与传统制造方法有很大不同，从而开辟了许多制造工艺的新领域和新方法。这些发展主要可分为工艺理论、加工方法、制造模式、制造技术和系统等几个方面。 下面将从先进制造工艺论、现代制造工艺方法、制造单元和制造系统、先进制造模式、智能制造技术等方面来分别论述。 第二节 先进制造工艺理论 制造工艺理论包括：加工成形机理、精度原理、相似性原理、决策原理和优化原理等若干方面。 一、加工成型机理 1.分层加工 零件的成形方法有分离（去除）加工、结合（堆积、分层）加工、变形（流动）加工等。在加工成形机理上已经从分离加工扩展到结合加工，形成了分层加工方法。 分层加工和分离加工的原理正好相反，它是将零件在某一方向按一定层厚分为若干薄层，逐一加工这些薄层，并在加工的同时将这些薄层依次堆积起来，即可成形。按分层的形式又可分为平面分层，如图7-1a、b所示。另一方面，它也可以将零件沿某方向按一定层厚展开成一条成形带子（通常为带材），将其加工（通常用数控剪切机）出来后，再卷绕成形，如图7-1c所示。 2.内加工 分离加工是将毛坯通过去除余量而总体成形为零件，材料的去除加工方式可分为外切削方式和内方式，图7-2a，表示了利用激光束在一个透明塑料材料内加工一个球体一件的情况，激光束通过聚集改变焦距，同时由数控系统控制其运动轨迹加工完毕后，球体工件留在被加工材料内，不能取出。当将被加工材料一分为二时，球体工件才能出来，如图7-2b所示。这种加工方法的意义在于可发展成为一种原型制造方法，例如：要加工一个齿轮零件，则可以用内方式先加工出齿轮，再将被加工材料切开，就可得到上、下模型，经用其他材料翻制，便可得到齿轮的上、下模模具，从而可以制造齿轮零件。 3.刀具材料 在金属切削原理和磨削原理发展上最为丰富，刀具材料上出现了硬质合金、人造金刚石、立方氮化硼、陶瓷等系列，以及涂层、多元共渗、气相沉积等工艺，同时从湿切削发展到无切削液的干切削（环保切削）和硬（齿）表面切削等。 金刚石刀具与精密加工和超精密加工的发展关系密切，出现了“极薄切削”机理，研究了切屑的极限，为超精密加工机理的研究提供了理论基础。 4.被加工材料 在被加工材料上也从金属发展到非金属、高分子材料、半导体、陶瓷和石材等。从而发展了半导体、陶瓷和石材等多种加工工艺学。 5.使用的能源 在零件成形使用的能源上有力、电、声、化学、电子、离子、激光等，十分丰富，从而发展了电火花加工、超声波加工、化学加工、电子束加工、离子加工、激光束加工等，由于加工所使用的能源不同，其加工机理也就自然各异。 二.精度原理 1.机械加工原则总结了机械加工遵循的原则，可分为继承性原则和创造性原则等。 继承性原则又称为“母性”原则、循序渐近的原则或“蜕化”原则，它主要指加工用的机床（工作母机）精度一般应高于所欲加工工件的精度，这是很自然的，也是通常的选择，其能保证加工质量和效率。 创造性原则又称“进化”原则，可分为直接创造性原则和间接创造性原则。 直接创造性原则是利用精度低于工件精度要求的机床，借助于工艺手段和特殊工具，直接加工出精度高于“工作母机”的工件，如“以粗干精”加工方法就是所用机床的精度可低于所欲加工工件的精度，而是通过一些工艺措施来保证加工精度，如研磨、抛光等加工；“以小干大”原则是指加工的工件比机床要大，采用工件不动，靠机床移动来进行加工，即所谓“蚂蚁啃骨头”的办法，主要用于大型零件、重型零件的加工。 间接创造性原则是用较低精度的机床和工具，制造出加工精度能满足工件要求的高精度机床和工具，再用这些机床和工具去加工所欲加工的