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。
