现代机械制造工程试题及答案.docx
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现代机械制造工程试题及答案
1先进制造技术的体系、内容、意义。
结合实例我国应该重点发展哪些先进制造技术。
张浚
答：
先进制造技术的定义（AdvancedManufacturingTechnology）（AMT）
先进制造技术是制造业不断吸收机械、电子、信息（计算机与通信、控制理论、人工智能等）、能源及现代系统管理等方面的成果,并将其综合应用于产品设计、制造、检测、管理、销售、使用、服务乃至回收的制造全过程,以实现优质、高效、低耗、清洁、灵活生产,提高对动态多变的产品市场的适应能力和竞争能力的制造技术的总称。
先进制造技术的分类（内容）：
现代设计技术
先进制造工艺
自动化技术
系统管理技术
先进制造技术意义：
实现快速响应市场能力的挑战——全部制造环节并行实现
实现打破传统经营面临的组织、地域、时间壁垒的挑战——技术资源的集成（本企业的敏捷制造能力）实现信息时代的挑战——信息向知识的转变
1）及时获得、储存数据及信息并转化为知识
2）在任何时间、地点,用户能用熟悉的语言和格式获得有用的知识。
实现日益增长的环保压力的挑战——可持续发展
实现制造全球化和贸易自由化的挑战——可重组工程（全球动态联盟）
实现技术创新的挑战——全新制造工艺及产品可开发
2现代设计技术的定义、内容。
现代设计技术是根据产品功能要求和市场竞争（时间、质量、价格等）的需要，应用现代技术和科学知识，经过设计人员创造性思维、规划和决策，制定可以用于制造的方案，并使方案付诸实施的技术。
内容：
基础技术
传统的设计理论与方法，特别是运动学、静力学与动力学、材料力学、结构力学、热力学、电磁学、工程数学的基本原理与方法。
是现代设计技术的坚实的理论基础，是现代设计技术发展的源泉。
主体技术—CAD
支撑技术
现代设计方法学
平行设计、系统设计、功能设计、模块化设计、价值工程、质量功能配制、反求工程、绿色设计、模糊设计、面向对象的设计（DFXDF），工业造型设计等。
等。
可信性设计
主要包括：
可靠性设计，安全性设计、防断裂设计、疲劳设计、防腐蚀件设计、减摩和耐磨损设计、动态分析与设计、健壮设计、耐环境设计、维修性设计和维修保障设计、人机工程设计等。
、耐环境设计设计试验技术
产品性能试验、可靠性试验、环保性能试验与控制、数字仿真试验和虚拟试验
应用技术
针对实用目的解决各类具体产品设计领域的技术，如机床、汽车、工程机械、精密机械的现代设计内容，可以看作是现代设计技术派生出来的丰富多采的具体技术群，促进了产品质量与性能的提高。
3绿色制造的定义、内容及意义。
浦
定义：
综合考虑环境影响和资源消耗的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个生命周期中，对环境负面影响最小，资源利用率最高，并使企业经济效益和社会效益协调优化。
内容：
绿色设计
绿色设计是指在产品及其生命周期全过程的设计中，充分考虑对资源和环境的影响，在充分考虑产品的功能、质量、开发周期和成本的同时，优化各有关设计因素，使得产品及其制造过程对环境的总体影响和资源消耗减到最小。
绿色工艺
绿色工艺规划就是要根据制造系统的实际，尽量研究和采用物料和能源消耗少、废弃物少、噪声低、对环境污染小的工艺方案和工艺路线。
绿色材料
在选用材料的时候，不能要考虑其绿色性，还必须考虑产品的功能、质量、成本、噪声等多方面的要求。
减少不可再生资源和短缺资源的使用量，尽量采用各种替代物质和技术。
绿色包装
绿色包装技术就是从环境保护的角度，优化产品包装方案，使得资源消耗和废弃物产生最少。
绿色处理
产品寿命终结后，可以有多种不同的处理方案，如再使用、再利用、废弃等，各种方案的处理成本和回收价值都不一样，需要对各种方案进行分析与评估，确定出最佳的回收处理方案，从而以最少的成本代价，获得最高的回收价值。
意义：
绿色制造作为当今全球性产业结构调整的战略，可以确保提高人类生活质量，也能促进经济可持续发展。
4全寿命周期设计、并行工程的相关内容。
宗
全寿命周期设计
概念
不仅是设计产品的功能和结构，而且要设计产品的全寿命周期，即要考虑产品的规划、设计、制造、经销、运行、使用、维修、保养直到回收再用处置的全过程。
意味着在设计阶段就要考虑到产品生命历程的所有环节，以求产品全寿命周期设计的综合优化。
所以全寿命周期设计旨在时间、质量、成本和服务方面提高企业的竞争力。
技术特点
1.是一个系统集成过程，以并行方式设计产品及相关过程。
2.面向制造的设计是其重要组成内容。
3.分布式设计环境。
4.统一的数据模型，统一的知识表达模式。
产品数据管理是实现该技术的关键
应用优点
1缩短了产品投放市场的时间。
2提高质量。
3降低成本。
4增强市场竞争力。
并行工程
概述
并行设计是一种对产品及其相关过程〔包括制造过程和支持过程）进行并行和集成设计的系统化工作模式。
其思想是在产品开发的初始阶段，即规划和设计阶段，就以并行的方式综合考虑寿命周期中所有后续阶段，包括工艺规划、制造、装配、试验、检验、经销、运输、使用、維修、保养直至回收处置等环节，降低产品成本，提高产品质量。
最重要的问题是如何处理各个任务间的耦合及协调并行设计群体的活动方式，因此，有效建立并行设计模型和优先顺序是并行设计技术发展的突破点。
优点
1.使早期生产中工程变更次数减少50﹪以上。
2.产品开发周期缩短40﹪〜60﹪。
3.制造成本降低30﹪〜40﹪。
4.产品的报废及返工率减少75﹪。
5可靠性设计、优化设计的相关内容。
xx
可靠性设计
理论基础——概率统计学可靠性的概念
产品在规定条件下和规定时间区间内，完成规定功能的能力，当用数值来表示时，就称为可靠度。
可靠性设计就是在满足产品功能、成本等要求的前提下，使产品可靠地运行的设计过程。
它包括确定产品的可靠度、失效率、平均无故障的工作时间（平均寿命）
系统的可靠性设计
1.可靠性模型：
串联、并联、混联、备用冗余系统；2.可靠度预测；3.可靠度分配。
可靠性设计的主要内容
1.故障机理和故障模型硏究；2.可靠性试验技术硏究；3.可靠性水平的确定。
可靠性设计的常用指标、
1.产品的工作能力；2.可靠度；3.失效率；4.平均寿命；5.可靠度的许用值。
优化设计
选定在设计时力图改善的一个或几个量作为目标函数，在一定约束条件下，以数学方法和电子计算机为工具，不断调整设计参量，最后使目标函数获得最佳的设计。
优化问题的分类
1.按目标函数数量：
单目标优化和多目标优化；2.按设计变量数量（n）；3.按约束条件：
无约束优化和有约束优化；4.求解方法：
准则法、数学规划法、线性规划、非线性规划和动起规划.
优化设计步骤
设计对象的分析；2.设计变量和设计约束条件的确定；3.目标函数的建立；4.合适的优化计算方法的选择；5优化结果分析
6先进制造工艺包含的主要内容及核心目标。
宋
进制造技术（AdvancedManufactuingTechnology）,人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。
具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。
主要包括：
计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。
AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。
目标：
优质高效低耗xx洁净
7特种加工包含哪些典型技术。
其基本的原理、特点、应用范围是什么。
宋
电火花加工：
原理：
当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。
由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10～107W／mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。
第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。
如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。
特点：
1：
电火花加工速度与表面质量模具在电火花机加工一般会采用粗、中、精分档加工方式。
粗加工采用大功率、低损耗的实现，而中、精加工电极相对损耗大，但一般情况下中、精加工余量较少，因此电极损耗也极小，可以通过加工尺寸控制进行补偿，或在不影响精度要求时予以忽略。
2电火花工件与电极相互损耗
范围：
电火花加工主要用于加工各种高硬度的材料（如硬质合金和淬火钢等）和复杂形状的模具、零件，以及切割、开槽和去除折断在工件孔内的工具（如钻头和丝锥）等。
电子束加工：
原理：
在真空条件下，利用电子枪中产生的电子，经加速、聚焦形成高能量大密度的细电子束，轰击工件被加工部位，使该部位的材料熔化和蒸发，从而进行加工，或利用电子束照射引起的化学变化而进行加工的方法
特点：
功率高和功率密度大，能在瞬间把能量传给工件
范围：
利用电子束的热效应可以对材料进行表面热处理、焊接、刻蚀、钻孔、熔炼，或直接使材料升华。
8现代切削技术包含哪些典型的内容。
高速切削技术内容、特点。
孔
1.可提高生产效率
高速切削加工允许使用较大的进给率，比常规切削加工提高5～10倍，单位时间材料切除率可提高3～6倍。
当加工需要大量切除金属的零件时，可使加工时间大大减少。
2.降低了切削力
由于高速切削采用极浅的切削深度和窄的切削宽度，因此切削力较小，与常规切削相比，切削力至少可降低30%，参见图1。
这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形，使一些薄壁类精细工件的切削加工成为可能。
3.提高了加工质量
因为高速旋转时刀具切削的激励频率远离工艺系统的固有频率，不会造成工艺系统的受迫振动，保证了较好的加工状态。
由于切削深度、切削宽度和切削力都很小，使得刀具、工件变形小，保持了尺寸的精确性，也使得切削破坏层变薄，残余应力小，实现了高精度、低粗糙度加工。
4.加工能耗低，节省制造资源
由于单位功率的金属切除率高、能耗低、工件的在制时间短，从而提高了能源和设备的利用率，降低了切削加工在制造系统资源总量中的比例，符合可持续发展的要求。
5.简化了加工工艺流程
常规切削加工不能加工淬火后的材料，淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。
高速切削则可以直接加工淬火后的材料，在很多情况下可完全省去放电加工工序，消除了放电加工所带来的表面硬化问题，减少或免除了人工光整加工。
图2为某模具制造中采用常规加工与高速切削加工的工序比较。
内容
1931年4月德国物理学家Carl.J.Saloman最早提出了高速切削（HighSpeedCutting）的理论，并于同年申请了专利。
他指出：
在常规切削速度范围内，切削温度随着切削速度的提高而升高，但切削速度提高到一定值之后，切削温度不但不会升高反而会降低，且该切削速度VC与工件材料的种类有关。
对于每一种工件材料都存在一个速度范围，在该速度范围内，由于切削温度过高，刀具材料无法承受，切削加工不可能进行。
要是能越过这个速度范围，高速切削将成为可能，从而大幅度地提高生产效率。
典型内容
高速切削发展史
定义
与传统加工的异同点
优势和应用领域
技术现状
刀具、设备、夹紧技术系统
关键技术
安全防护
加快发展我国高速切削技术的策略
9快速原型制造的原理、分类与适用范围。
谈
答：
RPM技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成形与制造的技术。
原理：
将计算机内的三维实体模型进行分层切片得到各层截面的轮廓，计算机据此信息控制激光器（或喷嘴）有选择性地切割一层又一层的片状材料（或固化一层层的液态光敏树脂，烧结一层层的粉末材料，或喷射一层层的热熔材料或粘合剂等方法）形成一系列具有一个微小厚度的片状实体，再采用粘接、聚合、熔结、焊接或化学反应等手段使其逐层堆积成一体制造出所设计的三维模型或样件。
分类：
光固化立体造型分层物件制造选择性激光烧结
熔融沉积造型挤压成形
适用范围：
制造业（快速产品开发、快速工具、微型机械）、与美学有关的工程（建筑设计、桥梁设计、首饰）、医学（颅外科、牙科）、康复考古工程（假肢、考古）、其他（三维地图）。
RPM技术的特征
（1）高度柔性
（2）技术的高度集成
（3）设计制作一体化
（4）快速性
（5）自由形状制造
（6）材料的xx。
快速原型制造的优点
（1）从设计和工程的角度出发，可以设计更加复杂的零件。
（2）从制造角度出发，减少设计、加工、检查的工具
（3）从市场和用户角度出发，减少风险，可实时地根据市场需求低成本地改变产品。
10FMS的特点、基本结构。
xx
FMS的特征：
柔性高，适应多品种中小批量生产：
系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；递阶结构的计算机控制，可以与上层计算机联网通信；课进行三班无人值守生产。
基本结构：
（1）加工系统包括有两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元（FMC）以及其他的加工设备所组成，例如测量机、清洗机、动平衡机和各种特种加工设备等。
工件运储系统由工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置等组成，能对工件和原材料进行自动装卸、运输和存储。
刀具运储系统包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。
一套计算机控制系统能够实现对FMS进行计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。
除了上述4个基本组成部分之外，FMS还包含集中冷却润滑系统、切屑运输控制系统、自动清洗装置。
自动去毛刺设备等附属系统。
11质量管理的发展阶段xx
质量管理的发展阶段。
1、20世纪初的质量检验。
美国工程师泰勒（F.W.Taylor）
2、20世纪四五十年代的统计过程控制。
休哈特（W.A.Shewhart）、戴明博士
3、20世纪五十年代以后的全面质量管理。
朱兰和费根保姆
4、后全面质量管理阶段（ISO9000族标准）
12SPC控制方法的基本原理。
xx
统计过程控制（SPC）是一种借助数理统计方法的过程控制工具。
它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。
当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。
由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。
SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。
因而，它强调过程在受控和有能力的状态下运行，从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。
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