現(xiàn)代制造技術試題答案
一、簡述先進制造技術的特點有哪些？（15分）
答：1.先進制造技術涉及到產(chǎn)品從市場調(diào)研、產(chǎn)品開發(fā)及工藝設計、生產(chǎn)準備、加工制造、售后服務等產(chǎn) 品壽命周期的所有內(nèi)容，它的目的是提高制造業(yè)的綜合經(jīng)濟效益和社會效益，是面向工業(yè)應用的技術。
2.先進制造技術強調(diào)計算機技術、信息技術、傳感技術、自動化技術、新材料技術和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術在產(chǎn)品設計、制造和生產(chǎn)組織管理、銷售及售后服務等方面的應用。它駕馭生產(chǎn)過程的物質(zhì)流、能量流和信息流，是生產(chǎn)過程的系統(tǒng)工程。
3.3.80年代以來，隨著全球市場競爭越來越激烈，先進制造技術要求具有世界先進水平，它的競爭已經(jīng)從提高勞動生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r間為核心的時間、成本和質(zhì)量的三要素的競爭，因此它是面向全球競爭的技術。
4.先進制造技術的最新發(fā)展階段保持了過去制造技術的有效要素，同時吸收各種高新技術成果，滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領域及其全部過程，從而形成了一個完整的技術群，具有面向21世紀新的技術領域。 總之，成形技術和加工技術日趨精密化，制造工藝、設備和工廠的柔性與可重性將成為制造業(yè)的顯著特點，虛擬制造技術和網(wǎng)絡制造技術將廣泛應用，智能化、數(shù)字化是先進制造的發(fā)展方向，提高對市場快速反應能力的制造技術將超速發(fā)展和應用，信息技術在先進制造領域發(fā)揮越來越重要的作用。
二、車削中心應具有哪些特征，其工藝范圍是什么？（15分）
答：車削中心是在數(shù)控車床的基礎上，配置刀庫和機械手，使之可選擇使用的刀具數(shù)量大大增加。車削中心比較全能,可以車,銑,鉆等多種功能,刀庫容量大,軸也多,速度也比數(shù)控車床快得多,車削中心分立式,臥式還有立臥式加工中心,加工大批量而且復雜零件時一般采用加工中心。車削中心也是一種多工序加工機床，它是數(shù)控車床在擴大工藝范圍方面的發(fā)展。不少回轉(zhuǎn)體零件上常常還需要進行鉆孔、銑削等工序，例如鉆
油孔、鉆橫向孔、銑鍵槽、銑偏方及銑油槽等。在這種情況下，所有工序最好能在一次裝夾下完成。這對降低成本、縮短加工周期、保證加工精度等都具有重要意義，特別是對重型機床，更能顯示其優(yōu)點，因為其加工的重型零件吊裝不易。 車削中心主要以車削為主，還可以進行銑、鉆、擴、鉸、攻螺紋等加工。其加工對象主要有：復雜零件的錐面、復雜曲線為母線的回轉(zhuǎn)體。在車削中心上還能進行鉆徑向孔、銑鍵槽、銑凸輪槽和螺旋槽、錐螺紋和變螺距螺紋等加工。回轉(zhuǎn)體表面及端面、溝槽、螺紋、成形面和切斷等。具體如下：車端面、車錐體、鉆中心孔、車特型面、車外園、用成型刀車特性面、 鉆孔、車螺紋、鏜孔、滾花、絞孔、切斷。車削中心一般還具有以下兩種先進功能。
1)動力刀具功能 即刀架上某些刀位或所有的刀位可以使用回轉(zhuǎn)刀具(如銑刀、鉆頭)通過刀架內(nèi)的動力使這些刀具回轉(zhuǎn)。
2)c 軸位置控制功能 即可實現(xiàn)主軸周向的任意位置控制。實現(xiàn)X—C、Z—C聯(lián)動。另外，有些車削中心還具有Y 軸功能。
三、什么是智能制造系統(tǒng)？為什么說智能制造是影響未來經(jīng)濟發(fā)展過程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。（15分）
答：智能制造系統(tǒng)是一種由智能機器和人類專家共同組成的人機一體化智能系統(tǒng)，它在制造過程中能以一種高度柔性與集成不高的方式，借助計算機模擬人類專家的智能活動進行分析、推理、判斷、構(gòu)思和決策等，從而取代或者延伸制造環(huán)境中人的部分腦力勞動。同時，收集、存貯、完善、共享、集成和發(fā)展人類專家的智能。 20世紀60年代的數(shù)控機床(CNC)實現(xiàn)了機械加工過程的可編程 自動化 ：2O世紀70年代的柔性制造系統(tǒng)(FMS)將車間級的機床設備 、工藝裝備 、工業(yè)機器人及搬運小車等通過計算機在線控制實現(xiàn)了以物流為基礎的系統(tǒng) 自動化．進一步滿足制造系統(tǒng)的柔性化要求;20世紀80年代的計算機集成制造 (CIM)通過信息技術將工廠中CAD、CAPP、CAM及經(jīng)營管理等集成起來 ，按照人們預測的方式實現(xiàn)加工過程的 自動化。而智能制造可以在確定性不明確、不能預測的條件下完成擬人的制造工作。主要表現(xiàn)在下列的特征 ：自組織能力、自律能力、自學習能力 、系統(tǒng)的智能集成、人機一體化智能系統(tǒng)等等。可以看出IMS作為一種模式，它是集自動化、柔性化、集成化和智能化于一身，并不斷向縱深發(fā)展的先進制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要類型有 ：以提高制造系統(tǒng)智能為 目標 ，智能機器人、智能體等為手段的智能制造系統(tǒng)；通過互聯(lián)網(wǎng)把企業(yè)的建模 、加工 、測量 、機器人的操作一體化的智能制造系統(tǒng)；采用生物問題的求解方法的生物智能制造系統(tǒng)等，所以智能制造系統(tǒng)是影響未來經(jīng)濟發(fā)展過程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。
四、試闡述立體光刻技術的具體實現(xiàn)方法。（20分）
答：立體光刻原則上屬添加法, 它是由一臺計算機控制的激光光束, 通過CAD 系統(tǒng)提供數(shù) 據(jù), 利用光束依層固化液態(tài)的光敏樹脂, 直至得到所需模型。光刻技術主要應用在微電子中。它一般是對半導體進行加工，需要一個有部分透光部分不透光的掩模板，通過曝光、顯影、刻蝕等技術獲得和掩模板一樣的'圖形。先在處理過后的半導體上涂上光刻膠，然后蓋上掩模板進行曝光；其中透光部分光刻膠的化學成分在曝光過程中發(fā)生了變化；之后進行顯影，將發(fā)生化學變化的光刻膠腐蝕掉，裸露出半導體；之后對裸露出的半導體進行刻蝕，最后把光刻膠去掉就得到了想要的圖形。光刻技術在微電子中占有很大的比重，比如微電子技術的進步是通過線寬來評價的，而線寬的獲得跟光刻技術有很大的關系。 利用立體光刻技術制造模型, 需要有一套激光曝光裝置和軟件
1. 1 激光曝光裝置 應用于立體光刻的激光曝光裝置主要由以下七個部分組成:
( 1) 一臺連續(xù)的具有高能的穩(wěn)定的紫外激光器, 立體光刻系統(tǒng)一般采用He-Cd 激光器或 Ar 激光器. ( 2) 一臺具有亞微米級精確度且速度變化范圍很大的XY 平面移動結(jié)構(gòu); ( 3) 用于偏轉(zhuǎn)、集中激光束的光學部件; ( 4) 裝有液體光敏聚合物的容器池; ( 5) 在豎直方向可進行精確位移的平臺; ( 6) 用來處理數(shù)據(jù)和控制激光器和平臺運動的計算機; ( 7) 對半成品進行后固化處理的后固化燈.
1. 2 軟件 用立體光刻技術快速制造模型, 需要有一套合適的CAD 數(shù)據(jù)格式來支撐. 因此, 要想完 全描述立體物件, 必須設計一套嚴格標準的數(shù)據(jù)格式.實用的立體光刻軟件先把模型分解成切面, 用交叉線來表達內(nèi)部結(jié)構(gòu). 一般來說, 一套大的幾何文件或數(shù)據(jù)文件都包含有一種或幾種材料的切面數(shù)據(jù), 以后的工作是修改和完成這些參數(shù)文件, 使之滿足各種材料及性能的要求. 應用控制程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)儲存在磁盤文件中, 以執(zhí)行固化操作和移動激光束等; 此外, 還需要有一套應用程序以幫助建立材料的數(shù)據(jù)文件、設定激光器的能量、設計液面等.
五、鋼鐵行業(yè)環(huán)保問題已經(jīng)越來越成為被注重和研究的熱點，查閱相關文獻，撰寫一篇主題為“綠色制造在鋼鐵工業(yè)中如何應用”的短文，要求字數(shù)不少于500字。（35分）
答：（一）鋼鐵工業(yè)綠色化是綠色制造概念在鋼鐵工業(yè)中的具體體現(xiàn)綠色制造是一個綜合考慮資源、能源消耗和環(huán)境影響的現(xiàn)代制造模式。目標是使產(chǎn)品從設計、制造、包裝、運輸和使用到報廢處理的整個生命周期對環(huán)境負面影響最小，資源利用率最高，并使企業(yè)的經(jīng)濟效益、環(huán)境效益和社會效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。 綠色制造實質(zhì)上是人類社會可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略在現(xiàn)代制造業(yè)中的體現(xiàn)。 鋼鐵工業(yè)的綠色化生產(chǎn)不僅僅是清潔生產(chǎn)，還體現(xiàn)了生態(tài)工業(yè)的思想和循環(huán)經(jīng)濟的思想(3R)“減量化(Reduce)、再利用(Reuse)、再循環(huán)(Recycle)”，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：
(1) 資源、能源；
(2) 生產(chǎn)過程；
(3) 產(chǎn)品—提高鋼鐵產(chǎn)品綠色度；
(4) 與相關行業(yè)及社會的關系。
（二）原料（資源與能源消耗最小及實用高效化）
（1）少用鐵礦石及其他天然礦物資源，多用再生資源如廢鋼、 鋼廠粉塵等；
（2）少用不可再生能源（如煤、油、天然氣等），開發(fā)采用新的能源如氫、太陽能等；
（3）少用新水和淡水資源，發(fā)展節(jié)水技術，強化水循環(huán)，減少廢水排放。
（三）生產(chǎn)過程清潔化
（1）充分利用資源、能源；
（2）少排放廢棄物、污染物和含毒物質(zhì)；
（3）不用有毒物質(zhì)。
（四）鋼鐵產(chǎn)品綠色化
（1）產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過程環(huán)境負荷低，少污染或不污染環(huán)境；
（2）產(chǎn)品的使用壽命長，使用效率高；
（3）產(chǎn)品及其制品對環(huán)境的污染負荷低；
（4）產(chǎn)品使用報廢后易于回收、循環(huán)。
（五）與相關行業(yè)及社會進行代謝循環(huán)
（1）可向社會提供余熱和副產(chǎn)品（煤氣、熱水、高爐渣、鋼渣等）；
（2）可消納社會的廢棄物（如廢鋼、廢塑料、垃圾、廢輪胎、各種合金返回料等）；
（3）與相關工業(yè)
六、中國鋼鐵工業(yè)的綠色化對策
（一）中國鋼鐵工業(yè)的國情背景
（1）鋼鐵工業(yè)是資源、能源消耗大戶。冶金資源相對貧乏、鐵礦石品位低，水資源嚴重匱乏。
（2）產(chǎn)品消費特點：長材多（約60%），平材少（40%左右）。
（3）長流程居多，電爐鋼比例低（廢鋼資源缺乏、電價高）。
（4）中國鋼廠在環(huán)境保護方面未能避免走發(fā)達國家走過的老路, 仍然是先發(fā)展后治理。從半個世紀以來我國鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程看，基本上是“大量開采—大量生產(chǎn)—大量排放”的生產(chǎn)模式。
（5）我國鋼鐵企業(yè)的布局特點是靠近城市。因此, 鋼鐵廠的社會友好職能的開發(fā)與應用將是使鋼鐵工業(yè)立足的重要方面。
（二）中國鋼鐵工業(yè)的綠色化對策
（1）提高資源和能源使用效率；
（2）優(yōu)化鋼鐵制造流程；
（3）控制鋼鐵制造過程的排放；
（4）對排放物進行再資源化、再能源化和無害化處理；
（5）開發(fā)和制造綠色化產(chǎn)品；
（6）與相關行業(yè)形成工業(yè)生態(tài)鏈并發(fā)揮社會友好功能；
（7）制定和完善綠色化的方針政策。 總之,研發(fā)推廣主要二次能源利用技術，挖掘節(jié)能潛力;加強能源管理，推進能源管控中心建設; 推進行業(yè)間聯(lián)合，提高二次能源利用效率.
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