先进制造技术及其发展趋势

1、 先进制造技术及其发展趋势TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc279151091 0 .前言 PAGEREF _Toc279151091 h 3 HYPERLINK l _Toc279151092 1. 先进制造技术的概述 PAGEREF _Toc279151092 h 3 HYPERLINK l _Toc279151093 2. 先进进制造技技术的体体系结构构 PAGEREF _Toc279151093 h 4 HYPERLINK l _Toc279151094 3. 先进进制造技技术的现现状 PAGEREF _Toc279151094 h 5 HYPERLINK

2、 l _Toc279151095 4. 先进进制造的的发展趋趋势 PAGEREF _Toc279151095 h 7 HYPERLINK l _Toc279151096 5. 柔性性制造技技术 PAGEREF _Toc279151096 h 10 HYPERLINK l _Toc279151097 5.1柔性性 PAGEREF _Toc279151097 h 10 HYPERLINK l _Toc279151098 5.2柔性性制造技技术 PAGEREF _Toc279151098 h 11 HYPERLINK l _Toc279151099 5.2.11 柔性性制造系系统（FFMS） PAG

3、EREF _Toc279151099 h 11 HYPERLINK l _Toc279151100 5.2.22 柔性性制造单单元（FFMC） PAGEREF _Toc279151100 h 12 HYPERLINK l _Toc279151101 5.2.33 柔性性制造线线（FMML） PAGEREF _Toc279151101 h 12 HYPERLINK l _Toc279151102 5.2.44 柔性性制造工工厂（FFMF） PAGEREF _Toc279151102 h 12 HYPERLINK l _Toc279151103 6 .计算算机集成成制造系系统 PAGEREF _T

4、oc279151103 h 13 HYPERLINK l _Toc279151104 6.1 CCIMSS 系统统的功能能组成 PAGEREF _Toc279151104 h 13 HYPERLINK l _Toc279151105 6.2 CCIMSS 系统统的技术术优势分分析 PAGEREF _Toc279151105 h 14 HYPERLINK l _Toc279151106 6.2.11 保障障和提高高了新产产品开发发的质量量 PAGEREF _Toc279151106 h 14 HYPERLINK l _Toc279151107 6.2.22 缩短短了新产产品的上上市周期期 PAG

5、EREF _Toc279151107 h 15 HYPERLINK l _Toc279151108 6.2.33 经营营管理科科学化, 同时时降低了了产品的的成本 PAGEREF _Toc279151108 h 15 HYPERLINK l _Toc279151109 7 超精精密加工工技术 PAGEREF _Toc279151109 h 15 HYPERLINK l _Toc279151110 7.1 超超精密加加工的技技术范畴畴 PAGEREF _Toc279151110 h 16 HYPERLINK l _Toc279151111 7.2 超超精密加加工的关关键技术术 PAGEREF _

6、Toc279151111 h 17 HYPERLINK l _Toc279151112 7.2.11 主轴 PAGEREF _Toc279151112 h 17 HYPERLINK l _Toc279151113 7.2.22 直线线导轨 PAGEREF _Toc279151113 h 17 HYPERLINK l _Toc279151114 7.2.33 传动动系统 PAGEREF _Toc279151114 h 18 HYPERLINK l _Toc279151115 7.2.44 超精精密测控控技术 PAGEREF _Toc279151115 h 18 HYPERLINK l _Toc2

7、79151116 7.2.55 微进进给技术术 PAGEREF _Toc279151116 h 19 HYPERLINK l _Toc279151117 7.2.66 超精精密环境境控制技技术 PAGEREF _Toc279151117 h 20 HYPERLINK l _Toc279151118 7.2.77 加工工原理 PAGEREF _Toc279151118 h 21 HYPERLINK l _Toc279151119 7.3 结结论 PAGEREF _Toc279151119 h 21 HYPERLINK l _Toc279151120 8 结语 PAGEREF _Toc279151

8、120 h 220 .前言言制造业是现现代国民民经济和和综合国国力的重重要支柱柱, 在国国民经济济建设、社社会进步步、科技技发展与与国家安安全中占占有重要要战略地地位, 其生产产总值一一般占一一个国家家国内生生产总值值的200% 555%。世世界各国国经济实实力的竞竞争, 主要是是先进制制造技术术的竞争争, 其竞竞争能力力又体现现在所生生产产品品的市场场占有率率上。随随着经济济的高速速发展以以及顾客客需求和和市场环环境的不不断变化化, 这种种竞争日日趋激烈烈, 因而而各国政政府都非非常重视视对先进进制造技技术( advvanccedmmanuufacctuiing tecchnoologgy,

9、 先进制制造技术术)的研究究。1. 先进进制造技技术的概概述先进制造技技术, 往往用用先进制制造技术术来概括括由于微微电子技技术、自自动化技技术、信信息技术术等给传传统制造造技术带带来的种种种变化化与新型型系统。具具体地说说, 先进进制造技技术是制制造业不不断吸收收信息技技术和现现代管理理技术的的成果, 并将将其综合合应用于于产品设设计、加加工、检检测、管管理、销销售、使使用、服服务乃至至回收的的制造全全过程, 以实实现优质质、高效效、低耗耗、清洁洁、灵活活生产, 提高高对动态态多变的的市场的的适应能能力和竞竞争能力力的制造造技术的的总称。与与传统的的制造技技术相比比, 当代代的先进进制造技技

10、术以其其高效率率、高品品质和对对于市场场变化的的快速响响应能力力为主要要特征。先进制造技术是生产力的主要构成因素, 是国民经济的重要支柱。它担负着为国民经济各部门和科学技术的各个学科提供装备、工具和检测仪器的重要任务, 成为国民经济和科学技术赖以生存和发展的/ 土壤0。尤其是一些尖端科技, 如航空、航天、微电子、光电子、激光、分子生物学和核能等技术的出现和发展, 如果没有先进制造技术作为基础, 是根本不可能的。2. 先进进制造技技术的体体系结构构先进制造技技术主要要包括以以下3个技术术群(图1):a) 主体技技术群: 这是是制造技技术的核核心, 它包括括两个基基本部分分: 有关关产品设设计技术

11、术和工艺艺技术。1) 面向制造的设计技术群。面向制造的设计技术群系指用于生产准备的工具群和技术群。设计技术对新产品开发生产费用、产品品质以及新产品上市时间都有很大影响。产品和制造工艺的设计可以采用一系列工具, 例如计算机辅助设计( CAD) 以及工艺过程建模和仿真等, 生产设施、装备和工具, 甚至整个制造企业都可以采用先进技术进行有效地设计。2) 制造工艺技术群( 制造技术环境)。制造工艺技术群是指用于物质产品生产的过程及设备。制造工艺技术群是有关加工和装配的技术, 也是制造技术的传统领域。b) 支撑技术群: 支撑技术群是指支持设计和制造工艺两方面取得进步的基础性的核心技术。基本的生产过程需要

12、一系列的支撑技术, 如: 测试和检验、物料搬运、生产计划的控制以及包装等。它们也是用于保证和改善主体技术的协调运行所需的技术, 是工具、手段和系统集成的基础技术。支撑技术群包括:1) 信息技术: 接口和通信、数据库技术、集成框架、软件工程人工智能、专家系统和神经网络、决策支持系统;2) 标准和框架: 数据标准、产品定义标准、工艺标准、3) 机床和工具技术;4) 传感器和控制技术: 单机加工单元和过程的控制、执行机构、传感器和传感器组合、生产作业计划;5) 其他。c) 制造技术基础设施: 制造技术基础设施是指为了管理好各种适当的技术群的开发并鼓励这些技术在整个国家制造行业内推广应用而采取的各种方

13、案和机制。制造技术的基础设施是使先进的制造技术与企业组织管理体制和使用技术的人员协调工作的系统工程, 是先进制造技术不可分割的一个组成部分。图1 AM T 体系结构3. 先进进制造技技术的现现状先进制造技技术是现现代技术术和工业业创新的的集成和和典范, 是国国家制造造业水准准的主要要标志, 是国国家工业业的基础础和支柱柱。目前前, 世界界各工业业发达国国家已充充分认识识到发展展先进制制造技术术的重要要性和紧紧迫感, 纷纷纷对此进进行广泛泛深入的的研究, 展开开了激烈烈的竞争争。各种种创新成成果和先先进技术术不断涌涌现。它它们主要要包括: 计算算机集成成制造系系统( commputter int

14、tegrrateed mmanuufaccturringg syysteem,CCIMSS), 敏捷制制造( agiile mannu ffacttur ingg, AAM), 并行行工程( cooncuurreent enggineeer ingg, CCE ), 虚虚拟制造造( vvirttua lmaanuffacttur22ingg, VVM)以以及可持持续发展展技术等等等。aa) CCIMSS是现代代信息技技术条件件下的新新一代制制造系统统。它以以计算机机来辅助助制造系系统的集集成, 以充分分的、及及时的信信息交流流或信息息共享将将企业的的设计、工工艺、生生产车间间以及供供销和管管理

15、部门门集成为为一个有有机的整整体, 使他们们相互协协调地运运作,以提高高产品品品质, 缩短产产品开发发周期, 提高高生产效效率, 确保企企业的整整体效益益, 提高高企业的的竞争能能力和生生存能力力。b) CEE是对产产品及其其相关过过程(包括制制造过程程和支持持过程)进行并并行、一一体化设设计的一一种系统统化的工工作模式式。在传传统的串串行开发发过程中中, 设计计中的问问题或不不足, 要分别别在加工工、装配配或售后后服务中中才能被被发现, 然后后再修改改设计,改进加加工、装装配或售售后服务务(包括维维修服务务)。而CEE就是将将设计、工工艺和制制造结合合在一起起, 利用用计算机机互联网网并行作

16、作业, 大大缩缩短生产产周期(图2)。图2 串、并行工工程时序序的比较较c) AM 是指企企业实现现敏捷生生产经营营的一种种制造哲哲理和生生产模式式。AMM包括产产品制造造机械系系统的柔柔性、员员工授权权、制造造商和供供应商关关系、总总体品质质管理及及企业重重构。AAM是借借助于计计算机网网络和信信息集成成基础结结构, 构造有有多个企企业参加加的/ VM0环境, 以竞争争合作的的原则, 在虚虚拟制造造环境下下动态选选择合作作伙伴, 组成成面向任任务的虚虚拟公司司, 进行行快速和和最佳生生产。dd) VVM是虚虚拟现实实( vvirttuall reealiity, VRR) 技技术在制制造中的

17、的应用。VM实际上是一种计算机科学技术, 以信息技术、仿真技术、VR 技术为支柱, 在产品设计或制造系统的物理实现之前, 就能使人体会到或感觉到未来产品的性能或者制造系统的状态, 从而可以做出前瞻性的决策与优化实施方案。VM 技术是对真实制造过程的动态模拟、仿真, 是在计算机上制造数字化产品, 在VM环境中生成软产品原型代替传统的硬样品进行试验, 对其性能和可制造性进行预测和评价, 从而缩短产品的设计与制造周期, 降低产品的开发成本, 提高系统快速响应市场变化的能力。VM技术是CE, AM, 精益生产的支撑技术, 是品质工程实现的有力保证。e) 可持续设计是在生态哲学的指导下, 将设计行为纳入

18、/ 社会2经济2环境2人类0的系统中, 既实现社会价值又保护人与自然的共同繁荣, 旨在平衡环境、社会、经济三方面的设计实践和设计管理。可持续设计包含并超越了传统的产品设计, 并代表了人类对传统产品设计的新思考, 是产品设计学科的新的发展方向。目前可持续设计并不成熟, 主要设计工具有生命周期评价( LCA); 面向环境的设计(DFE ); 面向材料选择的设计(DFMS); 面向拆装的设计(DFD); 面向回收的设计(DFR) 等, 可持续设计可以说是人类文明的巨大进步。4. 先进进制造的的发展趋趋势先进制造业业追求的的目标是是: 高品品质、高高效率、高高柔性、低低成本、低低劳动力力、低消消耗、品

19、品种多和和规格全全的产品品, 因此此,ATTM的发发展趋势势应体现现在以下下几个方方面:a) 制造造技术向向自动化化与智能能化方向向发展: 随着着电子技技术、信信息技术术和计算算机技术术的发展展, 推动动了制造造技术向向更深层层次发展展。基于于CADD /CCAM技技术的CCIMSS是制造造业自动动化的一一个重要要方向。CIMS 通过CAX ( CAD, CAPP,CAE, CAM)系统和PDM 系统, 进行产品的数字化设计、仿真, 并结合数字化制造设备, 进行自动加工。并采用MRPII /ERP系统, 对整个企业的物流、资金流、管理信息流和人力资源进行数字化管理。智能制造技术( IMT )是

20、将人工智能融入制造过程的各个环节, 通过模拟人类专家的智能活动, 取代或延伸制造系统中的部分脑力劳动, 在制造过程中系统能自动监测其运行状态, 在外界干扰或内部激励下能自动调整其参数, 以达到最佳状态和具备自组织能力。例如机器人加工就是将机床与机器人、传感器、控制器组合而成的智能制造系统, 它具有信息处理和知觉反馈、决策能力, 可同时控制指挥多种操作, 从而能提高效率、保证品质和降低成本。b) 精密密成形与与加工: 精密密加工、超超精密加加工技术术、微型型机械是是先进制制造技术术 发展的的方向之之一。精精密和超超精密加加工技术术包括精精密和超超精密切切削加工工、磨削削加工、研研磨加工工以及特特

21、种加工工和复合合加工(如机械械化学研研磨、超超声磨削削和电解解抛光等等) 三大大领域。超超精密加加工技术术己向纳纳米技术术发展。纳纳米技术术已在纳纳米机械械学、纳纳米电子子学和纳纳米材料料技术得得到了应应用。c) 新型型特种加加工方法法的形成成: 特种种加工亦亦称非传传统加工工或现代代加工方方法, 泛指用用电能、光光能、热热能、电电化学能能、化学学能、声声能及特特殊机械械能等能能量达到到去除或或增加材材料的加加工方法法。它包包括激光光加工技技术、电电子束加加工技术术、离子子束加工工技术、等等离子加加工技术术、电加加工技术术等。今今后, 特种加加工将从从实际出出发, 在融合合传统技技术和现现代技

22、术术的基础础上大力力开发特特种加工工领域中中的新方方法, 包括微微细加工工和复合合加工。d) 制造造业中广广泛应用用VM 技术和和柔性制制造技术术: 制造造过程中中的VMM 是指指面向产产品生产产过程的的模拟和和检验。VM的核心是计算机仿真, 通过仿真软件来模拟真实系统, 以保证产品设计和产品工艺的合理性, 保证产品制造的成功和生产周期, 发现设计、生产中不可避免的缺陷和错误。所谓柔性, 是指一个制造系统适应各种生产条件变化的能力, 它与系统方案、人员和设备有关。系统方案的柔性是指加工不同零件的自由度。人员柔性是指操作人员能保证加工任务, 完成数量和时间要求的适应能力。设备柔性是指机床能在短期

23、内适应新零件的加工能力。e) 网络络化和全全球化: 随着着网络通通讯技术术的迅速速发展和和普及, 企业业的产品品设计、物物料选择择、零件件制造、市市场开拓拓与产品品销售等等都可以以异地或或跨越国国界进行行。此外外, 网络络通讯技技术的快快速发展展, 加速速技术信信息的交交流、加加强产品品开发的的合作和和经营管管理的学学习, 推动了了企业向向着既竞竞争又合合作的方方向发展展。因此此制造业业发展的的必然是是由网络络化迅速速向全球球化迈进进。f) 实施施无污染染绿色制制造: 绿色制制造是通通过绿色色生产过过程、绿绿色设计计、绿色色材料、绿绿色设备备、绿色色工艺、绿绿色包装装、绿色色管理等等生产出出绿

24、色产产品, 产品使使用完以以后再通通过绿色色处理后后加以回回收利用用。采用用绿色制制造能最最大限度度地减少少制造对对环境的的负面影影响, 同时使使原材料料和能源源的利用用效率达达到最高高。对于于目前世世界资源源紧张, 环境境恶化的的现状以以及人类类的持续续发展的的要求来来讲, 绿色制制造是必必然的趋趋势。5. 柔性性制造技技术 5.1柔柔性柔性可以表表述为两两个方面面。第一一方面是是系统适适应外部部环境变变化的能能力，可可用系统统满足新新产品要要求的程程度来衡衡量；第第二方面面是系统统适应内内部变化化的能力力，可用用在有干干扰(如机器器出现故故障)情况下下，系统统的生产产率与无无干扰情情况下的

25、的生产率率期望值值之比来来衡量。“柔性”是相对于“刚性”而言的，传统的“刚性”自动化生产线主要实现单一品种的大批量生产。其优点是生产率很高，由于设备是固定的，所以设备利用率也很高，单件产品的成本低。但价格相当昂贵，且只能加工一个或几个相类似的零件，难以应付多品种中小批量的生产。随着批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产所替换，一个制造自动化系统的生存能力和竞争能力在很大程度上取决于它是否能在很短的开发周期内，生产出较低成本、较高质量的不同品种产品的能力。柔性已占有相当重要的位置。柔性主要包括：机器柔性性。当要要求生产产一系列列不同类类型的产产品时，机机器随产产品变化化而加工工不同零零件的难

26、难易程度度。工艺柔性性。一是是工艺流流程不变变时自身身适应产产品或原原材料变变化的能能力；二二是制造造系统内内为适应应产品或或原材料料变化而而改变相相应工艺艺的难易易程度。产品柔性性。一是是产品更更新或完完全转向向后，系系统能够够非常经经济和迅迅速地生生产出新新产品的的能力；二是产产品更新新后，对对老产品品有用特特性的继继承能力力和兼容容能力。维护柔性性。采用用多种方方式查询询、处理理故障，保保障生产产正常进进行的能能力。生产能力力柔性。当当生产量量改变、系系统也能能经济地地运行的的能力。对对于根据据订货而而组织生生产的制制造系统统，这一一点尤为为重要。扩展柔性。当生产需要的时候，可以很容易地

27、扩展系统结构，增加模块，构成一个更大系统的能力。运行柔性性。利用用不同的的机器、材材料、工工艺流程程来生产产一系列列产品的的能力和和同样的的产品，换换用不同同工序加加工的能能力。5.2柔性性制造技技术柔性制造技技术是对对各种不不同形状状加工对对象实现现程序化化柔性制制造加工工的各种种技术的的总和。柔柔性制造造技术是是技术密密集型的的技术群群，我们们认为凡凡是侧重重于柔性性，适应应于多品品种、中中小批量量(包括单单件产品品)的加工工技术都都属于柔柔性制造造技术。目目前，按按规模大大小划分分为：5.2.11 柔性制制造系统统（FMMS）FMS 包包含2 台以上上具有自自动刀具具交换和和自动工工件托

28、盘盘交换装装置的数数控机床床，以加加工中心心为核心心设备，配配有自动动物料传传递和管管理系统统，如有有轨运输输小车或或自动导导引运输输小车，并并在中央央计算机机统一控控制和管管理下，动动态地平平衡资源源地有效效利用，具具有生产产调度和和对加工工过程的的实时监监控能力力，可动动态地实实现多种种零件族族的自动动加工。5.2.22 柔性制制造单元元（FMMC）FMC 可可视为一一个规模模最小的的FMSS，是FMMS 向向廉价化化及小型型化方向向发展的的一种产产物，它它由12 台加加工中心心、工业业机器人人、数控控机床及及物料运运送存贮贮设备构构成，其其特点是是实现单单机柔性性化及自自动化，具具有适应

29、应加工多多品种产产品的灵灵活性，现现已进入入普及应应用阶段段。5.2.33 柔性制制造线（FML）FML 是是处于单单一或少少品种大大批量非非柔性自自动线与与中小批批量多品品种FMMS 之之间的生生产线。其其加工设设备可以以是通用用的加工工中心、CNC 机床，亦可采用专用机床或NC 专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS) 为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，现已进入实用化阶段。5.2.44 柔性制制造工厂厂（FMMF）FMF 是是将多条条FMSS 连接接起来，配配以自动动化立体

30、体仓库，用用计算机机系统进进行联系系，采用用从订货货、设计计、加工工、装配配、检验验、运送送至发货货的完整整FMSS。它包包括了CCAD/CAMM，并使使计算机机集成制制造系统统（CIIMS）投投入实际际，实现现生产系系统柔性性化及自自动化，进进而实现现全厂范范围的生生产管理理、产品品加工及及物料贮贮运进程程的全盘盘化。FFMF 将制造造、产品品开发及及经营管管理的自自动化连连成一个个整体，以以信息流流控制物物质流的的智能制制造系统统（IMMS）为为代表，其其特点是是实现工工厂柔性性化及自自动化。6 .计算算机集成成制造系系统计算机集成成制造系系统(CCompputeer IInteegraa

31、tedd Maanuffactturiing Sysstemms,简简称CIIMS), 是是随着计计算机辅辅助设计计与制造造的发展展而产生生的。它它借助于计算机的的硬件、软软件技术术, 综合合运用现现代管理理技术、制制造技术术、信息息技术、自自动化技技术、系系统工程程技术。对对企业的的生产作作业、管管理、计计划、调调度、经经营、销销售等整整个生产产过程中中的信息息进行统统一处理理, 并对对分散在在产品设设计制造造过程中中各种孤孤立的自自动化子子系统的的功能进进行有机机地集成成,并优化化运行, 从而而缩短产产品开发发周期、提提高质量量、降低低成本。它它是工厂厂自动化化的发展展方向, 未来来制造业

32、业工厂的的模式, 是当当代生产产自动化化领域的的前沿学学科, 也是集集中多种种高新技技术为一一体的现现代化制制造技术术。6.1 CCIMSS 系统统的功能能组成一般CIMMS 有有六部分分组成(1)管理理信息系系统(MMIS): 具具有生产产计划与与控制、经经营管理理、销售售管理、采购管管理、财财务管理理等功能能, 处理理生产任任务方面面的信息息。(2)工程程设计应应用分系系统(CCAD&CAPPP): 由计计算机辅辅助设计计、计算算机辅助工艺编编制和数数控程序序编制等等功能组组成, 用以支支持产品品的设计计和工艺艺准备, 处理理有关产产品结构构方面的的信息。(3)车间间管理与与自动化化应用分

33、分系统(CAMM): 也可以以称为计计算机辅辅助制造分系统统, 它包包括各种种不同自自动化程程度的制制造设备备和子系系统, 用来实实现信息息流对物物流的控控制和完完成物流流的转换换。它是是信息流流和物流流的接合合部, 用来支支持企业业的制造造功能。(4)计算算机辅助助质量保保障分系系统(CCAQ): 具具有制订订质量管管理计划划、实施质量管理理、处理理质量方方面信息息、支持持质量保保证等功功能。(5)数据据库存管管理分系系统: 用以管管理整个个CIMMS 的的数据, 实现现数据的集成与共共享。(6)计算算机与网网络分系系统: 用以传传递CIIMS 各分系系统之间间和分系系统内部的信息息, 实现

34、现CIMMS 的的数据传传递和系系统通信信功能。它它们的联联接关系如图1 示:6.2 CCIMSS 系统统的技术术优势分分析6.2.11 保障和和提高了了新产品品开发的的质量CIMS(包括并并行工程程和虚拟拟制造技技术等)使企业业提高了了产品创创新设计的深度度, 大大大有利于于提高企企业产品品的技术术含量。CIMS 建立了企业从产品设计、生产制造、经营管理全方位的计算机集成制造环境, 做到了企业信息流、物流、资金流的集成。市场综合反馈信息在CIMS(MIS部分: 管理信息分系统)的支持下, 迅速反馈到CIMS程设计自动化分系统(CAD/CAPP /CAM/CAE), 产品设计人员在PDM(产品

35、数据管理)、CAD 等系统支持下, 综合产品过去设计成果及各项信息(包括零部件明细、价格、供货质量、生产加工能力等), 在MIS 过来的市场综合反馈信息地推动下, 就能不断设计出更加满足市场需求的高争论、低成本、适销对路的产品6.2.22 缩短了了新产品品的上市市周期CIMS 是一个个集成化化的生产产模式, 覆盖盖了市场场分析、经经营决策策、新产品研制、工工程设计计、加工工制造、库库存供应应、质量量保证、销销后服务务等整个个制造业业的活动动, 并力力图实现现三流集集成。在在这种环环境支持持下, 通过企企业信息息的快速速流动, 加速速了产品品的设计计周期。同同时, 由于在在设计时时参考了了产品的

36、的可制造造性等特特性, 在MISS 及制制造自动动化系统统的支持持下, 也极大大地提高高了产品品的生产产及销售售分派效效率, 这些都都保证了了企业新新产品上上市周期期的显著著改善。6.2.33 经营管管理科学学化, 同时降降低了产产品的成成本在经营管理理方面, 使企企业的经经营决策策和生产产管理趋趋于科学学化。使使企业能够在在市场竞竞争中, 快速速、准确确地报价价, 赢得得时间; 在实实际生产产中,解决“瓶颈”问题, 减少再再制品, 同时时, 降低低了库存存资金的的占用。调调查材料料表明, 采用用计算机机集成制制造系统统后, 企业新新产品的的各项因因素发生生了明显显的变化化,。 7 超精精密加

37、工工技术超精密加工工是在超超精密机机床设备备上利用用零件与与刀具之之间产生生的具有有严格约约束的相相对运动动对材料料进行微微量切削削，以获获得极高高形状精精度和极极低表面面粗糙度度的加工工过程，其其精度从从微米到到亚微米米，乃至至纳米。它它与当代代一些主主要科学学技术的的发展有有密切的的关系，是是当代科科学发展展的一个个重要环环节。而而且，超超精密加加工技术术的发展展也促进进了机械械、液压压、电子子、半导导体、光光学、传传感器和和测量技技术以及及材料科科学的发发展。7.1 超超精密加加工的技技术范畴畴由于加工技技术水平平的发展展，超精精密加工工划分的的界限逐逐渐向前前推移，但但在具体体数值上上

38、没有固固定的界界定。根根据目前前技术水水平及国国内外专专家的看看法，对对中小型型零件的的加工形形状误差差 和表面面粗糙度度Ra的数数量级可可分为以以下档次次。精密密加工: =1.000.1 m，Ra=00.10.003 m；超超精密加加工： =00.10.001 m，Ra=00.0330.0055 mm；纳微微米加工工： 0.01 m，Ra00.0005 m。随随着科学学技术的的飞速发发展，超超精密加加工技术术日趋成成熟，已已形成系系列，它它包括超超精密切切削、超超精密磨磨削、超超精密微微细加工工、超精精密计量量等，并并向更高高层次发发展。超超精密加加工的影影响因素素很多，只只有广泛泛研究和和

39、综合采采用各种种新技术术，并在在各方面面精益求求精，才才能突破破目前常常规加工工技术不不能达到到的精度度界限。实实现超精精密切削削加工的的条件主主要包括括超精密密加工机机床、超超精密切切削刀具具、超精精密加工工环境、超超精密加加工的工工件材质质、超精精密加工工用夹具具和超精精密测控控技术等等多项技技术。超超精密加加工技术术实际上上就是这这些技术术的综合合应用。7.2 超超精密加加工的关关键技术术7.2.11 主轴机床的主轴轴在加工工过程中中直接带带动工件件或刀具具运动，故故主轴的的回转精精度直接接影响到到工件的的加工精精度。现现在超精精密加工工机床中中精度最最高的主主轴采用用的是空空气静压压轴

40、承，其其实用精精度可达达0.005 m，但但还不能能满足纳纳米级加加工的要要求。近近年来磁磁悬浮轴轴承的发发展非常常迅速，有有望在未未来有所所突破，但但目前还还达不到到空气静静压轴承承的精度度。而提提高空气气轴承主主轴回转转精度的的途径之之一是提提高轴及及轴套的的圆度，因因为理论论上这两两者是成成正比的的。另外外，还要要想办法法提高气气孔供气气的平稳稳性。通通过多孔孔粉末冶冶金材料料的小孔孔供气是是理想的的供气形形式，有有待进一一步研究究。此外外，还可可以利用用控制技技术以补补偿的形形式来减减小或消消除回转转误差。7.2.22 直线导导轨总的来说，从从精度角角度看，空空气导轨轨是现在在最好的的

41、导轨。虽虽然它没没有液体体静压导导轨的刚刚性大，但但气浮导导轨优点点也很明明显， 如无需需进行油油温控制制，对环环境没有有污染。此此外，纳纳米级精精度加工工机床的的负荷和和行程没没有那么么大，所所以应优优先考虑虑空气导导轨。目目前，空空气导轨轨的直线线度可达达（0.100.2）m/2500 mmm，国内内3033所也可可做到00.1 m/2000 mmm的水平平。纳米米水平的的机床导导轨行程程比上述述要短，通通过补偿偿技术还还可进一一步提高高导轨的的直线度度。国防防科技大大学利用用二维微微进给装装置补偿偿导轨直直线度，取取得了较较好的效效果，可可补偿到到0.11 mm/3000 mmm 的的精

42、度水水平。在在导轨的的结构设设计上还还有潜力力可挖，如如采用多多根导轨轨并联来来加强气气膜的误误差匀化化作用，加加大气垫垫式导轨轨跨度来来缩小直直线度误误差等。由由于空气气导轨的的气膜厚厚度大概概只有110 m，在在使用过过程中防防尘显得得很重要要，若不不保证洁洁净的环环境，导导轨有可可能因为为灰尘而而受损伤伤，这种种损伤常常常是难难以修复复的。7.2.33 传动系系统传统进给装装置的主主要任务务之一是是把旋转转运动转转化成直直线运动动，主要要使用滚滚珠丝杠杠。与轴轴承一样样，为了了克服摩摩擦引起起的爬行行和反向向间隙现现象，出出现了静静压丝杠杠。由于于介质膜膜的均化化作用，目目前的空空气静压

43、压丝杠分分辨率可可达到00.011 mm，进给给精度比比C0级滚滚珠丝杠杠高2个数量量级，但但刚度有有所欠缺缺。所以以，又出出现了传传动原理理类似齿齿轮齿条条传动的的摩擦传传动，它它能够实实现无反反向间隙隙的传动动，同时时因为结结构非常常简单，弹弹性变形形因素较较小。目目前，已已有的摩摩擦传动动分辨率率能达到到1.225 nnm，定定位精度度能达到到0.11 mm，而根根据其原原理，采采用高分分辨率的的电机还还可以使使这两个个数值进进一步减减小。微微进给机机构在超超精密加加工领域域获得广广泛应用用，它一一般被用用作补偿偿工具。用用压电陶陶瓷驱动动、弹性性铰链支支撑的微微位移机机构得到到了广泛泛

44、的应用用。7.2.44 超精密密测控技技术在距离的测测量仪器器中，双双频激光光干涉仪仪测量精精度高、测测量范围围大，但但对环境境的要求求过高，在在使用中中有很多多困难。近近年来，微微光学器器件的发发展使光光栅技术术有了很很大的进进步。德德国Heeideenhaain 的超精精密光栅栅尺被世世界各超超精密设设备厂家家选用。在在小距离离的测量量仪器中中，电容容式、电电感式测测微仪仍仍是主要要的设备备，光纤纤测微仪仪也发展展很快。在在更小测测量范围围的测量量仪器中中有扫描描隧道显显微镜（STM）、扫描电子显微镜、原子力显微镜，这些仪器可进行纳米级的测量，常用于表面质量检测。测量仪器的稳定性和可靠性也

45、是超精密测量中的一项十分重要的指标。7.2.55 微进给给技术微进给机构构在超精精密加工工领域获获得广泛泛应用，它它一般被被用来微微进给或或作补偿偿工具。压压电陶瓷瓷材料具具有较好好的微位位移特性性和可控控制性。以以压电陶陶瓷为驱驱动器的的基于弹弹性铰链链支撑的的微位移移机构目目前是用用得最多多的。美美国LOODTMM机床上上用的快快速刀具具伺服机机构（FFTS）在在1.27 m范范围内分分辨率达达2.55 nmm，频响响可达1100 Hz，可可进行主主轴回转转误差的的补偿（转转速在1150 r/mmin 以下）。日日本东京京工业大大学用压压电陶瓷瓷微进给给机构补补偿气浮浮导轨运运动直线线度，

46、可可将直线线度提高高到0.14 m/6000 mmm。国防防科技大大学利用用自研的的二维微微进给刀刀具进行行二坐标标工作台台定位误误差的补补偿，获获得了较较好的效效果。在在机床跟跟踪半径径50 mm的的圆时，定定位误差差从0.7 m 提提高到00.0333 m。这这种微进进给机构构在行程程是5 m时时分辨率率可达55 nmm。目前前希望解解决的是是提高这这种机构构的频响响和刚度度，对于于主轴回回转误差差的补偿偿来说1100 Hz的的频响是是不够的的。开环环控制可可提高系系统的频频响，但但会牺牲牲刚性和和精度。利利用补偿偿技术来来提高机机床的精精度是一一种有效效的手段段。7.2.66 超精密密环

47、境控控制技术术为了适应超超精密加加工的需需要，达达到微米米甚至纳纳米级的的加工精精度，必必须对它它的支撑撑环境加加以严格格的控制制，主要要包括空空气环境境、热环环境、振振动环境境、声环环境和磁磁环境等等。空气气环境中中主要应应控制的的品质是是洁净度度， 一般超超精密加加工要求求的洁净净度在11 00001100级级，即每每立方米米空间00.5 m大大小的尘尘埃不多多于3551 00003551000个(1fft3的的空间00.5 m大大小的尘尘埃不多多于1 00001000个)。随着着半导体体工业的的快速发发展，对对空气洁洁净度提提出了更更加苛刻刻的要求求，美国国联邦标标准2009D上上增加了了1级和100级的洁洁净度级级别。热热环境与与加工精精度有密密切关系系，热环环境中主主要应控控制的品品质为温温度和湿湿度。普普通金属属在温度度变化11 时的热热膨胀量量约为11.6 m，所所以为进进行亚微微米精度度的加工工，温度度变动范范围应控控制在0.005 ，相对对湿度控控制在335%45%为宜。目目前，实实用的温温度控制制技术最最高水平平为美国国的恒温温油喷淋淋技术，可可实现22000.0002 55 的温度度控制。振振动是影影响超精精密加工工精度的的又一重重要因素素。利用用良好的的隔振地地基和空空气隔振振垫，可可以隔离离绝大部部分“