現(xiàn)代制造技術(shù)試題答案
一、簡(jiǎn)述先進(jìn)制造技術(shù)的特點(diǎn)有哪些？（15分）
答：1.先進(jìn)制造技術(shù)涉及到產(chǎn)品從市場(chǎng)調(diào)研、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)及工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、加工制造、售后服務(wù)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(jì)效益和社會(huì)效益，是面向工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)。
2.先進(jìn)制造技術(shù)強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、新材料技術(shù)和現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和生產(chǎn)組織管理、銷(xiāo)售及售后服務(wù)等方面的應(yīng)用。它駕馭生產(chǎn)過(guò)程的物質(zhì)流、能量流和信息流，是生產(chǎn)過(guò)程的系統(tǒng)工程。
3.3.80年代以來(lái)，隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，先進(jìn)制造技術(shù)要求具有世界先進(jìn)水平，它的競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)從提高勞動(dòng)生產(chǎn)率轉(zhuǎn)變?yōu)橐詴r(shí)間為核心的時(shí)間、成本和質(zhì)量的三要素的競(jìng)爭(zhēng)，因此它是面向全球競(jìng)爭(zhēng)的技術(shù)。
4.先進(jìn)制造技術(shù)的最新發(fā)展階段保持了過(guò)去制造技術(shù)的有效要素，同時(shí)吸收各種高新技術(shù)成果，滲透到產(chǎn)品生產(chǎn)的所有領(lǐng)域及其全部過(guò)程，從而形成了一個(gè)完整的技術(shù)群，具有面向21世紀(jì)新的技術(shù)領(lǐng)域。 總之，成形技術(shù)和加工技術(shù)日趨精密化，制造工藝、設(shè)備和工廠(chǎng)的柔性與可重性將成為制造業(yè)的顯著特點(diǎn)，虛擬制造技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)制造技術(shù)將廣泛應(yīng)用，智能化、數(shù)字化是先進(jìn)制造的發(fā)展方向，提高對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力的制造技術(shù)將超速發(fā)展和應(yīng)用，信息技術(shù)在先進(jìn)制造領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
二、車(chē)削中心應(yīng)具有哪些特征，其工藝范圍是什么？（15分）
答：車(chē)削中心是在數(shù)控車(chē)床的基礎(chǔ)上，配置刀庫(kù)和機(jī)械手，使之可選擇使用的刀具數(shù)量大大增加。車(chē)削中心比較全能,可以車(chē),銑,鉆等多種功能,刀庫(kù)容量大,軸也多,速度也比數(shù)控車(chē)床快得多,車(chē)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(fù)雜零件時(shí)一般采用加工中心。車(chē)削中心也是一種多工序加工機(jī)床，它是數(shù)控車(chē)床在擴(kuò)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(jìn)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(duì)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(duì)重型機(jī)床，更能顯示其優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)槠浼庸さ闹匦土慵跹b不易。 車(chē)削中心主要以車(chē)削為主，還可以進(jìn)行銑、鉆、擴(kuò)、鉸、攻螺紋等加工。其加工對(duì)象主要有：復(fù)雜零件的錐面、復(fù)雜曲線(xiàn)為母線(xiàn)的回轉(zhuǎn)體。在車(chē)削中心上還能進(jìn)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�；剞D(zhuǎn)體表面及端面、溝槽、螺紋、成形面和切斷等。具體如下：車(chē)端面、車(chē)錐體、鉆中心孔、車(chē)特型面、車(chē)外園、用成型刀車(chē)特性面、 鉆孔、車(chē)螺紋、鏜孔、滾花、絞孔、切斷。車(chē)削中心一般還具有以下兩種先進(jìn)功能。
1)動(dòng)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(guò)刀架內(nèi)的動(dòng)力使這些刀具回轉(zhuǎn)。
2)c 軸位置控制功能 即可實(shí)現(xiàn)主軸周向的任意位置控制。實(shí)現(xiàn)X—C、Z—C聯(lián)動(dòng)。另外，有些車(chē)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(shuō)智能制造是影響未來(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)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(jī)器和人類(lèi)專(zhuān)家共同組成的人機(jī)一體化智能系統(tǒng)，它在制造過(guò)程中能以一種高度柔性與集成不高的方式，借助計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)專(zhuān)家的智能活動(dòng)進(jìn)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(dòng)。同時(shí)，收集、存貯、完善、共享、集成和發(fā)展人類(lèi)專(zhuān)家的智能。 20世紀(jì)60年代的數(shù)控機(jī)床(CNC)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械加工過(guò)程的可編程 自動(dòng)化 ：2O世紀(jì)70年代的柔性制造系統(tǒng)(FMS)將車(chē)間級(jí)的機(jī)床設(shè)備 、工藝裝備 、工業(yè)機(jī)器人及搬運(yùn)小車(chē)等通過(guò)計(jì)算機(jī)在線(xiàn)控制實(shí)現(xiàn)了以物流為基礎(chǔ)的系統(tǒng) 自動(dòng)化．進(jìn)一步滿(mǎn)足制造系統(tǒng)的柔性化要求;20世紀(jì)80年代的計(jì)算機(jī)集成制造 (CIM)通過(guò)信息技術(shù)將工廠(chǎng)中CAD、CAPP、CAM及經(jīng)營(yíng)管理等集成起來(lái) ，按照人們預(yù)測(cè)的方式實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程的 自動(dòng)化。而智能制造可以在確定性不明確、不能預(yù)測(cè)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(xué)習(xí)能力 、系統(tǒng)的智能集成、人機(jī)一體化智能系統(tǒng)等等�？梢钥闯鯥MS作為一種模式，它是集自動(dòng)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(jìn)制造系統(tǒng)。智能制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的主要類(lèi)型有 ：以提高制造系統(tǒng)智能為 目標(biāo) ，智能機(jī)器人、智能體等為手段的智能制造系統(tǒng)；通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)把企業(yè)的建模 、加工 、測(cè)量 、機(jī)器人的操作一體化的智能制造系統(tǒng)；采用生物問(wèn)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(lái)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程的制造業(yè)的重要生產(chǎn)模式。
四、試闡述立體光刻技術(shù)的具體實(shí)現(xiàn)方法。（20分）
答：立體光刻原則上屬添加法, 它是由一臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的激光光束, 通過(guò)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(shù)脂, 直至得到所需模型。光刻技術(shù)主要應(yīng)用在微電子中。它一般是對(duì)半導(dǎo)體進(jìn)行加工，需要一個(gè)有部分透光部分不透光的掩模板，通過(guò)曝光、顯影、刻蝕等技術(shù)獲得和掩模板一樣的'圖形。先在處理過(guò)后的半導(dǎo)體上涂上光刻膠，然后蓋上掩模板進(jìn)行曝光；其中透光部分光刻膠的化學(xué)成分在曝光過(guò)程中發(fā)生了變化；之后進(jìn)行顯影，將發(fā)生化學(xué)變化的光刻膠腐蝕掉，裸露出半導(dǎo)體；之后對(duì)裸露出的半導(dǎo)體進(jìn)行刻蝕，最后把光刻膠去掉就得到了想要的圖形。光刻技術(shù)在微電子中占有很大的比重，比如微電子技術(shù)的進(jìn)步是通過(guò)線(xiàn)寬來(lái)評(píng)價(jià)的，而線(xiàn)寬的獲得跟光刻技術(shù)有很大的關(guān)系。 利用立體光刻技術(shù)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(yīng)用于立體光刻的激光曝光裝置主要由以下七個(gè)部分組成:
( 1) 一臺(tái)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(tái)具有亞微米級(jí)精確度且速度變化范圍很大的XY 平面移動(dòng)結(jié)構(gòu); ( 3) 用于偏轉(zhuǎn)、集中激光束的光學(xué)部件; ( 4) 裝有液體光敏聚合物的容器池; ( 5) 在豎直方向可進(jìn)行精確位移的平臺(tái); ( 6) 用來(lái)處理數(shù)據(jù)和控制激光器和平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的計(jì)算機(jī); ( 7) 對(duì)半成品進(jìn)行后固化處理的后固化燈.
1. 2 軟件 用立體光刻技術(shù)快速制造模型, 需要有一套合適的CAD 數(shù)據(jù)格式來(lái)支撐. 因此, 要想完 全描述立體物件, 必須設(shè)計(jì)一套嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式.實(shí)用的立體光刻軟件先把模型分解成切面, 用交叉線(xiàn)來(lái)表達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu). 一般來(lái)說(shuō), 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(mǎn)足各種材料及性能的要求. 應(yīng)用控制程序?qū)⑦@些數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在磁盤(pán)文件中, 以執(zhí)行固化操作和移動(dòng)激光束等; 此外, 還需要有一套應(yīng)用程序以幫助建立材料的數(shù)據(jù)文件、設(shè)定激光器的能量、設(shè)計(jì)液面等.
五、鋼鐵行業(yè)環(huán)保問(wèn)題已經(jīng)越來(lái)越成為被注重和研究的熱點(diǎn)，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，撰寫(xiě)一篇主題為“綠色制造在鋼鐵工業(yè)中如何應(yīng)用”的短文，要求字?jǐn)?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(gè)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(biāo)是使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、包裝、運(yùn)輸和使用到報(bào)廢處理的整個(gè)生命周期對(duì)環(huán)境負(fù)面影響最小，資源利用率最高，并使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會(huì)效益協(xié)調(diào)優(yōu)化。 綠色制造實(shí)質(zhì)上是人類(lèi)社會(huì)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(jì)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(gè)方面：
(1) 資源、能源；
(2) 生產(chǎn)過(guò)程；
(3) 產(chǎn)品—提高鋼鐵產(chǎn)品綠色度；
(4) 與相關(guān)行業(yè)及社會(huì)的關(guān)系。
�。ǘ┰希ㄙY源與能源消耗最小及實(shí)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(chǎng)粉塵等；
�。�2）少用不可再生能源（如煤、油、天然氣等），開(kāi)發(fā)采用新的能源如氫、太陽(yáng)能等；
�。�3）少用新水和淡水資源，發(fā)展節(jié)水技術(shù)，強(qiáng)化水循環(huán)，減少?gòu)U水排放。
�。ㄈ┥a(chǎn)過(guò)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)。
�。ㄋ模╀撹F產(chǎn)品綠色化
�。�1）產(chǎn)品的生產(chǎn)制造過(guò)程環(huán)境負(fù)荷低，少污染或不污染環(huán)境；
（2）產(chǎn)品的使用壽命長(zhǎng)，使用效率高；
�。�3）產(chǎn)品及其制品對(duì)環(huán)境的污染負(fù)荷低；
�。�4）產(chǎn)品使用報(bào)廢后易于回收、循環(huán)。
（五）與相關(guān)行業(yè)及社會(huì)進(jìn)行代謝循環(huán)
�。�1）可向社會(huì)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(huì)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(guān)工業(yè)
六、中國(guó)鋼鐵工業(yè)的綠色化對(duì)策
�。ㄒ唬┲袊�(guó)鋼鐵工業(yè)的國(guó)情背景
�。�1）鋼鐵工業(yè)是資源、能源消耗大戶(hù)。冶金資源相對(duì)貧乏、鐵礦石品位低，水資源嚴(yán)重匱乏。
�。�2）產(chǎn)品消費(fèi)特點(diǎn)：長(zhǎng)材多（約60%），平材少（40%左右）。
（3）長(zhǎng)流程居多，電爐鋼比例低（廢鋼資源缺乏、電價(jià)高）。
�。�4）中國(guó)鋼廠(chǎng)在環(huán)境保護(hù)方面未能避免走發(fā)達(dá)國(guó)家走過(guò)的老路, 仍然是先發(fā)展后治理。從半個(gè)世紀(jì)以來(lái)我國(guó)鋼鐵工業(yè)的發(fā)展歷程看，基本上是“大量開(kāi)采—大量生產(chǎn)—大量排放”的生產(chǎn)模式。
�。�5）我國(guó)鋼鐵企業(yè)的布局特點(diǎn)是靠近城市。因此, 鋼鐵廠(chǎng)的社會(huì)友好職能的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將是使鋼鐵工業(yè)立足的重要方面。
�。ǘ┲袊�(guó)鋼鐵工業(yè)的綠色化對(duì)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(guò)程的排放；
�。�4）對(duì)排放物進(jìn)行再資源化、再能源化和無(wú)害化處理；
�。�5）開(kāi)發(fā)和制造綠色化產(chǎn)品；
（6）與相關(guān)行業(yè)形成工業(yè)生態(tài)鏈并發(fā)揮社會(huì)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(shù)，挖掘節(jié)能潛力;加強(qiáng)能源管理，推進(jìn)能源管控中心建設(shè); 推進(jìn)行業(yè)間聯(lián)合，提高二次能源利用效率.
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