第1章　緒論

1.1　機械制造業的地位、現狀和發展方向

1.1.1　機械制造業的地位、現狀

我國正處于經濟發展的關鍵時期，制造技術是我國的薄弱環節，只有跟上先進制造技術的世界潮流，將其放在戰略優先地位，并以足夠的力度予以實施，才能盡快縮小與發達國家的差距，才能在激烈的市場競爭中立于不敗之地。

20世紀70年代以前，產品的技術相對比較簡單，一個新產品上市，很快就會有相同功能的產品跟著上市。20世紀80年代以后，隨著市場全球化的進一步發展，市場競爭變得越來越激烈。

20世紀90年代初，隨著CIMS技術的大力推廣應用，包括有CIMS實驗工程中心和7個開放實驗室的研究環境已建成。在全國范圍內，部署了CIMS的若干研究項目，諸如CIMS軟件工程與標準化、開放式系統結構與發展戰略，CIMS總體與集成技術、產品設計自動化、工藝設計自動化、柔性制造技術、管理與決策信息系統、質量保證技術、網絡與數據庫技術以及系統理論和方法等均取得了豐碩成果，獲得不同程度的進展。但因大部分大型機械制造企業和絕大部分中小型機械制造企業主要限于CAD和管理信息系統，底層基礎自動化還十分薄弱，數控機床由于編程復雜，還沒有真正發揮作用。因此，與工業發達國家相比，我國的制造業仍然存在一個階段性的整體上的差距。

目前，我國已加入WTO，機械制造業面臨著巨大的挑戰與新的機遇。因此，我國機械制造業不能單純地沿著20世紀凸輪及其機構為基礎采用專用機床、專用夾具、專用刀具組成的流水式生產線發展，而是要全面拓展，面向“五化”發展，即全球化、網絡化、虛擬化、自動化、綠色化。

1.1.2　機械制造業的發展方向

1.向精密超精密方向發展

精密和超精密加工是在20世紀70年代提出的，在西方工業發達國家得到了高度重視和快速發展，在尖端技術和現代武器制造中占有非常重要的地位，是機械制造業最主要發展的方向之一。在提高機電產品的性能、質量和發展高新技術中起著至關重要的作用，并且已成為在國際競爭中取得成功的關鍵技術。

目前，精密和超精密加工已在光電一體化設備儀器、計算機、通信設備、航天航空等工業中得到廣泛應用。在許多高新技術產品的設計中已大量提出微米級、亞微米級及納米級加工精度的要求。當前超精密加工的最高精度已達到了納米，出現了納米加工。例如1nm的加工精度已在光刻機透鏡等零件的生產中實現。隨著超大規模集成電路集成度的增加，生產這種電路光刻機透鏡的形位誤差加工精度將達到0.3～0.5nm。人造衛星儀表軸承的孔和軸的表面粗糙度要求達到Ra<1nm。某些發動機的曲軸和連桿的加工精度要求也達到微米、亞微米。

目前超精密切削技術和機床的研究也取得了許多重要成果。用金剛石刀具和專用超精密機床可實現1nm切削厚度的穩定切削。中小型超精密機床達到的精度：主軸回轉精度0.05μm，加工表面粗糙度Ra0.01μm以下。

最近新發展的在線電解修整砂輪（ELID）精密鏡面磨削是一項磨削新技術，可以加工出Ra0.02～0.002μm的鏡面。精密研磨拋光可以加工出Ra0.01～0.002μm的鏡面。目前，量塊、光學平晶、集成電路的硅基片等，都是最后用精密研磨達到高質量表面的。

20世紀90年代初，利用精密特種加工方法發展了微型機械，已廣泛應用于生物工程、醫療衛生和國防軍事等方面。出現了微型人造衛星、微型飛機、微型電機、微型泵和微型傳感器等微型機械，微型電機外徑為420μm，轉子直徑為200μm，微型齒輪的外徑為120μm。

精密和超精密加工將從亞微米級向納米級發展，以納米技術為代表的超精密加工技術和以微細加工為手段的微型機械技術代表了這一時期精密工程的方向。由于航天、航空、生物化學、地球物理等技術的發展，超精密加工已深入到物質的微觀領域，從分子加工、原子加工向量子級加工邁進，制造出更多類型的微型機械。

2.向高速超高速加工方向發展

切削加工是機械加工應用最廣泛的方法之一，而高速是它的重要發展方向，其中包括高速軟切削、高速硬切削、高速干切削、大進給切削等。高速切削能大幅度提高生產效率，改善加工表面質量，降低加工費用。高速超高速加工是伴隨著高速主軸、高速加工機床結構、高速加工刀具及其潤滑系統的不斷改進而發展起來的。為了滿足高速加工的需要，相繼發展了陶瓷軸承主軸、靜壓軸承主軸、空氣軸承主軸、磁浮軸承主軸，使主軸轉速可高達100000r/min。由于高速切削機床和刀具技術及相關技術的迅速進步，高速切削技術已應用于航空、航天、汽車、模具、機床等行業中。對于大多數工件材料而言，超高速加工是指高于常規加工速度5倍以上的加工。目前在工業發達國家采用的超高速切削速度一般為：車削為700～7000m/min，銑削為300～6000m/min，鉆削為200～1100m/min，磨削為5000～10000m/min。高速切削還在進一步發展中，預計銑削加工鋁的切削速度可達到10000m/min，加工普通鋼也將達到2500m/min。這樣切削速度大約超出目前普通機床常用切削速度的十倍左右。

3.向自動化方向發展

自動化是先進制造技術的最重要部分之一，是機械制造業的發展方向。20世紀60年代以來，一些工業發達的國家，在達到高度工業化的水平以后，就開始了從工業社會向信息社會過渡的時期。對機械制造業來說，對它的發展影響最大的是電子計算機的應用，出現了所謂機電一體化的新概念。出現了一系列新技術如：機床數字控制、計算機數字控制、計算機直接控制、計算機輔助制造、計算機輔助設計、成組技術、計算機輔助工藝規程編制、工業機器人等新技術。對這些技術的綜合運用的結果，在20世紀80年代初已經得到廣泛的生產應用，成為制造業中的重中之重，其應用范圍在不斷擴大。隨著FMS技術的發展，現在FMS不僅能完成機械加工，而且還能完成鈑金加工、鍛造、焊接、鑄造、裝配、激光、電火花等特種加工。從整個制造業生產的產品看，現在FMS已不再局限于汽車、機床、飛機、坦克、船舶等，還可用于半導體、木制產品、服裝、食品以及藥品和化工產品等。FMS也是計算機集成制造系統的重要組成部分。計算機集成制造系統將使設計、制造、管理、供銷、財務都用計算機統一管理，實現工廠的全盤計算機管理自動化。目前，柔性制造技術重點向快速可重組制造系統和組態式柔性制造單元兩個方向發展。在上述系統或單元的基礎上，分散在不同地域的企業動態聯盟，可利用國際互聯網建立制造資源信息網絡，以訂單為紐帶進行資源重組，從而建立分散網絡化制造系統。

CAD/CAM一體化技術的發展應用，大大地縮短了產品的研制開發周期，同時也促進了設計思想的變化。設計時考慮制造工藝的思想現已被更多的人接受，在保證產品性能要求的前提下大大減少了制造加工成本。在集成制造系統的基礎上發展起來的并行工程，是將設計、工藝準備、加工制造、裝配、調試工作從串聯作業改成前后銜接的并行作業，大大縮短生產周期，降低了成本。最近提出的敏捷制造技術將柔性自動化技術發展到一個新高度，通過因特網將不同工廠的計算機管理和自動化技術有機地組織起來，發揮各單位的特長，利用計算機仿真和虛擬制造技術，實現異地新產品設計、異地制造和裝配，達到產品的快速、高效、優質、低成本的生產。