现代制造技术论文(4)

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（3）适用于精微加工。激光聚焦后的光斑直径极小，能形成极细的光束，可以用来加工深而小的细孔和窄缝。

（4）因能量高度集中，加工速度快、效率高，可减少热传散带来的热变形。对具有高热传导和高反射率的金属，如铝、铜和它们的合金，用激光加工时效率较低。

（5）可控性好，易于实现自动化。

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3 精密加工和超精密加工

3.1 精密、超精密加工的概念

随着现代工业的不断发展，精密加工和超精密加工在机械、电子、轻工及国防等领域占有越来越重要的地位。从一般意义上将，精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到很高程度的加工工艺。超精密加工是指加工精度和表面质量达到极高程度的精密加工工艺。

3.2 精密加工和超精密加工的工艺特点

精密加工、超精密加工和一般加工比较由其独特的特性。

（1）精密加工和超精密加工都是以精密元件为加工对象，与精密元件密切结合而发展起来的。平板、直角尺、齿轮、丝杠、蜗轮副、分度板等都是典型的精密元件，现代工业的发展，大规模继承电路芯片、金刚石磨具、合成蓝宝石轴承、非球面透镜及精密伺服阀零件等正成为新的典型精密元件。

（2）精密加工和超精密加工不仅要保证很高的精度和表面质量，同时要求有很高的稳定性或保持性，不受外界条件变化的干扰。

（3）精磨测量时精密加工的必要条件，没有相应的精密测量手段，就不能科学地衡量精密加工所达到的精度和表面质量。在精密加工和超精密加工中，有时精密测量成为关键。例如在高精度的空气静压轴承中，要测量它在高速转动下的径向跳动和轴向窜动是十分困难的。

（4）现代精密加工常常与微细加工结合在一起，要有与精度相适应的微量切削，因此出现了一些列精密加工和细微加工的方法，如金刚石精密车削、精密抛光、弹性发射加工、机械化学加工以及电子束、离子束等加工方法。

（5）现代精密加工和超精密加工常常和自动控制联系在一起，广泛采用微型计算机控制、自适应控制系统，以避免手工操作引起的随机误差，提高加工质量。

（6）现代精密加工和超精密加工常常采用复合加工技术，已达到更理想的效果。

精密加工和超精密加工目前主要有精密切削加工、精密磨削加工、超精研、精密研磨、超精密磨料加工、电解磨削加工和纳米加工等。

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4 计算机辅助设计与制造技术

4.1 CAD/CAM基本概念

计算机辅助设计与制造（简称CAD/CAM）技术产生于20世纪50年代后期发达国家航空和军事工业中，随着计算机硬件、软件技术和其他科学技术的进步与发展，CAD/CAM技术日趋完善，它的应用范围也不断扩大。如今的CAD/CAM已广泛应用于数值计算、工程绘图、工程信息管理、生产控制等设计成产的全过程中，它的应用行业已遍及电子、机械、造船、航空、汽车、建筑、纺织、轻工业及工程建设等。

CAD/CAM技术是一项利用计算机协助人完成产品的设计与制造的现代技术。CAD/CAM技术是传统设计与制造技术与现代计算机技术的有机结合，它将传统设计与制造彼此相对分离的任务作为一个整体来规划和开发，实现信息处理的高度一体化。

4.2 CAD/CAM系统的工作过程

CAD/CAM系统是设计、制造过程中的信息处理系统，它需要对产品设计、制造全过程的信息进行处理，包括设计、制造中的数值计算、设计分析、三维造型、工程绘图、工程数据库的管理、工艺分析、NC自动编程、加工仿真等各个方面。CAD/CAM系统充分利用了计算机高效准确的计算功能、图形处理功能以及复杂工程数据的存储、传递、加工功能，在运行过程中，结合人的经验、知识及创造性，形成一个人机交互、各尽所长、紧密配合的系统。CAD/CAM系统输入的是设计要求，输出的是制造加工信息。一个完整的CAD/CAM系统主要包括以下几个方面：

（1）通过需求调查以及用户对产品性能的要求，向CAD系统输入设计要求。在CAD系统中首先进行设计方案的分析和选择，根据设计要求建立产品模型，包括几何模型和诸如材料处理、制造精度等非几何模型，并将所建模型储存于系统中的数据库中。

（2）利用CAD/CAM系统应用程序中已编制的各种应用程序，对产品模型进行设计计算和优化分析，确定设计方案及产品零部件的主要参数，同时，利用系统中的图形库，将设计的初步结果以图形的方式输出在显示器上。

（3）通过计算机辅助工程分析计算功能对产品进行性能预测、结构分析、工程计算、运动仿真和装配仿真。

（4）根据计算机显示的结果，设计人员对设计的初步结果做出判断，如果不满意，可以以人机交互作业方式进行实时修改，直至满意为止。将修改后的产品

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设计模型仍存储在CAD/CAM系统的数据库中，并可通过绘图机输出设计图纸和有关文档。

（5）CAD/CAM系统从产品数据库中提取产品的设计制造信息，在分析其零件几何形状特点及有关技术要求后，对产品进行工艺规程设计，将工艺设计结果存入系统的数据库中，同时在屏幕上显示输出。

（6）工艺设计人员可以对工艺规程设计的结果进行分析、判断，并以人机交互方式进行修改，最后以工艺卡片或数据接口文件的形式存入数据库，以供后续模块读取。

（7）在打印机上输出工艺卡，成为车间生产加工的工艺指导性文件。NC自动编程子系统从数据库中读取零件几何信息和加工工艺规程，生成NC加工程序。

（8）进行加工仿真、模拟，验证所生成NC加工程序是否合理、可行。同时，还可以进行刀具、夹具、工件之间的干涉、碰撞检验。

（9）在普通机床、数控机床上按照工艺规程和NC加工程序加工制造出有关产品。

由上述过程可以看出，从初始的设计要求、产品设计中的中间结果，到最终的加工指令，都是产品数据信息不断产生、修改、交换、存取的过程，在该过程中，设计人员仍起着非常重要的作用。一个优良的CAD/CAM系统应能保证不同部门的技术人员能相互交流和共享产品设计和制造信息，并能随时观察、修改设计，实施编辑处理，直到获得最佳结果。

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