/先進制造技術與系統(tǒng)ＴOC\o"1—3"＼h＼zHYPEＲLINK第一章先進制造技術概述?PＡGEREF_Toc800８6448\h１ＨＹＰＥRLINK第一節(jié)制造技術的基本概念與發(fā)展概況?PAGEＲEＦ_Toc8００864４9\h2ＨＹPＥRLINK\l＂＿Ｔoc８0086450”第二節(jié)面向知識經濟的制造業(yè) ＰAGＥＲEF_Toc800８６45０\h5HＹPEＲLＩNK＼l"＿Toc8008６451”第三節(jié)21世紀制造業(yè)的主要特點 ＰAGEＲEF＿Tｏc80０8６451\ｈ８HＹＰＥＲLＩNK\ｌ＂＿Toc800８6４52”第四節(jié)２1世紀對制造業(yè)的挑戰(zhàn) ８0０864５2\h１0HYＰＥRLIＮK\l”_Toc8００８6453"第五節(jié)先進制造技術的基本內容與體系結構 PAGEＲＥＦ_Toc８0０8６4５3\h１1HYPＥＲLIＮK第二節(jié)面向“Ｘ”的設計(DesignfｏｒX)?PＡGEREF_Toc800８6457\h57HYPＥＲＬINK\l”＿Toc800864５８"第三節(jié)反求工程技術(ＲevｅseEｎgｉｎｅerｉng) ＰＡGERＥF_Toｃ8０086458\ｈ６２HYＰＥＲLIＮＫ＼ｌ"＿Ｔoc８0086459＂第四章制造自動化技術 ＰAGERＥF_Ｔｏc800８6４59\h6４ＨYPERＬINK＼l"_Toc8008６46０”第一節(jié)計算機輔助制造（CAM）?ＰAGERＥF_Toc800864６0＼h6４ＨＹPERLINK\l”_Toc８０08６４６1"第二節(jié)數控編程技術 PAGＥREF_Toc800８646１\h６6HＹPERLINＫ\l"_Tｏｃ8０0８64６2”第三節(jié)CAPＰ技術——計算機輔助工藝過程設計 ６4６２\h70HYPERＬINK＼ｌ＂_Toc８0０８６４63＂第四節(jié)CＡD/CAＰP/ＣAＭ集成技術?PＡGEREF_Toc80086463\h76HYＰERＬＩNK\l”＿Ｔoc8008６４６4"第五節(jié)柔性制造系統(tǒng) PAGＥREF＿Ｔoｃ８00８６46４\h85ＨYPＥRLINK\l"_Toc80086465”第六節(jié)計算機集成制造系統(tǒng)?PAGＥREF_Toc80086465\h9１HYPＥRLINK\l＂_Ｔoｃ80086４66”第五章先進制造系統(tǒng)管理技術 PAＧEＲEF＿Toｃ80０8646６\h99HYPEＲＬIＮK第一節(jié)概述?PAGERＥF_Toｃ8008646７\h１00HYPERLINK\l”_Tｏc8０0864６8"第二節(jié)成組技術（GrｏupTｅchnolｏgｙ)?PＡＧＥＲEＦ_Ｔoc800８６468\h101HＹPERLINＫ第四節(jié)精益生產 PAＧEREF_Toc800８64７0\h１12ＨＹＰERLINK\ｌ"_Toc8008647１"第五節(jié)敏捷制造?ＰAGＥREF_Toc８008６４7１\h11８前言本課程將帶領你到一個神奇的領域中去游覽。這個領域與你的關系是如此之密切，以致于你每時每刻都在與它打交道。你目之所及、身之所用多是這一領域的勞動成果可是，對于這一領域，你可能又知之甚少,感到十分陌生。在新的世紀即將來臨的今天，對于這一領域的突飛猛進的發(fā)展，對它所創(chuàng)造的令人驚異的奇跡與輝煌，你應該有所了解.這個領域就是制造領域.本課程將向您講述當代先進制造技術的各方面知識,這些內容，將會令你驚嘆,讓你著迷,鼓勵你開拓新的知識疆界，幫助你提高適應新世紀的能力。制造業(yè)創(chuàng)造了人類的物質文明,而今天的先進制造技術又是人類物質文明所創(chuàng)造的最偉大的奇跡之一。第一章先進制造技術概述先進制造技術(AdｖanｃeMａnｕｆaｃturingＴecｈnｏｌogｙ,AMT)定義:是傳統(tǒng)制造技術、信息技術、計算機技術、自動化技術與管理科學等多學科先進技術的綜合，并應用于制造工程之中所形成的一個學科體系。第一節(jié)制造技術的基本概念與發(fā)展概況制造業(yè)的主要任務--—-制造人類社會在生產和生活中所需的一切產品.即:一方面創(chuàng)造價值，產生物質財富和新的知識。另一方面為國民經濟各個部門，包括國防和科學技術的進步和發(fā)展提供先進的手段和裝備.據估計,工業(yè)化國家約７0％－80％的物質財富來自制造業(yè)，因此，很多國家特別是美國把制定制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略列為重中之重,原因是①世界經濟發(fā)展的趨勢表明，制造業(yè)是一個國家經濟發(fā)展的基石，也是增強國家競爭力的基礎；②制造業(yè)是解決就業(yè)矛盾的一個重要領域，也是21世紀提高一個國家整體就業(yè)水平的重要基礎；③制造業(yè)不僅是高新技術的載體，而且也是高新技術發(fā)展的動力。一、制造系統(tǒng)與制造技術“制造”定義：（Ｍａnufacturｉｎgiｓｓerｉesｏfiｎtｅrrelatedaｃtivitiesａｎdopeｒatiｏnsinvｏlvingtｈedesign,matｅrｉalsseleｃtioｎ，ｐlａnｎｉｎg，pｒoduction，quａlityaｓsurance,managemeｎtandｍarkｅtingofｔhｅproductsｏfｔｈemanufacturiｎgindusｔriｅｓ）。制造是一個涉及制造工業(yè)中產品設計、物料選擇、生產計劃、生產過程、質量保證、經營管理、市場銷售和服務的一系列相關活動和工作的總稱.—-國際生產工程學會１９90年制造系統(tǒng)(ManufactｕｒｉnｇSysｔerｎ）定義：制造系統(tǒng)是制造過程及其所涉及的硬件包括人員、生產設備、材料、能源和各種輔助裝置以及有關軟件包括制造理論、制造技術(制造工藝和制造方法等）和制造信息等組成的一個具有特定功能的有機整體。制造技術(ManufacｔurｉnｇTｅchｎolｏgy)定義：制造技術是按照人們所需的目的,運用知識和技能，利用客觀物質工具，使原材料轉變?yōu)楫a品的技術總稱.先進制造技術的提出和發(fā)展只是近20年間的事情。二、傳統(tǒng)制造業(yè)及其技術的發(fā)展制造技術發(fā)展，從蒸汽機出現(xiàn)到今天，經歷三個發(fā)展階段:1.用機器代替手工,從作坊形成工廠?在１9世紀及20世紀初,各種金屬切削加工工藝方法陸續(xù)形成,近代制造技術已成體系。?機器（包括汽車）的生產方式是作坊式的單件生產。它產生于英國，先后傳到法國、德國和美國，并在美國首先形成了小型的機械工廠，使這些國家的經濟得到了發(fā)展,國力大大增強.2.從單件生產方式發(fā)展成大量生產方式推動這種根本變革的是兩位美國人:泰勒和福特。泰勒首先提出以勞動分工和計件工資制為基礎的科學管理，成為制造工程科學的奠基人。福特首先推行所在零件都按照一定的公差要求來加工(零件互換技術），1913年建立了具有劃時代意義的汽車裝配生產線,實現(xiàn)了以剛性自動化為特征的大量生產方式，它對社會結構、勞動分工、教育制度和經濟發(fā)展,都產生了重大的作用。20世紀50年代發(fā)展到了頂峰,產生了工業(yè)技術的革命和創(chuàng)新，傳統(tǒng)制造業(yè)及其大工業(yè)體系也隨之建立和逐漸成熟。近代傳統(tǒng)制造工業(yè)技術體系的形成，其特點是以機械一電力技術為核心的各類技術相互聯(lián)結和依存的制造工業(yè)技術體系。３.柔性化、集成化、智能化和網絡化的現(xiàn)代制造技術20世紀80年代以來所產生的現(xiàn)代制造技術沿著4個方向發(fā)展;傳統(tǒng)制造技術的革新、拓展；精密工程；非傳統(tǒng)加工方法；制造系統(tǒng)的柔性化、集成化、智能化和網絡化。傳統(tǒng)制造業(yè)的生產和技術的特點:（1)單件小作坊式生產加高度的個人制造技巧，大量的機械化剛性規(guī)模生產加一體化的組織生產模式,再加細化的專業(yè)分工。(2)制造技術的界限分明及其專業(yè)的相互獨立.（３）制造技術一般僅指加工制造的工藝方法，即制造全過程中某一段環(huán)節(jié)的技術方法。(4）制造技術一般只能控制生產過程中的物質流和能量流（原材料到產品的物質流運過程，能量的投入、轉換和消耗過程)。（5）制造技術與制造生產管理的分離。三、現(xiàn)代制造及其技術的發(fā)展新技術的發(fā)展和傳統(tǒng)技術的革新、發(fā)展及完善:新興材料技術（新冶煉技術、新合金材料、高分子材料、無機非金屬材料、復合材料等）;新切削加工技術(數控機床、新刀具、超高速和精密加工)；大型發(fā)電和傳輸技術；核能技術；微電子技術（集成電路、計算機、電視、廣播和雷達);自動化技術；激光技術;生物技術和系統(tǒng)工程技術。傳統(tǒng)制造業(yè)在2０世紀開始的新的革命性的變化和進步,傳統(tǒng)制造開始向現(xiàn)代制造發(fā)展.現(xiàn)代制造及其技術的形成和發(fā)展特點是：（1)生產規(guī)模：?從少品種大批量,發(fā)展到單件小批量、多品種變批量。(２）生產方式:?從勞動密集型,發(fā)展到設備密集型、信息密集型、知識密集型。（3)制造裝備:?從手工,發(fā)展到機械化、單機自動化、剛性自動線、柔性自動線+智能自動化。(4)制造技術和工藝方法：發(fā)展中現(xiàn)代制造特征表現(xiàn)為：①重視必不可少的輔助工序，如加工前后處理;②重視工藝裝備，使制造技術成為集工藝方法、工藝裝備和工藝材料為一體的成套技術；③重視物流、檢驗、包裝及儲藏,使制造技術成為覆蓋加工全過程的綜合技術，④發(fā)展優(yōu)質高效低耗的工藝，取代落后1⑤吸收微電子、計算機和自動化等高新技術成果，形成CＡD、CAM、ＣAＰP、CAT、CAE、NＣ、CNC、MIS、FMS、ＣIMS、IMT、IMS等一系列現(xiàn)代制造技術。?實現(xiàn)上述技術的局部或系統(tǒng)集成，形成從單機到自動生產線等不同檔次的自動化制造系統(tǒng)；（5）引人工業(yè)工程和并行工程概念:強調系統(tǒng)化及其技術和管理的集成，將技術和管理有機地結合在一起；引入先進的管理模式,使制造技術及制造過程成為覆蓋整個產品生命周期,包含物質流、能量流和信息流的系統(tǒng)工程。四、制造業(yè)發(fā)展過程中競爭的焦點和策略市場競爭是制造業(yè)永恒的話題。從１0０多年前福特（Forｄ）汽車的生產線開始，產生和應用不同的技術和管理模式（見表1-1）。20世紀是制造業(yè)空前發(fā)展的重要時期;制造系統(tǒng)的集成活動異?；钴S,制造模式不斷更新。制造技術廣泛吸收高新技術的優(yōu)秀成果，并相互滲透、融合和衍生,產生急劇的變化,其目的是使所制造的產品(Ｐroduct）達到:功能(Function)、交貨期(TimetoＭaｒkeｔ)、質量（Qｕａlity）、價格(Cost）、服務（Seｒvｉce）均為優(yōu)良。五、先進制造技術與制造模式的發(fā)展歷程20世紀末,以微電子、信息、新材料、系統(tǒng)科學等為代表的新一代科學與技術的迅猛發(fā)展及其在控制領域中的廣泛滲透、應用和衍生，極大地拓展了制造活動的深度和廣度，急劇地改變了現(xiàn)代制造業(yè)的產品設計方法、產品結構、生產方式、生產工藝和設備以及生產組織結構，產生一大批新的制造技術和制造模式?，F(xiàn)代制造業(yè)已成為發(fā)展速度快、技術創(chuàng)新能力強、技術密集和知識密集的部門。為適應這種情況的變化，美國、日本等國開展了大量的對策研究。提出了許多新觀點,新思想、新概念,先后誕生了許多先進制造技術、模式與系統(tǒng)，例如柔性制造系統(tǒng)(FlｅxiｂｌeManufａctｕｒｉngＳｙstｅｍ,FMS)計算機集成制造系統(tǒng)CＩMＳ并行工程(CｏncuｒrｅntEnｇinｅerinｇ，CE)精良生產（LeａｎProductｉon，ＬP)智能制造系統(tǒng)（InｔelligentＭanufacｔｕringSysteｍ，ＩMS)敏捷制造系統(tǒng)（AgｉleManufaｃｔuriｎgSysteｍ，AＭS）全能制造系統(tǒng)(HolonｉcｍａnｕｆactuｒｉｎｇSｙｓｔｅm，ＨMＳ）虛擬制造系統(tǒng)（ViｒｔuaｌＭaｎufaｃturingＳystem,VMＳ）全球制造（ＧlｏbalｉｚatiｏnＭanufaｃｔuring)系統(tǒng)等。見下圖第二節(jié)面向知識經濟的制造業(yè)信息技術和計算機網絡技術的發(fā)展各國的經濟離不開與國際市場的信息、技術、資源和產品的交換。由此，一方面開闊了企業(yè)的市場，另一方面也給企業(yè)帶來了全球范圍的競爭壓力.新經濟也是全球性經濟,生產過程不再局限于一國范圍,而是形成“無國界的經濟實體”.企業(yè)間競爭與合作、開放與限制并存的局面，必將引起世界經濟結構與組織結構的重大變化,從而帶來制造業(yè)的一場革命。一、知識經濟的特征與對制造業(yè)的影響知識經濟對制造工業(yè)的影響：對產品和消費觀念的改變產品設計和制造過程的數字化和智能化經營和制造活動的全球化等.制造技術質的飛躍：制造技術已成為一個涵蓋整個生產過程、跨多個學科、高度集成的高新技術.支撐制造技術的電子、光學、信息科學、材料科學、生物科學、激光及管理科學等逐步成為制造業(yè)的新興技術與新興工業(yè)的綜合體。問題:在知識經濟條件下，制造業(yè)的地位是否降低了在知識經濟條件下，制造業(yè)是參與市場競爭的主體。世界經濟發(fā)展規(guī)律告訴人們：——一個沒有工業(yè)基礎和制造業(yè)的城市是沒有根基的城市。-—制造業(yè)能極大地推動金融、貿易、保險、房地產和服務業(yè)的發(fā)展.-—沒有制造業(yè)作為基礎,無論哪一個產業(yè)都將失去存在和發(fā)展的條件。案例說明制造技術的水平和制造工業(yè)的發(fā)達程度突出地反映了一個國家、一個地區(qū)的經濟實力,人民的生活質量、國防能力和社會的發(fā)展程度。一個國家如果不重視發(fā)展先進制造技術和制造工業(yè)，必然要吃虧、上當、挨打.以下僅舉兩個比較突出的事例來說明。美國在二戰(zhàn)以前一直是制造大國?轎車工業(yè)為支柱，在全球制造業(yè)中居于執(zhí)牛耳的地位.?２０世紀50年代以后,因軍備需要，偏重高新技術和軍用技術發(fā)展,放松一般制造業(yè)。?進入７0年代后期，“第三次浪潮’’論在美國流傳開來，認為美國進入“后工業(yè)社會"。勞動力將從工業(yè)轉移到信息行業(yè)和服務行業(yè)。?認為制造業(yè)已成為正在走向沒落的“夕陽工業(yè)"，制造技術的發(fā)展受到冷遇。?大學里不再開設制造技術和制造科學課程,也少有相關研究課題。放棄了關于制造工程和制造科學方面的教育和研究工作.所謂“第三次浪潮’'即信息革命，“后工業(yè)社會"就是知識經濟社會.這些都是正確的論斷。勞動力的第二次大轉移也是正在發(fā)生的事實。問題出在將制造業(yè)視為正在走向沒落的“夕陽工業(yè)”，過于簡單和輕率,不符合其后經濟發(fā)展的事實.事實證明，知識經濟的發(fā)展,不是要放棄制造業(yè),而是要按照知識經濟的特點和要求來改造制造業(yè),使傳統(tǒng)的制造業(yè)發(fā)展成為先進制造業(yè),為現(xiàn)代社會經濟的發(fā)展發(fā)揮不可替代的作用?！跋﹃柟I(yè)’’論對于美國制造業(yè)和美國經濟的負面影響20世紀的70-80年代在微電子工業(yè)、汽車工業(yè)的國際市場競爭日本的高質量和高技術含量的產品,如汽車、摩托車、機床、錄相機、照相機、電視機等產品以及亞洲和拉美國家的一些廉價產品奪走了相當一部分原屬美國產品的國際市場，乃至于部分美國的國內市場。美國機床工業(yè)放棄了原已占領的53％的市場，其年產值在12年間從５7億美元跌落到3８億美元.1９８６年，該國仍有一半機床需要進口。1973年石油危機,日本的節(jié)能型轎車大舉進入美國，占領了相當一部分美國國內市場。直到90年代初，美國仍有１/4以上的國內汽車市場被日本汽車占領。在那一段時期,美國的制造業(yè)在國際市場競爭中節(jié)節(jié)敗退，物資生產基礎遭到嚴重的削弱，第二、第三產業(yè)的比例嚴重失調,國際貿易逆差劇增,經濟空前滑坡,美國公眾和輿論界驚呼這種情況“危及美國國家的安全！"“帝國反擊戰(zhàn)”—-美國的補救行動美國政府和企業(yè)界重新審視其科學技術政策和產業(yè)政策，重新認識和評價制造技術和制造業(yè)在國民經濟中的重要地位和作用。?總統(tǒng)委員會的報告指出:“美國在重要的、高速增長的技術市場上失利的—個重要原因是美國沒有把自已的技術應用到制造業(yè)上.”?美國開始加強對制造技術的研究與開發(fā)，相繼實施了一系列振興制造業(yè)的計劃，力圖奪回昔日的優(yōu)勢，重建新的輝煌。政府、公司與大學聯(lián)手開展關于制造科學和制造技術的研究、開發(fā)與教育工作,建立了一系列工業(yè)/大學聯(lián)合研究中心。1991年美國總統(tǒng)布什公布了“國家關鍵技術計劃”，將“制造技術”列入六項關鍵技術（材料、制造、電子信息、生物工程與生命科學、能源與環(huán)境以及航空、航天與地面交通）之中。1994年被定為美國的“制造技術年”，年初,美國商務部提出：制造是工業(yè)的基礎。?美國政府一反過去不介入制造業(yè)的慣例,積極支持與推動制造業(yè)的發(fā)展.將制造技術列為美國財政重點扶植的唯一的領域。?美國的“三大汽車公司”（通用、福特和克萊斯勒)以日本汽車公司為對手，研究趕超的主要措施和對策.?例如，在20世紀90年代初，三大汽車公司與密西根大學合作，在政府的支持下,開展了一項提高轎車車身點焊總成的精度、降低車門門縫的平均寬度的研究，即所謂“兩毫米工程”。對這一項研究所投入的經費達1３00多萬美元。克林頓總統(tǒng)上臺后,對制造工業(yè)給予了實質性的支持。提出并實施了振興美國制造業(yè)的六點措施：第一，對先進制造技術的研究和開發(fā)提供更多資助，特別是新汽車技術、智能控制和傳感器、快速原型設計等制造技術的研究開發(fā)計劃將得到贊助;第二，支持敏捷制造技術；第三,建立全國制造技術推廣中心網;第四,建立各地區(qū)的技術促進聯(lián)盟;第五，促進制造工程教育的發(fā)展；第六,促進考慮環(huán)境的制造技術的發(fā)展。經過了一段時期的努力奮斗,收到良好的效果，在制造技術基礎研究、技術創(chuàng)新、企業(yè)重組與協(xié)作等方面有了重大改觀。一些歐洲報紙稱：“由于采用了先進的設計技術手段,美國新設計的汽車在技術上已超過日本和歐洲。”美國的汽車產量于1994年重新超過日本，奪回了部分失去的市場。美國機床的設計和制造水平得到了很大的提高.1994年美國電子行業(yè)重新占據領先地位，并總結出有關制造技術的一系列先進的理論、技術和方法,如并行工程、精益生產、敏捷制造和虛擬制造等。故事思考、結論?從美國這個超級大國在制造技術和制造工業(yè)的發(fā)展中所走過的彎路和所經歷的波折中，我們可以看到：?一個現(xiàn)代國家如果忽視了制造技術和制造工業(yè)，放松了對于制造技術的研究、開發(fā)和對于制造工業(yè)的促進,其后果將是何等嚴重！?像美國這樣的實力雄厚的經濟大國尚且不能承受由此而引起的嚴重后果，更何況像我國這樣的發(fā)展中國家。另一個事例（微觀層面)日本東芝公司買給前蘇聯(lián)巨型數控加工機床，該機床加工出來的螺旋槳提高了前蘇聯(lián)航空母艦的速度，大幅度地降低了前蘇聯(lián)潛艇的螺旋槳推進器在水下發(fā)出的噪聲,大大提高了蘇方潛艇的隱密性，增加近距離對美方艦艇發(fā)動突然襲擊的可能性。美國對日本東芝公司十分惱火。１9８7年６月30日美國參議院通過一項“制裁東芝機械公司的法案”，禁止這家公司在五年內向美國出口任何產品.在美國的壓力下，東芝公司董事長和總經理被迫辭職。當時的日本首相及防衛(wèi)廳廳長還向美國政府道歉,表明日本將加強對各公司出口的檢查,保證不再發(fā)生類似事件。這就是曾經轟動一時的所謂“東芝事件"。這個事例從微觀上突出地表明了制造技術的具體的成果所具有的重大意義和舉足輕重的影響。二、知識經濟條件下制造業(yè)面臨的機遇和挑戰(zhàn)1．傳統(tǒng)制造業(yè)特點（1）建立在規(guī)模經濟基礎上,靠企業(yè)規(guī)模、生產批量、產品結構和重復性來獲得競爭優(yōu)勢。（2）強調資源的有效利用，以低成本獲得高質量和高效率。（3)生產贏利是靠機器取代人力、復雜的專業(yè)加工取代人的技能來獲取。(4)機器的非柔性、要求標準的產品設計以獲得高產出。(5)難以滿足市場對產品花色品種和交貨期的要求。2。制造業(yè)面臨的發(fā)展機遇和嚴峻挑戰(zhàn)：(1）產品生命周期縮短現(xiàn)代科技以日新月異的速度發(fā)展,新產品層出不窮。產品的生命周期（一個產品從開發(fā)設計到被市場淘汰所經歷的時間）大大縮短.（２)用戶需求多樣化用戶追求多樣化和個性化已逐漸成為世界的潮流.(3)大市場和大競爭世界市場的開放程度越來越大.計算機通信技術和信息高速公路,使全球集成制造有可能實現(xiàn)。使資源更充分地利用，原料和產品的運輸距離顯著地縮短，交貨期進一步縮短，產業(yè)分工的國際化已成為發(fā)展潮流。(4)交貨期成為競爭的第一要素根據客戶對產品需求的變化，要求迅速作出反應，已經成為壓倒一切的競爭要素。（5）信息化和智能化隨著計算機技術廣泛的應用，企業(yè)的控制進一步信息化和智能化,企業(yè)的工作內容、對象和方法發(fā)生根本的改變.（６）人的知識、素質和需求的變化企業(yè)職工的知識、素質有較大提高,對工作內容和環(huán)境有更高要求。(７）環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展人類發(fā)展與環(huán)境的矛盾日益加深和尖銳。人類經濟活動反思重大成果:1９9２年確立了《２1世紀議程》，一致提出要遵循可持續(xù)發(fā)展模式.第三節(jié)21世紀制造業(yè)的主要特點一、背景市場競爭是推動制造業(yè)不斷采用先進制造技術和制造模式的因素二十多年來,世界制造業(yè)已進入了一個巨大變革時期，這一變革主要特點是：1、生產能力(包括資本、信息）在世界范圍內迅速提高和擴散，已形成全球市場激烈競爭格局.２、先進生產技術的出現(xiàn)正在急劇地改變著現(xiàn)代制造業(yè)的產品結構和生產過程。3、傳統(tǒng)的管理、勞動方式、組織結構和決策準則都在經歷新的變化。這些既為制造業(yè)帶來了市場競爭的壓力，同時也帶來了機遇。二、2１世紀制造業(yè)的主要特點是1、產品生命周期縮短，產品更新加快美國制造業(yè)的經營策略變革示意圖2、具備贏得競爭，提高市場占有率的四種基本能力：（1)時間競爭能力，產品上市快、生產周期短、交貨及時;(２)質量競爭能力,產品不僅可靠性高，而且使用戶在各方面都滿意；（3)價格競爭能力，產品生成成本低，銷售價格適中；（4）創(chuàng)新競爭能力.四種能力中最重要的是創(chuàng)新競爭能力3、制造全球化和貿易自由化隨著世界自由貿易體制的完善、全球交通運輸體系和通信網絡建立，國際經濟合作和交往日趨緊密,世界正在成為一個統(tǒng)一的大市場.制造產業(yè)、制造產品和制造技術走向國際化，導致制造業(yè)格局在全球的重新分布和組合，并使得經濟競爭在國際范圍內愈演愈烈。4、人類正邁向信息社會迅猛發(fā)展微電子、信息、新材料、為代表的新一代科學與技術，在制造領域中廣泛滲透、應用和衍生,拓展制造活動的深度和廣度。現(xiàn)代制造業(yè)的設計方法、產品結構、生產方式、生產工藝和設備以及生產組織結構已經改變。產生了一大批新的制造技術和制造模式。現(xiàn)代制造業(yè)已成為發(fā)展速度快、技術創(chuàng)新能力強、技術密集甚至是知識密集的部門。許多產品的技術含量和附加值增大,進入了高技術產品的行列.５、環(huán)境保護意識的增強與可持續(xù)發(fā)展?？沙掷m(xù)發(fā)展(SustａinabｌeDevelｏpment）思想在深入制造業(yè)及其產品受到的環(huán)境方面制約：社會壓力（整個社會和每一個公民都不會容忍浪費資源和污染環(huán)境的行為）。國家政策或立法以及經濟手段：如安全標準、對廢棄物的排放標準、能源使用、勞動者和公共健康保護、“綠色”產品標志許可制度、廢物污染記帳制度等等。企業(yè)的環(huán)境適應性決定其競爭能力、應變能力、生存能力.生態(tài)安全型和資源節(jié)約型制造技術是制造領域亟待解決的一個重要課題。第四節(jié)21世紀對制造業(yè)的挑戰(zhàn)人類進入２1世紀,社會與政治環(huán)境、市場需求、技術創(chuàng)新預示著制造業(yè)將發(fā)生巨大變化。美國國家科學研究委員會工程技術委員會、制造與工程設計院＂制造業(yè)挑戰(zhàn)展望委員會"，對2020年制造業(yè)所面臨的形勢提出了如下六大挑戰(zhàn)或基本目標：一、快速響應市場競爭的挑戰(zhàn)—-實現(xiàn)制造環(huán)節(jié)并行效果1：并行制造將顯著縮短產品從概念到實現(xiàn)的時間.效果２:在合作企業(yè)中，各外圍企業(yè)不同區(qū)段的核心能力和知識將動態(tài)組合，通過精確估算、優(yōu)化以及對產品成本利潤的跟蹤,將大大減小投資風險.挑戰(zhàn)性：在通信和數據處理方面需要重要的新技術，需要制造企業(yè)有新的社會與文化氛圍。二。全球化競爭的挑戰(zhàn)—-技術資源的集成制造企業(yè)必須具有敏捷性,以承受巨大的全球競爭壓力。制造企業(yè)必須保持對時間和技術的控制，把時間和技術視為對生產率的挑戰(zhàn)，具有強大競爭力的制造企業(yè)將需要集成系統(tǒng)和自動運動的功能。三.信息時代的挑戰(zhàn)--信息向知識的轉變制造業(yè)依賴于信息技術,并更趨強烈.按計算機和信息技術（硬件和軟件)目前的指數增長速率，到2020年將能滿足制造業(yè)的需求。兩個挑戰(zhàn):①及時"捕獲“、貯存數據和信息，轉化為有用的知識；②在任何地點、時間需要時,用戶能用熟悉的語言和格式“及時”得到有用的知識.要點：從各種資源中，將信息及時地轉變?yōu)橛杏玫闹R，作出有效決策是21世紀的重大挑戰(zhàn)。四.環(huán)境保護壓力的挑戰(zhàn)—-可持續(xù)發(fā)展20２０年世界人口將從今天的56億增至80億.人口增長及技術不斷開發(fā),全球生態(tài)系統(tǒng)將受到嚴重的制約。挑戰(zhàn)：把生產廢棄物及產品對環(huán)境的影響減少到“接受于零”。即開發(fā)不受影響環(huán)境、成本低有競爭力的產品和工藝，盡可能利用回收材料作原料，在能源、材料或人才資源各方面不造成大的浪費。五．制造全球化和貿易自由化的挑戰(zhàn)—-可重組工程隨著世界自由貿易體制的進一步完善及全球通信網絡的建立，國際經濟技術合作交往日趨緊密。全球產業(yè)界進入了結構大調整的重要時期,世界正在形成一個統(tǒng)一的大市場。全球范圍內基于柔性、臨時合作模式的格局正在逐步形成.六．技術創(chuàng)新的挑戰(zhàn)—-全新制造工藝及產品的開發(fā)這一挑戰(zhàn)采用制造單元工藝這一全新的概念,它將導致生產能力的急劇變化。由于設計和制造的產品的尺寸愈來愈小（最終可達分子級和原子級的水平),制造工藝可能取得巨大的進步。2020年，技術創(chuàng)新的單元將在以下諸方面發(fā)揮巨大的能力:1、多單元工藝技術集成為單一工藝將顯著減少投資、檢驗時間、搬運和加工時間。2、全部可編程的、不需要硬工裝的工藝,將使產品的制造迅速轉產成為可能。3、自我導引工藝的創(chuàng)建將簡化工裝和編程的要求,并提供更大的加工柔性。4、對分子或原子級的處理將導致新材料的產生，取消分散件聯(lián)接與裝配操作，允許在一個零件中材料成分產生變化。這些創(chuàng)新工藝的發(fā)展能夠制造出新的產品，例如由分子級的元器件組成的生物計算機;能在分子或細胞級上進行手術且只有分子大小的外科工具;高效且便宜的太陽能收集器等等。第五節(jié)先進制造技術的基本內容與體系結構先進制造技術是:信息時代工業(yè)規(guī)模生產的技術支柱;世界高科技競爭在制造領域的最新體現(xiàn)；制造技術的最新發(fā)展動向。一、先進制造技術的定義先進制造技術是在傳統(tǒng)制造技術基礎上不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現(xiàn)代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產,提高對動態(tài)多變的市場的適應能力和競爭能力的制造技術的總稱,也是取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱。二、先進制造技術體系結構１994年初,美國聯(lián)邦科學、工程和技術協(xié)調委員會（FCCSET)下屬的工業(yè)和技術委員會先進制造技術工作組提出將先進制造技術分為三個技術群：①主體技術,包括面向制造的設計技術群和制造工藝技術群；②支撐技術群；③制造基礎設施（制造技術環(huán)境).FCCSET先進制造技術的系統(tǒng)結構及主要內容如圖3所示。三、先進制造技術的學科內容先進制造技術不是單指加工過程的工藝方法，而是橫跨多個學科，包含了從產品設計、加工制造到產品銷售、用戶服務等整個產品生命周期全過程的所有相關技術,涉及到設計、工藝、加工自動化、管理以及特種加工等多個領域。根據先進制造技術的功能和研究對象，可將先進制造技術歸納如下幾個學科方面：1．先進設計技術

產品設計是制造業(yè)的靈魂。先進設計技術的主要內容和發(fā)展趨勢是:

(1）設計方法現(xiàn)代化設計方法包括：產品動態(tài)分析和設計，產品可靠性、可維護性及安全設計，產品優(yōu)化設計,快速響應設計，創(chuàng)新設計，智能設計,仿真與虛擬設計，價值工程設計,模塊化設計等。新的設計思想和方法不斷出現(xiàn)，如并行設計、面向“X”的設計(DeｓiｇnForＸ，DＦＸ）、健壯設計（RｏｂustDｅsｉgn）、優(yōu)化設計（OptiｍａｌＤesiｇｎ）、反求工程技術（ReverseＥnｇｉneeｒｉｎg)等。(2）設計手段計算機化。表現(xiàn)在：廣泛應用有限元法、優(yōu)化設計、計算機輔助設計、反求工程技術、ＣAＤ/CAM一體化技術、工程數據庫。當前突出反映在：數值仿真或虛擬現(xiàn)實技術在設計中的應用.現(xiàn)代產品建模理論發(fā)展,向智能化設計方向發(fā)展.（3）向全壽命周期設計發(fā)展傳統(tǒng)的設計只限于產品設計全壽命周期設計則由簡單的、具體的、細節(jié)的設計發(fā)展為復雜的總體設計和決策,通盤考慮包括：設計、制造、檢測、銷售、使用、維修、報廢等階段的產品的整個生命周期.(4）由單純考慮技術因素轉向技術綜合考慮經濟因素社會注意考慮：市場、價格、安全、美學、資源、環(huán)境等方面的影響。2．先進制造工藝技術先進制造工藝技術包括精密和超精密加工、精密成形與特種加工技術等幾個方面。(1）精密、超精密加工技術。含義:指去除工件表面材料，使工件的尺寸、表面性能達到產品要求的技術措施。三個檔次：①精密加工，精度為３-０．3μｍ，表面粗糙度值為：Rａ0。3-0．03μm；②超精密加工精度為0．3—0。０３μm,表面粗糙度值為Rａ0．3—0．005μｍ，又稱亞微米加工；（1微米=0.０01ｍm)③納米加工精度高于0．０3μｍ，表面粗糙度值小于Ｒa０.0０5μm。由此可見，人類已進入納米級加工時代，超精加工材料由金屬擴大到非金屬。(2)精密成形制造技術指從制造工件的毛坯、從接近零件形狀(NｅａｒNeｔShａｐｅProｃｅss)向:直接制成工件即精密成形或稱凈成形（N用ＳhａpeProcｅss)的方向發(fā)展國際機械加工技術協(xié)會預測：到21世紀初，塑性成形與磨削加工相結合，將取代大部分中小零件的切削加工。(3）特種加工技術指那些不屬于常規(guī)加工范疇的加工,如高能束流(電子束、離子束、激光束)加工、電加工（電解和電火花加工）超聲波加工高壓水加工及多種能源的組合加工.先進制造工藝技術的一個重要發(fā)展趨勢是：工藝設計由經驗判斷走向定量分析，加工工藝由技藝發(fā)展為工程科學。3．制造自動化技術制造自動化是指用機電設備工具取代或放大人的體力，甚至取代和延伸人的部分智力,自動完成特定的作業(yè)，包括物料的存儲、運輸、加工、裝配和檢驗等各個生產環(huán)節(jié)的自動化。制造自動化涉及技術：數控技術、工業(yè)機器人技術柔性制造技術,制造自動化涉及技術是機械制造業(yè)最重要的基礎技術之一。(１）數控技術包括數控裝置，進給系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)，數控機床的程序編制。（2)工業(yè)機器人包括機器人操作機，機器人控制系統(tǒng)，機器人傳感器，機器人生產線總體控制。（３）柔性制造系統(tǒng)(ＦＭS）包括FMＳ的加工系統(tǒng)，F(xiàn)MS的物流系統(tǒng),FMS的調度與控制，ＦMS的故障診斷。(4)自動檢測及信號識別技術包括自動檢測CAT，信號識別系統(tǒng)，數據獲取,數據處理，特征提取,識別。(5)過程設備工況監(jiān)測與控制包括過程監(jiān)視控制系統(tǒng),在線反饋質量控制。４.先進生產制造模式和制造系統(tǒng)先進生產制造模式和制造系統(tǒng)是面向企業(yè)生產全過程,將現(xiàn)代信息技術與生產技術相結合的一種新思想、新哲理。功能覆蓋企業(yè)的預測、產品設計加工制造、信息與資源管理產品銷售和售后服務等各項活動，是制造業(yè)的綜合自動化的新模式.(1）先進制造生產模式。包括現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（CIMS）敏捷制造系統(tǒng)（AMＳ）智能制造系統(tǒng)(１MS）精良生產(LＰ)并行工程(ＣＥ)等先進的生產組織管理和控制方法。（2)集成管理技術.包括并行工程MRP與JＩT的集成一生產組織方法成本管理（ABＣ）現(xiàn)代質量保障體系現(xiàn)代管理信息系統(tǒng)（3)生產組織方法。包括虛擬公司理論與組織企業(yè)組織結構的變革以人為本的團隊建設企業(yè)重組工程第六節(jié)先進制造技術的發(fā)展趨勢新世紀新動態(tài):電子、信息等高新技術的迅猛發(fā)展市場需求個性化與多樣化先進制造技術“８化”發(fā)展：精密化、柔性化、網絡化、虛擬化、智能化、清潔化、集成化、全球化.當前先進制造技術的發(fā)展趨勢大致有以下幾個方面:一．集多學科成果成一個完整的制造體系先進制造技術是傳統(tǒng)制造技術、信息技術、自動化技術與先進的管理科學的結合。它不是若干獨立學科的先進技術的簡單組合和累加,而是按照新生產組織和管理哲理建立起的體系。該體系保證：正確的信息或物料在正確的時間，以正確的方式流向正確的地點，通過正確的人或設備對信息或物料進行正確地處理或決策。先進制造體系依靠先進的信息技術自動化技術實現(xiàn)自身的先進性,先進的管理科學保證：“時、空、人、物、信息、處理及決策”的正確性。結果：必須將這些技術和科學應用于制造工程之中,形成一個有機的完整體系。二．先進制造技術的動態(tài)發(fā)展過程先進制造技術本身是在針對一定的應用目標,不斷地吸收各種高新技術逐漸形成，不斷發(fā)展的新技術，因而其內涵不是絕對的和一成不變的。反映在不同的時期，先進制造技術有其自身的特點。反映在不同的國家和地區(qū),先進制造技術也有其本身重點發(fā)展的目標和內容。通過重點內容的發(fā)展以實現(xiàn)這個國家和地區(qū)制造技術的跨越式發(fā)展.三．信息技術對先進制造技術的發(fā)展起著越來越重要的作用信息化是當今社會發(fā)展的趨勢，信息技術正在以人們想象不到的速度向前發(fā)展。信息技術正在向制造技術注入和融合，促進著制造技術的不斷發(fā)展。信息技術應用于先進制造技術,提高了制造技術的技術含量，使傳統(tǒng)制造技術發(fā)生質的變化.信息技術對制造技術發(fā)展,起第一促進作用。在21世紀對先進制造技術的各方面發(fā)展將起著更重要的作用。具體地說信息技術促進著設計技術的現(xiàn)代化;加工制造的精密化、快速化；自動化技術的柔性化、智能化；整個制造過程的網絡化、全球化。各種先進生產模式的發(fā)展,如CＩMS、并行工程、敏捷制造、虛擬企業(yè)與虛擬制造,也以信息技術的發(fā)展為支撐.四.先進制造技術向超精微細領域擴展微型機械納米量測發(fā)展微米／納米加工制造使制造工程科學的內容和范圍進一步擴大必須用更新、更廣的知識來解決這一領域的新課題.五．制造過程的集成化產品的加工、檢測、物流、裝配過程走向一體化。例如CＡD、CAE、CAM使設計、制造成為一體；精密成形技術的發(fā)展,使熱加工零件接近最終形狀、尺寸,它與磨削加工相結合，將覆蓋大部分零件的加工，淡化了冷熱加工的界限;機器人加工工作站及ＦMS,使加工過程、檢測過程、物流過程融為一體;現(xiàn)代制造系統(tǒng)使得自動化技術與傳統(tǒng)工藝密不可分；很多新型材料的配制與成形是同時完成的，很難劃清材料應用與制造技術的界限。在生產上專業(yè)車間的概念逐漸淡化，將多種不同專業(yè)的技術集成在：一臺設備一條生產線一個工段或車間里的生產方式逐漸增多.六．制造科學與制造技術、生產管理的融合制造科學——是對制造系統(tǒng)和制造過程知識的系統(tǒng)描述。制造科學包括制造系統(tǒng)和制造過程的數學描述仿真和優(yōu)化設計理論與方法相關的機構運動學和動力學結構強度摩擦學等。制造科學是從制造工藝、技術發(fā)展而來的，是以信息為代表的現(xiàn)代科技與制造結合的產物。制造科學是支撐制造技術理論體系的外在表現(xiàn)。制造技術包含在制造科學之中，制造科學體現(xiàn)在制造技術里.七.綠色制造將成為21世紀制造業(yè)的重要特征綠色制造業(yè)顯得越來越重要,是２1世紀制造業(yè)的重要特征。綠色制造技術將獲得快速的發(fā)展。主要體現(xiàn)在：（1)綠色產品設計技術使產品在生命周期符合環(huán)保、人類健康、能耗低、資源利用率高的要求.（2)綠色制造技術制造過程對環(huán)境負面影響最小，廢棄物和有害物質的排放最小，資源利用效率最高。（3）產品的回收和循環(huán)再制造例如:汽車等產品的拆卸和回收技術，以及生態(tài)工廠的循環(huán)式制造技術.它主要包括:生產系統(tǒng)工廠—-——致力于產品設計和材料處理、加工及裝配等階段；恢復系統(tǒng)工廠————主要對產品（材料使用)生命周期結束時的材料處理循環(huán)。八.虛擬現(xiàn)實技術在制造業(yè)中越來越多的應用虛擬現(xiàn)實技術(VｉrｔuaｌRealｉtｙTechnｏlogy）主要包括虛擬制造技術和虛擬企業(yè)兩個部分。虛擬制造技術將從根本上改變了設計、試制、修改設計、組織生產的傳統(tǒng)制造模式。做法:在產品真正制出之前，首先在虛擬制造環(huán)境中生成軟產品原型(SｏｆｔPrototyｐｅ）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硬樣品（HaｒdProｔotｙpe）進行試驗,對其性能和可制造性進行預測和評價。效果：縮短產品的設計與制造周期，降低產品的開發(fā)成本,提高系統(tǒng)快速響應市場變化的能力.虛擬企業(yè)含義：虛擬企業(yè)是為了快速響應某一市場需求，通過信息高速公路,將產品涉及到的不同企業(yè)臨時組建成為一個沒有圍墻、超越空間約束、靠計算機網絡聯(lián)系、統(tǒng)一指揮的合作經濟實體。虛擬企業(yè)的特點：企業(yè)的功能上的不完整、地域上的分散性和組織結構上的非永久性，即功能的虛擬化、組織的虛擬化、地域的虛擬化。九．制造全球化（ManｕｆactuｒiｎgGlobalｉｚａt(yī)ion)先進制造技術的競爭正在導致制造業(yè)在全球范圍內的重新分布和組合.新的制造模式將不斷出現(xiàn),更強調實現(xiàn)優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產。制造產品、市場的國際化及全球通信網絡的建立，形成國際競爭與協(xié)作氛圍，21世紀制造國際化是發(fā)展的必然趨勢。它包含:制造企業(yè)在世界范圍內的重組與集成，如虛擬公司；制造技術信息和知識的協(xié)調、合作與共享;全球制造的體系結構；制造產品及市場的分布及協(xié)調等。從飛機制造說起飛機制造從零件加工到裝配都有不同于一般機器制造的特點。現(xiàn)代飛機上廣泛應用的大型整體結構件，如機翼整體壁板等，它們形狀復雜、切削加工量大、自身剛度差，需要在工作臺面很大（有達數十米）的、帶有多個高速銑削頭的現(xiàn)代數控銑床上加工。加工立體形狀復雜的大型框架，如座艙風擋骨架、艙門、窗框等,還需要采用多坐標聯(lián)動的數控銑床或立體靠模銑床.此外，為加工切削性能不好的材料和形狀復雜的零件，還廣泛采用電加工、化學銑切等特種加工工藝。制造工藝技術概述定義:制造工藝技術是指將原材料轉化成具有一定幾何形狀、一定材料性能和精度要求可用零件的一切過程和方法的總稱.劃分：按對零件的作用效果可分為改變形態(tài)的工藝(如切削加工），改變性態(tài)的工藝(如熱處理）及改變外觀性能的工藝(如電鍍）等；按零件的精密程度可分為普通工藝、精密工藝以及超精密工藝；按使用的工具及能量形式不同可分為常規(guī)工藝、特種工藝、復合工藝以及快速制造工藝等。制造工藝方法歸結為下圖分類(P1６2圖５-1）種加工技術一、特種加工的產生及發(fā)展背景：傳統(tǒng)的機械加工已有很久的歷史，它對人類的生產和物質文明起了極大的作用。例如18世紀７０年代就發(fā)明了蒸汽機,但苦于制造不出高精度的蒸汽機汽缸,無法推廣應用。直到有人創(chuàng)造出和改進了汽缸鏜床，解決了蒸汽機主要部件的加工工藝，才使蒸汽機獲得廣泛應用，引起了世界性的第一次產業(yè)革命。事實說明加工方法對新產品的研制、推廣和社會經濟的發(fā)展等起著重大作用。從第一次產業(yè)革命以來,到第二次世界大戰(zhàn)以前,長達1５0多年，都靠機械切削加工，沒有產生對特種加工的迫切要求，也沒有發(fā)展特種加工的充分條件。人們的思想一直還局限在18世紀以來傳統(tǒng)的用機械能量和切削力來除去多余的金屬,以達到加工要求。１943年,蘇聯(lián)拉扎連柯夫婦研究電器開關觸點遭受火花放電腐蝕損壞的現(xiàn)象和原因，發(fā)明了電火花加工方法,用銅絲在淬硬鋼上加工出小孔，首次擺脫了傳統(tǒng)的切削加工方法,直接利用電能和熱能來去除金屬，獲得“以柔克剛”的效果。上世紀50年代以后，生產發(fā)展和科學實驗的需要，很多工業(yè)部門,要求產品的高精度、高速度、高溫、高壓、大功率、小型化性能，所用的材料愈來愈難加工,零件形狀愈來愈復雜，精度、表面粗糙度和某些特殊要求也愈來愈高，于是產生了特種加工工藝。二、特種加工的特點和種類目前，已經找到了多種加工方法,相對傳統(tǒng)金屬切削加工,這類新加工方法統(tǒng)稱為特種加工,國外稱作非傳統(tǒng)加工（Non-ＴraditionaｌＭａchｉning,NTM）或非常規(guī)機械加工（Ｎon－ConｖentiｏnalMacｈｉｎiｎg，ＮＣM）。1。特種加工的特點是：(１）主要用其他能量(如電、化學、光、聲、熱等）去除金屬材料;(2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度;（3）加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。（4）加工范圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料。(5)易于加工復雜型面、微細表面以及柔性、低剛度零件.（6)能獲得良好的加工表面質量，熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區(qū)以及毛刺等均比較小。（7)各種加工方法易復合形成新工藝方法，便于推廣應用。有的還可用于超精加工、鏡面光整加工和納米級（原子級）加工。2。常用特種加工方法的性能與適用范圍（見課本P1６3表5-１）問題：1.從表5-１中可看出，哪種特種加工方法的材料去除率最高?2．哪種特種加工方法可加工非金屬材料？3.為什么電解加工方法不能加工非金屬材料？三、電火花加工（補充內容）電火花加工又稱放電加工（EｌectricalDischargeＭachiｎing，簡稱EDM）,是一種利用電、熱能量進行加工的方法。在2０世紀40年代開始研究并逐步應用于生產.它是在加工過程中，使工具和工件之間不斷產生脈沖性的火花放電,靠放電時局部、瞬時產生的高溫把金屬蝕除下來。因放電過程可見到火花,故稱之為電火花加工,日、英、美稱之為放電加工，前蘇聯(lián)稱電蝕加工。1電火花加工的原理１9世紀初人們發(fā)現(xiàn)電腐蝕現(xiàn)象：在電插頭或電器開關觸點開、閉時,往往產生火花，把接觸表面燒毛、腐蝕成粗糙不平的凹坑而逐漸損壞.長期以來電腐蝕被認為是有害的，人們不斷地研究電腐蝕的原因并設法減輕和避免它.研究結果表明，電火花腐蝕的主要原因是:電火花放電時火花通道中瞬時產生大量的熱，使任何金屬材料局部熔化、氣化而被蝕除掉,形成放電凹坑。2.電火花加工的條件（1)必須使工具電極和工件被加工表面之間保持一定的放電間隙.（幾微米至幾百微米,隨加工條件而定）間隙過大，極間電壓不能擊穿極間介質,因而不會產生火花放電。間隙過小,容易形成短路接觸，同樣也不能產生火花放電。在電火花加工過程中必須具有工具電極的自動進給和調節(jié)裝置。(2）火花放電必須是瞬時的脈沖性放電,放電延續(xù)一段時間后,需停歇一段時間，放電延續(xù)時間一般為10—7~１０—3s。(為什么？)目的：使放電所產生的熱量來不及傳導擴散到其余部分,把每一次的放電點分別局限在很小的范圍內,否則，象持續(xù)電弧放電那樣,使表面燒傷而無法用作尺寸加工。為此，電火花加工必須采用脈沖電源。（3）火花放電必須在有一定絕緣性能的液體介質中進行,例如煤油、皂化液或去離子水等。液體介質又稱工作液，它們必須具有較高的絕緣強度，以利于產生脈沖性的火花放電。液體介質還能把電火花加工過程中產生的金屬小屑、碳黑等電蝕產物在放電間隙中懸浮排除出去，并且對電極和工件表面有較好的冷卻作用.以上問題的綜合解決通過下圖所示電火花加工系統(tǒng)來實現(xiàn)3。電火花加工的特點(１）是不接觸加工工具電極和工件之間并不直接接觸而有一個火花放電間隙（0．１-0.01mｍ)，間隙中充滿煤油工作液。（2）加工過程中沒有宏觀切削力火花放電時，局部、瞬時爆炸力的平均值很小,不足以引起工件的變形和位移。（3）可以“以柔克剛"由于電火花加工直接利用電能和熱能來去除金屬材料，與工件材料的強度和硬度等關系不大，因此，可以用軟的工具電極加工硬的工件,實現(xiàn)"以柔克剛”4.電火花加工的適用范圍（1）可以加工任何難加工的金屬材料和導電材料.電火花加工主要取決于材料的導電性及其熱學特性，如熔點、沸點、比熱容、導熱系數、電阻率等,與材料力學性能(硬度、強度等)無關?？梢杂密浀墓ぞ呒庸び岔g的工件，及超硬材料。(２）可以加工形狀復雜的表面。由于可以簡單地將工具電極的形狀復制到工件上，因此特別適用于復雜表面形狀工件的加工,如復雜型腔模具加工等。壓模復雜型腔3）可以加工薄壁、彈性、低剛度、微細小孔、異形小孔、深小孔等有特殊要求的零件。由于加工中工具電極和工件不直接接觸,沒有機械加工的切削力，因此適宜加工低剛度工件及微細加工,目前已能加工出0．00５mｍ的短微細軸和0．008ｍm的淺微細孔，以及直徑小于1mm的齒輪。在小深孔方面,已加工出直徑0．８-１mm、深５０0ｍm的小孔,也可以加工圓弧形的彎孔。古代仕女頭像紀念品沖壓模5。電火花加工機床示意圖四、激光加工技術（P164）189７年，美國科幻小說《星球大戰(zhàn)》(《TｈｅWaｒoｆｔheWorlds》）中描述：“他們（火星人）用某些方法產生強大的熱平行束,射向任何他們所選中的目標……,經它的接觸，可燃物爆發(fā)出火焰，鉛變成液體,鐵被軟化，玻璃碎裂并熔化，水沸騰化為蒸汽。"這里的“強大的熱”就是當時人們對激光的想像。1９60年，美國休斯實驗室(HuｇheｓＬａｂoｒatoriｅｓ)的梅曼(H．Maimａn)成功地制成了世界上第一臺激光器，人們對激光的想象也終于變成了現(xiàn)實。那么如此神奇的激光究竟是怎么產生的呢?我們先來說說激光的基本產生原理和它的神奇特征。激光裝置發(fā)出的激光1激光的基本原理“激光”一詞譯自英語“LAＳEＲ”，臺灣學者將它音譯為“鐳射”.“激光”這一名稱是由我國著名科學家錢學森教授建議,經中國科學院技術科學部討論,于１9６4年底正式確定的。它是從“LiｇhtAmpｌiｆｉcationbyStiｍuｌatedEmｉssｉonＯｆRadiatioｎ‘'各詞取第一個字母縮寫而成的，直譯過來就是“受激輻射放大的光"。這一名稱揭示了激光的本質:受激輻射放大.我們先來談談受激輻射是怎么回事。物質由原子(或分子)組成,原子是具有核式結構，即由中央原子核和外圍電子組成的.根據丹麥物理學家波爾（Bohr)的原子軌道論，核外電子只能沿若干可能的運行軌道之一繞核運轉。對應每一個運行軌道,原子具有一定的能量，我們稱原子處于一定的能級或一定的態(tài)。通常原子都運行在能量最低的能級狀態(tài)下,這個狀態(tài)是最穩(wěn)定的狀態(tài),我們稱之為基態(tài).當受到某種外來的能量激發(fā)后，原子有可能跳躍到能量較高的能級狀態(tài)，這個狀態(tài)我們稱之為激發(fā)態(tài).圖２—1簡單說明了原子受激躍遷的過程。左邊是處于基態(tài)的原子，吸收了能量E后就躍遷到右邊這種高能級的激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的原子不穩(wěn)定,它在外來輻射的作用下會發(fā)射一個光子,并由激發(fā)態(tài)躍遷到基態(tài).這個過程就叫受激輻射。原子受激產生能級躍遷示意圖受激輻射出的光子又會激發(fā)另外的原子產生受激輻射，如此循環(huán)下去,光便得到了放大。這種放大具有一定的方向性，即在只有某個特定的方向上的輻射會得到放大，所以激光具有許多普通光源所沒有的特點。2。激光的特性激光的特性是亮度高、方向性和單色性好。（１)亮度高：激光的總能量不大,但能高度集中起來。脈沖激光器產生的激光亮度比太陽表面亮度高1０10倍。聚焦點溫度達攝氏1萬度.（2）方向性好:光源的方向性是指光束發(fā)散角的大小。激光的光束基本上是沿著與反射鏡垂直的方向傳播的，這一特性也決定了激光具有良好的空間相干性，相干面積大。（3）單色性好：單色性是指激光譜線寬度的范圍。激光是受激發(fā)射的光,加上諧振腔的選頻作用，所以譜線寬度很窄,它的干涉長度可達幾萬米，因此也常說它具有良好的時間相干性.3。激光加工技術的應用激光加工——指將激光束照射到待加工材料的表面，利用激光束的能量熔合材料或去除材料以及改變材料的表面性能從而達到加工目的。（１）激光加工特點激光加工屬于無接觸加工,它具有以下優(yōu)點：①光點小,能量集中，熱影響區(qū)小;②不接觸加工工件,對工件無污染;③不受電磁干擾，與電子束加工相比應用更方便；④激光束易于聚焦、導向，便于自動化控制。（２)激光加工分類根據激光束與材料相互作用的機理，大體可將激光加工分為激光熱加工和光化學反應加工兩類。激光熱加工—-是指利用激光束投射到材料表面產生的熱效應來完成加工過程;光化學反應加工——指激光束照射到物體，借助高密度高能光子引發(fā)或控制光化學反應的加工過程。激光熱加工包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打標等；光化學反應包括光化學沉積、立體光刻、激光刻蝕等。（３）激光打孔技術①激光打孔的原理（P1６5)激光束打孔機一般由固體激光器、電氣系統(tǒng)、光學系統(tǒng)和三坐標移動工作臺等四大部分組成，如下圖所示。１)固體激光器工作原理下圖是固體激光器工作原理圖當激光工作物質釔鋁石榴石受到光泵（激勵脈沖氙燈)的激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在一定條件下可導致工作物質中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數大于低能級粒子數，這種現(xiàn)象稱為粒子數反轉.一旦有少量激發(fā)粒子產生受激輻射躍遷，就會造成光放大，再通過諧振腔內的全反射鏡和部分反射鏡的反饋作用產生振蕩，最后由諧振腔的一端輸出激光。激光通過透鏡聚焦形成高能光束照射在工件表面上，即可進行加工。２）電氣系統(tǒng)包括對激光器供給能量的電源和控制激光輸出方式（脈沖式或連續(xù)式等)的控制系統(tǒng)。在后者中有時還包括根據加工要求驅動工作臺的自動控制裝置.3)光學系統(tǒng)的功能是將激光束精確地聚焦到工件的加工部位上。為此，它至少含有激光聚焦裝置和觀察瞄準裝置兩個部分。4）投影系統(tǒng)用來顯示工件背面情況，在比較完善的激光束打孔機中配備。5）工作臺由人工控制或采用數控裝置控制,在三坐標方向移動，方便又準確地調整工件位置。工作臺上加工區(qū)的臺面用玻璃制成，因為不透光的金屬臺面會給檢測帶來不便，而且臺面會在工件被打穿后遭受破壞。工作臺上方的聚焦物鏡下設有吸、吹氣裝置,以保持工作表面和聚焦物鏡的清潔。②激光束打孔的工藝規(guī)律１)工件材料和表面狀態(tài)的影響工件對一定波長激光的吸收效率與工件材料的吸收光譜有關,也受工件表面的粗糙度和明暗度的影響.應根據工件材料合理選用激光器。如：在寶石軸承上打孔時,一般使用能輸出波長為０.69μm或１．06μm的激光束激光器.對于高反射率和高透射率的工件要在打孔前做打毛或黑化處理。2)加工表面與物鏡焦點間距離的影響焦點位置對于孔的形狀和深度有很大影響,如下圖所示。當焦點位置很低時，透過工件表面的光斑面積很大,不僅會產生很大的喇叭口,而且由于能量密度減小而影響加工深度.下圖a至圖ｃ焦點逐步提高，孔深也增加。如焦點位置太高會使光斑面積隨著深入工件表面而愈來愈大，以致無法將孔打透.如圖d和e所示.一般應使焦點恰恰在或者微低于工件表面為宜。３)聚焦物鏡焦距和激光束發(fā)散角的影響發(fā)散角小的激光束經短焦距的物鏡聚焦以后，可以形成很小的光斑和很高的能量密度，激光束對工件的穿透力大，從而打出細而深的、錐度小的孔。所以要盡量減小激光束的發(fā)散角，盡可能采用短焦距物鏡(20mｍ左右)。只有在一些特殊情況下，才選用較長的焦距。４)輸出功率與照射時間的影響激光輸出功率大,照射時間長,工件所獲得的激光能量就大。實踐表明，當焦點固定在工件表面時，輸出的激光能量越大,所打的孔就越大越深，且錐度較小.激光的照射時間一般為幾分之一到幾毫秒。當激光能量一定時,時間太長會使熱量傳散到非加工區(qū)，時間太短則因功率密度過高而使蝕除物以高溫氣體形式噴出,從而使能量的使用效率降低。５)照射次數的影響用激光照射一次,加工的深度大約是孔徑的五倍左右，且錐度較大。如果用激光多次照射，而不改變焦點位置情況下的多次照射，則可由于光管效應而既不擴大孔徑又大大增加孔深，并且減小錐度。光管效應：孔的深度不與照射次數成比例，加工到一定深度后，由于孔內壁的反射、透射，激光的散射或吸收,以及拋出力減小、排屑困難等原因,使孔前端的能量密度不斷減小，加工量也逐漸減小，以致不能繼續(xù)打下去。右圖是用紅寶石激光器加工藍寶石時獲得的實驗曲線。從圖中可知,照射20～30次以后，孔的深度到達飽和值.（4）激光束切割二氧化碳激光束切割機和固體激光束打孔機的工作原理相似，它既可以切割金屬材料，也可以切割非金屬材料。還可以透過玻璃切割真空管內的燈絲,這是任何其它加工方法難以實現(xiàn)的。固體激光器(YＡG)輸出的脈沖式激光用于半導體硅片的切割加工等。大功率的C02氣體激光器輸出的連續(xù)激光廣泛用于切割鋼板、鈦板、石英和陶瓷，及用于切割塑料、木材、紙張和布匹等.下圖所示為C02氣體激光器切割鈦合金板材示意圖。為了提高切割速度和切口質量，在二氧化碳激光束切割機的光束出口處一般都裝有噴嘴，以便在切割過程中同時噴吹氣體。由于金屬表面對于波長為10．６μm的光的反射率高,在切割金屬工件時往往噴吹氧氣或壓縮空氣以提高切割效率。在切割易燃材料時可噴吹氮氣等惰性氣體以防止燃燒.在切割石英時可噴吹氧以防止粘結。激光切割的切口細窄（切縫寬度一般小于0．5ｍm，也有達到lmm的)、尺寸精確、表面光潔,質量優(yōu)于任何其他熱切割方法。幾乎所有的金屬材料都可以用激光切割，切割厚度從幾微米的箔片至5０毫米的板材。激光切割設備投資很高，主要用于12毫米以下各種厚度的不銹鋼、鈦和鈦合金、難熔金屬和貴重金屬的精密切割。激光切割也可用于塑料、木材、布匹、石墨和陶瓷等非金屬材料的切割，如木材加工業(yè)已用激光切割膠合板、刨花板,服裝行業(yè)用以大量裁剪衣料。激光切割還適合于某些特殊用途，如外科醫(yī)生用激光作為手術刀等。（請舉例）補充內容:數控電火花線切割加工技術電火花線切割加工(WireCｕtElectriｃalＤiscｈaｒgeＭachiｎinｇ，簡稱ＷCＥDＭ)是在電火花加工基礎上,于５0年代末在原蘇聯(lián)發(fā)展起來的一種新工藝，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割,故稱電火花線切割。它已獲得廣泛的應用,目前國內外的線切割機床已占電加工機床的60%以上。數控電火花線線切割的基本原理電火花線切割加工的基本原理如圖3．1所示。線切割的主要特點1）不需制造成形電極,用簡單的電極絲對工件進行加工。主要切割各種高硬度、高強度、高韌性和高脆性的導電材料,如淬火鋼、硬質合金等。2）電極絲比較細,可以加工微細異型孔、窄縫和復雜形狀的工件.3）能加工各種沖模、凸輪、樣板等外形復雜的精密零件，尺寸精度可達０．02～0．０1mm，表面粗糙度Ｒa值可達1。6μm。還可切割帶斜度的模具或工件。4）由于切縫很窄，切割時只對工件材料進行“套料"加工，故余料還可以利用。5）自動化程度高，操作方便，勞動強度低.6）加工周期短，成本低。線切割的應用范圍1)應用最廣泛的是加工各類模具，包括切割上沖頭(凸模)和下沖模（凹模）,如圖3．2、圖3.3所示。2）加工二維直紋曲面的零件(需配有數控回轉工作臺）,如圖３．4所示。3）加工三維直紋曲面的零件(需配有數控回轉工作臺）,如圖３.5、圖3．6、如圖３.7、圖３．84）各種導電材料和半導體材料以及稀有、貴重金屬的切斷。５)加工微細槽、任意曲線窄縫。用線切割割出來的花紋圖案五、光刻蝕技術（P１66）兩個重要概念什么叫集成電路?用半導體晶體材料,經平面工藝加工制造，將電路的元件、器件和互連線集成在基片內部、表面或基片之上的微小型化電路或系統(tǒng).英文簡稱ＩC。１95８年美國開始研制混合集成電路，即將微型電阻、電容、晶體二極管和晶體三極管等裝配到一個絕緣基片上，用基片上的金屬化線互連實現(xiàn)某種功能的電路組件.什么叫光刻技術?集成電路制造中利用光學－化學反應原理和化學、物理刻蝕方法，將電路圖形傳遞到單晶表面或介質層上，形成有效圖形窗口或功能圖形的工藝技術。利用照相復制與化學腐蝕相結合的技術，在工件表面制取精密、微細和復雜薄層圖形的化學加工方法。利用光致抗蝕劑(或稱光刻膠）感光后因光化學反應而形成耐蝕性的特點，將掩模板上的圖形刻制到被加工表面上。1.光刻原理光刻蝕—-—-就使用電磁波頻譜中的光束或電子、X射線和離子等射線，將光致抗蝕劑(光刻膠）形成規(guī)定圖形的微細加工方法.（１）集成電路光刻工藝過程：a）硅片制備和氧化b）涂敷感光膠c）嚗光d）顯影e)腐蝕氧化膜f）除去感光膠見下圖2．集成電路光刻工藝的一般過程光刻工藝過程兩大工序：掩膜制造和光刻蝕加工（1）掩膜制造①繪制比原件實際尺寸大100—500倍的放大圖。②用精縮照像機把該圖縮小到元件尺寸的十倍左右，③再利用分步重復照像機進一步縮到和元件尺寸相同的掩膜(稱之為母掩膜)，④母掩膜經翻拍復印成工作(光刻）掩膜,制作電路時只用工作掩膜。（2)光刻蝕加工光刻工藝過程包括以下幾個步驟:１）涂膠把光致抗蝕劑(光刻膠)涂敷在氧化膜(Si02）上的過程。正性膠經曝光后,被光照射過的部分難于被顯影液溶解,故顯影圖形中未被光照射過的部分形成窗口。負性膠則相反2）曝光由光源發(fā)出的光束(或光化射線,如電子束、X射線等）經掩膜在光刻膠上成像,使聚焦成細小的束斑直接照射在光刻膠上的過程.曝光光源發(fā)展了-－—電子束、離子束、X射線.分辨率可達0．00１～０.０06μm。3）顯影與烘片顯影－—-—利用曝光區(qū)與未曝光區(qū)光刻膠溶解度不同，在特定溶劑中把曝光圖呈現(xiàn)出來的處理過程。烘干—－-—為提高抗蝕劑的強度，對顯影后的片子的清洗過程.４)腐(刻）蝕獲得氧化膜(Si０2膜等，又稱保護膜）圖形的最終工序是圖形刻蝕。它是利用化學或物理的刻蝕方法,將沒有抗蝕劑(感光膠）保護部分的氧化膜（SiO２）去除的一種微細加工方法?？涛g方法分為濕刻（或稱腐蝕）法－-—（化學）把硅片浸泡在一定的化學試劑或試劑溶液中，使沒有被抗蝕劑掩蔽的那一部分薄膜表面與試劑發(fā)生化學反應而被除去，是傳統(tǒng)的刻蝕方法。干刻蝕法-—－(物理）如等離子刻蝕：利用氣壓為10～1０00帕的特定氣體（或混合氣體)的輝光放電,產生能與薄膜發(fā)生離子化學反應的分子或分子基團，生成的反應產物是揮發(fā)性的。它在低氣壓的真空室中被抽走，從而實現(xiàn)刻蝕。圖形的最小特征尺寸比極限分辨率大得多時，用濕刻；圖形的最小特征尺寸接近極限分辨率時，采用干刻蝕。５)剝膜與檢查剝膜-—-清除殘留腐蝕液后用剝膜液去除光刻膠的處理。檢查—－—剝膜后要對刻蝕圖形進行的外觀、線條尺寸和斷面形狀及物理和電子特性的檢查。六、電子束加工與光刻技術(P168）1.電子束的熱效應電子束的熱效應———--電子槍（見下圖）產生的電子在真空室內經電磁透鏡聚焦成小的束斑(一般束流橫截面直徑為φ2．5一lOμm）,同時在高電壓正電極作用下形成高能量密度的高速電子束流。當它沖擊到工件材料上時,在幾分之一微秒的瞬間,入射電子與工件原子相互碰撞，使原子振動加快而產生熱，電子束傳遞給工件的能量大部分都轉換成熱能。由于電子束的能量密度高,作用時間短，所產生的熱量在未來得及傳導擴散前已使工件材料局部熔化、氣化，甚至蒸發(fā)。這種物理現(xiàn)象稱電子束的熱效應。2.電子束加工鐵的溶化溫度為1536C°,其單位表面氣化所需能量為63ｋW／cm2,鎢的熔化溫度高達3410℃，其單位表面氣化所需能量也只有100ｋW/cｍ2；在一定條件下電子束照射在工件表面的功率密度為氣化所需功率的5０倍（為５0×1０0kW／cm2）,足以使熔點很高的鎢瞬時氣化和蒸發(fā)。利用電子束熱效應進行電子束加工時，可通過調整功率密度實現(xiàn)不同的加工：1）在低功率密度電子束照射時,工件可達到材料熔化溫度，材料的氣化與蒸發(fā)很小，故用在電子束熔煉工藝中。見下圖：2）在中等功率密度電子束照射時，工件材料熔化、氣化、蒸發(fā)都有,因此用于電子束焊接工序。如下圖所示.制作集成電路時，電子束焊接適合于微區(qū)焊接，易于自動化，可焊接的工件材料廣泛、無污染，可達到高質量的焊接特性。電子束焊接的缺點是要求在真空中進行。3）在高等功率密度電子束照射照射時,以氣化、蒸發(fā)為主，所以主要用于電子束打孔和刻槽加工工序.如下圖所示。在集成電路薄膜元件制作中，采用電子束蒸發(fā)法可獲得高純度的沉積薄膜。3。電子束化學效應低功率密度電子束照射的工件表面時,入射的電子與高分子材料分子碰撞,使它的分子鏈切斷或重新聚合，引起高分子材料的化學性質和分子量的變化，這種現(xiàn)象稱為電子束的化學效應。4.電子束光刻利用電子束化學效應可進行電子束光刻。（1)電子束寫圖什么叫寫圖？利用圖形發(fā)生器，用光束或電子束、離子束在抗蝕劑上繪制圖形的曝光方法稱為寫圖(Ｗriｔiｎｇ),它主要用于掩膜或基片圖形制作工序。電子束寫圖是目前最好、最通用的高分辨率圖形發(fā)生技術.它主要用于制作掩膜圖形，也可完成基片圖形的寫圖。電子束寫圖所使用的薄層(≤100A層厚)抗蝕劑以甲基丙烯酸甲酯(PMMA)膠為常用當達到一定電壓的電子束照射到層厚０．3～ｌμm的PMＭA(感光膠)膠上,照射劑量達到一定程度時,PMMA膠的大分子被切割成分子量為500０左右。分子量減小后使PMMA膠的溶解速度發(fā)生變化。結果掩膜或基片上的PMＭＡ膠層由未照射區(qū)和照射區(qū)組成分子量不同的“潛象”.選用合適的顯影液,利用不同分子量溶解速度不同的原理把寫出的圖象顯示出來，即完成掩膜或基片圖形的寫圖。由于電子束寫圖系統(tǒng)工作柔性大（對圖形變化有很好的適應性）,又能連續(xù)掃描寫圖，因此它成為精密微細圖形寫圖的主要設備。（２）電子束復印什么叫復印技術?光刻膠曝光獲取基片(或掩膜)圖形的光刻工藝，稱為復?。≒rinｔinｇ）.利用電子束作光源也可進行圖形復印.如電子陰極投影系統(tǒng)，利用石英掩膜可以復印出基片或工作掩膜。電子束復印可以達到０．5μm的圖形分辨率,有較高的生產率。電子束加工與光刻的工藝特點1）電子束加工的材料廣泛,可以加工金屬材料、非金屬材料和工程塑料。它能完成如淬火硬化、熔煉、塑料聚合、焊接、打孔、銑槽和蝕刻等眾多加工工序.如對０．1—1μm厚的薄板打孔只需3０微秒至數秒即可完成，即使是5mｍ厚的板材也只需數十秒即可完成打孔.由于電子束加工時間短、無污染,對加工表面熱效應影響小，故表面層物理化學性質改變少。２）電子束光刻可以實現(xiàn)精細圖形的寫圖或復印。電子束光刻目前仍是大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路的掩膜或基片圖形光刻的重要手段。電子束曝光裝置通過電場或磁場能方便地完成電子束聚焦和移動電子束的照射點位置，它對控制信號的響應速度快，便于實現(xiàn)自動化控制，且生產率高。七、離子束加工（P1７１)定義：利用惰性氣體或其他元素的離子在電場中加速成高速離子束流,以實現(xiàn)各種微細加工的方法稱為離子束加工。是加工分辨率很高的一種新興微細加工技術。應用：在亞微米甚至毫微米級（10-９m)精度的加工中能力廣泛、大有發(fā)展前途。已用于金剛石刀具的最終刃磨,集成電路的寫圖、復印,離子注入與各種處理,離子濺射、離子銑等加工中。能加工的工件材料有玻璃與陶瓷等各種金屬與晶體材料等.什么叫離子?由原子核及圍繞著核運動的各層軌道電子組成的原子,失去外層電子后，就變成帶正電荷的正(陽)離子,獲得多余電子的原子帶負電荷，稱為負(陰)離子。為什么離子的質量遠遠大于電子的質量？它的動能如何？舉例:一個氬離子（Ar+）的質量是電子質量的7.２萬倍,故離子在電場中加速過程雖比電子慢,但一旦把它加速后,其動能就遠遠高于電子。注:物體因平動而具有的動能是它質量m和它的速度v的二次方的乘積的一半,即ｍv2/2。離子束是如何產生的?離子束由離子槍產生,其方法是將中性原子經高溫、強光或放射線照射、高速電子的撞擊或放電作用而電離成離子。考夫曼離子槍的工作原理是什么？考夫曼離子槍是典型的離子簇射型離子源,其工作原理見下圖左圖為考夫曼型離子源示意圖，