第8章先進制造技術

1、第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.18.1數(shù)控加工技術數(shù)控加工技術8.1.1.8.1.1.數(shù)控及數(shù)控機床的概念數(shù)控及數(shù)控機床的概念 數(shù)控數(shù)控(NumerkalControl(NumerkalControl，NC)NC)就是用數(shù)字形式的操作指令就是用數(shù)字形式的操作指令( (或程序或程序) )控制控制機床或其他設備的一種控制方式。機床或其他設備的一種控制方式。 利用數(shù)控方式，按給定程序自動地進行加工的機床，稱為數(shù)控機床。利用數(shù)控方式，按給定程序自動地進行加工的機床，稱為數(shù)控機床。8.1.28.1.2數(shù)控機床的基本工作原理數(shù)控機床的基本工作原理 以穿孔帶作控制介質的數(shù)控機床的基本工作原理如圖

2、以穿孔帶作控制介質的數(shù)控機床的基本工作原理如圖6161所示。其主要所示。其主要環(huán)節(jié)如下：環(huán)節(jié)如下： (1)(1)根椐零件圖紙，用選定的根椐零件圖紙，用選定的“標準代碼標準代碼”( (數(shù)字和文字形式數(shù)字和文字形式) )編寫加工編寫加工程序；程序； (2)(2)根據編好的程序制作穿孔帶根據編好的程序制作穿孔帶( (控制介質控制介質) )； (3)(3)光電閱讀機閱讀穿孔帶，并將穿孔紙帶上的一排排數(shù)據送人數(shù)控裝光電閱讀機閱讀穿孔帶，并將穿孔紙帶上的一排排數(shù)據送人數(shù)控裝置；置； (4)(4)數(shù)控裝置對輸入的數(shù)據進行處理，并轉換成驅動伺服機構的脈沖形數(shù)控裝置對輸入的數(shù)據進行處理，并轉換成驅動伺服機構的脈

3、沖形式指令信號；式指令信號； (5)(5)伺服機構控制機床的工作，完成所需要的各種加工。伺服機構控制機床的工作，完成所需要的各種加工。8.18.1數(shù)控加工技術數(shù)控加工技術8.1.38.1.3數(shù)控機床的控制方法數(shù)控機床的控制方法數(shù)控機床的控制方法有：點位控制、直線控制和連續(xù)控制。數(shù)控機床的控制方法有：點位控制、直線控制和連續(xù)控制。(1)(1)點位控制：其特點是只要求控制刀具或機床工作臺從一點移動到另一點的準確點位控制：其特點是只要求控制刀具或機床工作臺從一點移動到另一點的準確定位，至于點與點之間移動的軌跡原則上不加控制，且在移動過程中刀具不進行定位，至于點與點之間移動的軌跡原則上不加控制，且在移

4、動過程中刀具不進行切削，如圖切削，如圖6363所所 示。采用點位控制的機床有鉆床、鏜床和沖床等。示。采用點位控制的機床有鉆床、鏜床和沖床等。 (2)(2)直線控制：其特點是除了控制點與點之間的準確定位外，還要保證被控制直線控制：其特點是除了控制點與點之間的準確定位外，還要保證被控制的兩個坐標點間移動的軌跡是一條直線，且在移動的過程中，刀具能按指定的進的兩個坐標點間移動的軌跡是一條直線，且在移動的過程中，刀具能按指定的進給速度進行切削，如圖給速度進行切削，如圖6464所示。采用直線控制的機床有車床、銑床和磨床等。所示。采用直線控制的機床有車床、銑床和磨床等。 (3)(3)連續(xù)控制連續(xù)控制( (或

5、輪廓控制或輪廓控制) )：其特點是能夠對兩個或兩個以上坐標方向的同時：其特點是能夠對兩個或兩個以上坐標方向的同時運動，進行嚴格地不間斷地控制。并且，在運動過程中，刀具對工件表面連續(xù)進運動，進行嚴格地不間斷地控制。并且，在運動過程中，刀具對工件表面連續(xù)進行切削，如圖行切削，如圖6565所示。采用連續(xù)控制的機床有銑床、車床、磨床和齒輪加工機所示。采用連續(xù)控制的機床有銑床、車床、磨床和齒輪加工機床等。床等。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.1.48.1.4數(shù)控機床的特點和應用數(shù)控機床的特點和應用(1)(1)適應性廣適應性廣 當加工對象改變時，除了重新裝

6、卡工件和更換刀具外，當加工對象改變時，除了重新裝卡工件和更換刀具外，一般只要更換控制介質，即可自動地加工出所要求的新零件，一般只要更換控制介質，即可自動地加工出所要求的新零件，而不必對機床做任何調整。而不必對機床做任何調整。(2)(2)加工效率高加工效率高 因更換控制介質因更換控制介質( (如穿孔紙帶如穿孔紙帶) )很快，裝卸工件和按需要很快，裝卸工件和按需要更換刀具或夾具的時間是主要的輔助時間。更換刀具或夾具的時間是主要的輔助時間。(3)(3)可提高零件的互換性可提高零件的互換性 在沒有人干預的情況下，自動完成零件加工，可提高零在沒有人干預的情況下，自動完成零件加工，可提高零件的精度。件的精

7、度。(4)(4)機床成本高機床成本高 因此，數(shù)控機床主要適應于小批量、多品種的生產類型。因此，數(shù)控機床主要適應于小批量、多品種的生產類型。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.1.58.1.5數(shù)控技術的發(fā)展數(shù)控技術的發(fā)展1 1數(shù)控機床的發(fā)展數(shù)控機床的發(fā)展 隨著制造技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、隨著制造技術的不斷發(fā)展，數(shù)控機床的工藝功能已由加工循環(huán)控制、加工中心，發(fā)展到適應控制。加工中心，發(fā)展到適應控制。 加工循環(huán)控制雖可實現(xiàn)每個加加工循環(huán)控制雖可實現(xiàn)每個加-ET-ET序的自動化，但不同工序中的刀具序的自動化，但不同工序中的刀具的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。

8、的更換及工件的重新裝夾，仍須人工來完成。 加工中心是一種高度自動化的多工序機床，又稱為自動換刀數(shù)控機床。加工中心是一種高度自動化的多工序機床，又稱為自動換刀數(shù)控機床。它能自動完成刀具的更換、工件的轉位和定位、主軸轉速和進給量的變換它能自動完成刀具的更換、工件的轉位和定位、主軸轉速和進給量的變換等，使工件在機床上只裝夾一次，就能完成全部加工。因此，它可以顯著等，使工件在機床上只裝夾一次，就能完成全部加工。因此，它可以顯著縮短輔助時間，提高生產率，改善勞動條件?？s短輔助時間，提高生產率，改善勞動條件。 適應控制數(shù)控機床是一種具有適應控制數(shù)控機床是一種具有“隨機應變隨機應變”功能的機床。它能在加工功

9、能的機床。它能在加工過程中，根據切削條件過程中，根據切削條件( (如切削力、切削功率、切削溫度、刀具磨損及表如切削力、切削功率、切削溫度、刀具磨損及表面質量等面質量等) )的變化，自動調整切削條件，使機床保持在最佳的狀態(tài)下進行的變化，自動調整切削條件，使機床保持在最佳的狀態(tài)下進行加工。加工。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.1.58.1.5數(shù)控技術的發(fā)展數(shù)控技術的發(fā)展2 2數(shù)控技術的發(fā)展數(shù)控技術的發(fā)展 數(shù)控機床的控制裝置已經歷了電子管元件、晶體管和印刷電路板元件、集成數(shù)控機床的控制裝置已經歷了電子管元件、晶體管和印刷電路板元件、集成電路、小型機算機、微處理機的發(fā)展過程。與此同時，數(shù)控技

10、術也得到了相應的電路、小型機算機、微處理機的發(fā)展過程。與此同時，數(shù)控技術也得到了相應的發(fā)展。發(fā)展。 (1)(1)普通數(shù)控普通數(shù)控(NumericalControl(NumericalControl，NC)NC)：普通數(shù)控采用的是電子管元件、晶體：普通數(shù)控采用的是電子管元件、晶體管和印刷電路板元件或集成電路數(shù)控裝置，它們使用固定接線的電子線路來完成管和印刷電路板元件或集成電路數(shù)控裝置，它們使用固定接線的電子線路來完成所需要的各種邏輯和運算。一般是針對某種機床的控制要求，專門設計和制造的，所需要的各種邏輯和運算。一般是針對某種機床的控制要求，專門設計和制造的，其適應性較差，通用性也差。一旦制成，較

11、難更改，故又稱為其適應性較差，通用性也差。一旦制成，較難更改，故又稱為“硬連接數(shù)控硬連接數(shù)控”。這樣的數(shù)控裝置，工藝性差，生產周期長，成本高。這樣的數(shù)控裝置，工藝性差，生產周期長，成本高。 (2)(2)計算機數(shù)控計算機數(shù)控(ComputerNumerical Control(ComputerNumerical Control，CNC)CNC)：計算機數(shù)控采用一種?。河嬎銠C數(shù)控采用一種小型計算機，按照存儲在計算機內的控制程序來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。型計算機，按照存儲在計算機內的控制程序來實現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。 (3) (3)計算機群控計算機群控(DirectNumericalControl(

12、DirectNumericalControl，DNC)DNC)：計算機群控是用一臺或幾：計算機群控是用一臺或幾臺計算機直接控制多臺數(shù)控機床。加工時，由公共存儲器按照需要，向各機床分臺計算機直接控制多臺數(shù)控機床。加工時，由公共存儲器按照需要，向各機床分配數(shù)據，協(xié)調和控制各個機床的運動。配數(shù)據，協(xié)調和控制各個機床的運動。 在進一步發(fā)展控制功能更為完善、高效、高精度、高自動化數(shù)控機床的同時，在進一步發(fā)展控制功能更為完善、高效、高精度、高自動化數(shù)控機床的同時，還要注意發(fā)展簡易數(shù)控系統(tǒng)。這對普及數(shù)控技術、實現(xiàn)機床數(shù)控化具有重大意義。還要注意發(fā)展簡易數(shù)控系統(tǒng)。這對普及數(shù)控技術、實現(xiàn)機床數(shù)控化具有重大意義。

13、第8章先進制造技術8.28.2 快速成形技術快速成形技術8 82 21 1 快速成形技術的概念快速成形技術的概念 使用使用RPRP（基于離散堆積成形思想的新型成形技術，是集成計算機、數(shù)（基于離散堆積成形思想的新型成形技術，是集成計算機、數(shù)控、激光和新材料等最新技術而發(fā)展起來的先進的產品研究與開發(fā)技術）控、激光和新材料等最新技術而發(fā)展起來的先進的產品研究與開發(fā)技術）技術，由技術，由CADCAD模型直接驅動的快速完成任意復雜形狀三維實體零件的技術模型直接驅動的快速完成任意復雜形狀三維實體零件的技術的總稱。的總稱。8 82 22 2快速成形技術的工作原理快速成形技術的工作原理 由由CADCAD軟件設

14、計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型；將三維模軟件設計出所需零件的計算機三維曲面或實體模型；將三維模型沿一定方向（通常為型沿一定方向（通常為Z Z向）離向）離散成一系列有序的二維層片（習慣稱為分層）；根據每層輪廓信息，進行散成一系列有序的二維層片（習慣稱為分層）；根據每層輪廓信息，進行工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動生工藝規(guī)劃，選擇加工參數(shù)，自動生成數(shù)控代碼；成形機制造一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到三維物成數(shù)控代碼；成形機制造一系列層片并自動將它們聯(lián)接起來，得到三維物理實體。理實體。8 82 23 3快速成形技術的工藝方法快速成形技術的工藝方法 1 1選擇性液體固化選擇性液體固化 2 2選

15、擇性層片粘結選擇性層片粘結 3 3選擇性粉末熔結選擇性粉末熔結第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.28.2 快速成形技術快速成形技術8 82 24 4快速成形技術的重要特點和用途快速成形技術的重要特點和用途1.1.特點特點（1 1）高度柔性，可以制造任意復雜形狀的三維實體；）高度柔性，可以制造任意復雜形狀的三維實體；（2 2）CADCAD模型直接驅動，設計制造高度一體化；模型直接驅動，設計制造高度一體化；（3 3）成形過程無需專用夾具或工具；）成形過程無需專用夾具或工具；（4 4）無需人員干預或較少干預，是一種自動化的成形過程；）無需人員干預或較少干預，是一種自動化的成形過程；（5 5）

16、成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產品市場；）成形全過程的快速性，適合現(xiàn)代激烈的產品市場；（6 6）技術的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產物，也是對它）技術的高度集成性，既是現(xiàn)代科學技術發(fā)展的必然產物，也是對它們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術特征。們的綜合應用，帶有鮮明的高新技術特征。 先進的快速成形制造（先進的快速成形制造（RPMRPM）系統(tǒng)，）系統(tǒng)， 即是與即是與CADCAD集成的快速成形制集成的快速成形制造系統(tǒng)，造系統(tǒng)， 屬于屬于CIMSCIMS的目標產品的范疇。的目標產品的范疇。 由于它直接由計算機數(shù)據信息由于它直接由計算機數(shù)據信息驅動設備進行制造，驅動設備進行制造， 因此是一

17、種數(shù)字化制造。因此是一種數(shù)字化制造。 在信息傳遞網絡化的今天，在信息傳遞網絡化的今天，RPMRPM技術成為實現(xiàn)數(shù)字化制造的最佳方法。技術成為實現(xiàn)數(shù)字化制造的最佳方法。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.28.2 快速成形技術快速成形技術8 82 24 4快速成形技術的重要特點和用途快速成形技術的重要特點和用途2 2用途用途（1 1）能用于制造業(yè)中快速產品開發(fā)、快速工具制造、）能用于制造業(yè)中快速產品開發(fā)、快速工具制造、模具制造、微型機械制造、小批零件生產。模具制造、微型機械制造、小批零件生產。（2 2）用于與美學有關的工程設計、如建筑設計、橋梁）用于與美學有關的工程設計、如建筑設計、橋梁設

18、計、古建筑恢復等，以及首飾、燈飾等的設計。設計、古建筑恢復等，以及首飾、燈飾等的設計。（3 3）在醫(yī)學上可用于顱外科、體外科、牙外科等制造）在醫(yī)學上可用于顱外科、體外科、牙外科等制造顱骨、假肢、關節(jié)、整形。顱骨、假肢、關節(jié)、整形。（4 4）可用于考古等恢復考古工程。）可用于考古等恢復考古工程。（5 5）可制作三維地圖、光彈模型制作等。）可制作三維地圖、光彈模型制作等。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術831精密和超精密加工的技術內涵精密和超精密加工的技術內涵 1 精密加工和超精密加工的范疇精密加工和超精密加工的范疇 當前，精密加工是指加工

19、精度為當前，精密加工是指加工精度為10.1m、表面粗糙度為、表面粗糙度為Ra0.10.025m的加工的加工技術；超精密加工是指加工精度高于技術；超精密加工是指加工精度高于0.1m、表面粗糙度、表面粗糙度Ra小于小于0.025m的加工技的加工技術，因此，超精密加工又稱之為亞微米級加工。但是，目前超精密加工已進入納米術，因此，超精密加工又稱之為亞微米級加工。但是，目前超精密加工已進入納米級精度階段，故出現(xiàn)了納米加工及其相應的技術級精度階段，故出現(xiàn)了納米加工及其相應的技術 從精密加工和超精密加工的范疇來看，它應該包括微細加工、超微細加工、光整從精密加工和超精密加工的范疇來看，它應該包括微細加工、超微

20、細加工、光整加工、精整加工等加工技術。加工、精整加工等加工技術。 微細加工技術是指制造微小尺寸零件的加工技術；超微細加工技術是指制造超微微細加工技術是指制造微小尺寸零件的加工技術；超微細加工技術是指制造超微小尺寸零件的加工技術，它們是針對集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，小尺寸零件的加工技術，它們是針對集成電路的制造要求而提出的，由于尺寸微小，其精度是用切除尺寸的絕對值來表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表其精度是用切除尺寸的絕對值來表示，而不是用所加工尺寸與尺寸誤差的比值來表示。示。 光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質的加工方法，不著光整加工一般是指降低表

21、面粗糙度和提高表面層力學機械性質的加工方法，不著重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實際重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及無屑加工等。實際上，這些加工方法不僅能提高表面質量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年上，這些加工方法不僅能提高表面質量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年來提出的一個新的名詞術語，它與光整加工是對應的，是指既要降低表面粗糙度和來提出的一個新的名詞術語，它與光整加工是對應的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面層力學機械性質，又要提高加工精度提高表面層力學機械性質，又要提高加工精度(包括尺寸、形狀位置精度包括尺寸、形狀位

22、置精度)的加工方法。的加工方法。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術 8 83 31 1精密和超精密加工的技術內涵精密和超精密加工的技術內涵 2 2、精密加工和超精密加工方法、精密加工和超精密加工方法 根據加工方法的機理和特點，精密和超精密加工方法，可以分為去除加工、根據加工方法的機理和特點，精密和超精密加工方法，可以分為去除加工、結合加工和變形加工三大類。結合加工和變形加工三大類。 (1) (1)去除加工。又稱為分離加工，是從工件上去除一部分材料，傳統(tǒng)的機械加去除加工。又稱為分離加工，是從工件上去除一部分材料，傳統(tǒng)的機械加工方法，如車削

23、、銑削、磨削、研磨和拋光等，以及特種加工中的電火花加工、電工方法，如車削、銑削、磨削、研磨和拋光等，以及特種加工中的電火花加工、電解加工等，均屬這種加工方法。解加工等，均屬這種加工方法。 (2) (2)結合加工。利用物理和化學方法，將不同材料結合結合加工。利用物理和化學方法，將不同材料結合(bonding)(bonding)在一起。按在一起。按結合的機理、方法、強弱等，它又分為附著結合的機理、方法、強弱等，它又分為附著(deposition)(deposition)、注入、注入(injection)(injection)和連和連接接(jointed)(jointed)三種。三種。附著加工又稱為

24、沉積加工，是在工件表面上覆蓋一層物質，附著加工又稱為沉積加工，是在工件表面上覆蓋一層物質，是一種弱結合，典型的加工方法是鍍；是一種弱結合，典型的加工方法是鍍；注入加工又稱為滲入加工，是在工件表面注入加工又稱為滲入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之與基體材料產生物理化學反應，是具有共價鍵、離子鍵、金上注入某些元素，使之與基體材料產生物理化學反應，是具有共價鍵、離子鍵、金屬鍵的強結合，用以改變工件表層材料的力學機械性質，如滲碳滲氮等；屬鍵的強結合，用以改變工件表層材料的力學機械性質，如滲碳滲氮等；連接是連接是將兩種相同或不同材料通過物化方法連接在一起，如焊接、粘接等。將兩種相同或不同材料通過物

25、化方法連接在一起，如焊接、粘接等。 (3) (3)變形加工。又稱為流動加工，利用力、熱、分子運動等手段，使工件產生變形加工。又稱為流動加工，利用力、熱、分子運動等手段，使工件產生變形，改變其尺寸、形狀和性能。變形，改變其尺寸、形狀和性能。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術 3 3、 影響精密加工和超精密加工的因素影響精密加工和超精密加工的因素 （1 1） 加工機理加工機理 近年來，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密近年來，在傳統(tǒng)加工方法中，金剛石刀具超精密切削、金剛石微粉砂輪超精密磨削、精密高速切削、精密砂帶磨

26、削等已占有重要地位；在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了磨削、精密高速切削、精密砂帶磨削等已占有重要地位；在非傳統(tǒng)加工中，出現(xiàn)了電子束、離子束、激光束等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化電子束、離子束、激光束等高能加工、微波加工、超聲加工、蝕刻、電火花和電化學加工等多種方法，特別是復合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲學加工等多種方法，特別是復合加工，如磁性研磨、磁流體拋光、電解研磨、超聲珩磨等，在加工機理上均有所創(chuàng)新。珩磨等，在加工機理上均有所創(chuàng)新。 在加工機理上特別提出了以快速成型為代表的在加工機理上特別提出了以快速成型為代表的“堆積堆積”加工，這在加工技術上加工，這在加工技術上

27、具有里程碑意義。具有里程碑意義。 （2 2） 被加工材料被加工材料 用精密和超精密加工的零件，其材料的化學成分、物理力學性能、加工工藝性用精密和超精密加工的零件，其材料的化學成分、物理力學性能、加工工藝性能均有嚴格要求。例如，要求被加工材料質地均勻，性能穩(wěn)定，無外部及內部微觀能均有嚴格要求。例如，要求被加工材料質地均勻，性能穩(wěn)定，無外部及內部微觀缺陷；其化學成分的誤差應在缺陷；其化學成分的誤差應在10-210-210-310-3數(shù)量級，不能含有雜質；其物理力學性數(shù)量級，不能含有雜質；其物理力學性能，如拉伸強度、硬度、延伸率、彈性模量、熱導率和膨脹系數(shù)等應達到能，如拉伸強度、硬度、延伸率、彈性模

28、量、熱導率和膨脹系數(shù)等應達到1010-5-51010-6-6數(shù)量級；材料在冶煉、鑄造、輾軋、熱處理等工藝過程中，應嚴格數(shù)量級；材料在冶煉、鑄造、輾軋、熱處理等工藝過程中，應嚴格控制熔渣過濾、輾軋方向、溫度等，使材質純凈、晶粒大小勻稱、無方向性，能滿控制熔渣過濾、輾軋方向、溫度等，使材質純凈、晶粒大小勻稱、無方向性，能滿足物理、化學、力學等性能要求。足物理、化學、力學等性能要求。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術 3 3、 影響精密加工和超精密加工的因素影響精密加工和超精密加工的因素 （3 3）加工設備及其基礎元部件）加工設備及其基礎元部

29、件 對精密和超精密加工所用的加工設備有下列要求。對精密和超精密加工所用的加工設備有下列要求。 1) 1)高精度。包括高的靜精度和動精度，主要的性能指標有幾何精度、高精度。包括高的靜精度和動精度，主要的性能指標有幾何精度、定位精度和重復定位精度、分辨率等，如主軸回轉精度、導軌運動精度、定位精度和重復定位精度、分辨率等，如主軸回轉精度、導軌運動精度、分度精度等；分度精度等； 2) 2)高剛度。包括高的靜剛度和動剛度，除本身剛度外，還應注意接觸高剛度。包括高的靜剛度和動剛度，除本身剛度外，還應注意接觸剛度，以及由工件、機床、刀具、夾具所組成的工藝系統(tǒng)剛度。剛度，以及由工件、機床、刀具、夾具所組成的工

30、藝系統(tǒng)剛度。 3) 3)高穩(wěn)定性。設備在經運輸、存儲以后，在規(guī)定的工作環(huán)境下使用，高穩(wěn)定性。設備在經運輸、存儲以后，在規(guī)定的工作環(huán)境下使用，應能長時間保持精度、抗干擾、穩(wěn)定工作。設備應有良好的耐磨性、抗振應能長時間保持精度、抗干擾、穩(wěn)定工作。設備應有良好的耐磨性、抗振性等。性等。 4) 4)高自動化。為了保證加工質量，減少人為因素影響，加工設備多采高自動化。為了保證加工質量，減少人為因素影響，加工設備多采用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。用數(shù)控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化。 加工設備的質量與基礎元部件，如主軸系統(tǒng)、導軌、直線運動單元和加工設備的質量與基礎元部件，如主軸系統(tǒng)、導軌、直線運動單元和分度轉臺等密切相關，應注意

31、這些元部件質量。此外，夾具、輔具等也要分度轉臺等密切相關，應注意這些元部件質量。此外，夾具、輔具等也要求有相應的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。求有相應的高精度、高剛度和高穩(wěn)定性。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術 3 3、 影響精密加工和超精密加工的因素影響精密加工和超精密加工的因素 （4 4）加工工具）加工工具 加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術。用金剛石刀加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技術。用金剛石刀具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃具超精密切削，值得研究的問題有：金剛石刀具的超精密刃磨，其刃口鈍圓半徑應達到磨，其

32、刃口鈍圓半徑應達到2 24nm4nm，同時應解決其檢測方法，同時應解決其檢測方法，刃口鈍圓半徑與切削厚度關系密切，若切削的厚度欲達到刃口鈍圓半徑與切削厚度關系密切，若切削的厚度欲達到10nm10nm，則刃口鈍圓半徑應為，則刃口鈍圓半徑應為2nm2nm。磨具當前主要采用金剛石微。磨具當前主要采用金剛石微粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等粉砂輪超精密磨削，這種砂輪有磨料粒度、粘接劑、修整等問題，通常，采用粒度為問題，通常，采用粒度為W20W20W0.5W0.5的微粉金剛石，粘接劑采的微粉金剛石，粘接劑采用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。用樹脂、銅、纖維鑄鐵等。第第8 8章先進制造技術章先進

33、制造技術8 83 3超精密與納米加工技術超精密與納米加工技術 3 3、 影響精密加工和超精密加工的因素影響精密加工和超精密加工的因素 （5 5） 檢測與誤差補償檢測與誤差補償 精密和超精密加工必須具備相應的檢測手段和方法，不僅要對工件和表面質精密和超精密加工必須具備相應的檢測手段和方法，不僅要對工件和表面質量進行檢驗，而且要檢驗加工設備和基礎元部件的精度。量進行檢驗，而且要檢驗加工設備和基礎元部件的精度。 誤差預防和誤差補償是提高精密和超精密加工精度的重要措施。誤差預防誤差預防和誤差補償是提高精密和超精密加工精度的重要措施。誤差預防通過提高機床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響；

34、誤差補償通過提高機床制造精度、保證加工環(huán)境條件等來減少誤差源及其影響；誤差補償是在誤差分離的基礎上，利用誤差補償裝置對誤差值進行靜態(tài)和動態(tài)補償，以消是在誤差分離的基礎上，利用誤差補償裝置對誤差值進行靜態(tài)和動態(tài)補償，以消除誤差本身的影響。靜態(tài)誤差補償是根據事先測出的誤差值，在加工時通過硬件除誤差本身的影響。靜態(tài)誤差補償是根據事先測出的誤差值，在加工時通過硬件或軟件進行補償；動態(tài)誤差補償是在在線檢測基礎上，在加工時進行實時補償。或軟件進行補償；動態(tài)誤差補償是在在線檢測基礎上，在加工時進行實時補償。 （6 6）工作環(huán)境）工作環(huán)境 精密和超精密加工的工作環(huán)境是保證加工質量的必要條件，影響環(huán)境主要有精密

35、和超精密加工的工作環(huán)境是保證加工質量的必要條件，影響環(huán)境主要有溫度、濕度、污染和振動等因素。溫度、濕度、污染和振動等因素。 環(huán)境溫度可根據加工要求控制在環(huán)境溫度可根據加工要求控制在110.020.02，甚至達到，甚至達到0.00050.0005 在恒溫室內，一般濕度應保持在在恒溫室內，一般濕度應保持在55%55%60%60%，防止機器的銹蝕、石材膨脹，以，防止機器的銹蝕、石材膨脹，以及一些儀器，如激光干涉儀的零點漂移等。及一些儀器，如激光干涉儀的零點漂移等。 污染主要是指空氣中的塵埃，塵埃可能會在加工時劃傷加工表面。污染主要是指空氣中的塵埃，塵?？赡軙诩庸r劃傷加工表面。8.48.4工業(yè)機器

36、人工業(yè)機器人8.4.1 8.4.1 工業(yè)機器人的組成與分類工業(yè)機器人的組成與分類1 1）工業(yè)機器人的定義）工業(yè)機器人的定義工業(yè)機器人（工業(yè)機器人（industrial Robot,industrial Robot,簡稱簡稱RobotRobot）是一種可以搬運物料、）是一種可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；它由計算機控制，零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；它由計算機控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；它是可編程具有柔性的自動化系是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；它是可編程具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許人機聯(lián)系。統(tǒng)，可以允許人機聯(lián)系。 工業(yè)機器人技術是在控制工程、

37、計算機科學、人工智能和機構學工業(yè)機器人技術是在控制工程、計算機科學、人工智能和機構學等多種學科基礎上發(fā)展起來的一種綜合性技術，在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，等多種學科基礎上發(fā)展起來的一種綜合性技術，在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，工業(yè)機器人是以多品種、少批量生產自動化為服務對象的，因此，它工業(yè)機器人是以多品種、少批量生產自動化為服務對象的，因此，它在柔性制造系統(tǒng)（在柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）、計算機集成制造系統(tǒng)（）、計算機集成制造系統(tǒng)（CIMSCIMS）和其他機電一）和其他機電一體化的系統(tǒng)中獲得廣泛的應用，成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)不可缺少的組成部體化的系統(tǒng)中獲得廣泛的應用，成為現(xiàn)代制造系統(tǒng)不可缺少的組成部分。分。第第8 8章

38、先進制造技術章先進制造技術2 2）工業(yè)機器人的基本組成）工業(yè)機器人的基本組成（1 1）執(zhí)行機構）執(zhí)行機構 執(zhí)行機構是一組具有與人手腳功能相似的機械機構，也稱操作機，通常由執(zhí)行機構是一組具有與人手腳功能相似的機械機構，也稱操作機，通常由手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構組成。手部、腕部、臂部、機身、機座及行走機構組成。（2 2）控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)是機器人的大腦，控制與支配機器人按給定的程序運動，并記憶控制系統(tǒng)是機器人的大腦，控制與支配機器人按給定的程序運動，并記憶人們示教的指令信息，如動作順序、運動軌跡、運動速度等，同時對執(zhí)行機構人們示教的指令信息，如動作順序、運動軌跡、運動速度等

39、，同時對執(zhí)行機構發(fā)出執(zhí)行指令。發(fā)出執(zhí)行指令。（3 3）驅動系統(tǒng)）驅動系統(tǒng) 驅動系統(tǒng)包括驅動器和傳動機構，常和執(zhí)行機構連成一體，驅動臂桿完成驅動系統(tǒng)包括驅動器和傳動機構，常和執(zhí)行機構連成一體，驅動臂桿完成指定的運動。指定的運動。（4 4）位置檢測裝置）位置檢測裝置 通過力、位移、觸覺等傳感器檢測機器人的運動位置和工作狀態(tài)，并隨時通過力、位移、觸覺等傳感器檢測機器人的運動位置和工作狀態(tài)，并隨時反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機構以一定的精度和速度到達設定的位置。反饋給控制系統(tǒng)，以便使執(zhí)行機構以一定的精度和速度到達設定的位置。 第第8 8章先進制造技術章先進制造技術3 3）工業(yè)機器人的分類）工業(yè)機器人的分

40、類（1 1）按作業(yè)用途）按作業(yè)用途 工業(yè)機器人可分為焊接機器人、噴漆機器人、搬運機器人、裝配工業(yè)機器人可分為焊接機器人、噴漆機器人、搬運機器人、裝配機器人等。機器人等。（2 2）按操作機的運動形態(tài)）按操作機的運動形態(tài) 工業(yè)機器人可分為直角坐標式機器人，極工業(yè)機器人可分為直角坐標式機器人，極( (球球) )坐標式機器人，圓坐標式機器人，圓柱坐標式機器人和關節(jié)式機器人。柱坐標式機器人和關節(jié)式機器人。（3 3）按執(zhí)行機構運動的控制機能）按執(zhí)行機構運動的控制機能 機器人可分為點位控制機器人和連續(xù)軌跡控制機器人。前者只控機器人可分為點位控制機器人和連續(xù)軌跡控制機器人。前者只控制到達某此指定點的位置精度，

41、而不控制其運動過程；后者則對運動制到達某此指定點的位置精度，而不控制其運動過程；后者則對運動過程的全部軌跡進行控制。過程的全部軌跡進行控制。（4 4）按程序輸入方式）按程序輸入方式 工業(yè)機器人可分為編程輸入型機器人和示教再現(xiàn)型機器人。工業(yè)機器人可分為編程輸入型機器人和示教再現(xiàn)型機器人。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術4 4）工業(yè)機器人的應用）工業(yè)機器人的應用（1 1）在汽車焊接方面的應用）在汽車焊接方面的應用 點焊機器人點焊機器人 點焊機器人在汽車制造生產線和裝配工序中較為常見，廣泛應用點焊機器人在汽車制造生產線和裝配工序中較為常見，廣泛應用于焊接薄板材料。裝配每臺汽車車體一般大約需要完

42、成于焊接薄板材料。裝配每臺汽車車體一般大約需要完成3000300040004000個個焊點，其中焊點，其中60%60%是由點焊機器人完成的。點焊機器人屬于點位控制，點是由點焊機器人完成的。點焊機器人屬于點位控制，點焊所要求的位置精度一般在焊所要求的位置精度一般在1mm1mm左右，一般的機器人都可以滿足。左右，一般的機器人都可以滿足。 弧焊機器人弧焊機器人 弧焊機器人用于完成金屬件的連接焊接，絕大多數(shù)機器人可以完弧焊機器人用于完成金屬件的連接焊接，絕大多數(shù)機器人可以完成自動送絲、熔化電極和氣體保護下的焊接工件。弧焊機器人應用范成自動送絲、熔化電極和氣體保護下的焊接工件?；『笝C器人應用范圍很廣，除

43、了汽車行業(yè)外，在通用機械金屬結構等許多行業(yè)中都有應圍很廣，除了汽車行業(yè)外，在通用機械金屬結構等許多行業(yè)中都有應用。用。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術（2 2）在裝配方面的應用）在裝配方面的應用 控制裝置裝配是機械產品控制裝置裝配是機械產品制造過程中的最后一個環(huán)節(jié)。制造過程中的最后一個環(huán)節(jié)。目前，整個機械制造過程中自目前，整個機械制造過程中自動化程度最低的是裝配工藝。動化程度最低的是裝配工藝。隨著市場竟爭的加劇，多品種隨著市場竟爭的加劇，多品種小批量產品的裝配自動化問題小批量產品的裝配自動化問題顯得越來越迫切。在裝配生產顯得越來越迫切。在裝配生產中使用工業(yè)機器人將有助于加中使用工業(yè)機器人

44、將有助于加速產品裝配自動化的進程。所速產品裝配自動化的進程。所示為一種具有反饋裝置的精密示為一種具有反饋裝置的精密裝配機器人作業(yè)示意圖。裝配機器人作業(yè)示意圖。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.5 8.5 柔性制造技術柔性制造技術 8.5.1 8.5.1 柔性制造單元（柔性制造單元（FMCFMC） FMC FMC是在加工中心的基礎上，增加了存儲工件的自動料是在加工中心的基礎上，增加了存儲工件的自動料庫、輸送系統(tǒng)所構成的自動加工系統(tǒng)。庫、輸送系統(tǒng)所構成的自動加工系統(tǒng)。FMCFMC有較齊全的監(jiān)控有較齊全的監(jiān)控功能，包括刀具損壞檢測、壽命檢測和加工工時監(jiān)測等。功能，包括刀具損壞檢測、壽命檢測和

45、加工工時監(jiān)測等。 FMC FMC具有規(guī)模小、成本低、便于擴展等優(yōu)點，有廉價小具有規(guī)模小、成本低、便于擴展等優(yōu)點，有廉價小型型FMSFMS之稱。適于多品種、小批量工件的生產。之稱。適于多品種、小批量工件的生產。第第8 8章先進制造技術章先進制造技術8.5.2 8.5.2 柔性制造系統(tǒng)（柔性制造系統(tǒng)（FMSFMS）1 1）FMSFMS的定義的定義 FMS FMS是在是在FMCFMC的基礎上擴展而形成的一種高效率、高精度、高柔性的基礎上擴展而形成的一種高效率、高精度、高柔性的加工系統(tǒng)。的加工系統(tǒng)。FMSFMS定義是：由若干臺數(shù)控加工設備、物料運儲裝置和計定義是：由若干臺數(shù)控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成，并能根據制造任務或生產品種的變化迅速進行調算機控制系統(tǒng)組成，并能根據制造任務或生產品種的變化迅速進行調整，以適應多品種、中小批量生產的自動化制造系統(tǒng)。它通過簡單地整，以適應多品種、中小批量生產的自動化制造系統(tǒng)。它通過簡單地改變軟件的方法便能夠制造出多種零件。改變軟件的方法便能夠制造出多種零件。2 2）FMSFMS的特征的特征（1 1）柔性高，適合于多品種中小批量零