先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí)及應(yīng)用

1、模塊三模塊三 先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí)及應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí)及應(yīng)用數(shù)控加工技術(shù)快速成形技術(shù)超精密與納米加工技術(shù)工業(yè)機(jī)器人柔性制造技術(shù) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，特別是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)等與制造技術(shù)的深度結(jié)合，制造工業(yè)的面貌發(fā)生了深刻的變化，形成了先進(jìn)（現(xiàn)代）制造體系。先進(jìn)制造技術(shù)的內(nèi)涵及范圍很廣，本章扼要介紹先進(jìn)制造工程技術(shù)中的數(shù)控加工技術(shù)、快速成形技術(shù)、超精密與納米加工技術(shù)、工業(yè)機(jī)器人、柔性制造技術(shù)的概念和應(yīng)用場(chǎng)合。模塊三模塊三 先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí)及應(yīng)用先進(jìn)制造技術(shù)知識(shí)及應(yīng)用11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1.1 數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)字控制與數(shù)控機(jī)床的概念數(shù)字控制

2、(Numerical Control )是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法，簡(jiǎn)稱數(shù)控（NC）。數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床。 進(jìn)一步說，數(shù)控機(jī)床是一種以數(shù)字量作為指令信息形式，通過電子計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ秒娮佑?jì)算裝置，對(duì)這種信息進(jìn)行處理而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的機(jī)床。11.1.2 數(shù)控機(jī)床的基本組成及工作原理數(shù)控機(jī)床的基本組成及工作原理工藝分析數(shù)控加工程序數(shù)控加工B A C KS P A C EC T RLIN SC RT A BA L T0S H IF T ZE N D WH OM E TP g Dn OP g Up JR S T E65“432？1

3、98:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABE S C1 4 彩 色顯 示 器空運(yùn)行Z 軸鎖定MST 鎖定任選程序段機(jī)床鎖定快進(jìn)+JOG-JOG主軸正轉(zhuǎn)主軸停 主軸反轉(zhuǎn)急停超程解除循環(huán)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給保持冷卻液開關(guān) 刀松/刀緊主軸修調(diào)16010進(jìn)給修調(diào)16050403020100電 源關(guān)開1自動(dòng)方式選擇回零手搖點(diǎn)動(dòng)步進(jìn)單段驅(qū) 動(dòng) 器NC機(jī)床電源XYZA主軸超程報(bào)警手搖脈沖發(fā)生器2010 090增量倍率1000101001坐標(biāo)軸選擇Z YX圖樣數(shù)控裝置數(shù)控設(shè)備圖11-1 數(shù)控機(jī)床加工零件的工作過程11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控機(jī)床的基本組成見圖數(shù)控機(jī)床的基本組成見圖11-

4、2所示。所示。加工程序輸入輸出裝置數(shù)控系統(tǒng)輔助控制裝置伺服驅(qū)動(dòng)裝置檢測(cè)反饋裝置機(jī)床本體圖11-2 數(shù)控機(jī)床的基本組成11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1.3 數(shù)控機(jī)床的分類數(shù)控機(jī)床的分類11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù) 開環(huán)控制系統(tǒng) 閉環(huán)控制系統(tǒng) 開環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 沒有位置測(cè)量裝置，信號(hào)流是單向的（數(shù)控裝置進(jìn)給系統(tǒng)），故系統(tǒng)穩(wěn)定性好。這類系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，在精度和速度要求不高、驅(qū)動(dòng)力矩不大的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。一般用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件A相、相、B相相C

5、相、相、f、nCNC插補(bǔ)指令插補(bǔ)指令脈沖頻率脈沖頻率f脈沖個(gè)數(shù)脈沖個(gè)數(shù)n換算換算脈沖環(huán)脈沖環(huán)形分配形分配變換變換功率功率放大放大圖11-4 開環(huán)控制系統(tǒng)原理圖11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù) 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 全閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖的虛線所示，直接對(duì)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置進(jìn)行檢測(cè)。位置控制調(diào)節(jié)器位置控制調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)檢測(cè)與反饋單元檢測(cè)與反饋單元位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際位實(shí)際位置反饋置反饋實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋圖11-5 閉

6、環(huán)系統(tǒng)控制原理圖11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù) 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng) 半閉環(huán)數(shù)控系統(tǒng)的位置采樣點(diǎn)如圖所示，是從驅(qū)動(dòng)裝置(常用伺服電機(jī))或絲杠引出，采樣旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行檢測(cè)，不是直接檢測(cè)運(yùn)動(dòng)部件的實(shí)際位置。位置控制調(diào)節(jié)器位置控制調(diào)節(jié)器速度控制速度控制調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)與驅(qū)動(dòng)位置控制單元位置控制單元速度控制單元速度控制單元+-電機(jī)電機(jī)機(jī)械執(zhí)行部件機(jī)械執(zhí)行部件CNC插補(bǔ)插補(bǔ)指令指令實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋檢測(cè)與反饋單元檢測(cè)與反饋單元實(shí)際位實(shí)際位置反饋置反饋實(shí)際速實(shí)際速度反饋度反饋圖11-6 半閉環(huán)控制系統(tǒng)原理圖11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1.4 11.1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)

7、用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍1. 1.數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn) 加工精度高加工精度高 對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性高對(duì)加工對(duì)象的適應(yīng)性高 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 有利于生產(chǎn)管理有利于生產(chǎn)管理 自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低自動(dòng)化程度高，勞動(dòng)強(qiáng)度低 良好的經(jīng)濟(jì)效益良好的經(jīng)濟(jì)效益 有利于現(xiàn)代化管理有利于現(xiàn)代化管理11.1 11.1 數(shù)控加工技術(shù)數(shù)控加工技術(shù)11.1.4 11.1.4 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍2. 2.數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍 多品種小批量生產(chǎn)的零件多品種小批量生產(chǎn)的零件 形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件形狀結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的零件 生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高 精度要求比較

8、高的零件精度要求比較高的零件 需要頻繁改型的零件需要頻繁改型的零件 價(jià)格昂貴，不允許報(bào)廢的零件價(jià)格昂貴，不允許報(bào)廢的零件 需要生產(chǎn)周期短的零件需要生產(chǎn)周期短的零件11.2 11.2 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)11.2.1 11.2.1 快速成形技術(shù)的概念快速成形技術(shù)的概念 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù)（RP, Rapid PrototypingRP, Rapid Prototyping）是運(yùn)用堆積）是運(yùn)用堆積成形法，由成形法，由CADCAD模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形模型直接驅(qū)動(dòng)的快速制造任意復(fù)雜形狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。狀三維實(shí)體的技術(shù)總稱。 RPRP技術(shù)的成形原理技術(shù)的成形原理不同于常規(guī)制造的

9、去除法（切不同于常規(guī)制造的去除法（切削加工、電火花加工等）和變形法（鑄造、鍛造等），削加工、電火花加工等）和變形法（鑄造、鍛造等），而是利用光、電、熱等手段，通過固化、燒結(jié)、粘結(jié)、而是利用光、電、熱等手段，通過固化、燒結(jié)、粘結(jié)、熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)等方式，有選擇地固化（或粘熔結(jié)、聚合作用或化學(xué)等方式，有選擇地固化（或粘結(jié)）液體材料，實(shí)現(xiàn)材料的遷移和堆積，形成所需要結(jié)）液體材料，實(shí)現(xiàn)材料的遷移和堆積，形成所需要的原型零件。的原型零件。 快速成形技術(shù)是綜合利用CAD技術(shù)、數(shù)控技術(shù)、激光加工技術(shù)和材料技術(shù)實(shí)現(xiàn)從零件設(shè)計(jì)到三維實(shí)體原型制造一體化的系統(tǒng)技術(shù)。它采用軟件離散材料堆積的原理實(shí)現(xiàn)零件的成形，如

10、圖11-4所示。11.2.3 11.2.3 快速成形技術(shù)的工藝方法快速成形技術(shù)的工藝方法 RPRP技術(shù)的具體工藝有很多種，根據(jù)采用的材料和對(duì)材料的處理方技術(shù)的具體工藝有很多種，根據(jù)采用的材料和對(duì)材料的處理方式不同，選擇其中式不同，選擇其中3 3種方法的工藝原理進(jìn)行介紹。種方法的工藝原理進(jìn)行介紹。1. 1.選擇性液體固化選擇性液體固化又稱光固化法，該方法的典型實(shí)現(xiàn)工藝有立體光刻又稱光固化法，該方法的典型實(shí)現(xiàn)工藝有立體光刻（SL,StereoLithographySL,StereoLithography），其工藝原理如），其工藝原理如圖圖11-511-5所示。所示。 光固化法是目前應(yīng)用最廣的快速成

11、形制造方法。其主要特點(diǎn)是：光固化法是目前應(yīng)用最廣的快速成形制造方法。其主要特點(diǎn)是：制造精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率接近制造精度高、表面質(zhì)量好、原材料利用率接近100%100%；能制造形狀復(fù)；能制造形狀復(fù)雜及特別精細(xì)的零件；能使用成形材料較脆、材料固化伴隨一定收雜及特別精細(xì)的零件；能使用成形材料較脆、材料固化伴隨一定收縮率的材料制造所需零件。縮率的材料制造所需零件。11.2.2 11.2.2 快速成形技術(shù)的工作原理快速成形技術(shù)的工作原理11.2 11.2 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù) 2. 2.選擇性層片粘結(jié)選擇性層片粘結(jié) 選擇性層片粘結(jié)選擇性層片粘結(jié)又稱分層實(shí)體制造、疊層制造法又稱分層實(shí)體制造

12、、疊層制造法（LOM,Laminated Object ManufaturingLOM,Laminated Object Manufaturing），其工藝原理），其工藝原理如圖如圖11-611-6所示。所示。疊層法的主要特點(diǎn)疊層法的主要特點(diǎn)是：不需要制作支撐；激光只作輪廓掃描，而不是：不需要制作支撐；激光只作輪廓掃描，而不需填充掃描，成形率高；運(yùn)行成本低；成形過程中無相變且殘余應(yīng)需填充掃描，成形率高；運(yùn)行成本低；成形過程中無相變且殘余應(yīng)力小，適合于加工較大尺寸零件；但材料利用率較低，表面質(zhì)量差。力小，適合于加工較大尺寸零件；但材料利用率較低，表面質(zhì)量差。3. 3.選擇性粉末熔結(jié)選擇性粉末熔結(jié)

13、/ /粘結(jié)粘結(jié)選擇性粉末熔結(jié)選擇性粉末熔結(jié)/ /粘結(jié)又稱燒結(jié)法粘結(jié)又稱燒結(jié)法（SLS，Selective Laser Sintering ），），其工藝原理如其工藝原理如圖圖11-711-7所示。所示。激光選區(qū)燒結(jié)法的主要特點(diǎn)激光選區(qū)燒結(jié)法的主要特點(diǎn)是：不需要制作支撐；成形零件的機(jī)械是：不需要制作支撐；成形零件的機(jī)械性能好，強(qiáng)度高；粉末較松散，燒結(jié)后精度不高，性能好，強(qiáng)度高；粉末較松散，燒結(jié)后精度不高，Z Z軸精度難以控軸精度難以控制。制。11.2 11.2 快速成形技術(shù)快速成形技術(shù) 11.2.4 11.2.4 快速成形技術(shù)的特點(diǎn)和用途快速成形技術(shù)的特點(diǎn)和用途 1. 1.主要特點(diǎn)主要特點(diǎn) 1

14、1）高度柔性；）高度柔性； 2 2）技術(shù)的高度集成；）技術(shù)的高度集成； 3 3）設(shè)計(jì)制造一體化；）設(shè)計(jì)制造一體化； 4 4）快速性；）快速性； 5 5）自由成形制造）自由成形制造(Free Form Fabrication(Free Form Fabrication，F(xiàn)FF)FFF)； 6 6）材料的廣泛性。）材料的廣泛性。 2. 2.用途用途 1 1）產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與功能測(cè)驗(yàn)；）產(chǎn)品設(shè)計(jì)評(píng)估與功能測(cè)驗(yàn)； 2 2）快速模具制造；）快速模具制造； 3 3）醫(yī)學(xué)上的仿生制造；）醫(yī)學(xué)上的仿生制造； 4 4）藝術(shù)品的制造；）藝術(shù)品的制造； 5 5）直接制造金屬型。）直接制造金屬型。 11.2 11.2

15、快速成形技術(shù)快速成形技術(shù) 11.3.1 11.3.1 超精密加工技術(shù)超精密加工技術(shù) 超精密加工是指被加工零件的超精密加工是指被加工零件的尺寸尺寸精度為精度為0.10.10.01m0.01m，加工表，加工表面粗糙度達(dá)面粗糙度達(dá)Ra0.03Ra0.030.0051m0.0051m數(shù)量級(jí)的加工技術(shù)。隨著加工技術(shù)的數(shù)量級(jí)的加工技術(shù)。隨著加工技術(shù)的發(fā)展，超精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化。發(fā)展，超精密加工的技術(shù)指標(biāo)也在不斷變化。 一般加工：一般加工：精度精度10m10m左右，左右，R Ra0.3a0.30.8m0.8m； 精密加工：精密加工：精度精度100.1m100.1m左右，左右，R Ra0.30.0

16、3ma0.30.03m； 超精密加工：超精密加工：精度精度0.10.01m0.10.01m左右，左右，R Ra0.030.05ma0.030.05m； 納米加工：納米加工：精度高于精度高于0.001m0.001m，R Ra a小于小于0.005m 0.005m 。超精密加工的主要方法有：超精密加工的主要方法有： 1 1）金剛石刀具超精密切削；）金剛石刀具超精密切削； 2 2）精密和鏡面磨削；）精密和鏡面磨削； 3 3）精密研磨和拋光；）精密研磨和拋光； 11.3 11.3 超精密與納米加工技術(shù)超精密與納米加工技術(shù)1. 1.金剛石刀具超精密切削；金剛石刀具超精密切削； 金剛石刀具擁有金剛石刀具擁

17、有很高的高溫強(qiáng)度和硬度，而且材質(zhì)細(xì)密，經(jīng)很高的高溫強(qiáng)度和硬度，而且材質(zhì)細(xì)密，經(jīng)過精細(xì)研磨，切削刃可磨得極為鋒利，表面粗糙度值很小，因此過精細(xì)研磨，切削刃可磨得極為鋒利，表面粗糙度值很小，因此可進(jìn)行鏡面切削?？蛇M(jìn)行鏡面切削。 金剛石刀具超精密切削主要用于金剛石刀具超精密切削主要用于加工銅、鋁等有色金屬，如高加工銅、鋁等有色金屬，如高密度硬磁盤的鋁合金基片、激光器的反射鏡、復(fù)印機(jī)的硒鼓、光密度硬磁盤的鋁合金基片、激光器的反射鏡、復(fù)印機(jī)的硒鼓、光學(xué)平面鏡，凹凸鏡、拋物面鏡等。學(xué)平面鏡，凹凸鏡、拋物面鏡等。2. 2.精密和鏡面磨削精密和鏡面磨削 磨削時(shí)尺寸精度和幾何精度主要靠精密磨床保證，可達(dá)亞微米磨

18、削時(shí)尺寸精度和幾何精度主要靠精密磨床保證，可達(dá)亞微米級(jí)精度（指精度為級(jí)精度（指精度為110110-2 -2m）。在某些超精密磨床上可磨出十納）。在某些超精密磨床上可磨出十納米精度的工件。在精密磨床上使用細(xì)粒度磨粒砂輪可磨削出米精度的工件。在精密磨床上使用細(xì)粒度磨粒砂輪可磨削出Ra=0.1Ra=0.10.05m0.05m的表面。使用金屬結(jié)合劑砂輪的在線電解修整砂的表面。使用金屬結(jié)合劑砂輪的在線電解修整砂輪的鏡面磨削技術(shù)可得到輪的鏡面磨削技術(shù)可得到Ra0.01Ra0.010.002m0.002m的鏡面。的鏡面。11.3 11.3 超精密與納米加工技術(shù)超精密與納米加工技術(shù)3. 3.精密研磨和拋光；精

19、密研磨和拋光； 精密研磨和拋光技術(shù)精密研磨和拋光技術(shù)意指：使用超細(xì)粒度的自由磨料，在研具意指：使用超細(xì)粒度的自由磨料，在研具的作用和帶動(dòng)下加工表面，產(chǎn)生壓痕和微裂紋，依次去除表面的的作用和帶動(dòng)下加工表面，產(chǎn)生壓痕和微裂紋，依次去除表面的微細(xì)突出處，加工出微細(xì)突出處，加工出Ra0.010.02m的鏡面。的鏡面。 超精密加工是以精密元件為加工對(duì)象。超精密加工必須具有穩(wěn)超精密加工是以精密元件為加工對(duì)象。超精密加工必須具有穩(wěn)定的加工環(huán)境，即必須在恒溫、超凈、防振等條件下進(jìn)行。另外，定的加工環(huán)境，即必須在恒溫、超凈、防振等條件下進(jìn)行。另外，精密測(cè)量是超精密加工的必要手段，否則無法判斷加工精度。精密測(cè)量是

20、超精密加工的必要手段，否則無法判斷加工精度。11.3 11.3 超精密與納米加工技術(shù)超精密與納米加工技術(shù)11.3.2 11.3.2 納米加工技術(shù)納米加工技術(shù) 納米（納米（NanometerNanometer）, ,是一個(gè)長(zhǎng)度單位，簡(jiǎn)寫為是一個(gè)長(zhǎng)度單位，簡(jiǎn)寫為nmnm。1nm=10-3m=10-9m1nm=10-3m=10-9m。納米技術(shù)納米技術(shù)是是2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代末期誕生并在蓬勃年代末期誕生并在蓬勃發(fā)展的一種高新科學(xué)技術(shù)。納米不僅是一個(gè)空間尺度上的概念，發(fā)展的一種高新科學(xué)技術(shù)。納米不僅是一個(gè)空間尺度上的概念，而且是一種新的思維方式，即生產(chǎn)過程越來越細(xì)，以至于在納米而且是一種新的思維

21、方式，即生產(chǎn)過程越來越細(xì)，以至于在納米尺度上直接由原子、分子的排布制造的具有特定功能的產(chǎn)品。尺度上直接由原子、分子的排布制造的具有特定功能的產(chǎn)品。1. 1.納米技術(shù)的含義納米技術(shù)的含義 納米技術(shù)是指納米級(jí)（納米技術(shù)是指納米級(jí)（0.1100nm）的材料、設(shè)計(jì)、制造、）的材料、設(shè)計(jì)、制造、測(cè)量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。它將加工和測(cè)量精度從微米級(jí)提高到測(cè)量、控制和產(chǎn)品的技術(shù)。它將加工和測(cè)量精度從微米級(jí)提高到納米級(jí)。納米級(jí)。2.納米技術(shù)的主要內(nèi)容納米技術(shù)的主要內(nèi)容納米技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的高新技術(shù)，從基礎(chǔ)研究角度來看，納米技術(shù)是一門多學(xué)科交叉的高新技術(shù)，從基礎(chǔ)研究角度來看，納米技術(shù)包括：納米生物學(xué)、納米電子

22、學(xué)、納米化學(xué)、納米材料納米技術(shù)包括：納米生物學(xué)、納米電子學(xué)、納米化學(xué)、納米材料和納米機(jī)械學(xué)等新學(xué)科。和納米機(jī)械學(xué)等新學(xué)科。11.3 11.3 超精密與納米加工技術(shù)超精密與納米加工技術(shù) 11.3 11.3 超精密與納米加工技術(shù)超精密與納米加工技術(shù)3.納米級(jí)加工納米級(jí)加工納米級(jí)加工是指：納米級(jí)加工是指：加工精度高于加工精度高于10-3m，表面粗糙度，表面粗糙度Ra小于小于0.005m，達(dá)達(dá)到納米級(jí)精度。包括納米級(jí)尺寸精度、納米級(jí)幾何形狀精度和納到納米級(jí)精度。包括納米級(jí)尺寸精度、納米級(jí)幾何形狀精度和納米級(jí)表面質(zhì)量。米級(jí)表面質(zhì)量。納米級(jí)加工方法包括：納米級(jí)加工方法包括：機(jī)械加工、化學(xué)腐蝕、能量束加工、

23、復(fù)合機(jī)械加工、化學(xué)腐蝕、能量束加工、復(fù)合加工、掃描隧道顯微加工等。加工、掃描隧道顯微加工等。納米級(jí)機(jī)械加工方法包括：納米級(jí)機(jī)械加工方法包括：?jiǎn)尉Ы饎偸毒叩某苣ハ?；金剛單晶金剛石刀具的超精密磨削；金剛石砂輪和立方氮化硼砂輪的超精密磨削及鏡面磨削；衍磨和砂帶石砂輪和立方氮化硼砂輪的超精密磨削及鏡面磨削；衍磨和砂帶拋光等固定磨料工具的加工；衍磨、拋光等自由磨料的加工等。拋光等固定磨料工具的加工；衍磨、拋光等自由磨料的加工等。 11.4 11.4 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人11.4.1 工藝機(jī)器人的基本概念工藝機(jī)器人的基本概念1.工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人（工業(yè)機(jī)器人（Industri

24、al Robot,簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱Robot ）是一種可重復(fù)編程）是一種可重復(fù)編程的、自動(dòng)控制的、多自由度的、機(jī)體獨(dú)立的自動(dòng)操作機(jī)械。的、自動(dòng)控制的、多自由度的、機(jī)體獨(dú)立的自動(dòng)操作機(jī)械。 2.工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成（1）執(zhí)行系統(tǒng)）執(zhí)行系統(tǒng)（2）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（3）控制系統(tǒng)）控制系統(tǒng)（4）檢測(cè)系統(tǒng)）檢測(cè)系統(tǒng)（5）智能系統(tǒng)）智能系統(tǒng)11.4 11.4 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人3.工藝機(jī)器人的分類工藝機(jī)器人的分類按系統(tǒng)功能分類：按系統(tǒng)功能分類：專用機(jī)器人、通用機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、智能機(jī)器人專用機(jī)器人、通用機(jī)器人、示教再現(xiàn)機(jī)器人、智能機(jī)器人按結(jié)構(gòu)形式分類：按結(jié)構(gòu)形式分類： 直角坐標(biāo)機(jī)器人、圓柱坐

25、標(biāo)機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)機(jī)器人。直角坐標(biāo)機(jī)器人、圓柱坐標(biāo)機(jī)器人、球坐標(biāo)機(jī)器人、關(guān)節(jié)機(jī)器人。按驅(qū)動(dòng)方式分類：按驅(qū)動(dòng)方式分類：氣壓傳動(dòng)機(jī)器人、液壓傳動(dòng)機(jī)器人、電力傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)機(jī)器人、液壓傳動(dòng)機(jī)器人、電力傳動(dòng)機(jī)器人。機(jī)器人。按承擔(dān)工作任務(wù)性質(zhì)可分為：按承擔(dān)工作任務(wù)性質(zhì)可分為：搬運(yùn)機(jī)器人和作業(yè)機(jī)器人。搬運(yùn)機(jī)器人和作業(yè)機(jī)器人。雖然工業(yè)機(jī)器人品種繁多，但從設(shè)計(jì)與使用角度出發(fā)，工業(yè)機(jī)器雖然工業(yè)機(jī)器人品種繁多，但從設(shè)計(jì)與使用角度出發(fā)，工業(yè)機(jī)器人的主要技術(shù)性能參數(shù)包括：人的主要技術(shù)性能參數(shù)包括：運(yùn)動(dòng)自由度、工作空間、工作負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)自由度、工作空間、工作負(fù)荷、運(yùn)動(dòng)速度、位置精度。運(yùn)動(dòng)速度、位置精度。11.4

26、11.4 工業(yè)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人11.4.2 工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用 工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用主要是對(duì)人體有危險(xiǎn)或危害的工業(yè)機(jī)器人的最初應(yīng)用主要是對(duì)人體有危險(xiǎn)或危害的操作環(huán)境。操作環(huán)境。 今天，在現(xiàn)代制造業(yè)中，利用機(jī)器人能擴(kuò)大機(jī)械制造今天，在現(xiàn)代制造業(yè)中，利用機(jī)器人能擴(kuò)大機(jī)械制造系統(tǒng)的功能和范圍，以及提高自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)柔性系統(tǒng)的功能和范圍，以及提高自動(dòng)化程度，是實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化的基本設(shè)備。自動(dòng)化的基本設(shè)備。 用于生產(chǎn)中用于生產(chǎn)中 的工業(yè)機(jī)器人有：鑄造機(jī)器人、焊接機(jī)器的工業(yè)機(jī)器人有：鑄造機(jī)器人、焊接機(jī)器人、噴漆機(jī)器人、裝配機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等。此外，人、噴漆機(jī)器人、裝配機(jī)器人、搬運(yùn)機(jī)器人等

27、。此外，高壓作業(yè)線、服裝剪裁、管道作業(yè)、擦玻璃的機(jī)器人也高壓作業(yè)線、服裝剪裁、管道作業(yè)、擦玻璃的機(jī)器人也發(fā)揮著巨大的作用。發(fā)揮著巨大的作用。11.5 11.5 柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù) 傳統(tǒng)的專用機(jī)床傳統(tǒng)的專用機(jī)床和和“剛性剛性”自動(dòng)生產(chǎn)線雖然有很高的生產(chǎn)效自動(dòng)生產(chǎn)線雖然有很高的生產(chǎn)效率，但其加工的零件形狀和尺寸單一，難以改變，這對(duì)于大批大率，但其加工的零件形狀和尺寸單一，難以改變，這對(duì)于大批大量生產(chǎn)是合適的。為滿足多品種、小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短量生產(chǎn)是合適的。為滿足多品種、小批量、產(chǎn)品更新?lián)Q代周期短的要求，的要求，20世紀(jì)世紀(jì)70年代以來，隨著微電子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技年代以來，隨著微電

28、子技術(shù)，特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，一種以機(jī)械加工為主的柔性制造技術(shù)得到術(shù)、傳感技術(shù)的發(fā)展，一種以機(jī)械加工為主的柔性制造技術(shù)得到迅速發(fā)展，主要有柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制迅速發(fā)展，主要有柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。造系統(tǒng)。11.5.1 柔性制造單元柔性制造單元 FMC（Flexible Manufacturing Cell）是在加工中心的基礎(chǔ)上，）是在加工中心的基礎(chǔ)上，增加了貯存工件的自動(dòng)料庫、輸送系統(tǒng)所構(gòu)成的自動(dòng)加工系統(tǒng)。增加了貯存工件的自動(dòng)料庫、輸送系統(tǒng)所構(gòu)成的自動(dòng)加工系統(tǒng)。如如圖圖11-8所示為配有托盤交換系統(tǒng)的所示為配有托盤交換系統(tǒng)的FMC。FMC適于適于多品種、小批量工件的生產(chǎn)。多品種、小批量工件的生產(chǎn)。FMC具有規(guī)模小、成本低，具有規(guī)模小、成本低，便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。但便于擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)。但FMC的信息系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，加工柔性的信息系統(tǒng)自動(dòng)化程度較低，加工柔性不高，只能完成品種有限的零件加工。不高，只能完成品種有限的零件加工。11.5 11.5 柔性制造技術(shù)柔性制造技術(shù)11.5.2 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng) 1.FMS（Flexible Manufacturing System）的定義和組成FMS是在FMC的基礎(chǔ)上擴(kuò)展而成的一種高效率、高精度、高柔