第8章先进制造技术

1、第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.18.1数控加工技术数控加工技术8.1.1.8.1.1.数控及数控机床的概念数控及数控机床的概念 数控数控(NumerkalControl(NumerkalControl，NC)NC)就是用数字形式的操作指令就是用数字形式的操作指令( (或程序或程序) )控制控制机床或其他设备的一种控制方式。机床或其他设备的一种控制方式。 利用数控方式，按给定程序自动地进行加工的机床，称为数控机床。利用数控方式，按给定程序自动地进行加工的机床，称为数控机床。8.1.28.1.2数控机床的基本工作原理数控机床的基本工作原理 以穿孔带作控制介质的数控机床的基本工作原理如图

2、以穿孔带作控制介质的数控机床的基本工作原理如图6161所示。其主要所示。其主要环节如下：环节如下： (1)(1)根椐零件图纸，用选定的根椐零件图纸，用选定的“标准代码标准代码”( (数字和文字形式数字和文字形式) )编写加工编写加工程序；程序； (2)(2)根据编好的程序制作穿孔带根据编好的程序制作穿孔带( (控制介质控制介质) )； (3)(3)光电阅读机阅读穿孔带，并将穿孔纸带上的一排排数据送人数控装光电阅读机阅读穿孔带，并将穿孔纸带上的一排排数据送人数控装置；置； (4)(4)数控装置对输入的数据进行处理，并转换成驱动伺服机构的脉冲形数控装置对输入的数据进行处理，并转换成驱动伺服机构的脉

3、冲形式指令信号；式指令信号； (5)(5)伺服机构控制机床的工作，完成所需要的各种加工。伺服机构控制机床的工作，完成所需要的各种加工。8.18.1数控加工技术数控加工技术8.1.38.1.3数控机床的控制方法数控机床的控制方法数控机床的控制方法有：点位控制、直线控制和连续控制。数控机床的控制方法有：点位控制、直线控制和连续控制。(1)(1)点位控制：其特点是只要求控制刀具或机床工作台从一点移动到另一点的准确点位控制：其特点是只要求控制刀具或机床工作台从一点移动到另一点的准确定位，至于点与点之间移动的轨迹原则上不加控制，且在移动过程中刀具不进行定位，至于点与点之间移动的轨迹原则上不加控制，且在移

4、动过程中刀具不进行切削，如图切削，如图6363所所 示。采用点位控制的机床有钻床、镗床和冲床等。示。采用点位控制的机床有钻床、镗床和冲床等。 (2)(2)直线控制：其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证被控制直线控制：其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证被控制的两个坐标点间移动的轨迹是一条直线，且在移动的过程中，刀具能按指定的进的两个坐标点间移动的轨迹是一条直线，且在移动的过程中，刀具能按指定的进给速度进行切削，如图给速度进行切削，如图6464所示。采用直线控制的机床有车床、铣床和磨床等。所示。采用直线控制的机床有车床、铣床和磨床等。 (3)(3)连续控制连续控制( (或

5、轮廓控制或轮廓控制) )：其特点是能够对两个或两个以上坐标方向的同时：其特点是能够对两个或两个以上坐标方向的同时运动，进行严格地不间断地控制。并且，在运动过程中，刀具对工件表面连续进运动，进行严格地不间断地控制。并且，在运动过程中，刀具对工件表面连续进行切削，如图行切削，如图6565所示。采用连续控制的机床有铣床、车床、磨床和齿轮加工机所示。采用连续控制的机床有铣床、车床、磨床和齿轮加工机床等。床等。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.1.48.1.4数控机床的特点和应用数控机床的特点和应用(1)(1)适应性广适应性广 当加工对象改变时，除了重新装

6、卡工件和更换刀具外，当加工对象改变时，除了重新装卡工件和更换刀具外，一般只要更换控制介质，即可自动地加工出所要求的新零件，一般只要更换控制介质，即可自动地加工出所要求的新零件，而不必对机床做任何调整。而不必对机床做任何调整。(2)(2)加工效率高加工效率高 因更换控制介质因更换控制介质( (如穿孔纸带如穿孔纸带) )很快，装卸工件和按需要很快，装卸工件和按需要更换刀具或夹具的时间是主要的辅助时间。更换刀具或夹具的时间是主要的辅助时间。(3)(3)可提高零件的互换性可提高零件的互换性 在没有人干预的情况下，自动完成零件加工，可提高零在没有人干预的情况下，自动完成零件加工，可提高零件的精度。件的精

7、度。(4)(4)机床成本高机床成本高 因此，数控机床主要适应于小批量、多品种的生产类型。因此，数控机床主要适应于小批量、多品种的生产类型。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.1.58.1.5数控技术的发展数控技术的发展1 1数控机床的发展数控机床的发展 随着制造技术的不断发展，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、随着制造技术的不断发展，数控机床的工艺功能已由加工循环控制、加工中心，发展到适应控制。加工中心，发展到适应控制。 加工循环控制虽可实现每个加加工循环控制虽可实现每个加-ET-ET序的自动化，但不同工序中的刀具序的自动化，但不同工序中的刀具的更换及工件的重新装夹，仍须人工来完成。

8、的更换及工件的重新装夹，仍须人工来完成。 加工中心是一种高度自动化的多工序机床，又称为自动换刀数控机床。加工中心是一种高度自动化的多工序机床，又称为自动换刀数控机床。它能自动完成刀具的更换、工件的转位和定位、主轴转速和进给量的变换它能自动完成刀具的更换、工件的转位和定位、主轴转速和进给量的变换等，使工件在机床上只装夹一次，就能完成全部加工。因此，它可以显著等，使工件在机床上只装夹一次，就能完成全部加工。因此，它可以显著缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件。缩短辅助时间，提高生产率，改善劳动条件。 适应控制数控机床是一种具有适应控制数控机床是一种具有“随机应变随机应变”功能的机床。它能在加工功

9、能的机床。它能在加工过程中，根据切削条件过程中，根据切削条件( (如切削力、切削功率、切削温度、刀具磨损及表如切削力、切削功率、切削温度、刀具磨损及表面质量等面质量等) )的变化，自动调整切削条件，使机床保持在最佳的状态下进行的变化，自动调整切削条件，使机床保持在最佳的状态下进行加工。加工。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.1.58.1.5数控技术的发展数控技术的发展2 2数控技术的发展数控技术的发展 数控机床的控制装置已经历了电子管元件、晶体管和印刷电路板元件、集成数控机床的控制装置已经历了电子管元件、晶体管和印刷电路板元件、集成电路、小型机算机、微处理机的发展过程。与此同时，数控技

10、术也得到了相应的电路、小型机算机、微处理机的发展过程。与此同时，数控技术也得到了相应的发展。发展。 (1)(1)普通数控普通数控(NumericalControl(NumericalControl，NC)NC)：普通数控采用的是电子管元件、晶体：普通数控采用的是电子管元件、晶体管和印刷电路板元件或集成电路数控装置，它们使用固定接线的电子线路来完成管和印刷电路板元件或集成电路数控装置，它们使用固定接线的电子线路来完成所需要的各种逻辑和运算。一般是针对某种机床的控制要求，专门设计和制造的，所需要的各种逻辑和运算。一般是针对某种机床的控制要求，专门设计和制造的，其适应性较差，通用性也差。一旦制成，较

11、难更改，故又称为其适应性较差，通用性也差。一旦制成，较难更改，故又称为“硬连接数控硬连接数控”。这样的数控装置，工艺性差，生产周期长，成本高。这样的数控装置，工艺性差，生产周期长，成本高。 (2)(2)计算机数控计算机数控(ComputerNumerical Control(ComputerNumerical Control，CNC)CNC)：计算机数控采用一种小：计算机数控采用一种小型计算机，按照存储在计算机内的控制程序来实现部分或全部数控功能。型计算机，按照存储在计算机内的控制程序来实现部分或全部数控功能。 (3) (3)计算机群控计算机群控(DirectNumericalControl(

12、DirectNumericalControl，DNC)DNC)：计算机群控是用一台或几：计算机群控是用一台或几台计算机直接控制多台数控机床。加工时，由公共存储器按照需要，向各机床分台计算机直接控制多台数控机床。加工时，由公共存储器按照需要，向各机床分配数据，协调和控制各个机床的运动。配数据，协调和控制各个机床的运动。 在进一步发展控制功能更为完善、高效、高精度、高自动化数控机床的同时，在进一步发展控制功能更为完善、高效、高精度、高自动化数控机床的同时，还要注意发展简易数控系统。这对普及数控技术、实现机床数控化具有重大意义。还要注意发展简易数控系统。这对普及数控技术、实现机床数控化具有重大意义。

13、第8章先进制造技术8.28.2 快速成形技术快速成形技术8 82 21 1 快速成形技术的概念快速成形技术的概念 使用使用RPRP（基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数（基于离散堆积成形思想的新型成形技术，是集成计算机、数控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术）控、激光和新材料等最新技术而发展起来的先进的产品研究与开发技术）技术，由技术，由CADCAD模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术模型直接驱动的快速完成任意复杂形状三维实体零件的技术的总称。的总称。8 82 22 2快速成形技术的工作原理快速成形技术的工作原理 由由CADCAD软件设

14、计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；将三维模软件设计出所需零件的计算机三维曲面或实体模型；将三维模型沿一定方向（通常为型沿一定方向（通常为Z Z向）离向）离散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）；根据每层轮廓信息，进行散成一系列有序的二维层片（习惯称为分层）；根据每层轮廓信息，进行工艺规划，选择加工参数，自动生工艺规划，选择加工参数，自动生成数控代码；成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物成数控代码；成形机制造一系列层片并自动将它们联接起来，得到三维物理实体。理实体。8 82 23 3快速成形技术的工艺方法快速成形技术的工艺方法 1 1选择性液体固化选择性液体固化 2 2选

15、择性层片粘结选择性层片粘结 3 3选择性粉末熔结选择性粉末熔结第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.28.2 快速成形技术快速成形技术8 82 24 4快速成形技术的重要特点和用途快速成形技术的重要特点和用途1.1.特点特点（1 1）高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；）高度柔性，可以制造任意复杂形状的三维实体；（2 2）CADCAD模型直接驱动，设计制造高度一体化；模型直接驱动，设计制造高度一体化；（3 3）成形过程无需专用夹具或工具；）成形过程无需专用夹具或工具；（4 4）无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；）无需人员干预或较少干预，是一种自动化的成形过程；（5 5）

16、成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；）成形全过程的快速性，适合现代激烈的产品市场；（6 6）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它）技术的高度集成性，既是现代科学技术发展的必然产物，也是对它们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。们的综合应用，带有鲜明的高新技术特征。 先进的快速成形制造（先进的快速成形制造（RPMRPM）系统，）系统， 即是与即是与CADCAD集成的快速成形制集成的快速成形制造系统，造系统， 属于属于CIMSCIMS的目标产品的范畴。的目标产品的范畴。 由于它直接由计算机数据信息由于它直接由计算机数据信息驱动设备进行制造，驱动设备进行制造， 因此是一

17、种数字化制造。因此是一种数字化制造。 在信息传递网络化的今天，在信息传递网络化的今天，RPMRPM技术成为实现数字化制造的最佳方法。技术成为实现数字化制造的最佳方法。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.28.2 快速成形技术快速成形技术8 82 24 4快速成形技术的重要特点和用途快速成形技术的重要特点和用途2 2用途用途（1 1）能用于制造业中快速产品开发、快速工具制造、）能用于制造业中快速产品开发、快速工具制造、模具制造、微型机械制造、小批零件生产。模具制造、微型机械制造、小批零件生产。（2 2）用于与美学有关的工程设计、如建筑设计、桥梁）用于与美学有关的工程设计、如建筑设计、桥梁设

18、计、古建筑恢复等，以及首饰、灯饰等的设计。设计、古建筑恢复等，以及首饰、灯饰等的设计。（3 3）在医学上可用于颅外科、体外科、牙外科等制造）在医学上可用于颅外科、体外科、牙外科等制造颅骨、假肢、关节、整形。颅骨、假肢、关节、整形。（4 4）可用于考古等恢复考古工程。）可用于考古等恢复考古工程。（5 5）可制作三维地图、光弹模型制作等。）可制作三维地图、光弹模型制作等。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术831精密和超精密加工的技术内涵精密和超精密加工的技术内涵 1 精密加工和超精密加工的范畴精密加工和超精密加工的范畴 当前，精密加工是指加工

19、精度为当前，精密加工是指加工精度为10.1m、表面粗糙度为、表面粗糙度为Ra0.10.025m的加工的加工技术；超精密加工是指加工精度高于技术；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的加工技的加工技术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米术，因此，超精密加工又称之为亚微米级加工。但是，目前超精密加工已进入纳米级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术级精度阶段，故出现了纳米加工及其相应的技术 从精密加工和超精密加工的范畴来看，它应该包括微细加工、超微细加工、光整从精密加工和超精密加工的范畴来看，它应该包括微细加工、超微

20、细加工、光整加工、精整加工等加工技术。加工、精整加工等加工技术。 微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微微细加工技术是指制造微小尺寸零件的加工技术；超微细加工技术是指制造超微小尺寸零件的加工技术，它们是针对集成电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术，它们是针对集成电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绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表其精度是用切除尺寸的绝对值来表示，而不是用所加工尺寸与尺寸误差的比值来表示。示。 光整加工一般是指降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着光整加工一般是指降低表

21、面粗糙度和提高表面层力学机械性质的加工方法，不着重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际重于提高加工精度，其典型加工方法有珩磨、研磨、超精加工及无屑加工等。实际上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年上，这些加工方法不仅能提高表面质量，而且可以提高加工精度。精整加工是近年来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和来提出的一个新的名词术语，它与光整加工是对应的，是指既要降低表面粗糙度和提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度提高表面层力学机械性质，又要提高加工精度(包括尺寸、形状位置精度包括尺寸、形状位

22、置精度)的加工方法。的加工方法。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术 8 83 31 1精密和超精密加工的技术内涵精密和超精密加工的技术内涵 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 根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工方法，可以分为去除加工、根据加工方法的机理和特点，精密和超精密加工方法，可以分为去除加工、结合加工和变形加工三大类。结合加工和变形加工三大类。 (1) (1)去除加工。又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加去除加工。又称为分离加工，是从工件上去除一部分材料，传统的机械加工方法，如车削

23、、铣削、磨削、研磨和抛光等，以及特种加工中的电火花加工、电工方法，如车削、铣削、磨削、研磨和抛光等，以及特种加工中的电火花加工、电解加工等，均属这种加工方法。解加工等，均属这种加工方法。 (2) (2)结合加工。利用物理和化学方法，将不同材料结合结合加工。利用物理和化学方法，将不同材料结合(bonding)(bonding)在一起。按在一起。按结合的机理、方法、强弱等，它又分为附着结合的机理、方法、强弱等，它又分为附着(deposition)(deposition)、注入、注入(injection)(injection)和连和连接接(jointed)(jointed)三种。三种。附着加工又称为

24、沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，附着加工又称为沉积加工，是在工件表面上覆盖一层物质，是一种弱结合，典型的加工方法是镀；是一种弱结合，典型的加工方法是镀；注入加工又称为渗入加工，是在工件表面注入加工又称为渗入加工，是在工件表面上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金上注入某些元素，使之与基体材料产生物理化学反应，是具有共价键、离子键、金属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳渗氮等；属键的强结合，用以改变工件表层材料的力学机械性质，如渗碳渗氮等；连接是连接是将两种相同或不同材料通过物化方法连接在一起，如焊接、粘接等。将两种相同或不同材料通过物

25、化方法连接在一起，如焊接、粘接等。 (3) (3)变形加工。又称为流动加工，利用力、热、分子运动等手段，使工件产生变形加工。又称为流动加工，利用力、热、分子运动等手段，使工件产生变形，改变其尺寸、形状和性能。变形，改变其尺寸、形状和性能。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术 3 3、 影响精密加工和超精密加工的因素影响精密加工和超精密加工的因素 （1 1） 加工机理加工机理 近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密近年来，在传统加工方法中，金刚石刀具超精密切削、金刚石微粉砂轮超精密磨削、精密高速切削、精密砂带磨

26、削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了磨削、精密高速切削、精密砂带磨削等已占有重要地位；在非传统加工中，出现了电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化电子束、离子束、激光束等高能加工、微波加工、超声加工、蚀刻、电火花和电化学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声学加工等多种方法，特别是复合加工，如磁性研磨、磁流体抛光、电解研磨、超声珩磨等，在加工机理上均有所创新。珩磨等，在加工机理上均有所创新。 在加工机理上特别提出了以快速成型为代表的在加工机理上特别提出了以快速成型为代表的“堆积堆积”加工，这在加工技术上加工，这在加工技术上

27、具有里程碑意义。具有里程碑意义。 （2 2） 被加工材料被加工材料 用精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性用精密和超精密加工的零件，其材料的化学成分、物理力学性能、加工工艺性能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观能均有严格要求。例如，要求被加工材料质地均匀，性能稳定，无外部及内部微观缺陷；其化学成分的误差应在缺陷；其化学成分的误差应在10-210-210-310-3数量级，不能含有杂质；其物理力学性数量级，不能含有杂质；其物理力学性能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模量、热导率和膨胀系数等应达到能，如拉伸强度、硬度、延伸率、弹性模

28、量、热导率和膨胀系数等应达到1010-5-51010-6-6数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格数量级；材料在冶炼、铸造、辗轧、热处理等工艺过程中，应严格控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满控制熔渣过滤、辗轧方向、温度等，使材质纯净、晶粒大小匀称、无方向性，能满足物理、化学、力学等性能要求。足物理、化学、力学等性能要求。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术 3 3、 影响精密加工和超精密加工的因素影响精密加工和超精密加工的因素 （3 3）加工设备及其基础元部件）加工设备及其基础元部

29、件 对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。对精密和超精密加工所用的加工设备有下列要求。 1) 1)高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、高精度。包括高的静精度和动精度，主要的性能指标有几何精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、定位精度和重复定位精度、分辨率等，如主轴回转精度、导轨运动精度、分度精度等；分度精度等； 2) 2)高刚度。包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触高刚度。包括高的静刚度和动刚度，除本身刚度外，还应注意接触刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工艺系统刚度。刚度，以及由工件、机床、刀具、夹具所组成的工

30、艺系统刚度。 3) 3)高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，高稳定性。设备在经运输、存储以后，在规定的工作环境下使用，应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振应能长时间保持精度、抗干扰、稳定工作。设备应有良好的耐磨性、抗振性等。性等。 4) 4)高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采高自动化。为了保证加工质量，减少人为因素影响，加工设备多采用数控系统实现自动化。用数控系统实现自动化。 加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和加工设备的质量与基础元部件，如主轴系统、导轨、直线运动单元和分度转台等密切相关，应注意

31、这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要分度转台等密切相关，应注意这些元部件质量。此外，夹具、辅具等也要求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。求有相应的高精度、高刚度和高稳定性。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术 3 3、 影响精密加工和超精密加工的因素影响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、磨具及刃磨技术。用金刚石刀加工工具主要是指刀具、磨具及刃磨技术。用金刚石刀具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃具超精密切削，值得研究的问题有：金刚石刀具的超精密刃磨，其刃口钝圆半径应达到磨，其

32、刃口钝圆半径应达到2 24nm4nm，同时应解决其检测方法，同时应解决其检测方法，刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到刃口钝圆半径与切削厚度关系密切，若切削的厚度欲达到10nm10nm，则刃口钝圆半径应为，则刃口钝圆半径应为2nm2nm。磨具当前主要采用金刚石微。磨具当前主要采用金刚石微粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等粉砂轮超精密磨削，这种砂轮有磨料粒度、粘接剂、修整等问题，通常，采用粒度为问题，通常，采用粒度为W20W20W0.5W0.5的微粉金刚石，粘接剂采的微粉金刚石，粘接剂采用树脂、铜、纤维铸铁等。用树脂、铜、纤维铸铁等。第第8 8章先进制造技术章先进

33、制造技术8 83 3超精密与纳米加工技术超精密与纳米加工技术 3 3、 影响精密加工和超精密加工的因素影响精密加工和超精密加工的因素 （5 5） 检测与误差补偿检测与误差补偿 精密和超精密加工必须具备相应的检测手段和方法，不仅要对工件和表面质精密和超精密加工必须具备相应的检测手段和方法，不仅要对工件和表面质量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度。量进行检验，而且要检验加工设备和基础元部件的精度。 误差预防和误差补偿是提高精密和超精密加工精度的重要措施。误差预防误差预防和误差补偿是提高精密和超精密加工精度的重要措施。误差预防通过提高机床制造精度、保证加工环境条件等来减少误差源及其影响；

34、误差补偿通过提高机床制造精度、保证加工环境条件等来减少误差源及其影响；误差补偿是在误差分离的基础上，利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消是在误差分离的基础上，利用误差补偿装置对误差值进行静态和动态补偿，以消除误差本身的影响。静态误差补偿是根据事先测出的误差值，在加工时通过硬件除误差本身的影响。静态误差补偿是根据事先测出的误差值，在加工时通过硬件或软件进行补偿；动态误差补偿是在在线检测基础上，在加工时进行实时补偿。或软件进行补偿；动态误差补偿是在在线检测基础上，在加工时进行实时补偿。 （6 6）工作环境）工作环境 精密和超精密加工的工作环境是保证加工质量的必要条件，影响环境主要有精密

35、和超精密加工的工作环境是保证加工质量的必要条件，影响环境主要有温度、湿度、污染和振动等因素。温度、湿度、污染和振动等因素。 环境温度可根据加工要求控制在环境温度可根据加工要求控制在110.020.02，甚至达到，甚至达到0.00050.0005 在恒温室内，一般湿度应保持在在恒温室内，一般湿度应保持在55%55%60%60%，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以，防止机器的锈蚀、石材膨胀，以及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。及一些仪器，如激光干涉仪的零点漂移等。 污染主要是指空气中的尘埃，尘埃可能会在加工时划伤加工表面。污染主要是指空气中的尘埃，尘埃可能会在加工时划伤加工表面。8.48.4工业机器

36、人工业机器人8.4.1 8.4.1 工业机器人的组成与分类工业机器人的组成与分类1 1）工业机器人的定义）工业机器人的定义工业机器人（工业机器人（industrial Robot,industrial Robot,简称简称RobotRobot）是一种可以搬运物料、）是一种可以搬运物料、零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；它由计算机控制，零件、工具或完成多种操作功能的专用机械装置；它由计算机控制，是无人参与的自主自动化控制系统；它是可编程具有柔性的自动化系是无人参与的自主自动化控制系统；它是可编程具有柔性的自动化系统，可以允许人机联系。统，可以允许人机联系。 工业机器人技术是在控制工程、

37、计算机科学、人工智能和机构学工业机器人技术是在控制工程、计算机科学、人工智能和机构学等多种学科基础上发展起来的一种综合性技术，在现代制造系统中，等多种学科基础上发展起来的一种综合性技术，在现代制造系统中，工业机器人是以多品种、少批量生产自动化为服务对象的，因此，它工业机器人是以多品种、少批量生产自动化为服务对象的，因此，它在柔性制造系统（在柔性制造系统（FMSFMS）、计算机集成制造系统（）、计算机集成制造系统（CIMSCIMS）和其他机电一）和其他机电一体化的系统中获得广泛的应用，成为现代制造系统不可缺少的组成部体化的系统中获得广泛的应用，成为现代制造系统不可缺少的组成部分。分。第第8 8章

38、先进制造技术章先进制造技术2 2）工业机器人的基本组成）工业机器人的基本组成（1 1）执行机构）执行机构 执行机构是一组具有与人手脚功能相似的机械机构，也称操作机，通常由执行机构是一组具有与人手脚功能相似的机械机构，也称操作机，通常由手部、腕部、臂部、机身、机座及行走机构组成。手部、腕部、臂部、机身、机座及行走机构组成。（2 2）控制系统）控制系统 控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序运动，并记忆控制系统是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序运动，并记忆人们示教的指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度等，同时对执行机构人们示教的指令信息，如动作顺序、运动轨迹、运动速度等

39、，同时对执行机构发出执行指令。发出执行指令。（3 3）驱动系统）驱动系统 驱动系统包括驱动器和传动机构，常和执行机构连成一体，驱动臂杆完成驱动系统包括驱动器和传动机构，常和执行机构连成一体，驱动臂杆完成指定的运动。指定的运动。（4 4）位置检测装置）位置检测装置 通过力、位移、触觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态，并随时通过力、位移、触觉等传感器检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便使执行机构以一定的精度和速度到达设定的位置。反馈给控制系统，以便使执行机构以一定的精度和速度到达设定的位置。 第第8 8章先进制造技术章先进制造技术3 3）工业机器人的分类）工业机器人的分

40、类（1 1）按作业用途）按作业用途 工业机器人可分为焊接机器人、喷漆机器人、搬运机器人、装配工业机器人可分为焊接机器人、喷漆机器人、搬运机器人、装配机器人等。机器人等。（2 2）按操作机的运动形态）按操作机的运动形态 工业机器人可分为直角坐标式机器人，极工业机器人可分为直角坐标式机器人，极( (球球) )坐标式机器人，圆坐标式机器人，圆柱坐标式机器人和关节式机器人。柱坐标式机器人和关节式机器人。（3 3）按执行机构运动的控制机能）按执行机构运动的控制机能 机器人可分为点位控制机器人和连续轨迹控制机器人。前者只控机器人可分为点位控制机器人和连续轨迹控制机器人。前者只控制到达某此指定点的位置精度，

41、而不控制其运动过程；后者则对运动制到达某此指定点的位置精度，而不控制其运动过程；后者则对运动过程的全部轨迹进行控制。过程的全部轨迹进行控制。（4 4）按程序输入方式）按程序输入方式 工业机器人可分为编程输入型机器人和示教再现型机器人。工业机器人可分为编程输入型机器人和示教再现型机器人。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术4 4）工业机器人的应用）工业机器人的应用（1 1）在汽车焊接方面的应用）在汽车焊接方面的应用 点焊机器人点焊机器人 点焊机器人在汽车制造生产线和装配工序中较为常见，广泛应用点焊机器人在汽车制造生产线和装配工序中较为常见，广泛应用于焊接薄板材料。装配每台汽车车体一般大约需要完

42、成于焊接薄板材料。装配每台汽车车体一般大约需要完成3000300040004000个个焊点，其中焊点，其中60%60%是由点焊机器人完成的。点焊机器人属于点位控制，点是由点焊机器人完成的。点焊机器人属于点位控制，点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，一般的机器人都可以满足。左右，一般的机器人都可以满足。 弧焊机器人弧焊机器人 弧焊机器人用于完成金属件的连接焊接，绝大多数机器人可以完弧焊机器人用于完成金属件的连接焊接，绝大多数机器人可以完成自动送丝、熔化电极和气体保护下的焊接工件。弧焊机器人应用范成自动送丝、熔化电极和气体保护下的焊接工件。弧焊机器人应用范围很广，除

43、了汽车行业外，在通用机械金属结构等许多行业中都有应围很广，除了汽车行业外，在通用机械金属结构等许多行业中都有应用。用。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术（2 2）在装配方面的应用）在装配方面的应用 控制装置装配是机械产品控制装置装配是机械产品制造过程中的最后一个环节。制造过程中的最后一个环节。目前，整个机械制造过程中自目前，整个机械制造过程中自动化程度最低的是装配工艺。动化程度最低的是装配工艺。随着市场竟争的加剧，多品种随着市场竟争的加剧，多品种小批量产品的装配自动化问题小批量产品的装配自动化问题显得越来越迫切。在装配生产显得越来越迫切。在装配生产中使用工业机器人将有助于加中使用工业机器人

44、将有助于加速产品装配自动化的进程。所速产品装配自动化的进程。所示为一种具有反馈装置的精密示为一种具有反馈装置的精密装配机器人作业示意图。装配机器人作业示意图。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.5 8.5 柔性制造技术柔性制造技术 8.5.1 8.5.1 柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC） FMC FMC是在加工中心的基础上，增加了存储工件的自动料是在加工中心的基础上，增加了存储工件的自动料库、输送系统所构成的自动加工系统。库、输送系统所构成的自动加工系统。FMCFMC有较齐全的监控有较齐全的监控功能，包括刀具损坏检测、寿命检测和加工工时监测等。功能，包括刀具损坏检测、寿命检测和

45、加工工时监测等。 FMC FMC具有规模小、成本低、便于扩展等优点，有廉价小具有规模小、成本低、便于扩展等优点，有廉价小型型FMSFMS之称。适于多品种、小批量工件的生产。之称。适于多品种、小批量工件的生产。第第8 8章先进制造技术章先进制造技术8.5.2 8.5.2 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）1 1）FMSFMS的定义的定义 FMS FMS是在是在FMCFMC的基础上扩展而形成的一种高效率、高精度、高柔性的基础上扩展而形成的一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。的加工系统。FMSFMS定义是：由若干台数控加工设备、物料运储装置和计定义是：由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成，并能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调算机控制系统组成，并能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。它通过简单地整，以适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。它通过简单地改变软件的方法便能够制造出多种零件。改变软件的方法便能够制造出多种零件。2 2）FMSFMS的特征的特征（1 1）柔性高，适合于多品种中小批量零