2024智能制造加工

第1章

智能制造加工技术概述智能是知识与智力的总和。智能制造则是源于人工智能的研究。智能制造加工技术是指采用人工智能机器系统与人类专家结合的方式进行加工制造的一系列技术。智能制造加工技术是为满足社会需求服务的，依赖于社会发展和生产力水平的发展，依赖于科学技术的发展。智能制造具备以下五种特征：网络化、智能化、透明化、数字化、可控化。（1）网络化利用各类传感器，实时采集监控、连接各种信息，实现物与物、人与人、物与人或所有物品同网络之间连接，方便识别、采集、管理和控制。在离散制造企业车间，数控机床或加工中心等是主要的生产资源。在生产过程中，将所有的设备及工位统一网络化管理，使设备和设备，电脑和设备之间都能实现联网通讯，方便工作人员操作和管理。例如数控加工中心当中，编程人员可以通过在计算机上编写程序，电脑读取命令，驱动机床，实现加工。智能制造具备以下五种特征：网络化、智能化、透明化、数字化、可控化。（2）智能化在人工智能的基础上，信息化和工业化快速融合，信息化很快渗透到制造业中。在生产过程中，每隔几秒就会收集一次数据，利用这些数据进行多形式的分析，比如主轴运转率、故障率、生产率、质量百分比等。智能化为生产效率的提升和质量的提高所起到的作用是不可估量的。智能制造具备以下五种特征：网络化、智能化、透明化、数字化、可控化。（3）透明化制造透明化，主要是指生产过程透明化。MES(（制造企业生产过程执行系统），从产品订单下达到整个产品的生产过程进行优化管理，决策者和各级管理者都能在最短时间内掌握生产状态，从而针对每个过程做出准确的判断和应对措施，保证生产计划的顺利进行。智能制造具备以下五种特征：网络化、智能化、透明化、数字化、可控化。（4）数字化在传统的制造业中，生产时会产生很多的纸质文件，比如工艺卡片、零件图、数控程序等，这些纸质文档大多都不易管理和查找，从而也会造成大量纸张浪费。生产文档进行数字化以后，工作人员可以在生产现场快速查询、浏览、下载所需要的生产信息，实现了数字化、绿色化和无纸化的生产方式。智能制造具备以下五种特征：网络化、智能化、透明化、数字化、可控化。（5）可控化自从工业机器人、机械手臂等智能设备的广泛应用，工厂的生产从人力化逐渐要向无人化过渡，实现人力控制的方式生产。在制造生产现场，数控加工中心、智能机器人以及其他柔性化制造单元进行自动化调度，达到无人值守的自动生产模式。制造业从古至今经历了漫长时代发展……石器时代人类利用天然的石料或动物骨骼或树枝等自然工具用于加工物品，生产方式主要以采集和利用自然为主。制造业从古至今经历了漫长时代发展……青铜铁器时代人们开始采矿、冶金、打造工具等手工作坊的方式来进行制造生产。炼铁纺织制造业从古至今经历了漫长时代发展……工业1.0时代18世纪60年代开始，从英国发起，以蒸汽机为标志，由机器代替人力，经济社会由农业、手工业转型至工业，逐渐进入机械制造的时代。蒸汽机制造业从古至今经历了漫长时代发展……工业2.0时代工业需求，发电机和的新模式，从而进入19世纪后期，水力和蒸汽逐渐无法满足内燃机的发明，开始了工业规模化生产了电气化和自动化的时代。内燃机巴士制造业从古至今经历了漫长时代发展……工业3.0时代20世纪70年代开持续至今，以PLC、PC应用为标志，比如互联网、航天技术、电气计算机等物品的产生，都标志着人类进入并处于信息化时代。为了解决传统加工存在的问题，以及满足人们日益增长的需求，工业发达国家于20世纪80年代提出了智能制造加工技术的理论，之后又构件了智能制造系统，并提出了发展智能制造加工技术的一系列举措。日本1990年智能制造系统IMS1994年先进制造国际合作研究项目全球制造、制造知识体系、快速产品实现的分布智能系统技术欧盟2002年NEXT计划主要内容加工仿真与新技术研发、新型机床研发钻削仿真电火花数控线切割机床国际生产工程学会2003年PMI计划主要内容加工过程中模型的建立和研究，设备的在线监控研究加工过程中的模型美国2011年先进制造伙伴计划目的加强新型的智能制造工艺及先进材料、新一代机器人等先进制造业的竞争力特种纤维特种纤维是具有特殊的物理化学结构、性能和用途，或具有特殊功能的化学纤维。这些纤维大都应用于工业、国防、医疗、环境保护和尖端科学各方面。特种纤维分别具有不同的特殊性能，如耐强腐蚀、低磨损、耐高温、耐辐射、抗燃、耐高电压、高强度高模量、高弹性、反渗透、高效过滤、吸附、离子交换、导光、导电以及多种医学功能。德国2013年工业4.0目的信息物理融合系统将生产中的供应、制造、销售信息数据化、智能化，提高制造业的智能化水平，实现万物互联。中国经历的阶段起步阶段2015年中国制造2025成长阶段崛起阶段转型阶段流程制造离散制造智能装备和产品智能制造新业态新模式智能化管理智能服务信息物理系统（CPS）Cyber-Physical

Systems包括内容计算机交流控制多维复杂系统人工智能定义举例（AI）Artificial

Intelligence研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门科学技术。机器人语音识别图像识别自然语言处理专家系统语言翻译增强现实技术（AR）Augmented

Reality定义一种将真实世界信息和虚拟世界信息无缝集成的新技术。多媒体、三维建模、实时视频显示及控制、多传感器融合等新技术与新手段。举例大数据（Big

data）定义无法在一定时间范围内用常规软件工具进行捕捉、管理和处理的数据集合，是需要新处理模式才能具有更强的决策力、洞察发现力和流程优化能力的海量、高增长率和多样化的信息资产。混合制造定义将增材制造技术（3D打印技术）与减材制造技术（铣削加工）有机的结合起来，形成一种新型的制造模式有效借助增材制造的优势实现全新几何形状的加工，同时使增材制造技术不再只限于加工小型工件，业使加工效率大幅度提升目的该系统集智能化机械手、3D打印、CNC加工于一体，将传统的减材制造工艺与FDM增材工艺结合起来，实现二者的优势组合。混合工艺智能制造流水线，一体化生产流程，满足一站化打印需求，解放人工，全面自动化，适用于教育领域、高等院校进行自动化科研、物联网等专用领域的拓展，也适用于工作室级别的小批量打印需求。性质专业拓展课新型加工技术特点必修课程构成传统数控加工概念多特征多程序多符号多学习方法掌握概念、深刻理解、联系实际；

独立完成作业、保证对基本内容掌握的深度及灵活性。第1章

智能制造加工技术概述第2章

智能制造加工基础第3章

数控加工中心加工技术第4章

3D打印技术第5章

柔性制造技术第6章

数控机床与自动化工厂第7章

智能制造加工技术未来发展重点重点重点熟悉重点1、本课程主要介绍哪几种智能加工技术？2、你觉得未来的智能制造加工会沿着哪些方向发展呢？智能制造加工2.1

概述第2章

智能制造加工基础智能制造加工人工智能的目的是为了用技术系统来突破人的自然智力的局限性，达到对人脑的部分代替、延伸和加强的目的，使那些单靠人的天然智能无法进行或带有危险性的工作得以完成，从而使人类的智慧能集中到那些更富于创造性的工作中去智能制造加工智能制造加工技术是制造技术、自动化技术、系统工程与人工智能等学科互相渗透、互相交织而形成的一门综合技术。其具体表现为：智能设计、智能加工、机器人操作、智能控制、智能工艺规划、智能调度与管理、智能装配、智能测量与诊断等。它强调通过“智能设备”和“自主控制”来构造新一代的智能制造系统模式。智能制造加工2.1.1智能制造的物质基础及理论基础1.智能制造系统的物质基础数控机床和加工中心计算机辅助设计与制造工业控制技术、微电子技术与机械工业的结合制造系统智能制造系统和计算机集成制造系统智能制造加工2.1.1智能制造的物质基础及理论基础2.智能制造技术的理论基础制造技术发展到今天，已经由一种技术发展成为包括系统论、信息论和控制论为核心的、贯穿在整个制造过程各个环节的一门新型的工程学科，即制造科学。制造系统集成与调度的关键是信息的传递与交换。从信息与控制的观点来看，智能制造系统是一个信息处理系统，由输入、处理、输出和反馈等部分组成。输入有物质(原料、设备、资金、人员)、能量与信息；输出有产品与服务；处理包括物料的处理与信息处理；反馈有产品品质回馈与顾客反馈。智能制造加工2.1.2智能制造系统的特征及框架结构1.智能制造加工技术的特征一个系统既具有人类智能(或部分地)，又具有与人类实现其智能相似的过程与途径。多信息感知与融合；知识表达、获取、存储和处理(主要是识别、设计、计算、优化、推理与决策)；具有联想记忆与智能控制功能；自治性自相似、自学习、自适应、自组织、自维护；(5)机器智能的演绎(分解)与归纳(集成)；(6)具有较强的容错能力。智能制造加工2.1.2智能制造系统的特征及框架结构2.智能制造系统模式的框架结构中心层、管理层、计划层和生产层智能制造加工2.2

切削机床的分类和型号智能制造加工数控车床与普通车床结构差别

床身稳固

装有防护门；

配备自动刀架\对刀仪\自动排屑等辅助设备。

保留主轴箱、尾座；

取消挂轮箱、进给箱、溜板箱、光杆、丝杆等；各种机床简介1、车床

数控系统；

伺服系统；智能制造加工可装60把刀的刀具库快速换刀装置可装20把刀的刀具库智能制造加工车床的加工范围：智能制造加工其他车床：智能制造加工仿形车床智能制造加工2、刨床摇臂钻床3、钻床智能制造加工4、镗床卧式镗床智能制造加工坐标镗床：属高精度机床，具有坐标位置精密测量装置、实现工件和刀具精确定位，用于镗削精密孔和位置精度较高的孔系。例如钻模板上的孔加工智能制造加工金刚镗床：切削速度高，切削深度和进给量小，用于成批生产中的精加工。例如活塞、连杆、气缸智能制造加工5、磨床智能制造加工无心外圆磨床智能制造加工6、齿轮加工机床滚齿机7、拉床智能制造加工车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨床拉床电加工机床切断机床其它机床一、金属切削机床的分类按加工方式分：

12大类按通用程度分：通用机床（万能机床）：加工范围较广、结构复杂，主要适用于单件、

小批量生产。如卧式车床、卧式铣镗床等。专门化机床（专能机床）：加工某一类或几类零件的某一种（或几种）特定工序。如精密丝杠车床、凸轮轴车床、曲轴车床等。专用机床：加工某一种（或几种）零件的特定工序。如制造主轴箱的专用镗床、制造车床床身导轨的专用龙门磨床等等。重庆邮电大学移通学院按照加工精度：普通精度机床、精密机床、高精度机床。按照自动化程度：手动、机动、半自动和自动机床。按照机床质量：仪表机床、中型机床（一般机床）、大型机床（质量达10t）、重型机床(大于30t)和超重型机床(大于100t)。按照机床主要工作部件的数目：单轴、多轴或单刀和多刀机床等。二、机床型号的编制方法按GB/T15375-94《金属切削机床型号编制方法》规定（一）通用机床型号（△）

○ （○）

△ △ △（Ⅹ△）（○）（

）其它特性代号重大改进顺序

主轴数或第二主参数主参数或设计顺序号系代号组代号通用特性、结构特性代号类代号分类代号智能制造加工类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨床拉床电加工机床切断机床其它机床代号CZTM2M3MYSXBLDGQ读音车钻镗磨2磨3磨牙丝铣刨拉电割其1、机床的类别代号例：机床类别代号（车床类）机床特性代号（结构特性）CA

6

1

4

0机床组别代号（落地及卧式车床组）机床系别代号（卧式车床系）机床主参数代号（最大车削直径400mm）智能制造加工2、

机床的特性代号（1）通用特性代号通用特性代号通用特性代号高精度G仿形F精密M轻型Q自动Z加重型C半自动B万能W数字程序控制K简式J自动换刀H柔性加工单元R（2）结构特性代号区别主参数相同而结构不同的机床，在型号中用汉语拼音区分。通用特性代号已用的字母及字母“I”、“O”不能用。例：CA6140型普通车床智能制造加工3、机床的组别和系别代号每类机床分10组（从0～9组），每组又分10系（从0～9型）4、主要参数代号代表机床规格大小的一种参数，用阿拉伯数字表示，常用

主参数的折算值（1/10或1/100或1/1）来表示。5、机床重大改进序号用字母“A、B、C

……

”表示，附机床型号末尾，以示区别。Z 5

25

主参数（最大钻孔直径25mm）组：立式钻床钻床Y 3 1 50

E

重大改进序号

主参数（最大工件直径500mm）

系代号

（1）组：滚齿机齿轮加工机床X6 2

主参数（主轴直径20mm）组：卧式升降台铣床铣床智能制造加工（二）专用机床型号型号表示方法：（三）组合机床及自动线型号例

：B1－3

100

北京第一机床厂

第三组

第100种专用机床（专用铣床）组合机床及自动线分类代号分

类代

号大型组合机床U小型组合机床H自换刀数控组合机床K大型组合机床自动线UX小型组合机床自动线HX自换刀数控自动线KX智能制造加工二、机床的精度和技术性能1、机床的精度（1）几何精度车身导轨的直线度、工作台台面的平面度、主轴的回转精度、刀架和工作台等移动的直线度、车床刀架移动方向与主轴线的平行度等。（2）传动精度是指机床内部联系传动链两端件之间运动关系的准确性。（3）位置精度是机床运动部件（如工作台、刀架和主轴箱等），从某一起始位置运动到预期的另一位置时所到达的实际位置的准确程度。重庆邮电大学移通学院2、

机床的技术性能

机床的技术性能是有关机床加工范围、使用质量和经济性的性能指标，包括工艺范围、技术规格、加工精度和表面粗糙度、生产率、自动化程度和精度保持性。机床的工艺范围：可以完成的工序种类、能加工的零件类型、毛坯和材料种类以及适应的生产规模等。机床的技术规格：反映机床尺寸大小和工作性能的各种技术数据。包括尺寸参数、运动参数和动力参数。加工精度与表面粗糙度：是指在正常工艺条件下，机床上加工零件所能达到的尺寸精度、形状和相互位置精度以及所控制的表面粗糙度。机床生产率：通常是指单位时间内机床所能加工的工件数量。机床的自动化程度：可以用机床自动工作的时间与全部工作时间的比值表示。精度保持性：是指机床保持其规定的加工质量的时间长短。智能制造加工2.3

机床运动基础知识金属切削机床的工作原理是使金属切削刀具和工件产生一定的相对运动，以形成具有一定形状、一定尺寸精度和表面质量的零件表面。2.3.1

零件表面形状与成形一、零件表面的形状机械零件常用的表面形状零件的常用表面平面圆柱面特殊表面成型表面圆锥面智能制造加工机器零件上常用的各种典型表面工件表面可以看成是一条线沿着另一条线移动或旋转而形成的。并且我们把这两条线叫着母线和导线，统称发生线，简称生线。若形成某一表面的母线和导线可以互换，则称为可逆表面。母线和导线不可以互换，则称为不可逆表面。2.3.2

零件表面的成形运动组成零件轮廓的几何表面导线导线导线导线母线母线母线母线母线母线导线母线导线导线导线螺纹的生成线是由“Λ”形线（母线）和螺旋线（导线）直齿圆柱齿轮生成线是渐开线（母线）和直线（导线）三.发生线的形成及所需运动1）切削刃的形状为一个切削点，形成点接触切削刃的形状为一个一段曲线，形状吻合形成线接触。切削刃的形状本意：两头牛背上的架子称为轭，轭使两头牛同步行走。共轭即为按一定的规律相配的一对。1)

成型法——利用成形刀具来形成发生线，对工件进行加工的方法。形成发生线所需的运动来形成所需要表面形状的方法2)

轨迹法——靠刀尖的运动轨迹。

形成发生线所需的运动3)

相切法——由圆周刀具上的多个切削点来共同形成所需工件表面形状的方法。形成发生线所需的运动4)

展成法——利用工件和刀具作展成切削运动来形成工件表面的方法。形成发生线所需的运动四、零件表面成形所需的成形运动车削所需的表面成形运动：母线为直线，导线为圆，因此，形成表面的成形运动总数为一个，是一个简单成形运动。螺纹车刀车削螺纹：母线—成形刀刃，不需要成形运动。导线—螺旋线，由轨迹法形成，需要一个复合成形运动B11A12。表面成形运动的总个数为1个，是复合成形运动。滚齿加工的成形运动：母线（轮齿的渐开线）是滚刀切削刃的包络线，由B11和B12构成。导线事沿齿长方向的直线，由相切法形成，即需滚刀旋转并向下的直线运动B11+A2滚切直齿圆柱齿轮时共需两个运动，即展成运动B11+B12和滚刀沿工件轴向移动的直线运动A2智能制造加工一、机床的运动联系

为了实现加工过程中所需的各种运动，机床必须具备以下

3个基本部分：执行件它是执行机床运动的部件，如主轴、刀架、工作台等，其任务是带动工件或刀具完成一定形式的运动和保持准确的运动轨迹。动力源它是提供运动和动力的装置。是执行件的运动来源。通常为三相异步电动机。传动装置它是传递运动和动力的装置，通过它把动力源的动力和运动按要求传递给执行件。如齿轮、丝杠螺母、液压传动件等。2.4

机床传动基础知识智能制造加工二、机床的传动链把动力源和执行件或执行件之间联系起来的一系列传动件，构成了一个传动联系，称其为传动链。按传动链的性质不同可分为：①外联系传动链它是联系动力源和机床执行件之间的传动链，使执行件得到运动，而且能改变运动的速度和方向，但不要求动力源和执行之间有严格的传动比关系，如：车削时电机与主轴间的传动链。智能制造加工②内联系传动链它是联系复合运动之间的各个分解部分，因而传动链所联系的执行件相互之间要求有严格的传动比关系，如：车削螺纹主轴与刀架间的传动链；

内联系传动链中不能用带传动、摩擦轮传动和链传动

。智能制造加工传动链中通常包括两类传动机构定比传动机构传动比和传动方向固定不变的传动机构，如定比齿轮副、蜗杆蜗轮副、丝杠螺母副等。换置机构根据加工要求可变换传动比和传动方向的传动机构。如挂轮变速机构、滑移齿轮变速机构、离合器换向机构等。智能制造加工3.

传动原理图和传动系统图1）传动原理图

为了便于研究机床的传动原理,

用一些简明的符号把动力源、执行件之间的传动联系表示出来的示意图。并不表达实际传动机构的种类和数量智能制造加工2）传动系统图

表示机床全部运动的传动关系的示意图，用国家标准规定的符号表示各种传动元件，并按照运动传递的顺序，画在能反映机床外形和各主要部件相互位置的展开图中。只表示传动关系，而不表示各零件的实际尺寸和位置智能制造加工图

2-14

传动原理图常用符号智能制造加工2）传动系统图一条是：电动机-1-2-uv-3-4-主轴；另一条是：电动机-1-2-uv-3-5-uf-6-7-丝杠

。其中

l-2-uv-3

是公共段。这样的传动原理图的优点是既可用于车螺纹，又可用于车削圆柱面等，区别在于车螺纹时ux必须计算和调整得准确，而车削圆柱面时准确性要求不高

。智能制造加工2.4.4.机床传动计算机床运动计算按每一传动链分别进行，一般步骤为：(1)、确定传动链的两端件，如电动机—主轴，主轴—刀架等；(2)、根据传动链两端件的运动关系，确定它们的计算位移，即在指定的同一时间间隔内两端件的位移量。例如，车床螺纹进给传动链的计算位移为：主轴转一转，刀架移动工件螺纹一个导程L(单位为mm)；智能制造加工机床传动计算、根据计算位移以及相应传动链中各个顺序排列的传动副的传动比，列写运动平衡式；、根据运动平衡式，计算出执行件的运动速度(转速、进给量等)或位移量，或者整理出换置机构的换置公式，然后按加工条件确定挂轮变速机构所需采用的配换齿轮齿数，或确定对其他变速机构的调整要求。智能制造加工CA6140型卧式车床的传动系统图智能制造加工智能制造加工智能制造加工1）主运动传动链的运动路线表达式如下：智能制造加工2）主轴转速计算主轴的转速可应用下列运动平衡式计算。由传动路线表达式可知，主轴正转转速级数为2×3×（1+2×2）=30级，但在Ⅲ轴、Ⅴ轴之间4种传动比分别为：智能制造加工智能制造加工2、进给运动传动链1）螺纹进给传动链车削螺纹时，主轴回转与刀具纵向进给必须保证严格的运动关系：主轴每转一转，刀具移动一个螺纹导程。其运动平衡式为：L工

1主轴

U

L主轴

丝杠 丝智能制造加工CA6140型卧式车床可车削公制、英制、模数、径节4种螺纹，也可车大导程、非标准及较精密螺纹，或上述各种左、右螺纹。智能制造加工(1) 车公制螺纹传动路线表达式为：车削公制螺纹(右旋)的运动平衡式为：智能制造加工智能制造加工(2) 英制螺纹传动路线表达式为：车削英制螺纹的运动平衡式为：智能制造加工智能制造加工智能制造加工(3) 车模数螺纹传动路线表达式为：车削模数螺纹的运动平衡式为：智能制造加工智能制造加工智能制造加工(4)

车径节螺纹传动路线表达式为：智能制造加工智能制造加工智能制造加工智能制造加工(5) 车削非标准螺距螺纹和较精密螺纹例题2-1，如图2-13所示为卧式车床传动系统图。该机床可实现主运动、纵向进给运动、横向进给运动和车螺纹时的纵向进给运动等4个运动，试写出主运动的传动路线表达式、列出平衡方程和计算转速的极大和极小值。智能制造加工智能制造加工主运动的传动路线表达式为：智能制造加工练习：例1：计算下图中主轴的最高最低转速和主轴转速级数如图所示计算步骤如下：⑴传动链的两端件：电动机——主轴⑵计算位移

电动机1440

r/min——主轴r/min⑶传动路线：（4）运动平衡式：（5）最高和最低转速（三角带的滑动系数可近似取ε=0.02）例2．根据下图所示的车削螺纹进给传动链，已知丝杠的螺距P=12，工件的导程L=9，求配换挂轮的齿数计算步骤①传动链两端件

主轴——刀架②计算位移

主轴1转——刀架移动L（工件螺纹的导程，mm）③运动平衡式，由图得到运动平衡式为：式中的L工——被加工螺纹的导程，mm；（4）换置公式，将上式简化后，得到挂轮的换置公式将数据代入上式（3×3）/（3×4）=3/3×3/4=45/45×60/80则配换齿轮的齿数a=45b=45c=60

d=80课堂练习1、根据下面的传动系统图，⑴写出传动路线表达式；⑵分析轴Ⅲ的转速级数；⑶计算轴Ⅲ的最高和最低转速。2、按下图所示传动系统，计算：(1)轴A的转速；(2)轴B转1转时，螺母C移动的距离。

(3)轴A转1转时，轴B转转过的转数。智能制造加工2.5数控机床数字控制机床(Numerical

Control

Machine

Tools)简称数控机床，这是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。智能制造加工1.

数控机床的加工原理由上述数控机床的工作过程可知，数控机床的基本组成包括加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、机床主体和其他辅助装置。智能制造加工数控机床最适宜加工以下类型的零件：生产批量小的零件(100件以下)；需要进行多次改型设计的零件；加工精度要求高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类零件；需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件；价值昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现差错而报废，将产生巨大的经济损失。智能制造加工数控机床的特点和分类与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：加工精度高，质量稳定。能完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件加工。生产效率高。对产品改型设计的适应性强。有利于制造技术向综合自动化方向发展。监控功能强，具有故障诊断的能力。减轻工人劳动强度、改善劳动条件。智能制造加工数控机床的分类按运动轨迹分类点位控制系统直线控制系统轮廓控制系统智能制造加工2）按伺服系统控制方式分类（1）开环伺服系统（2）闭环伺服系统智能制造加工（3）半闭环伺服系统智能制造加工3）按功能水平分类智能制造加工4）按工艺用途分类数控机床按不同工艺用途分类有数控的车床、铣床、磨床与齿轮加工机床等。在数控金属成型机床中，有数控的冲压机、弯管机、裁剪机等。在特种加工机床中有数控的电火花切割机、火焰切割机、点焊机、激光加工机等。近年来在非加工设备中也大量采用数控技术，如数控测量机、自动绘图机、装配机、工业机器人等。智能制造加工典型数控车床结构组成图智能制造加工2.5.3

车床传动系统1）主传动系统智能制造加工当机床处在连续运转状态下，主轴的转速在

437-3500r/min范围内，主轴应能传递电动机的全部功率11kw，为主轴的恒功率区域

II（实线）。在这个区域内，主轴的最大输出转矩（245

N.

m）应随着主轴转速的增高而变小。主轴转速在35-437r/min范围内的各级转速并不需要传递全部功率，但主轴的输出转矩不变，称为主轴的恒转矩区域I（实线）。在这个区域内，主轴所能传递的功率随着主轴转速的降低而降低。图中虚线所示为主轴电动机超载（允许超载30mim）时，对应的恒功率区域和恒转矩区域。电动机超载时的功率为15kw，超载的最大输出转矩为334N.M

。智能制造加工数控车床主轴箱结构简图智能制造加工液压卡盘结构简图智能制造加工2.进给传动系统1）进给传动系统的特点数控车床的进给传动系统是控制X、Z坐标轴的伺服系统的主要组成部分，它将伺服电动机的旋转运动转化为刀架的直线运动，而且对移动精度要求很高，X轴最小移动量为0.0005mm(直径编程)，Z轴最小移动量为0.001mm。采用滚珠丝杠螺母传动副，可以有效地提高进给系统的灵敏度、定位精度和防止爬行。另外，消除丝杠螺母的配合间隙和丝杠两端的轴承间隙，也有利于提高传动精度。智能制造加工2）进给传动方式(1)进给系统传动装置图2-25所示是MJ-50型数控车床X轴进给传动装置的结构简图。如图2-25a所示，AC伺服电动机15经同步带轮14和10以及同步带12带动滚珠丝杠6回转，其上螺母7带动(如图2-25(b)所示)刀架21沿滑板1的导轨移动，实现X轴的进给运动。电动机轴与同步带轮14用键13连接。这种丝杠两端固定的支承形式，结构和工艺都较复杂，但是能够保证和提高丝杠的轴向刚度。脉冲编码器16安装在伺服电动机的尾部。图中5和8是缓冲块，在出现意外碰撞时起到保护作用。智能制造加工图2-25

MJ-50数控车床X轴进给装置简图智能制造加工图2-26

数控车床Z轴进给装置简图智能制造加工3）自动回转刀架数控车床自动回转刀架的转位换刀过程如下(1)当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开。(2)刀盘旋转到指令要求的刀位。(3)刀盘夹紧并发出转位结束即到位确认信号。智能制造加工图2-27

MJ—50型数控车床的回转刀架结构简图1—平板共轭分度凸轮；2—液压马达；3—锥套；4、5—齿轮；6—刀架主轴；7、12—推力球主轴；8—双列滚针轴承；9—活塞；10、13—鼠牙盘智能制造加工4）机床尾座图2-28

MJ-50型数控车床的尾座智能制造加工智能制造加工智能制造加工车床电气控制原理图及液压系统车床电气控制原理图在MJ-50的数控车床主电路中，M1

为主轴电动机，拖动主轴的旋转并通过传动机构实现车刀的进给。主轴电动机M1

的运转、停止正反转由接触器

KM1、KM2

的三个常开主触点的接通和断开来控制，电动机

M1

的容量小于10KW，所以一般情况下均采用直接启动。智能制造加工2.液压系统原理图图2-31所示是MJ-50型数控车床的液压系统原理图。机床的液压系统采用单向变量液压泵，系统压力通常调整到4MPa，压力大小由压力表14显示。泵出口的压力油经过单向阀进入控制油路。智能制造加工智能制造加工4）回转刀架转位换刀的控制智能制造加工选择性补充内容：

数控铣床铣床的种类很多，有卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、工具铣床等。塑料模具加工生产中，立式摇臂万能铣床应用得最为广泛。智能制造加工（1）立式铣床智能制造加工图2-34

立式摇臂万能铣床1-立铣头

2-主轴

3-工作台

4-横向溜板

5-升降台

6-床脚

7-电器箱8-纵向走刀器

9-床身

10-电子尺

11-摇臂智能制造加工图2-35

龙门铣床图2-36

X6132型卧式万能铣床智能制造加工铣削加工范围智能制造加工XK5040A型数控铣床的用途、布局与参数智能制造加工XK5040A型数控铣床传动系统图图2-40

机械结构关系图智能制造加工选择性补充内容：

数控磨床磨床是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。大多数的磨床是使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数的是使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如绗磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。智能制造加工2.磨床分类外圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形外表面的磨床。内圆磨床：是普通型的基型系列，主要用于磨削圆柱形和圆锥形内表面的磨床。坐标磨床：具有精密坐标定位装置的内圆磨床。无心磨床：工件采用无心夹持，一般支承在导轮和托架之间，由导轮驱动工件旋转，主要用于磨削圆柱形表面的磨床。平面磨床：主要用于磨削工件平面的磨床。砂带磨床：用快速运动的砂带进行磨削的磨床。绗磨机：用于绗磨工件各种表面的磨床。智能制造加工研磨机：用于研磨工件平面或圆柱形内，外表面的磨床。导轨磨床：主要用于磨削机床导轨面的磨床。工具磨床：用于磨削工具的磨床。多用磨床：用于磨削圆柱、圆锥形内、外表面或平面，并能用随动装置及附件磨削多种工件的磨床。专用磨床：从事对某类零件进行磨削的专用机床。按其加工对象又可分为：花键轴磨床、曲轴磨床、凸轮磨床、齿轮磨床、螺纹磨床、曲线磨床等。智能制造加工3.布局智能制造加工4.运动智能制造加工数控磨床传动系统智能制造加工智能制造加工3、内圆磨具主轴的旋转运动内圆磨具主轴由内磨装置上的1.1kW、3000r/min的电动机驱动，经平带直接传动，更换带轮，可使主轴获得10000r/min和15000r/min两种转速。内圆磨具安装在内圆磨具支架上，为了保证工作安全，内圆磨削砂轮电动机的启动和内圆磨具支架的位置有联锁作用，即只有支架翻到削内圆的工作位时，电动机才能启动，同时砂轮架快速进退手柄在原位置上自动锁住，这时砂轮架不能快速移动。智能制造加工智能制造加工智能制造加工数控磨床液压系统智能制造加工2.机床液压传动系统的工作原理图2-44

M1432B型外圆磨床的液压传动系统图智能制造加工1)工作台的纵向往复直线运动进油路：液压泵→油路1→液动换向阀→油路2→工作台液压缸右腔。回油路：工作台液压缸左腔→油路3→液动换向阀→油路5→先导阀→油路16→开停阀→节流阀→油箱。工作台向右运动到预定位置时进油路：液压油泵→油路1→液动换向阀→油路3→工作台液压缸左腔。回油路：工作台液压缸左腔→油路2→液动换向阀→油路4→先导阀→油路16→开停阀→节流阀→油箱。智能制造加工2)工作台换向过程智能制造加工抖动缸的油路由进油路和回油路组成。进油路：液压泵→精滤器→油路7→先导阅→油路9→左抖动缸。回油路：右抖动缸→油路8→先导阀→油路14→油箱。液动阀的控制油路由进油路和回油路组成。进油路：液压泵→精滤器→油路7→先导阀→油路9→单向阀I2→液动阀右端。回油路：液动阀左端→油路8→先导阀→油路14→油箱。智能制造加工(2)端点停留阶段图2-46

换向过程中液动阀油路的连接情况进油路：与第一次快跳相同回油路：液动阀左端→节流阀L1→油路8-先导→油路14→油箱智能制造加工(3)反向启动阶段。液动阀的阀芯由图2-46b所示位置继续向左移动，其左环形槽将油路10与12连通，控制油路如下。进油路：与第一次快跳相同。回油路：液动阀左端→油口12→液动阅→油路10→油路18→先导阅→油路14→油箱。由于液动阀左端的回油不用经节流阀而直接回油箱，回油通道通畅，阀芯实现第二次快跳，如图2-46c所示，主油路被迅速切断，工作台反向启动。智能制造加工3)工作台液动与手动的互锁为了保证操作人员的安全，工作台运动时，手摇工作机构应脱开。只有在工作台停止运动时，开停阀处于“停”(开停阀处于左位)的位置，才能转动手轮使工作台手动运动。图2-44所示位置，开停阀处于右位，压力油经开停阀流入互锁缸的上腔，推动活塞下移，使齿轮传动副脱开啮合，手揺机构断开。当开停阀左位接入系统时，工作台液压缸回油路与节流阀之间的通路断开，左右两腔互通：同时互锁缸的上腔接通油箱，活塞在弹簧力的作用下上移动，齿轮副进入啮合，接通了工作台的手摇机构，以调整工件的加工位置。智能制造加工4)砂轮架的周期进给运动(1)双向进给(2)左端进给右端进给无进给砂轮架的快速进、退运动6)尾座套筒的液压退回运动7)

机床润滑及压力测量智能制造加工选择性补充内容：

其他机床2.6.1

齿轮加工机床2.6.2钻床及其加工技术2.6.3

镗床及其加工技术2.6.4

刨床及其加工技术以下内容教材中未编写，请根据实际情况决定是否补充！！齿轮加工机床是用来加工齿轮轮齿的机床。一、齿轮加工机床的工作原理1.加工方法分类：（1）成型法：要求所用刀具的切削刃形状与被切齿轮的的齿槽形状相吻合。成形法包括：铣削法、拉削法1)

铣削法铣削法加工刀具：圆盘铣刀、指状铣刀圆盘铣刀外形与齿轮齿槽形状相同。铣齿时，圆盘铣刀绕其自身轴线旋转，而毛坯沿平行于齿轮轴线方向作直线移动，铣出一个齿槽后，将齿

轮毛坯转过360°/z，再铣第二个齿槽，依此类推。2.6.1

齿轮加工机床指状铣刀：指状齿轮铣刀加工齿轮方法与用圆盘铣刀时相似。不过指状铣刀常用于加工大模数的齿轮（m>20mm），并可用于加工人字齿轮。2)

拉削法2.6.1

齿轮加工机床一、齿轮加工机床的工作原理2.成形法加工特点：优点：机床结构简单，可以利用通用机床加工。缺点：对于同一模数的齿轮，只要齿数不同，齿廓形状就不同，就需要采用不同的成形刀具。齿面成形方法的精度不高，生产率也较低。用途：主要用于精度要求不高修配行业。此外，也可用成形刨刀在刨床上刨齿，或在插床上插齿。一、齿轮加工机床的工作原理（2）范成法加工齿轮应用齿轮啮合的原理。其切齿过程模拟齿轮副的啮合过程，如齿轮一齿轮副，把其中的一个转化为刀具，另一个作为工件，并保证刀具和工件之间做严格的啮合运动。被加工齿的齿面是在刀具和工件包络过程中由刀具切削刃的位置连续变化而形成的。优点：只要模数和压力角相同，一把刀具可以加工任意齿数的齿轮，加工精度和生产率都比较高。属于范成法的有滚齿、插齿、剃齿、珩齿、磨齿等。一、齿轮加工机床的工作原理滚齿加工动态演示插齿加工动态演示珩齿加工动态演示磨齿加工动态演示二、齿轮加工机床的类型齿轮加工机床圆柱齿轮加工机床锥齿轮加工机床滚齿机插齿机刨齿机铣齿机拉齿机珩齿机剃齿机磨齿机滚齿机加工范围（1）直齿圆柱齿轮

（2）斜齿圆柱齿轮

（3）蜗轮一、滚齿原理1－滚刀；2－工件一、滚齿原理（一）

加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理一、滚齿原理（一）

加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理滚切直齿圆柱齿轮的传动原理图（一）

加工直齿圆柱齿轮时的运动和传动原理1.范成运动滚刀与工件之间的啮合运动，是一个复合的表面成形运动。这个运动可以被分解为两个部分：滚刀的旋转运动B11和工件的旋转运动B12。这一复合运动需要有一个内联系传动链用以保持B11和B12之间的相对运动关系主运动展成运动还应有条外联系传动链与动力源相联系。轴向进给运动为了切出整个齿宽，即形成轮齿表面的导线，滚刀还需做轴向的直线运动A2。范成传动链：滚刀-4-5-ux-6-7-工件滚齿机动态传动路线主运动传动链：电动机-1-2-uv-3-4-滚刀滚齿机动态传动路线轴向进给传动链：工件-7-8-uf-9-10-刀架升降l丝杠滚齿机动态传动路线（二）

加工斜齿圆柱齿轮时的运动和传动原理1.

运动滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图2.

传动原理3.滚切斜齿圆柱齿轮的传动链滚切斜齿圆柱齿轮的传动原理图4.

加工斜齿圆柱齿轮时的附加运动附加运动保证刀架沿工件轴线方向移动一个螺旋线导程L时,工件附加转一转。附加运动传动链:刀架（滚刀移动A21）—12—13—uy—14—15—[合成]

—6—7—ux—8—9—工作台(工件附加转动B22)（三）滚齿机的运动合成机构（四）加工蜗轮时的运动和传动原理根据切入进给方法不同，滚切蜗轮的方法有两种：径向进给法这种加工方法在一般滚齿机上都可进行切向进给法这种加工方法只在滚刀刀架上具备切向进给溜板的滚切机上方能进行，同时需要采用带切削锥的蜗轮滚刀。二、滚齿机传动系统及其调整计算滚齿机外形滚齿机工艺范围（一）加工直齿圆柱齿轮的调整计算1.

主运动传动链2.

范成运动传动链3.

轴向进给运动传动链（二）加工斜齿圆柱齿轮的调整计算主运动传动链加工斜齿圆柱齿轮时，机床主运动传动链的调整计算和加工直齿圆柱齿轮时相同。范成运动传动链3.

轴向进给运动传动链轴向进给传动链及其调整计算和加工直齿圆柱齿轮相同。4.

附加运动传动链首先选择一接近于所需加工的齿数z的数值z0来调整范成运动传动链（

z0应是能够利用机床现有挂轮的数值）。显然，这时范成运动传动链两端件运动关系改变为：滚刀主轴转1转，工件转k/

z0

转。因而，在范成运动中，滚刀转1转时，工件产生运动误差（k/z-k/

z0

）转。为了补偿这一误差，可利用附加运动传动链，在工件转k／

z转过程中，使工件得到附加的（k/z-k/

z0

）转，从而加工出齿轮齿数为z的直齿圆柱齿轮。此处的附加运动链，其两端件是工作台（工件转动）—工作台（工件附加转动），运动联系路线为:9-10-u

f-11-13-uy-14-15-〔合成〕-6-7-ux-8-9。（三）滚切齿数大于100的质数直齿圆柱齿轮的调整计算1．加工原理2．传动链的调整计算主运动和轴向进给运动传动链与滚切直齿圆柱齿轮时相同。范成运动传动链(3)

附加运动传动链附加运动传动链的两端件是工作台—工作台，计算位移是：工作台转k/z转，工作台附加转（k/z-k/z0)转，其运动平衡式为：（四）刀架快速移动的传动路线1．加工原理刀架快速移动的方向可通过控制快速电动机的旋转方向来变换。在Y3150E型滚齿机上，起动快速电动机之前，必须先用操纵手柄P3将轴ⅩⅧ上的三联滑移齿轮移到空挡位置，以脱开ⅩⅦ和ⅩⅧ之间的传动联系（见图4-7)。为了确保操作安全，机床设有电气互锁装置，保证只有当操纵手柄P3放在“快速移动”的位置上时，才能起动快速电动机。（二）滚刀安装角的调整（二）滚刀安装角的调整重庆邮电大学移通学院钻床及其工艺范围钻削加工扩孔铰孔1

钻床及工艺范围应用:通常用于加工尺寸较小，精度要求不太高的孔。可钻孔，扩孔，铰孔及攻螺纹等工作a-钻孔b-扩孔c-铰孔d-锪锥坑e-攻丝f-锪沉头孔g-锪平面钻床加工方法钻削特点：刀具刚性差，排屑困难，切削热不易排出

。分类立式钻床，适用于中小工件的单件，小批量生产。摇臂钻床，适用于加工一些大而重的工件上的孔(工件不动，移动轴)。台式钻床，小型钻床，常安装在台桌上，用来加工直径小于16mm的孔。深孔钻床及其他钻床。立式钻床结构运动加工范围和特点应用图2-63 立式钻床1-工作台

2-主轴

3-主轴箱

4-立柱5-进给操纵机构

6-基座摇臂钻床结构运动加工范围和特点应用图2-64

摇臂钻床1-底座

2-立柱

3-主轴箱

4-摇臂

5-主轴6-工作台台钻结构运动加工范围和特点应用3.2

钻削加工1.常用的工具麻花钻组成结构常用材料改进麻花钻的组成颈部装夹和传递动力：<Φ