先进制造技术大作业终极版(稻草人wzq).doc

《先进制造技术大作业终极版(稻草人wzq).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《先进制造技术大作业终极版(稻草人wzq).doc（20页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、先进制造技术大作业课程名称先进制造技术所属学院智能制造与控制工程学院（工学部）专业名称机械制造专业班级学生姓名 学生学号指导教师完成日期2016年5月27日目录一、前言1二、数控加工常用刀具的分类及特点22.1数控加工刀具的分类22.2数控刀具的特点32.3刀具选择应考虑的主要因素3三、数控加工刀具的选择43.1数控加工刀具类型的选择43.2考虑刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸43.3加工不同形状应按需选刀43.4不同的加工阶段使用不同的刀具53.5数控刀具选刀原则53.6选择刀具应依照其寿命来进行挑选5四、加工过程中切削用量的确定7五、数控刀具未来的发展8六、总结与体会10七、课后习题117.

2、1第三章课后习题117.2第四章课后习题12八、先进制造技术实验报告14九、参考文献18简述刀具的分类及发展前景摘要：主要阐述了在工业4.0背景下，数控加工刀具的分类、特点、选择、切削用量的确定以及未来的发展前景。关键词： 数控机床 数控加工刀具 分类 特点 切削用量 数控机床展览会 一、前言“智能制造”作为工业4.0的一大主题在当今制造业领域已经深入人心，不同于以往通过人手工生产模式，智能制造更多的将人解放出来，而通过一些智能化手段代替人的劳动。高精密数控机床就是其中的一个典型代表。数控机床以其加工精度高产品质量稳定等优势更多的应用到生产加工的各个领域中。数控机床是综合应用计算机、自动控制，

3、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是技术密集度及自动化程度很高的典型机电一体化加工设备。它与普通机床相比，其优越性是显而易见的，不仅零件加工精度高，产品质量稳定，且自动化程度极高，可减轻工人的体力劳动强度，大大提高了生产效率，特别值得一提的是数控机床可完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机床在制造业中的地位愈来愈显得重要。数控刀具是指与这些先进高效的数控机床相配套使用的各种刀具的总称。是数控机床不可缺少的关键配套产品，数控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、长寿命和良好的综合切削性能取代了传统的刀具。随着科学技术的飞速发展，社会对产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来

4、越快。多品种，中小批量生产的比重明显增加，同时随着航空工业、装备制造业和汽车工业的高速发展复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高，传统的加工设备和加工方法已经难以适应这种多样化，柔性与复杂形状的高效、高质量的加工要求，因此，数控加工技术得到了迅速发展。但是在数控加工过程中影响加工精度的因素有很多，其中数控刀具是数控加工关键技术之一。数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容。它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是DNC系统微机与数控机床的联接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部

5、在计算机上完成，一般不需要输出专门的工艺文件。目前，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题，如刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等，编程人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成NC程序并传输至数控机床完成加工。数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀刃具及切削用量。二、数控加工常用刀具的分类及特点数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具、通用连接

6、刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，目前刀柄已逐渐标准化和系列化。2.1数控加工刀具的分类2.1.1根据刀具结构的不同分类1）整体式；2）镶嵌式，采用焊接或机夹式联接，机夹式又可分为不转位和可转位两种；3）特殊型式，如复合式刀具、减震式刀具等。2.1.2根据制造刀具所用材料的不同分类1)高速钢刀具：有足够的强度和韧性，有较好的工艺性。目前高速钢作为主要的刀具材料已经被较为广泛的的应用于各种铣刀、丝锥、钻头等刀具的加工。2）硬质合金刀具：与高速钢刀具相比硬度高、耐磨性好、耐热性高、允许的切削速度比高速钢高5-10倍。因此常用于高速的切削加工，例如加工中心中的大进给、小切深、无切

7、削液的精加工。3）金刚石刀具：耐磨性好摩擦系数是目前最小的。但由于其硬度较高，不能加工成任意的形状，因此主要用于磨削类刀具如金刚石砂轮等。同时由于金刚石会与某些材料发生化学反应在加工中需特别注意。4）其他材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。右图是在第九届中国数控机床展览会上尚亚（上海）国际贸易有限公司推出的BECK RR01金属陶瓷高效率铰刀。5）涂层刀具：通过化学或物理方法在表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物。如TiC涂层、TiN涂层、三氧化二铝涂层、TiN和T复合涂层。2.1.3根据切削工艺的不同分类1）车削刀具，分外圆刀具、内孔刀具、螺纹刀具、切割刀具等；2）钻削刀具，包括钻头、铰

8、刀、丝锥等；3）镗削刀具；4）铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数量上达到整个数控刀具的30%-40%，金属切除量占总数的80%-90%。 第十五届中国国际机床展览会刀具展览2.2数控刀具的特点数控刀具与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点：1) 刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变形小；2) 互换性好，便于快速换刀；3）寿命高，切削性能稳定，可靠；4）刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间；5）刀具能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除；6）系列化、标准化，所以应尽量采用新型高效刀具，并使刀

9、具化和通用化，以减少刀具种类、便于刀具管理。2.3刀具选择应考虑的主要因素1）被加工工件的材料、性能：金属、非金属强度、刚度、塑性、韧性及耐磨性能等。2）加工工艺的类别。车削、钻削、铣削、磨削等。3）加工阶段粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。4）加工的几何形状、加工余量、零件的技术指标。5）刀具能承受的切削用量。 三、数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控机械加工过程中的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀

10、具加工的刚性。3.1数控加工刀具类型的选择数控加工中，由于铣床、加工中心类机床工艺能力强大。刀具种类繁多，因此铣刀类型的选择非常重要。常用的铣刀种类有平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀，鼓形刀和锥形刀等，功能也各不相同。选取铣刀时要求刀具的尺寸与被加工工件的尺寸和形状相适应。在铣刀选择时应注意以下几点：1）毛坯面加工 为防止因毛坯表面硬化层和夹沙现象而引起刀具快速磨损，应选用合适的硬质合金刀具进行铣削加工，以提高生产效率。2）平面加工 铣削平面时，常采用硬质合金刀片的面铣刀和立铣刀。精铣平面时因加工表面材质不均匀，选择直径小些的铣刀，以减小切削扭矩；精铣时，铣刀直径应大些，最好能包容加工面的宽

11、度，以提高切削效率和保证加工精度。加工余量较小且表面质量要求较高时，可采用立方氮化硼刀片的面铣刀。3）平面零件周边的轮廓加工 加工时常采用立铣刀，铣刀半径应小于工件轮廓的最小凹圆弧半径，以免造成铣不净的“死角”。4）凸台或凹槽的加工 加工只有凹槽的零件时，通常采用键槽铣刀。精度要求较高的凹槽内表面可使用直径比槽宽略小的键槽铣刀，先铣削槽的中间部分再采用刀具补偿（如G41、G42）功能，铣削槽的两侧。5）特殊成型面的加工 对于一些批量生产的特定工件或加工内容，为提高成产效率，可专门制造成型铣刀，如圆弧面、内凹槽、特形孔或台阶。3.2考虑刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸进行刀具选择的时候，需要对刀具

12、的尺寸以及加工工件表面尺寸进行筛选。进行生产时，用立铣刀来对平面零件的周围轮廓进行加工；用合金刀片铣刀来对平面加工，凹台和凹槽则是用高速钢立铣刀来进行加工；使用合金刀片的玉米铣刀对毛坯表面进行加工；立体型面及变斜角轮廓需要用球头铣刀、环形铣刀等。3.3加工不同形状应按需选刀球头刀具一般是在曲面精工的时候使用，在进行自由曲面（模具）加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，可以借助球头刀具顶部的零切削速度来确保加工的精度。平头刀具具有较好的切割质量和效率，所以只要不会过切，在曲面的粗加工和精加工中，使用平头刀是比较好的选择。此外，刀具价值影响着刀具的耐用度和精度，通常价格高昂的刀具，其成本也比较高

13、，但必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄。以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加上中心主要采用TSG工具系统。其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16种不同用途的刀柄。3.4不同的加工阶段使用不同的刀具在粗加工的时候，主要是进行去除余量的工作，

14、所以要求刀具的刚性、精度比较高；半精加工和精加工的时候，就是以质量为主要的保证前提，所以要求刀具的精度较高。粗加工使用低精度刀具，精加工使用高精度刀具。要是粗加工和精加工都选择同样的刀具，可以使用精加工使用后淘汰的刀具，粗加工对精度要求不高，精加工的刀具在使用后会有一定的磨损。精度有所降低，这样一来就能够减少加工成本。3.5数控刀具选刀原则在经济型数控机床的加工过程中。由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序以减少辅助加工时间。一般应遵循以下原则：1）尽量减少刀具数量；2）一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；3）粗精加工的刀具应

15、分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；4）先铣后钻，先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工;5）在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。3.6选择刀具应依照其寿命来进行挑选1）考虑成本、刀具复杂度、工艺需求。2）高精度和复杂的刀具其使用期限应该要高于单刃刀具。3）机夹刀具的寿命可以选择短一些的，确保生产效率。4)对于装刀、换刀、调刀比较复杂的多刀机床、组合床与自动化加工刀具，刀具寿命应选高些，尤其要保证刀具可靠性。5）对于大件的精加工要尽量减少加工途中换刀的情况，选择刀具的寿命要考虑到零件精度和表面粗糙度。四、加工过程中切削用量的确定合理选择切削用量的原则是：粗加工

16、时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。选择切削用量时具体要考虑以下几个因素：1）切削深度。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，切削深度就等于加工余量，选择合理的切削深度可有效地提高生产率。为了保证零件的加工精度和 表面质量，一般应留有一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。2）切削宽度。一般切削宽度与刀具直径成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般切削宽度的取值范围为刀具直径的0.6-0.9倍。3）切削速度。

17、提高切削速度也是提高生产率的一个措施，但切削速度与刀具耐用度的关系比较密切。随着切削速度的增大，刀具耐用度急剧下降，故切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。此外，切削速度与加工材料也有很大关系。4）主轴转速。主轴转速一般根据切削速度来选定。数控机床的控制面板上备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。5) 进给速度。进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。进给速度的增加也可以提高生产效率，工件表面粗糙度要求较低时，进给速度可选择大些。在加工过程中，进给速度也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但最大进给速度受设备刚度和进给系统性能

18、等限制。五、数控刀具未来的发展数控切削技术的发展对工具工业提出了更高的要求。一方面，高精度、高效率、高可靠性和专用化是先进数控加工技术的基本特征，现代刀具企业最响亮的竞争口号，就是为制造业提供效率最高的切削刀具。制造业也认识到通过采用高效率刀具提高劳动生产率来降低成本，比单纯节省刀具费用更加有利。所以，在现代刀具的制造和使用领域，“效率优先”已经代替了传统的“性能价格比”老概念。其次，要求现代工具企业具有综合的高科技特征，现代工具企业的生存和发展需依靠强大的研究开发能力作后盾，在提高切削率这样一个根本目标的推动下，现代刀具企业从传统的单纯加工型企业逐步发展成为涉及刀具基础材料、表面处理、基础工

19、艺和和成套服务等具有综合高科技特征的开发型企业。其表现在：第一，工具新材料的研发和生产已经成为现代刀具企业不可分剖的组成部分；第二，涂层技术（PVD和CVD）的开发和应用成为现代刀具制造业中与新材料发展并驾齐驱的技术发展方向；第三，先进数控加工技术的开发和应用已经成为现代刀具制造业确保产品质量的必备手段。 图一 金工滚削、倒角一体刀具 图二 MILLER三刃钻现代刀具发展的重要特征之一是专业化、复合化和多功能化，导致刀具结构日趋复杂，形状变得十分特异。在第九届中国数控机床展览会上多家企业均推出了新型数控刀具。图一是由蓝帜（南京）工具有限公司推出的金工滚削、倒角一体刀具。图二是由尚亚（上海）国际

20、贸易有限公司推出的MILLER三刃钻。传统的刀具工艺技术普通机床和卡具已经无法保证刀具和刀片的安装基准和切削单元之间的空间位置精度。因此，多轴联动的数控加工技术已经成为现代刀具企业不可缺少的手段。由于刀具制造工艺的特殊性，刀具制造的专用数控机床通常由刀具企业自行研究开发，机床企业协作制造。所以，刀具专用数控技术和装备的开发和应用已经成为现代工具企业的个重要工作内容。由此可见，现代刀具企业的运作范围，从专用原材料的研究和生产开始，囊括了表面处理技术和刀具生产专用数控技术及装备的研发和应用。“三高一专”（高效率、高精度、高可靠性和专用化）刀具产品的研究、生产和推广服务，成为了企业竞争的焦点，谁发展

21、慢一点，就要被淘汰出局。这种竞争的结果，使国际工具工业的发展日趋集中化。那些具有强大研发能力和经济实力的企业在竞争中脱颖而出，成为推动和领导行业发展的主力。在制造业中，生产技术运作跨度如此宽的行业并不多见。另一方面，对用户提供综合服务的深度和广度日益成为衡量现代工具企业竞争力的重要标志。在传统工具工业的生产模式下，工具企业只是个标准刀具的生产供应商，使用现场的诸多技术问题和管理问题，都是使用者自己来解决的。而发展到现代工具工业阶段，这个服务者的角色发生了大变换。国外制造业为使新产品开发费用和管理工作量部分地转嫁到工具供应商，达到共同承担开发风险之目的，广泛采用平台战略，全球采购、一体化管理方式

22、已成趋势。在工具的采购上，将目标转向生产成本低的国家和地区，以降低生产成本，增加市场竞争力。在工具管理上则突出表现为工具厂从主要提供刀具产品转变为主要提供切削技术，负责刀具采购、管理和现场服务，即所谓体化管理模式。工具企业向用户提供的已经不是单纯的刀具产品，而是切削加工问题的整体解决方案，这个方案的两个基本要素就是先进的刀具和优质的服务。因此，是否具备向用户提供全方位优质服务的能力，已经成为衡量现代工具企业竞争力的个重要指标。所以数控刀具未来的发展前景是非常乐观的。六、总结与体会数控机床是目前制造的核心和基础。其应用范围广，在我国有着良好的发展前景，对于其刀具的正确使用研究具有非常重要的意义。

23、而数控加工刀具本身也具有着非常良好的发展期，随着对数控机床高速高精密等要求的提高，在各家刀具制造企业的良性竞争下，新的刀具材料也会不断不推陈出新，切削技术也必将会升级到一个暂新的技术层面。所以对数控刀具的了解与认识对制造人员而言是非常重要的，我们不仅要了刀具的各种类型及特点，也需要熟练掌握编程技术，从而更好的在工业4.0背景下成功的由“制造”转型为“智造”。通过本次先进制造技术的学习，我受益匪浅。本次学习不仅使我对机械设计制造及其自动化这门专业有了更深刻的了解，而且更是在了解了那么多先进的制造技术后激发了自己相当浓厚的专业兴趣。例如3D打印技术，从我知道有这项技术以来，我一直以为这项技术已经真

24、的完全应用与实际生活中了可是在亲身接触过后我才明白，由于机器本身和ABS材料高昂的价格，致使这项先进的技术依然处于探索阶段。还有激光加工，水射流技术等。每一项先进技术都能给我极大地激励，促使我认真了解并学习它们。4月13日在学校安排下我们去上海新国际博览中心参观了第十五届中国国际机床展览会（第九届中国数控工机床展览会），这次令人记忆尤深的参观更是让我对最先进的生产制造技术产生了深深的向往。行走在展览馆里，看着各种各样的高端科技产品，包括最先进的数控机床、最新的数控加工刀具以及高智能化的工业机器人，使我从心底里相信，在工业4.0的大背景下，制造业必将会迎来新的辉煌，而这不但是中国的机遇更是我们的

25、机遇。从这次参观中我发现自己对未来更加充满信心了。我相信，未来就掌握在我的手中，有付出就有回报！七、课后习题7.1第三章课后习题3-2 有哪几类零件成形方法？列举这些成形方法各自工艺内容。答：依据材料成形学观点，从物质组成方式可把机械零件成形方式分为如下三类型： 受迫成形：利用材料的可成形性，在特定的边界和外力约束条件下的成形方法。 去除成形：运用分离的办法，把一部分材料（裕量材料）有序地从基体中分离出去而成形的办法。 堆积成形：它是运用合并与连接的办法，把材料（气、液、固相）有序地合并堆积起来的成形方法。3-5 什么是超塑性？目前金属超塑性主要有哪两种工艺手段获得？ 答：超塑性是指材料在一定

26、的内部组织条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部环境条件（如温度、应变速率等)下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。超塑性的特点有大延伸率，无缩颈，小应力， 易成形。金属的超塑性主要有两种类型：1）细晶超塑性，又称组织超塑性恒温超塑性，其超塑性产生的内在条件是具有均匀、稳定的等轴细晶组织，晶粒尺寸常小于10m；外在条件是每种超塑性材料应在特地的温度及速度下变形，一般应变速率在范围内，要比普通金属应变速率至少低一个数量级。2）相变超塑性，又称环境超塑性，是指在材料相变点上下进行温度变化循环的同时对式样加载，经多次循环式样得到积累的大变形。3-6 目前在高分子材料注射成形工艺中有哪些

27、先进技术？答： 目前在高分子材料注射成形工艺中的先进技术有： 以组合惰性气体为特征的气辅成型、微发泡成型等； 以组合压缩过程为特征的注射压缩成形、注射压制成形、表面贴合成形等； 以组合模具移动或加热等过程为特征的自切浇口成形、模具滑合成形、热流道模具成形等； 以组合取向或延伸过程为特征的剪切场控制取向成形、磁场成形等。3-11 在怎样的速度范围下进行加工属于高速加工？分析高速切削加工所需解决的关键技术。答：超高速加工技术是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地实现高速运动的高精度、高自动化、高柔性的制造设备，以极大地提高切削速度来达到提高材料切除率、加工精度和加工质量的现代制造加工技术。它是提高切削

28、和磨削效果以及提高加工质量、加工精度和降低加工成本的重要手段。其显著标志是使被加工塑性金属材料在切除过程中的剪切滑移速度达到或超过某一域限值，开始趋向最佳切除条件，使得被加工材料切除所消耗的能量、切削力、工件表面温度、刀具磨具磨损、加工表面质量等明显优于传统切削速度下的指标，而加工效率则大大高于传统切削速度下的加工效率。高速切削加工所需解决的关键技术：1.高速主轴：高速主轴单元是高速加工机床最关键的部件。2.快速进给系统：实现高速切削加工不仅要求有很高的主轴转速和功率，同时要求机床工作台有很高的进给速度和运动加速度。3.高性能的CNC控制系统：用于高速加工的CNC控制系统必须具有很高的运算速度

29、和运算精度，以及快速响应的伺服控制，以满足高速及复杂型腔的加工要求。4.先进的机床结构：为了适应粗精加工，轻重切削负荷和快速移动的要求，同时保证高精度，高速切削机床床身必须具有足够的刚度强度和高的阻尼特性及搞的热稳定性。5.高速切削的刀具系统：高速切削时的一个重要问题是刀具磨损。 3-13 分析RPM工作原理和作业过程，列举典型的RPM工艺方法。答：RPM技术是集CAD技术，数控技术，材料科学，机械工程，电子技术和激光技术等技术于一体的综合技术，是实现从零件设计到三维实体原型制造的一体化系统技术。工作原理：采用软件离散材料堆积的原理而制造零件，通过离散获得堆积的顺序、路径、限制和方式，通过堆积

30、材料“叠加”起来形成三维实体。作业过程：典型工艺方法：光敏液相固化法（SLA）、选区片层粘结法（LOM）、选区激光烧结法（SLS）、熔丝沉积成形法(FDM)。3-15 叙述微机械的基本特征，目前有哪些微细加工工艺方法？答：微机械基本特征：（1）体积小，精度高，重量轻。（2）性能稳定，可靠性高。（3）能耗低，灵敏度和工作效率高。（4）多功能和智能化。（5）试用于大批量生产，制造成本低。 微细加工工艺方法：（1）超微机械加工（2）光刻加工（3）体刻蚀加工技术（4）面刻蚀加工技术（5）LIGA技术（6）封接技术（7）分子装配技术7.2第四章课后习题4-1 叙述制造自动化技术发展与趋势。答：制造自动化

31、技术的发展大致分为三个阶段：第一阶段：刚性自动化，主要表现在半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线出现，解决了单一品种大批量生产自动化问题，其主要特点是生产效率高、加工品种单一。这个阶段于20世纪50年代达到了峰顶。第二阶段：柔性自动化，为满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要，出现了一系列柔性制造自动化技术，如数控技术（NC）、计算机数控（CNC ）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、等。第三阶段：综合自动化，随着计算机及其应用技术的迅速发展，各项单元自动化技术的逐渐成熟为充分利用资源，发挥综合效益，自20世纪80年代以来以计算机为中心的综合自动化得到了发展，如计算机继承

32、制造系统（CIMS）、并行工程（CE）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了发展和应用。 发展趋势为：制造敏捷化、制造网络化、制造虚拟化、制造智能化、制造全球化和制造绿色化。4-4 机床进给伺服系统包括哪些组成部分？分析比较机床进给伺服系统与主轴伺服系统的特点和区别。 答：机床进给伺服系统一般是由位置控制单元、速度控制单元、伺服电机单元及检测反馈单元四部分组成。机床进给伺服系统在经历了开环步进伺服、直流伺服两个阶段后，现已进入了交流伺服系统阶段，交流电动机具有结构简单，坚固耐用的特点。机床进给伺服系统中多采用永磁同步电机，一般用在精度要求高，容量较小的场合。对机床主轴传动的要求与进给

33、传动比较还是有较大区别的，它要求交流株洲电动机有较大的驱动功率，大的无级调速范围，定向停位控制及角度分度控制功能等。交流主轴电机的性能要比普通异步电动机高，它要求交流主轴电动机的输出特性曲线（功率与转速关系）在基本速度以下使位于恒转矩区域，而在基本速度以上时位于恒功率区域。4-7 描述工业机器人的结构组成。答：工业机器人一般由以下四部分组成： （1）执行机构：手部、腕部、臀部、机身、机座及行走机构。 （2）控制系统：机器人的大脑 （3）驱动系统：机械人执行动作的动力源 （4）位置检测装置：负责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。4-10 分析FMS结构组成、特点和适用范围。答

34、：FMS结构组成：加工系统、工件运储系统、刀具运储系统、一套计算机控制系统、集成冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等系统。FMS特点是：（1）柔性高，适应多品种小批量生产；（2）系统内的机床在工艺能力上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（4）递阶结构的计算机控制可以与上层计算机互联网通信；（6）可进行第三班无人值守生产。FMS适用范围：柔性制造模块（FMM）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性制造生产线（FML）、柔性制造工厂（FMF）。4-16 叙述FMS控制系统的体系结构。答：由于FMS

35、是一个复杂的自动化集成体，其控制系统的体系结构和性能直接影响整个FMS的柔性、可靠性和自动化程度。为了避免用一台计算机过于集中的控制，目前几乎所有的FMS都采用了多级计算机递阶控制结构，由此来分担主控计算机的负荷，提高控制系统的可靠性，同时也便于控制系统的设计和维护。FMS控制系统一般采用三层递阶控制结构，包括：系统管理与控制层、过程协调与监控层、设备控制层。八、先进制造技术实验报告一、 实验目的1、 了解先进制造技术的发展；2、 观看了解具体的先进制造设备；3、 了解先进制造的加工理念及方法。二、 实验方法在老师带领下参观学校机电楼的先进数控加工设备，包括HERMLE系统五轴加工中心、柔性制

36、造系统、DMG数控车床、HTS 300快速成型机等。观察先进制造加工过程，听老师介绍相关先进制造知识及先进加工理念。 三、 实验内容 实验一 参观FMS（柔性制造系统）和其他设备一、FMS（柔性制造系统）柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成，能适应加工对象变换的自动化机械制造系统(Flexible Manufacturing System)，英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术，它按照成组的加工对象确定工艺过程，选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统，并由计算机进行控制，故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产(即具有“柔性

37、”)，并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能，因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大，可以包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于冲压和焊接的。柔性制造是指在计算机支持下，能适应加工对象变化的制造系统。柔性制造系统有以下三种类型：1、 柔性制造单元 柔性制造单元由一台或数台数控机床或加工中心构成的加工单元。该单元根据需要可以自动更换刀具和夹具，加工不同的工件。柔性制造单元适合加工形状复杂，加工工序简单，加工工时较长，批量小的零件。它有较大的设备柔性，但人员和加工柔性低。 2、柔性制造系统 柔性制造

38、系统是以数控机床或加工中心为基础，配以物料传送装置组成的生产系统。该系统由电子计算机实现自动控制，能在不停机的情况下，满足多品种的加工。柔性制造系统适合加工形状复杂，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料传送柔性大，但人员柔性仍然较低。 3、柔性自动生产线 柔性自动生产线是把多台可以调整的机床(多为专用机床)联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。该生产线可以加工批量较大的不同规格零件。柔性程度低的柔性自动生产线，在性能上接近大批量生产用的自动生产线；柔性程度高的柔性自动生产线，则接近于小批量、多品种生产用的柔性制造系统。 图一 柔性制造系统 柔性制造系统（图一）运行实例分析：由一号机械手（图

39、三，此为串联六关节机械手 型号为FANUC LR Mate 200iC）从格子仓库（图二）中取出待加工的零件放入运行轨道（图四）的指定位置，当二号机械手（图五，此为可移动式串联六关节机械手 型号为FANUC M-10iA)附近的传感器感应后有二号机械手本身抓取后移动至车削加工中心（图六）并由车削加工中心进行加工，加工完毕后再由二号机械手抓取并移动至铣削加工中心（图七）进行加工，加工完毕后再由二号机械手抓取并放至轨道指定位置，一号机械手附近传感器感应后，由一号机械手抓取并送回格子仓库完成一个运行过程。 图二 格子仓库 图三 一号机械手 图四 运行轨道 图五 二号机械手 图六 车削加工中心 二、五

40、轴联动车床五轴联动数控机床是一种科技含量高、精密度高专门用于加工复杂曲面的机床，这种机床系统对一个国家的航空、航天、军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。 目前，五轴联动数控机床系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段。 图七 铣削加工中心 HERMLE五轴联动系列加工中心，其主要是高速主轴摆动柔性型五轴联动加工中心，其规格及要点如下：工作行程X-Y-Z:600-450-450mm，速度：10,000/16,000/40,000rpm，快速移动（所有轴）：45m/min，控制系统：HEIDENAIN(编码器)，数控

41、旋转摆动工作台（在夹紧工作台内）：280mm。C系列可以做到性能、精度、通用性集中在一个人解决方案中。这个系列包含了我们最万能的机器之一：它的构造带有改良的龙门设计通过独立于工作外的三轴刀具运动来提高动态切削，并运用拾取刀库来简化刀具交换。 HERMLE五轴联动加工中心 HTS300快速成型机实验二 快速成形快速成形技术又称快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，简称RPM)技术，RPM技术是在现代CAD/CAM技术、激光技术、计算机数控技术、精密伺服驱动技术以及新材料技术的基础上集成发展起来的。不同种类的快速成型系统因所用成形材料不同，成形原理和系统特点

42、也各有不同。但是，其基本原理都是一样的，那就是分层制造，逐层叠加， 类似于数学上的积分过程。形象地讲，快速成形系统就像是一台立体打印机。熔丝沉积形成法通过挤压出一束非常细的热熔塑料丝的方法来形成堆积有切片软件所给出的二维片薄层。同样制造原型从底层开始，一层一层进行，由于热熔塑料冷却块，这样就形成了一个有二维薄膜轮廓堆积并粘结成的立体原型。 快速成形的特点：(1)制造原型所用的材料不限，各种金属和非金属材料均可使用；（2）原型的复制性、互换性高；(3) 制造工艺与制造原型的几何形状无关，在加工复杂曲面时更显优越；(4)加工周期短，成本低，成本与产品复杂程度无关，一般制造费用降低50%，加工周期节

43、约70%以上；(5) 高度技术集成，可实现了设计制造一体化。快速成型（RP）是一种创新技术，它可以在几个小时内利用三维CAD设计的图形直接生产出复杂零件。实验三 工业机器人参观弧焊机器人弧焊机器人可以应用在所有电弧焊、切割技术及类似的工业方法中。最常用的范围是结构钢和铬镍钢的熔化极活性气体保护焊(CO2焊、MAG焊)、 铝及特殊合金熔化极惰性气体保护焊(MIC焊)、 铬镍钢和铝的惰性气体保护焊以及埋弧焊。一套完整的弧焊机器人系统，应包括机器人机械手、控制系统、焊接装置、焊件夹持装置。夹持装置上有二组可以轮番进入机器人工作范围的旋转工台。 弧焊机器人通常有五个自由度以上，具有六个自由度的弧焊机器

44、人可以保证焊枪的任意空间轨迹和姿态。点至点方式移动速度可达60m/min以上，其轨迹重复精度可达到0.2mm。这种弧焊机器人应具有直线的及环形内插法摆动的功能，共六种摆动方式，以满足焊接工艺要求，机器人的负荷为5kg。 弧焊机器人 三坐标测量仪实验四 三坐标测量（1）三坐标测量机，它是指在一个六面体的空间范围内，能够表现几何形状、长度及圆周分度等测量能力的仪器，又称为三坐标测量仪或三坐标量床。三坐标测量仪可定义为“一种具有可作三个方向移动的探测器，可在三个相互垂直的导轨上移动，此探测器以接触或非接触等方式传送讯号，三个轴的位移测量系统 ( 如光学尺 ) 经数据处理器或计算机等计算出工件的各点坐

45、标(X、Y、Z)及各项功能测量的仪器”。三坐标测量仪的测量功能应包括尺寸精度、定位精度、几何精度及轮廓精度等。（2）基本步骤 1）在测头校验的过程中，要做的是根据工件形状、尺寸选择合适的测头、测针，现在主流的测头测针在测量软件中会有匹配。选好后，我们还要进行校准，以达到测量所要求的精度。 2）建立工件的坐标系，如果有工件的模型的话，也要建模型坐标系，然后把工件坐标系与模型坐标系拟合。 3）坐标系建好后就可以进行正常的测量了。九、参考文献 【1】先进制造技术 扬州大学 王隆太 主编.-北京； 机械工业出版社 2003.9（2015.4重印） 【2】 【3】张在新 浅谈数控机床刀具的分类特点及选择期刊论文-硅谷2009.13 【4】WMEM 世界制造技术与装备市场 ISSN 1015-4809 CN11-5137/TH 【5】数控机床 吴祖育 秦鹏飞主编.-3版.-上海：上海科学技术出版社，2000.10 【6】数控机床与编程 吴明友 程国标主编.-武汉：华中科技大学出版社，2013.1