先進制造技術(shù)大作業(yè)終極版(稻草人wzq)

1、先進制造技術(shù)大作業(yè)課程名稱先進制造技術(shù)所屬學(xué)院智能制造與控制工程學(xué)院（工學(xué)部）專業(yè)名稱機械制造專業(yè)班級學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號指導(dǎo)教師完成日期2016年5月27日目錄一、前言1二、數(shù)控加工常用刀具的分類及特點22.1數(shù)控加工刀具的分類22.2數(shù)控刀具的特點32.3刀具選擇應(yīng)考慮的主要因素3三、數(shù)控加工刀具的選擇43.1數(shù)控加工刀具類型的選擇43.2考慮刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸43.3加工不同形狀應(yīng)按需選刀43.4不同的加工階段使用不同的刀具53.5數(shù)控刀具選刀原則53.6選擇刀具應(yīng)依照其壽命來進行挑選5四、加工過程中切削用量的確定7五、數(shù)控刀具未來的發(fā)展8六、總結(jié)與體會10七、課后習(xí)題117.

2、1第三章課后習(xí)題117.2第四章課后習(xí)題12八、先進制造技術(shù)實驗報告14九、參考文獻18簡述刀具的分類及發(fā)展前景摘要：主要闡述了在工業(yè)4.0背景下，數(shù)控加工刀具的分類、特點、選擇、切削用量的確定以及未來的發(fā)展前景。關(guān)鍵詞： 數(shù)控機床 數(shù)控加工刀具 分類 特點 切削用量 數(shù)控機床展覽會 一、前言“智能制造”作為工業(yè)4.0的一大主題在當(dāng)今制造業(yè)領(lǐng)域已經(jīng)深入人心，不同于以往通過人手工生產(chǎn)模式，智能制造更多的將人解放出來，而通過一些智能化手段代替人的勞動。高精密數(shù)控機床就是其中的一個典型代表。數(shù)控機床以其加工精度高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)勢更多的應(yīng)用到生產(chǎn)加工的各個領(lǐng)域中。數(shù)控機床是綜合應(yīng)用計算機、自動控制，

3、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，是技術(shù)密集度及自動化程度很高的典型機電一體化加工設(shè)備。它與普通機床相比，其優(yōu)越性是顯而易見的，不僅零件加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，且自動化程度極高，可減輕工人的體力勞動強度，大大提高了生產(chǎn)效率，特別值得一提的是數(shù)控機床可完成普通機床難以完成或根本不能加工的復(fù)雜曲面的零件加工，因而數(shù)控機床在制造業(yè)中的地位愈來愈顯得重要。數(shù)控刀具是指與這些先進高效的數(shù)控機床相配套使用的各種刀具的總稱。是數(shù)控機床不可缺少的關(guān)鍵配套產(chǎn)品，數(shù)控刀具以其高效、精密、高速、耐磨、長壽命和良好的綜合切削性能取代了傳統(tǒng)的刀具。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，社會對產(chǎn)品多樣化的要求日益強烈，產(chǎn)品更新越來

4、越快。多品種，中小批量生產(chǎn)的比重明顯增加，同時隨著航空工業(yè)、裝備制造業(yè)和汽車工業(yè)的高速發(fā)展復(fù)雜形狀的零件越來越多，精度要求也越來越高，傳統(tǒng)的加工設(shè)備和加工方法已經(jīng)難以適應(yīng)這種多樣化，柔性與復(fù)雜形狀的高效、高質(zhì)量的加工要求，因此，數(shù)控加工技術(shù)得到了迅速發(fā)展。但是在數(shù)控加工過程中影響加工精度的因素有很多，其中數(shù)控刀具是數(shù)控加工關(guān)鍵技術(shù)之一。數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容。它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展，使得在數(shù)控加工中直接利用CAD的設(shè)計數(shù)據(jù)成為可能，特別是DNC系統(tǒng)微機與數(shù)控機床的聯(lián)接，使得設(shè)計、工藝規(guī)劃及編程的整個過程全部

5、在計算機上完成，一般不需要輸出專門的工藝文件。目前，許多CAD/CAM軟件包都提供自動編程功能，這些軟件一般是在編程界面中提示工藝規(guī)劃的有關(guān)問題，如刀具選擇、加工路徑規(guī)劃、切削用量設(shè)定等，編程人員只要設(shè)置了有關(guān)的參數(shù)，就可以自動生成NC程序并傳輸至數(shù)控機床完成加工。數(shù)控加工中的刀具選擇和切削用量確定是在人機交互狀態(tài)下完成的，這與普通機床加工形成鮮明的對比，同時也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時充分考慮數(shù)控加工的特點，能夠正確選擇刀刃具及切削用量。二、數(shù)控加工常用刀具的分類及特點數(shù)控加工刀具必須適應(yīng)數(shù)控機床高速、高效和自動化程度高的特點，一般應(yīng)包括通用刀具、通用連接

6、刀柄及少量專用刀柄。刀柄要聯(lián)接刀具并裝在機床動力頭上，目前刀柄已逐漸標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。2.1數(shù)控加工刀具的分類2.1.1根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的不同分類1）整體式；2）鑲嵌式，采用焊接或機夾式聯(lián)接，機夾式又可分為不轉(zhuǎn)位和可轉(zhuǎn)位兩種；3）特殊型式，如復(fù)合式刀具、減震式刀具等。2.1.2根據(jù)制造刀具所用材料的不同分類1)高速鋼刀具：有足夠的強度和韌性，有較好的工藝性。目前高速鋼作為主要的刀具材料已經(jīng)被較為廣泛的的應(yīng)用于各種銑刀、絲錐、鉆頭等刀具的加工。2）硬質(zhì)合金刀具：與高速鋼刀具相比硬度高、耐磨性好、耐熱性高、允許的切削速度比高速鋼高5-10倍。因此常用于高速的切削加工，例如加工中心中的大進給、小切深、無切

7、削液的精加工。3）金剛石刀具：耐磨性好摩擦系數(shù)是目前最小的。但由于其硬度較高，不能加工成任意的形狀，因此主要用于磨削類刀具如金剛石砂輪等。同時由于金剛石會與某些材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)在加工中需特別注意。4）其他材料刀具：如立方氮化硼刀具、陶瓷刀具等。右圖是在第九屆中國數(shù)控機床展覽會上尚亞（上海）國際貿(mào)易有限公司推出的BECK RR01金屬陶瓷高效率鉸刀。5）涂層刀具：通過化學(xué)或物理方法在表面涂覆一層耐磨性好的難熔金屬化合物。如TiC涂層、TiN涂層、三氧化二鋁涂層、TiN和T復(fù)合涂層。2.1.3根據(jù)切削工藝的不同分類1）車削刀具，分外圓刀具、內(nèi)孔刀具、螺紋刀具、切割刀具等；2）鉆削刀具，包括鉆頭、鉸

8、刀、絲錐等；3）鏜削刀具；4）銑削刀具等。為了適應(yīng)數(shù)控機床對刀具耐用、穩(wěn)定、易調(diào)、可換等的要求，近幾年機夾式可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛的應(yīng)用，在數(shù)量上達到整個數(shù)控刀具的30%-40%，金屬切除量占總數(shù)的80%-90%。 第十五屆中國國際機床展覽會刀具展覽2.2數(shù)控刀具的特點數(shù)控刀具與普通機床上所用的刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點：1) 剛性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及熱變形小；2) 互換性好，便于快速換刀；3）壽命高，切削性能穩(wěn)定，可靠；4）刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間；5）刀具能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除；6）系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，所以應(yīng)盡量采用新型高效刀具，并使刀

9、具化和通用化，以減少刀具種類、便于刀具管理。2.3刀具選擇應(yīng)考慮的主要因素1）被加工工件的材料、性能：金屬、非金屬強度、剛度、塑性、韌性及耐磨性能等。2）加工工藝的類別。車削、鉆削、銑削、磨削等。3）加工階段粗加工、半精加工、精加工和超精加工等。4）加工的幾何形狀、加工余量、零件的技術(shù)指標(biāo)。5）刀具能承受的切削用量。 三、數(shù)控加工刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控機械加工過程中的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀

10、具加工的剛性。3.1數(shù)控加工刀具類型的選擇數(shù)控加工中，由于銑床、加工中心類機床工藝能力強大。刀具種類繁多，因此銑刀類型的選擇非常重要。常用的銑刀種類有平底立銑刀、端銑刀、球頭刀、環(huán)形刀，鼓形刀和錐形刀等，功能也各不相同。選取銑刀時要求刀具的尺寸與被加工工件的尺寸和形狀相適應(yīng)。在銑刀選擇時應(yīng)注意以下幾點：1）毛坯面加工 為防止因毛坯表面硬化層和夾沙現(xiàn)象而引起刀具快速磨損，應(yīng)選用合適的硬質(zhì)合金刀具進行銑削加工，以提高生產(chǎn)效率。2）平面加工 銑削平面時，常采用硬質(zhì)合金刀片的面銑刀和立銑刀。精銑平面時因加工表面材質(zhì)不均勻，選擇直徑小些的銑刀，以減小切削扭矩；精銑時，銑刀直徑應(yīng)大些，最好能包容加工面的寬

11、度，以提高切削效率和保證加工精度。加工余量較小且表面質(zhì)量要求較高時，可采用立方氮化硼刀片的面銑刀。3）平面零件周邊的輪廓加工 加工時常采用立銑刀，銑刀半徑應(yīng)小于工件輪廓的最小凹圓弧半徑，以免造成銑不凈的“死角”。4）凸臺或凹槽的加工 加工只有凹槽的零件時，通常采用鍵槽銑刀。精度要求較高的凹槽內(nèi)表面可使用直徑比槽寬略小的鍵槽銑刀，先銑削槽的中間部分再采用刀具補償（如G41、G42）功能，銑削槽的兩側(cè)。5）特殊成型面的加工 對于一些批量生產(chǎn)的特定工件或加工內(nèi)容，為提高成產(chǎn)效率，可專門制造成型銑刀，如圓弧面、內(nèi)凹槽、特形孔或臺階。3.2考慮刀具的尺寸以及加工工件表面尺寸進行刀具選擇的時候，需要對刀具

12、的尺寸以及加工工件表面尺寸進行篩選。進行生產(chǎn)時，用立銑刀來對平面零件的周圍輪廓進行加工；用合金刀片銑刀來對平面加工，凹臺和凹槽則是用高速鋼立銑刀來進行加工；使用合金刀片的玉米銑刀對毛坯表面進行加工；立體型面及變斜角輪廓需要用球頭銑刀、環(huán)形銑刀等。3.3加工不同形狀應(yīng)按需選刀球頭刀具一般是在曲面精工的時候使用，在進行自由曲面（模具）加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，可以借助球頭刀具頂部的零切削速度來確保加工的精度。平頭刀具具有較好的切割質(zhì)量和效率，所以只要不會過切，在曲面的粗加工和精加工中，使用平頭刀是比較好的選擇。此外，刀具價值影響著刀具的耐用度和精度，通常價格高昂的刀具，其成本也比較高

13、，但必須引起注意的是，在大多數(shù)情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標(biāo)準(zhǔn)刀柄。以便使鉆、鏜、擴、銑削等工序用的標(biāo)準(zhǔn)刀具迅速、準(zhǔn)確地裝到機床主軸或刀庫上去編程人員應(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加上中心主要采用TSG工具系統(tǒng)。其刀柄有直柄（3種規(guī)格）和錐柄（4種規(guī)格）2種，共包括16種不同用途的刀柄。3.4不同的加工階段使用不同的刀具在粗加工的時候，主要是進行去除余量的工作，

14、所以要求刀具的剛性、精度比較高；半精加工和精加工的時候，就是以質(zhì)量為主要的保證前提，所以要求刀具的精度較高。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選擇同樣的刀具，可以使用精加工使用后淘汰的刀具，粗加工對精度要求不高，精加工的刀具在使用后會有一定的磨損。精度有所降低，這樣一來就能夠減少加工成本。3.5數(shù)控刀具選刀原則在經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中。由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序以減少輔助加工時間。一般應(yīng)遵循以下原則：1）盡量減少刀具數(shù)量；2）一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進行的所有加工步驟；3）粗精加工的刀具應(yīng)

15、分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具；4）先銑后鉆，先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工;5）在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。3.6選擇刀具應(yīng)依照其壽命來進行挑選1）考慮成本、刀具復(fù)雜度、工藝需求。2）高精度和復(fù)雜的刀具其使用期限應(yīng)該要高于單刃刀具。3）機夾刀具的壽命可以選擇短一些的，確保生產(chǎn)效率。4)對于裝刀、換刀、調(diào)刀比較復(fù)雜的多刀機床、組合床與自動化加工刀具，刀具壽命應(yīng)選高些，尤其要保證刀具可靠性。5）對于大件的精加工要盡量減少加工途中換刀的情況，選擇刀具的壽命要考慮到零件精度和表面粗糙度。四、加工過程中切削用量的確定合理選擇切削用量的原則是：粗加工

16、時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。選擇切削用量時具體要考慮以下幾個因素：1）切削深度。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，切削深度就等于加工余量，選擇合理的切削深度可有效地提高生產(chǎn)率。為了保證零件的加工精度和 表面質(zhì)量，一般應(yīng)留有一定的余量進行精加工。數(shù)控機床的精加工余量可略小于普通機床。2）切削寬度。一般切削寬度與刀具直徑成正比，與切削深度成反比。經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中，一般切削寬度的取值范圍為刀具直徑的0.6-0.9倍。3）切削速度。

17、提高切削速度也是提高生產(chǎn)率的一個措施，但切削速度與刀具耐用度的關(guān)系比較密切。隨著切削速度的增大，刀具耐用度急劇下降，故切削速度的選擇主要取決于刀具耐用度。此外，切削速度與加工材料也有很大關(guān)系。4）主軸轉(zhuǎn)速。主軸轉(zhuǎn)速一般根據(jù)切削速度來選定。數(shù)控機床的控制面板上備有主軸轉(zhuǎn)速修調(diào)（倍率）開關(guān)，可在加工過程中對主軸轉(zhuǎn)速進行整倍數(shù)調(diào)整。5) 進給速度。進給速度應(yīng)根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。進給速度的增加也可以提高生產(chǎn)效率，工件表面粗糙度要求較低時，進給速度可選擇大些。在加工過程中，進給速度也可通過機床控制面板上的修調(diào)開關(guān)進行人工調(diào)整，但最大進給速度受設(shè)備剛度和進給系統(tǒng)性能

18、等限制。五、數(shù)控刀具未來的發(fā)展數(shù)控切削技術(shù)的發(fā)展對工具工業(yè)提出了更高的要求。一方面，高精度、高效率、高可靠性和專用化是先進數(shù)控加工技術(shù)的基本特征，現(xiàn)代刀具企業(yè)最響亮的競爭口號，就是為制造業(yè)提供效率最高的切削刀具。制造業(yè)也認(rèn)識到通過采用高效率刀具提高勞動生產(chǎn)率來降低成本，比單純節(jié)省刀具費用更加有利。所以，在現(xiàn)代刀具的制造和使用領(lǐng)域，“效率優(yōu)先”已經(jīng)代替了傳統(tǒng)的“性能價格比”老概念。其次，要求現(xiàn)代工具企業(yè)具有綜合的高科技特征，現(xiàn)代工具企業(yè)的生存和發(fā)展需依靠強大的研究開發(fā)能力作后盾，在提高切削率這樣一個根本目標(biāo)的推動下，現(xiàn)代刀具企業(yè)從傳統(tǒng)的單純加工型企業(yè)逐步發(fā)展成為涉及刀具基礎(chǔ)材料、表面處理、基礎(chǔ)工

19、藝和和成套服務(wù)等具有綜合高科技特征的開發(fā)型企業(yè)。其表現(xiàn)在：第一，工具新材料的研發(fā)和生產(chǎn)已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具企業(yè)不可分剖的組成部分；第二，涂層技術(shù)（PVD和CVD）的開發(fā)和應(yīng)用成為現(xiàn)代刀具制造業(yè)中與新材料發(fā)展并駕齊驅(qū)的技術(shù)發(fā)展方向；第三，先進數(shù)控加工技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具制造業(yè)確保產(chǎn)品質(zhì)量的必備手段。 圖一 金工滾削、倒角一體刀具 圖二 MILLER三刃鉆現(xiàn)代刀具發(fā)展的重要特征之一是專業(yè)化、復(fù)合化和多功能化，導(dǎo)致刀具結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，形狀變得十分特異。在第九屆中國數(shù)控機床展覽會上多家企業(yè)均推出了新型數(shù)控刀具。圖一是由藍幟（南京）工具有限公司推出的金工滾削、倒角一體刀具。圖二是由尚亞（上海）國際

20、貿(mào)易有限公司推出的MILLER三刃鉆。傳統(tǒng)的刀具工藝技術(shù)普通機床和卡具已經(jīng)無法保證刀具和刀片的安裝基準(zhǔn)和切削單元之間的空間位置精度。因此，多軸聯(lián)動的數(shù)控加工技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代刀具企業(yè)不可缺少的手段。由于刀具制造工藝的特殊性，刀具制造的專用數(shù)控機床通常由刀具企業(yè)自行研究開發(fā)，機床企業(yè)協(xié)作制造。所以，刀具專用數(shù)控技術(shù)和裝備的開發(fā)和應(yīng)用已經(jīng)成為現(xiàn)代工具企業(yè)的個重要工作內(nèi)容。由此可見，現(xiàn)代刀具企業(yè)的運作范圍，從專用原材料的研究和生產(chǎn)開始，囊括了表面處理技術(shù)和刀具生產(chǎn)專用數(shù)控技術(shù)及裝備的研發(fā)和應(yīng)用。“三高一?！保ǜ咝省⒏呔?、高可靠性和專用化）刀具產(chǎn)品的研究、生產(chǎn)和推廣服務(wù)，成為了企業(yè)競爭的焦點，誰發(fā)展

21、慢一點，就要被淘汰出局。這種競爭的結(jié)果，使國際工具工業(yè)的發(fā)展日趨集中化。那些具有強大研發(fā)能力和經(jīng)濟實力的企業(yè)在競爭中脫穎而出，成為推動和領(lǐng)導(dǎo)行業(yè)發(fā)展的主力。在制造業(yè)中，生產(chǎn)技術(shù)運作跨度如此寬的行業(yè)并不多見。另一方面，對用戶提供綜合服務(wù)的深度和廣度日益成為衡量現(xiàn)代工具企業(yè)競爭力的重要標(biāo)志。在傳統(tǒng)工具工業(yè)的生產(chǎn)模式下，工具企業(yè)只是個標(biāo)準(zhǔn)刀具的生產(chǎn)供應(yīng)商，使用現(xiàn)場的諸多技術(shù)問題和管理問題，都是使用者自己來解決的。而發(fā)展到現(xiàn)代工具工業(yè)階段，這個服務(wù)者的角色發(fā)生了大變換。國外制造業(yè)為使新產(chǎn)品開發(fā)費用和管理工作量部分地轉(zhuǎn)嫁到工具供應(yīng)商，達到共同承擔(dān)開發(fā)風(fēng)險之目的，廣泛采用平臺戰(zhàn)略，全球采購、一體化管理方式

22、已成趨勢。在工具的采購上，將目標(biāo)轉(zhuǎn)向生產(chǎn)成本低的國家和地區(qū)，以降低生產(chǎn)成本，增加市場競爭力。在工具管理上則突出表現(xiàn)為工具廠從主要提供刀具產(chǎn)品轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕峁┣邢骷夹g(shù)，負(fù)責(zé)刀具采購、管理和現(xiàn)場服務(wù)，即所謂體化管理模式。工具企業(yè)向用戶提供的已經(jīng)不是單純的刀具產(chǎn)品，而是切削加工問題的整體解決方案，這個方案的兩個基本要素就是先進的刀具和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。因此，是否具備向用戶提供全方位優(yōu)質(zhì)服務(wù)的能力，已經(jīng)成為衡量現(xiàn)代工具企業(yè)競爭力的個重要指標(biāo)。所以數(shù)控刀具未來的發(fā)展前景是非常樂觀的。六、總結(jié)與體會數(shù)控機床是目前制造的核心和基礎(chǔ)。其應(yīng)用范圍廣，在我國有著良好的發(fā)展前景，對于其刀具的正確使用研究具有非常重要的意義。

23、而數(shù)控加工刀具本身也具有著非常良好的發(fā)展期，隨著對數(shù)控機床高速高精密等要求的提高，在各家刀具制造企業(yè)的良性競爭下，新的刀具材料也會不斷不推陳出新，切削技術(shù)也必將會升級到一個暫新的技術(shù)層面。所以對數(shù)控刀具的了解與認(rèn)識對制造人員而言是非常重要的，我們不僅要了刀具的各種類型及特點，也需要熟練掌握編程技術(shù)，從而更好的在工業(yè)4.0背景下成功的由“制造”轉(zhuǎn)型為“智造”。通過本次先進制造技術(shù)的學(xué)習(xí)，我受益匪淺。本次學(xué)習(xí)不僅使我對機械設(shè)計制造及其自動化這門專業(yè)有了更深刻的了解，而且更是在了解了那么多先進的制造技術(shù)后激發(fā)了自己相當(dāng)濃厚的專業(yè)興趣。例如3D打印技術(shù)，從我知道有這項技術(shù)以來，我一直以為這項技術(shù)已經(jīng)真

24、的完全應(yīng)用與實際生活中了可是在親身接觸過后我才明白，由于機器本身和ABS材料高昂的價格，致使這項先進的技術(shù)依然處于探索階段。還有激光加工，水射流技術(shù)等。每一項先進技術(shù)都能給我極大地激勵，促使我認(rèn)真了解并學(xué)習(xí)它們。4月13日在學(xué)校安排下我們?nèi)ド虾Ｐ聡H博覽中心參觀了第十五屆中國國際機床展覽會（第九屆中國數(shù)控工機床展覽會），這次令人記憶尤深的參觀更是讓我對最先進的生產(chǎn)制造技術(shù)產(chǎn)生了深深的向往。行走在展覽館里，看著各種各樣的高端科技產(chǎn)品，包括最先進的數(shù)控機床、最新的數(shù)控加工刀具以及高智能化的工業(yè)機器人，使我從心底里相信，在工業(yè)4.0的大背景下，制造業(yè)必將會迎來新的輝煌，而這不但是中國的機遇更是我們的

25、機遇。從這次參觀中我發(fā)現(xiàn)自己對未來更加充滿信心了。我相信，未來就掌握在我的手中，有付出就有回報！七、課后習(xí)題7.1第三章課后習(xí)題3-2 有哪幾類零件成形方法？列舉這些成形方法各自工藝內(nèi)容。答：依據(jù)材料成形學(xué)觀點，從物質(zhì)組成方式可把機械零件成形方式分為如下三類型： 受迫成形：利用材料的可成形性，在特定的邊界和外力約束條件下的成形方法。 去除成形：運用分離的辦法，把一部分材料（裕量材料）有序地從基體中分離出去而成形的辦法。 堆積成形：它是運用合并與連接的辦法，把材料（氣、液、固相）有序地合并堆積起來的成形方法。3-5 什么是超塑性？目前金屬超塑性主要有哪兩種工藝手段獲得？ 答：超塑性是指材料在一定

26、的內(nèi)部組織條件（如晶粒形狀及尺寸、相變等）和外部環(huán)境條件（如溫度、應(yīng)變速率等)下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能的現(xiàn)象。超塑性的特點有大延伸率，無縮頸，小應(yīng)力， 易成形。金屬的超塑性主要有兩種類型：1）細(xì)晶超塑性，又稱組織超塑性恒溫超塑性，其超塑性產(chǎn)生的內(nèi)在條件是具有均勻、穩(wěn)定的等軸細(xì)晶組織，晶粒尺寸常小于10m；外在條件是每種超塑性材料應(yīng)在特地的溫度及速度下變形，一般應(yīng)變速率在范圍內(nèi)，要比普通金屬應(yīng)變速率至少低一個數(shù)量級。2）相變超塑性，又稱環(huán)境超塑性，是指在材料相變點上下進行溫度變化循環(huán)的同時對式樣加載，經(jīng)多次循環(huán)式樣得到積累的大變形。3-6 目前在高分子材料注射成形工藝中有哪些

27、先進技術(shù)？答： 目前在高分子材料注射成形工藝中的先進技術(shù)有： 以組合惰性氣體為特征的氣輔成型、微發(fā)泡成型等； 以組合壓縮過程為特征的注射壓縮成形、注射壓制成形、表面貼合成形等； 以組合模具移動或加熱等過程為特征的自切澆口成形、模具滑合成形、熱流道模具成形等； 以組合取向或延伸過程為特征的剪切場控制取向成形、磁場成形等。3-11 在怎樣的速度范圍下進行加工屬于高速加工？分析高速切削加工所需解決的關(guān)鍵技術(shù)。答：超高速加工技術(shù)是指采用超硬材料刀具磨具和能可靠地實現(xiàn)高速運動的高精度、高自動化、高柔性的制造設(shè)備，以極大地提高切削速度來達到提高材料切除率、加工精度和加工質(zhì)量的現(xiàn)代制造加工技術(shù)。它是提高切削

28、和磨削效果以及提高加工質(zhì)量、加工精度和降低加工成本的重要手段。其顯著標(biāo)志是使被加工塑性金屬材料在切除過程中的剪切滑移速度達到或超過某一域限值，開始趨向最佳切除條件，使得被加工材料切除所消耗的能量、切削力、工件表面溫度、刀具磨具磨損、加工表面質(zhì)量等明顯優(yōu)于傳統(tǒng)切削速度下的指標(biāo)，而加工效率則大大高于傳統(tǒng)切削速度下的加工效率。高速切削加工所需解決的關(guān)鍵技術(shù)：1.高速主軸：高速主軸單元是高速加工機床最關(guān)鍵的部件。2.快速進給系統(tǒng)：實現(xiàn)高速切削加工不僅要求有很高的主軸轉(zhuǎn)速和功率，同時要求機床工作臺有很高的進給速度和運動加速度。3.高性能的CNC控制系統(tǒng)：用于高速加工的CNC控制系統(tǒng)必須具有很高的運算速度

29、和運算精度，以及快速響應(yīng)的伺服控制，以滿足高速及復(fù)雜型腔的加工要求。4.先進的機床結(jié)構(gòu)：為了適應(yīng)粗精加工，輕重切削負(fù)荷和快速移動的要求，同時保證高精度，高速切削機床床身必須具有足夠的剛度強度和高的阻尼特性及搞的熱穩(wěn)定性。5.高速切削的刀具系統(tǒng)：高速切削時的一個重要問題是刀具磨損。 3-13 分析RPM工作原理和作業(yè)過程，列舉典型的RPM工藝方法。答：RPM技術(shù)是集CAD技術(shù)，數(shù)控技術(shù)，材料科學(xué)，機械工程，電子技術(shù)和激光技術(shù)等技術(shù)于一體的綜合技術(shù)，是實現(xiàn)從零件設(shè)計到三維實體原型制造的一體化系統(tǒng)技術(shù)。工作原理：采用軟件離散材料堆積的原理而制造零件，通過離散獲得堆積的順序、路徑、限制和方式，通過堆積

30、材料“疊加”起來形成三維實體。作業(yè)過程：典型工藝方法：光敏液相固化法（SLA）、選區(qū)片層粘結(jié)法（LOM）、選區(qū)激光燒結(jié)法（SLS）、熔絲沉積成形法(FDM)。3-15 敘述微機械的基本特征，目前有哪些微細(xì)加工工藝方法？答：微機械基本特征：（1）體積小，精度高，重量輕。（2）性能穩(wěn)定，可靠性高。（3）能耗低，靈敏度和工作效率高。（4）多功能和智能化。（5）試用于大批量生產(chǎn)，制造成本低。 微細(xì)加工工藝方法：（1）超微機械加工（2）光刻加工（3）體刻蝕加工技術(shù)（4）面刻蝕加工技術(shù)（5）LIGA技術(shù)（6）封接技術(shù)（7）分子裝配技術(shù)7.2第四章課后習(xí)題4-1 敘述制造自動化技術(shù)發(fā)展與趨勢。答：制造自動化

31、技術(shù)的發(fā)展大致分為三個階段：第一階段：剛性自動化，主要表現(xiàn)在半自動和自動機床、組合機床、組合機床自動線出現(xiàn)，解決了單一品種大批量生產(chǎn)自動化問題，其主要特點是生產(chǎn)效率高、加工品種單一。這個階段于20世紀(jì)50年代達到了峰頂。第二階段：柔性自動化，為滿足多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動化的需要，出現(xiàn)了一系列柔性制造自動化技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)（NC）、計算機數(shù)控（CNC ）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、等。第三階段：綜合自動化，隨著計算機及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，各項單元自動化技術(shù)的逐漸成熟為充分利用資源，發(fā)揮綜合效益，自20世紀(jì)80年代以來以計算機為中心的綜合自動化得到了發(fā)展，如計算機繼承

32、制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了發(fā)展和應(yīng)用。 發(fā)展趨勢為：制造敏捷化、制造網(wǎng)絡(luò)化、制造虛擬化、制造智能化、制造全球化和制造綠色化。4-4 機床進給伺服系統(tǒng)包括哪些組成部分？分析比較機床進給伺服系統(tǒng)與主軸伺服系統(tǒng)的特點和區(qū)別。 答：機床進給伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電機單元及檢測反饋單元四部分組成。機床進給伺服系統(tǒng)在經(jīng)歷了開環(huán)步進伺服、直流伺服兩個階段后，現(xiàn)已進入了交流伺服系統(tǒng)階段，交流電動機具有結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用的特點。機床進給伺服系統(tǒng)中多采用永磁同步電機，一般用在精度要求高，容量較小的場合。對機床主軸傳動的要求與進給

33、傳動比較還是有較大區(qū)別的，它要求交流株洲電動機有較大的驅(qū)動功率，大的無級調(diào)速范圍，定向停位控制及角度分度控制功能等。交流主軸電機的性能要比普通異步電動機高，它要求交流主軸電動機的輸出特性曲線（功率與轉(zhuǎn)速關(guān)系）在基本速度以下使位于恒轉(zhuǎn)矩區(qū)域，而在基本速度以上時位于恒功率區(qū)域。4-7 描述工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)組成。答：工業(yè)機器人一般由以下四部分組成： （1）執(zhí)行機構(gòu)：手部、腕部、臀部、機身、機座及行走機構(gòu)。 （2）控制系統(tǒng)：機器人的大腦 （3）驅(qū)動系統(tǒng)：機械人執(zhí)行動作的動力源 （4）位置檢測裝置：負(fù)責(zé)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)。4-10 分析FMS結(jié)構(gòu)組成、特點和適用范圍。答

34、：FMS結(jié)構(gòu)組成：加工系統(tǒng)、工件運儲系統(tǒng)、刀具運儲系統(tǒng)、一套計算機控制系統(tǒng)、集成冷卻潤滑系統(tǒng)、切屑運輸系統(tǒng)、自動清洗裝置、自動去毛刺設(shè)備等系統(tǒng)。FMS特點是：（1）柔性高，適應(yīng)多品種小批量生產(chǎn)；（2）系統(tǒng)內(nèi)的機床在工藝能力上是相互補充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作；（4）遞階結(jié)構(gòu)的計算機控制可以與上層計算機互聯(lián)網(wǎng)通信；（6）可進行第三班無人值守生產(chǎn)。FMS適用范圍：柔性制造模塊（FMM）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）、柔性制造生產(chǎn)線（FML）、柔性制造工廠（FMF）。4-16 敘述FMS控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)。答：由于FMS

35、是一個復(fù)雜的自動化集成體，其控制系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)和性能直接影響整個FMS的柔性、可靠性和自動化程度。為了避免用一臺計算機過于集中的控制，目前幾乎所有的FMS都采用了多級計算機遞階控制結(jié)構(gòu)，由此來分擔(dān)主控計算機的負(fù)荷，提高控制系統(tǒng)的可靠性，同時也便于控制系統(tǒng)的設(shè)計和維護。FMS控制系統(tǒng)一般采用三層遞階控制結(jié)構(gòu)，包括：系統(tǒng)管理與控制層、過程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層、設(shè)備控制層。八、先進制造技術(shù)實驗報告一、 實驗?zāi)康?、 了解先進制造技術(shù)的發(fā)展；2、 觀看了解具體的先進制造設(shè)備；3、 了解先進制造的加工理念及方法。二、 實驗方法在老師帶領(lǐng)下參觀學(xué)校機電樓的先進數(shù)控加工設(shè)備，包括HERMLE系統(tǒng)五軸加工中心、柔性制

36、造系統(tǒng)、DMG數(shù)控車床、HTS 300快速成型機等。觀察先進制造加工過程，聽老師介紹相關(guān)先進制造知識及先進加工理念。 三、 實驗內(nèi)容 實驗一 參觀FMS（柔性制造系統(tǒng)）和其他設(shè)備一、FMS（柔性制造系統(tǒng)）柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)(Flexible Manufacturing System)，英文縮寫為FMS。FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對象確定工藝過程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲運系統(tǒng)，并由計算機進行控制，故能自動調(diào)整并實現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)(即具有“柔性

37、”)，并能及時地改變產(chǎn)品以滿足市場需求。FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。FMS的工藝范圍正在不斷擴大，可以包括毛坯制造、機械加工、裝配和質(zhì)量檢驗等。投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。柔性制造是指在計算機支持下，能適應(yīng)加工對象變化的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型：1、 柔性制造單元 柔性制造單元由一臺或數(shù)臺數(shù)控機床或加工中心構(gòu)成的加工單元。該單元根據(jù)需要可以自動更換刀具和夾具，加工不同的工件。柔性制造單元適合加工形狀復(fù)雜，加工工序簡單，加工工時較長，批量小的零件。它有較大的設(shè)備柔性，但人員和加工柔性低。 2、柔性制造系統(tǒng) 柔性制造

38、系統(tǒng)是以數(shù)控機床或加工中心為基礎(chǔ)，配以物料傳送裝置組成的生產(chǎn)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由電子計算機實現(xiàn)自動控制，能在不停機的情況下，滿足多品種的加工。柔性制造系統(tǒng)適合加工形狀復(fù)雜，加工工序多，批量大的零件。其加工和物料傳送柔性大，但人員柔性仍然較低。 3、柔性自動生產(chǎn)線 柔性自動生產(chǎn)線是把多臺可以調(diào)整的機床(多為專用機床)聯(lián)結(jié)起來，配以自動運送裝置組成的生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線可以加工批量較大的不同規(guī)格零件。柔性程度低的柔性自動生產(chǎn)線，在性能上接近大批量生產(chǎn)用的自動生產(chǎn)線；柔性程度高的柔性自動生產(chǎn)線，則接近于小批量、多品種生產(chǎn)用的柔性制造系統(tǒng)。 圖一 柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)（圖一）運行實例分析：由一號機械手（圖

39、三，此為串聯(lián)六關(guān)節(jié)機械手 型號為FANUC LR Mate 200iC）從格子倉庫（圖二）中取出待加工的零件放入運行軌道（圖四）的指定位置，當(dāng)二號機械手（圖五，此為可移動式串聯(lián)六關(guān)節(jié)機械手 型號為FANUC M-10iA)附近的傳感器感應(yīng)后有二號機械手本身抓取后移動至車削加工中心（圖六）并由車削加工中心進行加工，加工完畢后再由二號機械手抓取并移動至銑削加工中心（圖七）進行加工，加工完畢后再由二號機械手抓取并放至軌道指定位置，一號機械手附近傳感器感應(yīng)后，由一號機械手抓取并送回格子倉庫完成一個運行過程。 圖二 格子倉庫 圖三 一號機械手 圖四 運行軌道 圖五 二號機械手 圖六 車削加工中心 二、五

40、軸聯(lián)動車床五軸聯(lián)動數(shù)控機床是一種科技含量高、精密度高專門用于加工復(fù)雜曲面的機床，這種機床系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。 目前，五軸聯(lián)動數(shù)控機床系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉(zhuǎn)子、汽輪機轉(zhuǎn)子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段。 圖七 銑削加工中心 HERMLE五軸聯(lián)動系列加工中心，其主要是高速主軸擺動柔性型五軸聯(lián)動加工中心，其規(guī)格及要點如下：工作行程X-Y-Z:600-450-450mm，速度：10,000/16,000/40,000rpm，快速移動（所有軸）：45m/min，控制系統(tǒng)：HEIDENAIN(編碼器)，數(shù)控

41、旋轉(zhuǎn)擺動工作臺（在夾緊工作臺內(nèi)）：Ø280mm。C系列可以做到性能、精度、通用性集中在一個人解決方案中。這個系列包含了我們最萬能的機器之一：它的構(gòu)造帶有改良的龍門設(shè)計通過獨立于工作外的三軸刀具運動來提高動態(tài)切削，并運用拾取刀庫來簡化刀具交換。 HERMLE五軸聯(lián)動加工中心 HTS300快速成型機實驗二 快速成形快速成形技術(shù)又稱快速原型制造(Rapid Prototyping Manufacturing，簡稱RPM)技術(shù)，RPM技術(shù)是在現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)、激光技術(shù)、計算機數(shù)控技術(shù)、精密伺服驅(qū)動技術(shù)以及新材料技術(shù)的基礎(chǔ)上集成發(fā)展起來的。不同種類的快速成型系統(tǒng)因所用成形材料不同，成形原理和系統(tǒng)特點也各有不同。但是，其基本