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第三章一、机械制造工艺的定义及内涵：机械制造工艺:是指在生产过程中，改变生产对象（一般包括材料，半成品）的形状、尺寸、性能及相互位置关系的方法和过程，也称机械制造工艺过程。毛坯和零件成形——铸造、锻压、冲压、焊接、压制、烧结、注塑、压塑…机械加工——切、铣、刨、磨，特种加工等热处理及表面处理——热处理、电镀、转化膜、涂装、热喷涂…机械装配——把零件按一定的关系和要求连接在一起，组合成部件和整台机械产品，包括零件的固定、连接、调整、平衡、检验和试验等工作。机械加工方法按成型原理可分为：受迫成形在特定边界和外力约束下成形，如铸造、锻压、粉末冶金和注射成形等；去除成形将材料从基体中分离出去成形，如车、铣、刨、磨、电火花、激光切割；堆积成形将材料有序地合并堆积成形，如快速原形制造、焊接等。生长成型利用材料的活性进行成型的方法。如生物个体的发育。二、先进制造工艺的技术体系先进制造工艺技术就是传统机械制造工艺不断优化和发展后所形成的，包括常规工艺经优化后的工艺，以及不断出现和发展的新型加工方法。主要技术：先进成型技术、精密、超精密加工技术、超高速加工技术、微细加工技术、特种加工技术、快速原型制造技术、表面工程技术等。三、先进制造工艺技术的发展方向：采用模拟技术，优化工艺设计应用模拟技术，可在计算机上虚拟显示材料热加工工艺过程，预测工艺结果，并通过不同参数的比较优化工艺设计，提高制造质量和效率。毛坯成型向近无余量及近无“缺陷”的方向发展使毛坯成型从接近零件形状向直接制成工件的精密成形或称净成形（无余量）的方向发展。成形方法有传统方法：铸造、锻造、冲裁、焊接和轧制。先进方法：熔模精密铸造、精密锻造、精密冲裁、精密焊接和精密切割等。机械加工向超精密、超高速方向发展——以超精密、超高速加工为代表加工精度进入纳米加工时代加工速度成为克服难加工材料加工问题的一条途径。特种加工方法和应用领域不断拓展——以激光加工技术为代表加工工艺——将电、热、光、声、磁作为能源施加到被加工部位，形成特种加工工艺。加工对象——超硬材料、超塑材料、高分子材料等的加工。加工方法——激光、电子束、离子束、高压水射流等新方法。采用自动化技术，实现工艺过程的优化控制——以微机械加工为代表单机自动化→系统自动化•刚性自动化→柔性自动化→综合自动化•工艺过程和工艺参数得到实时优化，提高加工制造效率和质量。绿色制造工艺的研究与应用•研究原则——在不牺牲质量、成本、可靠性、功能或能量利用率的前提下，采用能减轻对环境产生有害影响的制造过程。•主要分类——节约资源的工艺技术，节省能源的工艺技术，环保型的工艺技术。加工与设计趋于集成和一体化——以快速原型制造为代表CAD/CAM、FMS、CIMS、CE、快速原型制造等的提出，淡化了设计与加工的界限，使之趋于集成和一体化。冷热加工之间、加工过程、物流过程、装配过程之间的界限也趋于消失。四、概念：精密、超精密加工的概念精密和超精密加工是相对于特定的发展时期而言的。一般来说，精密加工是指在一定的发展时期，加工精度和表面质量达到较高程度的加工工艺；超精密加工是指加工精度和表面质量达到最高程度的加工工艺。常用精密加工和超精密加工：超精密加工技术的地位与作用：超精密加工技术是机械制造工艺技术中的前沿技术，是发展其他高技术的基础和关键。发展尖端技术、国防工业、微电子工业都需要超精密加工出来的仪器设备。�超精密技术在国家军事领域、宇航领域及民用工业中起着不可代替的重要作用。�超精密加工技术的发展状况对一个国家的真正强大有着十分重要的作用。（1）超精密加工是国家制造工业水平的重要标志之一（2）超精密加工是国防工业的需求（3）信息产品中的需求（4）民用产品中的需求。密、超精密加工的技术特点1.进化加工原则，械加工中，保证零件加工精度的途径主要有两条：“母性原则”即“蜕化原则”——要求加工设备的精度高于工件加工精度。�“进化加工原则”——在精度比工件精度要求低的加工设备上，直接或间接加工出高精度的工件。要求加工机床必须具备在线监测和误差补偿技术。2.微量加工机理与普通加工机理不同，超精密加工要达到亚微米级（0.01μm）及其以上的精度，切削时背吃刀量（切削深度）可能小于晶粒的大小，切削就在晶粒内进行，是对晶粒的破坏，相当于是将晶体一部分一部分的切除。因此，切削力一定要超过晶体内部非常大的分子和原子的结合力，才能形成微量或超微量切削。3.在线检测与误差补偿精密检测是超精密加工的必要手段，误差补偿是提高加工精度的有效措施。工件加工的同时进行检测，称为在线检测。采用修正、抵消、均化等措施减小或消除加工中的误差，称为误差补偿。测量仪器的精度一般要求比机床的加工精度高一个数量级。误差补偿可分为静态补偿和动态补偿两种。�静态补偿是根据事先测出的误差值，运用硬件（校正尺）或者通过计算机软件控制进行补偿。�由于对工件进行同时测量和补偿的动态补偿非常困难，因此误差补偿常常采用误差记忆的控制方式，根据上个工件的测量结果形成的误差曲线或曲面，由计算机控制刀具运动轨迹对下一个工件实施补偿。精密、超精密加工方法分类1.金刚石刀具超精密切削加工；2.精密、超精密磨料加工；3.精密、超精密特种加工4.复合加工。第四章：一、制造自动化系统的概念：1.制造自动化系统的定义狭义——用机器代替人的体力和脑力劳动�广义——制造自动化系统是由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性制造自动化，最后输出产品、文档资料、废物和对环境的污染。2.制造自动化的内涵a)形式方面具有三个方面的含义代替人的体力劳动；代替或辅助人的脑力劳动；制造系统中人、机及系统的协调、管理、控制和优化。b)功能方面代替人的体力和脑力劳动是制造业自动化功能的一部分。当前的完整目标体系模型为TQCSE：�T—时间，意在缩短产品制造周期，提高生产率；�Q—质量；�C—成本；�S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度的方式为员工服务；�E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造c)范围方面制造自动化不仅涉及到具体的生产制造过程，而是涉及产品生命周期所有过程。3.制造自动化系统的典型组成a)具有一定技术水平和决策能力的人是人-机一体化的系统，对人的要求不是降低了，而是提高了；b)一定范围的被加工对象能在一定范围内适应被加工对象的变化；c)信息流及其控制系统信息流控制着物流，进而控制产品的制造质量d)能量流及其控制系统能量流为物流过程提供能量，以维持系统的运行e)物料流及物料处理系统是系统的主要运作方式，是制造自动化系统规划的重要内容。1.制造自动化系统的发展历史第一阶段(1870-1950)纯机械控制随着电液控制的刚性自动化加工单机和系统得到长足发展。1946年，苏联学者米特洛万诺夫提出成组生产工艺的思想，其成为制造自动化系统赖以生存和发展的重要技术之一。第二阶段(1952-1965)数控技术，特别是单机数控得到飞速发展。对多品种、小批量生产自动化意义重大。第三阶段(1967-1985)数控机床与工业机器人组成的柔性制造系统发展迅速。因忽略“人”的核心作用而不尽如人意。第四阶段(1985-)CIMS2.制造自动化系统的发展趋势：造产品——”是发展的关键—精确化“极”是发展的焦点—极端化“文”是发展的新义—人文化。制造过程——“绿”是发展的必然—绿色化“快”是发展的动力—快速化“省”是发展的原则—节省“效”是发展的追求—高效。制造技术——“数”是发展的核心—数字化“自”是发展的条件—自动化“集”是发展的方法—集成化“网”是发展的道路—网络化“智”是发展的前景—智能化。（1）高度智能集成性这是计算机集成制造技术和人工智能技术在制造系统广泛应用的必然结果，智能化已成为制造自动化系统的主要特征之一。�智能技术使得制造系统具有自适应、自决策、自诊断、自纠正能力。智能集成性体现在两方面：一是信息的集成；二是人与技术的集成。（2）人机结合的适度自动化不片面强调完全自动化，坚持人在自动化系统中的核心地位，强调实现人机功能的合理分配，并能够充分发挥人的主观能动性。其特点是成本低、可靠性高、系统结构简单。（3）强调系统的柔性和敏捷性适应多品种、小批量的市场环境和快速响应市场需求，在于系统的柔性和敏捷性。着力点在于通过采用模块化设计技术、并行设计技术、成组技术、业务流程重组、敏捷制造等新技术手段，通过改变自身的结构适应外部环境的不断变化。（4）功能扩展化�从目前面向零件加工的，向面向毛坯制造、自动装配、自动测试、自动包装等多目标体系发展。（5）小型化因其成本低、功能强、能满足要求、易于操作和管理等优点将得到广泛应用。如DNC，FMC（6）简单化满足要求的系统中，越简单的越好。降低投入及使用成本，提高可靠性。（7）环保化绿色技术的应用。三、先进制造自动化系统的关键技术1.制造自动化系统的理论和方法研究2.制造自动化系统开放式智能式体系结构研究3.面向制造自动化技术的数控技术研究4.面向制造自动化技术的机器人技术研究5.面向制造自动化技术的柔性制造技术研究6.面向制造自动化技术的集成制造技术研究7.面向制造自动化技术的智能制造技术研究。“机器人学三定律”机器人不得伤害人或由于故障而使人遭受不幸；机器人应执行人们所下达的指令，除非这些指令与第一定律相矛盾；机器人应能保护自己的生存，只要这种防护行为不与第一或第二定律相矛盾。机器人发展的三个阶段第一代机器人，属于示教再现型，即人手把着机械手或通过遥控，把应当完成的任务做一遍。第二代机器人则具备了感觉能力，能对周围环境进行感知。第三代是智能机器人，不仅具有感觉能力，还具有独立判断和行动的能力，并具有记忆、推理和决策的能力。什么要发展机器人理由之一：提高生产效率，降低人的劳动强度。比如焊机器人提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度。理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽车生产线上的焊接工作。由之三：机器人做人做不了的事情。比如人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人。二、工业机器人的定义机器人是一种计算机控制的可以编程的自动机械电子装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。三、工业机器人体系结构①三个部分工业机器人通常由机械部分（用于实现各种动作）、传感部分（用于感知内部和外部的信息）、控制部分（控制机器人完成各种动作）。②六个系统A.驱动系统：提供机器人各部位、各关节动作的原动力。B.机械结构系统：完成各种动作。C.感受系统：由内部传感器和外部传感器组成。D.机器人-环境交互系统：实现机器人与外部设备的联系和协调并构成功能单元。E.人机交互系统：是人与机器人联系和协调的单元。F.控制系统：是根据程序和反馈信息控制机器人动作的中心。分为开环系统和闭环系统。③工业机器人一般的机械组成机身部分：如同机床的床身结构一样，机器人机身构成机器人的基础支撑。有的机身底部安装有机器人行走机构；有的机身可以绕轴线回转，构成机器人的腰。�手臂部分：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。末端操作器：可以是拟人的手掌和手指，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。关节：分为滑动关节和转动关节。实现机身、手臂各部分、末端操作器之间的相对运动。四、机器人的分类a)按用途分类工业机器人、空间机器人、水下机器人、军用机器人、排险救灾机器人、教学机器人和娱乐机器人等。b)按坐标系统分类直角坐标型：只具有移动关节。圆柱坐标型：具有一个转动关节、其余为移动关节的机器人。球坐标型：又称极坐标式。具有两个转动关节、其余为移动关节的机器人。关节型：又称回转坐标式，具有三个转动关节的机器人。c)按驱动方法分类电力驱动：主要形式，步进电机、直(交)流伺服电机驱动；液压驱动：抓取能力强，工作平稳、灵敏，稳定性好。气压驱动：抓力小，成本低，稳定性差d)按运动控制方式分类点位控制(PTP)