制造自动化技术n

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1、第四章 制造自动化技术 制造自动化技术 1 制造自动化技术概述 2 数控加工技术 3 工业机器人 4 装配自动化 5 柔性制造系统 1 制造自动化技术概述 1.1 制造自动化技术内涵 1.2 制造自动化的发展及现状 1.3 制造自动化的趋势 1.1 制造自动化技术内涵 自动化是美国通用汽车公司DSHarder于1936年提 出，核心含义是“自动完成特定的作业”。随着科学 技术的进步，自动化的功能目标在不断随着自动 化手段的提高，时代的进步而变化。 制造自动化是在制造过程的所有环节中采用自动 化技术，实现制造过程的自动化。其任务是研究 对制造过程的规划，管理，组织，控制与协调优 化等的自动化，以

2、使制造过程实现高效，优质， 低耗，及时和洁净的目标。 1.1 制造自动化技术内涵 制造自动化的内涵包括如下方面： 1）在形式方面 包括替代人的体力劳动，替代和 辅助人的脑力劳动，制造系统中人、机器及系 统的协调、管理、控制和优化 2）在功能方面 制造自动化的功能目标是多方面 的，可以用TQCSE描述 3）在范围方面 制造自动化不仅涉及到具体生产 制造过程，而且涉及到产品生命周期的所有过 程。 1.2 制造自动化的发展及现状 制造自动化技术的发展过程 第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机 在20世纪4050年代已相当成熟，应用传统的机械设 计和制造工艺方法，采用专用机床和组合机床，自动

3、单 机和自动化生产线进行大批量生产。其特征是高生产效 率和刚性结构，很难实现产品的改变。 第二阶段：数控加工 NC和CNC NC在本世纪50-70年代发展，到70-80年代CNC迅速发 展，特点：柔性好、加工质量高，适用于多品种，小批 量的生产。 1.2 制造自动化的发展及现状 第三阶段：柔性制造 包括计算机直接数控DNC，柔性制造单元FMC ，FMS，柔性加工线FML等，特征：强调制造 过程的柔性、高效率，适应于多品种，中小批 量的生产。 第四阶段：计算机集成制造系统CIMS 特征是强调制造全过程的系统性和集成性。 第五阶段：智能制造系统 IMS。 1.2 制造自动化的发展及现状 1 制造系

4、统中的集成技术和系统技术已成 为制造自动化研究中热点问题 2 更加注重研究制造自动化系统中人的作 用的发挥 3 单元系统的研究仍然占有重要的位置 4 制造过程的计划和调度研究十分活跃， 但实用化的成果还不多见 5 适应现代生产模式的制造环境的研究正 在兴起 1.3 制造自动化的趋势 1）对无人制造自动化进行反思，提出“人机 一体化制造系统的思想” 2）单元控制器的研究占重要地位 单元控制软件的发展， 控制软件的模块化，标准化 新的设计方法 发展新型控制体系结构，递阶控制结构非递 阶，自治协商式控制体系结构 人工智能技术 1.3制造自动化的趋势 3）平台技术的研究与平台软件的开发是制造自 动化发

5、展的方向 IBM Enabler DEC Basestar, HP AFCON 的PCIM 4）现代制造模式的提出和研究直接推动自动化 的发展 虚拟制造（Virtual Manufacturing） 动态组织联盟（ Virtual Organization） 5）智能制造将是未来制造自动化发展的重要发 展方向 Agent技术 2 数控加工技术 2.1 数控技术 2.2 数控加工技术基础 2.3 数控编程 2.4 计算机数字控制技术 2.5 应用与发展 2.1 数控技术 数字控制（Numerical Control）技术，简称数 控（NC）技术，是20世纪中期发展起来的 一种自动控制技术，是指用

6、数字化信息对 机械设备的运动及其加工过程进行控制的 一种方法。 2.2数控加工技术基础 数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、 电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域 最新成果而形成的一门边缘科学。 数控技术是指用数字化信号对设备运行及其加 工过程进行控制的一种自动化技术，它是一种 可编程的自动控制方式，它控制的量一般是位 置、角度、速度等机械量，也有温度、压力、 流量、颜色等物理量。 2.2数控加工技术基础 数控机床就是采用了数控技术的机床，或 着说装备了数控系统的机床 数控机床的组成 2.2 数控加工技术基础 数控机床的特点 能加工一般机床难以加工的复杂型面 精度高，质量稳定 生产率高

7、 具有广泛的适应性和灵活性 一机多用 在制品少，加速了流动资金的周转 改善生产环境，减少劳动强度 实现较精确的成本核算和生产进度安排 2.2数控加工技术基础 数控机床的分类 按运动控制分类：点位控制数控机床 、直线控制 数控机床、轮廓控制数控机床 按控制回路分类：开环控制数控机床 、闭环控制 数控机床 、半闭环控制数控机床 、混合控制数 控机床 按数控装置分类：硬件式数控机床、软件式数控 机床 按加工类型分类：金属切削类数控机床、金属成 型类数控机床、特种加工类数控机床、其它类数 控机床 2.2数控加工技术基础 按同时控制的坐标轴分类：2轴、2.5轴、3 轴、4轴、5轴或多轴类的数控机床 按伺

8、服驱动装置分类：液压驱动式数控机 床、气动式数控机床、直流伺服和交流伺 服数控化机床 按定位坐标分类：绝对坐标系统数控机床 和增量坐标系统数控机床 2.3数控编程 数控编程是数控加工准备阶段的主要内容 之一，通常包括分析零件图样，确定加工 工艺过程；计算走刀轨迹、得出刀位数据 、编写数控加工程序、制作控制介质、校 对程序及首件试切。 手工编程和自动编程 从零件图纸到获得数控加工程序的全过程 2.3数控编程 NC编程步骤 2.3数控编程 首先对零件图纸进行工艺分析，在工艺分析的基 础上作出各种处理，如确定对刀点、加工路线、 选择刀具和切削用量等 然后进行必要的计算，确定的工艺过程、工艺参 数、刀

9、具位移量与方向以及其它辅助操作 按加工路线和所用数控机床控制机规定的指令代 码以及程序格式编制出程序单 根据程序单穿孔制带或将程序单内容手动输入控 制机，以控制机床加工 2.3数控编程 数控加工程序编制分为：手工编程和自动编程 自动编程有两种方法：数控语言编程和图形交换 数控编程 图形交互数控编程：编程人员通过图象系统，以 人与计算机实时对话的交互方式在机内逐步生成 零件几何图形数据和走刀轨迹数据，并在图形显 示器屏幕上显示图形，并可对图形的内容、格式 、大小、或色彩进行动态控制。 2.4 计算机数字控制系统 数控机床在数控系统控制下，自动按给定 的程序进行零件加工。CNC系统由程序， 输入输

10、出设备，计算机数字控制装置，可 编程控制器，主轴控制单元和进给速度控 制单元等组成，如图所示 2.4计算机数字控制系统 CNC的硬件结构 单微处理机机构 多微处理器机构 CNC的软件结构 2.4计算机数字控制系统 软件的工作过程如图 2.4计算机数字控制系统 CNC装置的软件结构特点： CNC装置的多任务并行处理 前后台型软件结构 中断型软件结构 2.5 应用与发展 数控技术经历了几代变化 第一代数控硬件系统， 采用电子元件构成的专用 数控系统 第二代数控硬件系统，采用晶体管电路的NC系统 第三代数控硬件系统，采用中，小型集成电路的 NC系统 第四代数控硬件系统，采用大规模集成电路的小 型通用

11、电子计算机控制系统 第五代数控硬件系统，采用微型电子计算机和微 处理机组成的控制系统。 2.5 应用与发展 高速度，高精度化 智能化 基于CAD和CAM的数控编程自动化 发展可靠性最大化 开放化 网络化 2.5 应用与发展 市场激烈竞争，产品迅速更新换代，采用各 类数控设备、加工中心、柔性制造单元、柔性 制造系统乃至计算机集成制造系统，是必然的 趋势。 数控技术已是衡量一个国家机械制造工业水 平的重要标志之一，更是体现一个机械制造企 业技术水平的重要标志。 发展数控技术是当前我国机械制造业技术改造 的必经之路，是未来工厂自动化的基础。 3 装配自动化 3.1 装配自动化概述 3.2 装配工艺规

12、程的制定 3.3 机器装配自动化 3.1装配自动化概述 任何机器都是由许多零件装配而成的。装配是 机器制造中的最后阶段，机器的质量是通过装 配保证的，装配质量在很大程度上决定机器的 最终质量。 在装配过程中，可以发现机器设计和零件加工 质量等所存在的问题，并加以改进，以保证机 器的质量。 选择合适的装配方法，制定合理的装配工艺规 程是提高产品质量和生产率的重要保证。 3.1装配自动化概述 任何机器都是由零件，套件，组件，部件等组 成，为保证有效进行装配，通常将机器划分为 若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。 装配单元 零件，是组成机器的最小单元。它是由整块 金属或其他材料制成。零件一般都预

13、先装成 套件，组件，部件后才安装到机器上，直接 装入机器的零件不太多。 3.1装配自动化概述 套件，是在以及基准零件上，装上一个或 若干各零件构成的，它是最小的装配单元 。如图z-1所示 组件，是在一个基准零件上，装上若干套 件及零件构成。为形成组件而进行的装配 称之为组装，组件在以后的装配中可拆， 见图z-2 3.1装配自动化概述 部件，是在一个基准零件上，装上若干组件 ，套件和零件构成的。部件在机器中能完成 一定的，完整的功能。为形成部件而进行的 装配工作称之为部装，见图z-3。 整台机器，在一个基准零件上装上若干 部件、组件、套件和零件就构成整台机 器，把它们装配成最终整台机器产品的 过

14、程，称为总装。 图z-1 套件 图z-2组件装配系统图 图z-3部件装配系统图 3.1装配自动化概述 装配工艺系统图 概念：在装配工艺规程制定过程中，表明产品零、 部件间相互装配关系及装配流程的示意图。 表示方法：图中每一个零件用一个方格来表示，在 表格上表明零件名称、编号及数量。 一般将零件画在上方，把套件、组件、部件画在下 方，其排列的次序就是装配的次序，见图z-4。 图z-4 机器装配系统图 3.2装配工艺规程的制定 装配工艺规程是指导装配生产的主要技术文件 ，制定装配工艺规程是生产技术准备工作的主 要内容之一。 3.2装配工艺规程的制定 1.装配工艺规程的主要内容 分析产品图样，划分装

15、配单元，确定装配方法 拟定装配顺序，划分装配工序 计算并确定装配时间定额 确定各工序装配技术要求，质量检查方法和检查工具 规划装配过程的物流陪送规范 确定装配时零部件的输送方法及所需设备和工具 选择和设计装配过程中所需的工具，夹具和专用设备 规划装配后的物流 3.2装配工艺规程的制定 2.制定装配工艺规程的原则 保证产品装配质量，力求提高质量 合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量 ，缩短周期，提高效率 尽量减少装配占地面积 减少装配工作所占成本 提高装配的自动化程度，提高装配过程的柔性。 3.制定装配工艺规程的原始资料 产品的装配图及验收技术标准 产品的生产纲领 生产条件 3.2装配

16、工艺规程的制定 制定装配工艺规程的步骤 研究产品的装配图及验收技术条件 确定装配方法与组织形式 划分装配单元，确定装配顺序 划分装配工序 编制装配工艺文件 3.3机器装配自动化 1.装配自动化概况 装配过程自动化包括零件的供给、装配 对象的运送、装配作业、装配质量检测 等环节的自动化。 3.3机器装配自动化 2.自动装配机与装配机器人 自动装配机与装配机器人可用于各种形式的装 配自动化： 1）在机械加工中，工艺成套件装配 2）被加工零件的组，部件装配 3）用于顺序焊接的零件的拼装 4）成套部件的设备的总装。 3.3机器装配自动化 自动装配机与装配机器人可以完成下列形式的操作 ： 零件传输，定位及其连接； 用压装或由紧固螺钉、螺母使零件相互固定； 自动焊接装配； 装配尺寸