自動化制造系統(tǒng)-加工設備自動化-課件

加工設備自動化1加工設備自動化1第二章加工設備自動化

加工設備自動化是指在加工過程中所用的加工設備能夠高效、精密、可靠地自動進行加工，此外還應能進一步集中工序和具有一定的柔性。加工設備應滿足要求：（1）加工工序集中；（2）控制方便；（3）柔性和生產(chǎn)率兼顧；（4）通信接口；（5）系統(tǒng)的可靠性和機床負荷率。2第二章加工設備自動化 加工設備自動化是指在加工過程中所用第一節(jié)加工設備自動化概述一、加工設備自動化的意義 加工設備工作過程自動化可以縮短輔助時間，改善工人的勞動條件和減輕工人的勞動強度。單臺加工設備的自動化能較好地滿足零件加工過程中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多機床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動生產(chǎn)線和過渡到全盤自動化的必要前提，是機械制造業(yè)更進一步向前發(fā)展的基礎。因此，加工設備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題之一，是機械制造廠實現(xiàn)零件加工自動化的基礎。

3第一節(jié)加工設備自動化概述3二、加工設備自動化的途徑加工設備自動化主要是指實現(xiàn)了機床加工循環(huán)自動化和實現(xiàn)了輔助工作自動化的加工設備,需要實現(xiàn)自動化的主要內(nèi)容有：4二、加工設備自動化的途徑4

實現(xiàn)加工設備自動化的途徑主要有以下幾種：

1）對半自動加工設備通過配置自動上下料裝置以實現(xiàn)加工設備的完全自動化；

2）對通用加工設備運用電氣控制技術、數(shù)控技術等進行自動化改造；

3）根據(jù)加工工件的特點和工藝要求設計制造專用的自動化加工設備，如組合機床等；

4）采用數(shù)控加工設備，包括數(shù)控機床、加工中心等。5實現(xiàn)加工設備自動化的途徑主要有以下幾種：5

1．生產(chǎn)率分析當自動化加工設備連續(xù)生產(chǎn)時，加工一個工件的工作循環(huán)時間是由加工時間和空程輔助時間組成的，即

三、自動化加工設備的生產(chǎn)率分析與分類61．生產(chǎn)率分析三、自動化加工設備的生產(chǎn)率分析與分類6

結論：tf和tq對機床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相互促進的。當生產(chǎn)工藝發(fā)展到一定水平，即工藝生產(chǎn)率提高到一定程度時，必須提高機床自動化程度，進一步減少空程輔助時間，促使生產(chǎn)率不斷提高。另一方面，在相對落后的工藝基礎上實現(xiàn)機床自動化，生產(chǎn)率的提高是有限的，為了取得良好的效果，應當在先進的工藝基礎上實現(xiàn)機床自動化。

2．自動化加工方式分類

隨著科學技術的發(fā)展，加工過程自動化水平不斷提高，使得生產(chǎn)率得到了很大的發(fā)展，先后開發(fā)了適應不同生產(chǎn)率水平要求的自動化加工設備，主要有以下各類：7 結論：tf和tq對機床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相2．自

(1)全（半）自動單機：又分為單軸和多軸全（半）自動單機兩類。（走刀機構）

(2)組合機床

(3)自動線（TransferLine——TL）

(4)一般數(shù)控機床

(5)加工中心（MC）

(6)柔性制造單元（FMC）8 8第二節(jié)數(shù)控機床9第二節(jié)數(shù)控機床9一數(shù)控機床的概念及其特點

1基本概念數(shù)控——

數(shù)字化信號控制的簡稱，即用數(shù)字指令來控制機械執(zhí)行預定的動作

NC——NumericalControl數(shù)控CNC——ComputerizedNumericalControl計算機數(shù)控數(shù)控機床——高效的自動化加工設備，它嚴格按照加工程序，可以自動地對被加工工件進行加工。

10一數(shù)控機床的概念及其特點10數(shù)控機床加工的零件模具設計三維造型模具型腔油泵殼體真空壓鑄模具一

CNC加工油泵殼體真空壓鑄模具二

11數(shù)控機床加工的零件模具設計三維造型模具型腔油泵殼體真空壓鑄模2、數(shù)控機床加工適用范圍1）多品種小批量零件；

2）幾何形狀復雜的零件；

3）需要頻繁改型的零件；

4）貴重的、不允許報廢的關鍵零件；

5）批量大、必須嚴格控制公差的零件；

6）最短周期的急需零件。3、數(shù)控機床發(fā)展1）高速化和高精度化

2）多功能化

3）智能化

4）編程自動化

5）高可靠性化

6）系統(tǒng)小型化122、數(shù)控機床加工適用范圍1）多品種小批量零件；3、數(shù)二、數(shù)控機床的工作過程13二、數(shù)控機床的工作過程131.加工程序

控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體，控制介質(zhì)有多種形式，常用的有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等。N020M0N030M3M8N040G0X-80Y-80N050G1Z-59F100

2.輸入裝置

光電讀帶機、錄放機、磁盤驅動器鍵盤MDI、計算機編程通信三數(shù)控機床的組成141.加工程序控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳數(shù)控裝置接受輸入指令信號，進行運算判斷、發(fā)出的控制信號至伺服系統(tǒng)。3.數(shù)控裝置15數(shù)控裝置接受輸入指令信號，進行運算判斷、發(fā)出的控制信號至伺服4.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構，包括驅動和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床的移動部件運動或執(zhí)行部分動作。164.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構，包括驅動和執(zhí)行兩5.輔助控制裝置主軸變速、換向和啟停，刀具選擇和交換，冷卻、潤滑啟動停止，工件松開、夾緊等輔助動作。6.檢測反饋傳感器將伺服電動機的角位移和數(shù)控機床執(zhí)行機構的直線位移轉換成電信號，輸送給數(shù)控裝置，與指令位置進行比較，糾正誤差。7.機床本體主軸部件、刀架、尾架、滾珠絲杠、導軌、排屑、防護、冷卻、刀庫、自動換刀裝置等

175.輔助控制裝置17MJ-860DT數(shù)控車床的結構外觀圖123456781—床身；2—三爪卡盤；3—導軌；4—尾架；5、7—防護門；6—回轉刀架；8—數(shù)控操作面板18MJ-860DT數(shù)控車床的結構外觀圖11、按控制系統(tǒng)功能分類點位控制、直線控制、輪廓控制2、按加工方式分類一般數(shù)控機床、加工中心、多坐標數(shù)控機床等3、按伺服控制方式分類開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制系統(tǒng)4、按功能水平分類經(jīng)濟型、標準型、多功能型Next四數(shù)控機床的分類191、按控制系統(tǒng)功能分類Next四數(shù)控機床的分類19按運動軌跡分類1、點位控制2、直線控制3、輪廓控制返回20按運動軌跡分類1、點位控制2、直線控制

按加工方式分類

數(shù)控車床數(shù)控銑床返回21按加工方式分類數(shù)控車床數(shù)控銑床返回21按工藝用途分類

多坐標數(shù)控機床多坐標龍門式數(shù)控仿形銑床

CNC六坐標數(shù)控刀具磨床返回22按工藝用途分類多坐標數(shù)控機床多坐標龍門式數(shù)控仿形銑床按控制方式分類23按控制方式分類23

按功能水平分類

1）經(jīng)濟型（低檔）大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，其功能簡單，價格便宜，適用與自動化程度要求不高的場合。

2）標準型（中檔）這類數(shù)控機床的功能較全，價格適中，應用較廣。標準型數(shù)控機床亦可稱為全功能數(shù)控機床。

3)多功能型（高檔）這類數(shù)控機床的功能齊全．價格較貴，加工復雜零件的大中型機床及柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)中使用的數(shù)控機床一般為多功能型。24按功能水平分類

加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的多工序數(shù)控機床，它由機械設備和數(shù)控系統(tǒng)組成，是一種適用于復雜零件加工的高效自動化機床。

通常，加工中心僅指主要完成鏜銑加工的加工中心。這種自動完成多工序集中加工的方法，擴展到各種類型的數(shù)控機床，例如車削中心、滾齒中心、磨削中心等。第三節(jié)加工中心25加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的多工序數(shù)控一、加工中心的特點、類型與適用范圍

(1)適用范圍廣

(2)加工精度高

(3)生產(chǎn)率高 加工中心的類型有立式、臥式、五面、龍門等四種二、加工中心的結構

(1)基礎部件，

(2)主軸部件，

(3)自動換刀系統(tǒng)，

(4)自動托盤交換系統(tǒng)，

(5)數(shù)控系統(tǒng)，

(6)輔助系統(tǒng)26一、加工中心的特點、類型與適用范圍二、加工中心的結構261.

基礎部件1)基礎部件由床身、立柱、工作臺等大件組成，是加工中心的基礎結構。2)床身——支撐滑臺、立柱等；立柱——放置主軸頭和刀具庫等；工作臺——安放和帶動夾具、工件等；主軸箱體——支撐主軸系統(tǒng)。

十字滑臺

立柱271.

基礎部件1)基礎部件由床身、立柱、工作臺等大件2、主軸部件1)由主軸箱、主軸、主軸電機、軸承、刀具拉緊裝置，主軸定向停止裝置等組成。

2)在主軸3后端裝有一個發(fā)磁體4（磁鐵塊或電磁鐵），磁傳感器5能感應到磁塊的位置。當磁塊對準磁傳感器時，傳感器就發(fā)出信號，經(jīng)放大器6放大后，由定向電路7使主軸電機11立刻停止，主軸停在此位置上。282、主軸部件1)由主軸箱、主軸、主軸電機、軸承、刀具3、自動換刀系統(tǒng)

包括刀具庫、自動選刀和自動換刀三項內(nèi)容

293、自動換刀系統(tǒng)包括刀具庫、自動選刀和自動換刀三項內(nèi)容24、自動托盤交換系統(tǒng)1)加工中心要納入到FMS系統(tǒng)中，必須能夠自動上下料，才能形成自動加工循環(huán)系統(tǒng)。因此每臺加工中心都需要帶有自動托盤交換系統(tǒng)。

2)在機床切削工件的同時，托盤交換系統(tǒng)已經(jīng)將下一個待加工的工件準備好了，機床停下來等待換件（將加工完成的工件取下，再將毛坯裝上工作臺），只是進行托盤交換。所以，它使工件裝卸時間大幅度減少。

3)實際上，加工中心再配上一套自動托盤交換裝置，就形成了一個柔性制造模塊，可以自動完成工件的上下料和整個加工循環(huán)過程。304、自動托盤交換系統(tǒng)1)加工中心要納入到FMS系統(tǒng)立式加工中心的基礎部件

滾動直線導軌

用滾動導軌形成的三導軌31立式加工中心的基礎部件

滾動直線導軌

用滾動導

加工中心除了具有一般數(shù)控機床的特點外，它還具有其自身的特點。

1、自動換刀與刀庫 加工中心的刀具存取方式有順序方式和隨機方式兩種，刀具隨機存取是最主要的方式。

2、觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng) 主要用于加工循環(huán)中的測量。

3、刀具長度測量系統(tǒng) 用以檢查刀具長度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn)象，檢測準確度為±1mm。當發(fā)現(xiàn)不合格刀具時，測量系統(tǒng)會發(fā)出停車信號。三、加工中心的特點32加工中心除了具有一般數(shù)控機床的特點外，它還具有三、加四、加工中心的分類1、有立式，臥式，立臥式等形式的加工中心

2、加工中心在數(shù)控銑床的基礎上，將升降運動放在主軸頭上，在主軸箱側面放置一個圓盤刀庫和換刀裝置，就形成了一臺常見的立式加工中心

33四、加工中心的分類1、有立式，臥式，立臥式等形式的3、臥式加工中心

結構形式類似于臥式銑床，主軸水平放置，同樣是升降運動放在主軸頭上，帶有刀庫和換刀裝置。

343、臥式加工中心結構形式類似于臥式銑床，主軸4、立臥式加工中心

立臥式加工中心同時具有立式和臥式的功能，它的柔性更高，可對一個零件的五個面在一次裝夾中完成全部加工內(nèi)容，因此又稱為五面加工中心。

354、立臥式加工中心立臥式加工中心同時具有立式和5、高速加工中心

加工速度高，由于主軸轉速很高，配合用新型超硬耐磨刀具，使切削速度大大提高，其切削所用時間很短。其次，由于運動軸的速度和加速度很高，其加工移位、換刀等輔助時間也在大幅度減少，所以其加工效率非常高。

365、高速加工中心加工速度高，由于主軸轉速很高

機械加工自動線（簡稱自動線）是用一組運輸機構聯(lián)系起來的由多臺自動機床（或工位）、工件存放裝置以及統(tǒng)一自動控制裝置等組成的自動加工機器系統(tǒng)。在自動線的工作過程中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，按照工藝順序自動地經(jīng)過各個工位，不需要工人直接參與操作，自動地完成預定的加工內(nèi)容。 作用：自動線能減輕工人的勞動強度，并大大地提高勞動生產(chǎn)率，減少設備布置面積，縮短生產(chǎn)周期，縮減輔助運輸工具，減少非生產(chǎn)性的工作量，建立嚴格的工作節(jié)奏，保證產(chǎn)品質(zhì)量，加速流動資金的周轉和降低產(chǎn)品成本。

第四節(jié)機械加工自動線37 機械加工自動線（簡稱自動線）是用一組運輸機構聯(lián)系起來的

加工自動線通常由工藝設備、工件輸送系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成，各個系統(tǒng)中又包括各類設備和裝置。由于工件類型、工藝過程和生產(chǎn)率等的不同，自動線的結構和布局差異很大，但其基本組成部分都是大致相同的。

自動線的加工對象通常是固定不變的，或在較小的范圍內(nèi)變化，而且在改變加工品種時要花費許多時間進行人工調(diào)整。另外初始投資較多。因此只適用于大批量的生產(chǎn)場合。

38 加工自動線通常由工藝設備、工件輸送系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、

在通用機床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、車螺紋、磨外圓、磨內(nèi)孔、磨端面、銑端面、打中心孔、銑花鍵、拉花鍵孔、切削齒輪和鉆分布孔等。

一、通用機床自動線串聯(lián)單縱列串聯(lián)雙縱列串聯(lián)單橫排串聯(lián)雙橫排并聯(lián)縱列機床工件輸送系統(tǒng)39在通用機床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、車螺順序分料示意圖機床工件輸送系統(tǒng)并聯(lián)機床段并聯(lián)機床段40順序分料示意圖機床工件輸送系統(tǒng)并聯(lián)機床段并聯(lián)機床段40按需分料示意圖機床下料機械手上料機械手分路機構料道41按需分料示意圖機床下料機械手上料機械手分路料道41

組合機床自動線是針對一個零件的全部加工要求和加工工序專門設計制成的由若干臺組合機床組成的自動生產(chǎn)線。它與通用機床自動線有許多不同點：如每臺機床的加工工藝都是指定的不作改變；工件的輸送方式除直接輸送外，還可利用隨行夾具進行輸送；線的規(guī)模較大，有的多達幾十臺機床；有比較完善的自動監(jiān)視和診斷系統(tǒng)，以提高其開動率等。組合機床自動線主要用于加工箱體類零件和畸形件，其數(shù)量占加工自動線總數(shù)的70%左右。二、通用機床自動線42 組合機床自動線是針對一個零件的全部加工要求二、通典型組合機床自動線簡介43典型組合機床自動線簡介43

為了適應多品種生產(chǎn)，原來由專用機床組成的自動線改用數(shù)控機床或由數(shù)控操作的組合機床組成柔性自動線。FTL的工藝基礎是成組技術。按照成組加工對象確定工藝過程，選擇適宜的數(shù)控加工設備和物料儲運系統(tǒng)組成FTL。因此，一般的柔性自動線由以下三部分構成：①數(shù)控機床、專用機床及組合機床；②托板（工件）輸送系統(tǒng)；③控制系統(tǒng)。三、柔性自動線44 為了適應多品種生產(chǎn)，原來由專用機床組成的自動三、柔性第五節(jié)柔性制造單元

在數(shù)控技術發(fā)展總的歷程中，技術的特征總是簡單到復雜由特殊到一般地螺旋式上升許多企業(yè)在開發(fā)FMS技術之前，經(jīng)歷了FMC的過程，也有一些企業(yè)在它掌握了FMS技術以后用戶仍然需要FMC，有些用戶承受不了FMS的巨額投資，而認為FMC更符合他們的實際，因此，在研究FMS的同時，仍然要研究FMC

。45第五節(jié)柔性制造單元 在數(shù)控技術發(fā)展總的歷程中，技術

柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)是在制造單元的基礎上發(fā)展起來的，又具有柔性制造系統(tǒng)的部分特點的一種單元FMC，具有獨立自動加工的功能部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，可實現(xiàn)某些零件的多品種小批量的加工，部分FMC還可以實現(xiàn)24小時無人運轉，投資沒有FMS大，技術上容易實現(xiàn)，因而深受用戶歡迎。

46柔性制造單元(FlexibleManufactu一、柔性制造單元的組成FMC的構成有二大類：一類是加工中心配上托盤交換系統(tǒng)(AutomaticPalletChangerAPC)，另一類是數(shù)控機床配工業(yè)機器人(Robot)。1、加工中心配托盤交換系統(tǒng)的FMC

這樣的托盤系統(tǒng)具有存儲、運送功能、具有自動、檢測功能、工件和刀具的歸類功能、切削狀態(tài)監(jiān)視功能等，這種FMC實現(xiàn)連續(xù)24小時自動加工是非常有效的，托盤的交換由設在環(huán)形交換系統(tǒng)中的液壓或電動推拉機構來實現(xiàn)。47一、柔性制造單元的組成FMC的構成有二大類：一48482、數(shù)控機床配工業(yè)機器人(robot)的FMC

兩臺臺數(shù)控車床配上Robot，加上工件傳輸系統(tǒng)組成。在實際方案上還有多種組合形式，如美國公司生產(chǎn)的由三臺機床與Robot構成的FMC，這是由一臺車削中心、一臺立式加工中心、一臺臥式加工中心加上一臺工業(yè)機器人組成，Robot安裝在一臺傳輸小車上，小車安裝在固定軌道上，Robot實現(xiàn)機床至機床之間的工件傳送。二、柔性制造單元的特點1、柔性

體現(xiàn)在加工對象、工藝過程以及工序內(nèi)容的自動調(diào)整。492、數(shù)控機床配工業(yè)機器人(robot)的FMC2、自動化3、加工精度和效率高4、效益高5、便于實現(xiàn)計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)

應用FMC可積累物料傳輸系統(tǒng)、自動化倉庫和自動檢測方面的經(jīng)驗，使得容易朝著FMS或CIMS發(fā)展502、自動化3、加工精度和效率高4、效第五節(jié)柔性制造系統(tǒng)一、概述1、定義

柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystems)是一個由計算機集中管理和控制的制造系統(tǒng)，具有多個獨立或半獨立工位的一套物料儲存運輸系統(tǒng)加工設備主要由數(shù)控機床及加工中心等組成，用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化生產(chǎn)系統(tǒng),能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)。51第五節(jié)柔性制造系統(tǒng)一、概述1、定義柔性制造系統(tǒng)525253535454555556562、組成

一般FMS應包含以下要素

(1)標準的數(shù)控機床或制造單元。我們把具有自動上下料功能或具有多個工位，既能加工又能作一些裝配工作的數(shù)控機床，稱之為制造單元，它們是FMS中的基本制造細胞。

(2)一個在機床的裝卡工位之間運送零件和刀具的傳送系統(tǒng)。

(3)一個發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機床工件和刀具傳送裝置的生產(chǎn)調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)。

(4)中央刀具庫及其管理系統(tǒng)。

(5)自動化倉庫及其管理系統(tǒng)。572、組成一般FMS應包含以下要素

二、柔性制造系統(tǒng)的特點

(1)從硬件的形式看1)兩臺以上的數(shù)控機床或加工中心以及其它的加工設備，包括測量機，清洗機、動平衡機、各種特種加工設備等。

2)一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng)，包括刀具的運儲和工件及原材料的運儲，具體結構可采用傳送帶、有軌小車無軌小車、搬運機器人、上下料托盤站等。

3)一套計算機控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡。

(2)從軟件件的形式看1)FMS的運行控制系統(tǒng)

2)FMS的質(zhì)量保證系統(tǒng)

3)FMS的數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)58二、柔性制造系統(tǒng)的特點(1)從硬件的形式看1)能自動管理零件的生產(chǎn)過程自動控制制造質(zhì)量自動故障診斷及處理自動

信息收集及傳輸

2)簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)便能制造出某一零件族的多種零件

3)物料的運輸和儲存必須是自動的(包括刀具等工裝和工件的自動運輸)

4)能解決多機床條件下零件的混流加工且無須額外增加費用

5)具有優(yōu)化調(diào)度管理功能能實現(xiàn)無人化或少人化加工

(3)從功能看591)能自動管理零件的生產(chǎn)過程自動控制制造質(zhì)量三、柔性制造系統(tǒng)的分類

按規(guī)模大小，F(xiàn)MS可分為如下三類。

1）柔性制造單元（FMC）

FMC由單臺帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺以下的CNC機床組成，具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。60三、柔性制造系統(tǒng)的分類按規(guī)模大小，F(xiàn)MS可分

2）柔性制造系統(tǒng)（FMS）通常包括3臺以上的CNC機床（或加工中心），通過集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來，可在在不停機情況下實現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。是使用柔性制造技術最具代表性的制造自動化系統(tǒng)。值得一提的是由于裝配自動化技術遠遠落后于加工自動化技術，產(chǎn)品最后的裝配工序一直是現(xiàn)代化生產(chǎn)的一個瓶頸問題。研制開發(fā)適用于中小批量、多品種生產(chǎn)的高柔性裝配自動化系統(tǒng)，特別是柔性裝配單元（FAC）及相關設備已越來越廣泛地引起重視。

3）柔性制造線（FML）是處于非柔性自動線和FMS之間的生產(chǎn)線，對物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS，但生產(chǎn)效率更高。下圖所示為加工244FM摩托車發(fā)動機氣缸的柔性制造線。612）柔性制造系統(tǒng)（FMS）6262四、柔性制造系統(tǒng)的應用

從加工領域看，現(xiàn)在的FMS不僅能完成機械加工，還可應用于飯金加工、鍛造、焊接、裝配、鑄造和激光、電火花等特種加工，以及噴漆、熱處理、注塑和橡膠模制造等加工領域。從生產(chǎn)產(chǎn)品看，現(xiàn)在的FMS已不再局限于汽車、機床、飛機、坦克、火炮、艦船、拖拉機等產(chǎn)品的制造，還可用于計算機、半導體、木制產(chǎn)品、服裝、食品/飲料以及醫(yī)藥和化工等產(chǎn)品的生產(chǎn)。據(jù)統(tǒng)計，1994年初，世界各國已投入運行的FMS約有3000多個。其中日本擁有2100多個，占世界首位。63四、柔性制造系統(tǒng)的應用從加工領域看，現(xiàn)在的FMS五、柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展方向

FMS發(fā)展方向集中在以下幾個方面：

1）小型化、單元化

20世紀90年代開始,FMS由大型復雜系統(tǒng)，向經(jīng)濟、可靠、易管理、靈活性好的小型化、單元化——FMC方向發(fā)展。

2）模塊化、集成化以模塊化結構（比如將FMC,FMM作為FMS的基本模塊）集成FMS、再以FMS作為制造自動化基本模塊集成CIMS是一種基本趨勢。

3）開放式開放式FMS系統(tǒng)強調(diào)5個方面的性能特征：①即插即用；②可移植性；③可擴展性；④可縮放性；⑤互操作性。64五、柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展方向FMS發(fā)展方向加工設備自動化65加工設備自動化1第二章加工設備自動化

加工設備自動化是指在加工過程中所用的加工設備能夠高效、精密、可靠地自動進行加工，此外還應能進一步集中工序和具有一定的柔性。加工設備應滿足要求：（1）加工工序集中；（2）控制方便；（3）柔性和生產(chǎn)率兼顧；（4）通信接口；（5）系統(tǒng)的可靠性和機床負荷率。66第二章加工設備自動化 加工設備自動化是指在加工過程中所用第一節(jié)加工設備自動化概述一、加工設備自動化的意義 加工設備工作過程自動化可以縮短輔助時間，改善工人的勞動條件和減輕工人的勞動強度。單臺加工設備的自動化能較好地滿足零件加工過程中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多機床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動生產(chǎn)線和過渡到全盤自動化的必要前提，是機械制造業(yè)更進一步向前發(fā)展的基礎。因此，加工設備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題之一，是機械制造廠實現(xiàn)零件加工自動化的基礎。

67第一節(jié)加工設備自動化概述3二、加工設備自動化的途徑加工設備自動化主要是指實現(xiàn)了機床加工循環(huán)自動化和實現(xiàn)了輔助工作自動化的加工設備,需要實現(xiàn)自動化的主要內(nèi)容有：68二、加工設備自動化的途徑4

實現(xiàn)加工設備自動化的途徑主要有以下幾種：

1）對半自動加工設備通過配置自動上下料裝置以實現(xiàn)加工設備的完全自動化；

2）對通用加工設備運用電氣控制技術、數(shù)控技術等進行自動化改造；

3）根據(jù)加工工件的特點和工藝要求設計制造專用的自動化加工設備，如組合機床等；

4）采用數(shù)控加工設備，包括數(shù)控機床、加工中心等。69實現(xiàn)加工設備自動化的途徑主要有以下幾種：5

1．生產(chǎn)率分析當自動化加工設備連續(xù)生產(chǎn)時，加工一個工件的工作循環(huán)時間是由加工時間和空程輔助時間組成的，即

三、自動化加工設備的生產(chǎn)率分析與分類701．生產(chǎn)率分析三、自動化加工設備的生產(chǎn)率分析與分類6

結論：tf和tq對機床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相互促進的。當生產(chǎn)工藝發(fā)展到一定水平，即工藝生產(chǎn)率提高到一定程度時，必須提高機床自動化程度，進一步減少空程輔助時間，促使生產(chǎn)率不斷提高。另一方面，在相對落后的工藝基礎上實現(xiàn)機床自動化，生產(chǎn)率的提高是有限的，為了取得良好的效果，應當在先進的工藝基礎上實現(xiàn)機床自動化。

2．自動化加工方式分類

隨著科學技術的發(fā)展，加工過程自動化水平不斷提高，使得生產(chǎn)率得到了很大的發(fā)展，先后開發(fā)了適應不同生產(chǎn)率水平要求的自動化加工設備，主要有以下各類：71 結論：tf和tq對機床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相2．自

(1)全（半）自動單機：又分為單軸和多軸全（半）自動單機兩類。（走刀機構）

(2)組合機床

(3)自動線（TransferLine——TL）

(4)一般數(shù)控機床

(5)加工中心（MC）

(6)柔性制造單元（FMC）72 8第二節(jié)數(shù)控機床73第二節(jié)數(shù)控機床9一數(shù)控機床的概念及其特點

1基本概念數(shù)控——

數(shù)字化信號控制的簡稱，即用數(shù)字指令來控制機械執(zhí)行預定的動作

NC——NumericalControl數(shù)控CNC——ComputerizedNumericalControl計算機數(shù)控數(shù)控機床——高效的自動化加工設備，它嚴格按照加工程序，可以自動地對被加工工件進行加工。

74一數(shù)控機床的概念及其特點10數(shù)控機床加工的零件模具設計三維造型模具型腔油泵殼體真空壓鑄模具一

CNC加工油泵殼體真空壓鑄模具二

75數(shù)控機床加工的零件模具設計三維造型模具型腔油泵殼體真空壓鑄模2、數(shù)控機床加工適用范圍1）多品種小批量零件；

2）幾何形狀復雜的零件；

3）需要頻繁改型的零件；

4）貴重的、不允許報廢的關鍵零件；

5）批量大、必須嚴格控制公差的零件；

6）最短周期的急需零件。3、數(shù)控機床發(fā)展1）高速化和高精度化

2）多功能化

3）智能化

4）編程自動化

5）高可靠性化

6）系統(tǒng)小型化762、數(shù)控機床加工適用范圍1）多品種小批量零件；3、數(shù)二、數(shù)控機床的工作過程77二、數(shù)控機床的工作過程131.加工程序

控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳送到數(shù)控裝置去的信息載體，控制介質(zhì)有多種形式，常用的有穿孔紙帶、磁帶、磁盤等。N020M0N030M3M8N040G0X-80Y-80N050G1Z-59F100

2.輸入裝置

光電讀帶機、錄放機、磁盤驅動器鍵盤MDI、計算機編程通信三數(shù)控機床的組成781.加工程序控制介質(zhì)是指將零件加工信息傳數(shù)控裝置接受輸入指令信號，進行運算判斷、發(fā)出的控制信號至伺服系統(tǒng)。3.數(shù)控裝置79數(shù)控裝置接受輸入指令信號，進行運算判斷、發(fā)出的控制信號至伺服4.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構，包括驅動和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機床的移動部件運動或執(zhí)行部分動作。804.伺服系統(tǒng)伺服系統(tǒng)是數(shù)控機床的執(zhí)行機構，包括驅動和執(zhí)行兩5.輔助控制裝置主軸變速、換向和啟停，刀具選擇和交換，冷卻、潤滑啟動停止，工件松開、夾緊等輔助動作。6.檢測反饋傳感器將伺服電動機的角位移和數(shù)控機床執(zhí)行機構的直線位移轉換成電信號，輸送給數(shù)控裝置，與指令位置進行比較，糾正誤差。7.機床本體主軸部件、刀架、尾架、滾珠絲杠、導軌、排屑、防護、冷卻、刀庫、自動換刀裝置等

815.輔助控制裝置17MJ-860DT數(shù)控車床的結構外觀圖123456781—床身；2—三爪卡盤；3—導軌；4—尾架；5、7—防護門；6—回轉刀架；8—數(shù)控操作面板82MJ-860DT數(shù)控車床的結構外觀圖11、按控制系統(tǒng)功能分類點位控制、直線控制、輪廓控制2、按加工方式分類一般數(shù)控機床、加工中心、多坐標數(shù)控機床等3、按伺服控制方式分類開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制系統(tǒng)4、按功能水平分類經(jīng)濟型、標準型、多功能型Next四數(shù)控機床的分類831、按控制系統(tǒng)功能分類Next四數(shù)控機床的分類19按運動軌跡分類1、點位控制2、直線控制3、輪廓控制返回84按運動軌跡分類1、點位控制2、直線控制

按加工方式分類

數(shù)控車床數(shù)控銑床返回85按加工方式分類數(shù)控車床數(shù)控銑床返回21按工藝用途分類

多坐標數(shù)控機床多坐標龍門式數(shù)控仿形銑床

CNC六坐標數(shù)控刀具磨床返回86按工藝用途分類多坐標數(shù)控機床多坐標龍門式數(shù)控仿形銑床按控制方式分類87按控制方式分類23

按功能水平分類

1）經(jīng)濟型（低檔）大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床，其功能簡單，價格便宜，適用與自動化程度要求不高的場合。

2）標準型（中檔）這類數(shù)控機床的功能較全，價格適中，應用較廣。標準型數(shù)控機床亦可稱為全功能數(shù)控機床。

3)多功能型（高檔）這類數(shù)控機床的功能齊全．價格較貴，加工復雜零件的大中型機床及柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)中使用的數(shù)控機床一般為多功能型。88按功能水平分類

加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的多工序數(shù)控機床，它由機械設備和數(shù)控系統(tǒng)組成，是一種適用于復雜零件加工的高效自動化機床。

通常，加工中心僅指主要完成鏜銑加工的加工中心。這種自動完成多工序集中加工的方法，擴展到各種類型的數(shù)控機床，例如車削中心、滾齒中心、磨削中心等。第三節(jié)加工中心89加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的多工序數(shù)控一、加工中心的特點、類型與適用范圍

(1)適用范圍廣

(2)加工精度高

(3)生產(chǎn)率高 加工中心的類型有立式、臥式、五面、龍門等四種二、加工中心的結構

(1)基礎部件，

(2)主軸部件，

(3)自動換刀系統(tǒng)，

(4)自動托盤交換系統(tǒng)，

(5)數(shù)控系統(tǒng)，

(6)輔助系統(tǒng)90一、加工中心的特點、類型與適用范圍二、加工中心的結構261.

基礎部件1)基礎部件由床身、立柱、工作臺等大件組成，是加工中心的基礎結構。2)床身——支撐滑臺、立柱等；立柱——放置主軸頭和刀具庫等；工作臺——安放和帶動夾具、工件等；主軸箱體——支撐主軸系統(tǒng)。

十字滑臺

立柱911.

基礎部件1)基礎部件由床身、立柱、工作臺等大件2、主軸部件1)由主軸箱、主軸、主軸電機、軸承、刀具拉緊裝置，主軸定向停止裝置等組成。

2)在主軸3后端裝有一個發(fā)磁體4（磁鐵塊或電磁鐵），磁傳感器5能感應到磁塊的位置。當磁塊對準磁傳感器時，傳感器就發(fā)出信號，經(jīng)放大器6放大后，由定向電路7使主軸電機11立刻停止，主軸停在此位置上。922、主軸部件1)由主軸箱、主軸、主軸電機、軸承、刀具3、自動換刀系統(tǒng)

包括刀具庫、自動選刀和自動換刀三項內(nèi)容

933、自動換刀系統(tǒng)包括刀具庫、自動選刀和自動換刀三項內(nèi)容24、自動托盤交換系統(tǒng)1)加工中心要納入到FMS系統(tǒng)中，必須能夠自動上下料，才能形成自動加工循環(huán)系統(tǒng)。因此每臺加工中心都需要帶有自動托盤交換系統(tǒng)。

2)在機床切削工件的同時，托盤交換系統(tǒng)已經(jīng)將下一個待加工的工件準備好了，機床停下來等待換件（將加工完成的工件取下，再將毛坯裝上工作臺），只是進行托盤交換。所以，它使工件裝卸時間大幅度減少。

3)實際上，加工中心再配上一套自動托盤交換裝置，就形成了一個柔性制造模塊，可以自動完成工件的上下料和整個加工循環(huán)過程。944、自動托盤交換系統(tǒng)1)加工中心要納入到FMS系統(tǒng)立式加工中心的基礎部件

滾動直線導軌

用滾動導軌形成的三導軌95立式加工中心的基礎部件

滾動直線導軌

用滾動導

加工中心除了具有一般數(shù)控機床的特點外，它還具有其自身的特點。

1、自動換刀與刀庫 加工中心的刀具存取方式有順序方式和隨機方式兩種，刀具隨機存取是最主要的方式。

2、觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng) 主要用于加工循環(huán)中的測量。

3、刀具長度測量系統(tǒng) 用以檢查刀具長度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn)象，檢測準確度為±1mm。當發(fā)現(xiàn)不合格刀具時，測量系統(tǒng)會發(fā)出停車信號。三、加工中心的特點96加工中心除了具有一般數(shù)控機床的特點外，它還具有三、加四、加工中心的分類1、有立式，臥式，立臥式等形式的加工中心

2、加工中心在數(shù)控銑床的基礎上，將升降運動放在主軸頭上，在主軸箱側面放置一個圓盤刀庫和換刀裝置，就形成了一臺常見的立式加工中心

97四、加工中心的分類1、有立式，臥式，立臥式等形式的3、臥式加工中心

結構形式類似于臥式銑床，主軸水平放置，同樣是升降運動放在主軸頭上，帶有刀庫和換刀裝置。

983、臥式加工中心結構形式類似于臥式銑床，主軸4、立臥式加工中心

立臥式加工中心同時具有立式和臥式的功能，它的柔性更高，可對一個零件的五個面在一次裝夾中完成全部加工內(nèi)容，因此又稱為五面加工中心。

994、立臥式加工中心立臥式加工中心同時具有立式和5、高速加工中心

加工速度高，由于主軸轉速很高，配合用新型超硬耐磨刀具，使切削速度大大提高，其切削所用時間很短。其次，由于運動軸的速度和加速度很高，其加工移位、換刀等輔助時間也在大幅度減少，所以其加工效率非常高。

1005、高速加工中心加工速度高，由于主軸轉速很高

機械加工自動線（簡稱自動線）是用一組運輸機構聯(lián)系起來的由多臺自動機床（或工位）、工件存放裝置以及統(tǒng)一自動控制裝置等組成的自動加工機器系統(tǒng)。在自動線的工作過程中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，按照工藝順序自動地經(jīng)過各個工位，不需要工人直接參與操作，自動地完成預定的加工內(nèi)容。 作用：自動線能減輕工人的勞動強度，并大大地提高勞動生產(chǎn)率，減少設備布置面積，縮短生產(chǎn)周期，縮減輔助運輸工具，減少非生產(chǎn)性的工作量，建立嚴格的工作節(jié)奏，保證產(chǎn)品質(zhì)量，加速流動資金的周轉和降低產(chǎn)品成本。

第四節(jié)機械加工自動線101 機械加工自動線（簡稱自動線）是用一組運輸機構聯(lián)系起來的

加工自動線通常由工藝設備、工件輸送系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成，各個系統(tǒng)中又包括各類設備和裝置。由于工件類型、工藝過程和生產(chǎn)率等的不同，自動線的結構和布局差異很大，但其基本組成部分都是大致相同的。

自動線的加工對象通常是固定不變的，或在較小的范圍內(nèi)變化，而且在改變加工品種時要花費許多時間進行人工調(diào)整。另外初始投資較多。因此只適用于大批量的生產(chǎn)場合。

102 加工自動線通常由工藝設備、工件輸送系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、

在通用機床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、車螺紋、磨外圓、磨內(nèi)孔、磨端面、銑端面、打中心孔、銑花鍵、拉花鍵孔、切削齒輪和鉆分布孔等。

一、通用機床自動線串聯(lián)單縱列串聯(lián)雙縱列串聯(lián)單橫排串聯(lián)雙橫排并聯(lián)縱列機床工件輸送系統(tǒng)103在通用機床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、車螺順序分料示意圖機床工件輸送系統(tǒng)并聯(lián)機床段并聯(lián)機床段104順序分料示意圖機床工件輸送系統(tǒng)并聯(lián)機床段并聯(lián)機床段40按需分料示意圖機床下料機械手上料機械手分路機構料道105按需分料示意圖機床下料機械手上料機械手分路料道41

組合機床自動線是針對一個零件的全部加工要求和加工工序專門設計制成的由若干臺組合機床組成的自動生產(chǎn)線。它與通用機床自動線有許多不同點：如每臺機床的加工工藝都是指定的不作改變；工件的輸送方式除直接輸送外，還可利用隨行夾具進行輸送；線的規(guī)模較大，有的多達幾十臺機床；有比較完善的自動監(jiān)視和診斷系統(tǒng)，以提高其開動率等。組合機床自動線主要用于加工箱體類零件和畸形件，其數(shù)量占加工自動線總數(shù)的70%左右。二、通用機床自動線106 組合機床自動線是針對一個零件的全部加工要求二、通典型組合機床自動線簡介107典型組合機床自動線簡介43

為了適應多品種生產(chǎn)，原來由專用機床組成的自動線改用數(shù)控機床或由數(shù)控操作的組合機床組成柔性自動線。FTL的工藝基礎是成組技術。按照成組加工對象確定工藝過程，選擇適宜的數(shù)控加工設備和物料儲運系統(tǒng)組成FTL。因此，一般的柔性自動線由以下三部分構成：①數(shù)控機床、專用機床及組合機床；②托板（工件）輸送系統(tǒng)；③控制系統(tǒng)。三、柔性自動線108 為了適應多品種生產(chǎn)，原來由專用機床組成的自動三、柔性第五節(jié)柔性制造單元

在數(shù)控技術發(fā)展總的歷程中，技術的特征總是簡單到復雜由特殊到一般地螺旋式上升許多企業(yè)在開發(fā)FMS技術之前，經(jīng)歷了FMC的過程，也有一些企業(yè)在它掌握了FMS技術以后用戶仍然需要FMC，有些用戶承受不了FMS的巨額投資，而認為FMC更符合他們的實際，因此，在研究FMS的同時，仍然要研究FMC

。109第五節(jié)柔性制造單元 在數(shù)控技術發(fā)展總的歷程中，技術

柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)是在制造單元的基礎上發(fā)展起來的，又具有柔性制造系統(tǒng)的部分特點的一種單元FMC，具有獨立自動加工的功能部分具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，可實現(xiàn)某些零件的多品種小批量的加工，部分FMC還可以實現(xiàn)24小時無人運轉，投資沒有FMS大，技術上容易實現(xiàn)，因而深受用戶歡迎。

110柔性制造單元(FlexibleManufactu一、柔性制造單元的組成FMC的構成有二大類：一類是加工中心配上托盤交換系統(tǒng)(AutomaticPalletChangerAPC)，另一類是數(shù)控機床配工業(yè)機器人(Robot)。1、加工中心配托盤交換系統(tǒng)的FMC

這樣的托盤系統(tǒng)具有存儲、運送功能、具有自動、檢測功能、工件和刀具的歸類功能、切削狀態(tài)監(jiān)視功能等，這種FMC實現(xiàn)連續(xù)24小時自動加工是非常有效的，托盤的交換由設在環(huán)形交換系統(tǒng)中的液壓或電動推拉機構來實現(xiàn)。111一、柔性制造單元的組成FMC的構成有二大類：一112482、數(shù)控機床配工業(yè)機器人(robot)的FMC

兩臺臺數(shù)控車床配上Robot，加上工件傳輸系統(tǒng)組成。在實際方案上還有多種組合形式，如美國公司生產(chǎn)的由三臺機床與Robot構成的FMC，這是由一臺車削中心、一臺立式加工中心、一臺臥式加工中心加上一臺工業(yè)機器人組成，Robot安裝在一臺傳輸小車上，小車安裝在固定軌道上，Robot實現(xiàn)機床至機床之間的工件傳送。二、柔性制造單元的特點1、柔性

體現(xiàn)在加工對象、工藝過程以及工序內(nèi)容的自動調(diào)整。1132、數(shù)控機床配工業(yè)機器人(robot)的FMC2、自動化3、加工精度和效率高4、效益高5、便于實現(xiàn)計算機集成生產(chǎn)系統(tǒng)

應用FMC可積累物料傳輸系統(tǒng)、自動化倉庫和自動檢測方面的經(jīng)驗，使得容易朝著FMS或CIMS發(fā)展1142、自動化3、加工精度和效率高4、效第五節(jié)柔性制造系統(tǒng)一、概述1、定義

柔性制造系統(tǒng)FMS（FlexibleManufacturingSystems)是一個由計算機集中管理和控制的制造系統(tǒng)，具有多個獨立或半獨立工位的一套物料儲存運輸系統(tǒng)加工設備主要由數(shù)控機床及加工中心等組成，用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化生產(chǎn)系統(tǒng),能適應加工對象變換的自動化機械制造系統(tǒng)。115第五節(jié)柔性制造系統(tǒng)一、概述1、定義柔性制造系統(tǒng)11652117531185411955120