機械制造自動化技術(shù)

6/6當(dāng)執(zhí)行制造過程的基本動作是由機器（機械）代替人力勞動來完成時稱之為機械化。

自動化的愿意就是設(shè)計一種控制設(shè)備來取代人力操作機械的動作，以達到各種機械自動、半自動運行的目的。

在一個工序中，如果所有的基本動作都機械化了，并且使若干個輔助動作也自動起來，而工人所要做的工作只是對這一工序作總的操縱和監(jiān)督，就稱為工序自動化。

從原材料到最終成品的全過程都不需要人為干預(yù)，這時就形成了制造過程的自動化。機械制造自動化的主要內(nèi)容：毛坯設(shè)備，物料儲運，機械加工、裝配、輔助過程，質(zhì)量控制，熱處理和系統(tǒng)控制等。機械制造過程中的自動化技術(shù)主要有：（1）機械加工自動化技術(shù)。（2）物料儲運過程自動化技術(shù)。（3）裝配自動化技術(shù)。

（4）質(zhì)量控制自動化技術(shù)。機械制造自動化的作用：機械制造中采用自動化技術(shù)可以顯著提高勞動沈產(chǎn)率，有效縮短生產(chǎn)周期，大幅度提高產(chǎn)品的質(zhì)量，有效改善勞動條件，并能顯著降低制造成本。1.提高生產(chǎn)率2縮短生產(chǎn)周期3提高產(chǎn)品質(zhì)量4提高經(jīng)濟效益5降低勞動強度6有利于產(chǎn)品更新7提高勞動者素質(zhì)8帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展機械制造自動化系統(tǒng)的構(gòu)成：（1）加工系統(tǒng)即能完成工件的切削加工、排屑、清洗和測量的自動化設(shè)備與裝置。（2）工件支撐系統(tǒng)。（3）刀具支撐系統(tǒng)即包括刀具的裝配、輸送、交換和存儲裝置以及刀具的預(yù)調(diào)和管理系統(tǒng)。（4）控制與管理系統(tǒng)。剛性半自動化單機是一種除上、下料外可以自動地完成單個工藝過程加工循環(huán)的機床。數(shù)控機床用來完成零件一個工序的自動化循環(huán)加工。它是用代碼化的數(shù)字量來控制機床，按照事先編好的程序，自動控制機床各部分的運動，而且還能控制選刀、換刀、測量、潤滑、冷卻等工作。一個柔性制造系統(tǒng)一般由4部分組成：兩臺以上的數(shù)控加工設(shè)備。一個自動化的物料和儲運系統(tǒng)，若干臺輔助設(shè)備和一個由多級計算機組成的控制和管理系統(tǒng)。自動化控制系統(tǒng)包括實現(xiàn)自動控制功能的裝置及其控制對象，通常由指令存儲裝置、指令控制裝置、執(zhí)行機構(gòu)、傳遞及轉(zhuǎn)換裝置等部分構(gòu)成。傳遞及轉(zhuǎn)換裝置的作用是將指令控制裝置所發(fā)出的指令信息傳遞到執(zhí)行機構(gòu)。所謂開環(huán)控制，就是系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控整理用沒有影響的控制方式。程序控制方式按照預(yù)定的程序來控制個執(zhí)行機構(gòu)是指自動進行工作循環(huán)的系統(tǒng)，都可以稱為程序控制系統(tǒng)。它可以分為：固定程序控制系統(tǒng)和可變程序控制系統(tǒng)。機械傳動控制方式屬于開環(huán)時間控制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)的另外一個特點是控制元件同時又是驅(qū)動元件。加工設(shè)備生產(chǎn)率得到有效提高的主要途徑之一是采取措施縮短其輔助時間，加工設(shè)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。加工設(shè)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(chǔ)。加工設(shè)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(shè)備。在一般情況下，只實現(xiàn)了加工過程自動化設(shè)備稱為半自動加工設(shè)備；只有實現(xiàn)了加工過程自動化，并具有自動裝卸能力的設(shè)備，才能稱為自動化加工設(shè)備。加工一個工件的工作循環(huán)時間tg是由切削時間tq和空程輔助時間tf組成的，即tg=tq+tf為了提高生產(chǎn)率，必須同時減少tq和tf。tq和tf對機床生產(chǎn)率的影響是互相制約和相互促進的。切削加工自動化的根本目的是提高零件切削加工精度、切削加工效率、節(jié)材、節(jié)能和降低零件的加工成本。車削中心與數(shù)控臥式車床的區(qū)別在于：車削中心的轉(zhuǎn)塔刀架上帶有能使刀具旋轉(zhuǎn)的動力刀座，主軸具有按輪廓成型要求連續(xù)回轉(zhuǎn)（不等速回轉(zhuǎn)）運動和進行連續(xù)精確分度的C軸功能，并能與X軸或Z軸聯(lián)動，數(shù)控臥式車床則無這些特點。組合機床的自動化水平主要是通過數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用來實現(xiàn)的。加工中心是備有刀庫并能自動更換刀具，對工件進行多工序集中加工的數(shù)控機床。

加工中心的刀具存取方式有順序方式和隨機方式兩種，刀具的隨機存取是最主要的方式。對于沖壓加工操作來說，送料是危害人身安全的最大隱患。因此，自動送料是沖壓加工自動化的最基本方式。機械加工自動線（簡稱自動線）是一組用運輸機構(gòu)了解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(yù)定的加工內(nèi)容。

自動線只適用于大批量的生產(chǎn)場合。

工件的輸送方式有強制輸送和自由輸送兩種。組合機床自動線的布局形式P59表2-6

直線形，折線形，框形，圓形、環(huán)形或橢圓形。柔性自動線（FTL）的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)。按照成組加工對象確定工藝過程，選擇合適的數(shù)控加工設(shè)備和物料存儲系統(tǒng)組成FTL。

一般的柔性自動線由以下三部分組成：（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)。FTL的加工對象基本是箱體類工件。第三章在自動化制造系統(tǒng)中，物流系統(tǒng)是指工件流、工具流和配套流的移動與存儲，它主要完成物料的存儲、輸送、裝卸、管理等功能。自動供料裝置一般有儲料器、輸料槽、定向定位裝置和上料器組成。料倉式儲料器需人工將工件按一定方向擺放在倉內(nèi)，料斗式儲料器只需將工件倒入料斗，由料斗自動完成定向。工件輸送方式：自重或強制輸送一般工件自重輸送的自流式輸料槽結(jié)構(gòu)簡單，但可靠性較差；半自流式或強制運動式輸料槽可靠性高。輸料槽主要類型P73表3-2

自流式輸料槽（1）料道式輸料槽輸料槽安裝傾角大于摩擦角，工件靠自重輸送。（2）軌道式輸料槽輸料槽安裝傾角大于摩擦角，工件靠自重輸送。

3）蛇形輸料槽工件靠自重輸送，輸料槽落差大時可起緩沖作用。

半流式輸料槽（4）抖動式輸料槽輸料槽安裝傾角小于摩擦角，工件靠輸料槽作橫向抖動輸送。（5）雙輥式輸料槽輥子傾角小于摩擦角，輥子轉(zhuǎn)動，工件滑動輸送。

強制運動式輸料槽（6）螺旋管式輸料槽利用管壁旋轉(zhuǎn)槽送料。（7）摩擦輪式輸料槽利用纖維質(zhì)輥子轉(zhuǎn)動推動工件移動。板料的自動供料裝置一般應(yīng)具有貯料、頂料、吸料、提料、移料和釋料等功能，它的作用是把板料輸送到加工設(shè)備的送料裝置上。物料輸送系統(tǒng)是為FMS服務(wù)的，它決定著FMS的布局和運行方式。AGV的分類（按導(dǎo)向方式）1）線導(dǎo)小車（2）光導(dǎo)小車（3）遙控小車自動化倉庫的含義倉庫管理自動化和出入庫作業(yè)自動化。因此要求自動化倉庫的計算機控制系統(tǒng)應(yīng)具備信息的輸入及預(yù)處理，物料的自動存取和倉庫自動化管理等功能。第四章所謂刀具自動化，就是加工設(shè)備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、進給等工作過程。刀具的識別是指自動換刀裝置對刀具的識別，通?？刹捎玫毒呔幋a法和軟件記憶法。自動線的自動排屑裝置一般設(shè)置在機床底座下的地溝中。常用的自動排屑裝置有以下幾種類型：帶式排屑裝置，刮板式排屑裝置，螺旋排屑裝置等。在線測量在加工過程或加工系統(tǒng)運行過程中對被測對象進行檢測稱為在線檢測或在線檢驗。產(chǎn)品精度檢測是在工件加工完成后，按驗收的技術(shù)條件進行驗收和分組。工藝過程精度檢測能預(yù)防廢品的產(chǎn)生，從工藝上保證所需的精度。激光測徑儀是一種非接觸式測量裝置。機械加工的在線檢測，一般可分為自動尺寸測量，自動補償測量和安全測量三種方法。刀具的自動識別主要是在加工過程中能在線識別出切削狀態(tài)（刀具磨損、破損，切屑纏繞以及切削顫振等）。加工過程、機床以及刀具工況監(jiān)控是自動化監(jiān)控系統(tǒng)具有的三個主要任務(wù)所謂診斷就是對設(shè)備的運行狀態(tài)做出判斷?；A(chǔ)件、配合件和聯(lián)接件等必須要停止在精確的位置，才能順利地完成裝配工作。這就需要通過定位機構(gòu)來保證準(zhǔn)確定位。裝入和螺紋聯(lián)接是自動裝配中常用的重要工序。裝配基礎(chǔ)件在工位間的傳送方式有連續(xù)傳送和間歇傳送兩類。“機器人Robot”就是一種自動裝置，它能完成通常由人才能完成的工作（簡答）。工業(yè)機器人的分類（按控制方式分）（1）點位控制（2）連續(xù)軌跡控制。坐標(biāo)系：（1）絕對坐標(biāo)系（2）機床坐標(biāo)系（3）構(gòu)件坐標(biāo)系。機器人的運動控制是指機器人的末端執(zhí)行器從一點到另一點的過程中，對其位置、速度和加速度的控制。“三流”：物料流，信息流，能量流。FMS主要由加工系統(tǒng)、物料儲運系統(tǒng)以及計算機控制系統(tǒng)，輔助設(shè)備系統(tǒng)組成。制造業(yè)實現(xiàn)集成的益處：（1）減少數(shù)據(jù)冗余，實現(xiàn)信息共享。（2）便于合理的規(guī)劃和分布數(shù)據(jù)。（3）便于進行規(guī)模優(yōu)化。（4）便于實施并行工程，提高工作效益。強調(diào)集成過程中人的地位和作用。

人是系統(tǒng)中最為重要和活躍的因素，已成為系統(tǒng)集成重點考慮的因素之一。名詞解釋：FMC柔性制造單元一般由1~3臺數(shù)控機床和物料傳輸裝置組成。是在制造單元基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又具有柔性制造系統(tǒng)的部分特點的一種制造單元，它具有獨立自動加工的功能，部分還具有自動傳送和監(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。FMC可以作為FMS中的基本單元，若干個FMC可以發(fā)展組成FMS。FML柔性制造線FML是介于單一或小品種大批量傳統(tǒng)自動線與中小批量多品種柔性制造線之間的生產(chǎn)線。對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于FMS，但生產(chǎn)率更高。FMS柔性制造系統(tǒng)由數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的自動化制造系統(tǒng)，它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！焙唵蔚卣f，F(xiàn)MS是由若干數(shù)控設(shè)備、物料運貯裝置和計算機控制系統(tǒng)組成的并能根據(jù)制造任務(wù)和生產(chǎn)品種變化而迅速進行調(diào)整的自動化制造系統(tǒng)。ATC自動換刀裝置能夠自動地更換加工中所用刀具的裝置。APC托盤交換器是連接FMS加工設(shè)備和物料運送系統(tǒng)的橋梁。自動導(dǎo)向小車（AGV）是一種由計算機控制的，按照一定程序自動完成運輸任務(wù)的運輸工具。有軌導(dǎo)向小車（RGV）是依靠鋪設(shè)在地面上的軌道進行導(dǎo)向并運送工件的運送系統(tǒng)。柔性裝配單元（FAC）這種單元借助一臺或多臺機器人，在一個固定工位上按照程序來完成各種裝配工作。CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）是通過計算機軟硬件，并綜合應(yīng)用現(xiàn)代管理技術(shù)、制造技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)，將與企業(yè)全部生產(chǎn)過程中有關(guān)的人、技術(shù)和經(jīng)營管理三要素，及其信息流與物料流有機集成并優(yōu)化運行的復(fù)雜的大系統(tǒng)。

CIMS的核心在于集成。智能制造系統(tǒng)（IMS）是一種由智能機器人和人類專家組成的人機一體化智能系統(tǒng)。CAPP系統(tǒng)是按照設(shè)計要求進行決策和規(guī)劃將原材料加工成產(chǎn)品所需要的一系列加工活動和資源的描述。工業(yè)機器人：工業(yè)機器人是一種能摸你人的手臂的部分動作，按照預(yù)定的程序、軌跡及其他要求，實現(xiàn)抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。簡答1自動化加工設(shè)備的分類（簡答）

（1）全（半）自動單機又分為單軸和多軸全（半）自動單機兩類。（2）組合機床以通用部件為基礎(chǔ)，配以少量按加工件特定形狀和加工工藝設(shè)計的專用部件和夾具而組成的機床。（3）自動線（TL）由工件傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)將一組自動機床和輔助設(shè)備按工藝順序連接起來，可自動完成產(chǎn)品的全部或部分加工過程的生產(chǎn)系統(tǒng)。（4）一般數(shù)控機床（NC）數(shù)控機床是用數(shù)字代碼形式的程序控制機床（5）加工中心（MC）是更高級形式的數(shù)控機床（6）柔性制造單元（FMC）。一般由1到3臺數(shù)控加床和物料傳輸裝置組成2試分析一下FMS,FMC,FML之間的區(qū)別和了解？FMC是具有獨立自動加工功能的基本制造單元，投資小，技術(shù)上容易實現(xiàn)：FML是一種介于柔性制造系統(tǒng)和傳統(tǒng)自動線之間的制造自動化，兼有它們的特點，用于中大批量生產(chǎn)的零件族變型零件；FMS是一種高效率，高精度，高柔性的加工系統(tǒng)，投資大，適用于多品種，中小批量生產(chǎn)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對操作人員要求高。

了解：FMC是FML和FMS組成的制造單元控制裝置的使用相同，只不過選用的功能不同，都是柔性制造技術(shù)的不同應(yīng)用形式。2激光測徑儀工作原理氦氖激光器光束經(jīng)平面反射鏡L1、L2射到安裝在同步電動機m轉(zhuǎn)軸上的多面棱鏡W上，當(dāng)棱鏡由同步電動機M帶動旋轉(zhuǎn)之后，激光束就成為通過L4焦點的一個掃面光束，這個掃描光束通過透鏡之后，形成一束平行運動的平行掃描光束。平行掃描光束經(jīng)透鏡L5以后，聚焦到光敏二極管V上。如果L4L5中間沒有北側(cè)的鋼管和鋼棒，光電二極管的棘手信號將是一個方波脈沖，如圖a。這個脈沖寬度取決于同步電動機轉(zhuǎn)速，透鏡L4的焦距大小及多面體結(jié)構(gòu)。如果在L4L5間測量空間有被測件D，則光敏二極管V上的信號波形會如圖B所示圖中脈沖寬度T’與被測件D大小成正比，T’也就是光速掃描移動這段距離d所用的時間。為了保證測量精度，采用石英晶體振蕩器作填充脈沖。圖d為填充脈沖波形圖，圖c圖d經(jīng)過與門合成的波形如圖e。一個填充脈沖所代表的的當(dāng)量為測試裝置的分辨率。將圖e的一組脈沖數(shù)乘以當(dāng)量就可以得出被測直徑的大小。3機器人的位置、姿態(tài)和路徑問題。機器人是一個空間機構(gòu)，可以采用空間坐標(biāo)變換原理以及坐標(biāo)變換的矩陣解析方法來建立描述各構(gòu)件之間相對位置和姿態(tài)的矩陣方程1.描述方法（1）位置描述在描述機器人各構(gòu)件及物料之間的關(guān)系時，首先建立各種坐標(biāo)系，用位置矢量描述空間某一點的位置。（2）方位描述為了研究機器人的運動與控制，除了要表示機器人構(gòu)件上點的位置，還需要表示該構(gòu)件的方位。確定構(gòu)件的方位，應(yīng)