機械制造自動化

機械制造自動化周水琴7/30/2005考核知識點自動化的含義、機械制造自動化的目的三種形式自動化的特點和適用場合機械制造自動化包括的主要技術(shù)方面實現(xiàn)機械制造自動化的步驟和關(guān)鍵物流概念、根本功能和主要的物流自動化設(shè)備信息、信息流的概念和根本功能、信息的存儲設(shè)備CIMS的概念和主要功能模塊的組成NC機床的加工原理與工作過程數(shù)控程序的編制過程與方法CNC裝置的硬件結(jié)構(gòu)及主要功能MC、DNC、FMC、FTL、FMS的結(jié)構(gòu)特征與特點工業(yè)機器人，AGV的結(jié)構(gòu)特點自動化相關(guān)概念自動化：實現(xiàn)作業(yè)過程的主動完成而無需或只需極少的人工參與自動化目的：省人、省力；提高質(zhì)量，降低本錢；縮短開發(fā)生產(chǎn)周期，提高市場競爭力三種形式：剛性自動化、柔性自動化、綜合自動化實施原那么：自上而下規(guī)劃和自下而上實施，追求技術(shù)先進同時，不忘講究經(jīng)濟實效三種自動化方式比較生產(chǎn)比較自動化方式項目剛性自動化柔性自動化綜合自動化自動化目的省人、省力；提高質(zhì)量，降低成本省人、省力；提高質(zhì)量，降低成本；縮短制造周期省人、省力；提高質(zhì)量，降低成本；提高工作效率和快速響應(yīng)市場的能力自動化對象加工設(shè)備、工裝、器械和物流加工設(shè)備、工裝、器械、物流、信息加工設(shè)備、工裝、器械、物流、信息流技術(shù)特點以機、電、液、氣等硬件控制方式實現(xiàn)，變動困難，靈活性差以硬件為基礎(chǔ)，數(shù)控軟件為支持，通過改變程序軟件來適應(yīng)所需的控制，故具較大柔性，且易于變動以設(shè)計、制造過程自動化為基礎(chǔ)，以計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為手段把企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)和工程技術(shù)諸環(huán)節(jié)集成為一體來實現(xiàn)，具有優(yōu)質(zhì)高效、快速響應(yīng)市場等特點典型設(shè)備自動半自動機床、組合機床、機械手、自動線等數(shù)控機床、加工中心、工業(yè)機器人、FMC等CAD/CAM系統(tǒng)、MRP-II、FMS、CIMS等適用場合少品種大批量生產(chǎn)多品種、中小批量生產(chǎn)各種類型和規(guī)模生產(chǎn)機械制造自動化的技術(shù)內(nèi)容加工作業(yè)自動化〔設(shè)備自動化〕物流自動化信息自動化管理自動化自動化技術(shù)1——設(shè)備自動化加工自動化內(nèi)容：加工、裝配、測量檢測、清洗、包裝和搬運、開發(fā)設(shè)計實現(xiàn)步驟：簡化和標準化〔標準化〕自動化關(guān)鍵：完成作業(yè)的設(shè)備自動化設(shè)備自動化自動化設(shè)備分類剛性：自動機床、組合機床、自動線柔性：數(shù)控機床、加工中心剛性自動化設(shè)備設(shè)備類型特點種類普通自動化機床加工效率高，但調(diào)整復雜，改變加工對象和加工工藝時要重新制造凸輪和樣板凸輪控制的單軸縱切自動車床、仿形銑床、非凸輪控制的臥式多軸自動車床、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床、多刀半自動車床組合機床工序集中，生產(chǎn)率高，自動化程度高，造價相對低廉通用部件：動力頭部件、支承部件、輸送部件、控制部件、輔助部件剛性自動線采用的加工裝備專用性強，可調(diào)性低，傳輸裝置也多具有專用性普通機床自動線、組合機床自動線、專用機床自動線、轉(zhuǎn)子自動線設(shè)備自動化結(jié)論：機床專用性強，只適用于單一品種〔或少品種〕大批量生產(chǎn)柔性自動化設(shè)備數(shù)控機床加工中心設(shè)備自動化成型類切削類特種加工類數(shù)控機床組成及工作過程數(shù)控系統(tǒng)伺服系統(tǒng)數(shù)控裝置零件圖樣數(shù)控程序成品零件主機進給電機其它輔助裝置主軸電機位置檢測數(shù)控機床工作原理加工程序計算機數(shù)控裝置位置檢測反饋系統(tǒng)速度檢測伺服驅(qū)動系統(tǒng)輔助控制裝置機床數(shù)控機床數(shù)控機床適用范圍多品種，中小批量生產(chǎn)，也可用于單件生產(chǎn)功能強，柔性大，自動化程度高，適用范圍廣購置費用較高數(shù)控程序編程步驟編程方法編程代碼數(shù)控編程步驟

修改

程

序

校

驗編

寫

程

序數(shù)

學

處

理分析零件圖樣

和

制定工藝方案數(shù)控機床數(shù)控編程步驟分析零件圖樣和制定加工工藝：明確加工部位，選擇適宜的數(shù)控機床，設(shè)計夾具，選擇刀具，確定合理的走刀路線與加工用量數(shù)學處理：根據(jù)零件圖樣和所確定的加工路線，計算刀具運動軌跡坐標，獲得刀位數(shù)據(jù)〔cutterlocationpoint，簡稱CL〕編寫程序：根據(jù)加工路線及計算好的刀位數(shù)據(jù)，按照所選數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的程序代碼和格式，逐段編寫程序單程序校驗：編寫好的程序可以輸入數(shù)控系統(tǒng)，啟動機床運行。但一般來說正式加工之前要對程序進行校驗?？梢杂糜嬎銠C仿真軟件進行仿真，也可直接在機床上用石蠟、石磨等易切材料進行試切，以便確認程序是否正確數(shù)控機床編程方法手工編程

編程手冊

刀具表

機床表

工藝規(guī)程

夾具表

工藝人員

零件圖樣加工程序

加

工

程

序

初

稿

編程人員

修改

數(shù)控機床編程方法手工編程一般對幾何形狀不太復雜的零件，所需的加工程序不長，計算比較簡單，用手工編程比較適宜。手工編程的特點消耗時間較長，容易出現(xiàn)錯誤，無法勝任復雜形狀零件的編程。數(shù)控機床編程方法自動編程自動編程方式語言輸入圖形輸入語音輸入自動編程的特點：編程工作效率高，可解決復雜形狀零件的編程難題。數(shù)控機床編程標準代碼字符與代碼

字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學運算符等。數(shù)控系統(tǒng)只能接受二進制信息，所以必須把字符轉(zhuǎn)換成8BIT信息組合成的字節(jié)，用“0〞和“1〞組合的代碼來表達。國際上廣泛采用兩種標準代碼：〔1〕ISO國際標準化組織標準代碼〔2〕EIA美國電子工業(yè)協(xié)會標準代碼

這兩種標準的編碼方法不同，在現(xiàn)代大多數(shù)數(shù)控機床上這兩種代碼都可使用。數(shù)控機床編程指令代碼G——準備功能代碼M——輔助功能代碼F——進給功能代碼S——主軸轉(zhuǎn)速功能代碼T——選擇刀具功能代碼數(shù)控機床G功能字含義表〔FANUC-0M系統(tǒng)〕G功能字含義表〔FANUC-0M系統(tǒng)〕G功能字

含義

G功能字

含義

G00快速移動點定位

G70精加工循環(huán)

G01直線插補

G71外圓粗切循環(huán)

G02順時針圓弧插補

G72端面粗切循環(huán)

G03逆時針圓弧插補

G73封閉切削循環(huán)

G04暫停

G74深孔鉆循環(huán)

G17XY平面選擇

G75外徑切槽循環(huán)

G18ZX平面選擇

G76復合螺紋切削循環(huán)

G19YZ平面選擇

G80撤銷固定循環(huán)

G32螺紋切削

G81定點鉆孔循環(huán)

G40刀具補償注銷

G90絕對值編程

G41刀具半徑補償——左G91增量值編程

G42刀具半徑補償——右

G92螺紋切削循環(huán)

G43刀具長度補償——正

G94每分鐘進給量

G44刀具長度補償——負

G95每轉(zhuǎn)進給量

G49刀具長度補償注銷

G96恒線速控制

G50主軸最高轉(zhuǎn)速限制

G97恒線速取消

G54～G59加工坐標系設(shè)定

G98返回起始平面

G65用戶宏指令

G99返回R平面

數(shù)控機床M功能字含義表〔FANUC-0M系統(tǒng)〕M功能字

含

義

M00程序停止

M01計劃停止

M02程序停止

M03主軸順時針旋轉(zhuǎn)

M04主軸逆時針旋轉(zhuǎn)

M05主軸旋轉(zhuǎn)停止

M06換刀

M072號冷卻液開

M081號冷卻液開

M09冷卻液關(guān)

M30程序停止并返回開始處

M98調(diào)用子程序

M99返回子程序

數(shù)控機床數(shù)控系統(tǒng)控制程序輸入設(shè)備輸出設(shè)備CNC裝置可編程控制器〔PC〕主軸控制單元速度控制單元主軸電機機床輔助裝置進給電機位置檢測數(shù)控機床CNC裝置CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)組成硬件：單微處理機和多微處理機兩類軟件：控制軟件和管理軟件CPU是CNC裝置的核心數(shù)控機床單微處理機結(jié)構(gòu)框圖EPROMRAMPC接口總線CPU紙帶閱讀機接口I/O接口MDI/CRT接口位置控制紙帶閱讀機機床操作面板顯示器速度控制單元M數(shù)控機床CNC裝置的功能〔根本〕控制功能——可控軸數(shù)及最大可控軸數(shù)準備功能——G功能，指令機床動作方式插補功能——粗插補和精插補固定循環(huán)加工——典型加工工序預先存儲進給功能——F功能主軸功能——S功能輔助功能——M功能補償功能——刀具長度和直徑補償?shù)毒吖δ芎偷诙o助功能——選擇刀具數(shù)控機床CNC裝置的功能〔選擇功能〕圖形顯示自診斷通訊和人機對話數(shù)控機床加工中心加工中心是在一般數(shù)控機床根底上增添了刀庫和自動換刀機械手裝置的數(shù)控自動化設(shè)備。分類車削加工中心鏜、銑削加工中心磨削加工中心沖壓加工中心特點：工件毛坯一次裝夾，可連續(xù)自動加工對多個加工面進行多工序加工，中間的換刀及檢測均自動完成設(shè)備自動化自動化技術(shù)2——物流自動化物流概念指物料從輸入制造自動化系統(tǒng)起，隨著制造過程逐步變成最終產(chǎn)品〔或制成品〕，并由系統(tǒng)輸出的整個流動過程物流系統(tǒng)組成物流自動化設(shè)備控制軟件物流自動化自動化技術(shù)2——物流自動化根本功能：上、下料/裝卸功能傳輸/搬運功能存儲功能其它功能：識別功能和定向定位功能物流自動化自動化技術(shù)2——物流自動化物流自動化設(shè)備〔按工作原理分〕機械式氣動式液壓式電動式物流自動化設(shè)備〔按功能分〕上、下料/裝卸自動化設(shè)備傳輸搬運自動化設(shè)備存儲自動化設(shè)備……物流自動化上、下料/裝卸自動化設(shè)備物流自動化設(shè)備類型特點使用起重和托盤交換裝置大件上、下料/裝卸用設(shè)備較重、大的工件上、下料/裝卸用機械手只作一個自由度運動的機械夾持器中小型尺寸的圓柱形零件和具有統(tǒng)一尾部結(jié)構(gòu)的刀具等裝卸工業(yè)機器人具有很大靈活性，可作多坐標運動柔性加工、裝配線的中小件的裝卸自動供料器多軸自動車的數(shù)控幫料送進器用于多軸自動車的數(shù)控幫料送進器振動上料器利用振動能量移動物體原理將物料定向送入所需工位多用于自動裝配線的標準小件的上料工業(yè)機器人2、控制裝置1、機座3、操作機工業(yè)機器人是一種能自動定位控制，可重復編程的，多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)工業(yè)機器人不同于機械手。物流自動化工業(yè)機器人分類1、直角坐標式2、圓柱坐標式3、球坐標式4、關(guān)節(jié)坐標式物流自動化傳輸/搬運自動化設(shè)備機械傳輸裝置裝置類型：鏈式、滾筒式、吊掛式作用：用于加工和裝配線上傳輸搬運大件及小的散件集裝傳輸布局形式：直線型、盤旋型、平面型、立體型自動導向小車〔AGV〕物流自動化AGV〔自動導向小車〕分類：根據(jù)其導向方式分為有軌導向、感應(yīng)式〔電磁〕導向和光學〔激光〕導向電磁和激光導向原理：預設(shè)引導線或反光帶作為行走路線，AGV偏離路線時，相應(yīng)傳感器通過控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制導向輪正確行走物流自動化物流自動化存儲自動化設(shè)備分類自動化立體倉庫物料臨時存儲庫〔如刀庫、托盤庫等〕自動堆垛機物流自動化信息涵義、信息流框圖信息：人們對客觀世界的認識并能傳送被他人所感知的物質(zhì)表示〔文字數(shù)據(jù)形式和圖形形式〕信息自動化信息源應(yīng)用采集輸入信息處理信息傳輸信息存儲信息輸出信息系統(tǒng)信息流/系統(tǒng)框圖機械制造信息源靜態(tài)信息設(shè)計圖樣、CAD、CAPP、CAM圖樣、各種程序介質(zhì)動態(tài)信息制造過程本身〔機械物理現(xiàn)象〕語音識別器，電、光掃描儀，數(shù)字化儀，數(shù)碼相機，電容，電感，熱電傳感器信息采集/輸入人工采集/輸入法自動采集/輸入法通過各種聲、光、電原理工作的專門儀器，將所需的文字和圖形圖像信息從信息載體上采集輸入刀信息系統(tǒng)的計算機中信息處理前置處理算術(shù)運算和邏輯運算科學運算圖形、圖像和語音處理后置處理信息傳輸與交換機內(nèi)傳輸——銅阻導線和標準總線機外/地區(qū)內(nèi)或企業(yè)內(nèi)部之間傳輸——LAN異地遠程傳輸——無線電波傳輸時必須遵守MAP通信協(xié)議、TOP通信協(xié)議、IGES、PDES信息存儲指程序和數(shù)據(jù)的存儲存儲器分類高速緩沖存儲器主存儲器輔助存儲器管理含義及自動化根底管理職能：方案、組織、領(lǐng)導、控制管理內(nèi)容：方案目標、信息和資源〔人員、資金、設(shè)備和物資〕管理自動化核心——管理信息自動化管理信息自動化根底——基層作業(yè)自動化基層作業(yè)自動化包括軟件〔DSS和MRP-II〕和硬件〔計算機、機、打印機、復印機等通訊設(shè)備和CAD/CAPP/CAM等設(shè)計專用設(shè)備〕兩方面管理自動化MRP、MRPⅡ和ERP簡介三者是企業(yè)管理信息系統(tǒng)開展的不同階段MPRmaterialrequirementplanning物料需求方案MRPⅡmanufacturingresourceplanning制造企業(yè)資源方案ERPenterpriseresourceplanning企業(yè)資源方案管理自動化MRPⅡ定義定義：物流信息同資金流信息的集成。五個方案層次：管理自動化宏觀決策層：

經(jīng)營規(guī)劃〔企業(yè)長遠規(guī)劃〕

生產(chǎn)與運作方案〔企業(yè)年度規(guī)劃〕

方案層：

主生產(chǎn)方案〔出廠產(chǎn)品方案〕

物料需求方案〔加工和采購方案〕

執(zhí)行層：

車間控制〔控制方案的執(zhí)行〕系統(tǒng)采用Delphi+MSSQL大型數(shù)據(jù)庫開發(fā)而成，由16個子系統(tǒng)構(gòu)成面向離散制造型企業(yè)的管理信息系統(tǒng)MRPⅡ地位MRPⅡ與其他子系統(tǒng)聯(lián)系密切管理與設(shè)計、制造相聯(lián)系的重要樞紐CIMS信息集成的核心環(huán)節(jié)管理自動化常見機械制造柔性自動化系統(tǒng)MC(加工中心)DNC〔直接數(shù)控系統(tǒng)〕FMC〔柔性制造單元〕FTL〔柔性生產(chǎn)線〕FMS〔柔性制造系統(tǒng)〕CIMS〔計算機集成制造系統(tǒng)〕DNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一臺計算機通過接口裝置直接控制多臺數(shù)控機床工作的系統(tǒng)，也叫“群控系統(tǒng)〞DNC主計算機12345工廠主干網(wǎng)通信網(wǎng)DNC接口NC機床DNC系統(tǒng)優(yōu)點較高的機床開動率和工作可靠性管控一體開放式系統(tǒng)可獨立使用，也可構(gòu)成FMS或CIMS的一局部FMCFMC是由1~2臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設(shè)備構(gòu)成，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。FMC可視為一個規(guī)模最小的FMS特點：實現(xiàn)單機柔性化及自動化FMC特點類型有無物料暫存儲庫、自動上下料裝置有無通訊功能是否可無人看管CNC無無否MC除刀庫外，其余無無一次裝夾可連續(xù)加工多個加工面FMC有有是FML(柔性線生產(chǎn))組成：具有自動更換多軸頭或更換刀具的數(shù)控組合機床為核心的多臺設(shè)備組成，由計算機統(tǒng)一控制并實現(xiàn)固定節(jié)拍加工的系統(tǒng)類型機床數(shù)量傳送系統(tǒng)加工效率柔性程度FMC1－2臺CNC或MC靈活多樣（直線、圓弧、環(huán)形）低高FML10～20臺數(shù)控組合機床固定不變的直線型布局高低FMC與FTL比較FMS組成加工制造系統(tǒng)：以加工中心、車削中心或CNC機床為核心，輔之相應(yīng)的上下料、加工清洗和檢測設(shè)備物料儲運系統(tǒng)：一般由裝卸站、運輸設(shè)備和物料存儲庫組成計算機控制系統(tǒng)：FMS的核心局部。主要由控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)及控制和管理軟件組成柔性自動化制造系統(tǒng)的典型代表FMS控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)機器人銑床零件存儲器檢驗機機器人零件存儲器機器人小車托盤庫機器人銑銷工作站檢驗工作站物料貯運工作站1＃虛擬單元n＃虛擬單元加工車間裝配車間工廠工廠級車間級FMS主控計算機單元級工作站級〔PLC〕設(shè)備級…………機床控制物料儲運控制監(jiān)控系統(tǒng)檢測設(shè)備控制自動化倉庫控制其他控制作業(yè)計劃靜態(tài)調(diào)度，過程管理動態(tài)調(diào)度質(zhì)量管理庫存管理工具管理其他FMS的控制與管理應(yīng)用軟件體系控制軟件方案管理軟件工程軟件數(shù)據(jù)庫檢索軟件仿真軟件通信軟件其他FMS主要特征實現(xiàn)了信息流和物料的自動化處理并協(xié)同工作由三個自動化系統(tǒng)〔加工自動化、物料自動化、信息控制自動化〕組成的柔性自動化整體可實現(xiàn)多品種小批量乃至單件混流的經(jīng)濟加工可實現(xiàn)長時間〔16～48小時〕的無人看管加工CIMS(計算機集成制造系統(tǒng))定義：CIMS是以相對獨立的生產(chǎn)經(jīng)營實體——企業(yè)為對象，以市場需求及資源為輸入，以投放市場的產(chǎn)品為輸出，以整體動態(tài)優(yōu)化為目標，在系統(tǒng)科學的指導下，以計算機和網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)為手段，