機械制造自動化課件

機械制造自動化1

機械制造自動化1全燕鳴.機械制造自動化.華南理工大學出版社，2007.

劉治華，李志農(nóng).機械制造自動化技術.機械工業(yè)出版社，2009.吳天林、段正澄.機械加工系統(tǒng)自動化.機械工業(yè)出版社，1992

參考書：2全燕鳴.機械制造自動化.華南理工大學出版社，2007通過本課程的學習，擴展和拓寬學生在自動化加工系統(tǒng)方面的知識，使學生系統(tǒng)地了解有關機械制造自動化技術方面的基本原理，了解機械制造中各主要單元和系統(tǒng)的自動化方法以及各種自動化裝置的結構原理和特點，并提高其應用管理能力，為進一步的課程學習和今后從事專業(yè)技術工作奠定良好的基礎。課程宗旨3通過本課程的學習，擴展和拓寬學生在自動化加通過本課程的學習，學生應該：

了解機械制造自動化的基本概念、類型、控制方式及發(fā)展與應用。了解加工設備自動化的特點及分類，以及兩種典型的加工過程自動化方法：單機工作自動化和加工自動線。了解物流供輸系統(tǒng)的功能及組成；介紹類型的物流供輸系統(tǒng)的組成及特點。了解刀具自動化的特點以及各種排屑、換刀自動化裝置。了解制造過程中運用的各種檢測技術。了解自動裝配系統(tǒng)的組成以及自動裝配工藝過程的分析。了解工業(yè)機器人的構成及相關控制技術。了解集成制造系統(tǒng)的概念，柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及其他一些先進制造技術的結構及特點。教學目的及要求4通過本課程的學習，學生應該：教學目的及要求4機械制造自動化的基本概念機械制造自動化的主要內(nèi)容和意義機械制造自動化的類型機械制造自動化的控制方式

機械制造自動化的發(fā)展與趨勢第一章緒論5機械制造自動化的基本概念第一章緒論5§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？2、制造自動化的三個層次3、制造自動化的定義及內(nèi)涵6§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？人在生產(chǎn)過程中的勞動包括三部分：

基本體力勞動、輔助體力勞動、腦力勞動基本體力勞動：直接改變生產(chǎn)對象的形態(tài)、性能和位置等方面的勞動。輔助體力勞動：完成基本體力勞動所必須做的其他輔助性工作。腦力勞動：決定生產(chǎn)方法、選擇生產(chǎn)工具、質量檢驗及生產(chǎn)管理等工作。如：工件的裝卸、加工、檢驗，刀具更換，工件輸送，工藝規(guī)程設計等?！?.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？7人在生產(chǎn)過程中的勞動包括三部分：§1.1機械制造自動化的基本機械化——執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由機器（機械）代替人力勞動來完成時稱之為機械化。如：自動走刀代替手動走刀—走刀機械化輸送機代替人工搬運工件—是工件輸送機械化；氣動夾緊工件代替手動夾緊工件—工件夾緊機械化。

§1.1機械制造自動化的基本概念

什么是機械化？8機械化——執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由機器（機械）代替人力最初“自動化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的。當時他在通用汽車公司工作，他認為在一個生產(chǎn)過程中，機器之間的零件轉移不用人去搬運就是"自動化"。這是早期制造自動化的概念?！?.1機械制造自動化的基本概念

什么是自動化？9最初“自動化(Automation)”是美國人D.S.Ha§1.1機械制造自動化的基本概念自動化——機器代替人完成基本勞動的同時，若人對機器的操縱看管、對工件的裝卸與檢驗等輔助體力勞動也是由機器來完成時，并且有自動控制系統(tǒng)或計算機代替部分腦力勞動，這個制造過程是“自動化”?；緞趧訖C械化＋輔助勞動機械化＋自動控制系統(tǒng)→自動化制造系統(tǒng)10§1.1機械制造自動化的基本概念自動化——機器代替人完成基自動化生產(chǎn)系統(tǒng)是在沒有人的直接參與下，利用各種技術手段，通過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，使機器、設備等按照預定的規(guī)律自動運行，實現(xiàn)預期的目標，或使生產(chǎn)過程、管理過程、設計過程等按照人的要求高效自動地完成?！?.1機械制造自動化的基本概念11自動化生產(chǎn)系統(tǒng)是在沒有人的直接參與2、制造自動化的三個層次1）工序自動化2）工藝過程自動化(自動化線)3）制造過程的自動化（自動化制造系統(tǒng)）122、制造自動化的三個層次1）工序自動化2）工藝過程自動化(自工序：是指一個（或一組）工人，在一臺機床（或一個工作地點）對同一工件（或同時對幾個工件）所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序2、制造自動化的三個層次1）工序自動化生產(chǎn)過程由什么組成？工序是組成加工過程的基本單元。工序又包括以下兩部分：基本動作：包括傳動、上下料、換刀、切削以及檢驗等。輔助動作：即操縱傳動機構的動作。13工序：是指一個（或一組）工人，在一臺機床（或一個工作地點）基本動作--機器完成--機械化輔助動作--機器完成工序自動化工藝過程自動化制造過程自動化在一個工序中，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化起來，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。14基本動作--機器完成--機械化輔助動作--機器完成工序自動化

一個工藝過程（如加工工藝過程）通常包括著若干個工序，如果不僅每一個工序都自動化了，并且把它們有機地聯(lián)系起來，使得整個工藝過程（包括加工、工序間的檢驗和輸送）都自動進行，而工人僅只是對這一整個工藝過程作總的操縱和監(jiān)督，這時就形成了某一種加工工藝的自動生產(chǎn)線，通常稱為工藝過程自動化。2）工藝過程自動化（自動化線）15一個工藝過程（如加工工藝過程）通常包括著若干個工序，如一個零部件（或產(chǎn)品）的制造包括著若干個工藝過程，如果不僅每個工藝過程都自動化了，而且它們之間是自動的有機聯(lián)系在一起，也就是說從原材料到最終成品的全過程都不需要人工干預，這時就形成了制造過程的自動化。機械制造自動化的高級階段就是自動化車間甚至自動化工廠。3）制造過程的自動化（自動化制造系統(tǒng)）16一個零部件（或產(chǎn)品）的制造包括著若干個工藝過程，如果不3、制造自動化的定義及內(nèi)涵制造自動化＝制造＋自動化制造－－目前對制造有兩種理解：一個是指產(chǎn)品的“制作過程”或稱為“小制造概念”，如機械加工過程；另一個是廣義制造概念，包括產(chǎn)品整個生命周期過程，又稱為“大制造概念”。實際應用中，兩者皆在使用，其概念范圍視具體情況而定。173、制造自動化的定義及內(nèi)涵制造自動化＝制造＋自動化17機械制造狹義：單純的產(chǎn)品的加工及物料儲運、質量控制、裝配過程等。廣義：還包括產(chǎn)品設計、工藝設計、生產(chǎn)準備、市場調研、市場營銷、服務、回收處理等其它環(huán)節(jié)機械制造自動化：在機械制造過程的所有環(huán)節(jié)中采用自動化技術，以實現(xiàn)機械制造全過程的自動化。18機械制造狹義：單純的產(chǎn)品的加工及物料儲運、質量控制、裝配過程制造自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質上是自動化代替人的體力勞動的觀點?，F(xiàn)在，隨著電子和信息技術的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應用，自動化的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。19制造自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。19§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？2、制造自動化的三個層次3、制造自動化的定義及內(nèi)涵20§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？1、機械制造自動化技術的內(nèi)容1.機械加工自動化技術：包括上下料、裝夾、換刀、加工、零件校驗等環(huán)節(jié)的自動化技術。2.物料儲運自動化技術：包括工件、刀具、其它物料的儲運的自動化技術。3.裝配自動化技術：包括零部件供應、裝配過程等的自動化技術。4.質量控制自動化技術：包括零件檢測、產(chǎn)品檢測、刀具檢測等的自動化技術?！?.2機械制造自動化的主要內(nèi)容和意義211、機械制造自動化技術的內(nèi)容1.機械加工自動化技術：包括上下2、機械制造自動化的意義①提高生產(chǎn)率—采用自動化技術后可以大幅度縮短產(chǎn)品制造過程中的輔助時間，從而使生產(chǎn)率得以提高；222、機械制造自動化的意義①提高生產(chǎn)率—采用自動化技術后②縮短生產(chǎn)周期—如圖所示，采用自動化技術后可以有效縮短零件98.5%的無效時間，從而有效縮短了生產(chǎn)周期；23②縮短生產(chǎn)周期—如圖所示，采用自動化技術后可以有效縮短零件③提高產(chǎn)品質量—由于廣泛采用各種高精度的加工設備和自動檢測設備，減少了工人情緒波動的④提高經(jīng)濟效益—采用自動化技術后可減少占地面積，減少直接生產(chǎn)工人的數(shù)量，減少廢品率等；⑤降低勞動強度—讓機器去完成絕大部分笨重、艱苦、煩人甚至對人體有害的工作，從而降低了工人的勞動強度；⑥有利于產(chǎn)品更新—采用現(xiàn)代制造技術使得變更制造對象更容易，適應的范圍也較寬，十分有利于產(chǎn)品的更新；24③提高產(chǎn)品質量—由于廣泛采用各種高精度的加工設備和自動檢測⑦提高勞動者的素質—制造自動化技術要求操作者具有較高的業(yè)務素質和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，無形中就提高了勞動者的素質，特別是采用小組化工作方式對人的素質要求更高；⑧帶動相關技術的發(fā)展—可以帶動自動檢測技術、自動化控制技術、產(chǎn)品設計與制造技術，系統(tǒng)工程技術等相關技術的發(fā)展；⑨體現(xiàn)一個國家的科技水平—如自1870年以來，制造自動化技術和設備基本上都首先出現(xiàn)在美國，這與美國高度發(fā)達的科技水平密切相關。25⑦提高勞動者的素質—制造自動化技術要求操作者具有較高的業(yè)務§1.3機械制造自動化的類型1、機械制造自動化系統(tǒng)的構成1）加工系統(tǒng)：包括工件的切削加工、排屑、清洗和測量2）工件支撐系統(tǒng)：包括工件的輸送、搬運和存儲3）刀具支撐系統(tǒng)：包括刀具的裝配、輸送、交換、存儲以及刀具的預調、管理4）控制與管理系統(tǒng)：包括整個制造過程的監(jiān)控、檢測、協(xié)調與管理26§1.3機械制造自動化的類型1、機械制造自動化系統(tǒng)的構成類型

2、機械制造自動化系統(tǒng)的分類1）按制造過程分：毛坯制備、熱處理、儲運、機加工、裝配、輔助質量和系統(tǒng)控制自動化2）按設備分：局部動作、單機、剛性、剛性綜合、FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）3）按控制方式分：機械、機電液、數(shù)字、計算機、智能控制自動化27類型2、機械制造自動化系統(tǒng)的分類1）按制造過程分：毛坯制備3、機械制造自動化設備的特點及適應范圍自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造和柔性制造，“剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生

產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。

283、機械制造自動化設備的特點及適應范圍自動化制造系統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)的基本形式剛性半自動化單機剛性自動化單機剛性自動線剛性綜合自動化系統(tǒng)一般數(shù)控機床加工中心混合成組制造單元分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC柔性制造單元FMC柔性制造系統(tǒng)FMS柔性制造線FML計算機集成制造系統(tǒng)CIMS柔性自動化設備及系統(tǒng)剛性自動化設備及系統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)29自動化制造系統(tǒng)的基本形式剛性半自動化單機柔性自動化剛性自不同的自動化類型有著不同的性能特點和不同的應用范圍，因此應根據(jù)需要選擇不同的自動化系統(tǒng)。30不同的自動化類型有著不同的性能特點和不同1）、剛性半自動化單機可以自動地完成單個工藝過程的加工循環(huán)的機床(除上下料外)，稱為剛性半自動化機床。例如：仿形機床、通用多刀半自動車床，單臺組合機床，轉塔車床等。特點：

①一般是機械或電液復合控制式組合機床和專用機床，可以進行多面、多軸、多刀同時加工，加工設備按工件的加工工藝順序依次排列；

②切削刀具由人工安裝、調整，實行定時強制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進行應急換刀；

③從復雜程度講，剛性半自動化單機實現(xiàn)的是加工自動化的最低層次。311）、剛性半自動化單機可以自動地完成單個工藝過程的優(yōu)點：投資少、見效快，缺點:調整工作量大，加工質量較差，工人的勞動強度也大。適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。32優(yōu)點：投資少、見效快，32單臺組合機床33單臺組合機床3334343535多刀半自動車床36多刀半自動車床36多刀半自動車床37多刀半自動車床37多刀半自動車床38多刀半自動車床38轉塔車床39轉塔車床39轉塔刀架40轉塔刀架404141

它是在剛性半自動化單機的基礎上增加自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機床。

實現(xiàn)的也是單個工藝過程的全部加工循環(huán)。輔助裝置包括自動工件輸送、上料，下料、自動夾具、升降裝置和轉位裝置等；

切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。特點：投資少、見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。用途：常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。2）剛性自動化單機flashflash42它是在剛性半自動化單機的基礎上增加自動上、下料

剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設備和輔助設備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復雜大系統(tǒng)。在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個工作位置，自動完成零件預定的全部加工過程和部分檢測過程。3）剛性自動線43剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將特點：⑴結構復雜，任務完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，可以有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件，便于管理等。⑵投資大，系統(tǒng)調整周期長，更換產(chǎn)品不方便。用途：少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。3）剛性自動線44特點：⑴結構復雜，任務完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，可以組合機床自動線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換機床的某些部件即可（例如可更換主軸箱），大大縮短了系統(tǒng)的調整時間，降低了生產(chǎn)成本，并能收到較好的使用效果和經(jīng)濟效果。組合機床自動線主要用于箱體類零件和其他類型非回轉體的鉆、擴、鉸、鏜、攻螺紋和銑削等工序的加工。flash45組合機床自動線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換

圖汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代46圖汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代46flash47flash47曲軸加工自動線1－斗式切削提升機2－鏈板式排屑裝置48曲軸加工自動線48曲軸加工自動線3－全線泵站4－工件傳送帶機工件裝卸臺5－工件提升機6－中央控制臺49曲軸加工自動線4950505151一般情況下，剛性自動線只能完成單個零件的所有相同工序（如切削加工工序），對于其它自動化制造內(nèi)容如熱處理、鍛壓、焊接、裝配、檢驗、噴漆甚至包裝卻不可能全部包括在內(nèi)。在剛性自動線地基礎上將其它自動化制造系統(tǒng)的內(nèi)容（包括熱處理、鍛壓、焊接、裝配、校驗等）涵蓋的復雜大系統(tǒng)稱為剛性綜合自動化系統(tǒng)。特點：剛性綜合自動化系統(tǒng)結構復雜，投資強度大，建線周期長，更換產(chǎn)品困難，但生產(chǎn)效率極高，加工質量穩(wěn)定，工人勞動強度低。適用范圍：它常用于產(chǎn)品比較單一，但工序內(nèi)容多，加工批量特別大的零部件的自動化制造。4）剛性綜合自動化系統(tǒng)52一般情況下，剛性自動線只能完成單個零件的所有相同工序（如切削數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）用來完成零件一個工序的自動化循環(huán)加工。特點：

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。適用范圍：適用于加工精度較高，零件復雜程度、且品種多變、批量中等的場合。5）數(shù)控機床flash53數(shù)控機床（NumericalControl加工中心（MachiningCenter-MC）是在一般數(shù)控機床的基礎上增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復雜但用途更廣、效率更高的數(shù)控機床。特點：由于具有刀庫和自動換刀裝置，就可以在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。適用范圍：適用于加工精度較高，零件較復雜、且品種較多的場合。6）加工中心(MC)54加工中心（MachiningCent加工中心外觀圖(a)臥式加工中心；(b)立式加工中心flash55加工中心外觀圖flash55柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell-FMC）是一種由1～3臺數(shù)控機床或加工中心所組成.特點：單元中配備有某種形式的托盤交換裝置或工業(yè)機器人，由單元計算機進行程序編制及分配、負荷平衡和作業(yè)計劃控制的小型化柔性制造系統(tǒng)。優(yōu)點：占地面積較小，系統(tǒng)結構不很復雜，成本較低，投資較小，可靠性較高，使用及維護均較簡單。

因此，柔性制造單元是柔性制造系統(tǒng)的主要發(fā)展方向之一，深受各類企業(yè)的歡迎。適用范圍：常用于品種變化不是很大、生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)規(guī)模中。7）柔性制造單元(FMC)56柔性制造單元（FlexibleManufacturingflash57flash57柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem-FMS）一般由四部分組成：三臺以上的數(shù)控加工設備,一個自動化的物料及刀具儲運系統(tǒng),若干臺輔助設備（如清洗機、測量機、排屑裝置、冷卻潤滑裝置等）,一個由多級計算機組成的控制和管理系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)內(nèi)部包括兩類不同性質的運動：一類是系統(tǒng)的信息流，另一類是系統(tǒng)的物料流，物料流受信息流的控制。

8）柔性制造系統(tǒng)(FMS)58柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturing5959

柔性制造系統(tǒng)60柔性制造系統(tǒng)6061616262柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)點是： ①可以減少機床操作人員。 ②由于配有質量檢測和反饋控制裝置，零件的加工質量很高。 ③工序集中，可以有效減少生產(chǎn)面積。 ④與立體倉庫相配合，可以實現(xiàn)24h連續(xù)工作。 ⑤由于集中作業(yè)，可以減少加工時間。 ⑥易于和管理信息系統(tǒng)（MIS）、工藝信息系統(tǒng)（TIS）及質量信息系統(tǒng)（QIS）結合形成更高級的制造自動化系統(tǒng)。63柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)點是：63柔性制造系統(tǒng)的主要缺點是：

①系統(tǒng)投資大，投資回收期長。 ②系統(tǒng)結構復雜，對操作人員的要求很高。 ③結構復雜使得系統(tǒng)的可靠性較差。適用范圍：多品種、中小批量生產(chǎn)64柔性制造系統(tǒng)的主要缺點是：64§1.4機械制造自動化的控制方式

任何機械制造設備的自動化其實質是在其終端執(zhí)行元件無需由人來直接或間接操作的自動控制。

為了實現(xiàn)機械制造設備的自動化就需要對這些被控制對象進行自動控制。實現(xiàn)機械制造自動化的關鍵：自動控制與機械控制技術、流體控制技術、自動調節(jié)技術、電子技術、電子計算機技術等密切相關。65§1.4機械制造自動化的控制方式 任何機械制造設備

自動控制系統(tǒng)應能保證各執(zhí)行機構的使用性能、加工質量、生產(chǎn)效率及工作可靠性。為此，對自動控制系統(tǒng)提出如下基本要求：

1）應保證各執(zhí)行機構的動作或整個加工過程能夠自動進行。 2）為便于調試和維護，各單機應具有相對獨立的自動控制裝置，同時還應便于和總控制系統(tǒng)相匹配。 1、自動控制系統(tǒng)的基本要求1.4.1、自動控制的基本要求與方式66 自動控制系統(tǒng)應能保證各執(zhí)行機構的使用性能、加工質量、生產(chǎn)

3）柔性加工設備的自動控制系統(tǒng)要和加工品種的變化相適應。4）自動控制系統(tǒng)應力求簡單可靠。在元器件質量不穩(wěn)定情況下，對所用的元器件一定要經(jīng)過嚴格篩選，特別是電氣及液壓元器件。

5）能夠適應工作環(huán)境的變化，具有一定的抗干擾能力。6）應設置反映各執(zhí)行機構工作狀態(tài)的信號及報警裝置。673）柔性加工設備的自動控制系統(tǒng)要和加工品種的變化相適應。6

7）安裝調試、維護修理方便。8）控制裝置及管線布置要安全合理，整齊美觀。

9）自動控制方式要與工廠的技術水平、管理水平、經(jīng)濟效益及工廠近期生產(chǎn)發(fā)展趨勢相適應。

對于一個具體的控制系統(tǒng)，第一項要求必須保證，其它則根據(jù)具體情況而定。687）安裝調試、維護修理方便。68

2、自動控制的構成

自動控制系統(tǒng)包括實現(xiàn)自動控制功能的裝置及其被控制對象，通常由:

（1）指令存儲裝置 （2）指令控制裝置 （3）執(zhí)行機構 （4）傳遞及轉換裝置等部分構成。69 2、自動控制的構成691）、指令存儲裝置：作用：存儲控制被控制對象的相關指令信息。為了使被控制對象能自動運行，需要預先規(guī)定它的動作程序，并把有關指令信息存入相應的裝置，在需要時重新發(fā)出。這種裝置就稱為指令存儲裝置。701）、指令存儲裝置：作用：存儲控制被控制對象的相關指令信息指令存儲裝置分為：集中存儲：全部指令信息存在一個存儲裝置中，如裝有許多凸輪的分配軸、矩陣插銷板、穿孔帶、磁帶、磁鼓、磁盤等分散存儲：指令信息分別在多處存儲，例如擋塊、限位開關、電位計、時間繼電器、進速度繼電器等。71指令存儲裝置分為：717272作用：控制指令存儲裝置中的指令信息的發(fā)出.實現(xiàn)方法：執(zhí)行機構移動到規(guī)定位置時擋塊碰觸限位開關

工件加工到規(guī)定尺寸時自動測量儀中的電觸點接通

液壓控制系統(tǒng)中的壓力達到規(guī)定壓力時啟動壓力閥

主軸轉速超過一定數(shù)值時速度繼電器動作等等。

2）、指令控制裝置73作用：控制指令存儲裝置中的指令信息的發(fā)出.2）、指令控制裝置其中限位開關、電觸點、壓力閥、速度繼電器等裝置，能夠將指令存儲裝置中的有關信息轉變?yōu)橹噶钚盘柊l(fā)送出去，命令相應的執(zhí)行機構完成某種動作。3）、執(zhí)行機構：最終完成控制作用的環(huán)節(jié)。例如拔又、電磁鐵、電動機、工作油缸等。74其中限位開關、電觸點、壓力閥、速度繼電器等裝4）、傳遞及轉換裝置：作用：將指令信息傳送給執(zhí)行機構。信息在傳遞過程中要改變信號的量和質，轉換為符合執(zhí)行機構所要求的種類、形式、能量等輸入信息。

信息的傳遞介質：電、光、氣體、液體、機械信息的傳遞形式：模擬、數(shù)字信息的傳遞能量：電壓、電流、壓力、位移、脈沖754）、傳遞及轉換裝置：作用：將指令信息傳送給執(zhí)行機構。75機械制造設備中常用的控制方式： （1）開環(huán)控制方式 （2）閉環(huán)控制方式 （3）分散控制方式 （4）集中控制方式 （5）程序控制方式 （6）數(shù)字控制方式 （7）計算機控制方式3.自動控制方式76機械制造設備中常用的控制方式：3.自動控制方式76開環(huán)控制---系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制無影響(無反饋).在開環(huán)系統(tǒng)中、指令的程序和特征是預先設計好的，不因被控制對象實際執(zhí)行指令的情況而改變。為了滿足實際應用的需要，開環(huán)控制系統(tǒng)必須精確地予以校準，并且在工作過程中保持這種校準值不發(fā)生變化。

常見的機械凸輪控制的自動車床或沿時間坐標軸單向運行的任何系統(tǒng)，都是開環(huán)控制系統(tǒng)。77開環(huán)控制---系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制無影響(無反饋).閉環(huán)控制---系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制具有直接影響(有反饋)，例如一些自動調節(jié)系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)（伺服系統(tǒng)）以及適應控制系統(tǒng)。78閉環(huán)控制---系統(tǒng)的輸出量對系統(tǒng)的控制具有直接影響(有反饋)分散控制---行程或繼動控制。指令存儲和控制裝置按一定規(guī)律分散布置。各控制對象的工作順序及相互配合按下述方式進行：

當前一機構完成預定動作后會發(fā)出完成信號以引發(fā)下一機構的動作，如此繼續(xù)直至完成預定的全部動作。

例如根據(jù)運動速度、行程量、終點位置、加工尺寸等，每一執(zhí)行部件在完成預定的動作后，可以采用不同的方式發(fā)出控制指令。79分散控制---行程或繼動控制。指令存儲和控制裝置按一定規(guī)律分ⅠⅡⅢⅣ80ⅠⅡⅢⅣ80發(fā)令裝置一般是有觸點式或無觸點式限位開關；指令存儲和控制裝置一般由擋塊組成。分散控制的主要優(yōu)點：實現(xiàn)自動循環(huán)酌方法簡單，電氣元件的通用性強，成本低。在自動循環(huán)過程中，當前一動作沒有完成時，后一個動作便得不到起動信號，因而，分散控制系統(tǒng)本身具有一定的互鎖性。81發(fā)令裝置一般是有觸點式或無觸點式限位開關；818282加全工部結退束回動原力位頭原位信號定夾動位緊力銷機頭拔構原出松位開輸送帶終點定進位入銷定全位部孔夾繼開緊電關完器發(fā)成或出壓行信力程號S1S2S3S4

S5輸送帶向前定位夾緊松開拔銷動力頭向前輸送帶退回自動線啟動重復自動循環(huán)信號83加全原位信號定夾動輸定進夾繼分散控制的主要缺點：當順序動作較多時，自動循環(huán)時間會增加，這對提高生產(chǎn)效率不利。當下一動作執(zhí)行機構較多時，就有若干多條平行控制線路、會使電氣控制線路變得復雜，電氣元件增多。這對控制系統(tǒng)的調整和維修不利，特別是在使用有觸點式電器時，由于大量觸點頻繁換接，容易引起故障。84分散控制的主要缺點：84集中控制---時間控制。具有一個中央指令存儲和指令控制裝置，按時間順序連續(xù)或間隔的發(fā)出各種控制指令。85集中控制---時間控制。具有一個中央指令存儲和指令控制裝置，轉鼓1-5限位開關86轉鼓1-5限位開關86集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：所有指令存儲和控制裝置都集中在一起，控制鏈又短又簡單，這樣，控制系統(tǒng)就比較簡的，調整以較方便。缺點是：各執(zhí)行部件動作之間無聯(lián)系，當某一部件發(fā)生故障時，其它部件依然運動，這就有可能發(fā)生碰撞或干涉等事故。由于執(zhí)行部件的運動速度不能控制，當速度不穩(wěn)定時，系統(tǒng)實際的控制精度就較低。87集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點是：87每個執(zhí)行部件的起動指令是由集中控制裝置發(fā)出，但停止指令則由執(zhí)行部件移動到一定位置時，壓下限位開關而發(fā)出。因此，其工作精度和可靠性比前者較高。由集中控制和分散控制所組成的混合控制系統(tǒng)。88每個執(zhí)行部件的起動指令是由集中控制裝置發(fā)出，利用分配軸上的凸輪來驅動和控制的自動機床或自動線上的各個執(zhí)行部件的順序動作是機械式集中控制控制系統(tǒng)，是按時間順序進行控制的，可以歸入這一類型。89利用分配軸上的凸輪來驅動和控制的自動機床或9090程序控制---按照預定的規(guī)律來控制各執(zhí)行機構使之自動進行工作循環(huán).可分為固定程序控制和可變程序控制.

在機械加工中，經(jīng)常采用的是與行程有關的自動控制。有關程序的指令，可以存儲在凸輪、凸塊、樣板、模型、電氣元件、圖紙、磁帶等模擬式程序指令存儲器上，上述這些都屬于行程程序控制91程序控制---按照預定的規(guī)律來控制各執(zhí)行機構使之自動進行工作9292數(shù)字控制---采用數(shù)控裝置以二進制數(shù)碼形式編制加工程序，控制各工作部件的動作順序、速度、位移量及各種輔助功能計算機控制---用計算機作為控制裝置來實現(xiàn)自動控制

.93數(shù)字控制---采用數(shù)控裝置以二進制數(shù)碼形式編制加工程序，控制自動控制系統(tǒng)的類型：a.按控制的能量形式分：機械控制、液壓控制、電氣控制、光電控制以及它們的組合控制。b.按控制指令排列方式分：

時間控制系統(tǒng)：控制指令按預先確定的時間依次發(fā)出；繼動控制系統(tǒng)：控制指令按邏輯次序規(guī)定的先后順序依次發(fā)出；1.4.2、自動化加工系統(tǒng)的控制94自動控制系統(tǒng)的類型：1.4.2、自動化加工系統(tǒng)的控制94c.按工作原理分：凸輪分配軸控制系統(tǒng)、液壓（液壓元件）、電氣或電氣－液壓程序控制系統(tǒng)、隨動控制系統(tǒng)或數(shù)字控制系統(tǒng)，也可幾種聯(lián)合使用?？刂茖ο?機構的運動速度、方向、行程距離、位置、動作先后順序和起止時間。95c.按工作原理分：凸輪分配軸控制系統(tǒng)、液壓（液壓元件）、電1.4.2、自動化加工系統(tǒng)的控制

機械傳動控制方式一般傳遞的動力和信號都是機械連接的，所以在高速時，可以實現(xiàn)準確的傳遞與信號處理，并且還可以重復兩個動作。在采用機械傳動控制方式的自動化裝備中，幾乎所有運動部件及機構，通常都是由裝有許多凸輪的分配軸來進行驅動和控制的。這種控制系統(tǒng)的另外一個特點是控制元件同時又是驅動元件。 1、機械傳動控制961.4.2、自動化加工系統(tǒng)的控制 機械傳動控制方式一般傳遞程序指令的存儲和控制都是利用機械式元件來完成（例如凸輪、檔塊、連桿、撥叉等）.控制元件同時又是驅動元件幾乎所有的運動部件及機構都是由凸輪分配軸進行驅動和控制專用性較強，僅適用于加工品種基本不變的大批量生產(chǎn)機械傳動控制97程序指令的存儲和控制都是利用機械式元件來完成（例如凸輪、檔塊9898小型自動線的機械集中控制系統(tǒng)簡介自動線是用來加工三種變速撥又的孔和端面，共有8個工位，除液壓站和電氣柜外，其它部件都安裝在整體機座上。隨行夾具載著工件從中間通過，并呈直線排列，彼此互相緊靠，從垂直下方返回。全線除工件傳送裝置的運行外，其余動作均由主分配軸集中驅動與控制。99小型自動線的機械集中控制系統(tǒng)簡介99ⅡⅧⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ機械傳動集中控制系統(tǒng)1-齒條活塞桿2-齒輪3-主分配軸4圓柱凸輪5-端面凸輪6-錐齒輪7-進給凸輪8-立式滑臺9-臥式滑臺10-夾緊楔塊11-夾緊銷12–凸輪13–定位銷100ⅡⅧⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦ機械傳動集中控制系統(tǒng)100分配軸由活塞桿帶動回轉，活塞桿的行程和終點位置，可以利用油缸兩端的調節(jié)螺釘來調整。分配軸每往復回轉一次，自動線完成一次工作循環(huán)，即一個工作節(jié)拍，而且長短可調。隨行夾具的定位夾緊、滑臺的快進與工進等順序，是由凸輪上曲線參數(shù)和各凸輪在分配軸上的安裝位置來保證的，而滑臺的進給速度和定位夾緊動作速度的調節(jié)，是靠各工位上的進給凸輪的曲線及通過調整活塞移動速度來實現(xiàn)。101分配軸由活塞桿帶動回轉，活塞桿的行程和終點位置，可以利用油缸特點：1）工作可靠，使用壽命長，節(jié)拍準確，結構緊湊，占地面積小，調整時容易發(fā)現(xiàn)問題，調整完畢后便能正常進行工作等。

2）結構較復雜，凸輪的設計制造工作量較大，自動線的可調性差，凸輪曲線有偏差時易產(chǎn)生沖擊和噪聲。另外，由于凸輪又兼做驅動元件，因此一般不能承受重裁荷切削。用途：適用于加工品種基本不變的大批量生產(chǎn)。102特點：102 機械制造過程中廣泛采用液壓、氣動與電氣對其整個工作循環(huán)進行控制。采用高水平高質量的液壓、氣動和電氣的控制系統(tǒng)，就成為自動化制造裝置可靠運行的關鍵。如在電氣控制系統(tǒng)中采用可編程序控制器（PLC）進行加工設備的自動化控制就比采用繼電器接觸器系統(tǒng)可提高電氣控制可靠性若干倍。 2、液壓、氣動與電氣控制103 機械制造過程中廣泛采用液壓、氣動與電氣對其整個工作循環(huán)進原理：利用液體工作介質的壓力勢能實現(xiàn)能量的傳遞及控制優(yōu)點：定位精度高、負荷較大、速度可以調節(jié)缺點：漏油（污染）、油溫變化粘度變化流量變化控制不穩(wěn)定1）.液壓控制機械—液壓控制104原理：利用液體工作介質的壓力勢能實現(xiàn)能量的傳遞及控制1）.105105電氣--液壓控制系統(tǒng)：由電氣裝置發(fā)出順序工作信號，液壓裝置去控制和驅動各執(zhí)行部件或輔助裝置的動作（在機械加工自動化中廣泛使用）

106電氣--液壓控制系統(tǒng)：由電氣裝置發(fā)出順序工作信號，液壓裝置去電磁鐵動力頭YA1YA2YA3轉換主令快進＋－＋SB1（ST1）工進＋－－ST3快退－＋－ST4停止－－－ST1107電磁鐵YA1YA2YA3轉換快進＋－＋SB1（ST1原理：利用氣體工作介質的壓力勢能實現(xiàn)能量的傳遞及控制特點：容易實現(xiàn)高速、輕切削工藝;機床配置形式輕巧靈活;可實現(xiàn)短節(jié)拍、頻繁工作;便于實現(xiàn)設備的快速可調;具有在惡劣環(huán)境下工作的可靠性和抗干擾能力;具有良好的技術經(jīng)濟效果.2）氣動控制108原理：利用氣體工作介質的壓力勢能實現(xiàn)能量的傳遞及控制2）氣動氣—電子綜合控制系統(tǒng)1-數(shù)控系統(tǒng)或PLC2-接口3-氣閥4-氣缸109氣—電子綜合控制系統(tǒng)109

電氣控制是為整個生產(chǎn)設備和工藝過程服務的，它決定了生產(chǎn)設備的實用性、先進性和自動化程度的高低。它通過執(zhí)行預定的控制程序，使生產(chǎn)設備實現(xiàn)規(guī)定的動作和目標，以達到正確和安全的自動工作的目的。

3）電氣控制110 電氣控制是為整個生產(chǎn)設備和工藝過程服務的，它決定了生產(chǎn)設原理：電氣控制系統(tǒng)通過控制電動機的啟動、停止、變速和控制液壓、氣動電磁閥的通電、斷電來執(zhí)行規(guī)定的控制程序，使加工設備完成規(guī)定的動作和目標（機床加工刀具的旋轉和移動以及工件的轉動和移動）控制方式：程序控制----采用可編程控制器（PLC）數(shù)字控制----采用分布式數(shù)控系統(tǒng)（DNC）3）電氣控制111原理：電氣控制系統(tǒng)通過控制電動機的啟動、停止、變速和控制液壓構成：主電路、控制電路、控制程序、其它配件工作循環(huán)的表示方法：工作循環(huán)圖：單機的工作循環(huán)工作循環(huán)周期：自動線的工作循環(huán)功能流程圖：表示控制系統(tǒng)的信息傳遞過程和輸入、輸出信號的邏輯關系。電氣控制112構成：主電路、控制電路、控制程序、其它配件電氣控制112雙工位組合機床工作循環(huán)圖113雙工位組合機床工作循環(huán)圖113自動線工作循環(huán)表114自動線工作循環(huán)表114115115電氣控制的操作方式：自動循環(huán)：按下“循環(huán)開始”按鈕，設備按預定的循環(huán)動作連續(xù)工作，只有按下“預?！卑粹o，本次循環(huán)結束才停止工作；半自動循環(huán)：單次循環(huán)，按下“開始”按鈕，設備按預定的循環(huán)動作一次；調整：單步工作，用于設備調試或局部調整開工循環(huán)：自動線每個工位上都沒有工件，開始自動線的循環(huán)為開工循環(huán)收工循環(huán)：再無工件進入自動線的循環(huán)116電氣控制的操作方式：116聯(lián)鎖：聯(lián)鎖、自鎖、互鎖、短時聯(lián)鎖、長時聯(lián)鎖液壓泵電動機已啟動信號---長時聯(lián)鎖信號；滑臺快進退時，工件定位、夾緊信號應為長時聯(lián)鎖信號；接通電機正反轉的電路、滑臺向前后運動的程序中均應有“正－反”、“前－后”的互鎖信號；自動循環(huán)中，上次循環(huán)的完成信號是下次循環(huán)的短時聯(lián)鎖信號……；電氣控制117聯(lián)鎖：聯(lián)鎖、自鎖、互鎖、短時聯(lián)鎖、長時聯(lián)鎖電氣控制117

計算機在機械制造中的應用已成為機械制造自動化發(fā)展中的一個主要方向。而且在生產(chǎn)設備的控制自動化方面起著越來越重要的作用。

3計算機控制1183計算機控制118普通數(shù)控（單一數(shù)控）加工中心：能自動換刀的數(shù)控機床計算機數(shù)控（CNC）：數(shù)控裝置中引入小型通用計算機計算機群控：一臺計算機（中心計算機）+一組數(shù)控機床間接式群控：由數(shù)字通信傳輸線路取代紙帶輸入機，而其它數(shù)控裝置硬件線路的功能（分析、邏輯和插補）還由數(shù)控裝置硬件線路完成直接式群控（DNC）：由計算機代替硬件數(shù)控裝置的部分或全部功能計算機控制119普通數(shù)控（單一數(shù)控）計算機控制119適應控制：系統(tǒng)本身能夠隨著環(huán)境條件或結構的不可預計的變化，自行調整或修改系統(tǒng)的參量特點：能夠隨時識別動態(tài)特性，以便調整控制器參數(shù)，從而獲取最佳性能效果主要取決于機床上所用的傳感器

計算機控制120適應控制：系統(tǒng)本身能夠隨著環(huán)境條件或結構的不可預計的變化，自§1-5機械制造自動化的發(fā)展與趨勢第一階段：1870~1950年純機械控制+電液控制剛性自動化加工單機和系統(tǒng)其中1946年前蘇聯(lián)提出成組技術的概念成組技術（GroupTechnology，GT）概念：充分利用事物之間的相似性，將許多具有相似信息的研究對象歸并成組，并用大致相同的方法來解決這一組研究對象的生產(chǎn)技術問題，這樣就可以發(fā)揮規(guī)模生產(chǎn)的優(yōu)勢，達到提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的目的，這種技術統(tǒng)稱為成組技術。相似零件有相似的加工工藝過程FLASH121§1-5機械制造自動化的發(fā)展與趨勢第一階段：1870~19GT的客觀基礎二次相似性結構（形狀、尺寸、精度）材料（材質、毛坯、熱處理）一次相似性

機械零件之間存在相似性這種相似性主要表現(xiàn)在兩方面：產(chǎn)品設計工藝設計（加工方法、加工設備）生產(chǎn)管理裝配122GT的客觀基礎二次相似性結構（形狀、尺寸、精度）一次相似性圖1-16工藝相似零件組圖1-15結構相似零件組123圖1-16工藝相似零件組圖1-15結構相似零件組名稱類別粗分類0123456789回轉類零件非回轉類零件輪盤類環(huán)套類銷桿軸齒輪類異形件專用件桿條類板塊類座架類箱體類名稱類別細分類0123456789盤蓋防護蓋法蘭盤帶輪手輪離合器分度盤滾輪活塞其它回轉類零件的形狀及加工碼外部形狀加工基本形狀功能要素內(nèi)部形狀加工基本形狀功能要素平面曲面加工外平面內(nèi)平面輔助孔成形刻線輔助碼材料毛坯原始形狀熱處理主要尺寸精度直徑或寬度長度非回轉類零件形狀及加工碼★

JLBM-1分類編碼系統(tǒng)124名稱類別粗分類0123456789非輪盤類環(huán)套類銷桿軸齒輪類材料：優(yōu)質碳鋼125材料：優(yōu)質碳鋼125編碼151024301365533法蘭套長度尺寸﹥50～120mm內(nèi)部無平面加工端面有槽內(nèi)部有錐面內(nèi)部有光滑通孔外部無功能要素外部形狀為單向臺階回轉直徑﹥58～90mm高頻淬火鍛件外圓內(nèi)孔槽有中等精度優(yōu)質碳鋼環(huán)套類軸向有均布孔JLBM-1分類編碼系統(tǒng)示例126編碼151024自動化發(fā)展歷程

第二階段：1952~1965年數(shù)控技術（NC）---主要是單機數(shù)控1952年----數(shù)控機床1958年----加工中心1959年----工業(yè)機器人（極坐標方式）1960年----自適應控制機床1961年----CAM（計算機輔助制造）1962、1963年----CAD（計算機輔助設計）工業(yè)機器人（圓柱坐標方式）1965年----CNC（計算機數(shù)控機床）flash127自動化發(fā)展歷程第二階段：1952~1965年數(shù)控技術（N自動化發(fā)展歷程第三階段：1967~80年代中期FMS（數(shù)控機床+工業(yè)機器人）1967年----FMS（英國的Molins公司）70年代初----FMC（柔性制造單元）1980年----無人化工廠（富士工廠）128自動化發(fā)展歷程第三階段：1967~80年代中期FMS（數(shù)自動化發(fā)展歷程第四階段：80年代至今CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）1974年由美國人哈林頓提出該概念借助于計算機技術、現(xiàn)代系統(tǒng)管理技術、現(xiàn)代制造技術、信息技術、自動化技術和系統(tǒng)工程技術，將制造過程中有關的人、技術和經(jīng)營管理三要素有機集成，通過信息共享以及信息流與物質流的有機集成實現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化運行。129自動化發(fā)展歷程第四階段：80年代至今CIMS（計算機集成自動化發(fā)展歷程國內(nèi)的發(fā)展1956年第一條機械加工自動線 1958年數(shù)控立銑 1984年FMC 1986年FMS 70年代初工業(yè)機器人 1986年CIMS130自動化發(fā)展歷程國內(nèi)的發(fā)展1956年第一條機械加工自動線 CIMS－國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)主題之一1994年，設在清華大學的國家CIMS實驗工程中心獲得國際著名權威學術機構——美國制造工程師學會（SME）的“大學領先獎”1999年，華中理工大學又獲該年度的同一獎項1995年，北京第一機床廠榮獲SME的“工業(yè)領先獎”自動化發(fā)展歷程國內(nèi)的發(fā)展131CIMS－1994年，設在清華大學的國家CIMS實驗工程中心自動化發(fā)展歷程國內(nèi)的發(fā)展國家高技術研究發(fā)展計劃（863計劃）－1986年CIMS作為自動化領域研究主題四個層次應用工程產(chǎn)品開發(fā)技術攻關應用基礎研究132自動化發(fā)展歷程國內(nèi)的發(fā)展國家高技術研究發(fā)展計劃（863計國內(nèi)的發(fā)展十個專題CIMS總體設計與實施CIMS發(fā)展戰(zhàn)略及體系結構CIMS總體集成技術集成產(chǎn)品設計自動化系統(tǒng)集成工藝設計自動化系統(tǒng)集成制造自動化系統(tǒng)CIMS管理與決策支持系統(tǒng)集成質量控制系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)CIMS系統(tǒng)技術與方法133國內(nèi)的發(fā)展十個專題CIMS總體設計與實施CIMS發(fā)展戰(zhàn)略及發(fā)展趨勢制造敏捷化：制造環(huán)境和制造過程面向21世紀制造活動的必然趨勢，包括：柔性：機器、工藝、運行、擴展、勞動力等柔性一級知識供應鏈；重構能力：能實現(xiàn)快速重祖重構，增強對新產(chǎn)品開發(fā)的快速響應能力一級產(chǎn)品過程的快速實現(xiàn)、創(chuàng)新管理和應變管理；快速化的集成制造工藝：如快速原型制造RPM（一種快速化的CAD／CAM的集成工藝）134發(fā)展趨勢制造敏捷化：制造環(huán)境和制造過程面向21世紀制造活動發(fā)展趨勢制造網(wǎng)絡化：制造環(huán)境內(nèi)部（實現(xiàn)制造過程的集成）、制造環(huán)境－整個制造企業(yè)（實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)中工程設計、MIS等子系統(tǒng)的集成）；企業(yè)之間（實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與后化利用）；通過網(wǎng)絡實現(xiàn)異地制造135發(fā)展趨勢制造網(wǎng)絡化：制造環(huán)境內(nèi)部（實現(xiàn)制造過程的集成）、制制造虛擬化：包括虛擬現(xiàn)實（VR）、虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）、虛擬制造（VM）和虛擬企業(yè)（VE）。虛擬制造是指以制造技術和計算機技術支持的系統(tǒng)建模技術和仿真技術為基礎，將現(xiàn)實制造環(huán)境及其制造過程通過建立系統(tǒng)模型映射到計算機及相關技術所支撐的虛擬環(huán)境中，在虛擬環(huán)境下模擬現(xiàn)實制造環(huán)境機器制造過程的一切活動和產(chǎn)品制造全過程。虛擬制造是敏捷制造的重要關鍵技術。136制造虛擬化：包括虛擬現(xiàn)實（VR）、虛擬產(chǎn)品開發(fā)（VPD）、虛制造智能化：在柔性和敏捷性基礎上進一步的發(fā)展和延伸，自適應、自學習、自修復、自組織和自我優(yōu)化等制造全球化：產(chǎn)品銷售、產(chǎn)品設計和開發(fā)、產(chǎn)品制造等國際化、全球化制造綠色化：資源的優(yōu)化利用、清潔生產(chǎn)和廢棄物的最少化及綜合利用知識化和創(chuàng)新化137制造智能化：在柔性和敏捷性基礎上進一步的發(fā)展和延伸，自適應、

機械制造自動化138

機械制造自動化1全燕鳴.機械制造自動化.華南理工大學出版社，2007.

劉治華，李志農(nóng).機械制造自動化技術.機械工業(yè)出版社，2009.吳天林、段正澄.機械加工系統(tǒng)自動化.機械工業(yè)出版社，1992

參考書：139全燕鳴.機械制造自動化.華南理工大學出版社，2007通過本課程的學習，擴展和拓寬學生在自動化加工系統(tǒng)方面的知識，使學生系統(tǒng)地了解有關機械制造自動化技術方面的基本原理，了解機械制造中各主要單元和系統(tǒng)的自動化方法以及各種自動化裝置的結構原理和特點，并提高其應用管理能力，為進一步的課程學習和今后從事專業(yè)技術工作奠定良好的基礎。課程宗旨140通過本課程的學習，擴展和拓寬學生在自動化加通過本課程的學習，學生應該：

了解機械制造自動化的基本概念、類型、控制方式及發(fā)展與應用。了解加工設備自動化的特點及分類，以及兩種典型的加工過程自動化方法：單機工作自動化和加工自動線。了解物流供輸系統(tǒng)的功能及組成；介紹類型的物流供輸系統(tǒng)的組成及特點。了解刀具自動化的特點以及各種排屑、換刀自動化裝置。了解制造過程中運用的各種檢測技術。了解自動裝配系統(tǒng)的組成以及自動裝配工藝過程的分析。了解工業(yè)機器人的構成及相關控制技術。了解集成制造系統(tǒng)的概念，柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及其他一些先進制造技術的結構及特點。教學目的及要求141通過本課程的學習，學生應該：教學目的及要求4機械制造自動化的基本概念機械制造自動化的主要內(nèi)容和意義機械制造自動化的類型機械制造自動化的控制方式

機械制造自動化的發(fā)展與趨勢第一章緒論142機械制造自動化的基本概念第一章緒論5§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？2、制造自動化的三個層次3、制造自動化的定義及內(nèi)涵143§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？人在生產(chǎn)過程中的勞動包括三部分：

基本體力勞動、輔助體力勞動、腦力勞動基本體力勞動：直接改變生產(chǎn)對象的形態(tài)、性能和位置等方面的勞動。輔助體力勞動：完成基本體力勞動所必須做的其他輔助性工作。腦力勞動：決定生產(chǎn)方法、選擇生產(chǎn)工具、質量檢驗及生產(chǎn)管理等工作。如：工件的裝卸、加工、檢驗，刀具更換，工件輸送，工藝規(guī)程設計等?！?.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？144人在生產(chǎn)過程中的勞動包括三部分：§1.1機械制造自動化的基本機械化——執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由機器（機械）代替人力勞動來完成時稱之為機械化。如：自動走刀代替手動走刀—走刀機械化輸送機代替人工搬運工件—是工件輸送機械化；氣動夾緊工件代替手動夾緊工件—工件夾緊機械化。

§1.1機械制造自動化的基本概念

什么是機械化？145機械化——執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由機器（機械）代替人力最初“自動化(Automation)”是美國人D.S.Harder于1936年提出的。當時他在通用汽車公司工作，他認為在一個生產(chǎn)過程中，機器之間的零件轉移不用人去搬運就是"自動化"。這是早期制造自動化的概念?！?.1機械制造自動化的基本概念

什么是自動化？146最初“自動化(Automation)”是美國人D.S.Ha§1.1機械制造自動化的基本概念自動化——機器代替人完成基本勞動的同時，若人對機器的操縱看管、對工件的裝卸與檢驗等輔助體力勞動也是由機器來完成時，并且有自動控制系統(tǒng)或計算機代替部分腦力勞動，這個制造過程是“自動化”。基本勞動機械化＋輔助勞動機械化＋自動控制系統(tǒng)→自動化制造系統(tǒng)147§1.1機械制造自動化的基本概念自動化——機器代替人完成基自動化生產(chǎn)系統(tǒng)是在沒有人的直接參與下，利用各種技術手段，通過自動檢測、信息處理、分析判斷、操縱控制，使機器、設備等按照預定的規(guī)律自動運行，實現(xiàn)預期的目標，或使生產(chǎn)過程、管理過程、設計過程等按照人的要求高效自動地完成。§1.1機械制造自動化的基本概念148自動化生產(chǎn)系統(tǒng)是在沒有人的直接參與2、制造自動化的三個層次1）工序自動化2）工藝過程自動化(自動化線)3）制造過程的自動化（自動化制造系統(tǒng)）1492、制造自動化的三個層次1）工序自動化2）工藝過程自動化(自工序：是指一個（或一組）工人，在一臺機床（或一個工作地點）對同一工件（或同時對幾個工件）所連續(xù)完成的那一部分工藝過程。工序2、制造自動化的三個層次1）工序自動化生產(chǎn)過程由什么組成？工序是組成加工過程的基本單元。工序又包括以下兩部分：基本動作：包括傳動、上下料、換刀、切削以及檢驗等。輔助動作：即操縱傳動機構的動作。150工序：是指一個（或一組）工人，在一臺機床（或一個工作地點）基本動作--機器完成--機械化輔助動作--機器完成工序自動化工藝過程自動化制造過程自動化在一個工序中，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化起來，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。151基本動作--機器完成--機械化輔助動作--機器完成工序自動化

一個工藝過程（如加工工藝過程）通常包括著若干個工序，如果不僅每一個工序都自動化了，并且把它們有機地聯(lián)系起來，使得整個工藝過程（包括加工、工序間的檢驗和輸送）都自動進行，而工人僅只是對這一整個工藝過程作總的操縱和監(jiān)督，這時就形成了某一種加工工藝的自動生產(chǎn)線，通常稱為工藝過程自動化。2）工藝過程自動化（自動化線）152一個工藝過程（如加工工藝過程）通常包括著若干個工序，如一個零部件（或產(chǎn)品）的制造包括著若干個工藝過程，如果不僅每個工藝過程都自動化了，而且它們之間是自動的有機聯(lián)系在一起，也就是說從原材料到最終成品的全過程都不需要人工干預，這時就形成了制造過程的自動化。機械制造自動化的高級階段就是自動化車間甚至自動化工廠。3）制造過程的自動化（自動化制造系統(tǒng)）153一個零部件（或產(chǎn)品）的制造包括著若干個工藝過程，如果不3、制造自動化的定義及內(nèi)涵制造自動化＝制造＋自動化制造－－目前對制造有兩種理解：一個是指產(chǎn)品的“制作過程”或稱為“小制造概念”，如機械加工過程；另一個是廣義制造概念，包括產(chǎn)品整個生命周期過程，又稱為“大制造概念”。實際應用中，兩者皆在使用，其概念范圍視具體情況而定。1543、制造自動化的定義及內(nèi)涵制造自動化＝制造＋自動化17機械制造狹義：單純的產(chǎn)品的加工及物料儲運、質量控制、裝配過程等。廣義：還包括產(chǎn)品設計、工藝設計、生產(chǎn)準備、市場調研、市場營銷、服務、回收處理等其它環(huán)節(jié)機械制造自動化：在機械制造過程的所有環(huán)節(jié)中采用自動化技術，以實現(xiàn)機械制造全過程的自動化。155機械制造狹義：單純的產(chǎn)品的加工及物料儲運、質量控制、裝配過程制造自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質上是自動化代替人的體力勞動的觀點?，F(xiàn)在，隨著電子和信息技術的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應用，自動化的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。156制造自動化的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。19§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？2、制造自動化的三個層次3、制造自動化的定義及內(nèi)涵157§1.1機械制造自動化的基本概念1、什么是機械化和自動化？1、機械制造自動化技術的內(nèi)容1.機械加工自動化技術：包括上下料、裝夾、換刀、加工、零件校驗等環(huán)節(jié)的自動化技術。2.物料儲運自動化技術：包括工件、刀具、其它物料的儲運的自動化技術。3.裝配自動化技術：包括零部件供應、裝配過程等的自動化技術。4.質量控制自動化技術：包括零件檢測、產(chǎn)品檢測、刀具檢測等的自動化技術?！?.2機械制造自動化的主要內(nèi)容和意義1581、機械制造自動化技術的內(nèi)容1.機械加工自動化技術：包括上下2、機械制造自動化的意義①提高生產(chǎn)率—采用自動化技術后可以大幅度縮短產(chǎn)品制造過程中的輔助時間，從而使生產(chǎn)率得以提高；1592、機械制造自動化的意義①提高生產(chǎn)率—采用自動化技術后②縮短生產(chǎn)周期—如圖所示，采用自動化技術后可以有效縮短零件98.5%的無效時間，從而有效縮短了生產(chǎn)周期；160②縮短生產(chǎn)周期—如圖所示，采用自動化技術后可以有效縮短零件③提高產(chǎn)品質量—由于廣泛采用各種高精度的加工設備和自動檢測設備，減少了工人情緒波動的④提高經(jīng)濟效益—采用自動化技術后可減少占地面積，減少直接生產(chǎn)工人的數(shù)量，減少廢品率等；⑤降低勞動強度—讓機器去完成絕大部分笨重、艱苦、煩人甚至對人體有害的工作，從而降低了工人的勞動強度；⑥有利于產(chǎn)品更新—采用現(xiàn)代制造技術使得變更制造對象更容易，適應的范圍也較寬，十分有利于產(chǎn)品的更新；161③提高產(chǎn)品質量—由于廣泛采用各種高精度的加工設備和自動檢測⑦提高勞動者的素質—制造自動化技術要求操作者具有較高的業(yè)務素質和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，無形中就提高了勞動者的素質，特別是采用小組化工作方式對人的素質要求更高；⑧帶動相關技術的發(fā)展—可以帶動自動檢測技術、自動化控制技術、產(chǎn)品設計與制造技術，系統(tǒng)工程技術等相關技術的發(fā)展；⑨體現(xiàn)一個國家的科技水平—如自1870年以來，制造自動化技術和設備基本上都首先出現(xiàn)在美國，這與美國高度發(fā)達的科技水平密切相關。162⑦提高勞動者的素質—制造自動化技術要求操作者具有較高的業(yè)務§1.3機械制造自動化的類型1、機械制造自動化系統(tǒng)的構成1）加工系統(tǒng)：包括工件的切削加工、排屑、清洗和測量2）工件支撐系統(tǒng)：包括工件的輸送、搬運和存儲3）刀具支撐系統(tǒng)：包括刀具的裝配、輸送、交換、存儲以及刀具的預調、管理4）控制與管理系統(tǒng)：包括整個制造過程的監(jiān)控、檢測、協(xié)調與管理163§1.3機械制造自動化的類型1、機械制造自動化系統(tǒng)的構成類型

2、機械制造自動化系統(tǒng)的分類1）按制造過程分：毛坯制備、熱處理、儲運、機加工、裝配、輔助質量和系統(tǒng)控制自動化2）按設備分：局部動作、單機、剛性、剛性綜合、FMC（柔性制造單元）、FMS（柔性制造系統(tǒng)）3）按控制方式分：機械、機電液、數(shù)字、計算機、智能控制自動化164類型2、機械制造自動化系統(tǒng)的分類1）按制造過程分：毛坯制備3、機械制造自動化設備的特點及適應范圍自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造和柔性制造，“剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生

產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。

1653、機械制造自動化設備的特點及適應范圍自動化制造系統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)的基本形式剛性半自動化單機剛性自動化單機剛性自動線剛性綜合自動化系統(tǒng)一般數(shù)控機床加工中心混合成組制造單元分布式數(shù)控系統(tǒng)DNC柔性制造單元FMC柔性制造系統(tǒng)FMS柔性制造線FML計算機集成制造系統(tǒng)CIMS柔性自動化設備及系統(tǒng)剛性自動化設備及系統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)166自動化制造系統(tǒng)的基本形式剛性半自動化單機柔性自動化剛性自不同的自動化類型有著不同的性能特點和不同的應用范圍，因此應根據(jù)需要選擇不同的自動化系統(tǒng)。167不同的自動化類型有著不同的性能特點和不同1）、剛性半自動化單機可以自動地完成單個工藝過程的加工循環(huán)的機床(除上下料外)，稱為剛性半自動化機床。例如：仿形機床、通用多刀半自動車床，單臺組合機床，轉塔車床等。特點：

①一般是機械或電液復合控制式組合機床和專用機床，可以進行多面、多軸、多刀同時加工，加工設備按工件的加工工藝順序依次排列；

②切削刀具由人工安裝、調整，實行定時強制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進行應急換刀；

③從復雜程度講，剛性半自動化單機實現(xiàn)的是加工自動化的最低層次。1681）、剛性半自動化單機可以自動地完成單個工藝過程的優(yōu)點：投資少、見效快，缺點:調整工作量大，加工質量較差，工人的勞動強度也大。適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。169優(yōu)點：投資少、見效快，32單臺組合機床170單臺組合機床331713417235多刀半自動車床173多刀半自動車床36多刀半自動車床174多刀半自動車床37多刀半自動車床175多刀半自動車床38轉塔車床176轉塔車床39轉塔刀架177轉塔刀架4017841

它是在剛性半自動化單機的基礎上增加自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機床。

實現(xiàn)的也是單個工藝過程的全部加工循環(huán)。輔助裝置包括自動工件輸送、上料，下料、自動夾具、升降裝置和轉位裝置等；

切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。特點：投資少、見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。用途：常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。2）剛性自動化單機flashflash179它是在剛性半自動化單機的基礎上增加自動上、下料

剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設備和輔助設備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復雜大系統(tǒng)。在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個工作位置，自動完成零件預定的全部加工過程和部分檢測過程。3）剛性自動線180剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將特點：⑴結構復雜，任務完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，可以有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件，便于管理等。⑵投資大，系統(tǒng)調整周期長，更換產(chǎn)品不方便。用途：少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。3）剛性自動線181特點：⑴結構復雜，任務完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，可以組合機床自動線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換機床的某些部件即可（例如可更換主軸箱），大大縮短了系統(tǒng)的調整時間，降低了生產(chǎn)成本，并能收到較好的使用效果和經(jīng)濟效果。組合機床自動線主要用于箱體類零件和其他類型非回轉體的鉆、擴、鉸、鏜、攻螺紋和銑削等工序的加工。flash182組合機床自動線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換

圖汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代183圖汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代46flash184flash47曲軸加工自動線1－斗式切削提升機2－鏈板式排屑裝置185曲軸加工自動線48曲軸加工自動線3－全線泵站4－工件傳送帶機工件裝卸臺5－工件提升機6－中央控制臺186曲軸加工自動線491875018851一般情況下，剛性自動線只能完成單個零件的所有相同工序（如切削加工工序），對于其它自動化制造內(nèi)容如熱處理、鍛壓、焊接、裝配、檢驗、噴漆甚至包裝卻不可能全部包括在內(nèi)。在剛性自動線地基礎上將其它自動化制造系統(tǒng)的內(nèi)容（包括熱處理、鍛壓、焊接、裝配、校驗等）涵蓋的復雜大系統(tǒng)稱為剛性綜合自動化系統(tǒng)。特點：剛性綜合自動化系統(tǒng)結構復雜，投資強度大，建線周期長，更換產(chǎn)品困難，但生產(chǎn)效率極高，加工質量穩(wěn)定，工人勞動強度低。適用范圍：它常用于產(chǎn)品比較單一，但工序內(nèi)容多，加工批量特別大的零部件的自動化制造。4）剛性綜合自動化系統(tǒng)189一般情況下，剛性自動線只能完成單個零件的所有相同工序（如切削數(shù)控機床（NumericalControlMachineTools）用來完成零件一個工序的自動化循環(huán)加工。特點：

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。適用范圍：適用于加工精度較高，零件復雜程度、且品種多變、批量中等的場合。5）數(shù)控機床flash190數(shù)控機床（NumericalControl加工中心（MachiningCenter-MC）是在一般數(shù)控機床的基礎上增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復雜但用途更廣、效率更高的數(shù)控機床。特點：由于具有刀庫和自動換刀裝置，就可以在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。適用范圍：適用于加工精度較高，零件較復雜、且品種較多的場合。6）加工中心(MC)191加工中心（MachiningCent加工中心外觀圖(a)臥式加工中心；(b)立式加工中心f