機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)-緒論

第一章概論

制造自動(dòng)化是人類在長期的社會(huì)生產(chǎn)實(shí)踐中不斷追求的主要目標(biāo)。

機(jī)械制造自動(dòng)化是制造自動(dòng)化的主要組成部分，它主要控制機(jī)械運(yùn)動(dòng)（如刀具、工件、毛坯等的運(yùn)動(dòng)）及可能變化的制造工藝，使整個(gè)生產(chǎn)處于優(yōu)化狀態(tài)。以機(jī)械加工和裝配為主要代表的機(jī)械制造業(yè)要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，比之其他制造業(yè)來要困難得多，主要就表現(xiàn)在自動(dòng)化機(jī)構(gòu)上。機(jī)械制造自動(dòng)化就是在機(jī)械制造過程的所有環(huán)節(jié)采用自動(dòng)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造全過程的自動(dòng)進(jìn)行。視頻第一節(jié)基本概念和主要內(nèi)容一、制造系統(tǒng)的構(gòu)成

▲機(jī)械制造系統(tǒng)應(yīng)具備的特性：

——在結(jié)構(gòu)方面：制造過程所涉及的硬件（包括人員、設(shè)備、物料流、各種輔助裝置等）及相關(guān)軟件（包括制造理論、制造技術(shù)和制造信息等）組成一個(gè)統(tǒng)一整體。

——在功能方面：將制造資源（原材料、能源、勞動(dòng)力等）轉(zhuǎn)變?yōu)槌善坊虬氤善返妮斎胼敵鱿到y(tǒng)。

——在過程方面：涵蓋制造生產(chǎn)的運(yùn)行過程，包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝編制、制造實(shí)施、檢驗(yàn)出廠、產(chǎn)品銷售等多個(gè)環(huán)節(jié)的制造全過程。二、自動(dòng)化的基本概念自動(dòng)化一詞的含義十分廣泛，它是指設(shè)計(jì)一種控制設(shè)備來取代人力操作機(jī)械的動(dòng)作，以達(dá)到各種機(jī)械自動(dòng)、半自動(dòng)運(yùn)行的目的。當(dāng)執(zhí)行制造過程的基本動(dòng)作是由機(jī)器（機(jī)械）代替人力勞動(dòng)來完成時(shí)稱之為機(jī)械化。若操縱這些機(jī)構(gòu)的動(dòng)作也是由機(jī)器來完成時(shí)，就可以認(rèn)為這個(gè)制造過程是“自動(dòng)化”了。自動(dòng)化的原意就是在一個(gè)工序中，如果所有的基本動(dòng)作都機(jī)械化了，并且使若干個(gè)輔助動(dòng)作也自動(dòng)化起來，而工人所要做的工作只是對(duì)這一工序做總的操縱和監(jiān)督，就稱為工序自動(dòng)化。一個(gè)工藝過程（如加工工藝過程）通常包括若干個(gè)工序，如果每一個(gè)工序都自動(dòng)化了，并且把它們有機(jī)地聯(lián)系起來，使得整個(gè)工藝過程（包括加工、工序間的檢驗(yàn)和輸送）都自動(dòng)進(jìn)行，而工人僅只是對(duì)這一整個(gè)工藝過程作總的操縱和監(jiān)督，這時(shí)就形成了某一種加工工藝的自動(dòng)生產(chǎn)線，通常稱為工藝過程自動(dòng)化。一個(gè)零部件（或產(chǎn)品）的制造包括著若干個(gè)工藝過程，如果每個(gè)工藝過程都自動(dòng)化了，而且它們之間是自動(dòng)有機(jī)地聯(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(yù)，這時(shí)就形成了制造過程的自動(dòng)化。機(jī)械制造自動(dòng)化的高級(jí)階段就是自動(dòng)化車間甚至自動(dòng)化工廠。三、機(jī)械制造自動(dòng)化的主要內(nèi)容

1)機(jī)械加工自動(dòng)化技術(shù)，包含上下料自動(dòng)化技術(shù)、裝卡自動(dòng)化技術(shù)、換刀自動(dòng)化技術(shù)、加工自動(dòng)化技術(shù)和零件檢驗(yàn)自動(dòng)化技術(shù)等。

2)物料儲(chǔ)運(yùn)過程自動(dòng)化技術(shù)，包含工件儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)、刀具儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)和其他物料儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化技術(shù)等。

3)裝配自動(dòng)化技術(shù)，包含零部件供應(yīng)自動(dòng)化技術(shù)和裝配過程自動(dòng)化技術(shù)等。

4)質(zhì)量控制自動(dòng)化技術(shù)，包含零件檢測自動(dòng)化技術(shù)、產(chǎn)品檢測自動(dòng)化技術(shù)和刀具檢測自動(dòng)化技術(shù)等。四、機(jī)械制造自動(dòng)化的作用

機(jī)械制造中采用自動(dòng)化技術(shù)可以顯著提高勞動(dòng)生產(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(dòng)條件，并能顯著降低制造成本。因此，機(jī)械制造自動(dòng)化技術(shù)得到了快速發(fā)展，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到越來越廣泛的應(yīng)用。概括而言，實(shí)現(xiàn)機(jī)械制造自動(dòng)化具有如下的作用：

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(jì)效益5．降低勞動(dòng)強(qiáng)度6．有利于產(chǎn)品更新7．提高勞動(dòng)者素質(zhì)8．帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展視頻第二節(jié)機(jī)械制造自動(dòng)化的類型一、機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)的構(gòu)成

從系統(tǒng)的觀點(diǎn)來看，一般的機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)主要由以下四個(gè)部分構(gòu)成：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(dòng)化設(shè)備與裝置；工件支撐系統(tǒng)即能完成工件輸送、搬運(yùn)以及存儲(chǔ)功能的工件供給裝置；刀具支撐系統(tǒng)即包括刀具的裝配、輸送、交換和存儲(chǔ)裝置以及刀具的預(yù)調(diào)和管理系統(tǒng)；控制與管理系統(tǒng)即對(duì)制造過程的監(jiān)控、檢測、協(xié)調(diào)與管理。二、自動(dòng)化的分類按制造過程分類毛坯制備過程自動(dòng)化、熱處理過程自動(dòng)化、儲(chǔ)運(yùn)過程自動(dòng)化、機(jī)械加工過程自動(dòng)化、裝配過程自動(dòng)化、輔助過程自動(dòng)化、質(zhì)量檢測過程自動(dòng)化和系統(tǒng)控制過程自動(dòng)化。按設(shè)備分類局部動(dòng)作自動(dòng)化、單機(jī)自動(dòng)化、剛性自動(dòng)化、剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)。按控制方式分類機(jī)械控制自動(dòng)化、機(jī)電液控制自動(dòng)化、數(shù)字控制自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)化、智能控制自動(dòng)化。三、機(jī)械制造自動(dòng)化的特點(diǎn)和適用范圍

不同的自動(dòng)化類型有著不同的性能特點(diǎn)和不同的應(yīng)用范圍，因此應(yīng)根據(jù)需要選擇不同的自動(dòng)化系統(tǒng)。下面按設(shè)備的分類作一個(gè)簡單的介紹。剛性半自動(dòng)化單機(jī)

特點(diǎn)：剛性半自動(dòng)化單機(jī)是一種除上下料外可以自動(dòng)地完成單個(gè)工藝過程加工循環(huán)的機(jī)床。

適用范圍：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)。缺點(diǎn)是調(diào)整工作量大，加工質(zhì)量較差，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大。剛性自動(dòng)化單機(jī)

特點(diǎn)：它是在剛性半自動(dòng)化單機(jī)的基礎(chǔ)上增加自動(dòng)上下料裝置而形成的自動(dòng)化機(jī)床。因此這種機(jī)床實(shí)現(xiàn)的也是單個(gè)工藝過程的全部加工循環(huán)。

適用范圍：這種機(jī)床往往需要定制或改裝，常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。如組合機(jī)床、專用機(jī)床等。主要特點(diǎn)是投資少、見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)中最常見的加工設(shè)備。剛性自動(dòng)線

特點(diǎn)：剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線（簡稱剛性自動(dòng)線）是用工件輸送系統(tǒng)將各種剛性自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)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(gè)零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。

適用范圍：在剛性自動(dòng)線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過各個(gè)工作位置，自動(dòng)完成零件預(yù)定的全部加工過程和部分檢測過程。因此，剛性自動(dòng)線具有很高的自動(dòng)化程度，具有統(tǒng)一的控制系統(tǒng)和嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)奏。剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)

特點(diǎn)：一般情況下，剛性自動(dòng)線只能完成單個(gè)零件的所有相同工序（如切削加工工序），對(duì)于其他自動(dòng)化制造內(nèi)容如熱處理、鍛壓、焊接、裝配、檢驗(yàn)、噴漆甚至包裝卻不可能全部包括在內(nèi)。包括上述內(nèi)容的復(fù)雜大系統(tǒng)稱為剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)。

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(dòng)化制造。剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資強(qiáng)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(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。數(shù)控機(jī)床

特點(diǎn)：數(shù)控機(jī)床（NumericalControlMachineTools）用來完成零件一個(gè)工序的自動(dòng)化循環(huán)加工。它是用代碼化的數(shù)字量來控制機(jī)床，按照事先編好的程序，自動(dòng)控制機(jī)床各部分的運(yùn)動(dòng)，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，且重復(fù)性好的場合。加工中心

特點(diǎn)：加工中心（MachiningCenter-MC）是在一般數(shù)控機(jī)床的基礎(chǔ)上增加刀庫和自動(dòng)換刀裝置而形成的一類更復(fù)雜但用途更廣、效率更高的數(shù)控機(jī)床。由于具有刀庫和自動(dòng)換刀裝置，就可以在一臺(tái)機(jī)床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個(gè)工序的加工。

適用范圍：加工中心機(jī)床具有工序集中、可以有效縮短調(diào)整時(shí)間和搬運(yùn)時(shí)間、減少在制品庫存、加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)。柔性制造單元

特點(diǎn)：柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell-FMC）是一種由1～3臺(tái)計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床或加工中心所組成，單元中配備有某種形式的托盤交換裝置或工業(yè)機(jī)器人，由單元計(jì)算機(jī)進(jìn)行程序編制及分配、負(fù)荷平衡和作業(yè)計(jì)劃控制的小型化柔性制造系統(tǒng)。

適用范圍：柔性制造單元的主要優(yōu)點(diǎn)是：占地面積較小，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不很復(fù)雜，成本較低，投資較小，可靠性較高，使用及維護(hù)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。就其應(yīng)用范圍而言，柔性制造單元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。柔性制造系統(tǒng)

特點(diǎn)：一個(gè)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem-FMS）一般由四部分組成：兩臺(tái)以上的數(shù)控加工設(shè)備、一個(gè)自動(dòng)化的物料及刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、若干臺(tái)輔助設(shè)備（如清洗機(jī)、測量機(jī)、排屑裝置、冷卻潤滑裝置等）和一個(gè)由多級(jí)計(jì)算機(jī)組成的控制和管理系統(tǒng)。到目前為止，柔性制造系統(tǒng)是最復(fù)雜、自動(dòng)化程度最高的單一性質(zhì)的制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)內(nèi)部一般包括兩類不同性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，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。

柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：

1)可以減少機(jī)床操作人員。

2)由于配有質(zhì)量檢測和反饋控制裝置，零件的加工質(zhì) 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(shí)現(xiàn)24h連續(xù)工作。

5)由于集中作業(yè)，可以減少加工時(shí)間。

6)易于和管理信息系統(tǒng)（MIS）、工藝信息系統(tǒng) （TIS）及質(zhì)量信息系統(tǒng)（QIS）結(jié)合形成更高級(jí)的制 造自動(dòng)化系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：

1)系統(tǒng)投資大，投資回收期長。

2)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)操作人員的要求很高。

3)結(jié)構(gòu)復(fù)雜使得系統(tǒng)的可靠性較差。一般情況下，柔性制造系統(tǒng)適用于品種變化不大，批量在200～2500件的中等批量生產(chǎn)。視頻第三節(jié)機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展及趨勢(shì)

一、自動(dòng)化發(fā)展歷程

自動(dòng)化的歷史可以追溯到2500年前工具機(jī)（一種原始的轉(zhuǎn)動(dòng)器具）的出現(xiàn)，應(yīng)用它，工匠們能以木材或其他硬性材料生產(chǎn)出較復(fù)雜的圓形產(chǎn)品。自18世紀(jì)中葉瓦特發(fā)明蒸汽機(jī)而引發(fā)工業(yè)革命以來，自動(dòng)化技術(shù)就伴隨著機(jī)械化得到了迅速發(fā)展。從其發(fā)展歷程看，自動(dòng)化技術(shù)大約經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段： 第一階段：從1870年到1950年左右； 第二階段：從1952年到1965年； 第三階段：從1967年到20世紀(jì)80年代中期； 第四階段：從20世紀(jì)80年代至今。機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展歷史

1947年,美國福特汽車公司正式使用“自動(dòng)化”一詞，其含義是指加工采取連續(xù)的方式，生產(chǎn)過程流水式地自動(dòng)運(yùn)行。

1870年自動(dòng)制螺絲機(jī)（美國）

1895年多軸自動(dòng)車床（美國）

1924年機(jī)械加工自動(dòng)線（英國）

1935年汽車發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸套加工自動(dòng)線（蘇聯(lián)）

1946年底特律機(jī)械加工自動(dòng)線（美國）；成組生產(chǎn)工藝思想(蘇聯(lián)) 1950年汽車活塞自動(dòng)化工廠（蘇聯(lián)）

1951年數(shù)控銑床（美國）

1958年加工中心（美國）機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展歷史

1959年適應(yīng)性控制銑床（英國）

1960年計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)（美國）

1965年計(jì)算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床（美國）

1967年可變制造系統(tǒng)（英國）

1968年群控系統(tǒng)(DNC)（美,英，日）；成組生產(chǎn)工藝思想(蘇聯(lián)) 1969年工業(yè)機(jī)器人操作的焊接自動(dòng)線（美國）

1974年計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（美國）

1980年無人化機(jī)械制造廠（日本）

視頻機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展歷史——中國篇

4000年前自動(dòng)定向指南針

3000年前自動(dòng)計(jì)時(shí)的銅壺滴漏

2000年前指南車，自動(dòng)送料的“水轉(zhuǎn)翻車” 東漢“渾象”天象儀，候風(fēng)地動(dòng)儀 西漢水力驅(qū)動(dòng)，凸輪機(jī)構(gòu)的四工位自動(dòng)機(jī)唐代筒車北宋水運(yùn)儀象臺(tái)南宋捻麻紗機(jī)明代蓄力驅(qū)動(dòng)立式車削，磨削清代……1949……二、信息化帶動(dòng)機(jī)械制造自動(dòng)化

信息化是現(xiàn)代制造技術(shù)的首要特征。面對(duì)新的知識(shí)/產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、競爭激烈的市場和迅速發(fā)展的信息技術(shù)，制造業(yè)日益信息化，形成了決策、研究開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、營銷、管理技術(shù)與計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相融合的信息化制造技術(shù)。制造技術(shù)的信息化帶動(dòng)了自動(dòng)化的發(fā)展，改變了傳統(tǒng)制造自動(dòng)化的概念，使得產(chǎn)品生命周期明顯縮短、產(chǎn)品品種日益增多、產(chǎn)品成本結(jié)構(gòu)發(fā)生變化、產(chǎn)品交貨期不斷縮短。因此，現(xiàn)代制造企業(yè)能否實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品上市快、質(zhì)量好、成本低、服務(wù)好、環(huán)保好（Time、Quality、Cost、Service、Environment，TQCSE）五大要素將成為贏得市場競爭的關(guān)鍵。

1.信息化概述

▲制造系統(tǒng)的信息化——就是將信息技術(shù)運(yùn)用于制造系統(tǒng)產(chǎn)品生命周期全過程和企業(yè)運(yùn)行管理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，將制造系統(tǒng)的信息以及信息傳輸方式規(guī)范化、數(shù)字化、集成化，提高信息的綜合利用價(jià)值，從而全面提高企業(yè)的市場競爭能力的過程?！鴻C(jī)械制造過程可看成是一個(gè)信息產(chǎn)生、處理和加工的過程。?！圃煜到y(tǒng)中的信息流動(dòng)?！圃煜到y(tǒng)信息的分類與關(guān)系。

▲制造信息系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。

2.機(jī)械制造業(yè)方式的轉(zhuǎn)變

進(jìn)入20世紀(jì)80年代以來，隨著制造業(yè)信息化進(jìn)程的推進(jìn)，計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)、并行工程、精良生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造等許多新概念、新思想和新模式不斷出現(xiàn)，這些先進(jìn)的制造模式促使了機(jī)械制造業(yè)方式的轉(zhuǎn)變，其中有些已得到廣泛的應(yīng)用并取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。1）精良生產(chǎn)（LeanProduction，簡稱LP）

精良生產(chǎn)方式是以最少投入來獲得成本低、質(zhì)量高、產(chǎn)品投放市場快、用戶滿足為目標(biāo)的一種生產(chǎn)方式。——強(qiáng)調(diào)人的作用和以“人”為中心?！谛枨篁?qū)動(dòng)下，以簡化為手段，追求實(shí)效的生產(chǎn)方式?！粩喔倪M(jìn)，以“盡善盡美”為最終目標(biāo)。

2）并行工程（ConcurrentEngineering，簡稱CE）▲并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)的各種過程（包括制造過程和支持過程）的系統(tǒng)方法。▲特點(diǎn)是在設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期中從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求?！⑿泄こ痰哪繕?biāo)、組織、方法和工具

——CE的目標(biāo)是縮短產(chǎn)品的提前期，包括新產(chǎn)品的開發(fā)和用戶定制產(chǎn)品