机械制造自动化PPT课件-1概论.ppt

第1章 概 论,机械制造系统组成图,机械制造自动化就是在机械制造过程的所有环节采用自动化技术，实现机械制造全过程的自动化。,1.1 基本概念和主要内容,制造自动化 操纵、看管机器（机械）的动作也由机器 来完成的过程 (辅助劳动+部分脑力劳动),机械化 生产过程中的基本动作是由机器（机械）代替 人力劳动来完成时 (体力劳动),机械制造自动化是制造自动化的重要组成部分，它主要 控制机械运动（如刀具、工件、毛坯等的运动）及可能变 化的制造工艺，使整个生产处于优化状态。,1.1 基本概念和主要内容,自动化 机器或装置在无人干预的情况下按规定的程序 或指令进行操作或控制的过程,工艺过程自动化 一个工艺过程中若每个工序都自动化了，并把它们有机联系起来，使整个工艺过程（包括检验 和输送）自动进行，工人只作总的操纵和监督，形成了某 一种加工工艺的自动生产线。,工序自动化 在一个工序中若所有的基本动作都机械化，并使若干个辅助动作实现自动化，工人只对该工序作 总的操纵和监督。,制造过程自动化 产品制造中若每个工艺过程都自动化了， 并把它们有机联系起来，从原材料到成品的全过程不需要人 工干预，形成了制造过程的自动化。机械制造自动化的高级 阶段就是自动化车间甚至自动化工厂。,1.1 基本概念和主要内容,机械制造自动化的主要内容,机械制造自动化的主要内容,1) 机械加工自动化技术，包含上下料自动化技术、装卡自 动化技术、换刀自动化技术、加工自动化技术和零件检验 自动化技术等。 2) 物料储运过程自动化技术，包含工件储运自动化技术、 刀具储运自动化技术和其它物料储运自动化技术等。 3) 装配自动化技术，包含零部件供应自动化技术和装配过 程自动化技术等。 4) 质量控制自动化技术，包含零件检测自动化技术、产品 检测自动化技术和刀具检测自动化技术等。,1提高生产率 2缩短生产周期 3提高产品质量 4提高经济效益 5降低劳动强度 6有利于产品更新 7提高劳动者素质 8带动相关技术的发展,机械制造自动化的作用,1.2 机械制造自动化的类型,一、机械制造自动化系统的构成 从系统观点看，机械制造自动化系统由四个部分构成： 加工系统 能完成工件的切削加工、排屑、清洗和测量的自动化设备与装置； 工件支撑系统 能完成工件输送、搬运以及存储功能的工件供给装置； 刀具支撑系统 包括刀具的装配、输送、交换和存储装置以及刀具的预调和管理系统； 控制与管理系统 对制造过程的监控、检测、协调与管理。,二、机械制造自动化的分类 大致按以下几种方式来进行分类： 按制造过程分 毛坯制备过程自动化、热处理自动化、储运自动化、机械加工自动化、装配自动化、辅助过程自动化、 质量检测自动化和系统控制自动化。 2. 按设备分 局部动作自动化、单机自动化、刚性自动化、刚性综 合自动化系统、柔性制造单元、柔性制造系统。 3. 按控制方式分 机械控制自动化、机电液控制自动化、数字控制自动 化、计算机控制自动化、智能控制自动化。,1.2 机械制造自动化的类型,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 按设备的分类作一介绍： 刚性半自动化单机 是一种除上下料外可以自动地完成单个工艺过程加工 循环的机床。 如：组合机床、转塔车床 特点：机、电、液等硬件控制，投资少见效快，但调 整工作量大，加工质量不高，工人的劳动强度较大。 适用范围：适用于产品品种变化范围和生产批量都较 大的场合。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 2. 刚性自动化单机 在刚性半自动化单机基础上增加自动上下料装置形成 的自动化机床，完成单个工艺过程加工循环。 如：单轴自动车床 特点：投资少、见效快，但往往需要定制或改装，通 用性差，是大量生产中最常见的加工设备。 适用范围：常用于品种变化很小，生产批量特别大的 场合。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 3. 刚性自动线 用工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设 备按一定顺序连接起来，在控制系统作用下完成单个 零件加工的复杂系统。 特点: 完成的加工工序多，自动化程度高，生产率高， 但结构复杂，变化困难。 适用范围：品种单一大批量生产。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 4. 刚性综合自动化系统 是一个既能完成单个工件所有相同工序（如切削加工）， 又能对工件进行热处理、检验、装配、喷漆、包装等 作业的复杂大系统。 特点：生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低， 但结构复杂，投资大，周期长，更换产品困难。 适用范围：用于产品较单一，工序内容多，加工批量 特别大的零部件的自动化制造。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 5. 数控机床 用数字化代码来控制机床，按照编好的程序自动控制机 床运动，完成零件一个工序的自动化循环加工。还能控 制选刀换刀、测量、冷却润滑等。 特点：数字程序控制， 适应性强，加工精度较高 。 适用范围：常用于零件形状较复杂，精度较高，品种多 变、中小批量的场合。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 6. 加工中心 在一般数控机床基础上增加刀库和自动换刀装置形成的 更复杂、效率更高的数控机床。可在一台机床上完成车、 铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。 特点： 具有工序集中、缩短调整搬运时间、减少在制品 库存、加工质量高等优点。 适用范围：常用于零件形状复杂，需要多工序加工，生 产批量中等的场合。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 7. 柔性制造单元 由13台数控机床或加工中心组成，配备有托盘交换装 置或工业机器人，由单元计算机进行程序控制的小型柔 性制造系统。 特点：占地面积小，系统结构不很复杂，投资较小，成 本较低，可靠性较高，使用及维护均较简单。 适用范围：常用于零件形状复杂，需要多工序加工，品种变化不很大，生产批量中等的场合。,1.2 机械制造自动化的类型,三、机械制造自动化的特点和适用范围 8. 柔性制造系统 一般由四部分组成：两台以上数控加工设备、一个自动化 物料及刀具储运系统、若干台辅助设备（如清洗机、测量 机、排屑装置、冷却润滑装置等）和一个由多级计算机组 成的控制和管理系统。 特点：自动化程度最高，工序集中、缩短调整搬运时间、 减少在制品库存、加工质量高，但系统复杂，投资大。 适用范围：用于零件形状较复杂，品种变化不大，生产 批量中等的场合。,1.3 机械制造自动化的控制方式,任何机械制造设备的自动化，其实质是在其终端执行元件上无需由人来直接或间接操作能自动运行。为了实现自动化就需要对这些被控制对象进行自动控制。 自动控制与机械控制技术、流体控制技术、自动调节技术、电子技术、电子计算机技术等密切相关，它是实现机械制造自动化的关键。它的完善程度是机械制造自动化水平的重要标志。,1.3 机械制造自动化的控制方式,一、自动控制的基本要求与方式 自动控制系统的构成 自动控制系统包括实现自动控制功能的装置及其控制 对象，通常由以下四部分构成： （1）指令存储装置 集中存储 磁带等，分散存储 限位开关 （2）指令控制装置 需要时发出指令信息 （3）执行机构 最终完成控制动作环节 （4）传递及转换装置 传递信息、转换信号形式、放大器,1.3 机械制造自动化的控制方式,一、自动控制的基本要求与方式 2. 基本要求 自动控制系统应能保证各执行机构的使用性能、加工质 量、生产效率及工作可靠性，为此提出如下基本要求： （1）应保证执行机构的动作或整个加工过程能够自动 进行。 （2）为便于调试和维护，各单机应具有相对独立的自 动控制装置，同时还应便于和总控制系统相匹配。 （3）柔性加工设备的自动控制系统要和加工品种的变 化相适应。,1.3 机械制造自动化的控制方式,2. 基本要求 （4）控制系统应力求简单可靠，在元器件质量不稳定 情况下要严格筛选，特别是电气及液压元器件。 （5）能适应工作环境的变化，具有一定的抗干扰能力。 （6）应设置反映执行机构工作状态的信号及报警装置。 （7）安装调试、维护修理方便。 （8）控制装置及管线布置要安全合理，整齐美观。 （9）自动控制方式要与工厂的技术水平、管理水平、 经济效益及工厂近期生产发展趋势相适应。 第一项要求必须保证，其它根据具体情况而定。,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 自动控制方式 主要指机械制造设备中常用的控制方式： （1）开环控制方式 输出量对系统控制作用没影响 简单 （2）闭环控制方式 输出量反馈控制 控制精度高，系统复杂 （3）分散控制方式 又称行程控制或继位控制 简单 元件通用 （4）集中控制方式 时间控制系统 调整方便 可靠性较好 （5）程序控制方式 固定程序控制，可变程序控制适应品种变化 （6）数字控制方式 适于零件形状复杂，品种经常改变，小批量 （7）计算机控制方式 对大量数据信息快速运算处理，优化控制,1.3 机械制造自动化的控制方式,二、机械传动控制 在采用机械传动控制的自动化装备中，几乎所有运动 部件及机构，通常都是由装有许多凸轮的分配轴来进 行驱动和控制的。 凸轮控制是最原始最基本、至今仍用的机械控制装置。 这种系统中程序指令的存储和控制均用机械元件来实现 例如凸轮、挡块、连杆、拨叉等，适于大批量生产。 这种系统的另一个特点是控制元件同时又是驱动元件。,图1-2 c1318型单轴转塔自动车床控制原理简图,分配轴,夹紧机构,送料机构,送料凸轮,松夹凸轮,前刀架,回转刀架,马氏机构,刀架滑板,纵向进 给凸轮,径向进给凸轮,送夹料定时轮,换刀定时轮,后刀架,立刀架,主轴正反 转定时轮,长齿轮,辅助轴,定转离合器,1.3 机械制造自动化的控制方式,三、液压、气动与电气控制 机械制造过程中广泛采用液压、气动与电气对其整个工 作循环进行控制。使用高水平高质量的液压、气动和电 气控制系统，成为自动化制造装置可靠运行的关键。 如采用可编程序控制器（plc）进行加工设备的自动化 控制比用继电接触器系统可提高控制可靠性若干倍。,1.3 机械制造自动化的控制方式,三、液压、气动与电气控制 1. 液压控制 有机械液压组合控制和电气液压组合控制两种方式,执行机构6的运动规律，由凸轮1控制，凸轮1既是指令存储装置 ，又是驱动元件。,1.3 机械制造自动化的控制方式,三、液压、气动与电气控制 1. 液压控制 电气液压组合控制方式,目前存在的主要问题是某些电气元件可靠性不高及液压元件漏油等。,1.3 机械制造自动化的控制方式,三、液压、气动与电气控制 2. 气动控制 气动控制是以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的工程技术，是实现各种生产和自动控制的重要手段之一。气动控制技术不仅具有经济、安全、可靠、便于操作等优点，而且对于改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量，具有非常重要的作用。,1.3 机械制造自动化的控制方式,三、液压、气动与电气控制 3. 电气控制 电气控制的相关内容： （1）电气控制的特点和基本要求 （2）电气控制系统工作循环的表示方法 （3）电气控制的操作方式 （4）电气控制的联锁要求 （5）常用的电气控制系统,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 电气控制 （1）电气控制的特点 它决定了生产设备的实用性、先进性和自动化程度； 通过执行预定的工作循环程序，控制执行元件，使生产设备实现规定的动作，达到自动化工作的目的。 电控系统应具有自诊断和保护功能，自动或提示操作者作相应的操作处理。 主要构成有主电路、控制电路、控制程序和相关配件等,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 电气控制 （2）电气控制系统工作循环的表示方法 生产设备的工作循环是设计电气控制系统循环程序的主要依据。 电气控制系统工作循环的表示方法有三种： 1）工作循环图 2）工作循环周期表 3）功能流程图,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 电气控制 （3）电气控制的操作方式 自动化生产设备具有多种工作方式，一般用手动多路转换开关选择操作方式，不同操作方式下系统自动调用不同的工作程序。 1）自动循环 2）半自动循环 3）调整 4）开工循环和收工循环,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 电气控制 （4）电气控制的联锁要求 生产设备在运行中，各动力部件的动作有着严格的相互关系，电气控制系统通过联锁功能来增加系统的安全性，防止突发事件发生。 联锁形式分为联锁、自锁、互锁、短时联锁、长时联锁等。,1.3 机械制造自动化的控制方式,3. 电气控制 （5）常用的电气控制系统 按控制方式可分，各分程序控制和数字控制两类 常见的电气控制系统有以下4种： 1）固定接线控制系统 2）可编程序控制系统 3）带有数控功能的plc 4）分布式数控系统（dnc）,1.3 机械制造自动化的控制方式,四、计算机控制 计算机在机械制造中的应用已成为机械制造自动化发展 中的一个主要方向。 1普通数控机床的控制 nc 数控装置 2加工中心的控制 小型计算机 3计算机数控 cnc 小型通用计算机 4计算机群控 （1）间接式群控系统 一台较大型计算机 （2）直接式群控系统 5适应控制 计算机优化分析 能够随着环境条件或结构的不可预测的变化自行调 整或修改系统参量的控制系统。,1.4 自动化发展及趋势,一、自动化发展历程 随着机械化得到了迅速发展。从其发展历程看，自动化技术大约经历了四个发展阶段： 第一阶段：从1870年到1950年， 机、电、液控制， 刚性自动化单机，刚性自动化系统； 第二阶段：从1952年到1965年， 数字控制， 数控机床 、加工中心、自适应控制机床； 第三阶段：从1967年到80年代中期， 计算机控制， 分布式数控、柔性自动化单机、系统； 第四阶段：从80年代至今， 计算机集成控制， 计算机集成制造系统。,1.4 自动化发展及趋势,二、自动化技术发展趋势 随着科学技术的飞速发展和社会的不断进步，先进的生产模式对自动化系统及技术提出了多种不同的要求，这些要求也同时代表了机械制造自动化技术将向可编程、适度集成、信息化、智能化方向发展的趋势。 1. 高度智能集成性 自适应、修复、决策、自我优化 2 .人机结合的适度自动化 强调人机功能的合理分配 3 .强调系统的柔性和敏捷性面对无法预测的外部环境快速适应 4 .继续推广单元自动化技术 5 .发展应用新的单元自动化