机械加工自动化

机机械械加加工工自自动动化化考考试试材材料料 1 1 自自动动化化生生产产概概念念 自动化生产是人类生产活动中一种先进 完善的高级生产形式 是科学技术不断进步和生 产高度发展的产物 也是人类向往和期待的一种理想生产形式 自动化生产时 各种高生 产率的机器设备代替了人繁重的体力劳动 各种自动控制装置 仪器 计算机代替了人的 操纵管理和部分脑力劳动 整个生产过程可以在无人参与下 自动按最佳状态连续进行生 产 简要表示为 机械化 自动化机器 设备 人的体力劳动 自动控制装置 仪器 人 的操纵 计算机控制系统 人的部分脑力劳动 2 2 自动化生产的主要特点 自动化生产的主要特点 1 生产率高 2 产品质量 生产数量 生产成本 经济效益 劳动条件综合达到最佳目标 3 一次性投资大 对工人技术要求高 3 3 自动化生产优点 自动化生产优点 1 能有效提高劳动生产率 增加产量 2 有较高的经济效益 3 改善劳动条件 降低劳动强度 缩短劳动时间 提高文明生产程度 4 减少生产工人 厂房面积 缩短生产周期 降低生产 成本 节约能源 5 采用自动检测 监控装置 有利于提高和稳定产品质量 6 柔性自动化生 产 可以快速适应产品变化 4 4 自动化的特点 自动化的特点 1 省力省工省人 能有效稳定产品质量和增加产品数量 2 生产过程基本不受人的因素影响 5 5 机械加工自动化的基本概念 五大技术支撑 机械加工自动化的基本概念 五大技术支撑 1 先进制造技术 2 高精度 高效率的自动化加工设备 3 先进的物流技术 4 先进的控制技术 5 现代化管理技术 应该从系统系统的角度考虑问题 6 6 实现机械加工自动化途径 实现机械加工自动化途径 生产规模确定自动化生产途径 通常分成两大类 1 成批或大批量生产 少品种大批量 单机自动化 高效率 刚性自动线 柔性自动线 2 单件小批量生产 多品种小批量 初级自动化加工技术 可变性的单机自动化 辅助工作自动化 测量自动化 柔性自动 化加工系统 FMS FMC GT CAPP 等基础技术应用 7 7 机械加工自动化的评价标准 机械加工自动化的评价标准 1 提高劳动生产率 减少加工或装配时间 减少辅助时间 2 稳 定和提高产品质量 加工 检验 调节 减少人为因素 3 降低产品成本 节约生产时间 材料 能源 节约劳动力 提高设备利用率 4 改善劳动条件 实现文明生产 5 产品变化的 适应性强 8 8 机械加工自动化的技术经济条件 机械加工自动化的技术经济条件首要条件 适宜的产品对象 适合的生产纲领 生产纲 领 影响自动化生产方案的程度 性能效果 产品对象 包括产品的结构 材质 重量 性能 质量要求等 基础条件 先进可靠的制造工艺 1 高精度毛坯 减小毛坯余量 2 各 种高效率的加工方法 3 先进的加工设备 工具 先决条件 生产过程的综合自动化 生产 过程各阶段的密切配合 生产节拍均衡 辅助工序时间的缩短 生产效率的提高 9 9 生产率的相关问题 生产率的相关问题 自动化生产的一个重要任务就是提高生产率 生产率 生产活动中 投入和产出的关系指标 机器生产率 单位时间内制造的产品数 劳动生产率 单位 产品中所有消耗的活劳动量 w 和物化劳动量 m 1010 机械化 机械化 当人用双手和体力所承担的基本劳动由机械及其驱动的能源来代替的过程 人机系统图 生产信息 人 信息感受 信息决策 处理操作 机械化加工过程 材料 能源 产品 人对产品质量 数量检验 信息反馈 自动化 自动化 当人用双手 和体力所承担的基本劳动由机械及其驱动的能源来代替 人的部分脑力劳动由计算机 自 动控制系统 替代的过程 人机图在人上并联计算机即可 1111 8 8 字方针字方针 精 集 网 智 绿 极 1212 可靠性 可靠性由设备故障率来衡量 显性故障 失灵 损坏 隐含故障 系统漂移 精度渐 降 1313 面向多品种小批量生产的各种生产模式 面向多品种小批量生产的各种生产模式 满足这种生产纲领的有效成熟是生产模式有 三种 1 高效率专用机床 2 自动生产线 自动线 3 综合自动化系统 1414 自动线的组成 自动线的组成 利用工件自动传送系统及自动控制系统 把按加工顺序排列起来的若 干台金属切削设备及其它辅助设备联系起来的一个自动生产系统 概念 在自动线上 工 件按一定的生产节拍和顺序 自动通过各工位 完成预定的加工任务 组成 加工设备 工件传输系统 控制系统 辅助系统 分类 按工艺设备分 通用机床自动线 专用机床 自动线 组合机床自动线 按输送形式分 传送带自动线 随行夹具自动线 1515 自动线存在的问题 自动线存在的问题 1 不能适应产品的变化 2 上下料的自动化程度不高 3 在 线检测监控水平低 4 设备的组合功能不强 不能实现快速更换 循环周期表书本 57 页 1616 多品种小批量生产自动化 多品种小批量生产自动化中小批量生产特点 1 品种多样 生产周期长短不一 2 由于品种不一产品对原材料 加工工艺 加工精度和数量要求不一 导致生产能力不 足或过剩 3 物流复杂 生产计划困难 难于实现最优化 4 生产管理复杂 设备 人 员配备难 1717 生产系统 生产系统 柔性制造系统 FM FMS FML FMC JIJ MIS MRP 计算机集成制造系统 CIMS 精益生产 LP 按类个别生产 OKP 分部生产 DFF 并行工程 CE 灵活的生产体系独立制造岛 智能制造 IM 单元生产 虚拟制造 VIRTUAL MANUFACTURING TECHNOLOGY 敏捷制造 AM 快速制造 RM 1818 柔性制造的定义 柔性制造的定义 由多台 NC CNC MC 机床连成 没有固定的加工顺序和节拍 在加工 某种工件一定量后能够不停机调整下自动转向另一种工件的加工制造 组成 主机 连线 设备 辅助设备 控制设备 各部分内容 主机 NC CNC MC 为主 联系设备 对 FMS 的布局的决定作用 分为封闭式和不封闭式 辅助设备 包括物料 工件 工具 主轴 箱等 的储存库 转换装置 控制设备 大规模 FMS 一般用三级控制系统 柔性的指标 设备柔性 路由柔性 物料管理柔性 产量柔性 物料传输的形式 1 悬置于设备的上方 2 链式悬吊输送 3 与机床高度一致的各种滚道输送系统 4 线导感应式小车 AGV 5 机械 手机器人 常见的储存库 1 格架式储存库 容量大 占地面积小 适宜存放箱体类 零件 输送装置自动存取 完成 X Y Z 三个坐标的运动 2 与滚道时 悬吊式输送设备兼 容的储存库 三级控制系统 计算机总体控制 过程计算机完成多机床的分布式控制 每 台机床直接控制 1919 计算机集成制造系统 计算机集成制造系统 CIMSCIMS 基本概念 是与制造有关的企业内部和外部所有部门 功能的信息处理的综合利用 以获得产品设计和制造所需的工程功能和组织功能的集成 并借助适当的接口数据库和网络 达到信息资源在部门的传递 CIMS 的组成 管理信息系 统 工业设计系统 CAD 系统 分析和设计系统 2020 独立制造岛 独立制造岛 以 GT 为基础 数控机床为核心 数控机床和普通机床并存 强调信息的 自动化 以软件取胜和以人为核心 权力下放综合管理以获得最大经济效益 2121 工具系统工具系统 自动化生产系统里面重要的子系统 包括刀具和夹具 1 功能要求 满足切 削性能 生产率 装夹定位的要求 2 自动线还是柔性制造系统都应该提高刀具和夹具的专 用化 标准化 系列化 通用化 选择刀具和确定装夹形式 1 决定刀具时候首先调用数 据库里面有关刀具的信息 然后确定刀具类型尺寸 数量以及刀具组装 编码 尺寸的调 整和储存 2 决定夹具时候 首先确定装夹形式 然后选择夹具类型 对于在机床上面直 接安装的夹具 给出夹具的调整尺寸 对于随行夹具 可用标准夹具零件组装 只给出夹 具装配图 刀具 夹具准备工作过程 工艺分析 决定刀具 刀具清单 刀具卡片 刀 具组装 预调刀具 工艺分析 决定夹具 装夹简图 夹具装配图 夹具零件图 加工 装配 自动化加工系统对刀具的要求 1 自动线里面通常采用专用刀具 尽可能用多刀刀 排 复合刀具和成形刀具 2 在柔性制造系统里面采用通用刀具由于产品变化大 要提前 提出明确的刀具使用条件 2222 自动化加工系统对夹具的要求 自动化加工系统对夹具的要求 除一般的夹具以外 1 工件或随行夹具在机床上的定 位和夹紧必须可靠 并实现自动化 2 必须考虑与自动输送系统或上下料装置的联系 3 具 有足够的刚度和夹紧力 4 夹具的敞开性好 一次可以安装尽可能多的表面 5 可靠的自动排 屑 自动排屑装置 6 自动化信息装置 组装调整维修方便 7 必要的安全保护装置 8 结构尽 可能简单 组装 调整 维修方便 2323 自动化生产里面工件安装的三种形式 自动化生产里面工件安装的三种形式 工件直接在机床夹具里面安装 在随行夹具里 面安装 在专用夹具里面安装 2424 物料系统 物料系统 毛胚的储存运输 刀具 夹具 主轴箱 托盘的储存安装 切屑的处理 各种运输装置设备 2525 工具运输系统 工具运输系统 1 仓库系统 物流系统的子系统使物流具有柔性 2 装卸站 用于毛胚的 输入成品输出 有时起到缓冲作用 又可以在装卸站检查 3 工件传送系统 决定制造系 统的布局和运行形式 一旦决定以后 采用什么样的搬运设备 如何与机床相适应 其复 杂程度 效率和投资收益相关 4 机床工件交换系统 2626 物料系统的选择 物料系统的选择 1 大批量无缓冲 自动线 2 中 大批量缓冲多 循环运输 柔性 线 3 中 小批量缓冲多 大容量储料 多工位上下料 柔性线 2727 柔性的仓库系统定义 柔性的仓库系统定义 1 及时应付生产负荷变动的储存 2 及时供应所需的 物 自动线 毛胚输入仓库 料斗 接受 储存散乱的毛胚 料仓 接受 储存定向的毛 胚 定向的取 排料机构 2828 工件传送系统形式 工件传送系统形式 直线 线内储存功能小 要中央仓库 环形 输送线路灵活 储 量大 中央仓库少 网型 树型 柔性大 敞开性好 配中央仓库 机床前设置托盘交换装 置 2929 机械手 机械手 能够模仿人手的工作机能 按给定的程序 轨迹 要求 实现抓起和运输工 件 完成某些劳动作业的机械化自动化装置 动作自由度少 对象单一 结构简单 实用 可靠 工业机器人 能够独立控制系统 程序可变 动作灵活的通用自动化机械装置 在 生产里面替代人类劳动 工作范围大 定位精度高 通用性强 适应于中小批量自动化 3030 机器人组成 机器人组成 机械手 控制系统 动力系统 执行系统 行进机构 人工智能 感觉和智能系统 3131 机器人的评价 机器人的评价 智能度 机能度 物理能度 3232 机器人的运动平稳性和定位精度 机器人的运动平稳性和定位精度 1 运动平稳性 指机械手 机器人 在启动 运行 停止过程中的速度变化特性 2 定位精度 指机械手 机器人 的手部重复达到取放工件位 置再次定位的正确精度 am k x mm x 允许的最大误差 3 影响机械手 人 运动平 稳性的因素 a 过大 F 惯 平稳性 m 大 F 惯 平稳性 t 大 a 减小 可以 提高平稳性 J 减小 F 惯 可以提高平稳性 33 33 监测与监控 监测与监控是确保自动化生产质量和 自动化生产过程稳定的重要手段 监测与监控水平的高低也反映自动化生产水平的高低 自动监测与监控的意义 目的 1 对被加工工件的质量进行检验和控制 2 自动监控 生产过程的进行状况 3 实现最佳条件的适应控制 意义 1 可消除人为观察误差 2 提高测量精度 3 实现加工过程与检测过程的重合 减少辅助时间 34 34 自动监测与监控的方式自动监测与监控的方式 为了保证加工精度 通常采取两种检测方法 1 加工过程精度 检测 加工过程中对工件进行检测 预防因尺寸超差等原因而造成废品 这种方式能根据 检测结果 主动去控制机床的工作过程 如改变切屑用量 自动补偿 刀具磨损 停车 等 使之适应加工条件的变化 防止出废品 故称主动检测 2 产品精度检测 对已加工 完的零件 或产品 按图纸规定的精度指标进行验收 关于检测的另一种说法 加工前 测量 加工中测量 加工后测量 加工后将工件取下测量 35 35 自动检测的特征信号自动检测的特征信号 特征信号 尺寸和位移 反映工件尺寸 设备移动部件的位置 力和力矩 反映切屑力 轴扭矩的变化 振动 反映系统的平稳性 部件的工作状态 温度 反映被加工材料的状态 设备的原平衡状态等 常用作处理控制的信号 电流 电磁 光 声 3636 自动加工过程的监控 自动加工过程的监控 生产设备 刀具状况 夹具状况 生产过程 毛坯状况 37 37 自动测量的装置自动测量的装置 接触式测量 测量器件 接触式传感器 电感 电容 电磁等 非 接触式测量 a 精度高 b 不受磨损 c 不受振动影响 气动测量 激光测量 无需特 殊保护装置 重复精度达