机械制造自动化 (1)

1、1 2全燕鸣全燕鸣 .机械制造自动化机械制造自动化 . 华南理工大学出版华南理工大学出版社，社，2007. 刘治华，李志农刘治华，李志农.机械制造自动化技术机械制造自动化技术 . 机械机械工业出版社，工业出版社，2009.吴天林、段正澄吴天林、段正澄 .机械加工系统自动化机械加工系统自动化 . 机械机械工业出版社，工业出版社，1992 l 参考书：参考书：34通过本课程的学习，学生应该：通过本课程的学习，学生应该： p了解机械制造自动化的基本概念、类型、控制方式及发展了解机械制造自动化的基本概念、类型、控制方式及发展与应用。与应用。p了解了解加工设备自动化加工设备自动化的特点及分类，以及两种典

2、型的加工的特点及分类，以及两种典型的加工过程自动化方法：过程自动化方法：单机工作自动化和加工自动线单机工作自动化和加工自动线。p了解了解物流供输系统物流供输系统的功能及组成；介绍类型的物流供输系的功能及组成；介绍类型的物流供输系统的组成及特点。统的组成及特点。p了解了解刀具自动化刀具自动化的特点以及各种排屑、换刀自动化装置。的特点以及各种排屑、换刀自动化装置。p了解制造过程中运用的各种了解制造过程中运用的各种检测技术检测技术。p了解了解自动装配系统自动装配系统的组成以及自动装配工艺过程的分析。的组成以及自动装配工艺过程的分析。p了解了解工业机器人工业机器人的构成及相关控制技术。的构成及相关控制

3、技术。p了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机集成制了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机集成制造系统以及其他一些先进制造技术的结构及特点。造系统以及其他一些先进制造技术的结构及特点。教学目的及要求教学目的及要求5 机械制造自动化机械制造自动化的的基本概念基本概念 机械制造自动化机械制造自动化的的主要内容主要内容 和意义和意义 机械制造自动化机械制造自动化的的类型类型 机械制造自动化机械制造自动化的的控制方式控制方式 机械制造自动化机械制造自动化的的发展与趋势发展与趋势 第一章第一章 绪绪 论论61.1机械制造自动化的基本概念机械制造自动化的基本概念 1、什么是机械化和自动化？、什

4、么是机械化和自动化？ 2、制造自动化的三个层次、制造自动化的三个层次3、制造自动化的定义及内涵、制造自动化的定义及内涵7人在生产过程中的人在生产过程中的劳动劳动包括三部分：包括三部分： 基本体力劳动、辅助体力劳动、脑力劳动基本体力劳动、辅助体力劳动、脑力劳动l 基本体力劳动：基本体力劳动：直接改变生产对象的形态、性能和直接改变生产对象的形态、性能和位置等方面的劳动。位置等方面的劳动。l 辅助体力劳动：辅助体力劳动：完成基本体力劳动所必须做的其他完成基本体力劳动所必须做的其他辅助性工作。辅助性工作。l 脑力劳动：脑力劳动：决定生产方法、选择生产工具、质量检决定生产方法、选择生产工具、质量检验及生

5、产管理等工作。验及生产管理等工作。如：工件的装卸、如：工件的装卸、加工加工、检验，检验，刀具更换，刀具更换，工件输送工件输送，工艺规程设计等工艺规程设计等。1.1机械制造自动化的基本概念机械制造自动化的基本概念 1、什么是机械化和自动化？、什么是机械化和自动化？8p机械化机械化执行制造过程的执行制造过程的基本体力劳动基本体力劳动是是由机器（机械）代替由机器（机械）代替人力劳动人力劳动来完成时称之来完成时称之为为机械化机械化。 如：自动走刀代替手动走刀如：自动走刀代替手动走刀走刀机械化走刀机械化 输送机代替人工搬运工件输送机代替人工搬运工件是工件输送机械化；是工件输送机械化； 气动夹紧工件代替手

6、动夹紧工件气动夹紧工件代替手动夹紧工件工件夹紧机械化。工件夹紧机械化。 1.1机械制造自动化机械制造自动化的的基本概念基本概念 什么是机械化？什么是机械化？9最初最初“自动化自动化(Automation)”是美国人是美国人D.S.Harder于于1936年提出的。当时他在通用汽车公司工作，年提出的。当时他在通用汽车公司工作，他认为他认为在一个生产过程中，机器之间的零件转移在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是不用人去搬运就是 自动化自动化 。这是早期制造自动。这是早期制造自动化的概念。化的概念。1.1机械制造自动化机械制造自动化的的基本概念基本概念 什么是自动化？什么是自动化？1

7、01.1机械制造自动化机械制造自动化的的基本概念基本概念p自动化自动化 机器代替人完成基本劳动的同时，机器代替人完成基本劳动的同时，若人若人对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等辅助体辅助体力劳动力劳动也是由也是由机器来完成时机器来完成时，并且有，并且有自动控制系统自动控制系统或计算机代替部分或计算机代替部分脑力劳动脑力劳动，这个制造过程是，这个制造过程是“自自动化动化” ” 。基本劳动基本劳动机械化机械化辅助劳动辅助劳动机械化机械化自动控自动控制系统制系统 自动化制造系统自动化制造系统11 自动化生产系统是在没有人的直接参与下，自动化生产系统是在没有人的

8、直接参与下，利用利用各种技术手段，通过自动检测、信息处理、分析各种技术手段，通过自动检测、信息处理、分析判断、操纵控制判断、操纵控制，使，使机器、设备等按照预定的规律自机器、设备等按照预定的规律自动运行，实现预期的目标动运行，实现预期的目标，或使，或使生产过程、管理过程、生产过程、管理过程、设计过程等按照人的要求高效自动地完成设计过程等按照人的要求高效自动地完成。1.1机械制造自动化机械制造自动化的的基本概念基本概念122、制造自动化的三个层次、制造自动化的三个层次1）工序自动化）工序自动化2）工艺过程自动化）工艺过程自动化(自动化线自动化线)3）制造过程的自动化（自动化制造系统）制造过程的自

9、动化（自动化制造系统）13l 工序：工序： 是指是指一个（或一组）工人，在一台机床（一个（或一组）工人，在一台机床（或一个工作地点）对同一工件（或同时对几个工或一个工作地点）对同一工件（或同时对几个工件）所连续完成的那一部分工艺过程。件）所连续完成的那一部分工艺过程。 工序工序2、制造自动化的三个层次、制造自动化的三个层次1）工序自动化）工序自动化生产过程由什么组成？生产过程由什么组成？工序是组成加工过程的基本单元。工序是组成加工过程的基本单元。工序又包括以下两部分：工序又包括以下两部分：基本动作：基本动作：包括传动、上下料、换刀、切削以包括传动、上下料、换刀、切削以及检验等。及检验等。1.

10、辅助动作：辅助动作：即操纵传动机构的动作。即操纵传动机构的动作。14基本动作基本动作- -机器完成机器完成- -机械化机械化辅助动作辅助动作-机器完成机器完成工序自动化工序自动化工艺过程自动化工艺过程自动化制造过程自动化制造过程自动化p在一个工序中，如果所有的在一个工序中，如果所有的基本动作基本动作都机械化了，都机械化了，并且使若干个并且使若干个辅助动作辅助动作也自动化起来，而工人所要也自动化起来，而工人所要做的工作只是对这一工序作做的工作只是对这一工序作总的操纵和监督总的操纵和监督，就称，就称为为工序自动化工序自动化。15 一个工艺过程（如加工工艺过程）通常包括着若一个工艺过程（如加工工艺过

11、程）通常包括着若干个工序，干个工序，如果不仅如果不仅每一个工序都自动化了每一个工序都自动化了，并，并且把它们有机地联系起来，且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程使得整个工艺过程（包括加工、工序间的检验和输送）都自动进行，（包括加工、工序间的检验和输送）都自动进行，而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和监督，监督，这时就形成了某一种加工工艺的自动生产这时就形成了某一种加工工艺的自动生产线，通常称为线，通常称为工艺过程自动化工艺过程自动化。2）工艺过程自动化）工艺过程自动化（自动化线）（自动化线）16 一个零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺一个

12、零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了这时就形成了制造过程的自动化制造过程的自动化。 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。至自动化工厂。3）制造过程的自动化）制造过程的自动化（自动化制造系统）（自动化制造系统）173、制造自动化的定义及内涵、制造自动化的定义及内涵制造自动化制造

13、自动化制造自动化制造自动化制造制造目前对制造有两种理解：目前对制造有两种理解：l 一个是指产品的一个是指产品的“制作过程制作过程”或称为或称为“小制造概小制造概念念”，如机械加工过程；，如机械加工过程；l 另一个是另一个是广义制造广义制造概念，包括产品整个生命周期概念，包括产品整个生命周期过程，又称为过程，又称为“大制造概念大制造概念”。 实际应用中，两者皆在使用，其概念范围视具实际应用中，两者皆在使用，其概念范围视具体情况而定。体情况而定。 18机械制造机械制造l狭义狭义：单纯的产品的：单纯的产品的加工及物料储运、质加工及物料储运、质量控制、装配过程量控制、装配过程等。等。l广义广义：还包括

14、：还包括产品设计、工艺设计、生产产品设计、工艺设计、生产准备、市场调研、市场营销、服务、回收处准备、市场调研、市场营销、服务、回收处理理等其它环节等其它环节 l 机械制造自动化机械制造自动化：在机械制造过程的所有在机械制造过程的所有环节中采用环节中采用自动化技术自动化技术，以实现机械制造，以实现机械制造全过程的自动化。全过程的自动化。 19制造自动化制造自动化 的概念是一个动态发展过程。的概念是一个动态发展过程。l 过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作

15、业的作业。这实质上是这实质上是自动化自动化代替人的代替人的体力劳动体力劳动的观的观点。点。l 现在，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计现在，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，算机的出现和广泛应用，自动化自动化的概念已扩展为的概念已扩展为用用机器机器( (包括计算机包括计算机) )不仅代替人的不仅代替人的体力劳动体力劳动而且还代而且还代替或辅助替或辅助脑力劳动脑力劳动，以自动地完成特定的作业。，以自动地完成特定的作业。201.1机械制造自动化的基本概念机械制造自动化的基本概念 1、什么是机械化和自动化？、什么是机械化和自动化？ 2、制造自动化的三个层次、制造自动化的

16、三个层次3、制造自动化的定义及内涵、制造自动化的定义及内涵211、机械制造自动化技术的内容、机械制造自动化技术的内容1.机械加工自动化技术：机械加工自动化技术：包括上下料、装夹、换刀、包括上下料、装夹、换刀、加工、零件校验等环节的自动化技术。加工、零件校验等环节的自动化技术。2.物料储运自动化技术：物料储运自动化技术：包括工件、刀具、其它物料包括工件、刀具、其它物料的储运的自动化技术。的储运的自动化技术。3.装配自动化技术：装配自动化技术：包括零部件供应、装配过程等的包括零部件供应、装配过程等的自动化技术。自动化技术。4.质量控制自动化技术：质量控制自动化技术：包括零件检测、产品检测、包括零件

17、检测、产品检测、刀具检测等的自动化技术。刀具检测等的自动化技术。1.2 机械制造自动化机械制造自动化的的主要内容主要内容 和意义和意义222、机械制造自动化的意义、机械制造自动化的意义 提高生产率提高生产率采用自动化技术后可以大幅度缩短采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以提高；产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以提高；23 缩短生产周期缩短生产周期如图所示，采用自动化技术后可以如图所示，采用自动化技术后可以有效缩短零件有效缩短零件98.5%的无效时间，从而有效缩短了生产的无效时间，从而有效缩短了生产周期；周期；24 提高产品质量提高产品质量由于广泛采用

18、各种高精度的加工由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的 提高经济效益提高经济效益采用自动化技术后可减少占地面积，采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等；减少直接生产工人的数量，减少废品率等； 降低劳动强度降低劳动强度让机器去完成绝大部分笨重、艰让机器去完成绝大部分笨重、艰苦、烦人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的苦、烦人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的劳动强度；劳动强度； 有利于产品更新有利于产品更新采用现代制造技术使得变更制采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十

19、分有利于产品造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新；的更新；25 提高劳动者的素质提高劳动者的素质制造自动化技术要求操作者制造自动化技术要求操作者具有较高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提具有较高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提高了劳动者的素质，特别是采用小组化工作方式对人高了劳动者的素质，特别是采用小组化工作方式对人的素质要求更高；的素质要求更高； 带动相关技术的发展带动相关技术的发展可以带动自动检测技术、可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展；术等相关技术的发展； 体现一个

20、国家的科技水平体现一个国家的科技水平如自如自1870年以来，制造年以来，制造自动化技术和设备基本上都首先出现在美国，这与美自动化技术和设备基本上都首先出现在美国，这与美国高度发达的科技水平密切相关。国高度发达的科技水平密切相关。261.3 机械制造自动化机械制造自动化的的类型类型1、机械制造自动化系统的构成、机械制造自动化系统的构成1）加工系统：）加工系统：包括工件的切削加工、排屑、包括工件的切削加工、排屑、清洗和测量清洗和测量2）工件支撑系统：）工件支撑系统：包括工件的输送、搬运和包括工件的输送、搬运和存储存储3）刀具支撑系统：）刀具支撑系统：包括刀具的装配、输送、包括刀具的装配、输送、交换

21、、存储以及刀具的预调、管理交换、存储以及刀具的预调、管理4）控制与管理系统：）控制与管理系统：包括整个制造过程的监包括整个制造过程的监控、检测、协调与管理控、检测、协调与管理 27类型类型 2、机械制造自动化系统的分类、机械制造自动化系统的分类1）按制造过程分：）按制造过程分：毛坯制备、热处理、储运毛坯制备、热处理、储运、机加工、装配、辅助质量和系统控制自动化、机加工、装配、辅助质量和系统控制自动化2）按设备分：）按设备分：局部动作、单机、刚性、刚性局部动作、单机、刚性、刚性综合、综合、FMC（柔性制造单元）、（柔性制造单元）、FMS（柔性制（柔性制造系统）造系统）3）按控制方式分：）按控制方

22、式分：机械、机电液、数字、计机械、机电液、数字、计算机、智能控制自动化算机、智能控制自动化 283、机械制造自动化设备的特点及适应范围、机械制造自动化设备的特点及适应范围 自动化制造系统包括自动化制造系统包括刚性制造刚性制造和和柔性制造柔性制造，“刚性刚性”的含义是指该的含义是指该生产线生产线只能生产某种或只能生产某种或生生产工艺相近的某类产品产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单，表现为生产产品的单一性。一性。 29 自动化制造系统的基本形式自动化制造系统的基本形式刚性半自动化单机刚性半自动化单机 刚性自动化单机刚性自动化单机 刚性自动线刚性自动线 刚性综合自动化系统刚性综合自动化系统 一

23、般数控机床一般数控机床 加工中心加工中心 混合成组制造单元混合成组制造单元 分布式数控系统分布式数控系统 DNC 柔性制造单元柔性制造单元 FMC 柔性制造系统柔性制造系统 FMS 柔性制造线柔性制造线 FML 计算机集成制造系统计算机集成制造系统 CIMS柔性自动化设备及系统 刚性自动化设备及系统 自动化制造系统 30 不同的自动化类型有着不同的性能特点和不同的自动化类型有着不同的性能特点和不同的应用范围，因此应根据需要选择不同不同的应用范围，因此应根据需要选择不同的自动化系统。的自动化系统。311）、刚性半自动化单机）、刚性半自动化单机 可以自动地完成单个工艺过程的加工循环的机床可以自动地

24、完成单个工艺过程的加工循环的机床(除上下料外除上下料外)，称为，称为刚性半自动化机床刚性半自动化机床。例如：仿形机床、通用多刀半自动车床，单台组合机例如：仿形机床、通用多刀半自动车床，单台组合机床，转塔车床等。床，转塔车床等。特点：特点： 一般是一般是机械或电液复合控制式机械或电液复合控制式组合机床和专组合机床和专用机床，可以进行多面、多轴、多刀同时加工，加用机床，可以进行多面、多轴、多刀同时加工，加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列；工设备按工件的加工工艺顺序依次排列； 切削刀具由人工安装、调整，实行定时强制换刀，切削刀具由人工安装、调整，实行定时强制换刀，如果出现刀具破损、折断，可进行应急

25、换刀；如果出现刀具破损、折断，可进行应急换刀； 从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低层次。自动化的最低层次。32优点：优点：投资少、见效快，投资少、见效快，缺点缺点: : 调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强 度也大。度也大。 适用于适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系 统。统。33单台组合机床单台组合机床343536多刀半自动车床多刀半自动车床37多刀半自动车床多刀半自动车床38多刀半自动车床多刀半自动车床39转转塔塔车车床床40转塔刀架4

26、142 它是在刚性半自动化单机的基础上增加它是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上、下料自动上、下料等辅等辅助装置而形成的助装置而形成的自动化机床自动化机床。 实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。 辅助装置辅助装置包括自动工件输送、上料，下料、自动夹包括自动工件输送、上料，下料、自动夹具、升降装置和转位装置等；具、升降装置和转位装置等； 切屑处理切屑处理一般由刮板器和螺旋传送装置完成。一般由刮板器和螺旋传送装置完成。 特点特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产 最常见的加工装备。最常见的加工装备。 用途：用途

27、：常用于品种变化很小，但生产批量特别大的常用于品种变化很小，但生产批量特别大的 场合。场合。2）刚性自动化单机）刚性自动化单机43 刚性自动化生产线刚性自动化生产线是多工位生产过程，用是多工位生产过程，用工件输送工件输送系统系统将各种将各种自动化加工设备和辅助设备自动化加工设备和辅助设备按一定的按一定的顺顺序序连接起来，在连接起来，在控制系统控制系统的作用下完成的作用下完成单个零件加单个零件加工的复杂大系统工的复杂大系统。 在刚性自动线上，被加工零件以在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产节一定的生产节拍，顺序通过各个工作位置拍，顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的，自动完成零件预定的全部

28、加工过程和部分检测过程。全部加工过程和部分检测过程。3）刚性自动线）刚性自动线44特点：特点：结构复杂，任务完成的工序多，结构复杂，任务完成的工序多，所以生产效所以生产效率也很高，可以有效缩短生产周期率也很高，可以有效缩短生产周期，取消半成品的，取消半成品的中间库存，中间库存，缩短物料流程，减少生产面积，改善劳缩短物料流程，减少生产面积，改善劳动条件，便于管理等。动条件，便于管理等。 投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。用途用途：少品种、大量生产必不可少的加工装备。：少品种、大量生产必不可少的加工装备。3）刚性自动线）刚性自动线45 组合机床自动线组

29、合机床自动线，可以大幅度缩短建线周期，更换，可以大幅度缩短建线周期，更换产品后产品后只需更换机床的某些部件即可只需更换机床的某些部件即可（例如可更换（例如可更换主轴箱），大大缩短了主轴箱），大大缩短了系统的调整时间系统的调整时间，降低了生，降低了生产成本，并能收到较好的使用效果和经济效果。产成本，并能收到较好的使用效果和经济效果。组合机床自动线主要用于组合机床自动线主要用于箱体类零件和其他类型非回箱体类零件和其他类型非回转体的钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣削等工序的加转体的钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣削等工序的加工。工。46 图 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代4748曲轴加工自动线 1斗

30、式切削提升机 2链板式排屑装置49曲轴加工自动线 3全线泵站 4工件传送带机工件装卸台 5工件提升机 6中央控制台505152一般情况下，刚性自动线只能完成单个零件的所有相同一般情况下，刚性自动线只能完成单个零件的所有相同工序（如切削加工工序），对于其它自动化制造内容工序（如切削加工工序），对于其它自动化制造内容如热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆甚至包装如热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆甚至包装却不可能全部包括在内。却不可能全部包括在内。在刚性自动线地基础上将其它自动化制造系统的内容在刚性自动线地基础上将其它自动化制造系统的内容（包括热处理、锻压、焊接、装配、校验等）涵盖（包括热处理、

31、锻压、焊接、装配、校验等）涵盖的的复杂大系统称为复杂大系统称为刚性综合自动化系统刚性综合自动化系统。特点：特点： 刚性综合自动化系统结构复杂，投资强度大，建刚性综合自动化系统结构复杂，投资强度大，建线周期长，更换产品困难，但生产效率极高，加工质线周期长，更换产品困难，但生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。量稳定，工人劳动强度低。适用范围：适用范围：它常用于产品比较单一，但工序内容多，加它常用于产品比较单一，但工序内容多，加工批量特别大的零部件的自动化制造。工批量特别大的零部件的自动化制造。4）刚性综合自动化系统）刚性综合自动化系统53 数控机床（数控机床（Numerical Contr

32、ol Machine Tools）用来完成零件一个工序的自动化循环加工。用来完成零件一个工序的自动化循环加工。特点：特点： 它是用代码化的数字量来控制机床，按照它是用代码化的数字量来控制机床，按照事先编好的程序，自动控制机床各部分的运动，事先编好的程序，自动控制机床各部分的运动，而且还能控制选刀、换刀、测量、润滑、冷却等而且还能控制选刀、换刀、测量、润滑、冷却等工作。工作。 适用范围：适用范围：适用于加工精度较高，适用于加工精度较高，零件复杂程零件复杂程度、度、且且品种多变、批量中等的品种多变、批量中等的场合。场合。5）数控机床）数控机床54 加工中心（加工中心（Machining Cente

33、r -MC）是在）是在一般数控机床的基础上一般数控机床的基础上增加刀库和自动换刀装增加刀库和自动换刀装置置而形成的一类更复杂但用途更广、效率更高而形成的一类更复杂但用途更广、效率更高的数控机床。的数控机床。 特点：特点：由于具有刀库和自动换刀装置，就可以在由于具有刀库和自动换刀装置，就可以在一台机床上完成一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。轮廓加工等多个工序的加工。 适用范围：适用范围：适用于加工精度较高，适用于加工精度较高，零件较复杂、零件较复杂、且且品种较多的品种较多的场合场合。6）加工中心）加工中心(MC)55 加工中心外观图加

34、工中心外观图(a) 卧式加工中心；卧式加工中心； (b) 立式加工中心立式加工中心 56柔性制造单元柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell-FMC）是一种由是一种由13台台 数控机床或加工中心所组成数控机床或加工中心所组成.特点：特点：单元中配备有某种形式的单元中配备有某种形式的托盘交换装置托盘交换装置或或工工业机器人业机器人，由，由单元计算机单元计算机进行程序编制及分配、负进行程序编制及分配、负荷平衡和作业计划控制的小型化柔性制造系统。荷平衡和作业计划控制的小型化柔性制造系统。优点优点 ：占地面积较小，系统结构不很复杂，成本较占地面积较小，系统结构不很复杂，成本

35、较低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单。低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单。 因此，柔性制造单元是柔性制造系统的主要发展因此，柔性制造单元是柔性制造系统的主要发展方向之一，深受各类企业的欢迎。方向之一，深受各类企业的欢迎。适用范围：适用范围： 常用于品种变化不是很大、生产批量中常用于品种变化不是很大、生产批量中等的生产规模中。等的生产规模中。7）柔性制造单元）柔性制造单元(FMC)5758柔性制造系统（柔性制造系统（Flexible Manufacturing System-FMS）一般由四部分组成：一般由四部分组成：l三台以上的三台以上的数控加工设备数控加工设备,l一个自动

36、化的一个自动化的物料及刀具储运系统物料及刀具储运系统,l若干台若干台辅助设备辅助设备（如清洗机、测量机、排屑装置、（如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等）冷却润滑装置等）,l一个由多级计算机组成的一个由多级计算机组成的控制和管理系统。控制和管理系统。柔性制造系统内部包括两类不同性质的运动：柔性制造系统内部包括两类不同性质的运动：一类是系统的一类是系统的信息流信息流，另一类是系统的，另一类是系统的物料流物料流，物料流受信息流的控制物料流受信息流的控制。 8）柔性制造系统）柔性制造系统(FMS)5960 柔性制造系统柔性制造系统616263p 柔性制造系统的主要优点是：柔性制造系统的主要优点

37、是：可以减少机床操作人员。可以减少机床操作人员。由于配有质量检测和反馈控制装置，零件的由于配有质量检测和反馈控制装置，零件的加工质量很高。加工质量很高。工序集中，可以有效减少生产面积。工序集中，可以有效减少生产面积。与立体仓库相配合，可以实现与立体仓库相配合，可以实现24h连续工作。连续工作。由于集中作业，可以减少加工时间。由于集中作业，可以减少加工时间。易于和管理信息系统（易于和管理信息系统（MIS）、工艺信息系）、工艺信息系统（统（TIS）及质量信息系统（）及质量信息系统（QIS）结合形成更）结合形成更高级的制造自动化系统。高级的制造自动化系统。64p柔性制造系统的主要缺点是：柔性制造系统

38、的主要缺点是： 系统投资大，投资回收期长。系统投资大，投资回收期长。 系统结构复杂，对操作人员的要求很高。系统结构复杂，对操作人员的要求很高。 结构复杂使得系统的可靠性较差。结构复杂使得系统的可靠性较差。适用范围：适用范围：多品种、中小批量生产多品种、中小批量生产651.4 机机械制造自动化的控制方式械制造自动化的控制方式 任何任何机械制造设备的自动化机械制造设备的自动化其其实质实质是在其是在其终端终端执行元件执行元件无需由人来直接或间接操作无需由人来直接或间接操作的自动控制的自动控制。 为了实现为了实现机械制造设备的自动化机械制造设备的自动化就需要对就需要对这些这些被控制对象进行被控制对象进

39、行自动控制自动控制。l 实现机械制造自动化的关键：实现机械制造自动化的关键：自动控制与机械控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。术、电子计算机技术等密切相关。66自动控制系统应能保证各执行机构的使用性能、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加工质量、生产效率及工作可靠性。为此，对自动。为此，对自动控制系统提出如下基本要求：控制系统提出如下基本要求： 1 1）应保证各执行机构的动作或整个加工过程能够）应保证各执行机构的动作或整个加工过程能够自动进行。自动进行。2 2）

40、为便于调试和维护为便于调试和维护，各各单机单机应具有相对独立的应具有相对独立的自动控制装置，自动控制装置，同时还应便于和同时还应便于和总控制系统相匹配总控制系统相匹配。1 1、自动控制系统的基本要求、自动控制系统的基本要求1.4.1、自动控制的基本要求与方式、自动控制的基本要求与方式67 3 3）柔性加工设备的自动控制系统要和加工品种的变）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。化相适应。 4 4）自动控制系统应力求简单可靠。）自动控制系统应力求简单可靠。在元器件质量不在元器件质量不稳定情况下，对所用的元器件一定要经过严格筛选，稳定情况下，对所用的元器件一定要经过严格筛选，特别是电

41、气及液压元器件。特别是电气及液压元器件。 5 5）能够适应工作环境的变化，具有一定的抗干扰能）能够适应工作环境的变化，具有一定的抗干扰能力。力。 6 6）应设置反映各执行机构工作状态的）应设置反映各执行机构工作状态的信号及报警装信号及报警装置。置。68 7 7）安装调试、维护修理方便。）安装调试、维护修理方便。 8 8）控制装置及管线布置要安全合理，整齐美观。）控制装置及管线布置要安全合理，整齐美观。 9 9）自动控制方式要与工厂的技术水平、管理水平、）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。经济效益及工厂近期生产发展趋势相适应。 对于一个具体的控制系统

42、，第一项要求必须保对于一个具体的控制系统，第一项要求必须保证，其它则根据具体情况而定。证，其它则根据具体情况而定。692、自动控制的构成、自动控制的构成 自动控制系统包括自动控制系统包括实现实现自动控制功能的自动控制功能的装置装置及及其其被控制对象被控制对象，通常由，通常由: :（1）指令存储装置）指令存储装置（2）指令控制装置）指令控制装置（3）执行机构）执行机构（4）传递及转换装置）传递及转换装置等部分构成。等部分构成。70 1）、指令存储装置：）、指令存储装置：作用：作用：存储存储控制控制被控制对象被控制对象的相关的相关指令信息。指令信息。 为了使为了使被控制对象被控制对象 能能自动运行

43、自动运行，需要预先需要预先规定它的规定它的动作程序动作程序，并把，并把有关指令信息存入有关指令信息存入相应的装置相应的装置，在需要时重新发出。这种装置，在需要时重新发出。这种装置就称为指令存储装置。就称为指令存储装置。71指令存储装置分为：指令存储装置分为：l集中存储：集中存储：全部指令信息存在一个存储装置全部指令信息存在一个存储装置中，中，如装有许多凸轮的分配轴、矩阵插销板、如装有许多凸轮的分配轴、矩阵插销板、穿孔带、磁带、磁鼓、磁盘等穿孔带、磁带、磁鼓、磁盘等l分散存储：分散存储：指令信息分别在多处存储，指令信息分别在多处存储，例如挡块、限位开关、电位计、时间继电器、例如挡块、限位开关、电

44、位计、时间继电器、进速度继电器等。进速度继电器等。7273作用：作用：控制控制指令存储装置中的指令存储装置中的指令信息的发出指令信息的发出. .实现方法：实现方法：l 执行机构移动到规定位置时执行机构移动到规定位置时挡块碰触挡块碰触限位开关限位开关 l 工件加工到规定尺寸时工件加工到规定尺寸时自动测量仪中的自动测量仪中的电触点电触点接通接通 l 液压控制系统中的液压控制系统中的压力达到规定压力时启动压力达到规定压力时启动压力阀压力阀 l 主轴转速超过一定数值时速度主轴转速超过一定数值时速度继电器动作继电器动作等等。等等。 2）、指令控制装置）、指令控制装置 74 其中其中限位开关、电触点、压力

45、阀、速度继电器等限位开关、电触点、压力阀、速度继电器等装置装置，能够将指令存储装置中的有关信息转变为能够将指令存储装置中的有关信息转变为指令信号发送出去，命令相应的执行机构完成某指令信号发送出去，命令相应的执行机构完成某种动作。种动作。3）、执行机构：）、执行机构：最终完成控制作用的环节最终完成控制作用的环节。 例如拔又、电磁铁、电动机、工作油缸等。例如拔又、电磁铁、电动机、工作油缸等。754）、传递及转换装置：）、传递及转换装置：作用：作用：将将指令信息指令信息传送给执行机构传送给执行机构。 信息在传递过程中要信息在传递过程中要改变改变信号的量和质信号的量和质，转换为转换为符符合执行机构所要

46、求的种类、形式、能量合执行机构所要求的种类、形式、能量等等输入信息输入信息。 l 信息的传递介质：信息的传递介质：电、光、气体、液体、机械电、光、气体、液体、机械l 信息的传递形式：信息的传递形式：模拟、数字模拟、数字l 信息的传递能量：信息的传递能量：电压、电流、压力、位移、脉冲电压、电流、压力、位移、脉冲76机械制造设备中常用的控制方式：机械制造设备中常用的控制方式：（1 1）开环控制方式）开环控制方式（2 2）闭环控制方式）闭环控制方式（3 3）分散控制方式）分散控制方式（4 4）集中控制方式）集中控制方式（5 5）程序控制方式）程序控制方式（6 6）数字控制方式）数字控制方式（7 7）

47、计算机控制方式）计算机控制方式3.3.自动控制方式自动控制方式77开环控制开环控制-系统的输出量对系统的控制无系统的输出量对系统的控制无影响影响(无反馈无反馈) . 在开环系统中、指令的程序和特征是预先设在开环系统中、指令的程序和特征是预先设计好的，不因被控制对象实际执行指令的情况而计好的，不因被控制对象实际执行指令的情况而改变。为了满足实际应用的需要，开环控制系统改变。为了满足实际应用的需要，开环控制系统必须精确地予以校准，并且在工作过程中保持这必须精确地予以校准，并且在工作过程中保持这种校准值不发生变化。种校准值不发生变化。 常见的机械凸轮控制的自动车床或沿时间坐标常见的机械凸轮控制的自动

48、车床或沿时间坐标轴单向运行的任何系统，都是开环控制系统。轴单向运行的任何系统，都是开环控制系统。78 闭环控制闭环控制-系统的输出量对系统的控系统的输出量对系统的控制具有直接影响制具有直接影响(有反馈有反馈)，例如一些，例如一些自动调节系统、随动系统（伺服系统自动调节系统、随动系统（伺服系统）以及适应控制系统。）以及适应控制系统。79分散控制分散控制-行程或继动控制。行程或继动控制。指令存储和控制指令存储和控制装置按一定规律分散布置。装置按一定规律分散布置。l各控制对象的各控制对象的工作顺序工作顺序及及相互配合相互配合按下述方式进行按下述方式进行： 当前一机构当前一机构完成预定动作后会发出完成

49、信号以引发下完成预定动作后会发出完成信号以引发下一机构的动作一机构的动作，如此继续直至完成预定的全部动作，如此继续直至完成预定的全部动作。 例如根据例如根据运动速度运动速度、行程量、终点位置、加工尺行程量、终点位置、加工尺寸寸等，每一执行部件在完成预定的动作后，可以采用等，每一执行部件在完成预定的动作后，可以采用不同的方式发出控制指令。不同的方式发出控制指令。8081l 发令装置发令装置一般是有触点式或无触点式限位开关；一般是有触点式或无触点式限位开关；l 指令存储和控制装置一般指令存储和控制装置一般由挡块组成由挡块组成 。p分散控制的主要优点：分散控制的主要优点：l 实现自动循环酌方法简单，

50、电气元件的通用性强，实现自动循环酌方法简单，电气元件的通用性强，成本低。成本低。l 在自动循环过程中，当前一动作没有完成时，后一在自动循环过程中，当前一动作没有完成时，后一个动作便得不到起动信号，因而，个动作便得不到起动信号，因而，分散控制系统本分散控制系统本身具有一定的互锁性。身具有一定的互锁性。8283 加加 全全 工工 部部 结结 退退 束束 回回 动动 原原 力力 位位 头头原原 位位 信信 号号定定 夹夹 动动位位 紧紧 力力销销 机机 头头拔拔 构构 原原出出 松松 位位 开开输输送送带带终终点点定定 进进位位 入入销销 定定全全 位位部部 孔孔夹夹 继继 开开 紧紧 电电 关关完

51、完 器器 发发成成 或或 出出压压 行行 信信力力 程程 号号 S1 S2 S3 S4 S5 输送带向前输送带向前定定 位位夹夹 紧紧松松 开开 拔拔 销销动力头向前动力头向前输送带退回输送带退回自动线启动自动线启动重复自动循环信号重复自动循环信号84p分散控制的主要缺点：分散控制的主要缺点：l 当顺序动作较多时，自动循环时间会增加，这对提当顺序动作较多时，自动循环时间会增加，这对提高生产效率不利。高生产效率不利。l 当下一动作执行机构较多时，就有若干多条平行控当下一动作执行机构较多时，就有若干多条平行控制线路、会使电气控制线路变得复杂，电气元件增制线路、会使电气控制线路变得复杂，电气元件增多

52、。这对控制系统的调整和维修不利，特别是在使多。这对控制系统的调整和维修不利，特别是在使用有触点式电器时，由于大量触点频繁换接，容易用有触点式电器时，由于大量触点频繁换接，容易引起故障。引起故障。85集中控制集中控制-时间控制。时间控制。具有一个中央指令存储和指具有一个中央指令存储和指令控制装置，按令控制装置，按时间顺序时间顺序连续或间隔连续或间隔的发出各种控的发出各种控制指令。制指令。86转鼓转鼓1-5 限位开关限位开关87 集中控制系统的优点是：集中控制系统的优点是： 所有指令存储和控制装置都集中在一起，控制链所有指令存储和控制装置都集中在一起，控制链又短又简单，这样，控制系统就比较简的，调

53、整又短又简单，这样，控制系统就比较简的，调整以较方便。以较方便。缺点是缺点是：l 各执行部件动作之间无联系，当某一部件发生故各执行部件动作之间无联系，当某一部件发生故障时，其它部件依然运动，这就有可能发生碰撞障时，其它部件依然运动，这就有可能发生碰撞或干涉等事故。或干涉等事故。l 由于执行部件的运动速度不能控制，当速度不稳由于执行部件的运动速度不能控制，当速度不稳定时，系统实际的控制精度就较低。定时，系统实际的控制精度就较低。88 每个执行部件的起动指令是由集中控制装置发出，但停每个执行部件的起动指令是由集中控制装置发出，但停止指令则由执行部件移动到一定位置时，压下限位开关而发止指令则由执行部

54、件移动到一定位置时，压下限位开关而发出。因此，出。因此，其工作精度和可靠性比前者较高。其工作精度和可靠性比前者较高。由集中控制和分散控制所组成的混合控制系统。由集中控制和分散控制所组成的混合控制系统。89 利用利用分配轴上的凸轮分配轴上的凸轮来来驱动和控制的自动驱动和控制的自动机床或自动线上的各个执行部件的顺序动作机床或自动线上的各个执行部件的顺序动作是机械式集中控制控制系统，是机械式集中控制控制系统，是按是按时间顺序时间顺序进行控制的，可以归入这一类型。进行控制的，可以归入这一类型。9091 程序控制程序控制-按照按照预定的规律预定的规律来来控制控制各各执行执行机构机构使之自动进行工作循环使

55、之自动进行工作循环 . 可分为可分为固定程固定程序控制序控制和和可变程序控制可变程序控制. 在机械加工中，经常采用的是与行程有关在机械加工中，经常采用的是与行程有关的自动控制。有关程序的指令，可以存储的自动控制。有关程序的指令，可以存储在凸轮、凸块、样板、模型、电气元件、在凸轮、凸块、样板、模型、电气元件、图纸、磁带等图纸、磁带等模拟式程序指令存储器上模拟式程序指令存储器上，上述这些都属于行程程序控制上述这些都属于行程程序控制9293 数字控制数字控制-采用数控装置以二进制数码形采用数控装置以二进制数码形式编制加工程序，控制各工作部件的动作式编制加工程序，控制各工作部件的动作顺序、速度、位移量

56、及各种辅助功能顺序、速度、位移量及各种辅助功能 计算机控制计算机控制-用计算机作为控制装置来实用计算机作为控制装置来实现自动控制现自动控制 .94自动控制系统的类型：自动控制系统的类型：a. 按控制的能量形式分：按控制的能量形式分： 机械控制、液压控制、机械控制、液压控制、电气控制、光电控制以及它们的组合控制。电气控制、光电控制以及它们的组合控制。b. 按控制指令排列方式分：按控制指令排列方式分： 时间控制系统：时间控制系统：控制指令按预先确定的时间依次发出；控制指令按预先确定的时间依次发出；继动控制系统：继动控制系统：控制指令按逻辑次序规定的先后顺序控制指令按逻辑次序规定的先后顺序依次发出；

57、依次发出；1.4.2、自动化加工系统的控制、自动化加工系统的控制95c. 按工作原理分：按工作原理分：凸轮分配轴控制系统、液压（液凸轮分配轴控制系统、液压（液压元件）、电气或电气液压程序控制系统、随动压元件）、电气或电气液压程序控制系统、随动控制系统或数字控制系统，也可几种联合使用。控制系统或数字控制系统，也可几种联合使用。控制对象控制对象:机构的运动速度、方向、行程距离、位置、机构的运动速度、方向、行程距离、位置、动作先后顺序和起止时间。动作先后顺序和起止时间。961.4.2、自动化加工系统的控制、自动化加工系统的控制机械传动控制方式一般机械传动控制方式一般传递的动力和信号传递的动力和信号都

58、是都是机械连接的机械连接的，所以在高速时，可以实现准确的传所以在高速时，可以实现准确的传递与信号处理，并且还可以重复两个动作。递与信号处理，并且还可以重复两个动作。 在采用机械传动控制方式的自动化装备中，几在采用机械传动控制方式的自动化装备中，几乎所有运动部件及机构，通常都是由装有许多凸乎所有运动部件及机构，通常都是由装有许多凸轮的轮的分配轴分配轴来进行驱动和控制的。这种控制系统来进行驱动和控制的。这种控制系统的另外一个特点是的另外一个特点是控制元件同时又是驱动元件控制元件同时又是驱动元件。1 1、机械传动控制、机械传动控制97l 程序指令的存储和控制程序指令的存储和控制都是利用都是利用机械式

59、元件机械式元件来完成来完成（例如凸轮、档块、连杆、拨叉等）（例如凸轮、档块、连杆、拨叉等）. .l 控制元件控制元件同时又是同时又是驱动元件驱动元件l 几乎所有的运动部件及机构都是由几乎所有的运动部件及机构都是由凸轮分配凸轮分配轴轴进行进行驱动和控制驱动和控制l 专用性较强，仅适用于加工品种基本不变的专用性较强，仅适用于加工品种基本不变的大批量生产大批量生产 机械传动控制机械传动控制9899p小型自动线的机械集中控制系统简介小型自动线的机械集中控制系统简介 自动线是用来加工自动线是用来加工三种变速拨又的孔和端面三种变速拨又的孔和端面，共，共有有8个工位个工位，除液压站和电气柜外，其它部件都安，

60、除液压站和电气柜外，其它部件都安装在装在整体机座上整体机座上。随行夹具载着工件从中间通过，。随行夹具载着工件从中间通过，并呈直线排列，彼此互相紧靠，从垂直下方返回。并呈直线排列，彼此互相紧靠，从垂直下方返回。 全线全线除工件传送装置除工件传送装置的运行外，其余的运行外，其余动作均由动作均由主分配轴集中驱动与控制主分配轴集中驱动与控制。100机械传动集中控制系统机械传动集中控制系统1-1-齿条活塞杆齿条活塞杆 2-2-齿轮齿轮 3-3-主分配轴主分配轴 4 4圆柱凸轮圆柱凸轮 5-5-端面凸轮端面凸轮 6- 6- 锥齿轮锥齿轮 7-7-进给凸轮进给凸轮8-8-立式滑台立式滑台 9-9-卧式滑台卧