机械制造自动化

机械制造自动化周水琴7/30/2005考核知识点自动化的含义、机械制造自动化的目的三种形式自动化的特点和适用场合机械制造自动化包括的主要技术方面实现机械制造自动化的步骤和关键物流概念、根本功能和主要的物流自动化设备信息、信息流的概念和根本功能、信息的存储设备CIMS的概念和主要功能模块的组成NC机床的加工原理与工作过程数控程序的编制过程与方法CNC装置的硬件结构及主要功能MC、DNC、FMC、FTL、FMS的结构特征与特点工业机器人，AGV的结构特点自动化相关概念自动化：实现作业过程的主动完成而无需或只需极少的人工参与自动化目的：省人、省力；提高质量，降低本钱；缩短开发生产周期，提高市场竞争力三种形式：刚性自动化、柔性自动化、综合自动化实施原那么：自上而下规划和自下而上实施，追求技术先进同时，不忘讲究经济实效三种自动化方式比较生产比较自动化方式项目刚性自动化柔性自动化综合自动化自动化目的省人、省力；提高质量，降低成本省人、省力；提高质量，降低成本；缩短制造周期省人、省力；提高质量，降低成本；提高工作效率和快速响应市场的能力自动化对象加工设备、工装、器械和物流加工设备、工装、器械、物流、信息加工设备、工装、器械、物流、信息流技术特点以机、电、液、气等硬件控制方式实现，变动困难，灵活性差以硬件为基础，数控软件为支持，通过改变程序软件来适应所需的控制，故具较大柔性，且易于变动以设计、制造过程自动化为基础，以计算机和网络通讯技术为手段把企业的经营、生产和工程技术诸环节集成为一体来实现，具有优质高效、快速响应市场等特点典型设备自动半自动机床、组合机床、机械手、自动线等数控机床、加工中心、工业机器人、FMC等CAD/CAM系统、MRP-II、FMS、CIMS等适用场合少品种大批量生产多品种、中小批量生产各种类型和规模生产机械制造自动化的技术内容加工作业自动化〔设备自动化〕物流自动化信息自动化管理自动化自动化技术1——设备自动化加工自动化内容：加工、装配、测量检测、清洗、包装和搬运、开发设计实现步骤：简化和标准化〔标准化〕自动化关键：完成作业的设备自动化设备自动化自动化设备分类刚性：自动机床、组合机床、自动线柔性：数控机床、加工中心刚性自动化设备设备类型特点种类普通自动化机床加工效率高，但调整复杂，改变加工对象和加工工艺时要重新制造凸轮和样板凸轮控制的单轴纵切自动车床、仿形铣床、非凸轮控制的卧式多轴自动车床、单轴转塔自动车床、多刀半自动车床组合机床工序集中，生产率高，自动化程度高，造价相对低廉通用部件：动力头部件、支承部件、输送部件、控制部件、辅助部件刚性自动线采用的加工装备专用性强，可调性低，传输装置也多具有专用性普通机床自动线、组合机床自动线、专用机床自动线、转子自动线设备自动化结论：机床专用性强，只适用于单一品种〔或少品种〕大批量生产柔性自动化设备数控机床加工中心设备自动化成型类切削类特种加工类数控机床组成及工作过程数控系统伺服系统数控装置零件图样数控程序成品零件主机进给电机其它辅助装置主轴电机位置检测数控机床工作原理加工程序计算机数控装置位置检测反馈系统速度检测伺服驱动系统辅助控制装置机床数控机床数控机床适用范围多品种，中小批量生产，也可用于单件生产功能强，柔性大，自动化程度高，适用范围广购置费用较高数控程序编程步骤编程方法编程代码数控编程步骤

修改

程

序

校

验编

写

程

序数

学

处

理分析零件图样

和

制定工艺方案数控机床数控编程步骤分析零件图样和制定加工工艺：明确加工部位，选择适宜的数控机床，设计夹具，选择刀具，确定合理的走刀路线与加工用量数学处理：根据零件图样和所确定的加工路线，计算刀具运动轨迹坐标，获得刀位数据〔cutterlocationpoint，简称CL〕编写程序：根据加工路线及计算好的刀位数据，按照所选数控系统规定的程序代码和格式，逐段编写程序单程序校验：编写好的程序可以输入数控系统，启动机床运行。但一般来说正式加工之前要对程序进行校验。可以用计算机仿真软件进行仿真，也可直接在机床上用石蜡、石磨等易切材料进行试切，以便确认程序是否正确数控机床编程方法手工编程

编程手册

刀具表

机床表

工艺规程

夹具表

工艺人员

零件图样加工程序

加

工

程

序

初

稿

编程人员

修改

数控机床编程方法手工编程一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较适宜。手工编程的特点消耗时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。数控机床编程方法自动编程自动编程方式语言输入图形输入语音输入自动编程的特点：编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。数控机床编程标准代码字符与代码

字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。数控系统只能接受二进制信息，所以必须把字符转换成8BIT信息组合成的字节，用“0〞和“1〞组合的代码来表达。国际上广泛采用两种标准代码：〔1〕ISO国际标准化组织标准代码〔2〕EIA美国电子工业协会标准代码

这两种标准的编码方法不同，在现代大多数数控机床上这两种代码都可使用。数控机床编程指令代码G——准备功能代码M——辅助功能代码F——进给功能代码S——主轴转速功能代码T——选择刀具功能代码数控机床G功能字含义表〔FANUC-0M系统〕G功能字含义表〔FANUC-0M系统〕G功能字

含义

G功能字

含义

G00快速移动点定位

G70精加工循环

G01直线插补

G71外圆粗切循环

G02顺时针圆弧插补

G72端面粗切循环

G03逆时针圆弧插补

G73封闭切削循环

G04暂停

G74深孔钻循环

G17XY平面选择

G75外径切槽循环

G18ZX平面选择

G76复合螺纹切削循环

G19YZ平面选择

G80撤销固定循环

G32螺纹切削

G81定点钻孔循环

G40刀具补偿注销

G90绝对值编程

G41刀具半径补偿——左G91增量值编程

G42刀具半径补偿——右

G92螺纹切削循环

G43刀具长度补偿——正

G94每分钟进给量

G44刀具长度补偿——负

G95每转进给量

G49刀具长度补偿注销

G96恒线速控制

G50主轴最高转速限制

G97恒线速取消

G54～G59加工坐标系设定

G98返回起始平面

G65用户宏指令

G99返回R平面

数控机床M功能字含义表〔FANUC-0M系统〕M功能字

含

义

M00程序停止

M01计划停止

M02程序停止

M03主轴顺时针旋转

M04主轴逆时针旋转

M05主轴旋转停止

M06换刀

M072号冷却液开

M081号冷却液开

M09冷却液关

M30程序停止并返回开始处

M98调用子程序

M99返回子程序

数控机床数控系统控制程序输入设备输出设备CNC装置可编程控制器〔PC〕主轴控制单元速度控制单元主轴电机机床辅助装置进给电机位置检测数控机床CNC装置CNC装置是数控系统的核心结构组成硬件：单微处理机和多微处理机两类软件：控制软件和管理软件CPU是CNC装置的核心数控机床单微处理机结构框图EPROMRAMPC接口总线CPU纸带阅读机接口I/O接口MDI/CRT接口位置控制纸带阅读机机床操作面板显示器速度控制单元M数控机床CNC装置的功能〔根本〕控制功能——可控轴数及最大可控轴数准备功能——G功能，指令机床动作方式插补功能——粗插补和精插补固定循环加工——典型加工工序预先存储进给功能——F功能主轴功能——S功能辅助功能——M功能补偿功能——刀具长度和直径补偿刀具功能和第二辅助功能——选择刀具数控机床CNC装置的功能〔选择功能〕图形显示自诊断通讯和人机对话数控机床加工中心加工中心是在一般数控机床根底上增添了刀库和自动换刀机械手装置的数控自动化设备。分类车削加工中心镗、铣削加工中心磨削加工中心冲压加工中心特点：工件毛坯一次装夹，可连续自动加工对多个加工面进行多工序加工，中间的换刀及检测均自动完成设备自动化自动化技术2——物流自动化物流概念指物料从输入制造自动化系统起，随着制造过程逐步变成最终产品〔或制成品〕，并由系统输出的整个流动过程物流系统组成物流自动化设备控制软件物流自动化自动化技术2——物流自动化根本功能：上、下料/装卸功能传输/搬运功能存储功能其它功能：识别功能和定向定位功能物流自动化自动化技术2——物流自动化物流自动化设备〔按工作原理分〕机械式气动式液压式电动式物流自动化设备〔按功能分〕上、下料/装卸自动化设备传输搬运自动化设备存储自动化设备……物流自动化上、下料/装卸自动化设备物流自动化设备类型特点使用起重和托盘交换装置大件上、下料/装卸用设备较重、大的工件上、下料/装卸用机械手只作一个自由度运动的机械夹持器中小型尺寸的圆柱形零件和具有统一尾部结构的刀具等装卸工业机器人具有很大灵活性，可作多坐标运动柔性加工、装配线的中小件的装卸自动供料器多轴自动车的数控帮料送进器用于多轴自动车的数控帮料送进器振动上料器利用振动能量移动物体原理将物料定向送入所需工位多用于自动装配线的标准小件的上料工业机器人2、控制装置1、机座3、操作机工业机器人是一种能自动定位控制，可重复编程的，多功能的、多自由度的操作机。能搬运材料、零件或操持工具，用以完成各种作业工业机器人不同于机械手。物流自动化工业机器人分类1、直角坐标式2、圆柱坐标式3、球坐标式4、关节坐标式物流自动化传输/搬运自动化设备机械传输装置装置类型：链式、滚筒式、吊挂式作用：用于加工和装配线上传输搬运大件及小的散件集装传输布局形式：直线型、盘旋型、平面型、立体型自动导向小车〔AGV〕物流自动化AGV〔自动导向小车〕分类：根据其导向方式分为有轨导向、感应式〔电磁〕导向和光学〔激光〕导向电磁和激光导向原理：预设引导线或反光带作为行走路线，AGV偏离路线时，相应传感器通过控制系统发出信号，控制导向轮正确行走物流自动化物流自动化存储自动化设备分类自动化立体仓库物料临时存储库〔如刀库、托盘库等〕自动堆垛机物流自动化信息涵义、信息流框图信息：人们对客观世界的认识并能传送被他人所感知的物质表示〔文字数据形式和图形形式〕信息自动化信息源应用采集输入信息处理信息传输信息存储信息输出信息系统信息流/系统框图机械制造信息源静态信息设计图样、CAD、CAPP、CAM图样、各种程序介质动态信息制造过程本身〔机械物理现象〕语音识别器，电、光扫描仪，数字化仪，数码相机，电容，电感，热电传感器信息采集/输入人工采集/输入法自动采集/输入法通过各种声、光、电原理工作的专门仪器，将所需的文字和图形图像信息从信息载体上采集输入刀信息系统的计算机中信息处理前置处理算术运算和逻辑运算科学运算图形、图像和语音处理后置处理信息传输与交换机内传输——铜阻导线和标准总线机外/地区内或企业内部之间传输——LAN异地远程传输——无线电波传输时必须遵守MAP通信协议、TOP通信协议、IGES、PDES信息存储指程序和数据的存储存储器分类高速缓冲存储器主存储器辅助存储器管理含义及自动化根底管理职能：方案、组织、领导、控制管理内容：方案目标、信息和资源〔人员、资金、设备和物资〕管理自动化核心——管理信息自动化管理信息自动化根底——基层作业自动化基层作业自动化包括软件〔DSS和MRP-II〕和硬件〔计算机、机、打印机、复印机等通讯设备和CAD/CAPP/CAM等设计专用设备〕两方面管理自动化MRP、MRPⅡ和ERP简介三者是企业管理信息系统开展的不同阶段MPRmaterialrequirementplanning物料需求方案MRPⅡmanufacturingresourceplanning制造企业资源方案ERPenterpriseresourceplanning企业资源方案管理自动化MRPⅡ定义定义：物流信息同资金流信息的集成。五个方案层次：管理自动化宏观决策层：

经营规划〔企业长远规划〕

生产与运作方案〔企业年度规划〕

方案层：

主生产方案〔出厂产品方案〕

物料需求方案〔加工和采购方案〕

执行层：

车间控制〔控制方案的执行〕系统采用Delphi+MSSQL大型数据库开发而成，由16个子系统构成面向离散制造型企业的管理信息系统MRPⅡ地位MRPⅡ与其他子系统联系密切管理与设计、制造相联系的重要枢纽CIMS信息集成的核心环节管理自动化常见机械制造柔性自动化系统MC(加工中心)DNC〔直接数控系统〕FMC〔柔性制造单元〕FTL〔柔性生产线〕FMS〔柔性制造系统〕CIMS〔计算机集成制造系统〕DNC系统结构一台计算机通过接口装置直接控制多台数控机床工作的系统，也叫“群控系统〞DNC主计算机12345工厂主干网通信网DNC接口NC机床DNC系统优点较高的机床开动率和工作可靠性管控一体开放式系统可独立使用，也可构成FMS或CIMS的一局部FMCFMC是由1~2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS特点：实现单机柔性化及自动化FMC特点类型有无物料暂存储库、自动上下料装置有无通讯功能是否可无人看管CNC无无否MC除刀库外，其余无无一次装夹可连续加工多个加工面FMC有有是FML(柔性线生产)组成：具有自动更换多轴头或更换刀具的数控组合机床为核心的多台设备组成，由计算机统一控制并实现固定节拍加工的系统类型机床数量传送系统加工效率柔性程度FMC1－2台CNC或MC灵活多样（直线、圆弧、环形）低高FML10～20台数控组合机床固定不变的直线型布局高低FMC与FTL比较FMS组成加工制造系统：以加工中心、车削中心或CNC机床为核心，辅之相应的上下料、加工清洗和检测设备物料储运系统：一般由装卸站、运输设备和物料存储库组成计算机控制系统：FMS的核心局部。主要由控制系统、监测系统及控制和管理软件组成柔性自动化制造系统的典型代表FMS控制系统结构机器人铣床零件存储器检验机机器人零件存储器机器人小车托盘库机器人铣销工作站检验工作站物料贮运工作站1＃虚拟单元n＃虚拟单元加工车间装配车间工厂工厂级车间级FMS主控计算机单元级工作站级〔PLC〕设备级…………机床控制物料储运控制监控系统检测设备控制自动化仓库控制其他控制作业计划静态调度，过程管理动态调度质量管理库存管理工具管理其他FMS的控制与管理应用软件体系控制软件方案管理软件工程软件数据库检索软件仿真软件通信软件其他FMS主要特征实现了信息流和物料的自动化处理并协同工作由三个自动化系统〔加工自动化、物料自动化、信息控制自动化〕组成的柔性自动化整体可实现多品种小批量乃至单件混流的经济加工可实现长时间〔16～48小时〕的无人看管加工CIMS(计算机集成制造系统)定义：CIMS是以相对独立的生产经营实体——企业为对象，以市场需求及资源为输入，以投放市场的产品为输出，以整体动态优化为目标，在系统科学的指导下，以计算机和网络通讯技术为手段，