08第四章制造自动化技术数控机床

1、第四章 制造自动化技术,第一节 制造自动化技术,一、制造自动化技术概论,制造自动化的概念的动态发展过程: 过去：以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。实质是自动化代替人的体力劳动的观点。 后来：自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。,制造自动化的广义内涵,形式方面：1、代替人的体力劳动。2、代替或辅助人的脑力劳动。3、制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化； 功能方面：制造自动化的功能目标多样化，其功能目标可用TQCSE模型描述，其中T表示时间(Time)，Q表示质量(Quality)，C表示成本(C

2、ost)，S表示服(Service)，E表示环境友善性(Environment)。 范围方面：制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，且涉及产品生命周期所有过程。,二、制造自动化技术的发展历程,第一阶段：刚性自动化机床和自动化生产线（40-50年代） 第二阶段：数字控制技术应用（50-70年代） 第三阶段：柔性制造（70-80年代） 第四阶段：计算机集成制造（80- ）,三、制造自动化技术研究热点,1、制造系统中的集成技术和系统技术 集成技术包括制造系统中的信息集成和功能集成技术、过程集成技术、企业间集成技术等； 系统技术包括制造系统分析技术、制造系统建模技术、制造系统运筹技术、制造系统管理技术

3、和制造系统优化技术等。,三、制造自动化技术研究热点,2、更加注重研究制造自动化系统中人的作用的发挥 提出了“人机一体化制造系统”、“以人为中心的制造系统”等新思想，其内涵就是发挥人的核心作用,三、制造自动化技术研究热点,3、单元系统的研究仍然占有重要的位置 单元系统是以一台或多台数控加工设备和物料储运系统为主体，在计算机统一控制管理下，可进行多品种、中小批量零件自动化加工生产的机械加工系统的总称。 4、制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见 5、柔性制造技术的研究向着深度和广义发展,三、制造自动化技术研究热点,6、适应现代生产模式的制造环境研究的兴起 及时制生产(Just i

4、n time)、 并行工程(Concurrent engineering)、 精良生产(Lean production)、 敏捷制造(Agile manufacturing) 7、底层加工系统的智能化和集成化研究越来越活跃,四、 制造自动化技术的发展趋势,未来先进制造技术发展的总趋势是向精密化、柔性化、网络化、虚拟化、智能化、清洁化、集成化、全球化的方向发展。,四、 制造自动化技术的发展趋势,1、信息技术对先进制造技术的发展起着越来越重要的作用 2、设计技术不断现代化 设计手段的计算机化 新的设计思想和方法不断出现 向全生命周期设计发展 设计过程由单纯考虑技术因素转向综合考虑技术、经济和社会因

5、素,3、成形及改进制造技术向精密、精确、少能耗、无污染方向发展。 成形制造技术是铸造、塑性加工、连接、粉末冶金等单元技术的总称。,四、 制造自动化技术的发展趋势,4、加工制造技术向着超精密、超高速以及发展新一代制造装备的方向发展 超精密加工技术 超高速切削 新一代制造装备的发展,四、 制造自动化技术的发展趋势,5、工艺由技艺发展为工程科学，工艺模拟技术得到迅速发展 6、专业、学科间的界限逐渐淡化、消失,四、 制造自动化技术的发展趋势,7、绿色制造将成为21世纪制造业的重要特征 绿色产品设计技术 绿色制造技术 产品的回收和循环再制造,四、 制造自动化技术的发展趋势,8、虚拟现实技术在制造业中获得

6、越来越多的应用 9、信息技术、管理技术与工艺技术紧密结合，先进制造生产模式获得不断发展,四、 制造自动化技术的发展趋势,五、制造自动化的关键技术,1集成化技术。强调“多集成”的概念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成、资源集成、过程集成、技术集成及人员集成。 2智能化技术。应用人工智能技术实现产品生命周期、生产过程各个环节的智能化、并实现人与制造系统的融合及人的智能的充分发挥。,五、制造自动化的关键技术,3网络技术。网络技术包括硬件与软件的实现。各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等。 4分布式并行处理技术。该技术实现制造系统中各种问题的协同求解，获得系统的全局最

7、优解，进而实现系统的最优决策。,五、制造自动化的关键技术,5多学科、多功能综合产品开发技术。机械科学、电磁学、光学、控制理论等技术与经济、人文、社会等方面因素的综合。以追求机电产品动静特性、效率、精度、使用寿命、可靠性、制造成本与制造周期的最佳组合。 6虚拟现实技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机仿真技术，实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真。,五、制造自动化的关键技术,7人一机一环境系统技术。将人、机器和环境作为一个系统来研究，发挥系统的最佳效益。研究的重点是：人机环境的体系结构及集成技术、人在系统中的作用及发挥、人机柔性交互技术、人机智能接口技术、清洁制造等。,制

8、造自动化装备,数控机床,一、现代数控加工发展历程,数控系统发展阶段： 分立式晶体管式小规模集成电路式大规模集成电路式小型计算机式超大规模集成电路微机式的数控系统。 数控系统发展趋势： 新一代数控系统采用开放式体系结构 新一代数控系统控制性能大大提高,二、CNC系统的组成及结构特点,（一）数控机床的组成: 数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。,数控机床的组成,1、机床本体 加强刚性、减小热变形、提高精度等。 2、CNC装置 主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻

9、辑电路以及与CNC系统的其他组成部分联系的接口等。 3、输入/输出设备 键盘、磁盘机、CRT显示器或点阵式液晶显示器等。,数控机床的组成,4、伺服单元 伺服单元把来自CNC装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。 5、驱动装置 驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动。,数控机床的组成,6、 可编程控制器 PLC与CNC协调配合，共同完成对数控机床的控制。数控机床的PLC一般分为两类：内装型(或集成型)PLC、独立型( 或外装型)PLC。 7、测量装置 也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。,加工中心,加工中心是一种备有刀库并能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效数控机床。,加工中心特点,工序集中、自动化程度高，可减少工件装夹次数，避免工件多次定位所产生的累积误差，