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1、機械制造自動化,周水琴 7/30/2005,考核知識點,自動化的含義、機械制造自動化的目的 三種形式自動化的特點和適用場合 機械制造自動化包括的主要技術方面 實現(xiàn)機械制造自動化的步驟和關鍵 物流概念、基本功能和主要的物流自動化設備 信息、信息流的概念和基本功能、信息的存儲設備 CIMS的概念和主要功能模塊的組成 NC機床的加工原理與工作過程 數(shù)控程序的編制過程與方法 CNC裝置的硬件結構及主要功能 MC、DNC、FMC、FTL、FMS的結構特征與特點 工業(yè)機器人，AGV的結構特點,自動化相關概念,自動化：實現(xiàn)作業(yè)過程的主動完成而無需或只需極少的人工參與 自動化目的：省人、省力；提高質(zhì)量，降低成

2、本；縮短開發(fā)生產(chǎn)周期，提高市場競爭力 三種形式：剛性自動化、柔性自動化、綜合自動化 實施原則：自上而下規(guī)劃和自下而上實施，追求技術先進同時，不忘講究經(jīng)濟實效,三種自動化方式比較生產(chǎn),機械制造自動化的技術內(nèi)容,加工作業(yè)自動化（設備自動化） 物流自動化 信息自動化 管理自動化,自動化技術1設備自動化,,加工自動化內(nèi)容：加工、裝配、測量檢測、清洗、包裝和搬運、開發(fā)設計 實現(xiàn)步驟： 簡化和標準化（規(guī)范化） 自動化 關鍵：完成作業(yè)的設備自動化,設備自動化,自動化設備分類 剛性：自動機床、組合機床、自動線 柔性：數(shù)控機床、加工中心,剛性自動化設備,設備自動化,,結論：機床專用性強，只適用于單一品種（或少品

3、種）大批量生產(chǎn),,柔性自動化設備,數(shù)控機床 加工中心,設備自動化,,成型類,切削類,特種加工類,數(shù)控機床組成及工作過程,零件圖樣,數(shù)控程序,成品零件,數(shù)控機床工作原理,數(shù)控機床,數(shù)控機床適用范圍,多品種，中小批量生產(chǎn)，也可用于單件生產(chǎn) 功能強，柔性大，自動化程度高，適用范圍廣 購置費用較高,數(shù)控程序,編程步驟 編程方法 編程代碼,數(shù)控編程步驟,,,,,,,修改,,程序校驗,,編寫程序,,數(shù)學處理,,分析零件圖樣和制定工藝方案,,數(shù)控機床,數(shù)控編程步驟,分析零件圖樣和制定加工工藝：明確加工部位，選擇合適的數(shù)控機床，設計夾具，選擇刀具，確定合理的走刀路線與加工用量 數(shù)學處理：根據(jù)零件圖樣和所確定的

4、加工路線，計算刀具運動軌跡坐標，獲得刀位數(shù)據(jù)（cutter location point，簡稱CL） 編寫程序：根據(jù)加工路線及計算好的刀位數(shù)據(jù)，按照所選數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的程序代碼和格式，逐段編寫程序單 程序校驗：編寫好的程序可以輸入數(shù)控系統(tǒng)，啟動機床運行。但一般來說正式加工之前要對程序進行校驗。可以用計算機仿真軟件進行仿真，也可直接在機床上用石蠟、石磨等易切材料進行試切，以便確認程序是否正確,數(shù)控機床,編程方法手工編程,,,,,,,,,,,編程手冊,,,,,,,,數(shù)控機床,編程方法手工編程,一般對幾何形狀不太復雜的零件，所需的加工程序不長，計算比較簡單，用手工編程比較合適。 手工編程的特點 耗費時

5、間較長，容易出現(xiàn)錯誤，無法勝任復雜形狀零件的編程。,數(shù)控機床,編程方法自動編程,自動編程方式 語言輸入 圖形輸入 語音輸入 自動編程的特點：編程工作效率高，可解決復雜形狀零件的編程難題。,數(shù)控機床,編程標準代碼,字符與代碼字符是用來組織、控制或表示數(shù)據(jù)的一些符號，如數(shù)字、字母、標點符號、數(shù)學運算符等。數(shù)控系統(tǒng)只能接受二進制信息，所以必須把字符轉換成8BIT信息組合成的字節(jié)，用“0”和“1”組合的代碼來表達。國際上廣泛采用兩種標準代碼： （1） ISO國際標準化組織標準代碼 （2） EIA美國電子工業(yè)協(xié)會標準代碼這兩種標準的編碼方法不同，在現(xiàn)代大多數(shù)數(shù)控機床上這兩種代碼都可使用。,數(shù)控機床,編程

6、指令代碼,G準備功能代碼 M輔助功能代碼 F進給功能代碼 S主軸轉速功能代碼 T選擇刀具功能代碼,數(shù)控機床,G功能字含義表（FANUC-0M系統(tǒng)）,G功能字含義表（FANUC-0M系統(tǒng)）,數(shù)控機床,M功能字含義表（FANUC-0M系統(tǒng)）,數(shù)控機床,數(shù)控系統(tǒng),控制程序,輸入設備,輸出設備,CNC裝置,可編程控制器（PC）,主軸控制單元,速度控制單元,,,,,,,,,,,,,數(shù)控機床,,CNC裝置,CNC裝置是數(shù)控系統(tǒng)的核心 結構組成 硬件：單微處理機和多微處理機兩類 軟件：控制軟件和管理軟件 CPU是CNC裝置的核心,,數(shù)控機床,單微處理機結構框圖,EPROM,RAM,PC接口,總線,CPU,紙

7、帶閱讀機接口,I/O接口,MDI/CRT接口,位置控制,紙帶閱讀機,機床,操作面板,顯示器,速度控制單元,M,,,,,,,,,,,,,數(shù)控機床,,CNC裝置的功能（基本）,控制功能可控軸數(shù)及最大可控軸數(shù) 準備功能G功能，指令機床動作方式 插補功能粗插補和精插補 固定循環(huán)加工典型加工工序預先存儲 進給功能F功能 主軸功能S功能 輔助功能M功能 補償功能刀具長度和直徑補償 刀具功能和第二輔助功能選擇刀具,數(shù)控機床,CNC裝置的功能（選擇功能）,圖形顯示 自診斷 通訊和人機對話,數(shù)控機床,加工中心,加工中心是在一般數(shù)控機床基礎上增添了刀庫和自動換刀機械手裝置的數(shù)控自動化設備。 分類 車削加工中心 鏜

8、、銑削加工中心 磨削加工中心 沖壓加工中心 特點：工件毛坯一次裝夾，可連續(xù)自動加工對多個加工面進行多工序加工，中間的換刀及檢測均自動完成,設備自動化,自動化技術2物流自動化,物流概念 指物料從輸入制造自動化系統(tǒng)起，隨著制造過程逐步變成最終產(chǎn)品（或制成品），并由系統(tǒng)輸出的整個流動過程 物流系統(tǒng)組成 物流自動化設備 控制軟件,物流自動化,自動化技術2物流自動化,基本功能： 上、下料/裝卸功能 傳輸/搬運功能 存儲功能 其它功能：識別功能和定向定位功能,物流自動化,自動化技術2物流自動化,物流自動化設備（按工作原理分） 機械式 氣動式 液壓式 電動式 物流自動化設備（按功能分） 上、下料/裝卸自動化

9、設備 傳輸搬運自動化設備 存儲自動化設備 ,物流自動化,上、下料/裝卸自動化設備,物流自動化,工業(yè)機器人,工業(yè)機器人是一種能自動定位控制，可重復編程的，多功能的、多自由度的操作機。能搬運材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè) 工業(yè)機器人不同于機械手。,物流自動化,工業(yè)機器人分類,1、直角坐標式,2、圓柱坐標式,3、球坐標式,4、關節(jié)坐標式,物流自動化,傳輸/搬運自動化設備,機械傳輸裝置 裝置類型：鏈式、滾筒式、吊掛式 作用：用于加工和裝配線上傳輸搬運大件及小的散件集裝傳輸 布局形式：直線型、回旋型、平面型、立體型,自動導向小車（AGV）,物流自動化,AGV（自動導向小車）,分類：根據(jù)其導向方式

10、分為有軌導向、感應式（電磁）導向和光學（激光）導向 電磁和激光導向原理：預設引導線或反光帶作為行走路線，AGV偏離路線時，相應傳感器通過控制系統(tǒng)發(fā)出信號，控制導向輪正確行走,物流自動化,,物流自動化,存儲自動化設備,分類 自動化立體倉庫 物料臨時存儲庫（如刀庫、托盤庫等） 自動堆垛機,物流自動化,信息涵義、信息流框圖,信息：人們對客觀世界的認識并能傳送被他人所感知的物質(zhì)表示（文字數(shù)據(jù)形式和圖形形式）,信息自動化,信息源,應用,,信息流/系統(tǒng)框圖,機械制造信息源,靜態(tài)信息 設計圖樣、CAD、CAPP、CAM圖樣、各種程序介質(zhì) 動態(tài)信息 制造過程本身（機械物理現(xiàn)象）,語音識別器，電、光掃描儀，數(shù)字

11、化儀，數(shù)碼相機，電容，電感，熱電傳感器,信息采集/輸入,人工采集/輸入法 自動采集/輸入法 通過各種聲、光、電原理工作的專門儀器，將所需的文字和圖形圖像信息從信息載體上采集輸入刀信息系統(tǒng)的計算機中,,信息處理,前置處理 算術運算和邏輯運算 科學運算 圖形、圖像和語音處理 后置處理,信息傳輸與交換,機內(nèi)傳輸銅阻導線和標準總線 機外/地區(qū)內(nèi)或企業(yè)內(nèi)部之間傳輸LAN 異地遠程傳輸無線電波 傳輸時必須遵守MAP通信協(xié)議、TOP通信協(xié)議、IGES、PDES,信息存儲,指程序和數(shù)據(jù)的存儲 存儲器分類 高速緩沖存儲器 主存儲器 輔助存儲器,管理含義及自動化基礎,管理職能：計劃、組織、領導、控制 管理內(nèi)容：計

12、劃目標、信息和資源（人員、資金、設備和物資） 管理自動化核心管理信息自動化 管理信息自動化基礎基層作業(yè)自動化 基層作業(yè)自動化包括軟件（DSS和MRP-II）和硬件（計算機、傳真機、打印機、復印機等通訊設備和CAD/CAPP/CAM等設計專用設備）兩方面,管理自動化,MRP、MRP和ERP簡介,三者是企業(yè)管理信息系統(tǒng)發(fā)展的不同階段 MPR material requirement planning物料需求計劃 MRP manufacturing resource planning制造企業(yè)資源計劃 ERP enterprise resource planning企業(yè)資源計劃,管理自動化,MRP定

13、義,定義：物流信息同資金流信息的集成。 五個計劃層次：,管理自動化,宏觀決策層： 經(jīng)營規(guī)劃（企業(yè)長遠規(guī)劃） 生產(chǎn)與運作計劃（企業(yè)年度規(guī)劃） 計劃層： 主生產(chǎn)計劃（出廠產(chǎn)品計劃） 物料需求計劃（加工和采購計劃） 執(zhí)行層： 車間控制（控制計劃的執(zhí)行）,,系統(tǒng)采用Delphi+MSSQL大型數(shù)據(jù)庫開發(fā)而成，由16個子系統(tǒng)構成 面向離散制造型企業(yè)的管理信息系統(tǒng),MRP 地位,MRP 與其他子系統(tǒng)聯(lián)系密切 管理與設計、制造相聯(lián)系的重要樞紐 CIMS信息集成的核心環(huán)節(jié),管理自動化,常見機械制造柔性自動化系統(tǒng),MC(加工中心) DNC（直接數(shù)控系統(tǒng)） FMC（柔性制造單元） FTL（柔性生產(chǎn)線） FMS（柔

14、性制造系統(tǒng)） CIMS（計算機集成制造系統(tǒng)）,DNC系統(tǒng)結構,一臺計算機通過接口裝置直接控制多臺數(shù)控機床工作的系統(tǒng)，也叫“群控系統(tǒng)”,DNC系統(tǒng)優(yōu)點,較高的機床開動率和工作可靠性 管控一體 開放式系統(tǒng) 可獨立使用，也可構成FMS或CIMS的一部分,FMC,FMC 是由12 臺加工中心、工業(yè)機器人、數(shù)控機床及物料運送存貯設備構成，具有適應加工多品種產(chǎn)品的靈活性。 FMC 可視為一個規(guī)模最小的FMS 特點：實現(xiàn)單機柔性化及自動化,FMC特點,FML(柔性線生產(chǎn)),組成：具有自動更換多軸頭或更換刀具的數(shù)控組合機床為核心的多臺設備組成，由計算機統(tǒng)一控制并實現(xiàn)固定節(jié)拍加工的系統(tǒng),FMC與FTL比較,FM

15、S,組成 加工制造系統(tǒng)：以加工中心、車削中心或CNC機床為核心 ，輔之相應的上下料、加工清洗和檢測設備 物料儲運系統(tǒng)：一般由裝卸站、運輸設備和物料存儲庫組成 計算機控制系統(tǒng)： FMS的核心部分。主要由控制系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)及控制和管理軟件組成,柔性自動化制造系統(tǒng)的典型代表,,,FMS控制系統(tǒng)結構,銑銷工作站,檢驗工作站,物料貯運工作站,1虛擬單元,n虛擬單元,加工車間,裝配車間,工廠,,,,,工廠級,車間級,FMS主控計算機,單元級,工作站級 （PLC）,設備級,,,,,,FMS的控制與管理應用軟件體系,控制軟件,計劃管理軟件,工程軟件,FMS主要特征,實現(xiàn)了信息流和物料的自動化處理并協(xié)同工作 由

16、三個自動化系統(tǒng)（加工自動化、物料自動化、信息控制自動化）組成的柔性自動化整體 可實現(xiàn)多品種小批量乃至單件混流的經(jīng)濟加工 可實現(xiàn)長時間（1648小時）的無人看管加工,CIMS(計算機集成制造系統(tǒng)),定義：CIMS是以相對獨立的生產(chǎn)經(jīng)營實體企業(yè)為對象，以市場需求及資源為輸入，以投放市場的產(chǎn)品為輸出，以整體動態(tài)優(yōu)化為目標，在系統(tǒng)科學的指導下，以計算機和網(wǎng)絡通訊技術為手段，在作業(yè)過程簡化，標準化和自動化的集成上，把企業(yè)的經(jīng)營、生產(chǎn)和工程技術諸環(huán)節(jié)集成為一體的開放式閉環(huán)系統(tǒng),CIM的功能模塊,,CAD CAE 成組技術 CAPP 數(shù)控程序,MRP-II 分布式管理 仿真 成本管理 預防性維護,單元控制器

17、 質(zhì)量檢測與控制 AGV和傳輸系統(tǒng) CNC/RC 自動化倉庫 FMS,CIMS層次結構,銑銷工作站,檢驗工作站,物料貯運工作站,1虛擬單元,n虛擬單元,加工車間,裝配車間,工廠,,,,,工廠級,車間級,FMS主控計算機,單元級,工作站級 （PLC）,設備級,,,CIMS各層的主要功能和特征,,,,,,,,,,CIMS四大活動體系,工程體系CAD、CAPP、CAM 制造體系CNC、FMS、物料、信息流 管理體系MRP-基礎上的改進 質(zhì)量體系質(zhì)量信息采集、管理、反饋和 控制,,與FMS相比，CIMS的規(guī)模更大 增加了產(chǎn)品設計與工藝設計的工程功能模塊和活動的內(nèi)容 CIMS可成為未來機械制造柔性自動化工廠的模型,練習題,實施機械制造自動化的基本原則是什么？ 說明NC、MC、FMC、FMS間最明顯的差別。 試述實現(xiàn)機械制造自動化的目的和意義。,幾種柔性自動化系統(tǒng)的經(jīng)濟適用范圍,