机械制造自动化技术.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流机械制造自动化技术.精品文档.自动化指采用能自动开停、调节、检测、加工和控制的机器、设备进行各种作业，以代替人力来直接操作的措施。它是机械化的高级阶段。当执行制造过程的基本动作是由机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械化在一个工序中，如果所有的基本动作都机械化了，并且使若干辅助动作也自动化起来，两工人所要做的工作只是对这一工序作总结的操作和监督，就称为工序自动化。机械制造自动化系统的构成；1.加工系统 2.工件支撑系统 3.刀具支撑系统 4.控制与管理系统刚性自动化生产线（简称刚性自动化）是用工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备

2、按一定的顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。柔性制造单元（FMC）是一种由1-3台计算机数控机床和加工中心所组成，单元中配备有某种形式的托盘交换装置或工作机器人，由单元计算机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。柔性制造系统（FMS）一般由4部分组成：两台以上的数控加工设备、一个自动化的物料及刀具储运系统、若干台辅助设备（如清洗机、测量机、排泄装置、冷却润滑装置等）和一个由多级计算机组成的控制和管理系统。自动控制的构成指令存储装置、指令控制装置、执行机构、传递及转换装置。自动控制方式开环控制方式、闭环控制方式、分散控制方式、集中控制方式、程序

3、控制方式、数字控制方式、计算机控制方式。液压控制是利用液体工作介质的压力势能实现能量的传递及控制的。作为动力传递，因压力较高，所以用小的执行机构可以输出较大的力，并且使用压力控制阀可以很容易地改变它的输出（力）。 优点：液压控制具有功率重量比大、响应速度快。它可根据机械装备的要求，对位置、速度、力等任意被控制量按一定的精度进行控制，并且能在有外干扰的情况下，也能稳定而准确地工作。缺点：某些电气元器件可靠性不高及液压元件经常漏油等，这样就使控制系统的稳定性受到影响。气动控制是以压缩空气介质进行能量和信号传递的工程技术，是实现各种生产和自动控制的重要手段之一。优点：不仅具有经济、安全、可靠、便于操

4、作等优点，而且对于改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量，具有非常重要的作用。缺点：压缩空气的工作压力一般在0.4-0.8MPa,故输出力和力矩不太大，转动功率低，且气缸的动作速度易随负载的变化而变化。电气控制是为整个生产设备和工艺过程服务的，它决定了生产设备的实用性、先进性和自动化程度的高低。它通过执行预定的控制程序，使生产设备实现规定的动作和目标，以达到正确和安全的自动工作的目的。加工设备自动化指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。实现加工设备自动化的途径:1.对半自动化加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设备的完全自

5、动化；2.对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造；3.根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的自动化加工设备，如组合机床等；4采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心等。自动化加工设备的分类：1.全（半）自动单机 2.组合机床 3.自动线（TL） 4.一般数控机床（NC） 5.加工中心（MC） 6.柔性制造单元（FMC）车削加工主要是通过车刀对随主轴一起旋转的工件的相对运动来完成金属切削工作的一种加工形式，其车削加工设备称之为车床，是所有机械加工设备中使用最早、应用最广和数量最多的设备。 车削加工自动化包括；单轴自动化、数控车床、车削中心。数控车床相对于其他车床具有精度高、

6、效率高、柔性大、可靠性好、工艺能力强等优点，并且能按模块化原则设计制造。车削中心与数控车床的区别在于车削中心的转塔刀架上带有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成型要求连续回转（不等速回转）运动和进行连续精度分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，数控机床则无这些特点。钻削自动化大部分都是在各类普通钻床的基础上，配备点位数控系统来实现的。其定位精度为+-0.02-0.1mm。数控钻床通常有立式、卧式、专门化以及钻削加工中心几种。铣削是通过回转多刃刀具对工件进行切削加工的一种手段，其相应的加工设备称为铣床。组合机床：是一种按工件加工要求和加工过程设计和制造的专用机床。其组成部件分为两大类，一类是

7、按一定的特定功能，根据标准化、系列化和通用化原则设计而成的通用部件；另一类是针对工件和加工工艺专门设计的专用部件。组合机床的自动化水平：主要是通过数控技术的应用来实现的，一般有两种情况：一种是工艺的需要。另一种是在多工序加工或多品种加工时，为了加速转换和调整而采用数控。加工中心是备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序集中加工的数控机床。通常，加工中心仅指主要完成镗铣加工的加工中心。加工中心的特点适用范围广、加工精度高、生产率高。 类型立式加工中心、卧式加工中心、五面加工中心、龙门加工中心。加工中心的典型自动化机构（1）自动换刀与刀库。加工中心的刀具存取方式有：顺序方式和随即方式两种，刀具随机

8、存取是最主要的（2）触发式测头测量系统。（3）刀具长度测量系统。（4）回转工作台 加工中心必须具有刀具库及刀具自动交换机构，刀具库通常位于机床的侧面或顶部。除了满足不同零件的加工外，还需要后备刀具，因而要求刀库的容量较大。 换刀机械手有：单臂机械手和双臂机械手，180度布置的双臂机械手应用最普遍。冲压自动化实现的一般原则1。安全生产 2。冲压件批量 3。冲压件结构 4。冲压工艺方案 5。材料规格 6。压力机型式 实现冲压自动化可以根据产品结构、生产条件、加工方式等情况采取不同的方式，一般有在通用压力机上使用自动冲模、通用自动冲压压力机、专用自动冲压机以及冲压自动线等几种。冲压自动化包括供料（件

9、）、送料、出料（件）、和废料（工件）处理等自动化环节。自动冲模就是具有自动进给、自动出件等功能的冲模。机械加工自动线（简称自动线）是一组用运输机构联系起来的由多台自动机床（或工位）、工件存放装置以及统一自动控制装置等组成的自动加工机器系统。在自动线的工作过程中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需要工人直接参与操作，自动地完成预定的加工内容。对纳入自动线机床的要求能较好地断屑和排除切屑，有较高的刀具耐用度，稳定可靠的自动工作循环，最好有较大流量的切削液系统。对容易引起动作失灵的微动限位开关应采取有效的防护。通用机床自动线的连线方式柔性连接和刚性连接。工件的输送方式：有强制

10、输送和自由输送。强制输送就是用外力使工件按一定节拍和速度进行输送。自由输送就是利用工件自重在槽型料道中滚动或滑动实现输送，或放在靠摩擦力带动的连续运动的链板上进行输送。分料方式有顺序分料和按需分料两种方式。顺序分料是将工件依次填满并联各单机和各分段料道或料仓。各单机依次序先后进入工作，这种工作方式也陈为“溢流式”。组合机床自动线是针对一个零件的全部加工要求和加工工序专门设计制成的由若干台组合机床组成的自动生产线。工件（随行夹具）输送运动的形式有：步伐式（同步）和自由流动式（非同步式），大多数组合机床自动线采用步伐式输送装置。柔性自动线组成部分1.数控机床、专用机床及组合机床 2.托板（工件）输

11、送系统 3.控制系统物流是物料的流动过程。物流按其物料性质不同，可分为工件流、工具流和配套流三种。物流系统是指工件流、工具流和配套流的移动与存储，它主要完成物料的存储、输送、装卸、管理等功能。物料系统的组成1.单机自动供料装置 2.自动线输送系统 3.FMS物料系统料仓：一般分成自重式和外力式两种结构。拱形消除机构的原因仓壁振动器使仓壁产生局部、高频微振动，破坏工件间的摩擦力和工件与仓壁间的摩擦力，从而保证工件连续地由料仓中排出。料斗的形式有往复单推板式料斗、往复管式料斗、往复半管式料斗、回转转盘销子式料斗、回转摩擦盘式料斗。板料的自动供料装置一般应具有储料、顶料、吸料、提料、移料、和释料等功

12、能，它的作用是把板料输送到加工设备的送料装置上。送料装置的作用是将供料装置送来的板料传送到加工位置。带式输送系统是一种利用连续运动且具有挠性的输送带来输送物料的输送系统。带式输送系统组成主要有输送带、驱动装置、传动滚筒、托辊、张紧装置等。特点输送带是一种环形封闭式形式，它兼有输送和承载两种功能。带式输送系统主要输送散装物料，但也能输送单件质量不大的工件。托辊按作用分为承载托辊、空载托辊、调心托辊。辊子输送系统是利用辊子的转动来输送工件的输送系统，它一般分为无动力辊子输送系统和动力辊子输送系统两类。悬挂输送系统的特点悬挂输送系统具有节省空间，更容易实现整个工艺流程的自动化。悬挂输送系统分通用悬挂

13、输送系统和积放式悬挂输送系统两种。积放式悬挂输送系统与通用悬挂输送系统相比的不同之处为：牵引件与滑架小车无固定连接，两者有各自的运行轨道；有岔道装置，滑架小车可以在有分支的输送线路上运行；设置停止器，滑架小车可以在输送线路上的任意位置停车。有轨导向小车是依靠铺设在地面上的轨道进行导向并运送工件的输送系统。随行夹具返回装置为了保证工件在各工位的定位精度或结构复杂无可靠运输基面工件的传输，一般将工件先定位夹紧在随行夹具上，工件和随行夹具一起传输，这样随行夹具必须返回到原始位置。柔性制造系统(FMS)是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据

14、制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。 其组部分为：1.加工系统 2.运储系统 3.一套计算机控制系统自动化仓库的功能在整个FMS中，当物流系统线内存储功能很小而要求有较多的存储量时，或者无人化生产时，一般都用设立自动化中央仓库来解决物料的集中存储问题。常见的有平面仓库和立体仓库。平面仓库是一种货架布置在输送平面内的仓库，它一般存储一些大型工件。布局形式有：直线形和环形。直线形的托盘存放站沿输送线直线排列；环形的由二台八工位环形储料架组成。立体仓库又称高层货架仓库，主要由高层货架、堆垛机、输送小车、控制计算机、状态检测器等组成，若有必要，还要配置信息输入设备如条形码

15、扫描器。 其布局方式有1.贯通式 2.同端出入式仿真是通过对系统模型的实验去研究一个真实系统，这个真实系统可以是现实世界中已存在的或正在设计中的系统。刀具自动化就是加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、进给等工作过程。自动化所用刀具类型有：标准刀具和专用刀具。刀具自动化一般选用原则：1.为了提高刀具的耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命的刀具材料制成的刀具。2.应选用机夹可转位刀具的结构。3.为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。4.应尽量采用各种高效刀具。自动换刀装置（ATC）是能够自动地更换加工中所用刀具的装置。换刀装置的类型主轴与刀库合为一

16、体的自动换刀装置、主轴与刀库分离的自动换刀装置。自动换刀系统一般由刀库、自动换刀装置、刀具传送装置、识刀装置等几个部分组成。刀库类型盘式刀库、链式刀库和格子式刀库。刀具的选择方式顺序选刀方式、任意选刀方式。排屑装置可采用依靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出、用压缩空气吹屑、用真空吸屑等方法。排屑装置类型带式排屑装置、刮板式排屑装置、螺旋排屑装置。检测过程自动化有在线检测和离线检测。三坐标测量机又称计算机数控三坐标测量机，是现代加工自动化系统中的测量装备。三坐标测量分加工前测量、加工后测量两种。激光测径仪，是一种非接触式测量装置。刀具的自动识别主要是在加工过程中能在线识别出切削状态（刀具磨损、破损

17、、切削缠绕以及切削颤振等）。无损探伤检测是在不破坏或损伤原材料和工件受检对象的前提下，测定和评价物质内部或外表的物理和力学性能，并包括各类缺陷和其他技术参数的综合性应用技术。无损探伤检测从应用角度来说，主要有三种形式：1.是在生产过程质量控制中的无损检测，即应用与产品的质量管理。2.是用于成品的质量控制，即用于出厂前的成品检验和用户验收检验。3.是在产品使用过程中的检测，即维护检验。无损探伤检测的常用手段有1.磁粉探伤检测 2.超声波探伤检测 3.射线探伤检测 4.涡流探伤检测 气密性检测指具有一定几何空间容器的密闭程度。对于大部分有气密性要求的检测件，气体的泄漏量是一个小量。装配自动化的目的

18、提高生产效率、降低成本、保证机械产品的装配质量和稳定性、并力求避免装配过程中受到人为因素的影响而造成质量缺陷、减轻或取代特殊条件下的人工装配劳动、降低劳动强度、保证操作安全。装配自动化的基本要求1.生产纲领稳定，且年产量大、批量大，零部件的标准化、通用化程度较高。2.产品具有较好的自动装配工艺性。3.实现装配自动化以后，经济上合理、生产成本降低。实现装配自动化的途径.借助先进技术，改进产品设计。 .研发和开发新的装配工艺和方法。 .尽快实现自动装配设备与FAS的国产化。柔性装配系统的组成灵活的物料搬运系统、零件自动供料系统、工具（手指）自动更换装置及工具库、视觉系统、基础件系统、控制系统和计算

19、机管理系统。柔性装配系统通常有两种形式1.模块积木式柔性装配系统。 2.以装配机器人为主的可编程柔性装配系统。 按其结构又可分为三种：柔性装配单元 多工位的柔性同步系统 组合结构的柔性装配系统。工业机器人工业机器人是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其他要求，实现抓取、搬运工件或操作工具的自动化装置。工业机器人的组成执行机构、控制系统、驱动系统。工业机器人的机械系统又称机械操作臂，它主要由末端执行器、手腕、手臂和机座组成；而驱动系统主要有电气、液压、气动和机械等4种方式。末端执行器是直接执行作业任务的装置，安装在执行机构的手腕或手臂的机械接口上，根据用途可分为：机械式夹持器

20、、吸附式末端执行器和专用工具等。工业机器人对驱动系统的要求1.控制要求灵活，位移和速度偏差要小； 2.驱动系统的结构应简单、重量轻、单位重量的输出功率高、效率高； 3.响应速度要快、动作平滑、不产生冲击； 4.安全可靠、操作和维护方便； 5.减小对环境的负面影响。工业机器人的驱动方式有机械式驱动系统、液压驱动系统、电气式驱动系统。柔性的概念可以表述为两个方面：一是指系统适应外部环境变化的能力；二是指系统适应内部变化的能力。柔性制造技术（FMT）：是对各种不同形状加工对象实现程序化柔性制造加工的相关技术总和。 目前按规模大小划分为：柔性制造单元（FMC）、柔性装配单元（FAC）、柔性制造线（FM

21、L）、柔性制造系统（FMS）等。其中FMS是最常用的、也是最具有代表性的柔性制造自动化系统。集成的方式有：硬件集成、软件集成、数据和信息集成、管理、技术和生产等功能集成以及人和组织机构的集成。计算机集成制造（CIMS）的概念是1973年首先有美国学者joseph harrington提出的。早期的计算机应用是从设计、制造、管理等领域独立发展起来的，等它们发展到一定程度后，却形成了一个个相互独立的“自动化孤岛”。计算机集成制造系统（CIMS），从集成角度可分为：信息集成、过程集成、企业集成三个阶段。现代制造企业赢得市场竞争的关键：上市快、质量好、成本低、服务好、环保好。精良及精益生产的特点：强调人的作用和以“人”为中心 在需求驱动下，以简化为手段，追求实效的生产方式 不断改进，以“尽善尽美”为最终目标精良生产方式：是以最少投入来获得成本低、质量高、产品投放市场快、用户满足为目标的一种生产方式。别忘了：P31的自动化加工设备的生产率分析！