1、机械制造自动化周水琴7/30/2005考核知识点v自动化的含义、机械制造自动化的目的v三种形式自动化的特点和适用场合v机械制造自动化包括的主要技术方面v实现机械制造自动化的步骤和关键v物流概念、基本功能和主要的物流自动化设备v信息、信息流的概念和基本功能、信息的存储设备vCIMS的概念和主要功能模块的组成vNC机床的加工原理与工作过程v数控程序的编制过程与方法vCNC装置的硬件结构及主要功能vMC、DNC、FMC、FTL、FMS的结构特征与特点v工业机器人，AGV的结构特点自动化相关概念v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v自动化目的：省人、省力；提高质量，降低成本；缩短
2、开发生产周期，提高市场竞争力v三种形式：刚性自动化、柔性自动化、综合自动化v实施原则：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
3、，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v加工作业自动化（设备自动化）v物流自动化v信息自动化v管理自动化自动化技术1设备自动化v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v实现步骤：简化和标准化（规范化）自动化v关键：完
4、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设备类型特点特点种类种类普通自动化机床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
5、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v数控机床v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数控系统伺服伺服系统系统数控数控装置装置零零件件图图样样数数控控程程序序成品成品零件零件主机主机进给进给电机电机其它其它辅助辅助装置装置主轴主轴电机电机位置检测位置检测数控机床工作原理加加工工程程序序计计算算机机数数控控装装置置位置检测位置检测反馈系统反馈系统速度检测速度检测伺服驱动系统伺服驱动系统辅助控制装置辅助控制装置机机床床数控机床数控机床适用范围v多品种，中小批量生产，也可用于单件生产v功能强，柔性大，自动化程度高，适用范围广v
6、购置费用较高数控程序v编程步骤v编程方法v编程代码数控编程步骤 修改修改 程程序序校校验验编编写写程程序序数数学学处处理理分析零件分析零件图样图样和和制定工艺制定工艺方案方案数控机床数控编程步骤v分析零件图样和制定加工工艺分析零件图样和制定加工工艺：明确加工部位，选择合适的数控机床，设计夹具，选择刀具，确定合理的走刀路线与加工用量v数学处理：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（cutter location point，简称CL）v编写程序：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v程序校验：程序校
7、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 编程编程手册手册 刀刀具具表表 机机床床表表 工工艺艺规规程程 夹夹具具表表 工工艺艺人人员员 零零件件图图样样加加工工程程序序 加加工工程程序序初初稿稿 编编程程人人员员 修改修改 数控机床编程方法手工编程v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，用手工编程比较合适。v手工编程的特点耗费时间较长，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
8、程v自动编程方式语言输入图形输入语音输入v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v字符与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vG准备功能代码vM辅助功能代码vF进给功能代码vS主轴转速功能代码vT选
9、择刀具功能代码数控机床G功能字含义表（功能字含义表（FANUC-0M系统）系统）G功能字含义表（功能字含义表（FANUC-0M系统）系统）G功能字功能字 含义含义 G功能字功能字 含义含义 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 G17 XY平面选择 G75 外径切槽循环 G18 ZX平面选择 G76 复合螺纹切削循环 G19 YZ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 G
10、90 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 G54G59 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功能字功能字 含含 义义 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 M07
11、2号冷却液开 M08 1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vCNC装置是数控系统的核心v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vCPU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（基本）v控制功能可控轴数及最大
12、可控轴数v准备功能G功能，指令机床动作方式v插补功能粗插补和精插补v固定循环加工典型加工工序预先存储v进给功能F功能v主轴功能S功能v辅助功能M功能v补偿功能刀具长度和直径补偿v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）v图形显示v自诊断v通讯和人机对话数控机床加工中心v加工中心是在一般数控机床基础上增添了刀库和自动换刀机械手装置的数控自动化设备。v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v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v物流概念指物料从输入制造自动化系统起，随
13、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v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v基本功能：上、下料/装卸功能传输/搬运功能存储功能v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v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v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设备类型特特 点点使使 用用起重和托盘交 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
14、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v机械传输装置装置类型：链式、滚筒式、吊挂
15、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、回旋型、平面型、立体型v自动导向小车（AGV）物流自动化AGV（自动导向小车）v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v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v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v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
16、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v静态信息设计图样、CAD、CAPP、CAM图样、各种程序介质v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v人工采集/输入法v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v前置处理v算术运算和逻辑运算v科学运算v图形、图像和语音处理v后置处理信息传输与交换v机内传输铜阻导线和标准总线v机外/地区内或企业内部之间传输LANv异地远程传输无线电波v传输时必须遵守MAP通信协议、TOP通
17、信协议、IGES、PDES信息存储v指程序和数据的存储v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基础v管理职能：计划、组织、领导、控制v管理内容：计划目标、信息和资源（人员、资金、设备和物资）v管理自动化核心管理信息自动化v管理信息自动化基础基层作业自动化v基层作业自动化包括软件（DSS和MRP-II）和硬件（计算机、传真机、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、MRP和和ERP简介简介v三者是企业管理信息系统发展的不同阶段vMPR material requirement planning物料需求计划 vMRPmanufa
18、cturing resource planning制造企业资源计划vERP enterprise resource planning企业资源计划管理自动化MRP定义定义v定义：物流信息同资金流信息的集成。v五个计划层次：管理自动化宏观决策层：宏观决策层：经营规划（企业长远规划）生产与运作计划（企业年度规划）计划层：计划层：主生产计划（出厂产品计划）物料需求计划（加工和采购计划）执行层：执行层：车间控制（控制计划的执行）v系统采用Delphi+MSSQL大型数据库开发而成，由16个子系统构成v面向离散制造型企业的管理信息系统MRP 地位vMRP 与其他子系统联系密切v管理与设计、制造相联系的重要
19、枢纽vCIMS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vMC(加工中心)vDNC（直接数控系统）vFMC（柔性制造单元）vFTL（柔性生产线）vFMS（柔性制造系统）vCIMS（计算机集成制造系统）DNC系统结构v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v较高的机床开动率和工作可靠性v管控一体v开放式系统v可独立使用，也可构成FMS或CIMS的一部分FMCvFMC 是由12 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。vFMC 可视为一
20、个规模最小的FMSv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)v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类型机床数量机床数量传送系统传送系统加工效率加工效率柔性程度柔性程度FMC12台CNC或MC灵活多样（直线、圆弧、环形）低高FML1020台数控组合机床固定不变的直线型布局高低FMC与FTL比较 FMSv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
21、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的核心部分。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计划管理软件工程软件数据库检索软件仿真
22、软件通信软件其他FMS主要特征v实现了信息流和物料的自动化处理并协同工作v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v可实现多品种小批量乃至单件混流的经济加工v可实现长时间（1648小时）的无人看管加工CIMS(计算机集成制造系统)v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，在作业过程简化，标准化和自动化的集成上，把企业的经营、生产和工程技术诸环节集成为一体的开放式闭环系统CIM的功能模块设计与工艺模块（TIS）制造模块（MAS）
23、管理模块（MIS）信息技术模块数据库管理硬件网络软件CADCAE成组技术CAPP数控程序MRP-II分布式管理仿真成本管理预防性维护单元控制器质量检测与控制AGV和传输系统CNC/RC自动化仓库FMSCIMS层次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CIMS各层的主要功能和特征层级别层级别 主要功能主要功能特征特征信息信息时间层次时间层次不确定性不确定性工工 厂厂计划抽象长远大车车 间间管理单单 元元支持工作站工作站协调设设 备备执行具体实时小CIMS四大活动体系v工程体系CAD、CAPP、CAMv制造体系CNC、FMS、物料、信息流v管理体系MRP-基础上的改进v质量体系质量信息采集、管理、反馈和 控制v与FMS相比，CIMS的规模更大v增加了产品设计与工艺设计的工程功能模块和活动的内容vCIMS可成为未来机械制造柔性自动化工厂的模型练习题v实施机械制造自动化的基本原则是什么？v说明NC、MC、FMC、FMS间最明显的差别。v试述实现机械制造自动化的目的和意义。几种柔性自动化系统的经济适用范围100010010101000100品种数产品数低 柔性 高高 生产率低自动线FMLFMSFMCMC普通或NC机床
