【正文】 1第第 4章章 柔性自動化制造技術(shù)柔性自動化制造技術(shù)與裝備與裝備本章要點 概述數(shù)控加工技術(shù)工業(yè)機(jī)器人柔性制造系統(tǒng)2第第 4章章 制造自動化技術(shù)制造自動化技術(shù)Manufacturing Automation Technology 概述概述Introduction課程課程 “先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) ”3216。計算機(jī)輔助設(shè)計（計算機(jī)輔助設(shè)計（ CAD））216。計算機(jī)輔助產(chǎn)品工程（計算機(jī)輔助產(chǎn)品工程（ CAE）） 216。計算機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（計算機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（ PDM））制造技術(shù)的自動化制造技術(shù)的自動化 ◆◆ 產(chǎn)品設(shè)計自動化產(chǎn)品設(shè)計自動化 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵◆◆ 企業(yè)管理自動化企業(yè)管理自動化 216。企業(yè)企業(yè) ERP（（ Enterprise Resource Planning））◆◆ 加工過程自動化加工過程自動化 216。包括各種計算機(jī)控制技術(shù)，如包括各種計算機(jī)控制技術(shù)，如 CNC、 DNC、自動存儲和、自動存儲和運輸設(shè)備、自動檢測和監(jiān)控設(shè)備等運輸設(shè)備、自動檢測和監(jiān)控設(shè)備等 ◆◆ 質(zhì)量控制自動化質(zhì)量控制自動化 216。計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（計算機(jī)輔助工藝設(shè)計（ CAPP））216。計算機(jī)輔助制造（計算機(jī)輔助制造（ CAM））216。如計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（如計算機(jī)集成制造系統(tǒng)（ CIMS）、敏捷制造（）、敏捷制造（ AM）、并）、并行工程等行工程等 。制造系統(tǒng)的自動化制造系統(tǒng)的自動化 4216。自動單機(jī)和剛性自動線；本階段在自動單機(jī)和剛性自動線；本階段在 20世紀(jì)世紀(jì) 40～～ 50年代已年代已相當(dāng)成熟。相當(dāng)成熟。 216。特征特征 :高生產(chǎn)率和剛性結(jié)構(gòu)，很難實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的改變。高生產(chǎn)率和剛性結(jié)構(gòu)，很難實現(xiàn)生產(chǎn)產(chǎn)品的改變。 216。引入的新技術(shù)有繼電器程序控制、組合機(jī)床等。引入的新技術(shù)有繼電器程序控制、組合機(jī)床等。制造自動化技術(shù)的發(fā)展歷程制造自動化技術(shù)的發(fā)展歷程 ◆◆ 第一階段第一階段 (1913) ：剛性自動化：剛性自動化◆◆ 第二階段第二階段 (1930) ：數(shù)控加工：數(shù)控加工216。NC和和 CNC ；本階段的；本階段的 NC在在 20世紀(jì)世紀(jì) 50～～ 70年代已成熟，年代已成熟，但到了但到了 70~80年代，年代， CNC取代了取代了 NC。 216。特征特征 :柔性好、加工質(zhì)量高，適應(yīng)于多品種、中小批量柔性好、加工質(zhì)量高，適應(yīng)于多品種、中小批量 (包括單件包括單件 )產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn) 。 216。引入的新技術(shù)有數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)編程技術(shù)等。引入的新技術(shù)有數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)編程技術(shù)等。 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵5主要技術(shù)：成組技術(shù) (GT)、計算機(jī)直接數(shù)控和分布式數(shù)控 (DNC)、柔性制造單元 (FMC)、柔性制造系統(tǒng) (FMS)、柔性加工線 (FML)、離散系統(tǒng)理論和方法、仿真技術(shù)、車間計劃與控制、制造過程監(jiān)控技術(shù)、計算機(jī)控制與通信網(wǎng)絡(luò)等?！簟? 第三階段 (1965) ：柔性制造 智能制造、敏捷制造、虛擬制造、網(wǎng)絡(luò)制造、全球制造和綠色制造。◆◆ 第五階段 (1991) ：新的制造自動化模式 特征是強調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性。主要技術(shù)：現(xiàn)代制造技術(shù)、管理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、自動化技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)等。◆◆ 第四階段 (1973) ：計算機(jī)集成制造系統(tǒng) (CIMS) 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵6 表 11 三種自動化形式比較比較項目 剛性自動化 柔性自動化 綜合自動化實現(xiàn)目標(biāo) 減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本 減輕工人勞動強度，節(jié)省勞動力，保證加工質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，縮短產(chǎn)品制造周期 除左外，提高設(shè)計工作與管理工作效率和質(zhì)量， 提高對市場的響應(yīng)能力控制對象 物流 物流 物流， 信息流特點 通過機(jī)、電、液氣等 硬件控制 方式實現(xiàn)，因而是剛性的，變動困難 以 硬件為基礎(chǔ)，以軟件為支持 ，改變程序即可實現(xiàn)所需的轉(zhuǎn)變，因而是柔性的 不僅針對具體操作和工人的體力勞動，而且涉及腦力勞動以及設(shè)計、經(jīng)營管理 等各方面典型系統(tǒng)與裝備 自動機(jī)床、組合機(jī)床，機(jī)械手， 自動生產(chǎn)線 NC機(jī)床，加工中心，工業(yè)機(jī)器人， DNC，F(xiàn)MC， FMS CAD/CAM系統(tǒng)，MRPⅡ ， CIMS應(yīng)用范圍 大批大量生產(chǎn) 多品種、中小批量生產(chǎn) 各種生產(chǎn)類型關(guān)鍵技術(shù) 繼電器程序控制技術(shù)， 經(jīng)典控制論 數(shù)控技術(shù)，計算機(jī)控制， GT， 現(xiàn)代控制論 系統(tǒng)工程，信息技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，管理技術(shù) 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵7 圖 41 汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵8 柔性自動化50年代圖 42 焊接機(jī)器人綜合自動化70年代圖 73 綜合自動化 制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵制造自動化技術(shù)的內(nèi)涵9制造全球化的概念出于美日歐等發(fā)達(dá)國家的智能系統(tǒng)計劃。近年來隨著 Inter技術(shù)的發(fā)展，制造全球化的研究和應(yīng)用發(fā)展迅速?！簟? 制造全球化 ◆◆ 制造網(wǎng)絡(luò)化敏捷制造是一種面向 21世紀(jì)的制造戰(zhàn)略和現(xiàn)代制造模式，敏捷化是制造環(huán)境和制造過程面向 21世紀(jì)制造活動的必然趨勢 ?！簟?制造敏捷化 制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢216。制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造過程的集成。制造環(huán)境內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造過程的集成。 216。制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造環(huán)境與企制造環(huán)境與整個制造企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)制造環(huán)境與企業(yè)中工程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成。業(yè)中工程設(shè)計、管理信息系統(tǒng)等各子系統(tǒng)的集成。216。企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，實現(xiàn)企業(yè)間的資源共享、組合與優(yōu)化利用。與優(yōu)化利用。216。通過網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)異地制造。通過網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)異地制造。 10虛擬制造 (VM)是以制造技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)支持的系統(tǒng)建模技術(shù)和仿真技術(shù)為基礎(chǔ)，集現(xiàn)代制造工藝、計算機(jī)圖形學(xué)、并行工程、人工智能、人工現(xiàn)實技術(shù)和多媒體技術(shù)等多種高新技術(shù)為一體，由多學(xué)科知識形成的一種綜合系統(tǒng)技術(shù)?！簟?制造虛擬化綠色制造是一個綜合考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式，其目標(biāo)是使得產(chǎn)品從設(shè)計、制造、包裝、運輸、使用到報廢處理的整個產(chǎn)品生命周期中，對環(huán)境的影響 (負(fù)作用 )最小，資源效率最高。 ◆◆ 制造綠色化智能制造技術(shù)的宗旨在于通過人與智能機(jī)器的合作共事，去擴(kuò)大、延伸和部分地取代人類專家在制造過程中的腦力勞動，以實現(xiàn)制造過程的優(yōu)化?！簟?制造智能化 制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢制造自動化技術(shù)的發(fā)展趨勢數(shù)控機(jī)床技術(shù)數(shù)控機(jī)床技術(shù)工業(yè)機(jī)器人11第第 4章章 制造自動化技術(shù)制造自動化技術(shù)Manufacturing Automation Technology 數(shù)控機(jī)床技術(shù)數(shù)控機(jī)床技術(shù) NC Machine Tool Technology課程課程 “先進(jìn)制造技術(shù)先進(jìn)制造技術(shù) ”12 數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念 1948年，美國帕森斯 (Parsons)公司在研制加工直升機(jī)葉片輪廓檢驗用樣板的機(jī)床時，首先提出了應(yīng)用電子計算機(jī)控制機(jī)床來加工樣板曲線的設(shè)想。后來受美國空軍委托，帕森斯公司與麻省理工學(xué)院（ MIT）伺服機(jī)構(gòu)實驗室合作進(jìn)行研制工作，于 1952年研制成功世界上第一臺三坐標(biāo)立式數(shù)控銑床。數(shù)控機(jī)床的誕生數(shù)控機(jī)床的誕生圖圖 43 麻省理工學(xué)院（麻省理工學(xué)院（ MIT））伺服機(jī)構(gòu)實驗室伺服機(jī)構(gòu)實驗室 13 數(shù)控機(jī)床的基本概念數(shù)控機(jī)床的基本概念這是一種借助數(shù)字、字符或其它符號對某一工作過程（如加工、測量、裝配等）進(jìn)行控制的自動化方法。是用計算機(jī)通過數(shù)字信息來自動控制機(jī)械加工的機(jī)床。具體地說，數(shù)控機(jī)床是通過編制程序，即通過數(shù)字 (代碼 )指令來自動完成機(jī)床各個坐標(biāo)的協(xié)調(diào)運動，正確地控制機(jī)床運動部件的位移量，并且按加工的動作順序要求自動控制機(jī)床各個部件的動作．?dāng)?shù)字控制數(shù)字控制 （（ NC）） 數(shù)控技術(shù)數(shù)控技術(shù)指用數(shù)字量及字符發(fā)出指令并實現(xiàn)自動控制的技術(shù)。由于計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的成熟，數(shù)控系統(tǒng)均采用了計算機(jī)數(shù)控（ CNC， Computer Numerical Control）以區(qū)別于傳統(tǒng)的 NC。數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床14 圖 44 數(shù)控機(jī)床組成框圖 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成15◆◆ 數(shù)控裝置數(shù)控裝置◆◆ 伺服驅(qū)動裝置◆◆ 檢測反饋裝置 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成由硬件和軟件部分組成，接受輸入代碼經(jīng)緩存、譯碼、運算插補等轉(zhuǎn)變成控制指令，實現(xiàn)直接或通過 PLC對伺服驅(qū)動裝置的控制。是數(shù)控裝置和機(jī)床主機(jī)之間的聯(lián)接環(huán)節(jié)，接受數(shù)控裝置的生成的進(jìn)給信號，經(jīng)放大驅(qū)動主機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)機(jī)床運動。是通過檢測元件將執(zhí)行元件（電機(jī)、刀架）或工作臺的速度和位移檢測出來，反饋給數(shù)控裝置構(gòu)成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。16◆◆ PLC、機(jī)床 I/O電路和裝置◆◆ 機(jī)床本體 數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的組成是數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)件（床身箱體、立柱、導(dǎo)軌、工作臺、主軸和進(jìn)給機(jī)構(gòu)等216。PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成與邏輯運算有關(guān)順序動作的 I/O控制，它由硬件和軟件組成；216。機(jī)床 I/O電路和裝置：實現(xiàn) I/O控制的執(zhí)行部件 (由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等 )組成的邏輯電路；17 數(shù)控機(jī)床的類型數(shù)控機(jī)床的類型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床全功能數(shù)控車床18 數(shù)控機(jī)床的類型數(shù)控機(jī)床的類型車削中心雙主軸數(shù)控車削中心19 數(shù)控機(jī)床的類型數(shù)控機(jī)床的類型立式數(shù)控銑床 臥式數(shù)控銑床龍門數(shù)控銑床20 數(shù)控機(jī)床的類型數(shù)控機(jī)床的類型經(jīng)濟(jì)型數(shù)控銑床高速數(shù)控銑床21 數(shù)控機(jī)床的類型數(shù)控機(jī)床的類型立式 加工中心臥式 加工中心22 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程硬線數(shù)控G1: 1952~1955，電子管 G2: 1955~1959，晶體管G3:1959~1965，小規(guī)模集成電路 23 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程數(shù)控機(jī)床的發(fā)展歷程計算機(jī)數(shù)控G4: 1970s (1970~1974)，小型計算機(jī) G5: 1974微處理器 (MCNC) 1979超大規(guī)模集成電路 (VLIC)G6: 1994~ 基于 PCNC.24216。高速主軸單元高速主軸單元 (電主軸，轉(zhuǎn)速電主軸，轉(zhuǎn)速 15000－－ 100000r/min)216。高速且高加高速且高加 /減速度的進(jìn)給運動部件減速度的進(jìn)給運動部件 (快移速度快移速度 60~120m /min，切削進(jìn)給速度高達(dá)，切削進(jìn)給速度高達(dá) 60 m/min)216。高性能數(shù)控和伺服系高性能數(shù)控和伺服系 統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng)統(tǒng)以及數(shù)控工具系統(tǒng) 216。目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到目前，在超高速加工中，車削和銑削的切削速度已達(dá)到5000~8000 m/min以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在以上；主軸轉(zhuǎn)數(shù)在 30000 r/min(有的高達(dá)有的高達(dá)10萬萬 r/min)以上；工以上；工 作臺的移動速度作臺的移動速度 (進(jìn)給速度進(jìn)給速度 )：在分辨：在分辨率為率為 1微米時，在微米時，在 100m/min(有的到有的到 200m/min)以上，在分以上，在分辨率為辨率為 ，在微米時，在 24m/min以上；以上； 自動換刀速度在自動換刀速度在 1秒秒以內(nèi)；小線段插補進(jìn)給速度達(dá)到以內(nèi)；小線段插補進(jìn)給速度達(dá)到