第一章 自動化制造系統(tǒng)概論

1、自動化制造系統(tǒng)自動化制造系統(tǒng)課程介紹課程介紹專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化學 時：36（30+6）實驗地點：工程實訓中心實驗時間：自動化111周二12（7-9） 自動化112周四12（7-9） 自動化113周二34（7-9） 自動化114周四34（7-9） 自動化115周日34（7-9）主要內(nèi)容主要內(nèi)容第1章 自動化制造系統(tǒng)概論第2章 加工設(shè)備自動化第3章 制造系統(tǒng)物料儲運自動化第4章 加工刀具自動化第5章 制造系統(tǒng)檢測過程自動化第6章 產(chǎn)品裝配過程自動化第7章 自動化制造的控制系統(tǒng)第8章 自動化制造系統(tǒng)的總體設(shè)計第9章 自動化制造系統(tǒng)地計算機仿真及優(yōu)化課程的宗旨教學目的及要求p了解機械制造自

2、動化的基本概念、類型、控制方式及發(fā)展與應(yīng)用。p掌握加工設(shè)備自動化的特點及分類，以及兩種典型的加工過程自動化方法：單機工作自動化和加工自動線。p掌握物流供輸系統(tǒng)的功能及組成；介紹類型的物流供輸系統(tǒng)的組成及特點。p掌握刀具自動化的特點以及各種排屑、換刀自動化裝置。p了解制造過程中運用的各種檢測技術(shù)。p掌握自動裝配系統(tǒng)的組成以及自動裝配工藝過程的分析。p了解集成制造系統(tǒng)的概念，柔性制造系統(tǒng)、計算機集成制造系統(tǒng)以及其他一些先進制造技術(shù)的結(jié)構(gòu)及特點。學生應(yīng)掌握的基本技能p具備根據(jù)具體加工條件及應(yīng)用范圍合理選擇自動化加工設(shè)備的能力。p具備根據(jù)具體加工條件確定物流供輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的能力。p具備正確制訂自動裝配工

3、藝過程的能力。p通過本課程的學習，學生還應(yīng)了解機械制造自動化技術(shù)的最新成就和發(fā)展趨勢。 學習方式：學習方式： 課堂講授與實驗相結(jié)合課堂講授與實驗相結(jié)合考核方法：考核方法： 總成績總成績=期末考試成績期末考試成績80+ 平時成績（實驗和平時成績（實驗和上課情況）上課情況）20為什么要學習本門課程?l大背景: 中國是制造業(yè)大國中國是制造業(yè)大國l人才培養(yǎng): 復合型人才復合型人才=專業(yè)管理知識專業(yè)管理知識+技術(shù)知技術(shù)知識識第1章 自動化制造系統(tǒng)概論1.1 基本概念1.2 自動化制造系統(tǒng)基本內(nèi)容1.1 基本概念1.1.1 系統(tǒng)1.1.2 制造1.1.3 制造系統(tǒng)1.1.4 自動化的含義1.1.3 制造自

4、動化 具有特定功能的、相互間具有有機聯(lián)系的許多要素構(gòu)成的一個不可分割的整體。 1.1.1 系統(tǒng)1.1.1 系統(tǒng)系統(tǒng)的六大性質(zhì)：目的性目的性任何一個物理或任何一個物理或組織系統(tǒng)都具有組織系統(tǒng)都具有一定的目的。一定的目的。整體性整體性兩個以上的要素綜兩個以上的要素綜合而成，對外呈現(xiàn)合而成，對外呈現(xiàn)整體特性。整體特性。集成性集成性獨立要素集成而獨立要素集成而成，集成不是集成，集成不是集合！合！層次性層次性系統(tǒng)可以分解成由不系統(tǒng)可以分解成由不同級別分系統(tǒng)構(gòu)成的同級別分系統(tǒng)構(gòu)成的層次結(jié)構(gòu)。層次結(jié)構(gòu)。相關(guān)性相關(guān)性各要素相互聯(lián)系、各要素相互聯(lián)系、相互作用。相互作用。環(huán)境適應(yīng)性環(huán)境適應(yīng)性系統(tǒng)必然要和周圍系統(tǒng)必

5、然要和周圍環(huán)境發(fā)生關(guān)系，必環(huán)境發(fā)生關(guān)系，必須適應(yīng)環(huán)境。須適應(yīng)環(huán)境。1.1.1 系統(tǒng)1.1.2 制造市場需求市場需求知識和技能知識和技能原材料原材料產(chǎn)產(chǎn) 品品 設(shè)設(shè) 備備制造是包含制造是包含:市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計、選材和工藝設(shè)計、銷售、市場調(diào)研、產(chǎn)品設(shè)計、選材和工藝設(shè)計、銷售、服務(wù)等產(chǎn)品全周期內(nèi)的一切活動。服務(wù)等產(chǎn)品全周期內(nèi)的一切活動。1.1.2 制造原材料原材料產(chǎn)品產(chǎn)品1.1.2 制造制造業(yè)：所有與制造有關(guān)的企業(yè)機構(gòu)的總體。1、創(chuàng)造價值：生產(chǎn)物質(zhì)財富和新的知識；2、提供先進的手段和裝備。1.1.2 制造制造規(guī)模：1、大規(guī)模制造（年產(chǎn)量超過5000）：標準件，如螺釘、螺母、墊圈、銷等，汽車制造。組

6、合機床生產(chǎn)線2、大批量制造（年產(chǎn)量500-5000）：大型汽車制造、大型推土機制造。加工中心、柔性制造單元3、多品種小批量制造（年產(chǎn)量500件以下）：飛機制造、大型輪船制造。1.1.3 制造系統(tǒng)為了達到預定制造目的而構(gòu)造的物理或組織系統(tǒng)。 廣義： 原材料供給到銷售服務(wù)的制造過程及涉及的軟硬件組成的有機整體。 狹義： 產(chǎn)品加工和裝配相關(guān)的機械制造系統(tǒng)。1.1.3 制造系統(tǒng)黑箱表示黑箱表示:1.1.3 制造系統(tǒng)制造系統(tǒng)特征： 1、動態(tài)系統(tǒng) 2、“流”的運動 3、反饋特性1.1.3 制造系統(tǒng)人在系統(tǒng)中的作用人在系統(tǒng)中的作用工藝類型工藝類型系統(tǒng)柔性系統(tǒng)柔性自動化程度自動化程度智能程度智能程度制造系統(tǒng)分

7、類制造系統(tǒng)分類品種和批量品種和批量1.1.4 自動化的含義人在生產(chǎn)過程中的勞動包括三部分：基本體力勞動、輔助體力勞動、腦力勞動基本體力勞動：直接改變生產(chǎn)對象的形態(tài)、性能和位置等方面的勞動。輔助體力勞動：完成基本體力勞動所必須做的其他輔助性工作。腦力勞動：決定生產(chǎn)方法、選擇生產(chǎn)工具、質(zhì)量檢驗及生產(chǎn)管理等工作。如：工件的裝卸、加工、檢驗，刀具更換，工件輸送，工藝規(guī)程設(shè)計等。1.1.4 自動化的含義 機械化機械化執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由執(zhí)行制造過程的基本體力勞動是由機器（機械）代替人力勞動來完成時稱之為機械機器（機械）代替人力勞動來完成時稱之為機械化。化。 如：自動走刀代替手動走刀如：自動走刀

8、代替手動走刀走刀機械化走刀機械化 輸送機代替人工搬運工件輸送機代替人工搬運工件是工件輸送機械化；是工件輸送機械化； 氣動夾緊工件代替手動夾緊工件氣動夾緊工件代替手動夾緊工件工件夾緊機械化。工件夾緊機械化。1.1.4 自動化的含義自動化自動化 機器代替人完成基本勞動的同時，若人機器代替人完成基本勞動的同時，若人對機器的操縱看管、對工件的裝卸與檢驗等輔助對機器的操縱看管、對工件的裝卸與檢驗等輔助體力勞動也是由機器來完成時，并且有自動控制體力勞動也是由機器來完成時，并且有自動控制系統(tǒng)或計算機代替部分腦力勞動，這個制造過程系統(tǒng)或計算機代替部分腦力勞動，這個制造過程是是“自動化自動化” ” 。1.1.5

9、 制造自動化制造自動化制造自動化（1）含義：代替體力勞動、代替或輔助腦力勞動、人機整個系統(tǒng)的優(yōu)化（2）TQCSE模型（3）范圍廣1.1.5 制造自動化l制造自動化 的概念是一個動態(tài)發(fā)展過程。l過去，人們對自動化的理解或者說自動化的功能目標是以機械的動作代替人力操作，自動地完成特定的作業(yè)。這實質(zhì)上是自動化代替人的體力勞動的觀點。l現(xiàn)在，隨著電子和信息技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著計算機的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，自動化的概念已擴展為用機器(包括計算機)不僅代替人的體力勞動而且還代替或輔助腦力勞動，以自動地完成特定的作業(yè)。1.1.5 制造自動化1.1.5 制造自動化機械制造自動化技術(shù)的內(nèi)容：機械制造自動化技術(shù)的內(nèi)容

10、：l1.機械加工自動化技術(shù)：機械加工自動化技術(shù)：包括上下料、裝夾、換包括上下料、裝夾、換刀、加工、零件校驗等環(huán)節(jié)的自動化技術(shù)。刀、加工、零件校驗等環(huán)節(jié)的自動化技術(shù)。l2.物料儲運自動化技術(shù)：物料儲運自動化技術(shù)：包括工件、刀具、其它包括工件、刀具、其它物料的儲運的自動化技術(shù)。物料的儲運的自動化技術(shù)。l3.裝配自動化技術(shù)：裝配自動化技術(shù)：包括零部件供應(yīng)、裝配過程包括零部件供應(yīng)、裝配過程等的自動化技術(shù)。等的自動化技術(shù)。l4.質(zhì)量控制自動化技術(shù)：質(zhì)量控制自動化技術(shù)：包括零件檢測、產(chǎn)品檢包括零件檢測、產(chǎn)品檢測、刀具檢測等的自動化技術(shù)。測、刀具檢測等的自動化技術(shù)。1.1.5 制造自動化機械制造自動化的意義

11、：機械制造自動化的意義： 提高生產(chǎn)率提高生產(chǎn)率采用自動化技術(shù)后可以大幅度縮短采用自動化技術(shù)后可以大幅度縮短產(chǎn)品制造過程中的輔助時間，從而使生產(chǎn)率得以產(chǎn)品制造過程中的輔助時間，從而使生產(chǎn)率得以提高；提高；1.1.5 制造自動化 縮短生產(chǎn)周期縮短生產(chǎn)周期如圖所示，采用自動化技術(shù)后可以有效如圖所示，采用自動化技術(shù)后可以有效縮短零件縮短零件98.5%的無效時間，從而有效縮短了生產(chǎn)周期；的無效時間，從而有效縮短了生產(chǎn)周期； 提高產(chǎn)品質(zhì)量提高產(chǎn)品質(zhì)量由于廣泛采用各種高精度的加工設(shè)備和由于廣泛采用各種高精度的加工設(shè)備和自動檢測設(shè)備，減少了工人情緒波動的影響。自動檢測設(shè)備，減少了工人情緒波動的影響。 提高經(jīng)濟

12、效益提高經(jīng)濟效益采用自動化技術(shù)后可減少占地面積，減采用自動化技術(shù)后可減少占地面積，減少直接生產(chǎn)工人的數(shù)量，減少廢品率等；少直接生產(chǎn)工人的數(shù)量，減少廢品率等； 降低勞動強度降低勞動強度讓機器去完成絕大部分笨重、艱苦、煩讓機器去完成絕大部分笨重、艱苦、煩人甚至對人體有害的工作，從而降低了工人的勞動強度；人甚至對人體有害的工作，從而降低了工人的勞動強度；1.1.5 制造自動化 有利于產(chǎn)品更新有利于產(chǎn)品更新采用現(xiàn)代制造技術(shù)使得變更制造對象采用現(xiàn)代制造技術(shù)使得變更制造對象更容易，適應(yīng)的范圍也較寬，十分有利于產(chǎn)品的更新；更容易，適應(yīng)的范圍也較寬，十分有利于產(chǎn)品的更新； 提高勞動者的素質(zhì)提高勞動者的素質(zhì)制造

13、自動化技術(shù)要求操作者具有較制造自動化技術(shù)要求操作者具有較高的業(yè)務(wù)素質(zhì)和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，無形中就提高了勞動高的業(yè)務(wù)素質(zhì)和嚴謹?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，無形中就提高了勞動者的素質(zhì)，特別是采用小組化工作方式對人的素質(zhì)要求者的素質(zhì)，特別是采用小組化工作方式對人的素質(zhì)要求更高；更高； 帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展可以帶動自動檢測技術(shù)、自動化可以帶動自動檢測技術(shù)、自動化控制技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計與制造技術(shù)，系統(tǒng)工程技術(shù)等相關(guān)控制技術(shù)、產(chǎn)品設(shè)計與制造技術(shù)，系統(tǒng)工程技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展；技術(shù)的發(fā)展； 體現(xiàn)一個國家的科技水平體現(xiàn)一個國家的科技水平如自如自1870年以來，制造自動年以來，制造自動化技術(shù)和設(shè)備基本上都首先出現(xiàn)在美

14、國，這與美國高度化技術(shù)和設(shè)備基本上都首先出現(xiàn)在美國，這與美國高度發(fā)達的科技水平密切相關(guān)。發(fā)達的科技水平密切相關(guān)。1.2 自動化制造系統(tǒng)基本內(nèi)容1.2.1 自動化制造系統(tǒng)的定義1.2.2 自動化制造系統(tǒng)的組成1.2.3自動化制造系統(tǒng)的分類及特點1.2.4 自動化制造系統(tǒng)的適用范圍1.2.1 自動化制造系統(tǒng)的定義自動化制造系統(tǒng)(AMS): 1. 具有一定技術(shù)水平和決策能力的人 2. 一定范圍的被加工對象 3. 信息流及控制系統(tǒng) 4. 能量流及控制系統(tǒng) 5. 物料流及物料處理系統(tǒng)1.2.2 自動化制造系統(tǒng)的組成1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點自動化制造系統(tǒng)包括自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造剛性制造

15、和和柔性制造柔性制造。 “剛性剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。的單一性。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點1）剛性半自動化單機l可以自動地完成單個工藝過程的加工循環(huán)的機床可以自動地完成單個工藝過程的加工循環(huán)的機床(除除上下料外上下料外)，稱為，稱為剛性半自動化機床剛性半自動化機床。 例如：仿形機床、通用多刀半自動車床，單臺組合機床，轉(zhuǎn)塔車床等。l特點：特點： 一般是機械或電液復合控制式組合機床和專用機床，可以進行多面、多軸、多刀同

16、時加工，加工設(shè)備按工件的加工工藝順序依次排列； 切削刀具由人工安裝、調(diào)整，實行定時強制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進行應(yīng)急換刀； 從復雜程度講，剛性半自動化單機實現(xiàn)的是加工自動化的最低層次。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點l優(yōu)點：優(yōu)點：投資少、見效快，投資少、見效快，l缺點缺點: : 調(diào)整工作量大，加工質(zhì)量較差，工人的勞動調(diào)整工作量大，加工質(zhì)量較差，工人的勞動強度也大。強度也大。 l適用于適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)。系統(tǒng)。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點2）剛性自動化單機l它是在剛

17、性半自動化單機的基礎(chǔ)上增加自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機床。 實現(xiàn)的也是單個工藝過程的全部加工循環(huán)。l 輔助裝置包括自動工件輸送、上料，下料、自動夾具、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置等；切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。l 特點：投資少、見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。l 用途：常用于品種變化很小，但生產(chǎn)批量特別大的場合。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點3）剛性自動線l剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復雜大系統(tǒng)。l 在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，順序通過

18、各個工作位置，自動完成零件預定的全部加工過程和部分檢測過程。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點l特點：結(jié)構(gòu)復雜，任務(wù)完成的工序多，所以生產(chǎn)效率也很高，可以有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動條件，便于管理等。 投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長，更換產(chǎn)品不方便。l用途：少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點圖 汽車后橋齒輪箱加工自動線1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點4）剛性綜合自動化系統(tǒng)）剛性綜合自動化系統(tǒng) 在剛性自動線地基礎(chǔ)上將其它自動化制造系統(tǒng)的內(nèi)容（包括熱處理、鍛壓、焊接、裝配

19、、校驗等）涵蓋的復雜大系統(tǒng)稱為剛性綜合自動化系統(tǒng)。 特點：特點： 剛性綜合自動化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，投資強度大，建線周期長，更換產(chǎn)品困難，但生產(chǎn)效率極高，加工質(zhì)量穩(wěn)定，工人勞動強度低。 適用范圍：適用范圍：它常用于產(chǎn)品比較單一，但工序內(nèi)容多，加工批量特別大的零部件的自動化制造。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點5 5）數(shù)控機床）數(shù)控機床 數(shù)控機床（Numerical Control Machine Tools）用來完成零件一個工序的自動化循環(huán)加工。特點：特點：它是用代碼化的數(shù)字量來控制機床，按照事先編好的程序，自動控制機床各部分的運動，而且還能控制選刀、換刀、測量、潤滑、冷卻等工作。 適用范圍：適用范圍：適用于加工精度較高，零件復雜程度、且品種多變、批量中等的場合。1.2.3 自動化制造系統(tǒng)的分類及特點6 6）加工中心）加工中心(MC)(MC) 加工中心（Machining Center -MC）是在一般數(shù)控機床的基礎(chǔ)上增加刀庫和自動換刀裝置增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復雜但用途更廣、效率更高的數(shù)控機床。特點：特點：由于具有刀庫和自動換刀裝置，就可以在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。適用范圍：適用范圍：加工中心機床具有工序集中、可以有效縮短調(diào)整時間和搬運時間、減少在制品庫存、加工質(zhì)