65機(jī)械制造自動化

1、單元二 機(jī)械制造自動化主要內(nèi)容容2.1制造業(yè)現(xiàn)現(xiàn)狀2.2成組技術(shù)術(shù)2.3計算機(jī)輔輔助工藝藝規(guī)程設(shè)設(shè)計2.4柔性制造造系統(tǒng)2.1.1現(xiàn)代制造造企業(yè)環(huán)環(huán)境的變變化大市場和和大競爭爭；產(chǎn)品生命命周期縮縮短；交貨期成成為主要要競爭因因素；用戶需求求個性化化,多品種小小批量生生產(chǎn)比例例增大。2.1制造業(yè)現(xiàn)現(xiàn)狀2.1.2發(fā)達(dá)國家家的制造造業(yè)發(fā)展展迅速例：波音音777的設(shè)計和和制造是是20世紀(jì)90年代制造造業(yè)的標(biāo)標(biāo)志性進(jìn)進(jìn)展全數(shù)字化化定義無紙生產(chǎn)產(chǎn)；數(shù)字化預(yù)預(yù)裝配無金屬樣樣機(jī)的生生產(chǎn)(虛擬)廣域網(wǎng)上上的異地地設(shè)計、異地制制造；基于的的數(shù)據(jù)交交換；協(xié)同工作作小組（Team work)238設(shè)計制造造周期大大大

2、縮短短：波音757,767 9-10年波音77縮短到4.5年，并獲獲得巨大大的獨占占性利潤潤，每架架波音777要價1.4億美元。信息時代代造成了了跨國公公司的壟壟斷性跨國公司司的生產(chǎn)產(chǎn)總值占占工業(yè)化化國家生生產(chǎn)總值值的40%；跨國公司司的貿(mào)易易額占世世界貿(mào)易易總值的的50%；跨國公司司的工業(yè)業(yè)研制費(fèi)費(fèi)占世界界總值的的80%；跨國公司司操縱了了世界技技術(shù)轉(zhuǎn)讓讓的75%；跨國公司司操縱了了對發(fā)展展中國家家技術(shù)貿(mào)貿(mào)易的90%；90年代國際際水平的的占30%80年代國際際水平的的占40%2000多種主導(dǎo)導(dǎo)產(chǎn)品的的平均生生命周期期為10.5年是美國國產(chǎn)品3.5倍美國新產(chǎn)產(chǎn)品貢獻(xiàn)獻(xiàn)率已達(dá)達(dá)到生產(chǎn)產(chǎn)總值的的

3、52%我國僅為為5.9%我國的技技術(shù)來源源主要依依賴國外外技術(shù)，企業(yè)技技術(shù)創(chuàng)新新能力低低下我國機(jī)械械工業(yè)主主導(dǎo)產(chǎn)品品2.1.3我國制造造業(yè)的嚴(yán)嚴(yán)峻形勢勢2.2成組技術(shù)術(shù)多品種、中小批量生產(chǎn)中存在的問題批量法則則在大批量量生產(chǎn)中中，由于于采用專專用、高高效和自自動化的的生產(chǎn)設(shè)設(shè)備，可可以獲得得高的生生產(chǎn)率，低的生生產(chǎn)成本本，短的的生產(chǎn)周周期；而而多品種種、小批批量生產(chǎn)產(chǎn)則相反反。機(jī)床利用用率例：CA6140車床，最最大加工工直徑400，實際加加工90 以上上工件直直徑不足足100mm，機(jī)床利利用率極極低。制造周期期在多品種種、中小小批量生生產(chǎn)中，加工時時間僅占占生產(chǎn)時時間的約約5，其余余95均為

4、周周轉(zhuǎn)等待待時間；加工時時間中真真正進(jìn)行行切削的的時間不不足30%。5 95調(diào)整、裝夾、對刀、檢測等切削30 70加工時間 運(yùn)輸與等待時間制造周期加工時間圖2-1 多品種、中小批量生產(chǎn)的時間分配1、GT定義成組技術(shù)術(shù)的概念念：充分分利用事事物間的的相似性性，將許許多具有有相似信信息的研研究對象象歸并成成組，并并用大致致相同的的方法去去解決相相似組中中的生產(chǎn)產(chǎn)技術(shù)問問題，以以達(dá)到規(guī)規(guī)模生產(chǎn)產(chǎn)的效果果，這種種技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)稱為成成組技術(shù)術(shù)。GT被認(rèn)為是是一種“制造哲哲理”（ManufacturingPhilosophy），是現(xiàn)代代制造技技術(shù)的一一個重要要理論基基礎(chǔ)。2.2.1成組技術(shù)術(shù)的基本本概念圖2-

5、2 成組技術(shù)基本原理產(chǎn)品部件零件零件組ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4將多種零零件按其其相似性性分類成成組，人人為擴(kuò)大大生產(chǎn)批批量重復(fù)使用用原則：資源重復(fù)復(fù)使用，降低生生產(chǎn)成本本；作業(yè)熟練練程度增增加，提提高生產(chǎn)產(chǎn)率。2、GT工作原理理2.2.2零件的分分類編碼碼1.零件編碼碼：用數(shù)字表表示零件件的形狀狀特征和和工藝特特征。在在實施成成組技術(shù)術(shù)的過程程中，必必須首先先建立相相應(yīng)的零零件分類類編碼系系統(tǒng)，然然后應(yīng)用用這個編編碼系統(tǒng)統(tǒng)使零件件的有關(guān)關(guān)信息代代碼化，據(jù)此對對零件進(jìn)進(jìn)行分類類分組，以便進(jìn)進(jìn)一步以以成組的的方式組組織生產(chǎn)產(chǎn)。零件分類類之前與與分類之之后圖2-32.分類編碼碼系統(tǒng)

6、：德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多種我國機(jī)械械零件分分類編碼碼系統(tǒng)簡簡稱稱JLBM1系統(tǒng)系統(tǒng)組成成：三部分：名稱類別別、形狀狀及加工工碼、輔輔助碼15個碼位：第一位總總體形狀狀，第二二位功能能與形狀狀，第三三到九位形形狀與加加工特征征，十到到十五位位材料毛毛坯主要要尺寸等等圖2-4圖2-52.2.3成組工工藝規(guī)程程設(shè)計1、劃分零零件組對零件編編碼后根根據(jù)相似似性劃分分零件加加工組，方法有有三種：（1）特征碼碼位法選幾位與與加工特特征直接接有關(guān)的的特征碼碼為形成成零件組組依據(jù)，只要這些些碼位相相同，零零件即可可劃為一一組，不不管其它它碼位（2)碼域法對各碼位位制定分分組的

7、碼碼域，即即碼位限限制幾個個數(shù)字項項，凡各碼位上上的特征征碼落在在規(guī)定碼碼域內(nèi)的的零件劃劃為同一一組。（3)特征位碼碼域法將特征碼碼位與碼碼域法相相結(jié)合的的分組方方法。選選取特征征性強(qiáng)的的碼位并規(guī)規(guī)定允許許的變化化范圍（碼域）,作為分組組的依據(jù)據(jù)。2、主樣件件設(shè)計能集中反反映組內(nèi)內(nèi)所有零零件的結(jié)結(jié)構(gòu)特征征和工藝藝特征的的零件稱為主樣樣件。它它可以是是真實零零件也可可是綜合合的假想想零件。3、擬訂零零件組工工藝過程程（1）復(fù)合零零件法按照零件件組中的的復(fù)合零零件來設(shè)設(shè)計工藝藝規(guī)程的的方法稱稱為復(fù)合合零件法法，或樣樣件法。所謂復(fù)復(fù)合零件件是擁有有同組零零件的全全部待加加工表面面要素的的一個零零件。

8、僅僅適用用于回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)體零件件。表2-1表2-2圖2-3制訂主樣樣件的工工藝過程程，作為為該零件件組的工工藝過程程，可加加工組內(nèi)內(nèi)每一個個零件。成組工工藝路線線常用圖圖表格式式表示，下圖是是六個零零件組成成的零件件組的“綜合零零件”及及其成組組工藝過過程卡的的示意圖圖。表2-4（2）復(fù)合路路線法一般適用用于非回回轉(zhuǎn)類零零件。復(fù)復(fù)合路線線法是在在零件分分類成組組的基礎(chǔ)礎(chǔ)上，把把同組零零件的工工藝路線線作一比比較，以組內(nèi)最最復(fù)雜零零件的工工藝路線線為基礎(chǔ)礎(chǔ)，然后將將此路線線與組內(nèi)內(nèi)其它零零件的工工藝路線線相比較較，凡組組內(nèi)其它它零件需需要而作作為代表表的工藝藝路線中中沒有的的工序，一一添添上，最最終形

9、成成一個能能滿足全全組零件件要求的的成組工工藝。圖2-5ComputerAidedProcessPlanning是利用計計算機(jī)協(xié)協(xié)助工藝藝人員進(jìn)進(jìn)行過程程設(shè)計的的技術(shù)，是把對對產(chǎn)品本本身進(jìn)行行定義的的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換成面面向制造造的數(shù)據(jù)據(jù)的關(guān)鍵鍵環(huán)節(jié)。2.3.1CAPP設(shè)計方法法1.樣件法采用成組組技術(shù)按按主樣件件設(shè)計典典型工藝藝規(guī)程存存貯計算算機(jī)中。輸入新新零件編編碼及要要求，檢檢索出相相應(yīng)的工工藝規(guī)程程并進(jìn)行行編輯輯修改，最后輸輸出該零零件的工工藝規(guī)程程。2.3計算機(jī)輔輔助工藝藝規(guī)程設(shè)設(shè)計（CAPP）圖2-63.專家系統(tǒng)統(tǒng)把工藝專專家編制制工藝的的經(jīng)驗和和知識存存在知識識庫中，可較方便地地通過專

10、專用模塊塊進(jìn)行增增刪和修修改。2.創(chuàng)成法輸入零件件圖形和和工藝信信息后，計算機(jī)機(jī)便按照照工藝決決策制定的邏邏輯算法法語言，在不需需人工干干預(yù)條件件下自動動生成工藝規(guī)程程。自動化程程度高，但系統(tǒng)統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)上上尚不成成熟。1、工藝信信息數(shù)字字化（1）零件編編碼矩陣陣化零件編碼碼矩陣陣，即一一維數(shù)組組二維維數(shù)組（2）零件組組特征的的矩陣化化同組所有有零件的的特征矩矩陣疊加加起來得得零件組組特征矩矩陣（3）主樣件件設(shè)計特征矩陣陣圖中交交點上出出現(xiàn)“1”與“0”的頻數(shù)各各不相同同，頻數(shù)大的的特征須須反映到到主樣件件中，頻頻數(shù)小的的特征可可舍去2.3.2樣件法CAPP設(shè)計原理理（6）綜合加加工工藝藝路線

11、的的數(shù)字化化用一（N4）矩陣來來表示零零件加工工工藝路路線（5）工序工工步名稱稱編碼編碼以工工步為單單位，熱熱處理、檢驗以以及裝夾夾、調(diào)頭頭等操作作也當(dāng)作作一個工工步編碼碼,使計算機(jī)機(jī)能按預(yù)預(yù)定方法法調(diào)出。（4）零件上上各種形形面的數(shù)數(shù)字化編碼只表表示零件件結(jié)構(gòu)、工藝特特征，沒沒有提供供零件表表面信息，還還必須對對零件表表面逐一一編碼。（7）工序工工步內(nèi)容容矩陣以工步為為單位，一個工工步占一一行，共共9列，描述述工步序序號，名名稱編碼碼，機(jī)床床和刀具具編碼，進(jìn)給量量和背吃吃刀量值值，計算算切削數(shù)數(shù)據(jù)和基基本時間間的公式式編碼，該工步步所屬工工序編碼碼。工藝信息息經(jīng)過數(shù)數(shù)字化后后形成了了大量數(shù)數(shù)

12、據(jù)，按按一定的的工藝文件形式式集合起起來，存存儲在計計算機(jī)內(nèi)內(nèi)，形成成數(shù)據(jù)庫庫以備檢檢索和調(diào)調(diào)用。數(shù)數(shù)據(jù)文件件的格式式主要有有零件編編碼特征征矩陣文文件、樣樣件工藝藝文件，工藝數(shù)數(shù)據(jù)文件件等。輸入零件件特征矩矩陣查找該零零件所屬屬零件組組調(diào)出出相應(yīng)的的綜合工工藝路線線矩陣輸入形面面編碼及及技術(shù)要要求選取零件件加工工工序及編編碼得加工工工藝路線線調(diào)出工序序及工步步內(nèi)容查找該工工步機(jī)床床刀具名名稱和型型號計算切削削用量、切削力力、功率率和基本本時間等等。計算機(jī)將將每次查查到的工工步內(nèi)容容都存入入存儲區(qū)區(qū)內(nèi)，最最后形成成一份完完整的加加工工藝藝規(guī)程打打印出來來。3、CAPP設(shè)計過程程2、CAPP系統(tǒng)

13、數(shù)據(jù)據(jù)庫 圖2-7圖2-8表2-62.4.1FMS的產(chǎn)生與與發(fā)展1、FMS的產(chǎn)生市場的發(fā)發(fā)展變化化促使傳傳統(tǒng)生產(chǎn)產(chǎn)方式變變革20世紀(jì)初，大批量量、少品品種剛性自動線2.4柔性制造造系統(tǒng)（FMS)圖2-9加工箱體體類零件件的組合合機(jī)床自自動化線線剛性自動動線特點點：設(shè)備和加加工工藝藝固定,不靈活,只能加工工一個零零件,或幾個相相互類似似的零件件,即具有剛性。 圖2-10 組合機(jī)床自動線20世紀(jì)60、70年代，多多品種、中小批批量柔性制造系統(tǒng)統(tǒng)(FMS)產(chǎn)生（1983年）2、FMS的發(fā)展歷歷史剛性自動動線改造造柔性差,適合大批批量少品品種生產(chǎn)產(chǎn),生產(chǎn)效率率高。改改造費(fèi)時時費(fèi)力費(fèi)費(fèi)錢。數(shù)控機(jī)床床(5

14、0年代NC,70年代CNC)柔性好,只適合小小批量多品種種生產(chǎn),生產(chǎn)率低低. 數(shù)控機(jī)床 自動線與與數(shù)控機(jī)機(jī)床的特特點結(jié)合合FMSFMS的一般定定義:1)是一個計計算機(jī)控控制的生生產(chǎn)系統(tǒng)統(tǒng);2)系統(tǒng)采用用半獨立立的數(shù)控控機(jī)床;3)這些機(jī)床床通過物物料輸送送系統(tǒng)聯(lián)聯(lián)成一體體. 柔性制造系統(tǒng)(FMS)最早的FMS:MolinsSystem (20世紀(jì)60年代,英國Molins公司,DavidWilliamsm)*計算機(jī)控控制整個個系統(tǒng),可加工一一系列不同的零零件* 類似似加工中中心的數(shù)數(shù)控機(jī)床床* 自動動為機(jī)床床提供工工件和工工藝裝備備* 每天天工作24小時(中班和晚晚班的16小時內(nèi)進(jìn)行行無人化化加

15、工) Molins System 其它早期期的FMS:60年代后期期70年代初期期,德國、日日本、前前蘇聯(lián)聯(lián) 、美美國、意意大利利等相相繼開發(fā)發(fā)了本國國的第一一代FMS.Allischalmers系統(tǒng)(二十世紀(jì)紀(jì)六十年年代后期期，美國國)* 6臺加工中中心,4臺雙分度度頭機(jī)床床* 自動動牽引車車工件搬搬運(yùn)系統(tǒng)統(tǒng) Allis chalmers 系統(tǒng)平面布置 Allis chalmers 系統(tǒng)自動牽引車FanucHino系統(tǒng)* 8臺數(shù)控車車床(二十世紀(jì)紀(jì)七十年年代初期期，日本本)* 每臺臺車床旁旁均有一一個裝有有工件的的圓盤傳傳送帶式式供料器器* 機(jī)器器人在圓圓盤供料料器和車車床之間間,以及車床床

16、與車床床之間傳送工件件 Fanuc Hino系統(tǒng)平面布置 Fanuc Hino系統(tǒng)供料器及機(jī)床70年代緩慢慢發(fā)展(初期未受受到充分分重視)80年代迅速速發(fā)展(由于顯著著的經(jīng)濟(jì)濟(jì)效益,各國相繼繼投入大量量資金,竟相開發(fā)發(fā)FMS) FMS的發(fā)展過程 1、FMS的基本組組成2.4.2FMS的組成與與功能（1）加工系系統(tǒng)（2）物料儲儲運(yùn)系統(tǒng)統(tǒng)（3）計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)（1）加工系系統(tǒng)：FMS的主體部部分，用用于加工工產(chǎn)品零零件。* 加工工單元:有自動換換刀及換換工件功功能的數(shù)控機(jī)床床、加工工中心。加工零件類型機(jī)床配置箱體類回轉(zhuǎn)體類箱體類+回轉(zhuǎn)體類特殊類*加工工單單元元機(jī)機(jī)床床配配置置CNC加工中心心+C

17、NC車削中心心CNC加工中心心CNC車削中心心、CNC磨床專用CNC機(jī)床（2）物料儲儲運(yùn)系統(tǒng)統(tǒng)實施對毛毛坯、工工件、夾夾具、刀刀具等的的存儲、運(yùn)輸、交交換工作作。* 工件件儲運(yùn)系系統(tǒng)：a.毛坯、半半成品、夾具組組件的存存儲倉庫庫及緩沖沖存儲站站 b.工件托盤盤運(yùn)輸小小車，輸輸送帶輸輸送裝置置 c.托盤交換換器，上上料機(jī)器器人等交交換裝置置 d.工件、夾夾具裝卸卸站 *刀具運(yùn)送送系統(tǒng)： a.刀具存儲儲庫b.交換刀具具裝置 交 換 刀 具 裝 置 c.刀具刃磨磨、組裝裝及預(yù)調(diào)調(diào)工作站站（3）計算機(jī)機(jī)控制系系統(tǒng)由管理FMS的信息、控制FMS各設(shè)備協(xié)協(xié)調(diào)一致致工作的的計算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)系系統(tǒng)和FMS管理與控控制軟件件構(gòu)成。 FMS的基本結(jié)構(gòu)*FMS的輔助設(shè)設(shè)備：在線測量量裝置、清理裝裝置、切切屑處理理裝置等等 * FMS實例： 美國麥道公司FMS五臺加工中心每臺加工中心配90把刀和一個換刀站三輛小車負(fù)責(zé)運(yùn)送工件、刀具小車保養(yǎng)站10托盤自動工件交換臺物料檢查站臥式坐標(biāo)測量機(jī)清洗站刀具裝卸站高架機(jī)房切屑收集和切屑再生系統(tǒng)美國麥道道公司的的FMS：2、FMS的主要功功能1.自動進(jìn)行行零件的的批量生生產(chǎn)(數(shù)控機(jī)床床承擔(dān)自自動制造造任務(wù))；