第一章 自动化制造系统概论

1、自动化制造系统自动化制造系统课程介绍课程介绍专 业：机械设计制造及其自动化学 时：36（30+6）实验地点：工程实训中心实验时间：自动化111周二12（7-9） 自动化112周四12（7-9） 自动化113周二34（7-9） 自动化114周四34（7-9） 自动化115周日34（7-9）主要内容主要内容第1章 自动化制造系统概论第2章 加工设备自动化第3章 制造系统物料储运自动化第4章 加工刀具自动化第5章 制造系统检测过程自动化第6章 产品装配过程自动化第7章 自动化制造的控制系统第8章 自动化制造系统的总体设计第9章 自动化制造系统地计算机仿真及优化课程的宗旨教学目的及要求p了解机械制造自

2、动化的基本概念、类型、控制方式及发展与应用。p掌握加工设备自动化的特点及分类，以及两种典型的加工过程自动化方法：单机工作自动化和加工自动线。p掌握物流供输系统的功能及组成；介绍类型的物流供输系统的组成及特点。p掌握刀具自动化的特点以及各种排屑、换刀自动化装置。p了解制造过程中运用的各种检测技术。p掌握自动装配系统的组成以及自动装配工艺过程的分析。p了解集成制造系统的概念，柔性制造系统、计算机集成制造系统以及其他一些先进制造技术的结构及特点。学生应掌握的基本技能p具备根据具体加工条件及应用范围合理选择自动化加工设备的能力。p具备根据具体加工条件确定物流供输系统结构的能力。p具备正确制订自动装配工

3、艺过程的能力。p通过本课程的学习，学生还应了解机械制造自动化技术的最新成就和发展趋势。 学习方式：学习方式： 课堂讲授与实验相结合课堂讲授与实验相结合考核方法：考核方法： 总成绩总成绩=期末考试成绩期末考试成绩80+ 平时成绩（实验和平时成绩（实验和上课情况）上课情况）20为什么要学习本门课程?l大背景: 中国是制造业大国中国是制造业大国l人才培养: 复合型人才复合型人才=专业管理知识专业管理知识+技术知技术知识识第1章 自动化制造系统概论1.1 基本概念1.2 自动化制造系统基本内容1.1 基本概念1.1.1 系统1.1.2 制造1.1.3 制造系统1.1.4 自动化的含义1.1.3 制造自

4、动化 具有特定功能的、相互间具有有机联系的许多要素构成的一个不可分割的整体。 1.1.1 系统1.1.1 系统系统的六大性质：目的性目的性任何一个物理或任何一个物理或组织系统都具有组织系统都具有一定的目的。一定的目的。整体性整体性两个以上的要素综两个以上的要素综合而成，对外呈现合而成，对外呈现整体特性。整体特性。集成性集成性独立要素集成而独立要素集成而成，集成不是集成，集成不是集合！合！层次性层次性系统可以分解成由不系统可以分解成由不同级别分系统构成的同级别分系统构成的层次结构。层次结构。相关性相关性各要素相互联系、各要素相互联系、相互作用。相互作用。环境适应性环境适应性系统必然要和周围系统必

5、然要和周围环境发生关系，必环境发生关系，必须适应环境。须适应环境。1.1.1 系统1.1.2 制造市场需求市场需求知识和技能知识和技能原材料原材料产产 品品 设设 备备制造是包含制造是包含:市场调研、产品设计、选材和工艺设计、销售、市场调研、产品设计、选材和工艺设计、销售、服务等产品全周期内的一切活动。服务等产品全周期内的一切活动。1.1.2 制造原材料原材料产品产品1.1.2 制造制造业：所有与制造有关的企业机构的总体。1、创造价值：生产物质财富和新的知识；2、提供先进的手段和装备。1.1.2 制造制造规模：1、大规模制造（年产量超过5000）：标准件，如螺钉、螺母、垫圈、销等，汽车制造。组

6、合机床生产线2、大批量制造（年产量500-5000）：大型汽车制造、大型推土机制造。加工中心、柔性制造单元3、多品种小批量制造（年产量500件以下）：飞机制造、大型轮船制造。1.1.3 制造系统为了达到预定制造目的而构造的物理或组织系统。 广义： 原材料供给到销售服务的制造过程及涉及的软硬件组成的有机整体。 狭义： 产品加工和装配相关的机械制造系统。1.1.3 制造系统黑箱表示黑箱表示:1.1.3 制造系统制造系统特征： 1、动态系统 2、“流”的运动 3、反馈特性1.1.3 制造系统人在系统中的作用人在系统中的作用工艺类型工艺类型系统柔性系统柔性自动化程度自动化程度智能程度智能程度制造系统分

7、类制造系统分类品种和批量品种和批量1.1.4 自动化的含义人在生产过程中的劳动包括三部分：基本体力劳动、辅助体力劳动、脑力劳动基本体力劳动：直接改变生产对象的形态、性能和位置等方面的劳动。辅助体力劳动：完成基本体力劳动所必须做的其他辅助性工作。脑力劳动：决定生产方法、选择生产工具、质量检验及生产管理等工作。如：工件的装卸、加工、检验，刀具更换，工件输送，工艺规程设计等。1.1.4 自动化的含义 机械化机械化执行制造过程的基本体力劳动是由执行制造过程的基本体力劳动是由机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械化。化。 如：自动走刀代替手动走刀如：自动走刀

8、代替手动走刀走刀机械化走刀机械化 输送机代替人工搬运工件输送机代替人工搬运工件是工件输送机械化；是工件输送机械化； 气动夹紧工件代替手动夹紧工件气动夹紧工件代替手动夹紧工件工件夹紧机械化。工件夹紧机械化。1.1.4 自动化的含义自动化自动化 机器代替人完成基本劳动的同时，若人机器代替人完成基本劳动的同时，若人对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等辅助对机器的操纵看管、对工件的装卸与检验等辅助体力劳动也是由机器来完成时，并且有自动控制体力劳动也是由机器来完成时，并且有自动控制系统或计算机代替部分脑力劳动，这个制造过程系统或计算机代替部分脑力劳动，这个制造过程是是“自动化自动化” ” 。1.1.5

9、 制造自动化制造自动化制造自动化（1）含义：代替体力劳动、代替或辅助脑力劳动、人机整个系统的优化（2）TQCSE模型（3）范围广1.1.5 制造自动化l制造自动化 的概念是一个动态发展过程。l过去，人们对自动化的理解或者说自动化的功能目标是以机械的动作代替人力操作，自动地完成特定的作业。这实质上是自动化代替人的体力劳动的观点。l现在，随着电子和信息技术的发展，特别是随着计算机的出现和广泛应用，自动化的概念已扩展为用机器(包括计算机)不仅代替人的体力劳动而且还代替或辅助脑力劳动，以自动地完成特定的作业。1.1.5 制造自动化1.1.5 制造自动化机械制造自动化技术的内容：机械制造自动化技术的内容

10、：l1.机械加工自动化技术：机械加工自动化技术：包括上下料、装夹、换包括上下料、装夹、换刀、加工、零件校验等环节的自动化技术。刀、加工、零件校验等环节的自动化技术。l2.物料储运自动化技术：物料储运自动化技术：包括工件、刀具、其它包括工件、刀具、其它物料的储运的自动化技术。物料的储运的自动化技术。l3.装配自动化技术：装配自动化技术：包括零部件供应、装配过程包括零部件供应、装配过程等的自动化技术。等的自动化技术。l4.质量控制自动化技术：质量控制自动化技术：包括零件检测、产品检包括零件检测、产品检测、刀具检测等的自动化技术。测、刀具检测等的自动化技术。1.1.5 制造自动化机械制造自动化的意义

11、：机械制造自动化的意义： 提高生产率提高生产率采用自动化技术后可以大幅度缩短采用自动化技术后可以大幅度缩短产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以产品制造过程中的辅助时间，从而使生产率得以提高；提高；1.1.5 制造自动化 缩短生产周期缩短生产周期如图所示，采用自动化技术后可以有效如图所示，采用自动化技术后可以有效缩短零件缩短零件98.5%的无效时间，从而有效缩短了生产周期；的无效时间，从而有效缩短了生产周期； 提高产品质量提高产品质量由于广泛采用各种高精度的加工设备和由于广泛采用各种高精度的加工设备和自动检测设备，减少了工人情绪波动的影响。自动检测设备，减少了工人情绪波动的影响。 提高经济

12、效益提高经济效益采用自动化技术后可减少占地面积，减采用自动化技术后可减少占地面积，减少直接生产工人的数量，减少废品率等；少直接生产工人的数量，减少废品率等； 降低劳动强度降低劳动强度让机器去完成绝大部分笨重、艰苦、烦让机器去完成绝大部分笨重、艰苦、烦人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的劳动强度；人甚至对人体有害的工作，从而降低了工人的劳动强度；1.1.5 制造自动化 有利于产品更新有利于产品更新采用现代制造技术使得变更制造对象采用现代制造技术使得变更制造对象更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新；更容易，适应的范围也较宽，十分有利于产品的更新； 提高劳动者的素质提高劳动者的素质制造

13、自动化技术要求操作者具有较制造自动化技术要求操作者具有较高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提高了劳动高的业务素质和严谨的工作态度，无形中就提高了劳动者的素质，特别是采用小组化工作方式对人的素质要求者的素质，特别是采用小组化工作方式对人的素质要求更高；更高； 带动相关技术的发展带动相关技术的发展可以带动自动检测技术、自动化可以带动自动检测技术、自动化控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关控制技术、产品设计与制造技术，系统工程技术等相关技术的发展；技术的发展； 体现一个国家的科技水平体现一个国家的科技水平如自如自1870年以来，制造自动年以来，制造自动化技术和设备基本上都首先出现在美

14、国，这与美国高度化技术和设备基本上都首先出现在美国，这与美国高度发达的科技水平密切相关。发达的科技水平密切相关。1.2 自动化制造系统基本内容1.2.1 自动化制造系统的定义1.2.2 自动化制造系统的组成1.2.3自动化制造系统的分类及特点1.2.4 自动化制造系统的适用范围1.2.1 自动化制造系统的定义自动化制造系统(AMS): 1. 具有一定技术水平和决策能力的人 2. 一定范围的被加工对象 3. 信息流及控制系统 4. 能量流及控制系统 5. 物料流及物料处理系统1.2.2 自动化制造系统的组成1.2.3 自动化制造系统的分类及特点自动化制造系统包括自动化制造系统包括刚性制造刚性制造

15、和和柔性制造柔性制造。 “刚性刚性”的含义是指该生产线只能生产某种的含义是指该生产线只能生产某种或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品或生产工艺相近的某类产品，表现为生产产品的单一性。的单一性。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点1.2.3 自动化制造系统的分类及特点1）刚性半自动化单机l可以自动地完成单个工艺过程的加工循环的机床可以自动地完成单个工艺过程的加工循环的机床(除除上下料外上下料外)，称为，称为刚性半自动化机床刚性半自动化机床。 例如：仿形机床、通用多刀半自动车床，单台组合机床，转塔车床等。l特点：特点： 一般是机械或电液复合控制式组合机床和专用机床，可以进行多面、多轴、多刀同

16、时加工，加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列； 切削刀具由人工安装、调整，实行定时强制换刀，如果出现刀具破损、折断，可进行应急换刀； 从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现的是加工自动化的最低层次。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点l优点：优点：投资少、见效快，投资少、见效快，l缺点缺点: : 调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强度也大。强度也大。 l适用于适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统。系统。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点1.2.3 自动化制造系统的分类及特点2）刚性自动化单机l它是在刚

17、性半自动化单机的基础上增加自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。 实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。l 辅助装置包括自动工件输送、上料，下料、自动夹具、升降装置和转位装置等；切屑处理一般由刮板器和螺旋传送装置完成。l 特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产最常见的加工装备。l 用途：常用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点3）刚性自动线l刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备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。l 在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产节拍，顺序通过

18、各个工作位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点l特点：结构复杂，任务完成的工序多，所以生产效率也很高，可以有效缩短生产周期，取消半成品的中间库存，缩短物料流程，减少生产面积，改善劳动条件，便于管理等。 投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。l用途：少品种、大量生产必不可少的加工装备。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点图 汽车后桥齿轮箱加工自动线1.2.3 自动化制造系统的分类及特点1.2.3 自动化制造系统的分类及特点4）刚性综合自动化系统）刚性综合自动化系统 在刚性自动线地基础上将其它自动化制造系统的内容（包括热处理、锻压、焊接、装配

19、、校验等）涵盖的复杂大系统称为刚性综合自动化系统。 特点：特点： 刚性综合自动化系统结构复杂，投资强度大，建线周期长，更换产品困难，但生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。 适用范围：适用范围：它常用于产品比较单一，但工序内容多，加工批量特别大的零部件的自动化制造。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点5 5）数控机床）数控机床 数控机床（Numerical Control Machine Tools）用来完成零件一个工序的自动化循环加工。特点：特点：它是用代码化的数字量来控制机床，按照事先编好的程序，自动控制机床各部分的运动，而且还能控制选刀、换刀、测量、润滑、冷却等工作。 适用范围：适用范围：适用于加工精度较高，零件复杂程度、且品种多变、批量中等的场合。1.2.3 自动化制造系统的分类及特点6 6）加工中心）加工中心(MC)(MC) 加工中心（Machining Center -MC）是在一般数控机床的基础上增加刀库和自动换刀装置增加刀库和自动换刀装置而形成的一类更复杂但用途更广、效率更高的数控机床。特点：特点：由于具有刀库和自动换刀装置，就可以在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。适用范围：适用范围：加工中心机床具有工序集中、可以有效缩短调整时间和搬运时间、减少在制品库存、加工质