65机械制造自动化

1、单元二 机械制造自动化主要内容容2.1制造业现现状2.2成组技术术2.3计算机辅辅助工艺艺规程设设计2.4柔性制造造系统2.1.1现代制造造企业环环境的变变化大市场和和大竞争争；产品生命命周期缩缩短；交货期成成为主要要竞争因因素；用户需求求个性化化,多品种小小批量生生产比例例增大。2.1制造业现现状2.1.2发达国家家的制造造业发展展迅速例：波音音777的设计和和制造是是20世纪90年代制造造业的标标志性进进展全数字化化定义无纸生产产；数字化预预装配无金属样样机的生生产(虚拟)广域网上上的异地地设计、异地制制造；基于的的数据交交换；协同工作作小组（Team work)238设计制造造周期大大大

2、缩短短：波音757,767 9-10年波音77缩短到4.5年，并获获得巨大大的独占占性利润润，每架架波音777要价1.4亿美元。信息时代代造成了了跨国公公司的垄垄断性跨国公司司的生产产总值占占工业化化国家生生产总值值的40%；跨国公司司的贸易易额占世世界贸易易总值的的50%；跨国公司司的工业业研制费费占世界界总值的的80%；跨国公司司操纵了了世界技技术转让让的75%；跨国公司司操纵了了对发展展中国家家技术贸贸易的90%；90年代国际际水平的的占30%80年代国际际水平的的占40%2000多种主导导产品的的平均生生命周期期为10.5年是美国国产品3.5倍美国新产产品贡献献率已达达到生产产总值的的

3、52%我国仅为为5.9%我国的技技术来源源主要依依赖国外外技术，企业技技术创新新能力低低下我国机械械工业主主导产品品2.1.3我国制造造业的严严峻形势势2.2成组技术术多品种、中小批量生产中存在的问题批量法则则在大批量量生产中中，由于于采用专专用、高高效和自自动化的的生产设设备，可可以获得得高的生生产率，低的生生产成本本，短的的生产周周期；而而多品种种、小批批量生产产则相反反。机床利用用率例：CA6140车床，最最大加工工直径400，实际加加工90 以上上工件直直径不足足100mm，机床利利用率极极低。制造周期期在多品种种、中小小批量生生产中，加工时时间仅占占生产时时间的约约5，其余余95均为

4、周周转等待待时间；加工时时间中真真正进行行切削的的时间不不足30%。5 95调整、装夹、对刀、检测等切削30 70加工时间 运输与等待时间制造周期加工时间图2-1 多品种、中小批量生产的时间分配1、GT定义成组技术术的概念念：充分分利用事事物间的的相似性性，将许许多具有有相似信信息的研研究对象象归并成成组，并并用大致致相同的的方法去去解决相相似组中中的生产产技术问问题，以以达到规规模生产产的效果果，这种种技术统统称为成成组技术术。GT被认为是是一种“制造哲哲理”（ManufacturingPhilosophy），是现代代制造技技术的一一个重要要理论基基础。2.2.1成组技术术的基本本概念图2-

5、2 成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4将多种零零件按其其相似性性分类成成组，人人为扩大大生产批批量重复使用用原则：资源重复复使用，降低生生产成本本；作业熟练练程度增增加，提提高生产产率。2、GT工作原理理2.2.2零件的分分类编码码1.零件编码码：用数字表表示零件件的形状状特征和和工艺特特征。在在实施成成组技术术的过程程中，必必须首先先建立相相应的零零件分类类编码系系统，然然后应用用这个编编码系统统使零件件的有关关信息代代码化，据此对对零件进进行分类类分组，以便进进一步以以成组的的方式组组织生产产。零件分类类之前与与分类之之后图2-32.分类编码码系统

6、：德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多种我国机械械零件分分类编码码系统简简称称JLBM1系统系统组成成：三部分：名称类别别、形状状及加工工码、辅辅助码15个码位：第一位总总体形状状，第二二位功能能与形状状，第三三到九位形形状与加加工特征征，十到到十五位位材料毛毛坯主要要尺寸等等图2-4图2-52.2.3成组工工艺规程程设计1、划分零零件组对零件编编码后根根据相似似性划分分零件加加工组，方法有有三种：（1）特征码码位法选几位与与加工特特征直接接有关的的特征码码为形成成零件组组依据，只要这些些码位相相同，零零件即可可划为一一组，不不管其它它码位（2)码域法对各码位位制定分分组的

7、码码域，即即码位限限制几个个数字项项，凡各码位上上的特征征码落在在规定码码域内的的零件划划为同一一组。（3)特征位码码域法将特征码码位与码码域法相相结合的的分组方方法。选选取特征征性强的的码位并规规定允许许的变化化范围（码域）,作为分组组的依据据。2、主样件件设计能集中反反映组内内所有零零件的结结构特征征和工艺艺特征的的零件称为主样样件。它它可以是是真实零零件也可可是综合合的假想想零件。3、拟订零零件组工工艺过程程（1）复合零零件法按照零件件组中的的复合零零件来设设计工艺艺规程的的方法称称为复合合零件法法，或样样件法。所谓复复合零件件是拥有有同组零零件的全全部待加加工表面面要素的的一个零零件。

8、仅仅适用用于回转转体零件件。表2-1表2-2图2-3制订主样样件的工工艺过程程，作为为该零件件组的工工艺过程程，可加加工组内内每一个个零件。成组工工艺路线线常用图图表格式式表示，下图是是六个零零件组成成的零件件组的“综合零零件”及及其成组组工艺过过程卡的的示意图图。表2-4（2）复合路路线法一般适用用于非回回转类零零件。复复合路线线法是在在零件分分类成组组的基础础上，把把同组零零件的工工艺路线线作一比比较，以组内最最复杂零零件的工工艺路线线为基础础，然后将将此路线线与组内内其它零零件的工工艺路线线相比较较，凡组组内其它它零件需需要而作作为代表表的工艺艺路线中中没有的的工序，一一添添上，最最终形

9、成成一个能能满足全全组零件件要求的的成组工工艺。图2-5ComputerAidedProcessPlanning是利用计计算机协协助工艺艺人员进进行过程程设计的的技术，是把对对产品本本身进行行定义的的数据转转换成面面向制造造的数据据的关键键环节。2.3.1CAPP设计方法法1.样件法采用成组组技术按按主样件件设计典典型工艺艺规程存存贮计算算机中。输入新新零件编编码及要要求，检检索出相相应的工工艺规程程并进行行编辑辑修改，最后输输出该零零件的工工艺规程程。2.3计算机辅辅助工艺艺规程设设计（CAPP）图2-63.专家系统统把工艺专专家编制制工艺的的经验和和知识存存在知识识库中，可较方便地地通过专

10、专用模块块进行增增删和修修改。2.创成法输入零件件图形和和工艺信信息后，计算机机便按照照工艺决决策制定的逻逻辑算法法语言，在不需需人工干干预条件件下自动动生成工艺规程程。自动化程程度高，但系统统复杂，技术上上尚不成成熟。1、工艺信信息数字字化（1）零件编编码矩阵阵化零件编码码矩阵阵，即一一维数组组二维维数组（2）零件组组特征的的矩阵化化同组所有有零件的的特征矩矩阵叠加加起来得得零件组组特征矩矩阵（3）主样件件设计特征矩阵阵图中交交点上出出现“1”与“0”的频数各各不相同同，频数大的的特征须须反映到到主样件件中，频频数小的的特征可可舍去2.3.2样件法CAPP设计原理理（6）综合加加工工艺艺路线

11、的的数字化化用一（N4）矩阵来来表示零零件加工工工艺路路线（5）工序工工步名称称编码编码以工工步为单单位，热热处理、检验以以及装夹夹、调头头等操作作也当作作一个工工步编码码,使计算机机能按预预定方法法调出。（4）零件上上各种形形面的数数字化编码只表表示零件件结构、工艺特特征，没没有提供供零件表表面信息，还还必须对对零件表表面逐一一编码。（7）工序工工步内容容矩阵以工步为为单位，一个工工步占一一行，共共9列，描述述工步序序号，名名称编码码，机床床和刀具具编码，进给量量和背吃吃刀量值值，计算算切削数数据和基基本时间间的公式式编码，该工步步所属工工序编码码。工艺信息息经过数数字化后后形成了了大量数数

12、据，按按一定的的工艺文件形式式集合起起来，存存储在计计算机内内，形成成数据库库以备检检索和调调用。数数据文件件的格式式主要有有零件编编码特征征矩阵文文件、样样件工艺艺文件，工艺数数据文件件等。输入零件件特征矩矩阵查找该零零件所属属零件组组调出出相应的的综合工工艺路线线矩阵输入形面面编码及及技术要要求选取零件件加工工工序及编编码得加工工工艺路线线调出工序序及工步步内容查找该工工步机床床刀具名名称和型型号计算切削削用量、切削力力、功率率和基本本时间等等。计算机将将每次查查到的工工步内容容都存入入存储区区内，最最后形成成一份完完整的加加工工艺艺规程打打印出来来。3、CAPP设计过程程2、CAPP系统

13、数据据库 图2-7图2-8表2-62.4.1FMS的产生与与发展1、FMS的产生市场的发发展变化化促使传传统生产产方式变变革20世纪初，大批量量、少品品种刚性自动线2.4柔性制造造系统（FMS)图2-9加工箱体体类零件件的组合合机床自自动化线线刚性自动动线特点点：设备和加加工工艺艺固定,不灵活,只能加工工一个零零件,或几个相相互类似似的零件件,即具有刚性。 图2-10 组合机床自动线20世纪60、70年代，多多品种、中小批批量柔性制造系统统(FMS)产生（1983年）2、FMS的发展历历史刚性自动动线改造造柔性差,适合大批批量少品品种生产产,生产效率率高。改改造费时时费力费费钱。数控机床床(5

14、0年代NC,70年代CNC)柔性好,只适合小小批量多品种种生产,生产率低低. 数控机床 自动线与与数控机机床的特特点结合合FMSFMS的一般定定义:1)是一个计计算机控控制的生生产系统统;2)系统采用用半独立立的数控控机床;3)这些机床床通过物物料输送送系统联联成一体体. 柔性制造系统(FMS)最早的FMS:MolinsSystem (20世纪60年代,英国Molins公司,DavidWilliamsm)*计算机控控制整个个系统,可加工一一系列不同的零零件* 类似似加工中中心的数数控机床床* 自动动为机床床提供工工件和工工艺装备备* 每天天工作24小时(中班和晚晚班的16小时内进行行无人化化加

15、工) Molins System 其它早期期的FMS:60年代后期期70年代初期期,德国、日日本、前前苏联联 、美美国、意意大利利等相相继开发发了本国国的第一一代FMS.Allischalmers系统(二十世纪纪六十年年代后期期，美国国)* 6台加工中中心,4台双分度度头机床床* 自动动牵引车车工件搬搬运系统统 Allis chalmers 系统平面布置 Allis chalmers 系统自动牵引车FanucHino系统* 8台数控车车床(二十世纪纪七十年年代初期期，日本本)* 每台台车床旁旁均有一一个装有有工件的的圆盘传传送带式式供料器器* 机器器人在圆圆盘供料料器和车车床之间间,以及车床床

16、与车床床之间传送工件件 Fanuc Hino系统平面布置 Fanuc Hino系统供料器及机床70年代缓慢慢发展(初期未受受到充分分重视)80年代迅速速发展(由于显著著的经济济效益,各国相继继投入大量量资金,竟相开发发FMS) FMS的发展过程 1、FMS的基本组组成2.4.2FMS的组成与与功能（1）加工系系统（2）物料储储运系统统（3）计算机机控制系系统（1）加工系系统：FMS的主体部部分，用用于加工工产品零零件。* 加工工单元:有自动换换刀及换换工件功功能的数控机床床、加工工中心。加工零件类型机床配置箱体类回转体类箱体类+回转体类特殊类*加工工单单元元机机床床配配置置CNC加工中心心+C

17、NC车削中心心CNC加工中心心CNC车削中心心、CNC磨床专用CNC机床（2）物料储储运系统统实施对毛毛坯、工工件、夹夹具、刀刀具等的的存储、运输、交交换工作作。* 工件件储运系系统：a.毛坯、半半成品、夹具组组件的存存储仓库库及缓冲冲存储站站 b.工件托盘盘运输小小车，输输送带输输送装置置 c.托盘交换换器，上上料机器器人等交交换装置置 d.工件、夹夹具装卸卸站 *刀具运送送系统： a.刀具存储储库b.交换刀具具装置 交 换 刀 具 装 置 c.刀具刃磨磨、组装装及预调调工作站站（3）计算机机控制系系统由管理FMS的信息、控制FMS各设备协协调一致致工作的的计算机机网络系系统和FMS管理与控控制软件件构成。 FMS的基本结构*FMS的辅助设设备：在线测量量装置、清理装装置、切切屑处理理装置等等 * FMS实例： 美国麦道公司FMS五台加工中心每台加工中心配90把刀和一个换刀站三辆小车负责运送工件、刀具小车保养站10托盘自动工件交换台物料检查站卧式坐标测量机清洗站刀具装卸站高架机房切屑收集和切屑再生系统美国麦道道公司的的FMS：2、FMS的主要功功能1.自动进行行零件的的批量生生产(数控机床床承担自自动制造造任务)；