机械制造自动化

单元二

机械制造自动化主要内容2.1制造业现状2.2成组技术2.3计算机辅助工艺规程设计2.4柔性制造系统现代制造企业环境的变化大市场和大竞争；产品生命周期缩短；交货期成为主要竞争因素；用户需求个性化,多品种小批量生产比例增大。2.1制造业现状

2.1.2发达国家的制造业发展迅速例：波音777的设计和制造是20世纪90年代制造业的标志性进展全数字化定义——无纸生产；数字化预装配——无金属样机的生产(虚拟)广域网上的异地设计、异地制造；基于ＳＴＥＰ的数据交换；协同工作小组（Teamwork)238设计制造周期大大缩短：波音757,767——9-10年波音7７7缩短到4.5年，并获得巨大的独占性利润，每架波音777要价1.4亿美元。信息时代造成了跨国公司的垄断性跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的40%；跨国公司的贸易额占世界贸易总值的50%；跨国公司的工业研制费占世界总值的80%；

跨国公司操纵了世界技术转让的75%；跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的90%；90年代国际水平的占30%80年代国际水平的占40%2000多种主导产品的平均生命周期为10.5年是美国产品3.5倍美国新产品贡献率已达到生产总值的52%我国仅为5.9%

我国的技术来源主要依赖国外技术，企业技术创新能力低下我国机械工业主导产品2.1.3我国制造业的严峻形势2.2成组技术多品种、中小批量生产中存在的问题

批量法则在大批量生产中，由于采用专用、高效和自动化的生产设备，可以获得高的生产率，低的生产成本，短的生产周期；而多品种、小批量生产则相反。机床利用率例：CA6140车床，最大加工直径φ400，实际加工90％以上工件直径不足100mm，机床利用率极低。制造周期在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约5％，其余95％均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足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定义成组技术的概念：充分利用事物间的相似性，将许多具有相似信息的研究对象归并成组，并用大致相同的方法去解决相似组中的生产技术问题，以达到规模生产的效果，这种技术统称为成组技术。GT

被认为是一种“制造哲理”—（ManufacturingPhilosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。2.2.1成组技术的基本概念图2-2成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A2A3B1B2C1C2C3C4

将多种零件按其相似性分类成组，人为扩大生产批量

重复使用原则：◆资源重复使用，降低生产成本；

◆作业熟练程度增加，提高生产率。2、GT工作原理零件的分类编编码1.零件编码：用数字表示零零件的形状特特征和工艺特特征。在实施施成组技术的的过程中，必必须首先建立立相应的零件件分类编码系系统，然后应应用这个编码码系统使零件件的有关信息息代码化，据据此对零件进进行分类分组组，以便进一一步以成组的的方式组织生生产。零件分类之前前与分类之后后图2-32.分类编码系统统：德Opitz、日KK、美Code、英Brisch等70多种我国机机械零零件分分类编编码系系统简简称JLBM－1系统系统组组成：：三部分分：名称类类别、、形状状及加加工码码、辅辅助码码15个码位位：第一位位总体体形状状，第第二位位功能能与形形状，，第三三到九位位形状状与加加工特特征，，十到到十五五位材材料毛毛坯主主要尺尺寸等等图2-4图2-5．成组组工艺艺规程程设计计1、划分分零件件组对零件件编码码后根根据相相似性性划分分零件件加工工组，，方法法有三三种：：（1）特征征码位位法选几位位与加加工特特征直直接有有关的的特征征码为为形成成零件件组依依据，，只要这这些码码位相相同，，零件件即可可划为为一组组，不不管其其它码码位（2)码域法法对各码码位制制定分分组的的码域域，即即码位位限制制几个个数字字项，，凡各码位位上的的特征征码落落在规规定码码域内内的零零件划划为同同一组组。（3)特征位位码域域法将特征征码位位与码码域法法相结结合的的分组组方法法。选选取特特征性性强的的码位并并规定定允许许的变变化范范围（（码域域）,作为分分组的的依据据。2、主样样件设设计能集中中反映映组内内所有有零件件的结结构特特征和和工艺艺特征征的零零件称为主主样件件。它它可以以是真真实零零件也也可是是综合合的假假想零零件。。3、拟订订零件件组工工艺过过程（1）复合合零件件法按照零零件组组中的的复合合零件件来设设计工工艺规规程的的方法法称为为复合合零件件法，，或样样件法法。所所谓复复合零零件是是拥有有同组组零件件的全全部待待加工工表面面要素素的一一个零零件。。仅仅适用用于回回转体体零件件。表2-1表2-2图2-3制订主主样件件的工工艺过过程，，作为为该零零件组组的工工艺过过程，，可加加工组组内每每一个个零件件。成成组工工艺路路线常常用图图表格格式表表示，，下图图是六六个零零件组组成的的零件件组的的“综综合零零件””及其其成组组工艺艺过程程卡的的示意意图。。表2-4（2）复合合路线线法一般适适用于于非回回转类类零件件。复复合路路线法法是在在零件件分类类成组组的基基础上上，把把同组组零件件的工工艺路路线作作一比比较，，以组内内最复复杂零零件的的工艺艺路线线为基基础，然后后将此此路线线与组组内其其它零零件的的工艺艺路线线相比比较，，凡组组内其其它零零件需需要而而作为为代表表的工工艺路路线中中没有有的工工序，，一一一添上上，最最终形形成一一个能能满足足全组组零件件要求求的成成组工工艺。。图2-5ComputerAidedProcessPlanning是利用计算算机协助工工艺人员进进行过程设设计的技术术，是把对对产品本身身进行定义义的数据转转换成面向向制造的数数据的关键键环节。2.3.1CAPP设计方法1.样件法采用成组技技术按主样样件设计典典型工艺规规程存贮计计算机中。。输入新零零件编码及及要求，检检索出相应应的工艺规规程并进行行编辑修修改，最后后输出该零零件的工艺艺规程。2.3计算机辅助助工艺规程程设计（CAPP）图2-63.专家系统把工艺专家家编制工艺艺的经验和和知识存在在知识库中中，可较方便地通通过专用模模块进行增增删和修改改。2.创成法输入零件图图形和工艺艺信息后，，计算机便便按照工艺艺决策制定的逻辑辑算法语言言，在不需需人工干预预条件下自自动生成工艺规程。。自动化程度度高，但系系统复杂，，技术上尚尚不成熟。。1、工艺信息息数字化（1）零件编码码矩阵化零件编码→→矩阵，即即一维数组组→二维数数组（2）零件组特特征的矩阵阵化同组所有零零件的特征征矩阵叠加加起来得零零件组特征征矩阵（3）主样件设设计特征矩阵图图中交点上上出现“1”与“0”的频数各不不相同，频数大的特特征须反映映到主样件件中，频数数小的特征征可舍去样件法CAPP设计原理（6）综合加工工工艺路线线的数字化化用一（N×4）矩阵来表表示零件加加工工艺路路线（5）工序工步步名称编码码编码以工步步为单位，，热处理、、检验以及及装夹、调调头等操作作也当作一一个工步编编码,使计算机能能按预定方方法调出。。（4）零件上各各种形面的的数字化编码只表示示零件结构构、工艺特特征，没有有提供零件件表面信息，还必必须对零件件表面逐一一编码。（7）工序工步步内容矩阵阵以工步为单单位，一个个工步占一一行，共9列，描述工工步序号，，名称编码码，机床和和刀具编码码，进给量量和背吃刀刀量值，计计算切削数数据和基本本时间的公公式编码，，该工步所所属工序编编码。工艺信息经经过数字化化后形成了了大量数据据，按一定定的工艺文件形式集集合起来，，存储在计计算机内，，形成数据据库以备检检索和调用用。数据文文件的格式式主要有零零件编码特特征矩阵文文件、样件件工艺文件件，工艺数数据文件等等。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系统数据据库图2-7图2-8表2-6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(50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<24系统>(20世纪60年代,英国Molins公司,DavidWilliamsm)*计算机控制整整个系统,可加工一系列列不同的零件*类似加工工中心的数控控机床*自动为机机床提供工件件和工艺装备备*每天工作作24小时(中班和晚班的的16小时内进行无人人化加工)MolinsSystem<24系统>其它早期的FMS:60年代后期70年代初期,德国、日本、、前苏联、、美国、意意大利利等相相继开发了本本国的第一代代FMS.Allischalmers系统(二十世纪六十十年代后期，，美国)*6台加工中心,4台双分度头机机床*自动牵引引车工件搬运运系统Allischalmers系统平面布置Allischalmers系统自动牵引车FanucHino系统<富士通工厂系系统>*8台数控车床(二十世纪七十十年代初期，，日本)*每台车床床旁均有一个个装有工件的的圆盘传送带带式供料器*机器人在在圆盘供料器器和车床之间间,以及车床与车车床之间传送工件FanucHino系统平面布置FanucHino系统供料器及机床70年代缓慢发展展(初期未受到充充分重视)80年代迅速发展展(由于显著的经经济效益,各国相继投入大量资金金,竟相开发FMS)FMS的发展过程

1、FMS的基本组成的组成与功能能（1）加工系统（2）物料储运系系统（3）计算机控制制系统（1）加工系统：FMS的主体部分，，用于加工产产品零件。*加工单元元:有自动换刀及及换工件功能能的数控机床、加加工中心。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*加工单单元机机床床配置置CNC加工中心+CNC车削中心CNC加工中心CNC车削中心、CNC磨床专用CNC机床（2）物料储运系系统实施对毛坯、、工件、夹具具、刀具等的的存储、运输、交换工工作。*工件储运运系统：a.毛坯、半成品品、夹具组件件的存储仓库库及缓冲存储储站

b.工件托盘运输输小车，输送送带输送装置置

c.托盘交换器，，上料机器人人等交换装置置

d.工件、夹具装装卸站

*刀具运送系统统：

a.刀具存储库b.交换刀具