第19章--机械加工自动化分析课件

第十九章第十九章 机械加工自动化机械加工自动化 第十九章 机械加工自动化 1第一节第一节 组合机床及其自动线组合机床及其自动线 一、组合机床概述一、组合机床概述 （一）组合机床的产生（一）组合机床的产生 为为了了满满足足机机械械工工业业不不断断发发展展的的需需要要，人人们们在在实实践践的的基基础础上上创创造造了了组组合合机机床床。所所谓谓组组合合机机床床，它它是是由由已已经经系系列列化化、标标准准化化的的通通用用部部件件和和少少量量专专用用部部件件（按按加加工工零零件件的的形形状状和和工工艺艺要要求求而而设设计计的的组组合合装装配配起起来来的的专专用用机机床床。它它既既保保留留专专用用机机床床的的结结构构简简单单、生生产产效效率率高高等等优优点点，又又像像通通用用机机床床那那样样具具有有部部件件通通用用化化、可可调调整整改改装装以以适适应应不不同同结结构构尺尺寸寸的的工工件件加加工工等特点。等特点。（二）组合机床的组成（二）组合机床的组成 图图1 19-19-1是一台组合机床的组成图，从图中可以看出，组合机床由是一台组合机床的组成图，从图中可以看出，组合机床由许多通用部件和少量专用部件所组成。组合机床的通用部件是组成组合许多通用部件和少量专用部件所组成。组合机床的通用部件是组成组合机床的主要部分，按其所起作用的不同一般分为下面五类：机床的主要部分，按其所起作用的不同一般分为下面五类：第一节 组合机床及其自动线2图图1 19-1 9-1 组合机床的组成组合机床的组成 1 1滑台滑台 2 2动力箱动力箱 3 3立柱底座立柱底座 4 4立柱立柱 5 5多轴箱多轴箱 6 6夹具夹具 7 7中间底座中间底座 8 8侧底座侧底座 图19-1 组合机床的组成 3 （1 1）动力部件）动力部件 如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。（2 2）支承部件）支承部件 如底座、立柱等。如底座、立柱等。（3 3）输送部件）输送部件 如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。（4 4）控制部件）控制部件 如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。（5 5）辅助部件）辅助部件 如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。除上述各种通用部件外，根据加工零件形状及工艺要求，组合机除上述各种通用部件外，根据加工零件形状及工艺要求，组合机床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设计制造的多轴箱，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制计制造的多轴箱，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制造的夹具等。造的夹具等。（三）组合机床的配置型式（三）组合机床的配置型式 1.1.单工位组合机床单工位组合机床 这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。机床的配这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。机床的配置型式如图置型式如图1 19 92 2所示。所示。2.2.多工位组合机床多工位组合机床 这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。机床的配这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。机床的配置型式如图置型式如图1 19 93 3所示。所示。（1）动力部件 如各种类型的切削头、滑台和动力4图图1 19-2 9-2 单工位组合机床的配置形式单工位组合机床的配置形式 a)a)卧式单面卧式单面 b)b)卧式双面卧式双面 c)c)卧式三面卧式三面 d)d)立式立式 b)b)e)e)复合式（立式与卧式组合）复合式（立式与卧式组合）f)f)复合式（倾斜式与卧式组合）复合式（倾斜式与卧式组合）图19-2 单工位组合机床的配置形式 5图图1 19-3 9-3 多工位组合机床的配置形式多工位组合机床的配置形式 a)a)移动工作台式移动工作台式 b)b)回转鼓轮式回转鼓轮式 c)c)、d)d)回转工作台式回转工作台式 图19-3 多工位组合机床的配置形式 6 （四）组合机床的特点及应用范围（四）组合机床的特点及应用范围 1.1.组合机床的特点组合机床的特点 组合机床与通用机床或一般专用机床相比，主要有如下优点：组合机床与通用机床或一般专用机床相比，主要有如下优点：1)1)设计和制造的周期短。设计和制造的周期短。2)2)对产品变化或更新有较强的适应性。对产品变化或更新有较强的适应性。3)3)具有较高的工作可靠性。具有较高的工作可靠性。4)4)工序集中，生产效率高。工序集中，生产效率高。5)5)机床的维护和修理都比较方便。机床的维护和修理都比较方便。组合机床有很多优点，但也有一定的缺点：组合机床有很多优点，但也有一定的缺点：1 1）在机床改装时，少量专用部件和零件不能重复利用，因此有）在机床改装时，少量专用部件和零件不能重复利用，因此有一定的损失。一定的损失。2 2）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。适用。2.2.组合机床的应用范围组合机床的应用范围 组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、仪器仪表壳体等机座、仪器仪表壳体等 ）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来越多地采用组合机床加工。件也越来越多地采用组合机床加工。（四）组合机床的特点及应用范围7 二、组合机床的几种通用部件二、组合机床的几种通用部件 （一）动力滑台（一）动力滑台 1.动力滑台的功用动力滑台的功用 动动力力滑滑台台简简称称滑滑台台，它它是是常常用用的的动动力力部部件件，主主要要用用来来带带动动各各种种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。图图1 19-49-4是是将将动动力力箱箱和和多多轴轴箱箱以以及及各各种种单单轴轴头头安安装装在在滑滑台台上上组组成成各种切削动力头的情况示意图。各种切削动力头的情况示意图。图图1 19-4 9-4 滑台上安装动力箱及各种切削头的情况滑台上安装动力箱及各种切削头的情况 1 1滑台滑台 2 2动力箱动力箱 3 3多轴箱多轴箱 4 4铣削头铣削头 5 5镗车头镗车头 6 6钻削头钻削头 二、组合机床的几种通用部件图19-4 滑台上8 2.2.滑台的典型工作循环滑台的典型工作循环 滑滑台台的的运运动动能能实实现现各各种种不不同同的的工工作作循循环环，图图1 19-59-5所所示示是是几几种种常常见的工作循环。见的工作循环。图图1 19-5 9-5 滑台的典型工作循环滑台的典型工作循环 a)a)一次工作进给循环一次工作进给循环 b)b)二次工作进给循环二次工作进给循环 c)c)超越工作进给循环超越工作进给循环 d)d)双向工作进给循环双向工作进给循环 e)e)分级工作进给循环分级工作进给循环 b)b)S SQ Q 快进快进 S SW W 工进工进 S SR R 快退快退 2.滑台的典型工作循环 图19-5 滑台的典型9 3.3.液压滑台液压滑台 图图1 19-69-6所示为液压滑台。所示为液压滑台。图图1 19-6 9-6 液压滑台液压滑台 1 1滑鞍滑鞍 2 2液压缸液压缸 3 3滑座滑座 4 4死挡块死挡块 3.液压滑台图19-6 液压滑台 10 4.4.机械滑台机械滑台 图图1 19-79-7所示为机械滑台。所示为机械滑台。图图1 19-7 9-7 机械滑台机械滑台 1 1滑座滑座 2 2滑鞍滑鞍 3 3工进电动机工进电动机 4 4快速电动机快速电动机 5 5传动箱传动箱 6 6死挡块死挡块 4.机械滑台图19-7 机械滑台 11图图1 19-8 9-8 机械滑台的传动系统机械滑台的传动系统 1 1快速电动机快速电动机 2 2电磁制动器电磁制动器 3 3工进电动机工进电动机 4 4行程开关行程开关 5 5滑座滑座 6 6滑鞍滑鞍 7 7死挡块死挡块 图图1 19-89-8为机械滑台的传动系统图。为机械滑台的传动系统图。图19-8 机械滑台的传动系统 图19-8为机械滑12 机械滑台的传动，可用如下传动路线表达式来表示：机械滑台的传动，可用如下传动路线表达式来表示：1 1）快速进退）快速进退 快速电动机快速电动机 I 丝杠螺母滑台（快速）丝杠螺母滑台（快速）2 2）工作进给）工作进给工进电动机工进电动机 II III 行星减速机构 I 丝杠丝杠螺母滑台（慢速）螺母滑台（慢速）传动路线表达式中的传动路线表达式中的z za a、z zb b 、z zc c、z zd d是交换齿轮齿数。是交换齿轮齿数。机械滑台的传动，可用如下传动路线表达式来表示13 （二）单轴头（二）单轴头 图图1 19-99-9所所示示为为一一种种系系列列顶顶置置式式主主运运动动传传动动装装置置与与六六种种单单轴轴头头头头体体配套使用的情况。配套使用的情况。图图1 19-9 9-9 顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况 a)钻削头钻削头 b)b)攻螺纹头攻螺纹头 c)c)镗削头镗削头 d)d)镗车头镗车头 e)e)铣削头铣削头 f)f)多轴可调头多轴可调头 b)b)1 1主运动传动装置主运动传动装置 2 2单轴头头体单轴头头体 （二）单轴头图19-9 顶置式主运动传动装置与各14 （三）动力箱（三）动力箱 图图1 19-109-10所示是齿轮传动动力箱的结构。所示是齿轮传动动力箱的结构。图图1 19-10 9-10 齿轮传动动力箱的结构齿轮传动动力箱的结构 1 1动力箱箱体动力箱箱体 2 2驱动轴驱动轴 3 3齿轮齿轮 （三）动力箱图19-10 齿轮传动动力箱的结构15 （四）回转工作台（四）回转工作台 回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。图图1 19-119-11是齿盘定位式回转工作台的结构原理图是齿盘定位式回转工作台的结构原理图 图图1 19-11 9-11 齿盘定位式液压回转工作台的结构原理齿盘定位式液压回转工作台的结构原理 a)结构示意结构示意 b)b)液压传动原理液压传动原理 b)b)1 1台面台面 2 2上齿盘上齿盘 3 3下齿盘下齿盘 4 4底座底座 5 5压紧液压缸压紧液压缸 6 6牙嵌离合器牙嵌离合器 7 7齿轮齿轮 8 8齿条液压缸齿条液压缸 9 9、1010电磁阀电磁阀 （四）回转工作台图19-11 齿盘定位式液压回转16 三、组合机床自动线三、组合机床自动线 图图1 19-129-12为某一组合机床自动线的组成示意图。为某一组合机床自动线的组成示意图。图图1 19-12 9-12 组合机床自动线组合机床自动线 1 1中央操纵台中央操纵台 2 2工件输送装置工件输送装置 3 3转位台转位台 4 4翻转台翻转台 5 5液压站液压站 6 6排屑装置排屑装置 三、组合机床自动线图19-12 组合机床自动17第二节第二节 数控机床数控机床一、数控机床概述一、数控机床概述 随随着着计计算算机机数数控控技技术术(Computer Computer Numerical Numerical ControlCNC)ControlCNC)的的发发展展，出出现现了了一一种种采采用用计计算算机机进进行行数数字字信信号号控控制制的的高高效效能能自自动动化化加加工工机床，即计算机数控机床，简称数控机床。机床，即计算机数控机床，简称数控机床。（一）数控机床的组成（一）数控机床的组成 数数控控机机床床主主要要由由信信息息载载体体及及输输入入装装置置、数数控控装装置置、伺伺服服系系统统和和机机床本体等四部分组成（见图床本体等四部分组成（见图1 19-139-13）。）。图图1 19-13 9-13 数控机床的组成数控机床的组成 第二节 数控机床 图19-13 数控机床的组成 18 （1 1）信信息息载载体体及及输输入入装装置置 信信息息载载体体又又称称控控制制介介质质，它它用用于于记记载载各各种种加加工工信信息息，以以控控制制机机床床的的运运动动，实实现现零零件件的的机机械械加加工工。常常用用的的信信息载体有标准穿孔纸带、磁带和磁盘等。息载体有标准穿孔纸带、磁带和磁盘等。信信息息载载体体上上记记载载的的加加工工信信息息要要经经输输入入装装置置输输送送给给数数控控装装置置。常常用用的的输输入入装装置置有有光光电电纸纸带带输输入入机机、磁磁带带录录音音机机、磁磁盘盘驱驱动动器器等等；对对于于有有微微型型机机控控制制的的数数控控机机床床，常常在在操操作作面面板板上上用用按按钮钮和和键键盘盘将将加加工工程程序序直直接接输输入入，并并在在显显示示器器上上显显示示，或或者者包包含含有有自自动动编编程程机机或或系统。系统。（2 2）数数控控装装置置 数数控控装装置置一一般般是是指指控控制制机机床床运运动动的的计计算算机机及及相相关关部部件件，它它是是属属于于控控制制机机床床运运动动的的中中枢枢系系统统。它它的的功功能能是是接接受受输输入入装装置置输输入入的的加加工工信信息息，经经处处理理与与计计算算，发发出出相相应应的的控控制制脉脉冲冲信信号号送送给给伺伺服服系统，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。系统，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。（1）信息载体及输入装置 信息载体又称控制介质19 （3 3）伺伺服服系系统统 伺伺服服系系统统是是数数控控系系统统的的执执行行部部分分，它它是是由由位位置置控控制制环环、速速度度控控制制环环、驱驱动动伺伺服服电电机机和和相相应应的的机机械械传传动动装装置置组组成成（图图1 19-149-14）。当当数数控控装装置置输输出出指指令令电电脉脉冲冲信信号号给给伺伺服服系系统统时时，伺伺服服系系统统就就使使机机床床上上的的移移动动部部件件作作相相应应的的移移动动，并并对对定定位位的的精精度度和和速速度加以控制。度加以控制。图图1 19-14 9-14 伺服系统的组成伺服系统的组成（4 4）机床）机床 数控机床加工时，零件的粗加工和精加工往往是在数控机床加工时，零件的粗加工和精加工往往是在同一台机床上一次装卡自动完成整个切削加工过程的，进给量的变同一台机床上一次装卡自动完成整个切削加工过程的，进给量的变换是靠伺服电机本身变速来实现的。换是靠伺服电机本身变速来实现的。（3）伺服系统 伺服系统是数控系统的执行部分，20 （二）数控机床的工作过程（二）数控机床的工作过程 图图1 19-159-15所示为数控机床对零件加工的工作过程示意图。所示为数控机床对零件加工的工作过程示意图。图图1 19-15 9-15 数控机床的工作过程数控机床的工作过程 （三）数控机床的特点（三）数控机床的特点 （1 1）加加工工精精度度高高、加加工工质质量稳定可靠量稳定可靠 （2 2）生产效率高）生产效率高 （3 3）减减轻轻工工人人劳劳动动强强度度、改善劳动条件改善劳动条件 （4 4）零零件件加加工工的的适适应应性性强强、灵活性好灵活性好 （5 5）有利于生产管理）有利于生产管理 （二）数控机床的工作过程图19-15 数控机床的工作21 二、数控机床的类型及应用二、数控机床的类型及应用 （一）按机械运动的轨迹分类（一）按机械运动的轨迹分类 1.点位控制系统点位控制系统 点点位位控控制制系系统统如如图图1 19-169-16 所所示示，一一般般用用于于数数控控钻钻床床、数数控控镗镗床床、数控冲床和数控测量机等。数控冲床和数控测量机等。图图1 19-16 9-16 点位控制系统钻孔加工点位控制系统钻孔加工 1 1工件工件 2 2刀具刀具 二、数控机床的类型及应用图19-16 点位控制系22图图1 19-17 9-17 直线控制系统铣削加工直线控制系统铣削加工 1 1工件工件 2 2铣刀铣刀 2.2.直线控制系统直线控制系统 直线控制系统如图直线控制系统如图1 19-179-17所示。一般的简易数控系统均属于直线所示。一般的简易数控系统均属于直线控制系统。控制系统。将点位控制和直线控制结合起来的控制系统称为点位直线控制系将点位控制和直线控制结合起来的控制系统称为点位直线控制系统，该系统同时具有点位控制和直线控制的功能。数控镗铣床、数控统，该系统同时具有点位控制和直线控制的功能。数控镗铣床、数控加工中心等均采用点位直线控制系统。加工中心等均采用点位直线控制系统。图19-17 直线控制系统铣削加工 2.直线控制系统23 3.3.连续控制系统连续控制系统 连续控制系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制连续控制系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔，如图系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔，如图1 19-189-18所示所示的平板凸轮等。数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨床等的平板凸轮等。数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨床等均采用连续控制系统。均采用连续控制系统。图图1 19-18 9-18 连续控制系统的切削加工连续控制系统的切削加工 1 1工件工件 2 2铣刀铣刀 3.连续控制系统图19-18 连续控制系统的24（二）按伺服系统的类型分类（二）按伺服系统的类型分类 1.开环伺服系统开环伺服系统 图图1 19-199-19所示为采用步进电机驱动的开环伺服系统的原理。所示为采用步进电机驱动的开环伺服系统的原理。开开环环伺伺服服系系统统因因既既没没有有工工作作台台位位移移检检测测装装置置，也也没没有有位位置置反反馈馈和和校校正正系系统统，所所以以很很难难保保证证较较高高的的位位置置控控制制精精度度要要求求。同同时时由由于于受受步步进进电电机机性性能能的的影影响响，其其速速度度也也受受到到一一定定的的限限制制。但但这这种种系系统统结结构构简简单单，调调试试方方便便，工工作作可可靠靠，稳稳定定性性好好，价价格格低低廉廉，因因而而被被广广泛泛用用于于精精度度要求不太高的中小型数控机床上要求不太高的中小型数控机床上。图图1 19-19 9-19 开环伺服系统开环伺服系统（二）按伺服系统的类型分类图19-19 开环伺服系统 25 2.2.闭环伺服系统闭环伺服系统 图图1 19-209-20所示为采用宽调速直流电动机驱动的闭环伺服系统的原理。所示为采用宽调速直流电动机驱动的闭环伺服系统的原理。由于闭环伺服系统有位置反馈环节，可以补偿机械传动装置中的由于闭环伺服系统有位置反馈环节，可以补偿机械传动装置中的各种误差、间隙和干扰的影响，因而可以达到很高的定位精度，同时各种误差、间隙和干扰的影响，因而可以达到很高的定位精度，同时还能达到较高的速度。因此在数控机床上广泛应用，特别是精度要求还能达到较高的速度。因此在数控机床上广泛应用，特别是精度要求高的大型和精密机床。高的大型和精密机床。闭环系统要比开环伺服系统安装调试困难复杂，价格较贵，维护闭环系统要比开环伺服系统安装调试困难复杂，价格较贵，维护费用也比较高。费用也比较高。图图1 19-20 9-20 闭环伺服系统闭环伺服系统 2.闭环伺服系统图19-20 闭环伺服系统 26 3.3.半闭环伺服系统半闭环伺服系统 如如图图1 19-219-21示示为为半半闭闭环环伺伺服服系系统统。半半闭闭环环伺伺服服系系统统的的加加工工精精度度低低于于闭闭环环伺伺服服系系统统，但但这这种种系系统统调调试试比比较较容容易易，稳稳定定性性也也较较好好，在在生生产产中应用相当普遍。中应用相当普遍。图图1 19-21 9-21 半闭环伺服系统半闭环伺服系统 3.半闭环伺服系统图19-21 半闭环伺27（三）按控制坐标数分类（三）按控制坐标数分类1.1.两坐标数控机床两坐标数控机床 如如图图1 19-229-22所所示示的的数数控控车车床床、图图1 19-239-23所所示示的的数数控控铣铣床床皆皆属属于于两两坐标数控机床。坐标数控机床。2.2.三坐标数控机床三坐标数控机床 数数控控机机床床能能同同时时控控制制三三个个坐坐标标，实实现现三三坐坐标标联联动动，称称为为三三坐坐标标数数控控机机床床。如如图图1 19-239-23所所示示的的铣铣床床若若能能实实现现三三坐坐标标联联动动，则则称称三三坐坐标标数控铣床，可用于加工图数控铣床，可用于加工图1 19-249-24所示的曲面零件。所示的曲面零件。图图1 19-22 9-22 数控车床运动坐标示意数控车床运动坐标示意 图图1 19-239-23 数控铣床运动坐标示意数控铣床运动坐标示意 图图1 19-24 9-24 三坐标数控铣床适于三坐标数控铣床适于加工的曲面零件加工的曲面零件（三）按控制坐标数分类图19-22 图19-23图19-28 3.3.两个半坐标数控机床两个半坐标数控机床 两两个个半半坐坐标标数数控控机机床床又又称称作作两两轴轴半半坐坐标标数数控控机机床床。这这种种机机床床有有三三个个坐坐标标，能能作作三三个个方方向向的的运运动动，但但控控制制装装置置只只能能同同时时控控制制两两个个坐坐标标，而而第第三三坐坐标标仅仅能能作作等等距距的的周周期期移移动动。例例如如用用两两个个半半坐坐标标数数控控机机床即可加工图床即可加工图1 19-259-25所示的空间曲面形状的零件。所示的空间曲面形状的零件。图图1 19-25 9-25 两个半坐标数控机床加工的空间曲面两个半坐标数控机床加工的空间曲面 4.4.多坐标数控机床多坐标数控机床 四四坐坐标标以以上上的的数数控控机机床床称称为为多多坐坐标标数数控控机机床床。多多坐坐标标数数控控机机床床结结构构复复杂杂、机机床床精精度度高高、编编程程复复杂杂，主主要要用用于于加加工工形形状状复复杂杂的的零件。零件。3.两个半坐标数控机床图19-25 29 （四）按工艺用途分类（四）按工艺用途分类 1.1.普通数控机床普通数控机床 与与传传统统的的通通用用机机床床一一样样，数数控控机机床床根根据据不不同同的的工工艺艺需需要要，也也分分为为数控车床、数控铣床数控车床、数控铣床 、数控钻床、数控镗床及数控磨床等。、数控钻床、数控镗床及数控磨床等。2.2.数控加工中心数控加工中心 数数控控加加工工中中心心通通常常简简称称为为加加工工中中心心 (MC)MC)，是是在在普普通通数数控控机机床床的的基础上增加了刀库和自动换刀装置的数控机床。基础上增加了刀库和自动换刀装置的数控机床。3.3.数控特种加工机床数控特种加工机床 如数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床等。如数控电火花加工机床、数控线切割机床、数控激光切割机床等。（四）按工艺用途分类30第三节第三节 现代制造技术现代制造技术 现现代代制制造造技技术术是是在在数数控控机机床床的的基基础础上上不不断断发发展展起起来来的的，包包括括成成组组技技术术（GTGT）、计计算算机机辅辅助助设设计计与与制制造造（CAD/CAMCAD/CAM）、柔柔性性制制造造单单元元(FMC)FMC)、柔柔性性制制造造系系统统(FMS)FMS)、计计算算机机集集成成制制造造系系统统（CIMSCIMS）等等先先进的制造技术。进的制造技术。一、成组技术(Group Technology 简称GT)1 1成组技术的基本原理成组技术的基本原理 图图1 19-269-26为成组技术基本原理示意图。为成组技术基本原理示意图。图图1 19-26 9-26 成组技术成组技术 第三节 现代制造技术图19-26 成组技术 31 2 2零件分类编码零件分类编码 对对零零件件进进行行分分类类编编码码是是实实施施成成组组技技术术的的重重要要手手段段。即即对对每每个个零零件件赋赋予予规规定定的的数数字字符符号号表表示示零零件件结结构构特特征征 (如如零零件件名名称称、功功能能、结结构构、形形状状等等)和和工工艺艺特特征征的的信信息息，据据此此划划分分出出结结构构相相似似或或工工艺艺相相似似的零件组。的零件组。我我国国“机机械械工工业业成成组组技技术术零零件件分分类类编编码码系系统统”(”(简简称称JLBM-1JLBM-1分分类类编码系统编码系统)的基本结构见表的基本结构见表1 19-19-1。表表1 19-1 JLBM-1 9-1 JLBM-1 零件分类编码系统的基本构成零件分类编码系统的基本构成 码码 位位 主主 码码 副副 码码 123456789101112131415特特 征征 名名称称类类别别粗粗分分类类名名称称类类别别细细分分类类 外外部部基基本本形形状状 外外部部功功能能要要素素 内内部部基基本本形形状状 内内部部功功能能要要素素 外外平平面面、曲曲面面加加工工 内内平平面面加加工工 辅辅助助加加工工 材材料料 毛毛坯坯原原始始状状态态 热热处处理理 最最大大直直径径或或宽宽度度 最最大大长长度度 精精度度 2零件分类编码表19-1 JLBM-1 零件分32 3 3成组技术的主要优点成组技术的主要优点 (1)(1)可以促进零件、部件设计的标准化。可以促进零件、部件设计的标准化。(2)(2)可以提高生产效率和系统柔性。可以提高生产效率和系统柔性。(3)(3)可以提高生产管理水平。可以提高生产管理水平。3成组技术的主要优点33 二、计算机辅助设计与制造（二、计算机辅助设计与制造（CAD/CAMCAD/CAM）（一一）CAD/CAMCAD/CAM的基本概念的基本概念 CADCAD即即计计算算机机辅辅助助设设计计（Computer Computer Aided Aided DesignDesign），CAMCAM即即计计算算机机辅辅助助制制造造(Computer Computer Aided Aided Manufacturing)Manufacturing)。CAD/CAMCAD/CAM是是二二十十世世纪纪末期迅速发展起来的一门新兴技术。末期迅速发展起来的一门新兴技术。CADCAD是是在在人人的的参参与与情情况况下下，用用以以计计算算机机为为控控制制中中心心的的系系统统，对对产产品进行自动的最佳设计。品进行自动的最佳设计。CAMCAM的的定定义义是是在在不不断断发发展展的的，可可以以从从狭狭义义和和广广义义两两个个方方面面来来理理解解。狭狭义义的的CAMCAM是是指指计计算算机机辅辅助助编编制制数数控控机机床床加加工工指指令令；广广义义的的CAMCAM是是指指应应用计算机进行制造信息处理的全过程。用计算机进行制造信息处理的全过程。CAD CADCAMCAM系统是由系统是由CADCAD系统和系统和CAMCAM系统相互结合而形成的系统，系统相互结合而形成的系统，CADCADCAMCAM系统实质上是一个有关产品设计和制造的信息处理系统。系统实质上是一个有关产品设计和制造的信息处理系统。二、计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）34 （二）（二）CAD/CAMCAD/CAM系统的组成系统的组成 无论是用于何种产品设计和制造的无论是用于何种产品设计和制造的CAD/CAMCAD/CAM系统，基本上都是由系统，基本上都是由计算机和一些外部设备（计算机和外部设备通常称为硬件）及相应计算机和一些外部设备（计算机和外部设备通常称为硬件）及相应的软件所组成（其中包括系统软件、支撑软件及应用软件），如图的软件所组成（其中包括系统软件、支撑软件及应用软件），如图1 19-279-27所示。所示。图图1 19-27 9-27 CAD/CAM CAD/CAM系统的基本结构系统的基本结构 （二）CAD/CAM系统的组成图19-27 CAD/35 1 1 CAD/CAMCAD/CAM硬件系统硬件系统 主要由以下四部分组成：主要由以下四部分组成：（1 1）计计算算机机主主机机 计计算算机机主主机机主主要要包包括括CPUCPU、主主存存储储器器及及输输入入/输出接口组成。输出接口组成。（2 2）外存储器）外存储器 外存储器有硬盘、软盘、磁带、光盘等。外存储器有硬盘、软盘、磁带、光盘等。（3 3）输输入入设设备备 输输入入设设备备主主要要有有键键盘盘、鼠鼠标标、光光笔笔、扫扫描描仪仪、图形输入板等。图形输入板等。（4 4）输出设备）输出设备 输出设备主要有显示器、打印机、绘图仪等。输出设备主要有显示器、打印机、绘图仪等。1 CAD/CAM硬件系统36 2 2CAD/CAMCAD/CAM软件系统软件系统 主要由以下三部分组成：主要由以下三部分组成：（1 1）系系统统软软件件 系系统统软软件件是是指指计计算算机机在在运运行行状状态态下下，保保证证用用户户正正确确而而方方便便地地工工作作的的那那一一部部分分软软件件。它它包包括括操操作作系系统统、汇汇编编系系统统、编编译译系系统统、监监督督系系统统、诊诊断断系系统统、数数据据交交换换和和管管理理的的数数据据库库管管理理系系统、网络及网络通信软件等。统、网络及网络通信软件等。（2 2）支支撑撑软软件件 支支撑撑软软件件是是指指通通用用的的应应用用软软件件，它它包包括括图图形形处处理理软软件件、几几何何造造型型软软件件、有有限限元元分分析析软软件件、优优化化设设计计软软件件、动动态态仿仿真软件、各种标准零件设计库和工程数据库及其管理系统等。真软件、各种标准零件设计库和工程数据库及其管理系统等。（3 3）应应用用软软件件 指指专专为为某某一一领领域域开开发发的的CAD/CAMCAD/CAM应应用用软软件件，如如数数控加工、检测与质量控制软件等。控加工、检测与质量控制软件等。2CAD/CAM软件系统37 （三）（三）CAD/CAMCAD/CAM的应用与发展的应用与发展 1 1CAD/CAMCAD/CAM的应用的应用 CAD CADCAMCAM技术主要应用于以下几个方面：技术主要应用于以下几个方面：1)1)用用于于设设计计方方案案的的动动态态修修改改，它它可可以以使使设设计计结结果果以以图图形形方方式式输输出，能进行实时输入出，能进行实时输入/输出的交互设计。输出的交互设计。2)2)用用于于机机械械制制造造工工艺艺过过程程，进进行行计计算算机机辅辅助助工工艺艺设设计计、计计算算机机数控等。数控等。3)3)用用于于企企业业管管理理，进进行行生生产产规规划划及及生生产产调调度度最最优优化化、生生产产过过程程的材料消耗、成本核算、仓库自动管理和产品销售等。的材料消耗、成本核算、仓库自动管理和产品销售等。CAD CADCAMCAM应用非常广泛，最基本的常用模块有：应用非常广泛，最基本的常用模块有：（1 1）计算机辅助绘图）计算机辅助绘图 计算机辅助绘图是计算机辅助绘图是CADCAD系统应用最早的一个最基本的组成部分，系统应用最早的一个最基本的组成部分，其主要功能是完成二维图形、图纸的设计和绘制。其主要功能是完成二维图形、图纸的设计和绘制。（三）CAD/CAM的应用与发展38 （2 2）CADCAD建模建模 建建模模是是CADCAD的的核核心心技技术术。建建模模方方法法主主要要有有几几何何建建模模和和特特征征建建模模两两大类。大类。几几何何建建模模是是把把真真实实世世界界的的三三维维物物体体的的几几何何形形状状用用一一套套合合适适的的数数据据结构来描述，并输入计算机进行存储。结构来描述，并输入计算机进行存储。特特征征建建模模是是对零零件件生生产过程程各各个个环节信信息息以以及及这些些信信息息之之间关关系系的的完完整整全全面面的的描描述述。它它通通常常由由形形状状特特征征模模型型、精精度度特特征征模模型型、材材料料特特征模型征模型组成。成。（2）CAD建模39 （3 3）产品数据交换技术及管理）产品数据交换技术及管理 产品数据是指一个产品从设计到制造的生命周期全过程中对产品产品数据是指一个产品从设计到制造的生命周期全过程中对产品的全部描述，并以计算机可以识别的形式来表示和存储的信息。产品的全部描述，并以计算机可以识别的形式来表示和存储的信息。产品数据是在产品的生命周期全过程中通过数据采集、传递和加工处理而数据是在产品的生命周期全过程中通过数据采集、传递和加工处理而形成和不断完善的，因而，产品数据交换在产品生命周期中将频繁地形成和不断完善的，因而，产品数据交换在产品生命周期中将频繁地进行。进行。实现数据交换通常有两种方法：一是通过系统的专用接口，实现实现数据交换通常有两种方法：一是通过系统的专用接口，实现点对点的连接，如图点对点的连接，如图1 19-28a9-28a所示；二是通过一个中性所示；二是通过一个中性(即与系统无关即与系统无关)接口，实现星式连接，如图接口，实现星式连接，如图1 19-28b9-28b所示。所示。（3）产品数据交换技术及管理40图1 19-28 9-28 两种数据交两种数据交换的方法的方法 a a）点点对点点连接接 b b）星式星式连接接 图19-28 两种数据交换的方法 41 （4 4）计算机辅助工艺规程设计）计算机辅助工艺规程设计(CAPP)CAPP)计计算算机机辅辅助助工工艺艺规规程程设设计计，常常称称CAPP CAPP(Computer(Computer Aided Aided Process Process Plying)Plying)，它它是是在在成成组组技技术术的的基基础础上上，通通过过向向计计算算机机输输入入被被加加工工零零件件的的原原始始数数据据、加加工工条条件件和和加加工工要要求求，由由计计算算机机自自动动地地进进行行编编码码、编编程程、制制定定工工艺艺路路线线、进进行行工工艺艺设设计计直直至至最最后后输输出出经经过过优优化化的的工工艺艺文文件件的的过过程。程。（4）计算机辅助工艺规程设计(CAPP)42 （5 5）数控加工自动编程）数控加工自动编程 数控加工编程是数控加工编程是CADCADCAMCAM系统中的重要模块之一。它是设计与系统中的重要模块之一。它是设计与制造所用模型的结合体：一是由制造所用模型的结合体：一是由CADCAD系统所生成的产品数字模型；系统所生成的产品数字模型；二是与制造工艺有关的产品信息在二是与制造工艺有关的产品信息在CAMCAM系统中转换为产品的应用模系统中转换为产品的应用模型。数控加工编程系统的应用对缩短产品的制造周期，减少生产的型。数控加工编程系统的应用对缩短产品的制造周期，减少生产的准备时间，尤其是对于批量小、变化快、复杂程度大和精度要求高准备时间，尤其是对于批量小、变化快、复杂程度大和精度要求高的产品具有明显的优势。的产品具有明显的优势。（5）数控加工自动编程43 2.CAD/CAM2.CAD/CAM系统的功能与发展系统的功能与发展 （1 1）CADCADCAMCAM系统的功能系统的功能 1)1)曲面造型功能。曲面造型功能。2)2)实体造型功能。实体造型功能。3)3)物体质量特性计算功能。物体质量特性计算功能。4)4)运动机构的分析和仿真功能。运动机构的分析和仿真功能。5)5)二、三维图形的转换功能。二、三维图形的转换功能。6)6)三维几何模型的显示处理功能。三维几何模型的显示处理功能。7)7)有限元法网格自动生成的功能。有限元法网格自动生成的功能。8)8)优化设计功能。优化设计功能。9)9)数控加工的功能。数控加工的功能。10)10)信息处理和信息管理功能。信息处理和信息管理功能。（2 2）CADCADCAMCAM的发展趋势的发展趋势 1 1）集成化。）集成化。2 2）智能化。）智能化。3 3）网络化。）网络化。2.CAD/CAM系统的功能与发展44 三、柔性制造单元三、柔性制造单元(FMC)FMC)与柔性制造系统与柔性制造系统(FMS)FMS)（一）一）FMCFMC与与FMSFMS的基本概念的基本概念 FMCFMC即即柔柔性性制制造造单单元元(Flexible Flexible Manufacturing Manufacturing Cell)Cell)，它它是是在在数数控控加加工工中中心心的的基基础础上上，配配备备自自动动上上下下料料装装置置或或机机器器人人、自自动动测测量量和和监监控控装装置置所所组组成成。FMCFMC是是多多品品种种、小小批批量量生生产产中中机机械械加加工工自自动动化化的的理理想想设备，特别适用于中、小型企业。设备，特别适用于中、小型企业。FMSFMS即即柔柔性性制制造造系系统统(Flexible Flexible Manufacturing Manufacturing System)System)，它它是是指指以以多多台台数数控控机机床床、加加工工中中心心及及辅辅助助设设备备为为基基础础，通通过过柔柔性性的的自自动动化化输输送送和和存存储储系系统统实实现现有有机机的的结结合合，由由计计算算机机对对系系统统的的软软、硬硬件件资资源源实实施施集集中中的的管管理理和和控控制制，从从而而形形成成一一个个物物料料流流和和信信息息流流密密切切结结合合的的高高效效自自动化制造系统。动化制造系统。FMSFMS能够实现多品种、中小批量产品的生产自动化。能够实现多品种、中小批量产品的生产自动化。三、柔性制造单元(FMC)与柔性制造系统(FMS)45 （二）（二）FMSFMS的组成的组成 FMS FMS主要由三部分组成：主要由三部分组成：1 1计算机控制信息系统计算机控制信息系统 2 2自动化物料输送和存储系统自动化物料输送和存储系统 3 3自动化加工系统自动化加工系统 （三）（三）FMSFMS的特点与应用的特点与应用 1 1FMSFMS的特点的特点 柔性制造系统柔性制造系统(FMS)FMS)有两个主要特点，即自动化和柔性。有两个主要特点，即自动化和柔性。一个理想的一个理想的FMSFMS应具备应具备8 8种柔性种柔性:1)1)设备柔性。设备柔性。5)5)运行柔性。运行柔性。2)2)工艺柔性。工艺柔性。6)6)批量柔性。批量柔性。3)3)产品柔性。产品柔性。7)7)扩展柔性。扩展柔性。4)4)工序柔性。工序柔性。8)8)生产柔性。生产柔性。（二）FMS的组成46 2 2FMSFMS的优点与应用的优点与应用 (1)(1)优点优点 提高劳动生产率；提高劳动生产率；缩短生产周期；缩短生产周期；提高产品质量；提高产品质量；充分提高机床利用率；充分提高机床利用率；较大地减少操作人员；较大地减少操作人员；较大地降低成本；较大地降低成本；减少在制品数量和库存容量。减少在制品数量和库存容量。(2)(2)应用应用 主要用于中小批量生产。由于柔性制造系统具有明显的优点，所主要用于中小批量生产。由于柔性制造系统具有明显的优点，所以应用日益广泛。以应用日益广泛。2FMS的优点与应用47 （四）（四）FMSFMS的功能与发展趋势的功能与发展趋势 1 1FMSFMS的功能的功能 一个比较完善的柔性制造系统通常具有以下功能：一个比较完善的柔性制造系统通常具有以下功能：1)1)以成组技术为核心的零件分析编组功能。以成组技术为核心的零件分析编组功能。2)2)自动输送和储料功能。自动输送和储料功能。3)3)能自动完成多品种、多工序零件的加工功能。能自动完成多品种、多工序零件的加工功能。4)4)自动监控和诊断功能。自动监控和诊断功能。5)5)信息处理功能。信息处理功能。2 2FMSFMS的发展趋势的发展趋势 FMS FMS的主要发展趋势有：的主要发展趋势有：1 1）小型化、单元化。）小型化、单元化。2 2）模块化、集成化。）模块化、集成化。3 3）高性能。）高性能。4 4）适用性。）适用性。5 5）人性化。）人性化。（四）FMS的功能与发展趋势48 四、计算机集成制造系统四、计算机集成制造系统(CIMS)CIMS)（一）一）CIMSCIMS的基本概念的基本概念 CIMSCIMS即即计计算算机机集集成成制制造造系系统统(Computer Computer Integrated Integrated Manufacturing Manufacturing System)System)，它它是是在在信信息息技技术术、自自动动化化技技术术、计计算算机机技技术术及及制制造造技技术术的的基基础础上上，将将企企业业全全部部生生产产活活动动所所需需的的各各种种分分散散的的自自动动化化系系统统，通通过过计计算算机机及其软件有机地集成起来，成为优化运行的高柔性和高效益的制造系统。及其软件有机地集成起来，成为优化运行的高柔性和高效益的制造系统。（二）（二）CIMSCIMS的组成和结构的组成和结构 1 1CIMSCIMS的组成的组成 如图如图1 19-299-29所示，有如下组成部分：所示，有如下组成部分：（1 1）管理信息分系统管理信息分系统 （2 2）设计自动化分系统设计自动化分系统 （3 3）制造自动化分系统制造自动化分系统 （4 4）质量保证分系统质量保证分系统 （5 5）计算机网络支撑分系统计算机网络支撑分系统 （6 6）数据库支撑分系统数据库支撑分系统 四、计算机集成制造系统(CIMS)49图1 19-29 CIMS9-29 CIMS的的组成成 2 2CIMSCIMS的结构的结构 （1 1）层级结构）层级结构 （2 2）集成结构）集成结构五、五、CIMSCIMS的发展的发展图19-29 CIMS的组成 2CIMS的结构50本 章 结 束本 章 结 束51