机械制造自动化资料课件

单单元二元二元二元二机械制造自机械制造自机械制造自机械制造自动动化化化化单元二 机械制造自动化1主要内容2.1 制造制造业现状状2.2成成组技技术2.3计算机算机辅助工助工艺规程程设计2.4柔性制造系柔性制造系统主要内容2.1 制造业现状2.2成组技术2.3计算机辅助工艺22.1.1现代制造企代制造企业环境的境的变化化n大市场和大竞争；n产品生命周期缩短；n交货期成为主要竞争因素；n用户需求个性化,多品种小批量生产比例增大。2.1 2.1 制造业现状制造业现状2.1.1现代制造企业环境的变化大市场和大竞争；2.1 制造3 2.1.2 发达国家的制造达国家的制造业发展迅速展迅速例：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n全数字化定义无纸生产；n数字化预装配无金属样机的生产(虚拟)n广域网上的异地设计、异地制造；n基于的数据交换；n协同工作小组（Team work)238设计制造周期大大缩短：波音757,767 9-10年波音77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。2.1.2 发达国家的制造业发展迅速例：波音777的设计和4信息信息时代造成了跨国公司的代造成了跨国公司的垄断性断性n跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的跨国公司的生产总值占工业化国家生产总值的 40%；n跨国公司的贸易额占世界贸易总值的跨国公司的贸易额占世界贸易总值的 50%；n跨国公司的工业研制费占世界总值的跨国公司的工业研制费占世界总值的 80%；n跨国公司操纵了世界技术转让的跨国公司操纵了世界技术转让的 75%；n跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的跨国公司操纵了对发展中国家技术贸易的 90%；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590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 我国制造我国制造业的的严峻形峻形势90年代国际水平的占30%80年代国际水平的占4062.22.2成组技术成组技术多品种、中小批量生产中存在的问题多品种、中小批量生产中存在的问题 批量法批量法则则在大批量生产中，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。机床利用率机床利用率例：CA6140 车床，最大加工直径400，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%。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75 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5 9581 1、GTGT定义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。GTGT 被被认认为为是是一一种种“制制造造哲哲理理”（Manufacturing Manufacturing PhilosophyPhilosophy），是现代制造技术的一个重要理论基础。，是现代制造技术的一个重要理论基础。2.2.1 成成组技技术的基本概念的基本概念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9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：重复使用原则：资源重复使用，降低生产成本；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。作业熟练程度增加，提高生产率。2 2、GTGT工作原理工作原理图2-2 成组技术基本原理产品部件零件零件组ABCA1A210 2.2.2 零件的分零件的分类编码 1.1.零件编码：零件编码：用数字表示零件的形状特征和工艺特征。在实施成组技术的过程中，必须首先建立相应的零件分类编码系统，然后应用这个编码系统使零件的有关信息代码化，据此对零件进行分类分组，以便进一步以成组的方式组织生产。2.2.2 零件的分类编码 1.零件编码：11零件分类之前与分类之后零件分类之前与分类之后零件分类之前与分类之后零件分类之前与分类之后图 2-3零件分类之前与分类之后图 2-3122.分类编码系统：分类编码系统：德Opitz、日KK、美Code、英Brisch 等70多种我国机械零件分类编码系统简称JLBM1系统系统组成：系统组成：三部分：名称类别、形状及加工码、辅助码15个码位：第一位总体形状，第二位功能与形状，第三到九位形状与加工特征，十到十五位材料毛坯主要尺寸等2.分类编码系统：系统组成：13图 2-4图 2-414机械制造自动化资料课件15图 2-5图 2-516 2.2.3成组工艺规程设计1、划分零件、划分零件组对零件编码后根据相似性划分零件加工组，方法有三种：（1）特征）特征码位法位法选几位与加工特征直接有关的特征码为形成零件组依据，只要这些码位相同，零件即可划为一组，不管其它码位（2)码域法域法对各码位制定分组的码域，即码位限制几个数字项，凡各码位上的特征码落在规定码域内的零件划为同一组。（3)特征位码域法将特征码位与码域法相结合的分组方法。选取特征性强的码位并规定允许的变化范围（码域）,作为分组的依据。2.2.3成组工艺规程设计 1、划分零件组（2)172、主、主样件件设计能集中反映组内所有零件的结构特征和工艺特征的零件称为主样件。它可以是真实零件也可是综合的假想零件。3、拟订零件零件组工工艺过程程（1）复合零件法按照零件组中的复合零件来设计工艺规程的方法称为复合零件法，或样件法。所谓复合零件是拥有同组零件的全部待加工表面要素的一个零件。仅适用于回转体零件。2、主样件设计3、拟订零件组工艺过程 18表 2-1表 2-119表 2-2表 2-220图 2-3图 2-321制订主样件的工艺过程，作为该零件组的工艺过程，可加工组内每一个零件。成组工艺路线常用图表格式表示，下图是六个零件组成的零件组的“综合零件”及其成组工艺过程卡的示意图。制订主样件的工艺过程，作为该零件组的工艺过程，可加工组内每一22表 2-4表 2-423（2）复合路线法一般适用于非回转类零件。复合路线法是在零件分类成组的基础上，把同组零件的工艺路线作一比较，以以组内最复内最复杂零零件的工件的工艺路路线为基基础，然后将此路线与组内其它零件的工艺路线相比较，凡组内其它零件需要而作为代表的工艺路线中没有的工序，一一添上，最终形成一个能满足全组零件要求的成组工艺。（2）复合路线法24图 2-5图 2-525Computer Aided Process Planning 是利用计算机协助工艺人员进行过程设计的技术，是把对产品本身进行定义的数据转换成面向制造的数据的关键环节。2.3.1 CAPP设计方法方法1.样件法件法采用成组技术按主样件设计典型工艺规程存贮计算机中。输入新零件编码及要求，检索出相应的工艺规程并进行编辑修改，最后输出该零件的工艺规程。2.3 计算机算机辅助工助工艺规程程设计（CAPP）Computer Aided Process Planni26图 2-6图 2-6273.专家系家系统把工艺专家编制工艺的经验和知识存在知识库中，可较方便地通过专用模块进行增删和修改。2.创成法成法输入零件图形和工艺信息后，计算机便按照工艺决策制定的逻辑算法语言，在不需人工干预条件下自动生成工艺规程。自动化程度高，但系统复杂，技术上尚不成熟。3.专家系统2.创成法281、工艺信息数字化（1）零件编码矩阵化零件编码矩阵，即一维数组二维数组（2）零件组特征的矩阵化同组所有零件的特征矩阵叠加起来得零件组特征矩阵（3）主样件设计特征矩阵图中交点上出现“1”与“0”的频数各不相同，频数大的特征须反映到主样件中，频数小的特征可舍去 2.3.2 样件法件法CAPP设计原理原理（2）零件组特征的矩阵化（3）主样件设计 2.3.2 样29（6）综合加工工艺路线的数字化用一（N4）矩阵来表示零件加工工艺路线（5）工序工步名称编码编码以工步为单位，热处理、检验以及装夹、调头等操作也当作一个工步编码,使计算机能按预定方法调出。（4）零件上各种形面的数字化编码只表示零件结构、工艺特征，没有提供零件表面信息，还必须对零件表面逐一编码。（7）工序工步内容矩阵以工步为单位，一个工步占一行，共9列，描述工步序号，名称编码，机床和刀具编码，进给量和背吃刀量值，计算切削数据和基本时间的公式编码，该工步所属工序编码。（6）综合加工工艺路线的数字化（5）工序工步名称编码（430工艺信息经过数字化后形成了大量数据，按一定的工艺文件形式集合起来，存储在计算机内，形成数据库以备检索和调用。数据文件的格式主要有零件编码特征矩阵文件、样件工艺文件，工艺数据文件等。输入零件特征矩阵查找该零件所属零件组调出相应的综合工艺路线矩阵输入形面编码及技术要求选取零件加工工序及编码得加工工艺路线调出工序及工步内容查找该工步机床刀具名称和型号计算切削用量、切削力、功率和基本时间等。计算机将每次查到的工步内容都存入存储区内，最后形成一份完整的加工工艺规程打印出来。3、CAPP设计过程程2、CAPP系系统数据数据库 工艺信息经过数字化后形成了大量数据，按一定的工艺 输入零31图2-7图 2-732图 2-8图 2-833表 2-6表 2-634机械制造自动化资料课件35 2.4.1 2.4.1 FMSFMS的的的的产产生与生与生与生与发发展展展展1、FMS的产生的产生市场的发展变化促使传统生产方式变革20世纪初，大批量、少品种 刚性性自动线2.4 柔性制造系统（柔性制造系统（FMS)图 2-9 加工箱体类零件的组合机床自动化线 2.4 柔性制造36 刚性自动线特点刚性自动线特点：设备和加工工艺固定,不灵活,只能加工一个零件,或几个相互类似的零件,即具有刚性性。图2-10 组合机床自动线 刚性自动线特点：图2-10 3720世纪60、70年代，多品种、中小批量 柔性柔性制造系统(FMS)产生（1983年）年）20世纪60、70年代，多品种、中小批量（1983年）382、FMS的的发展展历史史刚性自动线改造柔性差,适合大批量少品种生产,生产效率高。改造费时费力费钱。数控机床(50年代NC,70年代CNC)柔性好,只适合小批量多品种生产,生产率低.数控机床 2、FMS的发展历史 数控机床 39 自动线与数控机床的特点结合FMS FMS的一般定的一般定义:1)是一个是一个计算机控制的生算机控制的生产系系统;2)系系统采用半独立的数控机床采用半独立的数控机床;3)这些机床通些机床通过物料物料输送系送系统联成一体成一体.柔性制造系统(FMS)自动线与数控机床的特点结合FMS 40最早的FMS:Molins System (20世纪60年代,英国英国Molins公司,David Williamsm)*计算机控制整个系统,可加工一系列不同的零件*类似加工中心的数控机床*自动为机床提供工件和工艺装备*每天工作24小时(中班和晚班的16小时内进行无人化加工)Molins System 最早的FMS:Molins System 41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、意大利等相继开发了本国的第一代FMS.Allis chalmers 系统(二十世纪六十年代后期，美国)*6台加工中心,4台双分度头机床*自动牵引车工件搬运系统 Allis chalmers 系统平面布置 Allis chalmers 系统自动牵引车其它早期的FMS:Allis chalmer42Fanuc Hino 系统 *8台数控车床 (二十世纪七十年代初期，日本)*每台车床旁均有一个装有工件的圆盘传送带式供料器*机器人在圆盘供料器和车床之间,以及车床与车床之间传送工件 Fanuc Hino系统平面布置 Fanuc Hino系统供料器及机床Fanuc Hino 系统 Fa4370年代缓慢发展(初期未受到充分重视)80年代迅速发展(由于显著的经济效益,各国相继投入大量资金,竟相开发FMS)FMS的发展过程 70年代缓慢发展(初期未受到充分重视)F441、FMS的基本的基本组成成 2.4.2 FMS的的组成与功能成与功能（1）加 工 系 统（2）物 料 储 运 系 统（3）计 算 机 控 制 系 统 2.4.2 FMS的组成与功能（1）加工系统45（1）加工系）加工系统：FMS的主体部分，用于加工产品零件。*加工单元:有自有自动换刀及刀及换工件功能工件功能的数控机床、加工中心。（1）加工系统：46机械制造自动化资料课件47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 元 机 床 配 置CNCCNC加工中心加工中心+CNC+CNC车削中心车削中心CNCCNC加工中心加工中心CNCCNC车削中心、车削中心、CNCCNC磨床磨床专用专用CNCCNC机床机床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*48（2）物料）物料储运系运系统实施对毛坯、工件、夹具、刀具等的存储、运输、交换工作。*工件储运系统：a.毛坯、半成品、夹具组件的存储仓库及缓冲存储站 （2）物料储运系统 49b.工件托盘运输小车，输送带输送装置 b.工件托盘运输小车，输送带输送装置 50c.托盘交换器，上料机器人等交换装置 c.托盘交换器，上料机器人等交换装置 51d.工件、夹具装卸站 d.工件、夹具装卸站 52*刀具运送系统：a.刀具存储库*刀具运送系统：a.刀具存储库53b.交换刀具装置 交 换 刀 具 装 置 b.交换刀具装置 54机械制造自动化资料课件55c.刀具刃磨、组装及预调工作站c.刀具刃磨、组装及预调工作站56（3）计算机控制系算机控制系统由管理FMS的信息、控制FMS各设备协调一致工作的计算机网络系统和FMS管理与控制软件构成。FMS的基本结构（3）计算机控制系统 FMS的基本结构57*FMS的辅助设备：在线测量装置、清理装置、切屑处理装置等 *FMS的辅助设备：58*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公司的FMS：美国麦道公司FMS五台加工中心三辆小车负责运送工件、刀592、FMS的主要功能的主要功能1.自动进行零件的批量生产(数控机床承担自动制造任务)；2.简单地改变软件,便能制造出某一零件族中的任何零件；3.自动运输、储存、交换物料（毛坯、工件、刀具等）；4.自动监视功能(刀具磨损、破损的监测等）,自动补偿、自诊断等；5.作业计划与调度功能。2、FMS的主要功能60 减少设备投资 设备利用率高减少占地面积减少直接工时费用减少了在制品的数量，缩短了生产准备时间具有快速应变能力维持生产能力强产品质量高而稳定系统运行灵活性大产量变化适应性好便于实现工厂自动化投资高、风险大，开发周期长、管理水平要求高 2.4.3 FMS主要特点主要特点 减少设备投资 61Thank You!