机械制造自动化技术—课后习题答案

1-1什么是机械化和自动化？它们有什么区别（见复习题）？
当执行制造过程的基本动作是由机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械化。

若操纵这些机构的动作也是由机器来完成时，则就可以认为这个制造过程是“自动化”了
1-2机械制造中的工序自动化、工艺过程自动化和制造过程自动化的区别与联系是什么？1）工序自动化：在一个工序中，如果所有的基本动作都机械化了，并且使若干个辅助动作也自动化起来，而工人只是对这一工序作总的操纵和监管
2）工艺过程自动化：一个工艺过程通常包括着若干个工序，如果不仅每一个工序都自动化了，并且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程（包括加工、工序间的检验和输送）都自动进行，而工人仅只是对这一整个工艺过程作总的操纵和监督，这时就形成了某一种加工工艺的自动生产线。

3）制造过程自动化：一个零部件（或产品）的制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动的有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品的全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程的自动化。

机械制造自动化的高级阶段就是自动化车间甚至自动化工厂。

1-3机械制造自动化的主要内容有哪些？
1）机械加工自动化技术：包含上下料自动化技术、装卡自动化技术、换刀自动化技术、加工自动化技术和零件检验自动化技术等
2）物料储运过程自动化技术：包含工件储运自动化技术、刀具储运自动化技术和其它物料储运自动化技术等
3）装配自动化技术：包含零部件供应自动化技术和装配过程自动化技术等
4）质量控制自动化技术：包含零件检测自动化技术、产品检测自动化技术和刀具检测自动化技术等
1-4机械制造自动化的作用
1）提高生产率 2）缩短生产周期 3）提高产品质量 4）提高经济效益 5）降低劳动强度6）有利于产品更新 7）提高劳动者素质 8）带动相关技术的发展
1-5自动化系统组成
1）加工系统 2）工件支撑系统 3）刀具支撑系统 4）控制与管理系统
1-6机械制造自动化的类型与特点
自动化的分类：
1）按制造过程分：毛坯制备过程自动化、热处理过程自动化、储运过程自动化、机械加工过程自动化、装配过程自动化、辅助过程自动化、质量检测过程自动化和系统控制过程自动化。

2）按设备分：局部动作自动化、单机自动化、刚性自动化、刚性综合自动化系统、柔性制造单元、柔性制造系统。

3）按控制方式分：机械控制自动化、机电液控制自动化、数字控制自动化、计算机控制自动化、智能控制自动化。

特点：
1）刚性半自动化单机：是一种除上下料外可以自动地完成单个工艺过程加工循环的机床。

特点：适合产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统，但加工质量较差
2）刚性自动化单机：是在刚性半自动化单机的基础上增加自动上下料装置而形成的自动化机床。

特点：这种机床实现单个工艺过程的全部加工循环。

适用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合
3）刚性自动化生产线（简称刚性自动线）：用工件输送系统将各种刚性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。

特点：在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产节拍，顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程，其具有很高的自动化程度，适合于少品种和大批量生产
4）刚性综合自动化系统：一般情况下，刚性自动线只能完成单个零件的所有相同工序（如切削加工工序），对于其它自动化制造内容如热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆甚至包装却不可能全部包括在内。

包括上述内容的复杂大系统称为刚性综合自动化系统。

特点：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、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
5）数控机床：用来完成零件一个工序的自动化循环加工。

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。

适用于加工精度较高，且重复性好的场合。

6）加工中心（MC）：在一般数控机床的基础上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。

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
特点：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、加工质量高等优点。

7）柔性制造单元（FMC）：一种由1～3台计算机数控机床或加工中心所组成，单元中配备有某种形式的托盘交换装置或工业机器人，由单元计算机进行程序编制及分配、负荷平衡和作业计划控制的小型化柔性制造系统。

特点：常用于品种变化不是很大、生产批量中等的生产规模中
8）一个柔性制造系统（FMS）：
组成：两台以上的数控加工设备、一个自动化的物料及刀具储运系统、若干台辅助设备（如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等）和一个由多级计算机组成的控制和管理系统。

特点：柔性制造系统是最复杂、自动化程度最高的单一性质的制造系统。

柔性制造系统内部一般包括两类不同性质的运动，一类是系统的信息流，另一类是系统的物料流，物料流受信息流的控制。

1-7机械制造设备的自动控制系统组成
1）指令存储装置 2）指令控制装置 3）执行机构 4）传动及转换装置
1-8对机械制造设备自动控制的基本要求
1）应保证各执行机构的动作或整个加工过程能够自动进行
2）为便于调试和维护，各单机应具有相对独立的自动控制装置，同时还应便于和总控制系统相匹配
3）柔性加工设备的自动控制系统要和加工品种的变化相适应
4）自动控制系统应力求简单可靠
5）能够适应工作环境的变化，具有一定的抗干扰能力
6）应设置反映各执行机构工作状态的信号及报警装置
7）安装调试、维护修理方便
8）控制装置及管线布置要安全合理，整齐美观
9）自动控制方式要与工厂的技术水平、管理水平、经济效益及工厂近期生产发展趋势相适应
1-9自动控制的主要方式
1）开环控制方式：系统的输出量对系统的控制作用没有影响的控制方式
2）闭环控制方式：系统的输出信号对系统的控制作用具有之间影响的控制方式
3）分散控制方式：又称行程控制，当前一机构完成预定的动作以后，发出完成信号，并利用这一信号引发下一机构动作，如此继续下去，直至完成预定的全部动作。

4）集中控制方式：具有一个重要指令存储和指令控制装置，并按时间顺序连续或间隔地发出各种控制指令的控制系统
5）程序控制方式：按照预定的程序来控制各机构使之自动进行工作循环的系统
6）数字控制方式：采用数控装置（或专用电子计算机）以二进制码形式编制加工程序，按各部件的动作顺序、速度、位移量及各种辅助功能的控制系统。

简称数控。

7）计算机控制方式：用电子计算机作为控制装置，实现自动控制的系统.
1-10机械传动控制的特点
1）机械传动控制方式一般传递的动力和信号都是机械连接的，所以在高速时，可以实现准确的传递与信号处理，并且还可以重复两个动作
2）在采用机械传动控制方式的自动化装备中，几乎所有运动部件及机构，通常都是由装有许多凸轮的分配轴来进行驱动和控制的
3）控制元件同时又是驱动元件
1-11分散控制与集中控制的优缺点
1）分散控制：实现自动循环的方法简单，电气元件的通用性强，成本低。

当自动循环过程中，当前一动作没有完成时，后一动作便得不到起动信号，因此具有一定的互锁性。

缺点：当顺序动作较多时，自动循环时间会增加，这对提高生产效率不利
2）集中控制：所有指令存储和控制装置都集中在一起，控制链又短又简单，这样控制系统就比较简单，调整也比较方便。

每个执行部件的起动指令由集中控制装置发出，但停止指令由执行部件移动到一定位置时压下纤维开关发出，可以避免某一部件发生故障而其他部件运动与之发生碰撞或干涉。

1-12液压控制有哪两种方式？各有什么特点？
1）机械—液压组合控制，执行机构的运动规律由凸轮控制，凸轮即为指令存储装置又是驱动元件
2）电气—液压组合控制，指令单元根据系统的动作要求发出工作信号（一般为电压信号），控制放大器将输入的电压信号转换成电流信号，电液控制阀将输入的电信号转换成液压量输出（压力及流量），执行元件实现系统所要求的动作，检测单元用于系统的测量，反馈等
1-13气动控制的形式与特点
1)全气控气阀系统：即整套系统中全部采用气压控制。

该系统一般比较简单，特别适用于
防爆场合
2)电—气控制电磁阀系统：使用最普遍形式，全部逻辑功能由电气系统实现
3)气—电子综合控制系统：数控系统或PLC与气控阀的结合，大量应用的新型气动系统
4)气动逻辑控制系统：是一种新型的控制形式，由各类气动逻辑元件组成
1-14电气控制的特点与基本要求
特点：按照规定的循环程序进行顺序动作是生产设备自动化的特点，电气控制系统的任务就是按照生产设备的生产工艺要求安排工作循环程序，控制执行元件，驱动各动力部件进行自动化加工。

基本要求：1）最大限度地满足生产设备和工艺对电气控制线路的要求；2）保证控制线路工作的安全可靠；3）在满足生产工艺的要求的前提下，控制线路力求经济、简单；4）应具有必要的保护环节
1-17什么叫适应控制？切削过程中采用适应控制技术有什么好处？
适应控制：系统本身能够随着环境条件或结构的不可预计的变化自行调整或修改系统的设置采用适应控制技术，能迅速地调节和修正切削加工中的控制参数，以适应实际加工情况的变化，这样才能使某一效果指标始终保持最优。

利用适应控制系统，能够保护刀具，防止刀具受力过大，从而提高了刀具的耐用度，保证了加工质量。

1-18
1）高度智能集成性 2）人机结合的适度自动化 3）强调系统的柔性和敏捷性4）继续推广单元自动化技术 5）发展应用新的单元自动化技术6）运用可重构制造技术
2-1实现加工设备自动化的意义
加工设备工作过程自动化可以缩短辅助时间，改善工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度。

单台加工设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械制造厂实现零件加工自动化的基础。

2-2为什么说单台加工设备的自动化是实现零件自动化加工的基础
单台加工设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要
2-3加工设备自动化包含的主要内容与实现的途径有哪些？
主要内容：
半自动加工设备：机床加工自动化循环、工件自动转位、自动测量及控制、刀具的自动补偿、自动更换刀具、自动排屑系统
自动装卸工件
途径：
1）对半自动加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设备的完全自动化
2）对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造
3）根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的自动化加工设备，如组合机床等
4）采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心等
2-4试分析一下生产率与加工设备自动化的关系？
当生产工艺发展到一定水平，即工艺生产率K提高到一定程度时，必须提高机床自动化程度，进一步减少空程辅助时间，促使生产率不断提高。

另一方面，在相对落后的工艺基础上实现机床自动化，生产率的提高是有限的，为了取得良好的效果，应当在先进的工艺基础上实现机床自动化。

2-5自动化加工设备主要有哪几类
1）全（半）自动单机：又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类，利用多种形式全自动单机固有的和特有的性能来完成各种零件和各种工序的加工
2）组合机床：以通用部件为基础，配以少量按加工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和专用夹具组成的机床
3）自动线（TL）：由工件传输系统和控制系统将一组自动机床和辅助设备按工艺顺序连接起来，可以自动完成产品的全部或部分加工过程的生产系统
4）一般数控机床：按指定的工作程序、运动速度、轨迹进行自动加工的机床
5）加工中心（MC）：除一般数控机床外，还具有刀具库及自动换刀机构、回转工作台等
6）柔性制造单元（FMC）：一般由1~3台数控机床和物料传输装置组成
2-6切削加工自动化的根本目的
提高零件切削加工精度、切削加工效率、节材、节能和降低零件的加工成本
2-7数控车床的主要特点
1）主轴转速和进给速度高
2）数控车床具有高精度
3）能实现多种工序复合的全部加工
4）具有高柔性
2-8车削中心与数控车床的主要区别
车削中心的转塔刀架上带有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续回转（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C 轴功能，并能与X轴或Z轴联动，数控卧式车床则无这些特点
2-9什么是机床主轴的C轴功能？它有什么作用？
即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。

作用：C轴能控制主轴连续分度，同时与刀架的X 轴或Z轴联动来铣削各种曲线槽、车螺纹、车多边形等，也可定向停车，几乎所有的加工都可在一次装夹中完成。

2-10钻削加工中是如何自动换刀的？
钻削自动化大部分都是在各类普通钻床上，配备点位数控系统来实现的
一、刀库与主轴直接换刀，刀库和主轴都安装在主轴箱上，刀库中换刀位置的刀具轴线与主
轴轴线重合，换刀动作全部由刀库运动来实现。

二、转塔头式，刀具主轴都集中在转塔上，有转塔转位实现换刀。

2-11组合机床的自动化水平主要通过何种手段来实现
主要通过数控技术的应用来实现。

一、工艺需要，如形状复杂的孔，中心位置要求高的孔
二、多工序加工或多品种加工，为了加速转换和调整而采用数控
2-12加工中心与数控机床的主要区别是什么？
1）加工中心是备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序集中加工的数控机床
2）加工中心除了具有一般数控机床的特点外，它还具有其自身的特点：（1）具有刀具库和自动换刀机构，（2）回转工作台，（3）交换工作台
2-13加工中心的特点与适用范围
1）适用范围广：适用于多品种、中小批量生产中相对较复杂、精密零件的多工序集中加工2）加工精度高
3）生产率高：加工中心因有自动换刀功能实现多工序集中加工，停机时间短，减少了工序周转时间，工件的生产周期显著缩短。

2-14加工中心的刀具存取方式及特点是什么？
顺序方式：刀具严格按照排列次序一个接着一个取用，用过的刀具仍放回原刀座上，以保持确定的顺序不变。

随机方式（主要方式）：任何时候可以取用刀库任意一把刀，选刀次序是任意的，可以多次选取同一把刀，从主轴卸下的刀允许放在不同于先前所在的刀座上，CNC可以记忆刀具所在位置。

2-15实现冲压自动化的原则与考虑的因素
考虑的因素：1）安全生产2）冲压件批量3）冲压件结构4）冲压工艺方案5）材料规格 6）压力机型式
冲压件品种单一时，用自动冲模实现冲压自动化较为适宜
品种较多时，在通用自动压力机上用普通冲模自动化生产比较合理
批量很大时，要考虑以专用自动压力机代替通用压力机的可能性
大型冲压件的自动化生产，往往以自动线的形式出现
2-16冲压加工设备有哪些自动化装置
供料装置；送料装置；废料处理装置；接件装置；自动保护装置
2-17加工自动线的连线过程应考虑哪几方面问题
工件的输送方式、机床间的连接和机床的排列形式、自动线的布局、输送系统的布置
2-18切削加工自动线的组成、类型是什么
组成：由工艺设备、工件输送系统、控制和监视系统、检测系统和辅助系统等
按工艺设备类型分类：通用机床自动线，专用机床自动线，转子自动线。

按工件外形和切削加工过程中工件运动状态分类：回转体工件加工自动线，箱体杂件加工自动线
2-19组合机床自动线与通用机床自动线主要不同点
通用机床自动线：由自动化通用机床或经改装的通用机床连成的自动线，通常用于加工比较简单的零件，特别是盘、轴、套、齿轮类零件的大量或批量生产
组合机床自动线：由组合机床组成的自动线，生产效率高、造价相对较低。

专用性强，只能适应单一或几种同类型工件的生产，适用于箱体零件大量生产
2-20柔性自动线的工艺基础及其基本组成
为适应多品种生产，原来由专用机床组成的自动线改用数控机床或数控操作的组合机床组成的柔性自动线。

组成：数控机床、专用机床和组合机床；托板输送系统；控制系统
3-1什么是物流，物流的组成及功用是什么
物流是物料的流动过程，按性质分：工件流（原材料、半成品、成品）、工具流（刀具、夹具）、配套流（托盘、辅助材料、备件）
3-2物流系统的组成及其基本要求
物流系统是指：工件流、工具流、配套流的移动与存储。

作用：将制造系统中的物料及时地输送到有关设备或仓储设施处，主要完成物料的存储、输送、装卸、管理等功能。

物料系统的组成：
1）单机自动供料装置：完成单机自动上下料任务
2）自动线输送任务：完成自动线上物料输送任务
3）FMS物流系统：完成FMS物料的传输
基本要求：
1）应实现可靠、无损伤和快速地物料流动
2）应具有一定的柔性，即灵活性、可变性和可重组性
3）实现“零库存”生产目标
4）采用有效的计算机管理，提高物流系统的效率，减少建设投资
5）物流系统应具有可扩展性、人性化和智能化
3-3料斗与料仓有何区别? 为什么要计算料斗的平均供料率?
料仓式储料器需人工将工件按一定方向摆放在仓内，料斗式储料器只需将工件倒入料斗，由料斗自动完成定向。

因为料斗上料装置带有定向机构，工件在料斗中自动完成定向。

但并不是所有工件在送出料斗之前都能完成定向的。

这样没有定向的工件在料斗出口处被分离，返回料斗重新定向，或由二次定向机构再次定向。

因此料斗的供料率会发生变化，为了保证正常生产，应使料斗的平均供料率大于机床的生产率。

3-4在料仓中为什么要设置拱形消除机构
一般采用舱壁振动器，其使舱壁产生局部、高频振动，破坏工件间的摩擦力和工件与舱壁间的摩擦力，从而保证工件连续地由料仓中排出
3-5简述输料槽的类型及其特点
自流式：靠自重输送
半自流式：靠料槽运动带动工件运动
强制运动式：靠传动机构推动工件运动
3-6为什么要设置工件二次定向机构
有些外形复杂的工件，不可能在料斗内一次定向完成，因此需在料斗外的输料槽中进行二次定向
3-7板料带材的自动供料和送料
供料装置的过程是先将板料放入储料架内，再由顶料机构把板料提供给吸料器，最后通过提升或平移装置将这块板料输送到送料器上。

送料装置的作用将供料装置送来的板料传送到加工位置
3-8什么是带式输送系统，组成及特点
带式输送系统是一种利用连续运动且具有挠性的输送带来输送物料的输送系统。

带式输送系统主要输送散状物料，但也能输送单件质量不大的工件。

主要有输送带、驱动装置、传动滚筒、托辊、张紧装置等组成。

3-9简述传动滚筒、改向滚筒、电动滚筒的作用
传动滚筒与驱动装置相连，用来带动输送带运转的
改向滚筒用来改变输送带的运行方向和增加输送带在传动滚筒上的包角
电动卷筒专为输送带提供动力
3-10带式输送系统为什么要在输送带下安置许多托辊
带式输送系统长用于远距离输送，为了防止物料重力和输送带自重造成的带下垂，须在输送带下安置许多托辊。

3-11输送链与传动链的不同
输送链与传动链相比链条较长，重量大。

一般将输送链的节距设计成普通传动链的2倍或3倍，这样可减少铰链个数，减轻链条重量，提高输送性能。

3-12步伐式传送带式如何实现步伐传送的
传送带向前推进工件，中间棘爪被销子挡住，带动工件向前移动一个步距，传送带向后退时，中间棘爪被后一个工件压下，在工件下方滑过，中间棘爪脱离工件时，在弹簧的作用下又恢复原位。

如此往复。

首端棘爪防止工件划出输送带，末端棘爪把进入传送带的工件推入棘爪式传送带进行输送。

3-13辊子输送系统的原理，类型及特点
利用辊子的转动来输送工件的输送系统，分为：
无动力辊子输送系统：无动力辊子输送系统依靠工件的自重或人的推力使工件向前输送
动力辊子输送系统：由驱动装置使辊子传动，依靠辊子和工件之间的摩擦力实现工件的输送
3-14悬挂输送系统的特点、类型、基本组成
特点：适用于车间内成件物料空中输送，节省空间，更容易实现整个工艺流程的自动化
类型：通用悬挂输送系统和积放式悬挂输送系统。

基本组成：牵引件、滑架小车、吊具、轨道、张紧装置、驱动装置、转向装置和安全装置等。