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、铳、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）: —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）机械一液压组合控制，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）电气一液压组合控制，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）电一气控制电磁阀系统：使用最普遍形式，全部逻辑功能由电气系统实现3）气一电子综合控制系统：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。

1-181）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。