制造自动化技术.ppt
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◆ 第四阶段(1973-) ：计算机集成制造系统(CIMS) 特征是强调制造全过程的系统性和集成性。主要技术：现 代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化 技术和系统工程技术等。 ◆第五阶段(1991-) ：新的制造自动化模式 智能制造、敏捷制造、虚拟制造、网络制造、全球制造和 绿色制造。
自动单机和刚性自动线；本阶段在20世纪40～50年代已 相当成熟。 特征:高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变。 引入的新技术有继电器程序控制、组合机床等。
◆第二阶段(1930-) ：数控加工 NC和CNC ；本阶段的NC在20世纪50～70年代已成熟，但 到了70~80年代，CNC取代了NC。 特征:柔性好、加工质量高，适应于多品种、中小批量 (包括单件)产品的生产 。 引入的新技术有数控技术、计算机编程技术等。
第4章 制造自动化技术
本章要点
制造自动化技术概述 现代数控加工技术 工业机器人技术 柔性制造技术 自动检测与监控技术
第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation
Technology
4.1 制造自动化技术概述
2
1. 制造自动化系统的概念
① 制造自动化系统的定义 1936年，通用公司D. S. Harder提出自动化的概念。 狭义：用机器代替人的体力和脑力劳动 广义：制造自动化系统是由一定范围的被加工对象、一 定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个 有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材 料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程 度的柔性制造自动化
◆制造网络化 制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。 制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企 业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合 与优化利用。 通过网络，实现异地制造。
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4.1.3 制造自动化技术的发展趋势
◆制造虚拟化 虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模 技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、 并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种 高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。
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◆ 第三阶段(1965-) ：柔性制造 主 要 技 术 ： 成 组 技 术 (GT) 、 计 算 机 直 接 数 控 和 分 布 式 数 控 (DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工 线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、 制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等。
◆制造智能化 智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事， 去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力 劳动，以实现制造过程的优化。
◆制造绿色化
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造
模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使
用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负
产率； Q—质量； C—成本； S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度的方式为员
工服务； E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造
3. 在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体的生产制造过程， 而是涉及产品生明周期所有过程。
4.1.2 制造自动化技术的发展历程
制造自动化技术的发展历程
◆第一阶段(1913-) ：刚性自动化
作用)最小，资源效率最高。
工业机器人
数控机床技术8
课程“先进制造技术”
第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation
Technology
4.2 数控机床技术
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Hale Waihona Puke Baidu
数控机床
4.2.1 数控机床
是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具 体地说，数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码)指 令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床 运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制 机床各个部件的动作的机床
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4.1.3 制造自动化技术的发展趋势
◆ 制造全球化 制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。 近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应 用发展迅速。
◆制造敏捷化 敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式， 敏捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然 趋势 。
2. 伺服系统
伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节．主要由伺服电动机、驱动 控制系统和位置检测与反馈装置等组成．伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系 统则是伺服电动机的动力源．数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位 移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作 台或刀架运动。
它是集计算机应用技术、自动控制、精密测量、微电子技 术、机械加工技术于一体的一种具有高效率、高精度、高 柔性和高度自动化的光机电一体化数控设备。
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4.2.1 数控机床
图4-4 数控机床组成框图
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1. 数控系统
数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人 装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人／输出接口等组成。主控制系 统主要由 CPU 、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、 速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量．其控制方式又可分为数据运算处理 控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序， 通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统 的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常 由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各 检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。
2.制造自动化的内涵 1.形式方面具有三个方面的含义
代替人的体力劳动； 代替或辅助人的脑力劳动； 制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。 2. 在功能方面
代替人的体力和脑力劳动是制造业自动化功能的一部分。目 前，其完整的目标体系模型为TQCSE： T—时间，表明采用自动化技术可以缩短产品制造周期，提高生
自动单机和刚性自动线；本阶段在20世纪40～50年代已 相当成熟。 特征:高生产率和刚性结构，很难实现生产产品的改变。 引入的新技术有继电器程序控制、组合机床等。
◆第二阶段(1930-) ：数控加工 NC和CNC ；本阶段的NC在20世纪50～70年代已成熟，但 到了70~80年代，CNC取代了NC。 特征:柔性好、加工质量高，适应于多品种、中小批量 (包括单件)产品的生产 。 引入的新技术有数控技术、计算机编程技术等。
第4章 制造自动化技术
本章要点
制造自动化技术概述 现代数控加工技术 工业机器人技术 柔性制造技术 自动检测与监控技术
第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation
Technology
4.1 制造自动化技术概述
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1. 制造自动化系统的概念
① 制造自动化系统的定义 1936年，通用公司D. S. Harder提出自动化的概念。 狭义：用机器代替人的体力和脑力劳动 广义：制造自动化系统是由一定范围的被加工对象、一 定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个 有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材 料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程 度的柔性制造自动化
◆制造网络化 制造环境内部的网络化，实现制造过程的集成。 制造环境与整个制造企业的网络化，实现制造环境与企 业中工程设计、管理信息系统等各子系统的集成。 企业与企业间的网络化，实现企业间的资源共享、组合 与优化利用。 通过网络，实现异地制造。
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4.1.3 制造自动化技术的发展趋势
◆制造虚拟化 虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模 技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、 并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种 高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。
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◆ 第三阶段(1965-) ：柔性制造 主 要 技 术 ： 成 组 技 术 (GT) 、 计 算 机 直 接 数 控 和 分 布 式 数 控 (DNC)、柔性制造单元(FMC)、柔性制造系统(FMS)、柔性加工 线(FML)、离散系统理论和方法、仿真技术、车间计划与控制、 制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等。
◆制造智能化 智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事， 去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力 劳动，以实现制造过程的优化。
◆制造绿色化
绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造
模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使
用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负
产率； Q—质量； C—成本； S—服务，一是为市场服务，一是通过减轻劳动强度的方式为员
工服务； E—环境，资源利用充分，环境污染少，绿色制造
3. 在范围方面，制造自动化不仅涉及到具体的生产制造过程， 而是涉及产品生明周期所有过程。
4.1.2 制造自动化技术的发展历程
制造自动化技术的发展历程
◆第一阶段(1913-) ：刚性自动化
作用)最小，资源效率最高。
工业机器人
数控机床技术8
课程“先进制造技术”
第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation
Technology
4.2 数控机床技术
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Hale Waihona Puke Baidu
数控机床
4.2.1 数控机床
是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具 体地说，数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码)指 令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床 运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自动控制 机床各个部件的动作的机床
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4.1.3 制造自动化技术的发展趋势
◆ 制造全球化 制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。 近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应 用发展迅速。
◆制造敏捷化 敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式， 敏捷化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然 趋势 。
2. 伺服系统
伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节．主要由伺服电动机、驱动 控制系统和位置检测与反馈装置等组成．伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系 统则是伺服电动机的动力源．数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位 移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置带动工作 台或刀架运动。
它是集计算机应用技术、自动控制、精密测量、微电子技 术、机械加工技术于一体的一种具有高效率、高精度、高 柔性和高度自动化的光机电一体化数控设备。
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4.2.1 数控机床
图4-4 数控机床组成框图
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1. 数控系统
数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输人 装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输人／输出接口等组成。主控制系 统主要由 CPU 、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、 速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量．其控制方式又可分为数据运算处理 控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的擂补模块就是根据所读入的零件程序， 通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统 的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常 由可编程控制器 PI 尤来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各 检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地按顺序工作。
2.制造自动化的内涵 1.形式方面具有三个方面的含义
代替人的体力劳动； 代替或辅助人的脑力劳动； 制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。 2. 在功能方面
代替人的体力和脑力劳动是制造业自动化功能的一部分。目 前，其完整的目标体系模型为TQCSE： T—时间，表明采用自动化技术可以缩短产品制造周期，提高生