先進(jìn)制造技術(shù)第四章課件

第四章制造自動(dòng)化技術(shù)一概述二機(jī)床數(shù)控技術(shù)三工業(yè)機(jī)器人四柔性制造系統(tǒng)第四章制造自動(dòng)化技術(shù)一概述1第一節(jié)概述一、制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵

自動(dòng)化（Automation）是美國(guó)通用汽車公司D.S.Harder先生于1936年提出來(lái)的，其核心含義是“自動(dòng)地去完成特定的作業(yè)”。當(dāng)時(shí)Harder先生所說(shuō)的特定作業(yè)，是指零件在機(jī)器之間轉(zhuǎn)移的自動(dòng)搬運(yùn)，自動(dòng)化功能目標(biāo)是代替人的體力勞動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化的功能目標(biāo)在不斷地隨著自動(dòng)化手段的提高、時(shí)代的進(jìn)步而變化。在計(jì)算機(jī)用于自動(dòng)化之前，自動(dòng)化的功能目標(biāo)是以省力為主要目的，以代替人的體力勞動(dòng)。▲

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)作為自動(dòng)化技術(shù)的重要手段，使自動(dòng)化的視野大大擴(kuò)展，自動(dòng)化的功能目標(biāo)不再僅僅是代替人的體力勞動(dòng)，而且還須代替人的部分腦力勞動(dòng)?！谝还?jié)概述一、制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵▲2▲在“狹義制造”概念下，制造自動(dòng)化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械加工和裝配檢驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化，包括切削加工自動(dòng)化、工件裝卸自動(dòng)化、工件儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗(yàn)自動(dòng)化、斷屑與排屑自動(dòng)化、裝配自動(dòng)化、機(jī)器故障診斷自動(dòng)化等?！凇皬V義制造”概念下，制造自動(dòng)化則包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、企業(yè)管理自動(dòng)化、加工過(guò)程自動(dòng)化和質(zhì)量控制自動(dòng)化等產(chǎn)品制造全過(guò)程以及各個(gè)環(huán)節(jié)綜合集成自動(dòng)化，以使產(chǎn)品制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時(shí)、潔凈的目標(biāo)?！凇蔼M義制造”概念下，制造自動(dòng)化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的3▲制造自動(dòng)化促使制造業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型和知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?！圃熳詣?dòng)化技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，代表著先進(jìn)制造技術(shù)的水平，也體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技水平的高低?！捎弥圃熳詣?dòng)化技術(shù)不僅顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，還有效地改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，大大提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力?！圃熳詣?dòng)化促使制造業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型和知識(shí)4二、制造自動(dòng)化技術(shù)的興起及現(xiàn)狀▲19世紀(jì)末期，機(jī)械化生產(chǎn)開(kāi)始出現(xiàn)；20世紀(jì)中葉，自動(dòng)化車床開(kāi)始出現(xiàn)；1947年，第一個(gè)機(jī)械加工自動(dòng)線在美國(guó)福特汽車公司投產(chǎn)；20世紀(jì)50年代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)開(kāi)始出現(xiàn)（以數(shù)控車床為代表）20世紀(jì)70年代誕生了柔性制造系統(tǒng)；20世紀(jì)80年代開(kāi)始出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)?！仡櫄v史，可將制造自動(dòng)化的發(fā)展分為剛性自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化三個(gè)發(fā)展階段。二、制造自動(dòng)化技術(shù)的興起及現(xiàn)狀5■剛性自動(dòng)化在半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線出現(xiàn)，解決了單一品種大批量生產(chǎn)自動(dòng)化問(wèn)題特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工品種單一。20世紀(jì)50年代達(dá)到了頂峰?！鋈嵝宰詣?dòng)化為滿足多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動(dòng)化的需要，出現(xiàn)了一系列柔性制造自動(dòng)化技術(shù):如數(shù)控技術(shù)（NC）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等?！鼍C合自動(dòng)化隨著計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，各項(xiàng)單元自動(dòng)化技術(shù)的逐漸成熟，為充分利用資源，發(fā)揮綜合效益自20世紀(jì)80年代以來(lái)以計(jì)算機(jī)為中心的綜合自動(dòng)化得到了發(fā)展，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了發(fā)展和應(yīng)用■剛性自動(dòng)化6當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向■制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為研究熱點(diǎn)■更加注重制造自動(dòng)化系統(tǒng)中人因作用的研究

■數(shù)控單元系統(tǒng)的研究占有重要位置

■制造過(guò)程的計(jì)劃和調(diào)度研究十分活躍

■柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣度發(fā)展

■現(xiàn)代生產(chǎn)模式制造環(huán)境的研究正在興起

■底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來(lái)越活躍當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向7三、制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)縱觀新世紀(jì)的制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，可用六化來(lái)概括，即敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、全球化、綠色化。1

制造敏捷化敏捷化制造環(huán)境和制造過(guò)程是新世紀(jì)制造活動(dòng)的必然趨勢(shì)，其核心是使企業(yè)對(duì)面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)作出快速響應(yīng)，利用企業(yè)內(nèi)外各方面的優(yōu)勢(shì)，形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，盡快搶占市場(chǎng)。2

制造網(wǎng)絡(luò)化基于Internet的制造已成為當(dāng)今制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)，包括企業(yè)制造環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化和企業(yè)與企業(yè)之間的網(wǎng)絡(luò)化。通過(guò)制造環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)和制造控制等各子系統(tǒng)的集成通過(guò)企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，可實(shí)現(xiàn)異地制造、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)作業(yè)。三、制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)83

制造虛擬化包括設(shè)計(jì)過(guò)程的擬實(shí)技術(shù)和加工制造過(guò)程的虛擬技術(shù)。擬實(shí)技術(shù)是面向產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能的分析，以優(yōu)化產(chǎn)品本身性能和成本為目標(biāo)；虛擬技術(shù)是面向產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的模擬和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可加工性、加工工藝的合理性。制造虛擬化的核心是計(jì)算機(jī)仿真，通過(guò)仿真來(lái)模擬真實(shí)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中可避免的缺陷和錯(cuò)誤，保證產(chǎn)品的制造過(guò)程一次成功。4

制造智能化智能制造技術(shù)的宗旨在于擴(kuò)大、延伸以及部分取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的制造過(guò)程。智能制造包含智能計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人、智能加工設(shè)備、智能生產(chǎn)線等。智能制造系統(tǒng)是制造系統(tǒng)發(fā)展的最高階段，即從柔性制造系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)向智能制造系統(tǒng)發(fā)展。3制造虛擬化95

制造全球化制造網(wǎng)絡(luò)化和敏捷化策略的實(shí)施，促進(jìn)了制造全球化的研究和發(fā)展。包括市場(chǎng)的國(guó)際化，目前產(chǎn)品銷售的全球網(wǎng)絡(luò)正在形成；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的國(guó)際合作及產(chǎn)品制造的跨國(guó)化；制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成，制造資源的跨地區(qū)、跨國(guó)家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用；全球制造的體系結(jié)構(gòu)將會(huì)形成。6

制造綠色化制造業(yè)是創(chuàng)造人類財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，但同時(shí)又是環(huán)境污染的主要源5制造全球化10第二節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)1、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理CNC系統(tǒng)組成：數(shù)控裝置、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、I/O接口、控制面板、人機(jī)界面數(shù)控裝置功能：控制功能-單軸、多軸聯(lián)動(dòng)控制準(zhǔn)備功能-包括移動(dòng)、暫停、坐標(biāo)設(shè)定、固定循環(huán)等功能插補(bǔ)功能-直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線等輔助功能-主軸啟停、冷卻潤(rùn)滑通斷、刀庫(kù)的啟停等補(bǔ)償功能-刀具半徑/刀具、反向間隙、螺距、溫度等補(bǔ)償功能PLC功能：控制面板、主軸停啟與換向、刀具更換、冷卻潤(rùn)滑啟停、工件夾緊與松開(kāi)、工作臺(tái)分度等開(kāi)關(guān)量的控制第二節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)11CNC系統(tǒng)的組成原理CNC系統(tǒng)的組成原理122、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)上可分為單CPU結(jié)構(gòu)、多▲CPU結(jié)構(gòu)、直接采用PC計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。▲單CPU結(jié)構(gòu)：通過(guò)總線使CPU與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，集中控制、分時(shí)處理工作方式多CPU結(jié)構(gòu)：多個(gè)CPU通過(guò)公用地址和數(shù)據(jù)總線互連，各自完成功能，系統(tǒng)速度高、處理能力強(qiáng)▲直接采用PC計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：具有微機(jī)豐富的軟硬件資源、友好的人機(jī)界面、擁有多媒體和網(wǎng)絡(luò)功能，是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向2、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)133、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成3、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成144、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域，同時(shí)也不斷地對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件硬件提出了新的要求其中較為突出的是要求系統(tǒng)具有開(kāi)放性，以滿足CNC系統(tǒng)快速發(fā)展和用戶自主開(kāi)發(fā)需要實(shí)現(xiàn)基于PC微機(jī)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有如下三種途徑：▲專用數(shù)控嵌入PC主板

是專用數(shù)控系統(tǒng)商提供的形式，僅限于PC部分開(kāi)放，其專用數(shù)控部分仍處于封閉狀態(tài)?！鳳C機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡

提供底層數(shù)控接口，支持二次開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，有上下兩級(jí)開(kāi)放性，如PMAC運(yùn)動(dòng)控制器?！働C軟件型

尚未形成商品，代表數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向4、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)15二、機(jī)床伺服系統(tǒng)1、機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電機(jī)、檢測(cè)單元四部分組成，通常將位置控制單元與數(shù)控裝置做在一起，習(xí)慣上所稱的伺服單元或驅(qū)動(dòng)單元僅包含速度控制單元。機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類:▲按照私服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、混合閉環(huán)系統(tǒng)。應(yīng)用最廣泛的是半閉環(huán)結(jié)構(gòu)▲按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為：步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服二、機(jī)床伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電機(jī)16半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)17■目前交流伺服系統(tǒng)的交流電機(jī)主要采用異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)兩種。異步電動(dòng)機(jī)

功率大、精度稍低、多用于主軸電機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)

精度要求高、價(jià)格貴，多用于容量小的進(jìn)給伺服電機(jī)■交流伺服驅(qū)動(dòng)器有模擬式和數(shù)字式之分。模擬式

工作速度快，系統(tǒng)頻率寬，體積大、器件多、不易調(diào)試數(shù)字式

控制方式改變僅需改變軟件，柔性好，結(jié)構(gòu)緊湊，重復(fù)性好■檢測(cè)元件：旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出的電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微型電動(dòng)機(jī)。脈沖編碼器是機(jī)床上應(yīng)用最多的傳感器，可分為增量式、絕對(duì)式、混合式三種，其中增量式較為普遍?！瞿壳敖涣魉欧到y(tǒng)的交流電機(jī)主要采用異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)18三、數(shù)控加工編程技術(shù)1、數(shù)控加工編程一般步驟，數(shù)控加工編程就是將零件的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、刀具位移量、位移方向以及其他輔助動(dòng)作按照運(yùn)動(dòng)順序和所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定得坐標(biāo)系和指令代碼及格式來(lái)編程加工程序單，經(jīng)校核、試切無(wú)誤后制備在儲(chǔ)存介質(zhì)上，然后再由相應(yīng)的閱讀器將程序輸入數(shù)控裝置，從而控制數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行。一般可分為工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編制零件加工程序單、輸入數(shù)控程序、程序校驗(yàn)。手工編程只能編制那些幾何形狀不復(fù)雜、計(jì)算量不是很大、加工程序不多的簡(jiǎn)單零件，對(duì)于一些復(fù)雜零件，如帶有非圓曲面、自由曲面的輪廓、模具型腔等，手工編程則變得極為困難。三、數(shù)控加工編程技術(shù)192、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程▲快速而準(zhǔn)確的編制數(shù)控加工程序就成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中德一個(gè)重要環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程技術(shù)正是針對(duì)這一問(wèn)題而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的?！?jì)算機(jī)輔助數(shù)控?cái)?shù)控加工程序分為兩種不同的形式：一是借助于數(shù)控語(yǔ)言進(jìn)行自動(dòng)編程，二是利用CAD/CAM軟件工具完成數(shù)控加工程序的編制?！雠c數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程比較，利用CAD/CAM軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程具有以下特點(diǎn)：2、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程▲快速而準(zhǔn)確的編制數(shù)控加工程序就成20?將零件數(shù)控加工編程過(guò)程中的幾何造型、刀位計(jì)算、圖形顯示和后置處理等作業(yè)過(guò)程結(jié)合在一起，有效解決了編程的數(shù)據(jù)來(lái)源、圖形顯示、加工模擬和交互修改問(wèn)題。?編程是在計(jì)算機(jī)上直接面向零件的三維實(shí)體圖形進(jìn)行，不需要用戶編制零件加工源程序，用戶界面友好，使用簡(jiǎn)潔、直觀、準(zhǔn)確，便于檢查。?有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與數(shù)控編程的集合，還便于工藝設(shè)計(jì)、刀具量具設(shè)計(jì)等其他生產(chǎn)過(guò)程的集成。CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程，它是利用CAD造型所生成的三維幾何實(shí)體，采用人機(jī)交互的方式、有操作者在計(jì)算機(jī)屏幕上指定三維實(shí)體被加工的部位，輸入適合的切削參數(shù)和刀具參數(shù)，交互選擇走刀方式，然后由系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行刀具軌跡計(jì)算和處理，生成刀為位文件。?將零件數(shù)控加工編程過(guò)程中的幾何造型、刀位計(jì)算、圖形顯示和后21計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程22四、機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)從三個(gè)方面討論機(jī)床數(shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)▲性能發(fā)展方面1高速高精高效化

進(jìn)給速度80-120m/min，加速度1-2g，主軸dn=(1-3)*106，換刀小于1s；加工精度0.1μm，甚至0.01μm2柔性化

功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；物料流和信息流自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整3工藝復(fù)合化和多軸化

如FANUC15可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)均達(dá)到24軸4實(shí)時(shí)智能化

配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和模糊控制四、機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)23數(shù)控系統(tǒng)功能方面1用戶界面圖形化

方便了用戶，便于編程和圖形模擬2科學(xué)計(jì)算可視化

可視化技術(shù)可用于自動(dòng)編程、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和管理、加工過(guò)程仿真演示插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化

插補(bǔ)：直線、圓弧、橢圓、螺紋、NURBS、多項(xiàng)式插補(bǔ)補(bǔ)償：反向間隙、垂直度、螺距、溫度補(bǔ)償?shù)?內(nèi)置高性能PLC

可用梯形圖或高級(jí)語(yǔ)言編程，具有在線調(diào)試和在線幫助功能4多媒體技術(shù)應(yīng)用

在實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷、生產(chǎn)過(guò)程監(jiān)測(cè)方面有重大應(yīng)用價(jià)值先進(jìn)制造技術(shù)第四章24體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展1集成化高度集成化芯片，提高數(shù)控系統(tǒng)集成度；2模塊化通過(guò)積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)；3網(wǎng)絡(luò)化

可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在任何一臺(tái)機(jī)床上對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、控制；4開(kāi)放式閉環(huán)控制模式

易于將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理、動(dòng)態(tài)仿真等技術(shù)融于一體，構(gòu)成制造過(guò)程閉環(huán)控制體系。體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展25第四章制造自動(dòng)化技術(shù)一概述二機(jī)床數(shù)控技術(shù)三工業(yè)機(jī)器人四柔性制造系統(tǒng)第四章制造自動(dòng)化技術(shù)一概述26第一節(jié)概述一、制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵

自動(dòng)化（Automation）是美國(guó)通用汽車公司D.S.Harder先生于1936年提出來(lái)的，其核心含義是“自動(dòng)地去完成特定的作業(yè)”。當(dāng)時(shí)Harder先生所說(shuō)的特定作業(yè)，是指零件在機(jī)器之間轉(zhuǎn)移的自動(dòng)搬運(yùn)，自動(dòng)化功能目標(biāo)是代替人的體力勞動(dòng)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，自動(dòng)化的功能目標(biāo)在不斷地隨著自動(dòng)化手段的提高、時(shí)代的進(jìn)步而變化。在計(jì)算機(jī)用于自動(dòng)化之前，自動(dòng)化的功能目標(biāo)是以省力為主要目的，以代替人的體力勞動(dòng)?！?/p>

隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)作為自動(dòng)化技術(shù)的重要手段，使自動(dòng)化的視野大大擴(kuò)展，自動(dòng)化的功能目標(biāo)不再僅僅是代替人的體力勞動(dòng)，而且還須代替人的部分腦力勞動(dòng)?！谝还?jié)概述一、制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵▲27▲在“狹義制造”概念下，制造自動(dòng)化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械加工和裝配檢驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化，包括切削加工自動(dòng)化、工件裝卸自動(dòng)化、工件儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗(yàn)自動(dòng)化、斷屑與排屑自動(dòng)化、裝配自動(dòng)化、機(jī)器故障診斷自動(dòng)化等。▲在“廣義制造”概念下，制造自動(dòng)化則包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、企業(yè)管理自動(dòng)化、加工過(guò)程自動(dòng)化和質(zhì)量控制自動(dòng)化等產(chǎn)品制造全過(guò)程以及各個(gè)環(huán)節(jié)綜合集成自動(dòng)化，以使產(chǎn)品制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時(shí)、潔凈的目標(biāo)?！凇蔼M義制造”概念下，制造自動(dòng)化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的28▲制造自動(dòng)化促使制造業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型和知識(shí)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?！圃熳詣?dòng)化技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的重要標(biāo)志，代表著先進(jìn)制造技術(shù)的水平，也體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家科技水平的高低?！捎弥圃熳詣?dòng)化技術(shù)不僅顯著地提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，還有效地改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，大大提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力?！圃熳詣?dòng)化促使制造業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型和知識(shí)29二、制造自動(dòng)化技術(shù)的興起及現(xiàn)狀▲19世紀(jì)末期，機(jī)械化生產(chǎn)開(kāi)始出現(xiàn)；20世紀(jì)中葉，自動(dòng)化車床開(kāi)始出現(xiàn)；1947年，第一個(gè)機(jī)械加工自動(dòng)線在美國(guó)福特汽車公司投產(chǎn)；20世紀(jì)50年代柔性自動(dòng)化生產(chǎn)開(kāi)始出現(xiàn)（以數(shù)控車床為代表）20世紀(jì)70年代誕生了柔性制造系統(tǒng)；20世紀(jì)80年代開(kāi)始出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)。▲回顧歷史，可將制造自動(dòng)化的發(fā)展分為剛性自動(dòng)化、柔性自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化三個(gè)發(fā)展階段。二、制造自動(dòng)化技術(shù)的興起及現(xiàn)狀30■剛性自動(dòng)化在半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線出現(xiàn)，解決了單一品種大批量生產(chǎn)自動(dòng)化問(wèn)題特點(diǎn)是生產(chǎn)效率高、加工品種單一。20世紀(jì)50年代達(dá)到了頂峰?！鋈嵝宰詣?dòng)化為滿足多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動(dòng)化的需要，出現(xiàn)了一系列柔性制造自動(dòng)化技術(shù):如數(shù)控技術(shù)（NC）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等?！鼍C合自動(dòng)化隨著計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用技術(shù)的迅速發(fā)展，各項(xiàng)單元自動(dòng)化技術(shù)的逐漸成熟，為充分利用資源，發(fā)揮綜合效益自20世紀(jì)80年代以來(lái)以計(jì)算機(jī)為中心的綜合自動(dòng)化得到了發(fā)展，如計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等模式得到了發(fā)展和應(yīng)用■剛性自動(dòng)化31當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向■制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為研究熱點(diǎn)■更加注重制造自動(dòng)化系統(tǒng)中人因作用的研究

■數(shù)控單元系統(tǒng)的研究占有重要位置

■制造過(guò)程的計(jì)劃和調(diào)度研究十分活躍

■柔性制造技術(shù)的研究向著深度和廣度發(fā)展

■現(xiàn)代生產(chǎn)模式制造環(huán)境的研究正在興起

■底層加工系統(tǒng)的智能化和集成化研究越來(lái)越活躍當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向32三、制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)縱觀新世紀(jì)的制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，可用六化來(lái)概括，即敏捷化、網(wǎng)絡(luò)化、虛擬化、智能化、全球化、綠色化。1

制造敏捷化敏捷化制造環(huán)境和制造過(guò)程是新世紀(jì)制造活動(dòng)的必然趨勢(shì)，其核心是使企業(yè)對(duì)面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)作出快速響應(yīng)，利用企業(yè)內(nèi)外各方面的優(yōu)勢(shì)，形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期，盡快搶占市場(chǎng)。2

制造網(wǎng)絡(luò)化基于Internet的制造已成為當(dāng)今制造業(yè)的重要發(fā)展趨勢(shì)，包括企業(yè)制造環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化和企業(yè)與企業(yè)之間的網(wǎng)絡(luò)化。通過(guò)制造環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化，實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成，實(shí)現(xiàn)企業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)和制造控制等各子系統(tǒng)的集成通過(guò)企業(yè)與企業(yè)間的網(wǎng)絡(luò)化，可實(shí)現(xiàn)異地制造、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)作業(yè)。三、制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)333

制造虛擬化包括設(shè)計(jì)過(guò)程的擬實(shí)技術(shù)和加工制造過(guò)程的虛擬技術(shù)。擬實(shí)技術(shù)是面向產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和性能的分析，以優(yōu)化產(chǎn)品本身性能和成本為目標(biāo)；虛擬技術(shù)是面向產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的模擬和檢驗(yàn)，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可加工性、加工工藝的合理性。制造虛擬化的核心是計(jì)算機(jī)仿真，通過(guò)仿真來(lái)模擬真實(shí)系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中可避免的缺陷和錯(cuò)誤，保證產(chǎn)品的制造過(guò)程一次成功。4

制造智能化智能制造技術(shù)的宗旨在于擴(kuò)大、延伸以及部分取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的制造過(guò)程。智能制造包含智能計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人、智能加工設(shè)備、智能生產(chǎn)線等。智能制造系統(tǒng)是制造系統(tǒng)發(fā)展的最高階段，即從柔性制造系統(tǒng)、集成制造系統(tǒng)向智能制造系統(tǒng)發(fā)展。3制造虛擬化345

制造全球化制造網(wǎng)絡(luò)化和敏捷化策略的實(shí)施，促進(jìn)了制造全球化的研究和發(fā)展。包括市場(chǎng)的國(guó)際化，目前產(chǎn)品銷售的全球網(wǎng)絡(luò)正在形成；產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)的國(guó)際合作及產(chǎn)品制造的跨國(guó)化；制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成，制造資源的跨地區(qū)、跨國(guó)家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用；全球制造的體系結(jié)構(gòu)將會(huì)形成。6

制造綠色化制造業(yè)是創(chuàng)造人類財(cái)富的支柱產(chǎn)業(yè)，但同時(shí)又是環(huán)境污染的主要源5制造全球化35第二節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)1、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理CNC系統(tǒng)組成：數(shù)控裝置、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、I/O接口、控制面板、人機(jī)界面數(shù)控裝置功能：控制功能-單軸、多軸聯(lián)動(dòng)控制準(zhǔn)備功能-包括移動(dòng)、暫停、坐標(biāo)設(shè)定、固定循環(huán)等功能插補(bǔ)功能-直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線等輔助功能-主軸啟停、冷卻潤(rùn)滑通斷、刀庫(kù)的啟停等補(bǔ)償功能-刀具半徑/刀具、反向間隙、螺距、溫度等補(bǔ)償功能PLC功能：控制面板、主軸停啟與換向、刀具更換、冷卻潤(rùn)滑啟停、工件夾緊與松開(kāi)、工作臺(tái)分度等開(kāi)關(guān)量的控制第二節(jié)機(jī)床數(shù)控技術(shù)一、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)36CNC系統(tǒng)的組成原理CNC系統(tǒng)的組成原理372、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)從硬件結(jié)構(gòu)上可分為單CPU結(jié)構(gòu)、多▲CPU結(jié)構(gòu)、直接采用PC計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?！鴨蜟PU結(jié)構(gòu)：通過(guò)總線使CPU與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，集中控制、分時(shí)處理工作方式多CPU結(jié)構(gòu)：多個(gè)CPU通過(guò)公用地址和數(shù)據(jù)總線互連，各自完成功能，系統(tǒng)速度高、處理能力強(qiáng)▲直接采用PC計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：具有微機(jī)豐富的軟硬件資源、友好的人機(jī)界面、擁有多媒體和網(wǎng)絡(luò)功能，是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向2、數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)383、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成3、數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成394、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)越來(lái)越廣泛的應(yīng)用到各種控制領(lǐng)域，同時(shí)也不斷地對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軟件硬件提出了新的要求其中較為突出的是要求系統(tǒng)具有開(kāi)放性，以滿足CNC系統(tǒng)快速發(fā)展和用戶自主開(kāi)發(fā)需要實(shí)現(xiàn)基于PC微機(jī)開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)有如下三種途徑：▲專用數(shù)控嵌入PC主板

是專用數(shù)控系統(tǒng)商提供的形式，僅限于PC部分開(kāi)放，其專用數(shù)控部分仍處于封閉狀態(tài)。▲PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡

提供底層數(shù)控接口，支持二次開(kāi)發(fā)和擴(kuò)展，有上下兩級(jí)開(kāi)放性，如PMAC運(yùn)動(dòng)控制器?！働C軟件型

尚未形成商品，代表數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向4、開(kāi)放式數(shù)控系統(tǒng)40二、機(jī)床伺服系統(tǒng)1、機(jī)床進(jìn)給伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電機(jī)、檢測(cè)單元四部分組成，通常將位置控制單元與數(shù)控裝置做在一起，習(xí)慣上所稱的伺服單元或驅(qū)動(dòng)單元僅包含速度控制單元。機(jī)床伺服系統(tǒng)的分類:▲按照私服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分為：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、半閉環(huán)系統(tǒng)、混合閉環(huán)系統(tǒng)。應(yīng)用最廣泛的是半閉環(huán)結(jié)構(gòu)▲按照驅(qū)動(dòng)電機(jī)分為：步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服二、機(jī)床伺服系統(tǒng)一般是由位置控制單元、速度控制單元、伺服電機(jī)41半閉環(huán)控制系統(tǒng)半閉環(huán)控制系統(tǒng)42■目前交流伺服系統(tǒng)的交流電機(jī)主要采用異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)機(jī)兩種。異步電動(dòng)機(jī)

功率大、精度稍低、多用于主軸電機(jī)永磁同步電動(dòng)機(jī)

精度要求高、價(jià)格貴，多用于容量小的進(jìn)給伺服電機(jī)■交流伺服驅(qū)動(dòng)器有模擬式和數(shù)字式之分。模擬式

工作速度快，系統(tǒng)頻率寬，體積大、器件多、不易調(diào)試數(shù)字式

控制方式改變僅需改變軟件，柔性好，結(jié)構(gòu)緊湊，重復(fù)性好■檢測(cè)元件：旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等旋轉(zhuǎn)變壓器是一種輸出的電壓與角位移量成連續(xù)函數(shù)關(guān)系的感應(yīng)式微型電動(dòng)機(jī)。脈沖編碼器是機(jī)床上應(yīng)用最多的傳感器，可分為增量式、絕對(duì)式、混合式三種，其中增量式較為普遍。■目前交流伺服系統(tǒng)的交流電機(jī)主要采用異步電動(dòng)機(jī)和永磁同步電動(dòng)43三、數(shù)控加工編程技術(shù)1、數(shù)控加工編程一般步驟，數(shù)控加工編程就是將零件的工藝過(guò)程、工藝參數(shù)、刀具位移量、位移方向以及其他輔助動(dòng)作按照運(yùn)動(dòng)順序和所用數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定得坐標(biāo)系和指令代碼及格式來(lái)編程加工程序單，經(jīng)校核、試切無(wú)誤后制備在儲(chǔ)存介質(zhì)上，然后再由相應(yīng)的閱讀器將程序輸入數(shù)控裝置，從而控制數(shù)控設(shè)備的運(yùn)行。一般可分為工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編制零件加工程序單、輸入數(shù)控程序、程序校驗(yàn)。手工編程只能編制那些幾何形狀不復(fù)雜、計(jì)算量不是很大、加工程序不多的簡(jiǎn)單零件，對(duì)于一些復(fù)雜零件，如帶有非圓曲面、自由曲面的輪廓、模具型腔等，手工編程則變得極為困難。三、數(shù)控加工編程技術(shù)442、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程▲快速而準(zhǔn)確的編制數(shù)控加工程序就成為數(shù)控技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中德一個(gè)重要環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程技術(shù)正是針對(duì)這一問(wèn)題而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的?！?jì)算機(jī)輔助數(shù)控?cái)?shù)控加工程序分為兩種不同的形式：一是借助于數(shù)控語(yǔ)言進(jìn)行自動(dòng)編程，二是利用CAD/CAM軟件工具完成數(shù)控加工程序的編制?！雠c數(shù)控語(yǔ)言自動(dòng)編程比較，利用CAD/CAM軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)控編程具有以下特點(diǎn)：2、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控加工編程▲快速而準(zhǔn)確的編制數(shù)控加工程序就成45?