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1、02211自动化制造系统考点复习整理第一章 概论二、考核要求1.识记： 有关自动化的基本概念：指设计一种控制设备来取代人力操作机械的动作，以达到各种机械自动、半自动运行的目的，是机械化得高级阶段。 机械制造自动化系统各组成部分的基本功能：加工系统 即能完成工件的切削加工、排屑、清洗和测量的自动化设备与装置工件支撑系统 即能完成工件输送、搬运以及存储功能的工件供给装置刀具支撑系统 即包括刀具的装配、输送、交换和存储装置以及刀具的预调和管理系统控制与管理系统 即对制造过程的监控、检测、协调与管理 按设备分类的各种机械制造自动化系统的特点和适用范围：1) 刚性半自动化单机特点：是一种除上下料外可以自

2、动地完成单个工艺过程加工循环的机床。适用范围：适用于产品品种变化范围和生产批量都较大的制造系统。缺点是调整工作量大，加工质量较差，工人的劳动强度也大。2) 刚性自动化单机特点：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。实现的也是单个工艺过程的全部加工循环。适用范围：这种机床往往需要定制或改装，常用于品种变化很小，但生产批量特别大的场合。投资少、见效快，但通用性差。3) 刚性自动线（刚性自动化生产线）特点：是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。适用范围： 在刚性自动线上，被加工零件以一定的生产

3、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。具有很高的自动化程度，具有统一的控制系统和严格的生产节奏。4) 刚性综合自动化系统特点：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。适用范围：它常用于产品比较单一，但工序内容多，加工批量特别大的零部件的自动化制造。其结构复杂，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) 数控机床特点：数控机床用来完成零件一个工序的自动化循环加

4、工。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。 适用范围：适用于加工精度较高，且重复性好的场合。6) 加工中心特点：加工中心（MC）是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。适用范围：加工中心机床具有工序集中、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) 柔性制造单元特点：柔性制造单元（FMC）是一种由13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

5、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。适用范围：柔性制造单元常用于品种变化不是很大、生产批量中等的生产规模中。优点是：占地面积较小，系统结构不很复杂，成本较低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单。 8) 柔性制造系统组成：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。内部包括两类不同性质的运动，一类是系统的信息流，一类是系统的物料流，物料流受信息流的控制。 适用范围：一般情况下，柔性制造系统适用于品种变化不大，批量在

6、2002500件的中等批量生产。2.领会： 机械制造系统的不同特性：1) 制造系统的结构方面 制造系统是制造过程所涉及的硬件（包括人员、设备、物料流、各种辅助装置等）及相关软件（包括制造理论、制造技术和制造信息等）组成的一个统一整体。2) 制造系统的功能方面 制造系统是一个将制造资源（原材料、能源、劳动力等）转变为成品或半成品的输入输出系统。3) 制造系统的过程方面 制造系统是制造生产的运行过程，包括市场分析、产品设计、工艺编制、制造实施、检验出厂、产品销售等多个环节的制造全过程。 机械制造系统中“三流”的概念：1) 物料流 机械加工系统输入的是原材料或坯料或半成品以及相应的刀具、量具、夹具、

7、润滑油、切削液等辅助物料，经过输送、装夹、加工检验等过程，最后输出半成品或产品及切屑。整个加工过程（含加工准备阶段）是物料输入和输出的动态过程，这种物料在机械加工系统中的运动被称为物料流。2) 信息流 在机械加工系统中，必须集成各个方面的信息，以保证机械加工过程的正常进行。这些信息主要包括加工任务、加工工序、加工方法、刀具状态、工件要求、质量指标、切削参数等等。这些信息又可分为静态信息（如工件尺寸要求、公差大小等）和动态信息（如刀具磨损程度、机床故障状态等），所有这些信息构成了机械加工过程的信息系统。这个系统不断地与机械加工过程的各种状态进行信息交换，从而有效地控制机械加工过程，以保证机械加工

8、的效率和产品质量。这种信息在机械加工系统中的作用过程称为信息流。3) 能量流 机械加工系统是一个动态系统，运动过程中的所有运动，特别是物料的运动，均需要能量来维持。来自机械加工系统外部的能量（一般是电能），多数转变为机械能。一部分机械能用以维持系统中的各种运动，另一部分通过传递、损耗而达到机械加工的切削区域，转变为分离金属的动能和势能。这种在机械加工过程中的能量运动称为能量流。 制造技术的信息化对自动化发展的作用：制造技术的信息化带动了自动化的发展，改变了传统制造自动化的概念，使得产品生命周期明显缩短、产品品种日益增多、产品成本结构发生变化、产品交货期不断缩短。第二章 自动化控制方法与技术二、

9、考核要求1.识记： 自动控制的构成、基本要求、方式构成：包括实现自动控制功能的装置及其控制对象，通常由指令存储装置、指令控制装置、执行机构、传递及转换装置等部分构成。基本要求：应能保证各执行机构的使用性能、加工质量、生产效率及工作可靠性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) 装调试、维护修

10、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。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。指令的程序和特征是预先设计好的，不因被控制对象实际执行指令的情况而改变。此种控制方式比较简单，在机械加工设备中广为使用。2) 闭环控制方式 系统的输出信号对系统的控制作用具有直接影响的控制方式。利用反馈装置将输出和输入两端相连，并利用反馈装置来减少系统误差。此种系统控制精度高，但比较复杂。3) 分散控制方式 又称行程控制或继动控制，指令存储和控制装置按一定程序分散布置，当前一机构完成

11、了预定的动作以后，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，直到完成预定的全部动作。优点是实现自动循环的方法简单，电气元件通用性强。分散控制系统本身具有一定的互锁性，但当顺序动作较多时，自动循环的时间会增加，这对提高生产效率不利。4) 集中控制方式 具有一个中央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。优点：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。停止指令由执行部件移动到一定位置时压下限位开关而发出。避免某一部件发生故障，其他部件继续运动与之发生碰撞或干涉。5) 程序控制方式 按照预定的

12、程序来控制各执行机构使之自动进行工作循环的系统。又分为：固定程序控制系统（系统的程序是固定不变的，适合大批量的生产的专用设备）、可变程序控制系统（程序在一定范围内改变，以适合加工品种的变化，适用于多品种轮番生产）6) 数字控制方式 采用数控装置，以二进制码形式编制加工程序，控制各工作不见得动作顺序、速度、位移量及各种辅助功能的控制系统，简称“数控”。适用于加工零件的表面形状复杂、品种经常改变的单件或小批量生产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，计算机控制能达到一般电子装置所不能达到的控制效果，实现各种优化控制。计算机不仅能够控制一台设备、一条生产线，还能控制一个

13、车间、一个工厂。 机械、液压、气动、电气和计算机控制的基本概念：机械传动控制：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。控制元件同时又是驱动元件。液压控制：利用液体工作介质的压力势能实现能量的传递及控制的。作为动力传递，因压力较高，所以用小的执行机构可以输出较大的力，并且使用压力控制阀可以很容易地改变它的输出力。气动控制：以压缩空气为工作介质进行能量和信号传递的工程技术，是实现各种生产和自动控制的重要手段之一。优点：具有经济、安全、可靠、便于操作等特点，改善劳动条件、提高劳动生产率和产品质量。电气控制：通过执行预定的控制程序，使生产

14、设备实现规定的动作和目标，以达到正确和安全的自动工作的目的计算机控制：1) 普通数控机床的控制：采用专用计算机，以数码的形式编制加工程序，控制机床各运动部件的动作顺序、速度、位移量及各种辅助功能。2) 加工中心的控制：多采用小型计算机控制，能够实现同族零件的自动加工，变换品种方便。3) 计算机数控：在数控装置中引入一台小型通用计算机，具有适应性强、工艺过程控制系统和管理信息系统能密切配合、操作方便等优点4) 计算机群控：间接式群控系统：用数字通信传输线路将数控系统和群控计算机直接连接起来，取代了纸带输入机，数控装置硬件线路的功能没有被计算机软件取代。 直接式群控系统：由计算机代替硬件数控装置的

15、部分或全部功能，几台乃至几十台数控机床或其他数控设备接受从远处中心计算机的遥控指令，通过传输线以联机、实时、分时的方式送到机床控制器实现对机床的控制。5) 适应控制：系统本身能够随着环境条件和结构不可预计的变化，自行调整或修改系统变量，这种本身具有适应能力的控制系统，称为适应控制系统。2.领会： 各种自动化控制方式的优缺点及比较（见上） 典型控制技术中步进电动机和交流伺服电动机的控制原理与工作特点1) 步进电动机：将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，每当输入一个电脉冲就动一步。优点：没有累计误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方

16、；缺点是效率较低、发热大，有时会失步2) 交流伺服电动机：电机内部是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。其精度取决于编码器的精度。特点：无电刷和换向器，工作可靠，对维护和保养要求低；定子绕组散热比较方便；惯量小，易于提高系统的快速性，适应于高速大扭矩工作状态。第三章 加工设备自动化二、考核要求1.识记： 自动化加工设备的分类：1) 全（半）自动单机：分为单轴和多轴，利用多种形式的全（半）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，是实现加工过程自动化普

17、遍采用的方法。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夹具而组成的机床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（NC）：用数字代码形式的程序控制机床，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）：更高形式的数控机床，其具有刀库和自动换刀机构、回转工作台、交换工作台等。6) 柔性制造单元（FMC）：由13台数控机床和物料传输装置组成，单元内设有刀具库、工件存储站、单元控制系统。机床可自动装卸工件、更换刀具、检测

18、工件的加工精度和刀具磨损的情况，适用于中小批量生产。 数控技术在单机工作自动化中的地位与作用：数控技术的出现是制造自动化技术发展史上一个里程碑，它对多品种、小批量生产的自动化意义重大，几乎是目前经济性实现小批量生产自动化的唯一实用技术。 冲压自动化过程的实现：根据产品结构、生产条件、加工方式等情况采取不同的方式，一般有在通用压力机上使用自动冲模、通用自动冲压压力机、专用自动冲压压力机以及冲压自动线等几种。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

19、，往往以自动线的形式出现。 自动线的种类、组成、连线方式与布局：是一组用运输机构联系起来的由多台自动机床（或工位）、工件存放装置以及统一自动控制装置等组成的自动加工机器系统。在自动线的工作过程中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需要工人直接参与操作，自动地完成预定的加工内容。1) 通用机床自动线 在通用机床自动线上完成的典型工艺主要是各种车削、磨削、铣削、拉削、切削齿轮和钻削等2) 组合机床自动线 是针对一个零件的全部加工要求和加工工序专门设计制成的由若干台组合机床组成的自动生产线3) 柔性自动线 为了适应多品种生产，原来由专用机床组成的自动线改用数控机床或由数控操作的

20、组合机床组成柔性自动线。2.领会： 单机自动化的意义：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，是机械制造业更进一步向前发展的基础。 单机自动化中的机电一体化技术的应用和数控技术的应用： 对几种典型自动化设备特点与应用的了解：一、 车削自动化：包含多个单元动作的自动化和工作循环的自动化1) 单轴自动车床：能按一定程序自动完成工作循环，主要用于棒料、盘料加工。2) 数控车床：主要用于回转体的加工，是数控机床中产量最大、用途最广的一个品种。具有精度高、效率高、柔性大、可靠性好，工艺

21、能力强等优点，并能按模块化原则设计制造。特点：A）数控车床的主轴转速和进给速度高B）数控车床具有高精度。C）数控车床能实现多种工序复合的全部加工D）数控车床具有高柔性3) 车削中心：与数控卧式车床的区别在于：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。除具有数控车床的特点，还可以在此基础上发展出车磨中心、车铣中心等多工序复合加工的机床，有的还可以完成数控激光加工。当车削中心的主轴具有C 轴功能时，主轴便能够进行分度、定向，配合转塔刀架的动力刀座，则几乎所有的加工都

22、可在一次装夹中完成。 二、 钻铣削加工自动化钻削自动化大部分都是在各类普通钻床的基础上，配备点位数控系统来实现的。 钻削加工中心以钻削为主，可完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等加工，还兼有轻载荷铣削、镗削功能。数控铣床、仿形铣床的出现，提高了铣床的加工精度和自动化程度，使复杂型面加工自动化成为可能。特别是数控技术的应用扩大了铣床的加工范围，提高了铣床的自动化程度。除能加工平面、沟槽、轮齿、螺纹、花键轴等外，还可加工比较复杂的型面。三、 组合机床组合机床是一种按工件加工要求和加工过程设计和制造的专用机床。组合机床具有工序集中、生产率高、自动化程序较高、造价相对较低等优点；但也有专用性强、改装不

23、十分方便等缺点。组合机床自动化水平主要是通过数控技术的应用来实现的，一种是工艺的需要；另一种是在多工序加工或多品种加工时，为了加速转换和调整而采用数控。四、 加工中心：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。特点：1）适用范围广：适用于多品种、中小批量生产中相对复杂、精密零件的多工序集中加工。完成通用机床上难以加工的特殊零件的加工，一次装夹可完成钻、扩、铰孔，攻螺纹，铣削等加工2） 加工精度高：实现加工自动化，避免人为失误；多工序集中加工，减少工件安装次数3） 生产率高：具有自动换刀的功能，实现多工序集中加工，停机时间短，减少工序周转时间，工件生产周期明显缩短。 柔性加工自

24、动化的基本原理与方式：FTL的工艺基础是成组技术。按照成组加工对象确定工艺过程，选择适宜的数控加工设备和物料储运系统组成FTL。三部分构成：数控机床、专用机床及组合机床；托板（工件）输送系统；控制系统。第四章 物料供输自动化二、考核要求1.识记： 物流及物流系统的基本概念、功用与组成：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）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

25、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 单机自动供料方式、主要组成部件和工件的定向方法：自动供料装置组成：储料器（一般设计成料仓式或料斗式）、输料槽（由工件的输送方式和工件的形状，输料槽有许多结构形式，靠工件自重输送的自流式输料槽结构简单，但可靠性较差；半自流式或强制运动式输料槽可靠性高）、定向定位装置、上料器（供料和隔料机构的功用是定时地把工件逐个输送到机床加工位置，设计为一体）供料方式：储料器储存一定数量的工件，根据加工设备的需求自动输出工件，经输料槽和定向定位装置传送到指定位置，再由上料器将工件送入机床加工位置。定向方法：

26、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，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。 不同自动线物流的输送形式、输送装置、转位装置的作用和功能特点:自动线是指按加工工艺排列的若干台加工设备及其辅助设备，并用自动输送系统联系起来的自动生产线。在自动线上，工件以一定的生产节拍，按工艺顺序自动地通过各个工作位置，完成预定的工艺过程。1) 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

27、辊、张紧装置等组成。2) 链式输送系统由链条、链轮、电动机、减速器、联轴器等组成，链式传动系统中物料一般通过链条上的附件带动前进。3) 步伐式传送带有棘爪式、摆杆式等多种形式。它能完成向前输送和向后退回的往复动作, 实现工件单向输送。4) 辊子输送系统是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和动力辊子输送系统。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通过齿轮、链轮、或带传动使辊子转动，依靠辊子与工件之间的摩擦力实现工件的输送5) 悬挂输送系统适用于车间内成件物料的空中输送。悬挂输送系统节省空间，更容易实现整个工艺流程的自动化。分通

28、用悬挂输送系统和积放式悬挂输送系统。 柔性物流系统的意义、柔性物流输送方式与组成：物流输送系统是为FMS服务的，它决定着FMS的布局和运行方式，其整体布局比较复杂。主要由：1）直线型输送形式：适用于按照规定从一个工作站到下一个的工件运输，输送设备做直线运动，在输送线两侧布置加工设备和装卸站。其内存储量小，常需配合中央仓库及缓冲站。2）环型输送形式：加工设备布置在封闭的环形输送线的内外侧，输送线上可采用各类连续输送机、输送小车等设备。在环线上，还可增加若干条支线，作存储或改变输送线路之用，其内存储量大，可不设置中央仓库。环形输送形式便于实现随机存储，具有非常好饿灵活性，应用广泛。3）网络型输送形

29、式：输送设备通常采用自动导向小车，其导向线路埋设在地面下，输送线路具有很大的柔性，故加工设备敞开性好，物料输送灵活，在中小批量产品或新产品试制阶段的FMS中应用越来越广。网络型输送形式的线内存储量小，一般需设置中央仓库和托盘自动交换器4）机器人为中心的输送形式：以搬运机器人为中心，加工设备布置在机器人搬运范围的圆周上，一般机器人配置了夹持回转类零件的夹持器，因此它适用于加工各类回转零件的FMS中。2.领会： 供料机构的基本要求，料仓、料斗的基本作用与结构类型：基本要求：1）供料时间应尽可能少，以缩短辅助时间和提高生产率2）供料装置结构尽可能简单，供料稳定可靠3）供料时避免大的冲击，防止供料装置

30、损伤工件4）供料装置要有一定的适用范围，以适应不同类型、 不同尺寸的工件要求5）满足一些工件的特殊要求基本作用：料仓或料斗一般用于储存小型工件，并根据加工设备的需求自动输出工件。料仓分成自重式和外力作用式两种结构；料斗上料装置带有定向机构，工件在料斗中自动完成定向 有轨导向小车及随行夹具返回装置的作用和基本要求:有轨导向小车(RGV)：依靠铺设在地面上的轨道进行导向并运送工件的输送系统。具有移动速度大，加速性能好，承载能力大的优点。缺点：RGV铺设轨道不宜改动，柔性差，车间空间利用率低，噪声高。随行夹具返回装置：保证工件在各工位的定位精度或结构复杂无可靠运输基面工件的传输。一般将工件先定位夹紧

31、在随行夹具上，工件和随行夹具一起传输。这样随行夹具必须返回到原始位置。分上方返回、下方返回、水平返回。 托盘及托盘交换器的功用：托盘是工件与机床之间的硬件接口，因为在柔性物流系统中，工件一般用夹具定位加紧的，而夹具是被安装的在托盘上的。托盘交换器是FMS的加工设备与物料传输系统之间的桥梁与接口。不仅起到连接作用，还可暂存工件，起到防止系统阻塞的缓冲作用。分：回转式托盘交换器：有两位、四维、多位形式，多位托盘交换器可以存储若干个工件，也称缓冲工作站或托盘库。两位回转式托盘交换器，有两个工作位置，机床加工完毕后，交换器从机床移出装有工件的托盘，旋转180，将没有加工的工件托盘再送到机床的加工位置。

32、往复式托盘交换器：由一个托盘库和一个托盘交换器组成，当机床加工完毕后，工作台横向移动至卸料位置，将装有已加工工件的托盘移至托盘库的空位上，然后工作台横向移至装料位置，托盘交换器再将待加工工件移至工作台上。起到小型中间储料库的作用，以补偿随机或非同步生产的节拍差异。 自动导向小车（AGV）的特点及其结构原理：定义：是一种由计算机控制的，按照一定程序自动完成运输任务的运输工具。特点：1）较高的柔性 只要改变一下导向程序，就可以方便地改变、修改、扩充AGV的移动路线，与RGV相比，改造的工作量小得多2）实时监视和控制 由于计算机能实时地对AGV进行监控，实现AGV与计算机的双向通信。不管小车在何处或何种状态，