機(jī)械制造自動(dòng)化方式解析

趙妹娟

【摘要】本文主要對(duì)機(jī)械制造在加工方式和計(jì)算機(jī)輔助方面做了淺析，對(duì)基本理論做了闡述。

【關(guān)鍵詞】數(shù)控加工；工業(yè)機(jī)器人；柔性制造；計(jì)算機(jī)輔助

現(xiàn)有的機(jī)械制造系統(tǒng)可以根據(jù)系統(tǒng)的加工方式和設(shè)備，分為自動(dòng)線(xiàn)、專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)、柔性制造系統(tǒng)、制造單元和通用機(jī)床等五大類(lèi)。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造系統(tǒng)中又相繼提出了并行工程、精益生產(chǎn)、敏捷制造、智能制造等新的概念和哲理，使得機(jī)械制造業(yè)不斷煥發(fā)青春，走向更加燦爛的明天。

一、數(shù)控加工技術(shù)

數(shù)控加工是把加工零件的全部過(guò)程以數(shù)字代碼形式記在控制介質(zhì)上，并輸入到機(jī)床的數(shù)控裝置，由數(shù)控裝置自動(dòng)控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)作順序、運(yùn)動(dòng)速度、位移量及各種輔助運(yùn)動(dòng)等，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工的一項(xiàng)技術(shù)。其工作過(guò)程可分為二個(gè)階段：①加工準(zhǔn)備階段。此階段完成數(shù)控程序的編制，目前主要有手工編程和自動(dòng)編程兩種方法，編寫(xiě)的程序單中包括組成零件的圖形數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)，如圓的圓心坐標(biāo)及圓弧終點(diǎn)坐標(biāo)、直線(xiàn)起點(diǎn)、終點(diǎn)坐標(biāo)、零件的加工順序、主軸狀態(tài)及進(jìn)給量等。②數(shù)控加工階段。此階段將數(shù)控程序輸入機(jī)床的數(shù)控裝置，數(shù)控裝置通過(guò)對(duì)輸入的數(shù)字代碼指令進(jìn)行一系列的處理和運(yùn)算，將結(jié)果輸出到機(jī)床的伺服裝置，驅(qū)動(dòng)機(jī)床部件按規(guī)定的速度和位移量進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)地完成對(duì)零件的加工。數(shù)控系統(tǒng)概括起來(lái)主要由三個(gè)部分構(gòu)成：數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)和機(jī)床床體。機(jī)床數(shù)控裝置由輸入部分、控制運(yùn)算部分和輸出部分組成，隨著微處理器和微型機(jī)的發(fā)展，機(jī)床數(shù)控裝置逐步由通用的計(jì)算機(jī)代替了專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)裝置，使數(shù)控機(jī)床的功能進(jìn)一步的擴(kuò)大和完善。數(shù)控伺服系統(tǒng)將數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送來(lái)的電脈沖信號(hào)經(jīng)處理后，轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)床各部件的運(yùn)動(dòng)，是數(shù)控機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件與數(shù)控系統(tǒng)連接的裝置。

二、工業(yè)機(jī)器人

在現(xiàn)代機(jī)械制造系統(tǒng)中，工業(yè)機(jī)器人發(fā)揮著重要的作用。目前，工業(yè)機(jī)器人已廣泛地應(yīng)用于物料的裝卸與搬運(yùn)、焊接、噴漆、產(chǎn)品裝配和檢驗(yàn)等各種工作中。工業(yè)機(jī)器人是一種具有人的某些特點(diǎn)和功能，并且能夠自動(dòng)地進(jìn)行多種操作的機(jī)電一體化設(shè)備，是一種多用途的可重復(fù)編程的自動(dòng)控制操作機(jī)。它可以按照事先編好的程序完成各種機(jī)械動(dòng)作，代替人完成某些工作。工業(yè)機(jī)器人能用于各種生產(chǎn)領(lǐng)域，如物料搬運(yùn)、涂裝、點(diǎn)焊、弧焊、檢測(cè)和裝配等工作。目前，它已成為柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等現(xiàn)代制造系統(tǒng)必不可少的重要組成部分，對(duì)促進(jìn)機(jī)械制造業(yè)的自動(dòng)化、柔性化發(fā)揮了巨大的作用。在船舶工業(yè)，機(jī)器人可廣泛地應(yīng)用于焊接和涂裝，使人們從較差的工作環(huán)境中解脫出來(lái)，并提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

三、柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及現(xiàn)代生產(chǎn)管理技術(shù)于一體的先進(jìn)制造技術(shù)。隨著科技、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，多品種、中小批量生產(chǎn)已成為機(jī)械制造業(yè)一個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。FMS作為一種高效率、高精度和高柔性的制造系統(tǒng)，自1967年誕生之日起，就顯示了強(qiáng)大的生命力，已成為當(dāng)今乃至今后機(jī)械制造自動(dòng)化發(fā)展的重要方向之一。柔性制造系統(tǒng)是在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下，由自動(dòng)裝卸與輸送系統(tǒng)將若干臺(tái)數(shù)控機(jī)床或加工中心連接起來(lái)而構(gòu)成的一種適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的先進(jìn)制造系統(tǒng)。主要由五個(gè)功能系統(tǒng)組成：自動(dòng)加工系統(tǒng)、自動(dòng)物流系統(tǒng)、自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)、自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)FMS具有高度的柔性、設(shè)備利用率高，在制品減少、市場(chǎng)反應(yīng)能力增強(qiáng)、勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，工人數(shù)減少、產(chǎn)品質(zhì)量提高等多方面的特點(diǎn)。

四、計(jì)算機(jī)輔助工程設(shè)計(jì)技術(shù)

1、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)是在計(jì)算機(jī)硬件與軟件的支撐下，通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的描述、造型、系統(tǒng)分析、優(yōu)化、仿真和圖形處理的研究，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)師完成產(chǎn)品的全部設(shè)計(jì)過(guò)程，最后輸出滿(mǎn)意的設(shè)計(jì)結(jié)果和產(chǎn)品圖形。由此可知，支持設(shè)計(jì)過(guò)程的各個(gè)階段，即方案設(shè)計(jì)、總體設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，可以輸出有關(guān)的技術(shù)文檔，如工程圖樣、零件明細(xì)表等。

2、成組技術(shù)

成組技術(shù)是一門(mén)生產(chǎn)技術(shù)和管理相結(jié)合的科學(xué)，它研究如何識(shí)別和發(fā)展生產(chǎn)活動(dòng)中有關(guān)事物的相似性，并利用相似性分類(lèi)歸族，針對(duì)每組零件所具有的相似性信息，找出相對(duì)統(tǒng)一的最優(yōu)方案，以達(dá)到提高效率、節(jié)省資源、降低費(fèi)用之目的。由此可知，成組技術(shù)就是通過(guò)對(duì)零件之間客觀存在的相似性進(jìn)行標(biāo)識(shí)，按相似性準(zhǔn)則將零件分類(lèi)歸族，在零件族的基礎(chǔ)上完成產(chǎn)品生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)的任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和生產(chǎn)管理的合理化。眾所周知，機(jī)械制造業(yè)中，多品種、中小批生產(chǎn)占有較大的比重。根據(jù)不同的行業(yè)機(jī)械產(chǎn)品零件的統(tǒng)計(jì)分析，約80%左右的零件均屬單件小批生產(chǎn)，并且隨生產(chǎn)水平的提髙，多品種、小批量生產(chǎn)的比重將繼續(xù)增長(zhǎng)。長(zhǎng)期以來(lái)，多品種、小批量生產(chǎn)一直處于落后的狀態(tài)，存在著幾個(gè)方面的主要問(wèn)題，為此，雖然在組織上、技術(shù)上提出了不少措施和方法，取得一些效果，但都有其局限性。而成組技術(shù)的科學(xué)理論及實(shí)踐表明，它能從根本上解決生產(chǎn)中由于品種多、產(chǎn)量小而帶來(lái)的矛盾。在機(jī)械制造領(lǐng)域，由于成組技術(shù)的實(shí)質(zhì)是開(kāi)發(fā)和利用生產(chǎn)活動(dòng)中客觀存在的相似性，因此，如何描述相似性信息及如何按一定的分類(lèi)準(zhǔn)則對(duì)有關(guān)事物分類(lèi)歸族，是成組技術(shù)研究和應(yīng)用的重要基礎(chǔ)。

3、計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)是根據(jù)產(chǎn)品圖樣信息及現(xiàn)有生產(chǎn)條件，制定出原材料加工為成品所需要的一系列加工方法、制造過(guò)程以及有關(guān)資源需求的計(jì)劃過(guò)程。它通常包括制定工藝路線(xiàn)、進(jìn)行詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)和輸出完整的工藝文件等功能。長(zhǎng)期以來(lái)，工藝設(shè)計(jì)是工藝人員靠經(jīng)驗(yàn)和手工完成。由于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的局限性和手段落后，造成工藝設(shè)計(jì)工作存在著許多問(wèn)題，如工藝設(shè)計(jì)工作的重復(fù)性和同類(lèi)零件的工藝設(shè)計(jì)的多樣性等。計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)可以改變工藝的手工方式及完全對(duì)人的依賴(lài)，提高工藝設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量，從而為工藝設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化創(chuàng)造良好條件。

4、計(jì)算機(jī)輔助制造

計(jì)算機(jī)輔助制造通常是指計(jì)算機(jī)在制造領(lǐng)域有關(guān)應(yīng)用的統(tǒng)稱(chēng)。目前還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，它有廣義和狹義之分。廣義的是指利用計(jì)算機(jī)輔助從毛坯到產(chǎn)品制造過(guò)程中的直接和間接的活動(dòng)，包括計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程、計(jì)算機(jī)輔助作業(yè)計(jì)劃、物流過(guò)程的運(yùn)行控制、生產(chǎn)控制、質(zhì)量控制等主要方面。而狹義的是指數(shù)控程序的編制，包括刀具路徑的確定、刀位文件的生成、刀具軌跡仿真以及代碼的生成等。

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