機械制造自動化方式解析

趙妹娟

【摘要】本文主要對機械制造在加工方式和計算機輔助方面做了淺析，對基本理論做了闡述。

【關鍵詞】數控加工；工業機器人；柔性制造；計算機輔助

現有的機械制造系統可以根據系統的加工方式和設備，分為自動線、專用自動機、柔性制造系統、制造單元和通用機床等五大類。近年來，隨著計算機技術的迅速發展，制造系統中又相繼提出了并行工程、精益生產、敏捷制造、智能制造等新的概念和哲理，使得機械制造業不斷煥發青春，走向更加燦爛的明天。

一、數控加工技術

數控加工是把加工零件的全部過程以數字代碼形式記在控制介質上，并輸入到機床的數控裝置，由數控裝置自動控制機床各運動部件的動作順序、運動速度、位移量及各種輔助運動等，以實現自動化加工的一項技術。其工作過程可分為二個階段：①加工準備階段。此階段完成數控程序的編制，目前主要有手工編程和自動編程兩種方法，編寫的程序單中包括組成零件的圖形數據和工藝數據，如圓的圓心坐標及圓弧終點坐標、直線起點、終點坐標、零件的加工順序、主軸狀態及進給量等。②數控加工階段。此階段將數控程序輸入機床的數控裝置，數控裝置通過對輸入的數字代碼指令進行一系列的處理和運算，將結果輸出到機床的伺服裝置，驅動機床部件按規定的速度和位移量進行運動，自動地完成對零件的加工。數控系統概括起來主要由三個部分構成：數控裝置、伺服系統和機床床體。機床數控裝置由輸入部分、控制運算部分和輸出部分組成，隨著微處理器和微型機的發展，機床數控裝置逐步由通用的計算機代替了專用的計算機裝置，使數控機床的功能進一步的擴大和完善。數控伺服系統將數控系統發送來的電脈沖信號經處理后，轉變為機床各部件的運動，是數控機床運動部件與數控系統連接的裝置。

二、工業機器人

在現代機械制造系統中，工業機器人發揮著重要的作用。目前，工業機器人已廣泛地應用于物料的裝卸與搬運、焊接、噴漆、產品裝配和檢驗等各種工作中。工業機器人是一種具有人的某些特點和功能，并且能夠自動地進行多種操作的機電一體化設備，是一種多用途的可重復編程的自動控制操作機。它可以按照事先編好的程序完成各種機械動作，代替人完成某些工作。工業機器人能用于各種生產領域，如物料搬運、涂裝、點焊、弧焊、檢測和裝配等工作。目前，它已成為柔性制造系統、計算機集成制造系統等現代制造系統必不可少的重要組成部分，對促進機械制造業的自動化、柔性化發揮了巨大的作用。在船舶工業，機器人可廣泛地應用于焊接和涂裝，使人們從較差的工作環境中解脫出來，并提高產品質量和生產效率。

三、柔性制造技術

柔性制造技術是集數控技術、計算機技術、機器人技術以及現代生產管理技術于一體的先進制造技術。隨著科技、經濟的發展和人民生活水平的提高，多品種、中小批量生產已成為機械制造業一個重要的發展趨勢。FMS作為一種高效率、高精度和高柔性的制造系統，自1967年誕生之日起，就顯示了強大的生命力，已成為當今乃至今后機械制造自動化發展的重要方向之一。柔性制造系統是在計算機統一控制下，由自動裝卸與輸送系統將若干臺數控機床或加工中心連接起來而構成的一種適合于多品種、中小批量生產的先進制造系統。主要由五個功能系統組成：自動加工系統、自動物流系統、自動倉庫系統、自動監控系統、計算機控制系統FMS具有高度的柔性、設備利用率高，在制品減少、市場反應能力增強、勞動生產率提高，工人數減少、產品質量提高等多方面的特點。

四、計算機輔助工程設計技術

1、計算機輔助設計

計算機輔助設計是在計算機硬件與軟件的支撐下，通過對產品的描述、造型、系統分析、優化、仿真和圖形處理的研究，計算機輔助設計師完成產品的全部設計過程，最后輸出滿意的設計結果和產品圖形。由此可知，支持設計過程的各個階段，即方案設計、總體設計和詳細設計，可以輸出有關的技術文檔，如工程圖樣、零件明細表等。

2、成組技術

成組技術是一門生產技術和管理相結合的科學，它研究如何識別和發展生產活動中有關事物的相似性，并利用相似性分類歸族，針對每組零件所具有的相似性信息，找出相對統一的最優方案，以達到提高效率、節省資源、降低費用之目的。由此可知，成組技術就是通過對零件之間客觀存在的相似性進行標識，按相似性準則將零件分類歸族，在零件族的基礎上完成產品生產的各個環節的任務，從而實現產品設計、制造工藝和生產管理的合理化。眾所周知，機械制造業中，多品種、中小批生產占有較大的比重。根據不同的行業機械產品零件的統計分析，約80%左右的零件均屬單件小批生產，并且隨生產水平的提髙，多品種、小批量生產的比重將繼續增長。長期以來，多品種、小批量生產一直處于落后的狀態，存在著幾個方面的主要問題，為此，雖然在組織上、技術上提出了不少措施和方法，取得一些效果，但都有其局限性。而成組技術的科學理論及實踐表明，它能從根本上解決生產中由于品種多、產量小而帶來的矛盾。在機械制造領域，由于成組技術的實質是開發和利用生產活動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準則對有關事物分類歸族，是成組技術研究和應用的重要基礎。

3、計算機輔助工藝設計

計算機輔助工藝設計是根據產品圖樣信息及現有生產條件，制定出原材料加工為成品所需要的一系列加工方法、制造過程以及有關資源需求的計劃過程。它通常包括制定工藝路線、進行詳細工藝設計和輸出完整的工藝文件等功能。長期以來，工藝設計是工藝人員靠經驗和手工完成。由于個人經驗的局限性和手段落后，造成工藝設計工作存在著許多問題，如工藝設計工作的重復性和同類零件的工藝設計的多樣性等。計算機輔助工藝設計可以改變工藝的手工方式及完全對人的依賴，提高工藝設計的效率和質量，從而為工藝設計的標準化和自動化創造良好條件。

4、計算機輔助制造

計算機輔助制造通常是指計算機在制造領域有關應用的統稱。目前還沒有統一的定義，它有廣義和狹義之分。廣義的是指利用計算機輔助從毛坯到產品制造過程中的直接和間接的活動，包括計算機輔助工藝設計、計算機輔助工裝設計與制造、計算機輔助數控編程、計算機輔助作業計劃、物流過程的運行控制、生產控制、質量控制等主要方面。而狹義的是指數控程序的編制，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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