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本書從機械制造自動化的基本概念出發(fā)，圍繞機械制造的各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)，系統(tǒng)地介紹了各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)自動化的原理、技術(shù)、方法和實際應(yīng)用。全書共分九章，主要介紹了機械制造自動化的基本概念、自動化制造系統(tǒng)技術(shù)方案、自動化加工設(shè)備、物料供輸自動化、自動化加工刀具、檢測過程自動化、裝配過程自動化、自動化制造的控制系統(tǒng)及工業(yè)機器人等內(nèi)容。為了便于學(xué)習(xí)和理解，在第三章～第九章每章增加一節(jié)自動化應(yīng)用實例，以實例引導(dǎo)學(xué)生理解和掌握基本原理，初步具備自動化制造系統(tǒng)總體方案設(shè)計能力，同時這些實例也可以為工程技術(shù)人員進(jìn)行自動化方案設(shè)計提供參考。本書有配套的相關(guān)教學(xué)資源，可在化學(xué)工業(yè)出版社的官方網(wǎng)站上下載。本書可作為高等工科院校機械設(shè)計制造及其自動化、機械工程、工業(yè)工程等機械類專業(yè)的教材，也可供從事機械設(shè)計與制造、自動化等相關(guān)專業(yè)的企業(yè)工程技術(shù)人員自學(xué)和參考。

近年來，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，制造業(yè)出現(xiàn)了勞動力短缺、用工成本高、技術(shù)工人隊伍不穩(wěn)定等問題。為應(yīng)對勞動力危機，越來越多的企業(yè)開始將注意力轉(zhuǎn)向提高生產(chǎn)過程的自動化水平，通過采用自動化加工設(shè)備、自動化的物料輸送系統(tǒng)和機器人上下料及自動裝配技術(shù)，從而減少用工，降低工人勞動強度，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和穩(wěn)定性。就目前制造業(yè)狀況而言，對于原有的工廠可以采用對既有設(shè)備進(jìn)行自動化改造的方法來實現(xiàn)；而對于投資新建的工廠，可根據(jù)資金狀況購買成熟配套的自動化制造系統(tǒng)或根據(jù)產(chǎn)品特點研發(fā)專用的自動化設(shè)備來實現(xiàn)。

機械制造自動化技術(shù)及應(yīng)用針對機械制造的全過程，不僅包括機械制造整體方案的制訂，還包括設(shè)備的布局、物料的輸送與存儲、控制與檢測、自動裝配及工業(yè)機器人等方面的內(nèi)容。本書在內(nèi)容編排上，既注重與工程應(yīng)用實例相結(jié)合，又注重與當(dāng)前科技發(fā)展的前沿相結(jié)合，著力做到各章內(nèi)容相互獨立，又相互銜接，以利于讀者了解和掌握其基本概念和應(yīng)用常識，逐步培養(yǎng)學(xué)生解決工程實際問題的能力。

通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解機械制造自動化過程中的先進(jìn)技術(shù)和裝備，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)工廠實際生產(chǎn)狀況和自動化水平，運用所學(xué)知識，進(jìn)行自動化改造和設(shè)計的能力。

考慮到便于教學(xué)過程中的教與學(xué)，本書配套有相關(guān)教學(xué)資源，包括教學(xué)用PPT課件及書中部分實例的設(shè)計方案及圖紙等，包括第三章最后一節(jié)實例的實物圖片，相應(yīng)的SolidWorks三維圖；第四章最后一節(jié)實例1的視頻、實例2的圖片和兩個實例相應(yīng)的SolidWorks三維圖；第五章最后一節(jié)實例的加工中心換刀視頻；第六章最后一節(jié)實例的實物圖、SolidWorks三維圖與AutoCAD工程圖；第八章最后一節(jié)實例2的伺服控制系統(tǒng)圖、牽引力測量裝置SolidWorks三維圖及主要控制元器件（包括運動控制卡、力傳感器、變送器、伺服電機及減速器等）的選擇與介紹；第九章最后一節(jié)旋轉(zhuǎn)負(fù)壓機器人實例的視頻和SolidWorks三維圖等內(nèi)容，并將免費提供給采用本書作為教材的院校使用。如有需要，請發(fā)電子郵件至cipedu@163.com獲取，或登錄www.cipedu.com.cn免費下載。

在編寫過程中，我們參考了近些年出版的多種同類教材、論著、手冊以及發(fā)表的相關(guān)論文，在此向有關(guān)的著作者表示衷心的感謝和誠摯的謝意。

本書由鄭州大學(xué)機械工程學(xué)院劉治華任主編，王曉潔、肖獻(xiàn)國任副主編，參加本書編寫的還有王春麗。其中劉治華編寫第一章、第六章、第八章及第九章并負(fù)責(zé)統(tǒng)稿，王曉潔編寫第二章、第七章，肖獻(xiàn)國編寫第三章，王春麗編寫第四章、第五章。在編寫的過程中，北京航空航天大學(xué)機械學(xué)院郭偉教授對本書的編寫提出了一些建設(shè)性的建議，研究生陶德崗、湯清、張?zhí)煸�、楊孟儉、戴騏隆等在繪圖方面做了大量的工作，在此一并表示感謝！

本書由鄭州大學(xué)李大磊主審，李大磊教授對本書進(jìn)行了細(xì)致的審查并提出了許多寶貴意見。

由于編者水平有限，加之時間倉促，書中難免存在不足之處，敬請讀者與同行批評指正。

編者

2018年3月

第一章概論1

第一節(jié)機械制造自動化的基本概念1

一、機械化與自動化1

二、制造與制造系統(tǒng)3

第二節(jié)機械制造自動化的內(nèi)容和意義3

一、制造自動化的內(nèi)涵3

二、機械制造自動化的主要內(nèi)容4

三、機械制造自動化的意義4

第三節(jié)機械制造自動化的途徑5

一、制造規(guī)模5

二、機械制造自動化途徑6

第四節(jié)機械制造自動化系統(tǒng)8

一、機械制造自動化系統(tǒng)的定義8

二、機械制造自動化系統(tǒng)的構(gòu)成9

三、機械制造自動化系統(tǒng)的分類9

第五節(jié)機械制造自動化的現(xiàn)狀及發(fā)展9

一、機械制造自動化的發(fā)展里程及現(xiàn)狀9

二、機械制造自動化的發(fā)展趨勢12

復(fù)習(xí)思考題15

第二章自動化制造系統(tǒng)技術(shù)方案16

第一節(jié)自動化制造系統(tǒng)技術(shù)方案的制訂16

一、自動化制造系統(tǒng)技術(shù)方案內(nèi)容16

二、確定自動化制造系統(tǒng)的技術(shù)方案時需要注意的問題16

第二節(jié)自動化加工工藝方案涉及的主要問題17

一、自動化加工工藝的基本內(nèi)容與特點17

二、實現(xiàn)加工自動化的要求18

三、成組技術(shù)在自動化加工中的應(yīng)用18

第三節(jié)工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟分析20

一、自動化加工工藝方案的制訂20

二、自動化加工工藝方案的技術(shù)經(jīng)濟分析23

第四節(jié)自動化加工切削用量的選擇25

一、切削用量對生產(chǎn)率和加工精度的影響25

二、切削用量選擇的一般原則27

復(fù)習(xí)思考題28

第三章自動化加工設(shè)備29

第一節(jié)自動化加工設(shè)備29

一、加工設(shè)備自動化的意義29

二、自動化加工設(shè)備的分類29

三、自動化加工過程中的輔助設(shè)備31

第二節(jié)自動化加工設(shè)備的選擇與布局33

一、自動化加工設(shè)備的選擇33

二、自動化加工設(shè)備的布局33

第三節(jié)自動化加工設(shè)備的特殊要求及實現(xiàn)方法38

一、高生產(chǎn)率38

二、加工精度的高度一致性39

三、自動化加工設(shè)備的高度可靠性40

四、自動化加工設(shè)備的柔性41

第四節(jié)單機自動化方案42

一、實現(xiàn)單機自動化的方法42

二、單機自動化方案44

第五節(jié)數(shù)控機床及加工中心50

一、數(shù)控機床概述50

二、加工中心簡介53

第六節(jié)機械加工自動化生產(chǎn)線57

一、自動線的特征57

二、自動線的組成58

三、自動線的類型59

四、自動線的控制系統(tǒng)59

第七節(jié)柔性制造單元60

一、概述60

二、柔性制造單元的組成形式61

三、柔性制造單元的特點和應(yīng)用62

四、柔性制造單元的發(fā)展趨勢62

第八節(jié)柔性制造系統(tǒng)62

一、柔性制造系統(tǒng)的定義和組成63

二、系統(tǒng)柔性的概念63

三、柔性制造系統(tǒng)的特點和應(yīng)用65

第九節(jié)自動線的輔助設(shè)備66

一、清洗站66

二、去毛刺設(shè)備67

三、工件輸送裝置68

四、自動線上的夾具68

五、轉(zhuǎn)位裝置68

六、儲料裝置68

七、排屑裝置69

第十節(jié)長叉軸自動化加工生產(chǎn)線實例69

一、長叉軸加工工藝69

二、長叉軸加工生產(chǎn)線69

復(fù)習(xí)思考題72

第四章物料供輸自動化73

第一節(jié)物流系統(tǒng)的組成及分類73

一、物流系統(tǒng)及其功用73

二、物流系統(tǒng)的組成和分類73

三、物流系統(tǒng)應(yīng)滿足的要求74

第二節(jié)工件自動上下料系統(tǒng)74

一、概述74

二、自動供料裝置74

三、機床自動供料典型裝置82

第三節(jié)自動線輸送系統(tǒng)83

一、帶式輸送系統(tǒng)83

二、鏈?zhǔn)捷斔拖到y(tǒng)85

三、輥子輸送系統(tǒng)85

四、步伐式輸送機86

五、懸掛輸送系統(tǒng)88

六、有軌導(dǎo)向小車89

第四節(jié)柔性物流系統(tǒng)91

一、柔性物流輸送形式91

二、托盤及托盤交換器92

三、自動導(dǎo)向小車93

四、自動化倉庫97

第五節(jié)物料輸送系統(tǒng)應(yīng)用實例102

一、機械手與平帶輸送相結(jié)合物料輸送系統(tǒng)102

二、采用振動盤的滾針自動送料及雙端面磨削系統(tǒng)104

復(fù)習(xí)思考題105

第五章自動化加工刀具106

第一節(jié)自動化刀具的類型及選用106

一、自動化刀具的特點106

二、自動化刀具的類型及選用107

三、刀具的快換及調(diào)整112

第二節(jié)自動化刀具的換刀裝置113

一、自動換刀裝置113

二、刀庫114

三、刀具尺寸預(yù)調(diào)118

第三節(jié)排屑自動化120

一、切屑的排除方法120

二、切屑搬運裝置121

三、切削液處理系統(tǒng)123

第四節(jié)刀具自動化應(yīng)用實例124

一、加工中心換刀機械手124

二、切屑及切削液處理裝置125

復(fù)習(xí)思考題127

第六章檢測過程自動化128

第一節(jié)自動檢測方法及測量元件128

一、檢測自動化的目的和意義128

二、自動檢測的特征信號129

三、自動檢測方法與測量元件130

四、制造過程中自動檢測的內(nèi)容132

第二節(jié)工件加工尺寸的自動測量132

一、長度尺寸測量132

二、形位誤差測量135

三、表面粗糙度測量135

四、加工過程中的主動測量裝置137

五、三坐標(biāo)測量機和測量機器人139

六、工件尺寸在線光電檢測裝置141

第三節(jié)刀具磨損和破損的檢測與監(jiān)控145

一、刀具磨損的檢測與監(jiān)控145

二、刀具破損的監(jiān)控方法148

第四節(jié)自動化加工過程的在線檢測和補償149

一、刀具尺寸控制系統(tǒng)的概念150

二、刀具補償裝置的工作原理150

三、鏜孔刀具的自動補償裝置151

第五節(jié)滾壓力自動檢測應(yīng)用實例152

一、滾壓裝置構(gòu)成152

二、滾壓裝置原理及滾壓力檢測152

復(fù)習(xí)思考題154

第七章裝配過程自動化155

第一節(jié)裝配自動化的任務(wù)及基本要求155

一、裝配自動化在現(xiàn)代制造業(yè)中的重要性155

二、裝配自動化的任務(wù)及應(yīng)用范圍156

三、裝配自動化的發(fā)展現(xiàn)狀157

四、裝配自動化的基本要求157

五、實現(xiàn)裝配自動化的途徑158

第二節(jié)自動裝配工藝過程分析和設(shè)計159

一、自動裝配條件下的結(jié)構(gòu)工藝性159

二、自動裝配工藝設(shè)計的一般要求162

三、自動裝配工藝設(shè)計163

第三節(jié)自動裝配機的部件166

一、運動部件166

二、定位機構(gòu)167

三、連接方法168

四、位置誤差的補償設(shè)備173

第四節(jié)自動裝配機械174

一、單工位裝配機174

二、多工位裝配機175

三、工位間傳送方式176

四、裝配機器人176

第五節(jié)自動裝配線178

一、自動裝配線的概念和組合方式178

二、自動裝配線對輸送系統(tǒng)的要求178

三、自動裝配線與手工裝配點的集成179

第六節(jié)柔性裝配系統(tǒng)180

一、組成180

二、基本形式及特點180

三、柔性裝配系統(tǒng)應(yīng)用實例182

第七節(jié)裝配自動化應(yīng)用實例182

一、基于氣動機械手的零件自動化柔性裝配設(shè)備182

二、旋轉(zhuǎn)式磁力片自動化裝配系統(tǒng)184

復(fù)習(xí)思考題190

第八章自動化制造的控制系統(tǒng)191

第一節(jié)機械制造自動化控制系統(tǒng)的分類191

一、以自動控制形式分類191

二、以參與控制方式分類192

三、以調(diào)節(jié)規(guī)律分類194

第二節(jié)順序控制系統(tǒng)195

一、固定程序的繼電器控制系統(tǒng)195

二、組合式邏輯順序控制系統(tǒng)196

三、可編程控制器197

第三節(jié)計算機數(shù)字控制系統(tǒng)202

一、CNC機床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能原理202

二、CNC裝置硬件結(jié)構(gòu)203

三、CNC數(shù)控系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)205

四、開放式CNC數(shù)控系統(tǒng)205

五、CNC控制系統(tǒng)舉例206

第四節(jié)自適應(yīng)控制系統(tǒng)208

一、自適應(yīng)控制的含義208

二、自適應(yīng)控制的基本內(nèi)容與分類209

第五節(jié)DNC控制系統(tǒng)211

一、DNC的含義與概念211

二、DNC系統(tǒng)研究國內(nèi)外進(jìn)展212

第六節(jié)分布式計算機控制系統(tǒng)213

一、分布式計算機控制系統(tǒng)的產(chǎn)生與定義213

二、分布式計算機控制系統(tǒng)的特點和結(jié)構(gòu)體系214

第七節(jié)自動化制造控制系統(tǒng)應(yīng)用舉例215

一、基于S7-300的機械手控制系統(tǒng)215

二、基于PCI-8253的拉力伺服控制系統(tǒng)217

復(fù)習(xí)思考題220

第九章工業(yè)機器人221

第一節(jié)工業(yè)機器人的組成及分類221

一、工業(yè)機器人的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀221

二、機械手與工業(yè)機器人222

三、工業(yè)機器人的組成222

四、工業(yè)機器人的分類223

五、工業(yè)機器人技術(shù)的發(fā)展趨勢225

第二節(jié)機器人的機械結(jié)構(gòu)、運動與驅(qū)動系統(tǒng)226

一、機械結(jié)構(gòu)226

二、機器人機構(gòu)的運動229

三、工業(yè)機器人的驅(qū)動系統(tǒng)229

第三節(jié)工業(yè)機器人的控制技術(shù)232

一、概述232

二、機器人的位置、姿態(tài)和路徑問題234

三、工業(yè)機器人的控制235

四、工業(yè)機器人的位置伺服控制235

五、機器人的先進(jìn)控制技術(shù)237

第四節(jié)工業(yè)機器人的傳感器237

一、概述237

二、機器人內(nèi)部傳感器238

三、機器人外部傳感器241

第五節(jié)工業(yè)機器人應(yīng)用實例245

一、搬運機器人245

二、裝配機器人246

三、焊接機器人247

四、噴漆機器人248

復(fù)習(xí)思考題249

參考文獻(xiàn)250

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