數(shù)控機(jī)床工業(yè)機(jī)器人ppt課件

1,.,機(jī)電一體化系統(tǒng)概論,.,2,機(jī)電一體化的概念,1971年，日本提出“機(jī)電一體化”新名詞機(jī)電一體化(Mechatronics)=機(jī)械學(xué)(Mechanics)+電子學(xué)(Electronics)定義：機(jī)電一體化技術(shù)是微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)與機(jī)械技術(shù)相結(jié)合的新興的綜合性高技術(shù)，是機(jī)械技術(shù)與微電子技術(shù)的有機(jī)結(jié)合。,.,3,機(jī)電一體化目標(biāo),將機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)相結(jié)合，充分發(fā)揮各自的長處，彌補(bǔ)各自技術(shù)上的不足。機(jī)械的強(qiáng)度高，輸出功率大，可承受較大的載荷,但實(shí)現(xiàn)微小運(yùn)動和復(fù)雜運(yùn)動比較困難。電子領(lǐng)域，利用傳感器和計(jì)算機(jī)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的檢測和控制。將機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)兩者結(jié)合，可在重載條件下實(shí)現(xiàn)微小運(yùn)動和復(fù)雜運(yùn)動。,.,4,機(jī)電一體化目標(biāo),機(jī)械的柔性化：使機(jī)械能夠像動物那樣動作靈活。機(jī)械的智能化：使機(jī)械能夠像人類那樣會思考與判斷。,.,5,機(jī)電一體化系統(tǒng)六大基本結(jié)構(gòu)要素,機(jī)械本體：執(zhí)行機(jī)構(gòu)：驅(qū)動部分：測試傳感部分：控制及信息處理單元：能源：,.,6,機(jī)械本體,組成：機(jī)身、框架、機(jī)械聯(lián)接、機(jī)械傳動等作用：支撐系統(tǒng)中其它功能單元、傳遞運(yùn)動和動力。要求：在機(jī)械結(jié)構(gòu)、材料、加工工藝性及幾何尺寸等方面適應(yīng)高效、多功能、可靠、節(jié)能、小型、輕量和美觀等要求。,.,7,執(zhí)行機(jī)構(gòu),組成：通常采用電力驅(qū)動、氣壓驅(qū)動和液壓驅(qū)動等方式。要求：根據(jù)控制信息和指令，驅(qū)動機(jī)械部件的運(yùn)動。作用：根據(jù)機(jī)電一體化系統(tǒng)的匹配性要求改善性能，如提高剛性、減輕重量、實(shí)現(xiàn)模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，提高系統(tǒng)可靠性。,.,8,驅(qū)動部分,組成：步進(jìn)電機(jī)、直流電機(jī)、交流電機(jī)、液壓與氣壓伺服元件。作用：在滿足驅(qū)動力和速度的前提下，還應(yīng)滿足高效率、快速響應(yīng)、環(huán)境適應(yīng)性和可靠性等要求。,.,9,測試傳感部分,組成：位移、速度、力、角度等各種類型的傳感器和儀表。作用：是對系統(tǒng)運(yùn)行中所需要的本身和外界環(huán)境的各種參數(shù)及狀態(tài)進(jìn)行檢測，轉(zhuǎn)換為可識別的信號，傳輸?shù)叫畔⑻幚韱卧?，?jīng)分析處理后產(chǎn)生控制信息。要求：滿足快速、精確、穩(wěn)定的工作要求，輸出信息便于傳輸與處理。,.,10,控制及信息處理單元,是機(jī)電一體化系統(tǒng)的核心。組成：控制計(jì)算機(jī)、控制軟件、硬件接口要求：負(fù)責(zé)把來自各傳感器的檢測信號和外部輸入命令進(jìn)行集中、存儲、計(jì)算、分析，根據(jù)信息處理結(jié)果，按照一定的程度和節(jié)奏發(fā)出相應(yīng)的指令，控制整個系統(tǒng)有目的地進(jìn)行。作用：提高信息處理的速度、抗干擾能力和可靠性，完善系統(tǒng)的自診斷功能，實(shí)現(xiàn)信息處理的智能化、小型化、輕量和標(biāo)準(zhǔn)化等。,.,11,能源,能源是機(jī)電一體化產(chǎn)品能量供應(yīng)部分組成：電能、氣能和液壓能，以電能為主。作用：按照系統(tǒng)控制要求向機(jī)械系統(tǒng)提供能量和動力使系統(tǒng)正常運(yùn)行。要求：用盡可能小的輸入獲得盡可能大的功率輸出，工作效率高，符合使用環(huán)境和結(jié)構(gòu)尺寸的要求。,.,12,機(jī)電一體化技術(shù)分類,生產(chǎn)過程的機(jī)電一體化：實(shí)例：械制造過程、冶金生產(chǎn)、化工生產(chǎn)、糧食及食品加工過程、紡織工業(yè)、排版與印刷等分類：離散制造過程的機(jī)電一體化：機(jī)械制造業(yè)連續(xù)生產(chǎn)過程的機(jī)電一體化：化工生產(chǎn)流程,.,13,機(jī)電一體化技術(shù)分類,機(jī)電產(chǎn)品的機(jī)電一體化：傳統(tǒng)的機(jī)電產(chǎn)品微機(jī)控制特點(diǎn)：功能強(qiáng)、性能好、精度高、重量輕、體積小、更可靠、更方便、經(jīng)濟(jì)效益高。,.,14,機(jī)電一體化產(chǎn)品,定義：機(jī)電一體化產(chǎn)品是新型機(jī)械與微電子器件，特別是微處理器、微型計(jì)算機(jī)相結(jié)合而開發(fā)出來的新一代電子化機(jī)械產(chǎn)品。機(jī)電儀一體化產(chǎn)品，機(jī)電液一體化產(chǎn)品，光機(jī)電一體化產(chǎn)品統(tǒng)等稱為機(jī)電一體化產(chǎn)品。,.,15,機(jī)械產(chǎn)品到機(jī)電一體化產(chǎn)品的個階段,.,16,機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,按發(fā)展水平分類：功能附加型初級系統(tǒng)功能代替型中級系統(tǒng)機(jī)電融合型高級系統(tǒng),.,17,機(jī)電一體化產(chǎn)品的分類,按應(yīng)用分類：民生機(jī)電產(chǎn)品：微電腦洗衣機(jī)、電子照相機(jī)辦公機(jī)電產(chǎn)品：復(fù)印機(jī)、打字機(jī)產(chǎn)業(yè)機(jī)電產(chǎn)品：數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人,.,18,判斷機(jī)電一體化產(chǎn)品？,機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床、自動行李輸送機(jī)、自動對焦照相機(jī)、自動對焦防顫型攝像機(jī)、裝有微型計(jì)算機(jī)的電視機(jī)、自動電飯煲、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、微機(jī)控制縫紉機(jī)、洗衣機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)、電子表判斷依據(jù)：工作原理在本質(zhì)上是否運(yùn)動？無運(yùn)動的則不屬于機(jī)電一體化產(chǎn)品。,.,19,人體是機(jī)電一體化系統(tǒng),.,20,機(jī)電一體化發(fā)展的技術(shù)基礎(chǔ),核心技術(shù)：機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)機(jī)械技術(shù)的4大支柱學(xué)科：力學(xué):有限元分析機(jī)械學(xué):優(yōu)化設(shè)計(jì)CAD制造工藝學(xué):數(shù)控技術(shù)CAM控制:手動繼電器邏輯控制自動控制智能控制典型機(jī)械產(chǎn)品：自行車,.,21,.,22,機(jī)電一體化的6大相關(guān)技術(shù),機(jī)械技術(shù)計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù)系統(tǒng)技術(shù)自動控制技術(shù)傳感與檢測技術(shù)伺服驅(qū)動技術(shù),.,23,機(jī)械技術(shù),機(jī)械技術(shù)是機(jī)電一體化系統(tǒng)的基礎(chǔ)，影響機(jī)電一體化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、重量、體積、剛度、耐用性等。利用高新技術(shù)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精度、提高剛度及改善性能的要求。制造過程的機(jī)電一體化系統(tǒng)中，經(jīng)典的機(jī)械理論與工藝應(yīng)借助于計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，采用人工智能與專家系統(tǒng)等，形成新一代的機(jī)械制造技術(shù)。,.,24,計(jì)算機(jī)及信息處理技術(shù),決定系統(tǒng)的運(yùn)行速度和控制性能，影響系統(tǒng)智能化和自動化水平、工作質(zhì)量、工作效率等。信息交換、存取、運(yùn)算、判斷與決策、人工智能技術(shù)、專家系統(tǒng)技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)均屬于計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)。,.,25,系統(tǒng)技術(shù),決定系統(tǒng)的綜合水平和成本。以整體的概念組織應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，深入了解系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和相互關(guān)系，把握系統(tǒng)的外部聯(lián)系，從系統(tǒng)角度最優(yōu)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)，充分發(fā)揮各個結(jié)構(gòu)要素的能力?？傮w:概念單元(1,2,3)子功能單元（）接口技術(shù)：實(shí)現(xiàn)各部分有機(jī)連接的保證。電氣接口、機(jī)械接口、人機(jī)接口,.,26,自動控制技術(shù),自動控制技術(shù)范圍很廣，在控制理論指導(dǎo)下進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)后的系統(tǒng)仿真，現(xiàn)場調(diào)試，控制技術(shù)包括如高精度定位控制、速度控制、自適應(yīng)控制、自診斷校正、補(bǔ)償、示教再現(xiàn)控制等?？刂葡到y(tǒng)類型：閉環(huán)、半閉環(huán)、開環(huán)等控制方法：順序控制、反饋控制影響系統(tǒng)的控制水平、精度、響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。,.,27,傳感與檢測技術(shù),是系統(tǒng)的感受器官，是實(shí)現(xiàn)自動控制、自動調(diào)節(jié)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其功能越強(qiáng)，系統(tǒng)的自動化程序就越高。要求傳感器能快速、精確地獲取信息并能經(jīng)受嚴(yán)酷環(huán)境的考驗(yàn)。傳感器主要指標(biāo)是分辨率和精度。決定系統(tǒng)精度的上限，影響系統(tǒng)智能化程度和可靠性。,.,28,伺服驅(qū)動技術(shù),包括電動、氣動、液壓等各種類型的傳動裝置，伺服系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)電信號到機(jī)械動作的轉(zhuǎn)換裝置與部件。決定系統(tǒng)的驅(qū)動能力和控制性能，影響系統(tǒng)的動態(tài)性能、控制質(zhì)量和環(huán)境適應(yīng)性。變頻技術(shù)、交流伺服驅(qū)動技術(shù)促進(jìn)了機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展。,.,29,實(shí)例分析,試說明圖中數(shù)控系統(tǒng)的各個部分分別屬于機(jī)電一體化系統(tǒng)的哪一個基本結(jié)構(gòu)要素。,.,30,分析實(shí)例的基本結(jié)構(gòu)要素,控制及信息處理單元：鍵盤、計(jì)算機(jī)、顯示測試傳感部分：光電編碼器、信號處理能源：電源驅(qū)動部分：功放、電機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：聯(lián)軸器、齒輪減速器、絲杠螺母機(jī)構(gòu)、工作臺,.,31,機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會效益,提高精度增強(qiáng)功能提高效率、降低成本節(jié)約能源、降低消耗提高安全性和可靠性,.,32,機(jī)電一體化系統(tǒng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)和社會效益,改善操作性和使用性減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量降低成本增強(qiáng)柔性,.,33,提高精度,機(jī)電一體化技術(shù)使機(jī)械傳動部分減少，因而使機(jī)械磨損，配合間隙及受力變形等所引起的誤差大大減少;采用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動檢測，控制，補(bǔ)償和校正因各種干擾因素造成的誤差，從而可以達(dá)到單純機(jī)械系統(tǒng)所不能達(dá)到的工作精度。圓度儀精度：0.025m0.01m鏜床加工精度：0.006mm0.002mm,.,34,增強(qiáng)功能,高新技術(shù)的引入，改變了機(jī)械工業(yè)產(chǎn)品的面貌，具備多種復(fù)合功能。加工中心：多道工序在一次裝夾中完成加工，刀具磨損自動補(bǔ)償激光加工中心（配機(jī)器人）：自動完成焊接、劃線、切割、鉆孔、熱處理等操作,.,35,提高生產(chǎn)效率、降低成本,減少生產(chǎn)準(zhǔn)備時間和輔助時間，縮短新產(chǎn)品開發(fā)周期，提高產(chǎn)品合格率、減少操作人員。數(shù)控機(jī)車生產(chǎn)效率比普通機(jī)床提高56倍；柔性制造系統(tǒng)（FMS）可使生產(chǎn)周期縮短40%,生產(chǎn)成本降低50%。,.,36,節(jié)約能源、降低消耗,采用低能耗的驅(qū)動結(jié)構(gòu)、最佳的調(diào)節(jié)時間、提高設(shè)備的能源利用率。汽車點(diǎn)火器：控制最佳點(diǎn)火時間和狀態(tài)，節(jié)省汽車的耗油量風(fēng)機(jī)、水泵的變速運(yùn)行，平均節(jié)電30%工業(yè)鍋爐：微機(jī)控制燃料與空氣的混合比，可節(jié)煤5%20%,.,37,提高安全性和可靠性,具有自動檢測監(jiān)控、自動保護(hù)措施大型火力發(fā)電設(shè)備的全自動控制大型軋機(jī)多級計(jì)算機(jī)分散控制系統(tǒng)集成電路的集成度提高，使機(jī)電產(chǎn)品故障率極低,.,38,改善操作性和使用性,采用計(jì)算機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)操作自動化、具有良好的人機(jī)界面，改善操作性能。電梯示教再現(xiàn)工業(yè)機(jī)器人機(jī)電一體化系統(tǒng)的先進(jìn)性是和技術(shù)密集性與操作使用的簡易性和方便性聯(lián)系在一起。,.,39,減輕勞動強(qiáng)度，改善勞動條件,制造過程和生產(chǎn)過程中極為復(fù)雜的智力活動和資料數(shù)據(jù)記憶查找由計(jì)算機(jī)完成，遠(yuǎn)離危險(xiǎn)與有害環(huán)境，減少重復(fù)勞動、體力勞動。CAD/CAM、CAPP減輕了設(shè)計(jì)人員的勞動復(fù)雜性，焊接機(jī)器人、噴漆機(jī)器人深海機(jī)器人、太空機(jī)器人,.,40,簡化結(jié)構(gòu)，減輕重量,用電力電子器件和新型傳動器件代替老式笨重電氣控制的復(fù)雜機(jī)械變速傳動機(jī)構(gòu)，由集成電路、微處理器等完成過去由機(jī)械傳動鏈來實(shí)現(xiàn)的關(guān)聯(lián)運(yùn)動。數(shù)控精密插齒機(jī)可節(jié)省齒輪傳動部件30%,.,41,降低成本,結(jié)構(gòu)簡化、材料消耗減少，電子器件高速發(fā)展，功能增強(qiáng)、價格低廉，維修性能改善，壽命延長。,.,42,增強(qiáng)柔性,根據(jù)需求，通過編制用戶程序?qū)Ξa(chǎn)品的功能和工作過程進(jìn)行調(diào)整和修改，滿足多樣化的使用要求。機(jī)械控制軟件化、智能化數(shù)控加工中心柔性制造系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人,.,43,機(jī)電一體化技術(shù)現(xiàn)狀,機(jī)床產(chǎn)業(yè)數(shù)控化制造系統(tǒng)自動化機(jī)器人產(chǎn)業(yè),.,44,機(jī)床產(chǎn)業(yè)數(shù)控化,縮短新產(chǎn)品試制和生產(chǎn)周期,節(jié)約大量工裝，生產(chǎn)效率高，輔助生產(chǎn)時間少，減少人為誤差,加工精度顯著提高，零件互換性好。第一世界:德國、瑞士、美國等；第二世界:日本、俄羅斯、韓國、臺灣地區(qū)等；第三世界:中國、廣大的亞非地區(qū)。,.,45,機(jī)床產(chǎn)業(yè)數(shù)控化,美國：1948年美國空軍部門為制造飛機(jī)雜零件，提供設(shè)備研經(jīng)費(fèi)，由G先進(jìn)制造技術(shù)。三個特征：反應(yīng)的靈敏性、技術(shù)的先進(jìn)性和資源的集成性。1992年美國政府將敏捷制造這種全新的制造模式作為21世紀(jì)制造企業(yè)的戰(zhàn)略。,.,65,制造系統(tǒng)自動化AM,敏捷制造企業(yè)特點(diǎn)：高度柔性：制造柔性和組織管理柔性先進(jìn)的技術(shù)系統(tǒng)：領(lǐng)先的技術(shù)手段、技術(shù)的人員、可快速重組的、柔性的的加工設(shè)備、質(zhì)量保證體系。高素質(zhì)人員：主動性、創(chuàng)造性、協(xié)作精神用戶的參與：參入產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程、銷售服務(wù),.,66,制造系統(tǒng)自動化AM,敏捷制造的現(xiàn)狀：80年代末在美國提出90年代美國在航空航天、機(jī)床和電子制造業(yè)分別建立了敏捷制造研究中心250個公司和組織參加了該敏捷制造協(xié)會美國已有上百家公司和企業(yè)在進(jìn)行敏捷制造的實(shí)踐活動(IBM公司),.,67,制造系統(tǒng)自動化AM,敏捷制造的發(fā)展前景:美國汽車公司(USM)是一家以國防部為主要用戶的汽車公司。公司向用戶承諾：1)每輛汽車都按用戶要求制造；2)每輛汽車從訂貨起三天內(nèi)交貨；3)在整個壽命周期內(nèi)，有責(zé)任使用戶滿意，車能夠重新改造(更換某些模塊)，使用壽命長。,.,68,制造系統(tǒng)自動化AM,敏捷制造的發(fā)展前景:美國汽車公司(USM)成功的關(guān)鍵技術(shù)因素是設(shè)計(jì)與制造能力相匹配，產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造工藝設(shè)計(jì)并行進(jìn)行，對整車的設(shè)計(jì)與制造工藝進(jìn)行優(yōu)化與仿真。敏捷制造支柱(CIMS、CE等)、保障條件(CAD/CAM等),.,69,機(jī)器人產(chǎn)業(yè),1962年美國研制出世界上第一臺工業(yè)機(jī)器人。工業(yè)機(jī)器人主要由機(jī)械手臂、控制裝置、機(jī)座、能源裝置和驅(qū)動裝置等幾部分構(gòu)成。機(jī)器人涉及到機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、人工智能、傳感器、通訊與網(wǎng)絡(luò)等多個學(xué)科和領(lǐng)域，是多種高新技術(shù)發(fā)展成果的綜合集成。,.,70,機(jī)器人產(chǎn)業(yè),機(jī)器人主要進(jìn)行焊接、裝配、搬運(yùn)、加工、噴涂、碼垛等作業(yè)。2006年全球現(xiàn)役工業(yè)機(jī)器人83萬臺。機(jī)器人在制造業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣闊，其標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的程度也越來越高，功能越來越強(qiáng)，并向著成套技術(shù)和裝備的方向發(fā)展。,.,71,機(jī)器人產(chǎn)業(yè),中國：1970年開始研究開發(fā)工作1985年列入國家有關(guān)計(jì)劃2000年，擁有量約為3500臺，以點(diǎn)焊、弧焊、噴漆、注塑、裝配、搬運(yùn)、沖壓等各類機(jī)器人為主，銷售額為6.7億元。2010年擁有量為17300臺，年銷售額為93.1億元2015年中國機(jī)器人市場的容量約達(dá)十幾萬臺套。,.,72,機(jī)器人產(chǎn)業(yè),美國工業(yè)機(jī)器人的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀:至2003年末，在美國運(yùn)行的機(jī)器人總量為112400套，比2002年增長7%。到2007年底，運(yùn)行的機(jī)器人數(shù)量將達(dá)到145000套。美國汽車工業(yè)中每萬個產(chǎn)業(yè)工人擁有的工業(yè)機(jī)器人數(shù)量740個、日本（1400個）、意大利（1400個）和德國（1000個）。美國已經(jīng)進(jìn)入世界前十名相當(dāng)于德國的43，意大利的54，歐盟的68。,.,73,機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展趨勢,機(jī)電一體化技術(shù)的高性能化機(jī)電一體化技術(shù)的智能化機(jī)電一體化技術(shù)的系統(tǒng)化機(jī)電一體化技術(shù)的輕量化及微型化,.,74,機(jī)電一體化技術(shù)的高性能化,高性能化高速化、高精度、高效率、高可靠性計(jì)算機(jī)