柔性自動(dòng)化制造技術(shù)與裝備

1、4.1概述 4.1.1制造自動(dòng)化技術(shù)的內(nèi)涵 1）在形式上a代替人的體力勞動(dòng) b代替或輔助人的腦力勞動(dòng) c實(shí)現(xiàn)制造系統(tǒng)中人、機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。2）在功能上用TQCSE模型描述柔性自動(dòng)化制 造技未的目標(biāo)，分另U為Time、Quality、 Cost Service、 Environment.嚥鵬蠶自動(dòng)化涉及到產(chǎn)品的全生412柔性自動(dòng)化制造技術(shù)發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 1 發(fā)展歷程1）彗一階段（1913年一）：剛性自動(dòng)化，包括剛性 自動(dòng)化和自動(dòng)單機(jī)。墾（230年一）：數(shù)控加工，包括數(shù)控和 計(jì)算機(jī)數(shù)控。3）第三階段（1965年一）:柔性制造4）第四階段（1973年一）:計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)5）

2、第五階段（1991年一）：智能制造系統(tǒng)2 柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀1）集成技術(shù)與系統(tǒng)技術(shù)2）人機(jī)一體化系統(tǒng)3）單元系統(tǒng)及其技術(shù)4）制造過(guò)程計(jì)劃和調(diào)度5）柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的深度與廣度6）適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境7）加工系統(tǒng)的復(fù)合化和智能化3柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)-1）制造全球化 2）制造敏捷化 3）制造網(wǎng)絡(luò)化-4）制造虛擬化 5）制造智能化-6）制造綠色化4.3工業(yè)機(jī)器人 1 工業(yè)機(jī)器人的定義是一種能夠自動(dòng)控制、可以重復(fù)編程、多功 能、多自由度的操作機(jī)、能夠搬運(yùn)材料、工 件或操持工具。操作機(jī)定義為“具有和人手臂相似的動(dòng)作功 能，可以在空間抓放物體或進(jìn)行其他操作的 機(jī)械裝置”在現(xiàn)代制

3、造業(yè)的發(fā)展中，工業(yè)機(jī)器人的作用 及其重要性體現(xiàn)在三個(gè)方面：機(jī)器人化的 工序設(shè)備和系統(tǒng)（噴漆、焊裝）；機(jī)器人裝 配設(shè)備和系統(tǒng)（汽車裝配線）；機(jī)器人搬運(yùn) 設(shè)備和系統(tǒng)（自動(dòng)上下料機(jī)械手、加工中心自 動(dòng)換刀系統(tǒng)）。 2.工業(yè)機(jī)器人的基本組成工業(yè)機(jī)器人一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)單元、控制 系統(tǒng)三部分組成3 工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人可按坐標(biāo)形式、控制方式、驅(qū)動(dòng) 方式和用途等進(jìn)行分類。GS坤不遍蚩標(biāo)榜代機(jī)GS坤不遍蚩標(biāo)榜代機(jī)(C)!1斥山GS坤不遍蚩標(biāo)榜代機(jī)4.3.2工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)-1工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)龍系統(tǒng)工業(yè)機(jī)器人的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按動(dòng)力源可分為液壓 驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)動(dòng)三種基本類型。選用工業(yè)機(jī)器人驅(qū)

4、動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)工業(yè)機(jī)器人 的性能要求、控制功能、運(yùn)行的功耗、應(yīng)用 環(huán)境及作業(yè)要求、性能價(jià)格比以及其他因素 進(jìn)行綜合考慮。在充分考慮各種驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)特 點(diǎn)的基礎(chǔ)上，保證工業(yè)機(jī)器人的性能規(guī)范、 可行性和可靠性。2工業(yè)機(jī)器人的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的基本功能控制系統(tǒng)是工業(yè)機(jī)器人的大腦，其基本功能包括:1）記憶功能2）示教功能3）與外圍設(shè)備聯(lián)系功能4）坐標(biāo)設(shè)置功能5）人機(jī)接口6）傳感器接口7）位置伺服功能8）故障診斷與安全保護(hù)功能(2) 機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成勺412 機(jī)尋人!空秋乘包（3）機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類機(jī)器人控制系統(tǒng)有五種不同的分類方式。程序控制、自適應(yīng)氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)驅(qū)1 ）按控制方式可分為順序控制、 控制

5、和人工智能控制系統(tǒng)。2）按驅(qū)動(dòng)方式可分為液壓驅(qū)動(dòng)、 動(dòng)控制系統(tǒng)。3）按運(yùn)動(dòng)方式可分為點(diǎn)位控制、軌跡控制系統(tǒng)。4）按控制總線標(biāo)準(zhǔn)可分為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線控制、自定 義總線控制系統(tǒng)。鬻騒蠶物理設(shè)置編程、在線編程以及(4) 機(jī)器人控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按機(jī)器人控制方式可將其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為三類。1)集中控制方式：采用一臺(tái)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)全部控 制功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但實(shí)時(shí)性差， 難以擴(kuò)展。肅祈1迂弊I軾愕憶眼業(yè)町1_2；曲：；用陽(yáng)機(jī)冊(cè)人FT溝邢竹訶IHtt丈 g2）主從控制方式:采用主從兩級(jí)處理器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全部控制功能，主CPU實(shí)現(xiàn)管理、坐標(biāo)變換、軌跡生成和系統(tǒng)自診斷等；從CPU實(shí)現(xiàn)所有關(guān)節(jié)的動(dòng)作控制O壬從腔制方式乞度

6、gI I J I 11 u-1 I-峠 u I. 丄 ：亠|UH - 耳速激沖我土尊1內(nèi);曲廉與口P壬從腔制方式 3）分散控制方式：按系統(tǒng)的性質(zhì)和方式將系 統(tǒng)控制分成幾個(gè)模塊，祜一個(gè)模塊容有不同 的控制任務(wù)和控制策略，各模塊之間可以是 主從關(guān)系，也是平等關(guān)系。這和方式金時(shí)性 鷺玆實(shí)現(xiàn)高速、高精度控制，易于擴(kuò)展, 實(shí)現(xiàn)智能控制，是目前流行的方式，脈室哽制a.J-s障昨盲機(jī)住II I.Hrr t二誕啓刪433工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用案例 -1 弧焊機(jī)器人裝配機(jī)器人EE 4 - IT 希IE機(jī)岳人的讀AC件業(yè)3搬運(yùn)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人一汽大眾公司焊裝車間的機(jī)器人:V二.*i5 其他用途機(jī)器人娛樂(lè)機(jī)器人：機(jī)器人演

7、奏家?jiàn)蕵?lè)機(jī)器人L爲(wèi)I一服務(wù)機(jī)器人：清掃機(jī)器人RoliatiisFan保姆機(jī)器人fAntinTinl an_ S.J丄 1 2 軍用偵察機(jī)器人JPJ23467BCJPL-23467CCJPL-25888ACbI1997年的N ASA第一個(gè)成功登陸火星的Sojourney實(shí)驗(yàn)機(jī)人形機(jī)器人仿人型機(jī)器人 1A“moIfn7RolinTiaran壁虎機(jī)器人世界上最靈巧的機(jī)械手Ififitint ni nri4. 5柔性制造系統(tǒng)(FMS) 4.5.1概述 1. FMS的定義美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)輔助統(tǒng)和應(yīng)用 協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為:使用計(jì)算機(jī)控制 柔性工作站和物料運(yùn)儲(chǔ)裝置來(lái)完成零件族中 某一工序或一

8、系列工序的一種集成制造統(tǒng)。 “中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器 裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義是：FMS是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。FMS包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生 產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、 中等批量生產(chǎn)。 (1) FMS的硬件組成1) 加工系統(tǒng)：兩臺(tái)以上數(shù)控或加工中心以及其他設(shè)備。2) 自動(dòng)化運(yùn)輸系統(tǒng)：工件和刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)3) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(2) FMS的軟件組成軟件功能：FMS的計(jì)劃調(diào)度、運(yùn)行控制、系統(tǒng)管理和網(wǎng)絡(luò)通信、質(zhì)量保證等。3.FMS的主要特征 1）自動(dòng)進(jìn)行批量生產(chǎn) 2）通過(guò)設(shè)置工藝流程及相關(guān)參數(shù)，便制造出 相關(guān)

9、零件族的任何零件 3）自動(dòng)進(jìn)行物料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存4）具有多臺(tái)設(shè)備狀態(tài)下的零件混合化 (1)機(jī)床功能互補(bǔ)式 (2)機(jī)床功能互換式-(3)機(jī)床功能混合式T：4-33 “恬乍靳反鬥叱內(nèi)戰(zhàn)5 柔性制造系統(tǒng)FMS的類型柔性制造單元(FMC)FMC由單臺(tái)帶多托盤(pán)系統(tǒng)的加工中心或 3臺(tái)以下的CNC機(jī)床組成，具有適應(yīng)加工多品 種產(chǎn)品的靈活性。FMC的柔性最高，可視為柔 性制造系統(tǒng)FMS的基本單元，是柔性制造系統(tǒng) FMS向廉價(jià)、小型化方向發(fā)展的產(chǎn)物。FMC問(wèn)世并應(yīng)用于生產(chǎn)比FMS晚68年，現(xiàn)已進(jìn)入 普及應(yīng)用階段。-柔性自動(dòng)制造線(FML)柔性制造線FML是處于非柔性自動(dòng)線和FMS之間的生產(chǎn)線，對(duì)物料系統(tǒng)的柔性要求

10、低于FMS,但生產(chǎn)效率更高。FML釆用的機(jī)床大多為多軸主軸箱的換箱式或轉(zhuǎn)塔式組合加工中心，能同時(shí)或依次加工少量不同的零件。 FM L技術(shù)已日趨成熟，進(jìn)入實(shí)用階段o柔性制造工廠(FMF)llFMF是將多個(gè)FMS連接起來(lái)，配置自動(dòng) 華進(jìn)倉(cāng)庫(kù),用計(jì)算機(jī)進(jìn)行集成控制，實(shí)現(xiàn) 翹陰蟄蠶裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至4.5.2 FMS中的加工系統(tǒng)1 加工系統(tǒng)的配置與要求加工回轉(zhuǎn)體與非回轉(zhuǎn)體兩大類。 2 加工系統(tǒng)的遵循原則:1）工序的集中性2）功能的擴(kuò)展性3）剛度、精度和速度4）運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性5）操作性、可靠性和可維修性6）自保護(hù)和自維護(hù)性7）環(huán)境的適應(yīng)性和保護(hù)性2常用的加工設(shè)備加工中心是一種備有刀庫(kù)并能按預(yù)定程序自 動(dòng)更換

11、刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的高效 數(shù)控機(jī)床。其最大特點(diǎn)是工序集中和自動(dòng)化 程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多 次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時(shí)間， 實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。加工中心按工藝用途可分為鎮(zhèn)銃加工中心、 車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工 中心及磨削加工中心等。加工中心加工中心完成鎮(zhèn)、銃、鉆、攻螺紋等工作,與普通數(shù)控鎮(zhèn)床和數(shù)控銃床的區(qū)別是，加工 中心附有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置。加工中心的刀庫(kù)類型有鏈?zhǔn)?、盤(pán)式和轉(zhuǎn)塔式 等。鏈?zhǔn)降稁?kù)的特點(diǎn)是存刀量多、擴(kuò)展性好、 在加工中心上的配置位置靈活，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 盤(pán)式和轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù)的特點(diǎn)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，適當(dāng) 選擇刀庫(kù)位置還可省略換刀機(jī)械手，但刀庫(kù) 容量有

12、限。根據(jù)用途，加工中心刀庫(kù)的存刀 量可為幾把到數(shù)百把，最常見(jiàn)的是2080把。加工中心的自動(dòng)換刀裝置常釆用公用換刀機(jī) 械手。公用換刀機(jī)械手有單臂式、雙臂式、 回轉(zhuǎn)式和軌道式等。刀庫(kù)GB4 -氛加工護(hù)心丁J實(shí)的基直類21ui種手切抱手伸輛乎弋手4 -25 取懐弍植克干審爪踣梅(2)車削加工中心數(shù)控組合機(jī)床 4.5.3 FMS中的物流系統(tǒng)在FMS中流動(dòng)的物料主要包括工件、刀具、 夾具、切屑以及切削液。物流系統(tǒng)是FMS從 進(jìn)口到出口，實(shí)現(xiàn)對(duì)上述物料自動(dòng)識(shí)別、存 儲(chǔ)、分配、輸送、交換和管理的系統(tǒng)。由于 工件和刀具的流動(dòng)頻率較高，故FMS中的物 流系統(tǒng)主要由工件流系統(tǒng)和刀具流系統(tǒng)兩部 分組成。物流系統(tǒng)主要包括輸送裝置、交換 裝置、緩沖裝置和存儲(chǔ)裝置等基本裝置。1物流系統(tǒng)的輸送裝置（1 ）對(duì)卩!/1$輸送裝置的基本要求 1）通用性 2）變更性 3）擴(kuò)展性 4）靈活性5）可靠性6）安全性(2)FMS輸送裝置的工作路徑輸送裝置的工作路徑有直線運(yùn)行、環(huán)線運(yùn)行