自動化制造系統(tǒng)的組成

1、關(guān)于自動化制造系統(tǒng)的組成第一頁，共73頁幻燈片第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型第二頁，共73頁幻燈片一、剛性自動線一、剛性自動線控制系統(tǒng)自動化設(shè)備工件輸送裝置切屑輸送裝置自動化加工設(shè)備組合機(jī)床+專用機(jī)床多面、多軸、多刀同時加工-自動化程度、生產(chǎn)率高生產(chǎn)線布置上：加工設(shè)備按工件的加工工藝順序排列第三頁，共73頁幻燈片一、剛性自動線一、剛性自動線 工件輸送裝置 生產(chǎn)節(jié)拍 工件裝卸工位、自動上下料工位、中間貯料裝置、輸送裝置、隨行卡具返回裝置、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置 傳送帶：步伐式、鏈條式、輥道式 切屑輸送裝置 集中排屑方式（重力、離心力/大流量切削液沖洗/壓縮空氣吹屑/真空吸屑） 刮板式、螺旋式等第四

2、頁，共73頁幻燈片 控制系統(tǒng) 傳統(tǒng)電氣控制方式-PLC 刀具 人工安裝、調(diào)整、實行定時強(qiáng)制換刀集中控制全線機(jī)床工件輸送裝置切屑輸送裝置第五頁，共73頁幻燈片曲拐加工自動線第六頁，共73頁幻燈片二、分布式數(shù)字控制二、分布式數(shù)字控制Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control早期：20世紀(jì)70年代初期： DNC-標(biāo)志數(shù)控加工由單機(jī)控制向集中控制發(fā)展 DNC最早的：一臺中央計算機(jī)控制3-5臺NC（只配置MCU）第二代：DNC-BTR 若DNC通信受到干擾，NC仍可用原讀帶機(jī)獨立工作現(xiàn)代：DNC-CNC 中央計算機(jī)、CNC控制器、通信端口

3、、連接電路 系統(tǒng)檢測（）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)監(jiān)視第七頁，共73頁幻燈片三、柔性制造單元三、柔性制造單元1數(shù)控車床數(shù)控車床 2加工中心加工中心 3裝卸工位裝卸工位 4龍門式機(jī)械手龍門式機(jī)械手 5機(jī)器人機(jī)器人6加工中心控制器加工中心控制器 7車床數(shù)控裝置車床數(shù)控裝置 8龍門式機(jī)械手控制器龍門式機(jī)械手控制器 9小車控制器小車控制器10加工中心控制器加工中心控制器 11機(jī)器人控制機(jī)器人控制器器 12單元控制器單元控制器 13、14運(yùn)輸小車運(yùn)輸小車FMC由1-3臺NC或MC，工件自動輸送或更換系統(tǒng)，刀具存儲、輸送及更換系統(tǒng)，設(shè)備控制器和單元控制器等組成。第八頁，共73頁幻燈片三、柔性制造單元三、柔性制造單元1刀

4、具庫 2換刀機(jī)械手 3托盤庫 4裝卸工位 5托盤交換機(jī)構(gòu)第九頁，共73頁幻燈片三、柔性制造單元第十頁，共73頁幻燈片三、柔性制造單元第十一頁，共73頁幻燈片四、柔性制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備、工件儲運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲運(yùn)系統(tǒng)和多層計算機(jī)控制系統(tǒng)等。1.自動化加工設(shè)備組成FMS的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。 第十二頁，共73頁幻燈片四、柔性制造系統(tǒng)2

5、.工件儲運(yùn)系統(tǒng) FMS工件儲運(yùn)系統(tǒng)由工件庫、工件運(yùn)輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運(yùn)輸設(shè)備包括各種傳送帶、運(yùn)輸小車、機(jī)器人或機(jī)械手等；工件更換裝置包括各種機(jī)器人或機(jī)械手、托盤交換裝置等。3.刀具儲運(yùn)系統(tǒng)FMS的刀具儲運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機(jī)構(gòu)等組成。 第十三頁，共73頁幻燈片四、柔性制造系統(tǒng)多層計算機(jī)控制系統(tǒng)通常采用三層控制：單元層、工作站層和設(shè)備層. 輔助設(shè)備FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括：自動清洗工作站；自動去毛刺設(shè)備； 自動測量設(shè)備； 集中切屑運(yùn)輸系統(tǒng)；集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。第十四頁，共73頁幻燈片四、柔性制造系統(tǒng)

6、131324511216111069111815147具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)第十五頁，共73頁幻燈片四、柔性制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系統(tǒng)的主要特點： 柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)； 系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上是相互補(bǔ)充或相互替代的； 可混流加工不同的零件； 系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運(yùn)作； 多層計算機(jī)控制，可以和上層計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)； 可進(jìn)行第三班無人干預(yù)生產(chǎn)。第十六頁，共73頁幻燈片五、柔性制造線五、柔性制造線自動化加工設(shè)備（數(shù)控機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床）工件輸送系統(tǒng)（傳送帶）刀具加工箱體類零件的柔性自動線第十七頁，共73頁幻燈片六、柔性裝配線六、柔性裝配線 裝配站（可編程裝配機(jī)

7、器人、不可編程的自動裝配裝置、人工裝配工位） 物料輸送裝置 （傳送帶、換向機(jī)構(gòu)） 控制系統(tǒng) （全線控制：物料流 向，自動裝配 站和裝配機(jī)器人）第十八頁，共73頁幻燈片七、七、CIMSCIMS CIMS是企業(yè)生產(chǎn)活動全過程中各子系統(tǒng)的完美集成，即從市場預(yù)測、經(jīng)營決策、計劃控制、工程設(shè)計、生產(chǎn)制造、質(zhì)量控制到產(chǎn)品銷售等支持功能部門，合理地通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)成一個整體，以保證企業(yè)內(nèi)部信息的一致性、共享性、可靠性、精確性和及時性，綜合運(yùn)用現(xiàn)代管理、信息、制造、自動化和系統(tǒng)工程等領(lǐng)域的技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，達(dá)到高效率、高質(zhì)量、低成本和靈活生產(chǎn)的目的。第十九頁，共73頁幻燈片 CIMSCIMS的組成的組

8、成 CIMS由四個應(yīng)用分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)組成1.管理信息系統(tǒng)經(jīng)營管理、物料管理、生產(chǎn)管理、人力資源管理2.工程設(shè)計自動化系統(tǒng)工程設(shè)計、分析和制造 基本功能：面向產(chǎn)品生命周期的建模實現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成 主要功能模塊（1）計算機(jī)輔助設(shè)計與分析（CAD/CAE）（2）計算機(jī)輔助制造（CAM）管理信息系統(tǒng)工程設(shè)計系統(tǒng)質(zhì)量保證系統(tǒng)制造自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)CIMS系統(tǒng)的基本組成第二十頁，共73頁幻燈片第二節(jié) 自動化加工設(shè)備第二十一頁，共73頁幻燈片一、組合機(jī)床一、組合機(jī)床 組合機(jī)床特點工序集中，多刀同時切削加工，生產(chǎn)效率高采用專用夾具和刀具，加工質(zhì)量穩(wěn)定常用液壓、氣動裝置對

9、工件定位、夾緊和松開，實現(xiàn)工件裝夾自動化常用隨行夾具，方便工件裝卸和輸送更換主軸箱可適應(yīng)同組零件的加工，具有一定柔性采用PLC控制，可與上層計算機(jī)通信1. 機(jī)床主要由通用部件組成，設(shè)計、制造周期短，系統(tǒng)建造速度快第二十二頁，共73頁幻燈片二、一般數(shù)控機(jī)床二、一般數(shù)控機(jī)床柔性高自動化程度高加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)效率較高具有刀具壽命管理功能具有通信功能第二十三頁，共73頁幻燈片二、一般數(shù)控機(jī)床二、一般數(shù)控機(jī)床第二十四頁，共73頁幻燈片三、車削中心三、車削中心 車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內(nèi)外圓表面、端面、溝槽、內(nèi)外圓及端面上的螺旋槽、非回轉(zhuǎn)軸線上的軸向

10、孔、徑向孔等。第二十五頁，共73頁幻燈片第二十六頁，共73頁幻燈片四、加工中心四、加工中心 MC與NC區(qū)別？ 立式、臥式MC各適合何種零件加工？ 刀庫一般在MC中位置？為何如此布置？ 換刀機(jī)械手類型，那種最普遍？ MC刀具存取方式有哪幾種，哪種是主要的？ 回轉(zhuǎn)工作臺是臥式MC實現(xiàn)何種運(yùn)動的部件？B軸運(yùn)動可作為哪兩種運(yùn)動？ 回轉(zhuǎn)工作臺的兩種結(jié)構(gòu)形式分別如何定位？ 臥式MC可對幾個面進(jìn)行加工?帶有臥立式主軸的MC可對工件進(jìn)行幾面加工？第二十七頁，共73頁幻燈片四、加工中心第二十八頁，共73頁幻燈片第三節(jié) 工件儲運(yùn)系統(tǒng)第二十九頁，共73頁幻燈片一、工件儲運(yùn)系統(tǒng)的組成一、工件儲運(yùn)系統(tǒng)的組成 工件儲運(yùn)系

11、統(tǒng)是自動化制造系統(tǒng)的重要組成部分，它將工件毛坯或半成品及時準(zhǔn)確地送到指定加工位置，并將加工好的成品送進(jìn)倉庫或裝卸站。 存儲設(shè)備 運(yùn)輸設(shè)備 輔助設(shè)備第三十頁，共73頁幻燈片工件儲運(yùn)系統(tǒng)組成設(shè)備工件儲運(yùn)系統(tǒng)存儲設(shè)備運(yùn)輸設(shè)備輔助設(shè)備工件進(jìn)出站托盤站立體倉庫自重傳送料道傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人及機(jī)械手滾道滑道托盤站立體倉庫滾道滑道牽引式地面有軌空中單軌自導(dǎo)式搬運(yùn)機(jī)器人通用機(jī)械手專用機(jī)械手第三十一頁，共73頁幻燈片二、工件輸送設(shè)備二、工件輸送設(shè)備傳送帶 步伐式傳送帶（輸送箱體類工件或工件托盤）擺桿步伐式傳送帶（具有剛性棘爪和限位擋塊，位置準(zhǔn)確，輸送速度較高）鏈板履帶式傳送帶（一節(jié)節(jié)帶齒鏈板連接而成，靠摩擦力

12、傳送工件） 托盤及托盤交換裝置n 托盤：實現(xiàn)工件自動更換，縮短輔助時間，托盤是工件和夾具與輸送設(shè)備和加工設(shè)備之間的接口，箱式和板式兩種類型；1. 托盤交換裝置：是與工件輸送設(shè)備之間的連接裝置，回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式。第三十二頁，共73頁幻燈片二、工件輸送設(shè)備二、工件輸送設(shè)備運(yùn)輸小車 有軌小車（RGV） 有何種驅(qū)動方式？ RGV靠什么實現(xiàn)導(dǎo)向？前面銷桿除導(dǎo)向作用外還有何作用？ 有軌小車的特點是： 加速和移動速度都比較快，適合運(yùn)送重型工件；導(dǎo)軌固定，行走平穩(wěn)，停車位置比較準(zhǔn)確；控制系統(tǒng)簡單，可靠性好，制造成本低，便于推廣應(yīng)用；行走路線不便改變，轉(zhuǎn)彎角度不能太小；噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護(hù)自身安

13、全。第三十三頁，共73頁幻燈片二、工件輸送設(shè)備二、工件輸送設(shè)備 運(yùn)輸小車自動導(dǎo)向小車（AGV）是一種無人駕駛的，以蓄電瓶驅(qū)動的物料搬運(yùn)設(shè)備，其行駛路線和?？课恢檬强删幊痰摹AGV的結(jié)構(gòu)（運(yùn)輸小車、地下電纜和控制器）nAGV的自動導(dǎo)向n路徑尋找第三十四頁，共73頁幻燈片磁感應(yīng)AGV自動導(dǎo)向原理圖MMMM12344321R第三十五頁，共73頁幻燈片自動化物料輸送系統(tǒng)第三十六頁，共73頁幻燈片三、工件存儲系統(tǒng)三、工件存儲系統(tǒng)自動化立體倉庫自動化立體倉庫概述n 自動化立體倉庫的主要特點：利用計算機(jī)管理，物資庫存賬目清楚，物料存放位置準(zhǔn)確，對自動化制造系統(tǒng)物料需求響應(yīng)速度快； 與搬運(yùn)設(shè)備銜接可靠及時供

14、給物料；減少庫存量，加速資金周轉(zhuǎn)； 充分利用空間，減少廠房面積；減少工件損傷和物料丟失；可存放的物料范圍寬；減少管理人員，降低管理費(fèi)用； 耗資較大，適用于一定規(guī)模的生產(chǎn)。自動化立體倉庫的組成（庫房、貨架、堆垛起重機(jī)、外圍輸送設(shè)備、自動控制裝置等）第三十七頁，共73頁幻燈片自動化立體倉庫第三十八頁，共73頁幻燈片三、工件存儲系統(tǒng)三、工件存儲系統(tǒng)自動化立體倉庫自動化立體倉庫堆垛起重機(jī)n堆垛起重機(jī)可采用有軌或無軌方式n堆垛機(jī)上有貨格狀態(tài)檢測器自動化立體倉庫的管理與控制n貨物的自動識別與存取n計算機(jī)管理n計算機(jī)控制堆垛起重機(jī)第三十九頁，共73頁幻燈片自動化物料存儲系統(tǒng)第四十頁，共73頁幻燈片第四節(jié) 刀

15、具準(zhǔn)備及儲運(yùn)系統(tǒng)第四十一頁，共73頁幻燈片一、概述一、概述 刀具準(zhǔn)備與儲運(yùn)系統(tǒng)為各加工設(shè)備及時提供所需要的刀具，從而實現(xiàn)刀具供給自動化，使自動化制造系統(tǒng)的自動化程度進(jìn)一步提高。 剛性自動線中 刀具的更換是定時強(qiáng)制換刀，由調(diào)整工人進(jìn)行。刀具供給部門準(zhǔn)備刀具，并進(jìn)行預(yù)調(diào)。 FMS中 隨著被加工零件的變化和刀具磨損、破損，需要進(jìn)行定時強(qiáng)制性換刀和隨機(jī)換刀。第四十二頁，共73頁幻燈片二、刀具準(zhǔn)備及儲運(yùn)系統(tǒng)的組成 刀具組裝臺 刀具預(yù)調(diào)儀 刀具進(jìn)出站 中央刀庫 機(jī)床刀庫 刀具輸送裝置 刀具交換機(jī)構(gòu) 刀具計算機(jī)管理系統(tǒng)第四十三頁，共73頁幻燈片三、刀具預(yù)調(diào)儀三、刀具預(yù)調(diào)儀第四十四頁，共73頁幻燈片三、刀具預(yù)

16、調(diào)儀三、刀具預(yù)調(diào)儀第四十五頁，共73頁幻燈片四、中央刀庫四、中央刀庫第四十六頁，共73頁幻燈片第五節(jié) 工業(yè)機(jī)器人第四十七頁，共73頁幻燈片一、概述一、概述 工業(yè)機(jī)器人是一種可編程的多功能操作器，用于搬運(yùn)物料、工件和工具，或者通過不同的編程以完成各種任務(wù)的設(shè)備。機(jī)器人和機(jī)械手的主要區(qū)別是什么？工業(yè)機(jī)器人有：焊接機(jī)器人噴漆機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人裝配機(jī)器人第四十八頁，共73頁幻燈片二、工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)二、工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機(jī)器人組成： 主構(gòu)架（手臂） 手腕 驅(qū)動系統(tǒng) 測量系統(tǒng) 控制器 傳感器第四十九頁，共73頁幻燈片三、工業(yè)機(jī)器人的分類三、工業(yè)機(jī)器人的分類 按坐標(biāo)形式分 直角坐標(biāo)型 圓柱坐標(biāo)型 極坐標(biāo)型

17、 關(guān)節(jié)型 按控制方式分 點位控制 連續(xù)軌跡控制 按信息輸入方式分 人操作機(jī)械手 固定程序機(jī)器人 程序控制機(jī)器人 可變程序機(jī)器人 示教再現(xiàn)機(jī)器人 智能機(jī)器人第五十頁，共73頁幻燈片工業(yè)機(jī)器人第五十一頁，共73頁幻燈片第五十二頁，共73頁幻燈片第六節(jié) 質(zhì)量控制和運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)第五十三頁，共73頁幻燈片一、概述一、概述檢測與監(jiān)控運(yùn)行狀態(tài)檢測與監(jiān)控加工過程檢測與監(jiān)控加工設(shè)備工件/刀具儲運(yùn)設(shè)備控制裝置環(huán) 境工件精度刀具磨損破損工藝過程檢測與監(jiān)控的對象第五十四頁，共73頁幻燈片二、工件尺寸精度檢測與監(jiān)控二、工件尺寸精度檢測與監(jiān)控在線檢測 在加工過程中或在加工系統(tǒng)運(yùn)行過程中對被測對象進(jìn)行的檢測稱為在線檢測。離

18、線檢測 在加工后脫離加工設(shè)備對被測對象進(jìn)行的檢測稱為離線檢測。離線檢測設(shè)備：CMM，測量機(jī)器人和專用檢測裝置。第五十五頁，共73頁幻燈片（一）三坐標(biāo)測量機(jī)（一）三坐標(biāo)測量機(jī) 三坐標(biāo)測量機(jī)是一種檢測工件尺寸誤差、形位誤差以及復(fù)雜輪廓形狀的自動檢測裝置。它可以單獨使用或集成到FMS中，與FMS的加工過程緊密耦聯(lián)。三坐標(biāo)測量機(jī)的結(jié)構(gòu)特點 立式CMM一般是龍門結(jié)構(gòu)，臥式為懸臂結(jié)構(gòu)。 CMM的工作臺、導(dǎo)軌、橫梁多用高質(zhì)量的花崗巖組成，許多采用氣浮支撐。 CMM測量頭精度非常高，形式多種。三坐標(biāo)測量機(jī)的工作原理 和數(shù)控機(jī)床類似第五十六頁，共73頁幻燈片（一）三坐標(biāo)測量機(jī)第五十七頁，共73頁幻燈片（二）有自

19、動測量功能的數(shù)控機(jī)床（二）有自動測量功能的數(shù)控機(jī)床 具有自動測量功能的NC和CMM在工作原理上沒有本質(zhì)區(qū)別。將測量頭安裝在機(jī)床主軸或刀架上，就能象CMM一樣工作。在NC上進(jìn)行測量有如下特點： 不需要昂貴的CMM，但會損失機(jī)床的切削加工時間； 可以針對尺寸偏差自動進(jìn)行機(jī)床及刀具補(bǔ)償，加工精度高； 不需要工件來回運(yùn)輸和等待。第五十八頁，共73頁幻燈片（二）有自動測量功能的數(shù)控機(jī)床（二）有自動測量功能的數(shù)控機(jī)床第五十九頁，共73頁幻燈片（三）測量機(jī)器人（三）測量機(jī)器人 機(jī)器人測量具有在線、靈活、高效等特點，特別適合于FMS中工序間和過程測量。 直接測量要求機(jī)器人具有高的運(yùn)動精度和定位精度，因而造價較

20、高。 間接測量又稱輔助測量，在測量過程中機(jī)器人坐標(biāo)運(yùn)動是輔助運(yùn)動，其任務(wù)是模擬人的動作，將測量工具或傳感器送至測量位置。第六十頁，共73頁幻燈片三、刀具磨損和破損的檢測與監(jiān)控三、刀具磨損和破損的檢測與監(jiān)控 常用的檢測與監(jiān)控方式如下： 功率檢測 聲發(fā)射檢測 學(xué)習(xí)模式 力檢測第六十一頁，共73頁幻燈片四、自適應(yīng)控制四、自適應(yīng)控制 自適應(yīng)控制與一般反饋控制的區(qū)別在于它能隨著環(huán)境條件和過程參數(shù)的變化自行調(diào)整或修改控制參數(shù)，使被控對象或過程達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。 自適應(yīng)控制分為約束型自適應(yīng)控制ACC和優(yōu)化型自適應(yīng)控制ACO ACC的控制參數(shù)受到限制，目標(biāo)控制量預(yù)先給定，并可直接測量，如切削力、切削功率。 ACO是給定目標(biāo)函數(shù)，如最低生產(chǎn)成本和最少工時，根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和影響過程的參數(shù)（如刀具磨損的速度）來確定控制參數(shù)（進(jìn)給量和切削速度）第六十二頁，共73頁幻燈片五、環(huán)境及安全監(jiān)測五、環(huán)境及安全監(jiān)測 電網(wǎng)