第三章 自動化制造系統(tǒng)的組成

1、第三章 自動化制造系統(tǒng)的組成第1節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型第2節(jié) 自動化加工設備第3節(jié) 工件儲運系統(tǒng)第4節(jié) 刀具準備及儲運系統(tǒng)第5節(jié) 工業(yè)機器人第6節(jié) 質量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)第7節(jié) 輔助設備第8節(jié) 控制與通信系統(tǒng)第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型一、剛性自動線一、剛性自動線控制系統(tǒng)自動化設備工件輸送裝置切屑輸送裝置 自動化加工設備組合機床+專用機床多面、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：加工設備按工件的加工工藝順序排列一、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、升降裝置和轉位裝置 傳送帶：步伐

2、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 控制系統(tǒng) 傳統(tǒng)電氣控制方式-PLC 刀具 人工安裝、調整、實行定時強制換刀集中控制全線機床工件輸送裝置切屑輸送裝置曲拐加工自動線二、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70年代初期： DNC-標志數(shù)控加工由單機控制向集中控制發(fā)展 DNC最早的：一臺中央計算機控制3-5臺NC（只配置MCU）第二代：DNC-BTR 若DNC通信受到干擾，NC仍可用原讀帶機獨立

3、工作現(xiàn)代：DNC-CNC 中央計算機、CNC控制器、通信端口、連接電路 系統(tǒng)檢測（）數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)監(jiān)視三、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龍門式機械手龍門式機械手 5機器人機器人6加工中心控加工中心控制器制器 7車床數(shù)控裝置車床數(shù)控裝置 8龍門式機械手控制器龍門式機械手控制器 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機器人控制器機器人控制器 12單元控制器單元控制器 13、14運輸小車運輸小車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)，設備控制器和單元控制器等組成。三、柔性制造單元三、

4、柔性制造單元1刀具庫 2換刀機械手 3托盤庫 4裝卸工位 5托盤交換機構三、柔性制造單元三、柔性制造單元四、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)控機床組成，并在加工自動化的基礎上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。其基本組成部分有：自動化加工設備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)和多層計算機控制系統(tǒng)等。1.自動化加工設備組成FMS的自動化加工設備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。 四、柔性制造系統(tǒng)2.工件儲運系統(tǒng) FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設備和更換裝置等組成。工

5、件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等；工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。3.刀具儲運系統(tǒng)FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構等組成。 四、柔性制造系統(tǒng)多層計算機控制系統(tǒng)通常采用三層控制：單元層、工作站層和設備層. 輔助設備FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設備。輔助設備一般包括：自動清洗工作站；自動去毛刺設備； 自動測量設備； 集中切屑運輸系統(tǒng)；集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。四、柔性制造系統(tǒng)131324511216111069111815147具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng) 柔性制造系

6、統(tǒng)的主要特點： 柔性高，適應多品種中小批量生產(chǎn)； 系統(tǒng)內的機床在工藝能力上是相互補充或相互替代的； 可混流加工不同的零件； 系統(tǒng)局部調整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作； 多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng)； 可進行第三班無人干預生產(chǎn)。五、柔性制造線五、柔性制造線o自動化加工設備（數(shù)控機床、可換主軸箱機床）o工件輸送系統(tǒng)（傳送帶）o刀具加工箱體類零件的柔性自動線六、柔性裝配線六、柔性裝配線o 裝配站（可編程裝配機器人、不可編程的自動裝配裝置、人工裝配工位）o 物料輸送裝置o （傳送帶、換向機構）o 控制系統(tǒng)o （全線控制：物料流o 向，自動裝配o 站和裝配機器人）七、七、CIMSCIMS CIMS

7、是企業(yè)生產(chǎn)活動全過程中各子系統(tǒng)的完美集成，即從市場預測、經(jīng)營決策、計劃控制、工程設計、生產(chǎn)制造、質量控制到產(chǎn)品銷售等支持功能部門，合理地通過計算機網(wǎng)絡聯(lián)結成一個整體，以保證企業(yè)內部信息的一致性、共享性、可靠性、精確性和及時性，綜合運用現(xiàn)代管理、信息、制造、自動化和系統(tǒng)工程等領域的技術，實現(xiàn)生產(chǎn)的自動化，達到高效率、高質量、低成本和靈活生產(chǎn)的目的。 CIMSCIMS的組成的組成 CIMS由四個應用分系統(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.工程設計自動化系統(tǒng)工程設計、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

8、 主要功能模塊（1）計算機輔助設計與分析（CAD/CAE）（2）計算機輔助制造（CAM）管理信息系統(tǒng)工程設計系統(tǒng)質量保證系統(tǒng)制造自動化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫計算機網(wǎng)絡CIMS系統(tǒng)的基本組成第二節(jié) 自動化加工設備一、組合機床一、組合機床 組合機床特點n工序集中，多刀同時切削加工，生產(chǎn)效率高n采用專用夾具和刀具，加工質量穩(wěn)定n常用液壓、氣動裝置對工件定位、夾緊和松開，實現(xiàn)工件裝夾自動化n常用隨行夾具，方便工件裝卸和輸送n更換主軸箱可適應同組零件的加工，具有一定柔性n采用PLC控制，可與上層計算機通信1.機床主要由通用部件組成，設計、制造周期短，系統(tǒng)建造速度快二、一般數(shù)控機床二、一般數(shù)控機床n柔性高n自動化程度

9、高n加工精度高、質量穩(wěn)定n生產(chǎn)效率較高n具有刀具壽命管理功能n具有通信功能二、一般數(shù)控機床二、一般數(shù)控機床三、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，如內外圓表面、端面、溝槽、內外圓及端面上的螺旋槽、非回轉軸線上的軸向孔、徑向孔等。四、加工中心四、加工中心o MC與NC區(qū)別？o 立式、臥式MC各適合何種零件加工？o 刀庫一般在MC中位置？為何如此布置？o 換刀機械手類型，那種最普遍？o MC刀具存取方式有哪幾種，哪種是主要的？o 回轉工作臺是臥式MC實現(xiàn)何種運動的部件？B軸運動可作為哪兩種運動？o 回轉工作臺的兩種結構形式分別如何定位？o 臥

10、式MC可對幾個面進行加工?帶有臥立式主軸的MC可對工件進行幾面加工？四、加工中心第三節(jié) 工件儲運系統(tǒng)一、工件儲運系統(tǒng)的組成一、工件儲運系統(tǒng)的組成 工件儲運系統(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確地送到指定加工位置，并將加工好的成品送進倉庫或裝卸站。 存儲設備 運輸設備 輔助設備工件儲運系統(tǒng)組成設備工件儲運系統(tǒng)存儲設備運輸設備輔助設備工件進出站托盤站立體倉庫自重傳送料道傳送帶運輸小車機器人及機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式搬運機器人通用機械手專用機械手二、工件輸送設備二、工件輸送設備 傳送帶n 步伐式傳送帶（輸送箱體類工件或工件托盤）n 擺

11、桿步伐式傳送帶（具有剛性棘爪和限位擋塊，位置準確，輸送速度較高）n 鏈板履帶式傳送帶（一節(jié)節(jié)帶齒鏈板連接而成，靠摩擦力傳送工件）n 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備和加工設備之間的接口，箱式和板式兩種類型；1.托盤交換裝置：是與工件輸送設備之間的連接裝置，回轉式和往復式。二、工件輸送設備二、工件輸送設備 運輸小車n 有軌小車（RGV） 有何種驅動方式？ RGV靠什么實現(xiàn)導向？ 前面銷桿除導向作用外還有何作用？ 有軌小車的特點是：n 加速和移動速度都比較快，適合運送重型工件；n 導軌固定，行走平穩(wěn)，停車位置比較準確；n 控制系統(tǒng)簡單，可靠性好

12、，制造成本低，便于推廣應用；n 行走路線不便改變，轉彎角度不能太??；1.噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護自身安全。二、工件輸送設備二、工件輸送設備 運輸小車n自動導向小車（AGV）是一種無人駕駛的，以蓄電瓶驅動的物料搬運設備，其行駛路線和?？课恢檬强删幊痰摹AGV的結構（運輸小車、地下電纜和控制器）nAGV的自動導向2.路徑尋找磁感應AGV自動導向原理圖MMMM12344321R自動化物料輸送系統(tǒng)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o 概述n 自動化立體倉庫的主要特點：n 利用計算機管理，物資庫存賬目清楚，物料存放位置準確，對自動化制造系統(tǒng)物料需求響應速度快；n

13、 與搬運設備銜接可靠及時供給物料；n 減少庫存量，加速資金周轉；n 充分利用空間，減少廠房面積；n 減少工件損傷和物料丟失；n 可存放的物料范圍寬；n 減少管理人員，降低管理費用；n 耗資較大，適用于一定規(guī)模的生產(chǎn)。o 自動化立體倉庫的組成（庫房、貨架、堆垛起重機、外圍輸送設備、自動控制裝置等）自動化立體倉庫三、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o堆垛起重機n堆垛起重機可采用有軌或無軌方式n堆垛機上有貨格狀態(tài)檢測器o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計算機管理n計算機控制堆垛起重機自動化物料存儲系統(tǒng)第四節(jié) 刀具準備及儲運系統(tǒng)一、概述一、概述 刀具準備與儲運

14、系統(tǒng)為各加工設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)的自動化程度進一步提高。 剛性自動線中 刀具的更換是定時強制換刀，由調整工人進行。刀具供給部門準備刀具，并進行預調。 FMS中 隨著被加工零件的變化和刀具磨損、破損，需要進行定時強制性換刀和隨機換刀。二、刀具準備及儲運系統(tǒng)的組成 刀具組裝臺 刀具預調儀 刀具進出站 中央刀庫 機床刀庫 刀具輸送裝置 刀具交換機構 刀具計算機管理系統(tǒng)三、刀具預調儀三、刀具預調儀三、刀具預調儀三、刀具預調儀四、中央刀庫四、中央刀庫第五節(jié) 工業(yè)機器人一、概述一、概述 工業(yè)機器人是一種可編程的多功能操作器，用于搬運物料、工件和工具，或者通過不

15、同的編程以完成各種任務的設備。機器人和機械手的主要區(qū)別是什么？工業(yè)機器人有：o焊接機器人o噴漆機器人o搬運機器人裝配機器人二、工業(yè)機器人的結構二、工業(yè)機器人的結構工業(yè)機器人組成：n 主構架（手臂）n 手腕n 驅動系統(tǒng)n 測量系統(tǒng)n 控制器n 傳感器三、工業(yè)機器人的分類三、工業(yè)機器人的分類 按坐標形式分 直角坐標型 圓柱坐標型 極坐標型 關節(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 人操作機械手 固定程序機器人 程序控制機器人 可變程序機器人 示教再現(xiàn)機器人 智能機器人工業(yè)機器人第六節(jié) 質量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)一、概述一、概述檢測與監(jiān)控運行狀態(tài)檢測與監(jiān)控加工過程檢測與監(jiān)控加工設備

16、工件/刀具儲運設備控制裝置環(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)運行過程中對被測對象進行的檢測稱為在線檢測。離線檢測 在加工后脫離加工設備對被測對象進行的檢測稱為離線檢測。離線檢測設備：CMM，測量機器人和專用檢測裝置。（一）三坐標測量機（一）三坐標測量機 三坐標測量機是一種檢測工件尺寸誤差、形位誤差以及復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)。 三坐標測量機的結構特點 立式CMM一般是龍門結構，臥式為懸臂結構。 CMM的工作臺、導軌、橫梁多用高質量的

17、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。 三坐標測量機的工作原理 和數(shù)控機床類似（一）三坐標測量機（二）有自動測量功能的數(shù)控機床（二）有自動測量功能的數(shù)控機床 具有自動測量功能的NC和CMM在工作原理上沒有本質區(qū)別。將測量頭安裝在機床主軸或刀架上，就能象CMM一樣工作。 在NC上進行測量有如下特點： 不需要昂貴的CMM，但會損失機床的切削加工時間； 可以針對尺寸偏差自動進行機床及刀具補償，加工精度高； 不需要工件來回運輸和等待。（二）有自動測量功能的數(shù)控機床（二）有自動測量功能的數(shù)控機床（三）測量機器人（三）測量機器人 機器人測量具有在線、靈活、高效等特點，特別適合于

18、FMS中工序間和過程測量。 直接測量要求機器人具有高的運動精度和定位精度，因而造價較高。 間接測量又稱輔助測量，在測量過程中機器人坐標運動是輔助運動，其任務是模擬人的動作，將測量工具或傳感器送至測量位置。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 學習模式 力檢測四、自適應控制四、自適應控制 自適應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)的變化自行調整或修改控制參數(shù)，使被控對象或過程達到預期的目標。 自適應控制分為約束型自適應控制ACC和優(yōu)化型自適應控制ACO ACC的控制參數(shù)受到限制，目標控制量預先給定，并可直接測量，如切削力、切削功率。 ACO是給定目標函數(shù)，如最低生產(chǎn)成本和最少工時，根據(jù)優(yōu)化目標函數(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)（進給量和切