自動化制造系統(tǒng)組成課件

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(shè)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(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)第7節(jié)輔助設(shè)備第8節(jié)控制與通信系統(tǒng)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1第一節(jié)自動化制造系統(tǒng)的常見類型第一節(jié)自動化制造系統(tǒng)的常見類型2一、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(shè)備按工件的加工工藝順序排列一、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3一、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、螺旋式等一、剛性自動線工件輸送裝置4控制系統(tǒng)

傳統(tǒng)電氣控制方式-----〉PLC刀具人工安裝、調(diào)整、實行定時強制換刀集中控制全線機床工件輸送裝置切屑輸送裝置控制系統(tǒng)集中控制全線機床工件輸送裝置切屑輸送裝置5曲拐加工自動線曲拐加工自動線6二、分布式數(shù)字控制DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl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（３Ｒ）／數(shù)據(jù)管理／系統(tǒng)監(jiān)視二、分布式數(shù)字控制DirectNumericalCont7三、柔性制造單元1—數(shù)控車床2—加工中心3—裝卸工位4—龍門式機械手5—機器人6—加工中心控制器7—車床數(shù)控裝置8—龍門式機械手控制器9—小車控制器10—加工中心控制器11—機器人控制器12—單元控制器13、14—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(shè)備控制器和單元控制器等組成。三、柔性制造單元1—數(shù)控車床2—加工中心3—裝卸工位8三、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(gòu)三、柔性制造單元1－刀具庫2－換刀機械手3－托盤庫4－9三、柔性制造單元三、柔性制造單元10三、柔性制造單元三、柔性制造單元11四、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(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(shè)備 組成FMS的自動化加工設(shè)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)柔性制造系統(tǒng)(FMS)12四、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(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。工件運輸設(shè)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(gòu)等組成。四、柔性制造系統(tǒng)2.工件儲運系統(tǒng)13四、柔性制造系統(tǒng)４．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(shè)備層５.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：①自動清洗工作站；②自動去毛刺設(shè)備；③自動測量設(shè)備；④集中切屑運輸系統(tǒng)；⑤集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。四、柔性制造系統(tǒng)４．多層計算機控制系統(tǒng)14四、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)131324511216111069111815四、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(diào)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)。四、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)的主要特點：16五、柔性制造線自動化加工設(shè)備（數(shù)控機床、可換主軸箱機床）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五、柔性制造線自動化加工設(shè)備（數(shù)控機床、可換主軸箱機床）加工17六、柔性裝配線裝配站（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）物料輸送裝置（傳送帶、換向機構(gòu)）控制系統(tǒng)（全線控制：物料流向，自動裝配站和裝配機器人）六、柔性裝配線裝配站（可編程裝配機器人、不可編程的自動裝配裝18七、CIMSCIMS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(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，達到高效率、高質(zhì)量、低成本和靈活生產(chǎn)的目的。七、CIMSCIMS是企業(yè)生產(chǎn)活動全過程19

CIMS的組成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：①面向產(chǎn)品生命周期的建模②實現(xiàn)CAD/CAE/CAPP/CAM的集成主要功能模塊（1）計算機輔助設(shè)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(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)庫計算機網(wǎng)絡(luò)CIMS系統(tǒng)的基本組成CIMS的組成CIMS由四個應(yīng)用分系統(tǒng)和兩個支撐分系統(tǒng)組成20第二節(jié)自動化加工設(shè)備第二節(jié)自動化加工設(shè)備21一、組合機床組合機床特點工序集中，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，可與上層計算機通信機床主要由通用部件組成，設(shè)計、制造周期短，系統(tǒng)建造速度快一、組合機床組合機床特點22二、一般數(shù)控機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二、一般數(shù)控機床柔性高23二、一般數(shù)控機床二、一般數(shù)控機床24三、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)軸線上的軸向孔、徑向孔等。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25自動化制造系統(tǒng)組成課件26四、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)何種運動的部件？B軸運動可作為哪兩種運動？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MC與NC區(qū)別？27四、加工中心四、加工中心28第三節(jié)工件儲運系統(tǒng)第三節(jié)工件儲運系統(tǒng)29一、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(shè)備運輸設(shè)備輔助設(shè)備一、工件儲運系統(tǒng)的組成工件儲運系統(tǒng)是自動30工件儲運系統(tǒng)組成設(shè)備工件儲運系統(tǒng)存儲設(shè)備運輸設(shè)備輔助設(shè)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工件儲運系統(tǒng)組成設(shè)備工件儲運系統(tǒng)存儲設(shè)備運輸設(shè)備輔助設(shè)備工件31二、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，靠摩擦力傳送工件）托盤及托盤交換裝置托盤：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；托盤交換裝置：是ＭＣ與工件輸送設(shè)備之間的連接裝置，回轉(zhuǎn)式和往復式。二、工件輸送設(shè)備傳送帶32二、工件輸送設(shè)備運輸小車有軌小車（RGV）ＲＧＶ有何種驅(qū)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：加速和移動速度都比較快，適合運送重型工件；導軌固定，行走平穩(wěn)，停車位置比較準確；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?。辉肼曒^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(shè)備運輸小車33二、工件輸送設(shè)備運輸小車自動導向小車（AGV）ＡＧＶ是一種無人駕駛的，以蓄電瓶驅(qū)動的物料搬運設(shè)備，其行駛路線和停靠位置是可編程的。AGV的結(jié)構(gòu)（運輸小車、地下電纜和控制器）AGV的自動導向路徑尋找二、工件輸送設(shè)備運輸小車34磁感應(yīng)AGV自動導向原理圖MMMM12344321R磁感應(yīng)AGV自動導向原理圖MMMM12344321R35自動化物料輸送系統(tǒng)自動化物料輸送系統(tǒng)36三、工件存儲系統(tǒng)—自動化立體倉庫概述自動化立體倉庫的主要特點：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(yīng)速度快；與搬運設(shè)備銜接可靠及時供給物料；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、外圍輸送設(shè)備、自動控制裝置等）三、工件存儲系統(tǒng)—自動化立體倉庫概述37自動化立體倉庫自動化立體倉庫38三、工件存儲系統(tǒng)—自動化立體倉庫堆垛起重機堆垛起重機可采用有軌或無軌方式堆垛機上有貨格狀態(tài)檢測器自動化立體倉庫的管理與控制貨物的自動識別與存取計算機管理計算機控制堆垛起重機三、工件存儲系統(tǒng)—自動化立體倉庫堆垛起重機堆垛起重機39自動化物料存儲系統(tǒng)自動化物料存儲系統(tǒng)40第四節(jié)刀具準備及儲運系統(tǒng)第四節(jié)刀具準備及儲運系統(tǒng)41一、概述刀具準備與儲運系統(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)的自動化程度進一步提高。剛性自動線中刀具的更換是定時強制換刀，由調(diào)整工人進行。刀具供給部門準備刀具，并進行預調(diào)。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。一、概述刀具準備與儲運系統(tǒng)為各加工設(shè)備及時提供42二、刀具準備及儲運系統(tǒng)的組成刀具組裝臺刀具預調(diào)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(gòu)刀具計算機管理系統(tǒng)二、刀具準備及儲運系統(tǒng)的組成刀具組裝臺43三、刀具預調(diào)儀三、刀具預調(diào)儀44三、刀具預調(diào)儀三、刀具預調(diào)儀45四、中央刀庫四、中央刀庫46第五節(jié)工業(yè)機器人第五節(jié)工業(yè)機器人47一、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，或者通過不同的編程以完成各種任務(wù)的設(shè)備。機器人和機械手的主要區(qū)別是什么？工業(yè)機器人有：焊接機器人噴漆機器人搬運機器人裝配機器人一、概述工業(yè)機器人是一種可編程的多功能操作器，用48二、工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人組成：主構(gòu)架（手臂）手腕驅(qū)動系統(tǒng)測量系統(tǒng)控制器傳感器二、工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人組成：49三、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(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)機器人智能機器人三、工業(yè)機器人的分類按坐標形式分按信息輸入方式分50工業(yè)機器人工業(yè)機器人51自動化制造系統(tǒng)組成課件52第六節(jié)質(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)第六節(jié)質(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng)53一、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(shè)備工件/刀具儲運設(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(shè)54二、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(shè)備對被測對象進行的檢測稱為離線檢測。離線檢測設(shè)備：CMM，測量機器人和專用檢測裝置。二、工件尺寸精度檢測與監(jiān)控在線檢測55（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(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。三坐標測量機的工作原理和數(shù)控機床類似（一）三坐標測量機三坐標測量機是一種檢測工件尺56（一）三坐標測量機（一）三坐標測量機57（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(zhì)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)控機床具有自動測量58（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59（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(wù)是模擬人的動作，將測量工具或傳感器送至測量位置。（三）測量機器人機器人測量具有在線、靈活、高60三、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：61四、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到預期的目標。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ACOACC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)（進給量和切削速度）四、自適應(yīng)控制自適應(yīng)控制與一般反饋控制的區(qū)62五、環(huán)境及安全