智能制造生產(chǎn)線技術(shù)及應(yīng)用 教案 2-1 智能制造生產(chǎn)線概述

XXXXX學(xué)院單元教學(xué)設(shè)計(jì)XXXX—XXX學(xué)年第X學(xué)期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標(biāo)題智能制造生產(chǎn)線的概念，總體設(shè)計(jì)，多個(gè)模塊的設(shè)計(jì)教學(xué)目的學(xué)習(xí)生產(chǎn)線的組成及其工作原理，增加學(xué)生的知識儲備，提高行業(yè)興趣教學(xué)目標(biāo)能力（技能）目標(biāo)知識目標(biāo)（1）了解智能制造生產(chǎn)線的概念；（2）掌握產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線的基本構(gòu)成。熟悉產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程；掌握產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線各模塊技術(shù)的基本原理。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決方法重難點(diǎn)：解決方法：參考資料[1]汪勵,陳小艷.工業(yè)機(jī)器人工作站系統(tǒng)集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機(jī)器人編程、維護(hù)與外圍集成[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項(xiàng)萬明.工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程(FANUC)初級[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用編程與集成技術(shù)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應(yīng)用教程[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2023.單元教學(xué)設(shè)計(jì)第一部分：復(fù)習(xí)上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導(dǎo)入及學(xué)習(xí)新內(nèi)容（時(shí)間：30分鐘理論）【步驟一】新課導(dǎo)入引導(dǎo)問題說說你對中國制造的了解，并舉一個(gè)例子。請同學(xué)根據(jù)所學(xué)所識積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識的講授一、智能制造生產(chǎn)線的概念20世紀(jì)80年代末，Wright和Bourne合著的《智能制造》一書的出版標(biāo)志著智能制造概念的提出。經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，智能制造的內(nèi)涵逐漸豐富化，目前一般認(rèn)為智能制造的含義是，在新一代信息技術(shù)的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品制造流程和生命周期作為對象，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)層級上的實(shí)時(shí)優(yōu)化管理，是成熟階段的制造業(yè)智能化。相比于數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化階段，智能制造全面使用計(jì)算機(jī)自動控制，并實(shí)現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機(jī)器人、大數(shù)據(jù)的全面綜合應(yīng)用。智能制造可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間、提質(zhì)增效、降低成本，體現(xiàn)了實(shí)體物理與虛擬網(wǎng)絡(luò)的深度融合特征。智能制造為現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)提供了一種有競爭力的生產(chǎn)模式。智能制造生產(chǎn)線具備智能制造加工的各類裝備和控制系統(tǒng)等軟硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)比較完善的功能。如圖2-1我院產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線，配備立體倉庫、AGV小車、FANUC工業(yè)機(jī)器人（含固定安裝和行走軸機(jī)器人）、常用智能制造數(shù)控機(jī)床、在線檢測設(shè)備等硬件設(shè)備，具有MES、電氣控制、生產(chǎn)線監(jiān)控、機(jī)床故障診斷，S7-PLCSIMV15、Roboguide、TIAPortal等系統(tǒng)控制和輔助功能。可以實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的全方位監(jiān)視控制與實(shí)操實(shí)訓(xùn)，系統(tǒng)各單元可獨(dú)立運(yùn)行以方便實(shí)訓(xùn)教學(xué)，智能制造是制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級的重要發(fā)展方向。工業(yè)機(jī)器人、智能制造設(shè)備監(jiān)控管理系統(tǒng)、加工中心等是智能制造生產(chǎn)線的重要組成部分。圖2-1光電智造產(chǎn)教研融合平臺光電制造產(chǎn)教研融合平臺包含機(jī)器人單元、倉儲系統(tǒng)、執(zhí)行單元、加工單元、檢測單元、工具單元、分揀單元、總控單元、設(shè)備平臺單元、工業(yè)機(jī)器人、數(shù)控機(jī)床控制綜合平臺、專業(yè)群教學(xué)資源庫等先進(jìn)設(shè)備和技術(shù)，可適應(yīng)多種零件的生產(chǎn)，具有較高的柔性。涉及到的部分加工、激光切割、折彎、焊接須具備連線作業(yè)的能力。同時(shí)產(chǎn)線設(shè)計(jì)與實(shí)際生產(chǎn)相符合且便于教學(xué)，在實(shí)際教學(xué)中既可進(jìn)行整線的實(shí)訓(xùn)，也可進(jìn)行單個(gè)單元的實(shí)訓(xùn)。圖2-2光電柔性智造生產(chǎn)線光電柔性智造生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)如圖2-2所示，學(xué)生可在該平臺上實(shí)際動手操作學(xué)習(xí)工業(yè)機(jī)器人智能化生產(chǎn)制造系統(tǒng)的全部流程，如機(jī)器人編程、示教、維護(hù)、焊接調(diào)試、折彎調(diào)試、視覺調(diào)試等;數(shù)控機(jī)床調(diào)試過程、機(jī)械維修過程，實(shí)際切削過程，編程學(xué)習(xí)，電氣維修，機(jī)床檢驗(yàn)過程等。通過該平臺的學(xué)習(xí)可使學(xué)生得到機(jī)器人智能化生產(chǎn)制造的全部知識，以適應(yīng)現(xiàn)代化智能制造業(yè)對智能產(chǎn)線調(diào)試從業(yè)人員的技能要求，使學(xué)生擁有直接進(jìn)入社會謀職發(fā)展的強(qiáng)大資本。二、智能制造生產(chǎn)線的基本構(gòu)成（一）五軸加工中心\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"五軸聯(lián)動加工中心也叫五軸加工中心，是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復(fù)雜曲面的加工中心。有德國德瑪吉、日本馬扎克、大隈、中國科德等眾多品牌，圖2-3為KDU500五軸加工中心，以下各種機(jī)件配圖都僅為眾多品牌中的一種。五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子、大型柴油機(jī)曲軸等等加工的唯一手段，能夠適應(yīng)像汽車零部件、飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工。五軸加工中心有x，y，z，a，c五個(gè)軸，xyz和ac軸形成五軸聯(lián)動加工，擅長空間曲面加工，異型加工，鏤空加工，打孔，斜孔，斜切等。五軸高速加工中這種加工中心系統(tǒng)對一個(gè)國家的航空、航天、\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設(shè)備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。五軸加工中心特點(diǎn)：

1、采用FANUC五軸數(shù)控系統(tǒng)，具有支持高轉(zhuǎn)速，高精度，快速穩(wěn)定進(jìn)給，工件一次裝夾就可完成復(fù)雜的加工。

2、采用進(jìn)口高精度CNC雙軸分度盤，通過數(shù)控系統(tǒng)控制實(shí)現(xiàn)五軸聯(lián)動功能。

3、機(jī)床的潤滑采用定時(shí)、定量自動集中供油潤滑系統(tǒng)。圖2-3KDU500五軸加工中心（二）立式加工中心立式加工中心如圖2-4是指主軸軸線與工作臺垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復(fù)雜零件。立式加工中心能完成鐵、鏜削、鉆削、螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動，有的可進(jìn)行五軸、六軸控制。圖2-4立式加工中心立式加工中心特點(diǎn)：1、立柱高度有限，對箱體類工件加工范圍要減少。2、工件裝夾、定位方便，刃具運(yùn)動軌跡易觀，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行停機(jī)處理或修改。3、冷卻條件易建立，切削液能直接到達(dá)刀具和加工表面。4、三個(gè)坐標(biāo)軸與笛卡兒坐標(biāo)系吻合，感覺直觀，與圖樣視角一致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。5、結(jié)構(gòu)簡單，占地面積較小，價(jià)格較低。（三）數(shù)控車床數(shù)控車床（如圖2-5）是使用較為廣泛的\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"數(shù)控機(jī)床之一，又稱為CNC車床，是國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機(jī)床，約占數(shù)控機(jī)床總數(shù)的25%。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械制造設(shè)備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點(diǎn)的工作母機(jī)。按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進(jìn)行加工。數(shù)控車床是數(shù)控機(jī)床的主要品種之一，它在數(shù)控機(jī)床中占有非常重要的位置，主要用于\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"軸類零件或盤類零件的內(nèi)外圓柱面、任意錐角的內(nèi)外圓錐面、復(fù)雜回轉(zhuǎn)內(nèi)外曲面和圓柱、圓錐螺紋等切削加工，并能進(jìn)行切槽、\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔及鏜孔等。 圖2-5數(shù)控車床（四）自動倉儲立體柜隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，自動化立體倉庫廣泛應(yīng)用于航空、軍事工業(yè)、汽油石化、金融和冶金等領(lǐng)域，其在我國倉儲領(lǐng)域中占據(jù)著重要地位。自動化立體倉庫采用計(jì)算機(jī)分級控制管理，可實(shí)時(shí)顯示更新數(shù)據(jù)圖像和實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，自動化程度達(dá)到新高度。Modula立體貨柜如圖2-6是以金屬托盤為儲存單位，通過中央升降小車的牽引，實(shí)現(xiàn)貨物的垂直化倉儲管理。立體貨柜是儲存、提取和放置物料及產(chǎn)品的自動機(jī)器，能夠利用Copilot的觸摸屏控制面板來操控機(jī)器的功能。Modula能夠適應(yīng)狹小空間，占地面積小而儲存量大，并且安全、準(zhǔn)確、省時(shí)，利于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)化庫存管理。（五）地軌機(jī)器人地軌機(jī)器人如圖2-7，安裝于機(jī)器人地軌，主要實(shí)現(xiàn)機(jī)加工區(qū)域即五軸、銑車加工中心、立式車床加工中心等機(jī)床的相對運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)進(jìn)出料接駁料道與立體貨柜之間的工件搬運(yùn)動作。機(jī)器人雙手爪的夾具如圖2-8，用于機(jī)床自動化加工單元上下料工件夾持，具有較高的定位精度和抓持穩(wěn)定性，定位精度高、耐用性好、維護(hù)簡單。圖2-6Modula立式柜圖2-7FANUC機(jī)器人（六）AGV小車AGV(AutomatedGuidedVehicles)又名無人搬運(yùn)車（圖2-9），通常也稱為AGV小車。具有電磁或\t"/item/AGV%E5%B0%8F%E8%BD%A6/_blank"光學(xué)等自動導(dǎo)航裝置，能夠沿規(guī)定的導(dǎo)航路徑行駛，不需要人工引航，將貨物或物料自動從起始點(diǎn)運(yùn)送到目的地，具有安全保護(hù)以及各種移載功能。AGV的特點(diǎn)：1、柔性好，自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運(yùn)行路徑改變費(fèi)用低。2、一般配備有裝卸機(jī)構(gòu)，可以與其他物流設(shè)備自動接口，實(shí)現(xiàn)貨物和物料裝卸與搬運(yùn)全過程自動化。3、清潔生產(chǎn)，AGV依靠自帶的蓄電池提供動力，運(yùn)行過程中無噪聲、無污染，可以應(yīng)用在許多要求工作環(huán)境清潔的場所。圖2-8機(jī)器人雙手爪夾具圖2-9AGV小車生產(chǎn)線智能化程度影響產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、效率和成本。隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等的提出，智能制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，是目前制造業(yè)領(lǐng)域研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。為適應(yīng)市場的需求，越來越多的企業(yè)組建智能制造生產(chǎn)線。通過新建或改造智能制造生產(chǎn)線，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并且可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)加工全過程信息的監(jiān)控與管理，為智能制造技術(shù)技能人才培養(yǎng)和服務(wù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了實(shí)踐平臺?！静襟E二】任務(wù)實(shí)施（10min）任務(wù)內(nèi)容：項(xiàng)目名稱智能制造生產(chǎn)線班級姓名學(xué)號組別任務(wù)內(nèi)容學(xué)習(xí)生產(chǎn)線的組成及其工作原理，增加學(xué)生的知識儲備，提高行業(yè)興趣任務(wù)目標(biāo)了解智能制造生產(chǎn)線的基本組成和特點(diǎn)；熟悉智能制造生產(chǎn)線的工作過程；資料工具設(shè)備第三部分：課堂總結(jié)、布置作業(yè)及課后預(yù)習(xí)要求（5min）一、課堂總結(jié)二、擴(kuò)展思考ROBOGUIDE是發(fā)那科機(jī)器人公司提供的一個(gè)仿真軟件，它圍繞一個(gè)離線的三維世界進(jìn)行模擬，在這個(gè)三維世界中模擬真實(shí)的機(jī)器人和周邊設(shè)備的布局，進(jìn)一步模擬機(jī)器人的運(yùn)動軌跡。通過這樣的模擬可以驗(yàn)證方案的可行性同時(shí)獲得準(zhǔn)確的