先進(jìn)制造技術(shù)導(dǎo)論5課件

1、第五章 制造自動(dòng)化技術(shù)5.1 制造自動(dòng)化技術(shù)概述5.2 機(jī)床數(shù)控技術(shù)5.3 工業(yè)機(jī)器人5.4 柔性制造技術(shù)第一節(jié) 制造自動(dòng)化技術(shù)概述 5.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵 5.1.2 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀 5.1.3 制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢自動(dòng)化：自動(dòng)去完成特定的作業(yè)。制造自動(dòng)化（狹義）：生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品機(jī)械加工和裝配檢驗(yàn)過程的自動(dòng)化；制造自動(dòng)化（廣義）：包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)、企業(yè)管理、加工過程和質(zhì)量控制等產(chǎn)品制造全過程綜合集成自動(dòng)化。制造自動(dòng)化意義：顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、提高企業(yè)的市場競爭能力。

2、5.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵剛性自動(dòng)化 設(shè)備-自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線； 對(duì)象-單一品種大批量生產(chǎn)自動(dòng)化； 特點(diǎn)-生產(chǎn)效率高、加工品種單一。數(shù)控加工柔性自動(dòng)化 設(shè)備-NC、CNC、FMC、FMS等。 對(duì)象-多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動(dòng)化；計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) 經(jīng)營管理、開發(fā)設(shè)計(jì)、加工裝配、質(zhì)量保證自動(dòng)化，CIMS、CE、LP、AM等。新的制造自動(dòng)化模式5.1.2 制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向當(dāng)前制造自動(dòng)化技術(shù)研究領(lǐng)域和方向 集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)研究 自動(dòng)化系統(tǒng)中人因作用的研究 數(shù)控單元系統(tǒng)的研究 制造過程的計(jì)劃和調(diào)度研究 柔性制造技術(shù)的研究 現(xiàn)代生

3、產(chǎn)模式制造環(huán)境的研究 機(jī)器人化制造技術(shù)的研究（工業(yè)機(jī)器人、智能加工中心、坐標(biāo)測量機(jī)、自動(dòng)導(dǎo)引小車) 制造敏捷化 使企業(yè)面臨市場競爭作出快速響應(yīng)； 制造網(wǎng)絡(luò)化 實(shí)現(xiàn)制造過程的集成，實(shí)現(xiàn)異地制造、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)作業(yè)； 制造虛擬化 保證產(chǎn)品和制造過程一次成功，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中可避免的缺陷和錯(cuò)誤； 制造智能化 擴(kuò)大、延伸、部分取代人類專家在制造過程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的制造過程。 制造全球化 市場國際化，產(chǎn)品制造跨國化，制造資源跨國家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用； 制造綠色化 使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢處理全生命周期中，對(duì)環(huán)境影響最小，資源利用率最高。5.1.3 制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢第二節(jié) 機(jī)床數(shù)控技術(shù)

4、 5.2.1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng) 5.2.2 機(jī)床伺服系統(tǒng) 5.2.3 數(shù)控加工編程技術(shù) 5.2.4 機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的發(fā)展數(shù)控技術(shù)的發(fā)展硬件數(shù)控階段NC(1952-1970) 第一代：電子管； 第二代：晶體管； 第三代：小規(guī)模集成電路；計(jì)算機(jī)數(shù)控階段CNC（1970-現(xiàn)在) 第四代：小型計(jì)算機(jī)； 第五代：微處理器； 第六代：PC微機(jī)(PCNC)5.2.1 機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的組成及功能CNCCNC系統(tǒng)組成：系統(tǒng)組成：數(shù)控裝置、PLC、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、I/O接口、 控制面板、人機(jī)界面數(shù)控裝置功能：數(shù)控裝置功能： 控制功能-單軸、多軸聯(lián)動(dòng)控制； 準(zhǔn)備功能-包括移

5、動(dòng)、暫停、坐標(biāo)設(shè)定、固定循環(huán)等功能； 插補(bǔ)功能-直線插補(bǔ)、圓弧插補(bǔ)、拋物線等； 輔助功能-主軸啟停、冷卻潤滑通斷、刀庫的啟停等； 補(bǔ)償功能-刀具半徑/刀具、反向間隙、螺距、溫度等補(bǔ)償功能。PLC功能：控制面板、主軸停啟與換向、刀具更換、冷卻潤滑啟停、工件夾緊與松開、工作臺(tái)分度等開關(guān)量的控制。CNC數(shù)控系統(tǒng)組成原理數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)單CPU結(jié)構(gòu) 通過總線使CPU與存儲(chǔ)器和各種接口相連接，集中控制、分時(shí)處理工作方式。多CPU結(jié)構(gòu) 多個(gè)CPU通過公用地址和數(shù)據(jù)總線互連，各自完成功能，系統(tǒng)速度高、處理能力強(qiáng)。 PC微機(jī)CNC系統(tǒng) 具有微機(jī)豐富的軟硬件資源、友好的人機(jī)界面、擁有多媒體和

6、網(wǎng)絡(luò)功能，是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。基于PC微機(jī)和PMAC的CNC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成數(shù)控系統(tǒng)的軟件組成開放式數(shù)控系統(tǒng)開放式數(shù)控系統(tǒng)開放性：滿足CNC系統(tǒng)快速發(fā)展和用戶自主開發(fā)需要PC微機(jī)型開放式CNC系統(tǒng)形式：專用數(shù)控嵌入PC主板 是專用數(shù)控系統(tǒng)商提供的形式，僅限于PC部分開放，其專用數(shù)控部分仍處于封閉狀態(tài)。PC機(jī)+運(yùn)動(dòng)控制卡 提供底層數(shù)控接口，支持二次開發(fā)和擴(kuò)展，有上下兩級(jí)開放性，如PMAC運(yùn)動(dòng)控制器。純PC軟件型 尚未形成商品，代表數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展方向。組成：位置控制單元、速度控制單元、伺服電機(jī)、 檢測反饋單元4部分組成。分類： 按檢測系統(tǒng)分 開環(huán)系統(tǒng)、閉環(huán)系統(tǒng)、 半閉環(huán)系統(tǒng)、混合閉環(huán)

7、系統(tǒng)。按有控制電機(jī)分 步進(jìn)伺服、直流伺服、交流伺服。4.2.2 機(jī)床伺服系統(tǒng)半閉環(huán)伺服系統(tǒng)松下交流伺服系統(tǒng)的總體接線圖1-交流伺服電機(jī)2-伺服驅(qū)動(dòng)器3-控制系統(tǒng)4-控制連接電纜5-檢測連接電纜6-動(dòng)力電纜7-PLC電纜8-PLC交流伺服電機(jī)：異步電動(dòng)機(jī) 功率大、精度稍低、多用于主軸電機(jī)；永磁同步電動(dòng)機(jī) 精度要求高、價(jià)格貴，多用于容量 小的進(jìn)給伺服電機(jī)。交流伺服驅(qū)動(dòng)器：模擬式 工作速度快，系統(tǒng)頻率寬，體積大、 器件多、不易調(diào)試；數(shù)字式 控制方式改變僅需改變軟件，柔性好， 結(jié)構(gòu)緊湊，重復(fù)性好。檢測元件： 旋轉(zhuǎn)變壓器、脈沖編碼器等。數(shù)控加工手工編程一般步驟數(shù)控加工手工編程一般步驟5.2.3 數(shù)控加工

8、編程技術(shù)工藝分析數(shù)值計(jì)算NC程序編制輸入NC程序首件試切修改零件圖手工編制不足：效率低、復(fù)雜零件手工編程困難，周期長，錯(cuò)誤率高。計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程數(shù)控系統(tǒng)性能方面數(shù)控系統(tǒng)性能方面高速高精高效化 進(jìn)給速度80-120m/min，加速度1-2g，主軸dn=(1-3)*106，換刀小于1s；加工精度0.1m，甚至0.01m。柔性化 功能覆蓋面大，便于不同用戶的需求；物料流和信息流自動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整。工藝復(fù)合化和多軸化 如FANUC15可控軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)均達(dá)到24軸。實(shí)時(shí)智能化 配置編程專家系統(tǒng)、故障診斷專家系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)控制和模糊控制。5.2.4 機(jī)床數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢數(shù)控系統(tǒng)功能方面數(shù)

9、控系統(tǒng)功能方面用戶界面圖形化 方便了用戶，便于編程和圖形模擬；科學(xué)計(jì)算可視化 可視化技術(shù)可用于自動(dòng)編程、參數(shù)自動(dòng)設(shè)定、刀具補(bǔ)償和管理、加工過程仿真演示；插補(bǔ)和補(bǔ)償方式多樣化 插補(bǔ)：直線、圓弧、橢圓、螺紋、NURBS、多項(xiàng)式插補(bǔ)； 補(bǔ)償：反向間隙、垂直度、螺距、溫度補(bǔ)償?shù)?；?nèi)置高性能PLC 可用梯形圖或高級(jí)語言編程，具有在線調(diào)試和在線幫助功能；多媒體技術(shù)應(yīng)用 在實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷、生產(chǎn)過程監(jiān)測方面有重大應(yīng)用價(jià)值。體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展集成化 高度集成化芯片，提高數(shù)控系統(tǒng)集成度；模塊化 通過積木方式進(jìn)行功能裁剪和模塊數(shù)量的增減，構(gòu)成不同檔次的數(shù)控系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)化 可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，在任何一臺(tái)機(jī)床上

10、對(duì)其它機(jī)床進(jìn)行編程、設(shè)定、操作、控制；開放式閉環(huán)控制模式 易于將計(jì)算機(jī)智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體技術(shù)、CAD/CAM、伺服控制、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)管理、動(dòng)態(tài)仿真等技術(shù)融于一體，構(gòu)成制造過程閉環(huán)控制體系。 第三節(jié) 工業(yè)機(jī)器人5.3.1 工業(yè)機(jī)器人的組成與分類5.3.2 工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)5.3.3 工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)5.3.4 工業(yè)機(jī)器人半個(gè)世紀(jì)發(fā)展 的回顧與展望5.3.1 工業(yè)機(jī)器人的組成與分類工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)組成 工業(yè)機(jī)器人的組成工業(yè)機(jī)器人的組成 執(zhí)行機(jī)構(gòu)手部：用于抓取對(duì)象，有夾持式、吸附式等不同結(jié)構(gòu)腕部：聯(lián)接手部和手臂部件，用以調(diào)整手部姿態(tài)和方位臂部：承載負(fù)荷，改變空間位置機(jī)身：支撐臂部部件，擴(kuò)

11、大臂部活動(dòng)和作業(yè)范圍機(jī)座及行走機(jī)構(gòu)：機(jī)器人基礎(chǔ)件，確定或改變 機(jī)器人位置 控制系統(tǒng) 控制機(jī)器人按給定的程序動(dòng)作，記憶 示教指令，再現(xiàn)示教信息。 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成規(guī)定作業(yè)。 位置檢測裝置 檢測運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)。工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類-按系統(tǒng)功能分類專用機(jī)器人 以固定程序工作機(jī)器人，結(jié)構(gòu)簡單、無獨(dú)立控制系統(tǒng)、造價(jià)低廉，如自動(dòng)換刀機(jī)械手。通用機(jī)器人 可完成多種作業(yè)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作范圍大，定位精度高，通用性強(qiáng)。示教再現(xiàn)式機(jī)器人 在示教操作后，能按示教的順序、位置、條件重現(xiàn)示教作業(yè)。智能機(jī)器人 具有視覺、聽覺、觸覺功能，通過比較和識(shí)別,作出決策和規(guī)劃，完成預(yù)定的動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人的分

12、類工業(yè)機(jī)器人的分類-按驅(qū)動(dòng)方式分類氣壓傳動(dòng)機(jī)器人 以壓縮空氣作為動(dòng)力源，高速輕載；液壓傳動(dòng)機(jī)器人 采用液壓驅(qū)動(dòng)，負(fù)載能力強(qiáng)、 傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊、動(dòng)作靈敏；電氣傳動(dòng)機(jī)器人 交直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，結(jié)構(gòu)簡單、 響應(yīng)快、精度高。工業(yè)機(jī)器人的分類工業(yè)機(jī)器人的分類-按結(jié)構(gòu)形式分直角坐標(biāo)機(jī)器人 有三個(gè)正交平移坐標(biāo)軸,各個(gè)坐標(biāo)軸 運(yùn)動(dòng)獨(dú)立（圖a）；圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和兩個(gè)平移軸（圖b）；關(guān)節(jié)機(jī)器人 類似人手臂，由各關(guān)節(jié)組成，可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方 向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（圖c） ；球坐標(biāo)機(jī)器人 有兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和一個(gè)平移軸（圖d）。工業(yè)機(jī)器人的性能指標(biāo)工業(yè)機(jī)器人的性能指標(biāo)自由度 獨(dú)立運(yùn)動(dòng)數(shù)，自由度數(shù)越高，完成的動(dòng)作越復(fù) 雜，

13、通用性越強(qiáng)，應(yīng)用范圍也越廣。工作空間 機(jī)器人進(jìn)行工作的空間范圍。提取重力 微型機(jī)器人，提取重力 10N以下； 小型機(jī)器人，提取重力 10-50N； 中型機(jī)器人，提取重力 50-300N； 大型機(jī)器人，提取重力 300-500N； 重型機(jī)器人，提取重力 500N以上。運(yùn)動(dòng)速度 運(yùn)動(dòng)速度影響工作效率，與所提取的重力和 位置精度有關(guān)。位置精度 機(jī)器人定位精度一般在0.02-5mm范圍。機(jī)器人的工作空間a)圓柱坐標(biāo)機(jī)器人 b)球坐標(biāo)機(jī)器人 c)關(guān)節(jié)機(jī)器人5.3.2 工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成框圖工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類按控制回路：開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)按控制硬件：

14、機(jī)械控制、液壓控制、順序控制和計(jì)算機(jī)控制按自動(dòng)化程度：順序控制、程序控制、自適應(yīng)控制、智能控制按編程方式： 物理設(shè)置編程-由設(shè)置固定限位開關(guān)，實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)/停機(jī)操作 示教編程-示教完成操作信息記憶，然后再現(xiàn)示教過程 離線編程-通過機(jī)器人語言進(jìn)行編程控制按控制軌跡： 點(diǎn)位控制-不要求末端操作速度和運(yùn)動(dòng)軌跡，僅要求各坐標(biāo) 精確控制 輪廓控制-沒有插補(bǔ)器，按離散點(diǎn)坐標(biāo)及速度完成輪廓控制工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制位置伺服控制類型： 關(guān)節(jié)伺服控制-以每個(gè)關(guān)節(jié)作為單輸入/單輸出系統(tǒng)； 坐標(biāo)伺服控制-以手臂末端位置矢量作為控制目標(biāo)值。剛性臂控制系統(tǒng)的構(gòu)成關(guān)節(jié)伺服控制關(guān)節(jié)伺服控制 關(guān)節(jié)伺服控

15、制的構(gòu)成qdi:各關(guān)節(jié)位移指令目標(biāo)值qi,qi:各關(guān)節(jié)位置和速度反饋信號(hào)工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制模型參考自適應(yīng)控制自校正適應(yīng)控制系統(tǒng)示教編程示教編程示教階段:撥動(dòng)示教盒按鈕或手握機(jī)器人手臂，使之按需要 姿勢和路線進(jìn)行工作，示教信息存儲(chǔ)在記憶裝置中。工作再現(xiàn):從記憶裝置調(diào)用存儲(chǔ)信息，再現(xiàn)示教階段動(dòng)作。點(diǎn)位控制示教：逐一使每個(gè)軸達(dá)到需要編程點(diǎn)位置。輪廓控制示教：握住示教臂，以要求速度通過所給路線。特點(diǎn)：通過示教直接產(chǎn)生控制程序，無須手工編程，簡單 方便，適用于大批量生產(chǎn)。不足：軌跡精確度不高，需要存儲(chǔ)容量大。5.3.3 工業(yè)機(jī)器人的編程技術(shù)示教再現(xiàn)式控制系統(tǒng)工作原理機(jī)器人示教臂

16、離線編程離線編程HOLPSS離線編程與仿真系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖機(jī)器人編程語言機(jī)器人編程語言動(dòng)作級(jí)語言 每一個(gè)命令對(duì)應(yīng)一個(gè)動(dòng)作，語句格式為： MOVE TO 語句簡單，易于編程；不能進(jìn)行復(fù)雜計(jì)算，通信能力差，代表性語言：VAL 。對(duì)象級(jí)語言 有與動(dòng)作語言類似功能，能處理傳感器信息；通信和數(shù)字運(yùn)算功能強(qiáng)，代表性語言有AML、AUTOPASS。任務(wù)級(jí)語言 操作者直接下命令，不需要規(guī)定機(jī)器人每個(gè)動(dòng)作細(xì)節(jié)，自動(dòng)推理規(guī)劃，自動(dòng)生成機(jī)器人的動(dòng)作。工業(yè)機(jī)器人發(fā)展回顧工業(yè)機(jī)器人發(fā)展回顧50年代-萌芽期 58年第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人在美國問世。60年代-黎明期 推出圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)機(jī)器人，日本引進(jìn)美國機(jī)器人技術(shù)。70年代-

17、實(shí)用化期 計(jì)算機(jī)控制機(jī)器人、關(guān)節(jié)型機(jī)器人問世，推出VAL編程語言、視覺力覺傳感器；72年中國第一臺(tái)機(jī)器人誕生；70年代末全世界擁有萬臺(tái)以上機(jī)器人；日本成為機(jī)器人王國。80年代-普及期 80年代末機(jī)器人總數(shù)已達(dá)45萬臺(tái)。90年代-擴(kuò)展?jié)B透期 具有感覺機(jī)器人實(shí)用化，智能機(jī)器人相繼出現(xiàn)并開始走向應(yīng)用；1997年底，機(jī)器人總量達(dá)95萬臺(tái)。5.3.4 工業(yè)機(jī)器人發(fā)展回顧與展望工業(yè)機(jī)器人發(fā)展展望工業(yè)機(jī)器人發(fā)展展望執(zhí)行機(jī)構(gòu) 具有柔性感、靈巧性手爪和手臂；驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 采用形狀記憶合金、人工肌肉、壓電元件、撓性軸等新型驅(qū)動(dòng)器；移動(dòng)技術(shù) 步行、爬行，由4足、6足、8足或更多足組成；微型機(jī)器人 毫米級(jí)、納米級(jí)機(jī)器人，

18、微小位置姿態(tài)控制；微型電池；微小生物運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)等；多傳感器集成與融合技術(shù) 視覺、觸覺、嗅覺、味覺及其綜合；新型智能技術(shù) 模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、遺傳算法等；仿生機(jī)構(gòu) 模仿生物體構(gòu)造、移動(dòng)模式、運(yùn)動(dòng)機(jī)理、能量分配等，人工肌肉、蛇形移動(dòng)機(jī)構(gòu)、仿象鼻柔性臂、人造關(guān)節(jié)。第四節(jié) 柔性制造技術(shù)5.4.1 柔性制造系統(tǒng)基本概念5.4.2 FMS的加工系統(tǒng)5.4.3 FMS的工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)5.4.4 FMS的刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)5.4.5 FMS的控制與管理系統(tǒng)FMS定義和組成定義和組成定義：由兩臺(tái)以上加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)和控制系統(tǒng)組成，通過改變軟件程序適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)自動(dòng)化制造系統(tǒng)。組成：加工系統(tǒng)-CNC、

19、MC、FMC機(jī)床及測量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)；工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)-包括工件裝卸站、自動(dòng)化倉庫、自動(dòng)化運(yùn)輸小車、機(jī)器人、托盤緩沖站、托盤交換裝置等；刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)-包括刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、中央刀庫、機(jī)床刀庫、刀具輸送與交換裝置等；控制系統(tǒng)-對(duì)FMS進(jìn)行計(jì)劃調(diào)度、運(yùn)行控制、物料管理、系統(tǒng)監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)通信等；其他-冷卻、潤滑、排屑、清洗、去毛刺等附屬設(shè)備。5.4.1 柔性制造系統(tǒng)基本概念FMS基本組成典型的柔性制造系統(tǒng) 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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作； 遞階結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制，可以上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)

20、通信； 可進(jìn)行第三班無人值守生產(chǎn)。FMSFMS的特點(diǎn)的特點(diǎn)不同類型的柔性制造設(shè)備不同類型的柔性制造設(shè)備 柔性制造模塊（FMM） 相當(dāng)于功能齊全的加工中心； 柔性制造單元（FMC） 小型FMS，由1-2臺(tái)機(jī)床組成，自動(dòng)更換刀具，自動(dòng)上下工件； 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 控制與管理功能比FMC強(qiáng)，管理通信要求高； 柔性制造生產(chǎn)線（FML） 數(shù)控組合機(jī)床設(shè)備，專用性強(qiáng)、生產(chǎn)率高，相當(dāng)于數(shù)控自動(dòng)生產(chǎn)線，用于少品種、中大批量生產(chǎn)，為專用FMS。 柔性制造工廠（FMF） 全企業(yè)范圍生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)開發(fā)、加工制造和物料運(yùn)儲(chǔ)全盤自動(dòng)化。柔性制造單元1-加工中心機(jī)床2-托盤3-托盤站4-環(huán)形工作臺(tái)5-工件交換臺(tái)不同

21、類型柔性設(shè)備的適用范圍 加工系統(tǒng)的功能與要求加工系統(tǒng)的功能與要求 工序集中，減輕物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)； 控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好； 高剛度、高精度、高速度； 自保護(hù)與自維護(hù)性好； 使用經(jīng)濟(jì)性好； 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。5.4.2 FMS的加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)常用配置形式加工系統(tǒng)常用配置形式 棱體類零件：立式、臥式或立臥兩用加工中心； 回轉(zhuǎn)體零件：數(shù)控車床或車削加工中心機(jī)床。 配置形式： 互替式-是并聯(lián)配置，各機(jī)床功能可互相代替，具有 好的工藝柔性和較寬的工藝范圍。 互補(bǔ)式-是串聯(lián)配置，功能互相補(bǔ)充，各自完成特定的加工任務(wù)，生產(chǎn)率高，降低了可靠性。 混合式-互替式與互補(bǔ)式結(jié)合。臥式加工中心1-主軸

22、頭 2-刀庫 3-刀庫 4-立柱底座 5-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、6-工作臺(tái)底座車削加工中心1-刀庫 2-回轉(zhuǎn)刀架 3-換刀機(jī)械手 4-上下工件機(jī)器人 5-工件存儲(chǔ)站a)互替式 b)互補(bǔ)式 c)混合式FMS機(jī)床配置形式加工系統(tǒng)的輔助裝置加工系統(tǒng)的輔助裝置 機(jī)床夾具 組合夾具：利用標(biāo)準(zhǔn)化夾具零部件快速拼裝所需夾具； 柔性夾具：一部夾具能為多個(gè)加工對(duì)象服務(wù)。 托盤（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務(wù)，是各加工單元間的硬件接口。 自動(dòng)上下料裝置 托盤交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)橋梁； 工業(yè)機(jī)器人：具有較大的柔性度。組合夾具柔性夾具ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托盤基本形狀1-托盤導(dǎo)向面2-側(cè)面定位面3-安裝螺孔4

23、-工件安裝面5-中心孔6-托盤擱置面7底面8-工件固定孔9-托盤夾緊面10-托盤定位面回轉(zhuǎn)式托盤交換器往復(fù)式托盤交換器 5.4.3 FMS的工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng) 工件裝卸站 設(shè)在FMS入口，由人工完成裝卸； 托盤緩沖站 工件中間存儲(chǔ)站，起緩沖物料作用； 自動(dòng)化倉庫 多層立體布局結(jié)構(gòu)，由計(jì)算機(jī)控制，服從FMS命令和調(diào)度； 物料運(yùn)載裝置 負(fù)責(zé)在機(jī)床、自動(dòng)化倉庫和托盤緩沖站之間物料搬運(yùn)作業(yè)。傳送帶：用于小零件短程傳送，占據(jù)空間大、易磨損；自動(dòng)運(yùn)輸小車：分有軌小車、無軌小車；搬運(yùn)機(jī)器人：具有較高柔性和控制水平。 FMSFMS工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)組成工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)組成FMSFMS物料輸送基本回路物料輸送基本回路直線輸送回

24、路 沿直線路線單向或雙向移動(dòng)，順序地在 各個(gè)連接點(diǎn)停靠；環(huán)形輸送回路 運(yùn)載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動(dòng)；網(wǎng)狀輸送回路 由多個(gè)回路相互交叉組成，可由一條環(huán) 路移動(dòng)到另一回路。運(yùn)輸小車運(yùn)輸小車結(jié)構(gòu)：車體安裝平臺(tái)托盤交換裝置蓄電池控制系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)輸小車導(dǎo)向自動(dòng)運(yùn)輸小車導(dǎo)向 有軌小車 鐵軌導(dǎo)向，速度快，負(fù)載能力大，停靠準(zhǔn)確，可靠好，制造成本低，線路不便更動(dòng)，轉(zhuǎn)角不宜太大。 線導(dǎo)小車 電磁感應(yīng)導(dǎo)向，柔性大、擴(kuò)展性好、不怕污染、工作可靠。 光導(dǎo)小車 采用帶有熒光材料油漆或色帶，通過光電制導(dǎo)，改變線路非常容易，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格。 激光燈臺(tái)制導(dǎo) 小車頂部裝有激光裝置，通過固定位置反射激光束信息，確定小車位置。AG

25、V電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理激光燈臺(tái)制導(dǎo)原理自動(dòng)化倉庫自動(dòng)化倉庫 貨架 為一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)有地址編碼，貨架之間有巷道，每個(gè)巷道配有專用堆垛機(jī)。 堆垛機(jī) 由托架、貨叉、支柱、上下導(dǎo)軌、移動(dòng)電動(dòng)機(jī)以及傳感器構(gòu)成的三維搬運(yùn)設(shè)備。 控制與管理系統(tǒng) 負(fù)責(zé)物料信息的登錄、識(shí)別，物料自動(dòng)存取，倉庫管理。自動(dòng)化倉庫示意圖堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-上導(dǎo)軌 2-支柱 3-物料 4-托架 5-移動(dòng)電動(dòng)機(jī) 6-傳感器5.4.4 FMS的刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)的組成刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)的組成 刀具預(yù)調(diào)站 設(shè)在FMS之外，按要求對(duì)刀具進(jìn)行裝配和調(diào)整； 刀具裝卸站 是刀具進(jìn)出FMS入口，多為排架式框架結(jié)構(gòu)； 刀具庫系統(tǒng) 存放當(dāng)前加工所需的機(jī)床

26、刀庫，容量小；存放各加工單元共享的中央刀庫，容量大； 刀具運(yùn)載交換裝置 負(fù)責(zé)刀具運(yùn)輸和交換，適時(shí)向加工單元提供所需刀具； 計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)-控制刀具運(yùn)輸、存儲(chǔ)和管理，監(jiān)控管理刀具的使用，及時(shí)取走已報(bào)廢或壽命已耗盡的刀具。 刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)作業(yè)過程刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)作業(yè)過程刀具刃磨人工組裝刀具預(yù)調(diào)刀具裝卸站中央刀具庫需重磨或報(bào)廢刀具加工單元刀庫加工單元刀庫加工單元刀庫刀具運(yùn)載交換裝置刀具運(yùn)載交換裝置FMS中刀具交換內(nèi)容： 機(jī)床刀庫與機(jī)床主軸刀具交換-由機(jī)床換刀裝置完成； 刀具裝卸站、中央刀庫、各機(jī)床刀庫間刀具交換； AGV運(yùn)載刀架與機(jī)床刀庫間刀具交換。刀具交換運(yùn)載工具： 換刀機(jī)器人-有地軌和高架導(dǎo)軌形式

27、； 刀具運(yùn)載小車-在小車上放置一個(gè)裝載刀架，并附設(shè)小 型機(jī)器人，負(fù)責(zé)刀具交換。 高架導(dǎo)軌式的換刀機(jī)器人1-縱向?qū)к?2-橫梁 3-滑臺(tái) 4-換刀機(jī)器人高架導(dǎo)軌式的換刀機(jī)器人1-AGV 2-裝載刀架 3-機(jī)器人 4-機(jī)床刀庫刀具破損的監(jiān)控刀具破損的監(jiān)控監(jiān)測方法傳 感 原 理傳 感 器直接法光學(xué)圖像光發(fā)射、折射、TV攝像光敏、激光、光纖、CCD、攝像管接觸電阻，開關(guān)量，磁力線電阻電路，開關(guān)電路，磁間隙傳感器間接法切削力切削力，切削分力比例應(yīng)變片，力傳感器扭矩主軸或進(jìn)給系統(tǒng)扭矩應(yīng)變片，電流表功率主軸或進(jìn)給系統(tǒng)功率消耗功率傳感器振動(dòng)切削過程振動(dòng)及其變化加速度計(jì)，振動(dòng)傳感器超聲波接受超聲波的反射波超聲波換能器與接受器噪聲切削區(qū)環(huán)境噪聲探測拾音器聲發(fā)射刀具破損時(shí)聲發(fā)射信號(hào)聲發(fā)射傳感器刀具的信息管理刀具的信息管理靜態(tài)刀具信息：固定不變的信息，如刀具類型、編碼、幾何 形狀、結(jié)構(gòu)參數(shù)等。動(dòng)態(tài)刀具信息：隨時(shí)間不斷變化的刀具參數(shù)，如刀具壽命、 實(shí)際參與切削時(shí)間、工作直徑和長度等。四層結(jié)構(gòu)的刀具信息管理系統(tǒng)： 第1層-實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)文件，每把在線刀具都擁有獨(dú)立文件， 記載刀具實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；第2層-靜態(tài)刀具類型文件，每一類刀具擁有一個(gè)文件；第3層-刀具組件文件；第4層-刀具元件文件。FMS刀具信息的管