自動化制造系統(tǒng)的組成

關(guān)于自動化制造系統(tǒng)的組成第一節(jié)自動化制造系統(tǒng)的常見類型第2頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、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3頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、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4頁,共73頁，2024年2月25日，星期天控制系統(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5頁,共73頁，2024年2月25日，星期天曲拐加工自動線第6頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、分布式數(shù)字控制DirectNumericalControl/DistributedNumericalControl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(dú)立工作現(xiàn)代：DNC-CNC中央計算機(jī)、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)視第7頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、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(jī)械手5—機(jī)器人6—加工中心控制器

7—車床數(shù)控裝置8—龍門式機(jī)械手控制器9—小車控制器10—加工中心控制器11—機(jī)器人控制器

12—單元控制器13、14—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8頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、柔性制造單元1－刀具庫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9頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、柔性制造單元第10頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、柔性制造單元第11頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(FMS)

柔性制造系統(tǒng)（Flexible

Manufacturing

System）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12頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、柔性制造系統(tǒng)2.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13頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、柔性制造系統(tǒng)４．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(yùn)輸系統(tǒng)；⑤集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。第14頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、柔性制造系統(tǒng)131324511216111069111815147具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)第15頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)：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16頁,共73頁，2024年2月25日，星期天五、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17頁,共73頁，2024年2月25日，星期天六、柔性裝配線裝配站（可編程裝配機(jī)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18頁,共73頁，2024年2月25日，星期天七、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(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19頁,共73頁，2024年2月25日，星期天

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(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20頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)自動化加工設(shè)備第21頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、組合機(jī)床組合機(jī)床特點(diǎn)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(jī)通信機(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22頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、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23頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、一般數(shù)控機(jī)床第24頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、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。第25頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、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27頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、加工中心第28頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)工件儲運(yùn)系統(tǒng)第29頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、工件儲運(yùn)系統(tǒng)的組成

工件儲運(yùn)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(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30頁,共73頁，2024年2月25日，星期天工件儲運(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31頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、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(fù)式。第32頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、工件輸送設(shè)備運(yùn)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(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(diǎn)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?。辉肼曒^大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護(hù)自身安全。第33頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、工件輸送設(shè)備運(yùn)輸小車自動導(dǎo)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(yùn)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(yùn)輸小車、地下電纜和控制器）AGV的自動導(dǎo)向路徑尋找第34頁,共73頁，2024年2月25日，星期天磁感應(yīng)AGV自動導(dǎo)向原理圖MMMM12344321R第35頁,共73頁，2024年2月25日，星期天自動化物料輸送系統(tǒng)第36頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、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(diǎn)：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37頁,共73頁，2024年2月25日，星期天自動化立體倉庫第38頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、工件存儲系統(tǒng)—自動化立體倉庫堆垛起重機(jī)堆垛起重機(jī)可采用有軌或無軌方式堆垛機(jī)上有貨格狀態(tài)檢測器自動化立體倉庫的管理與控制貨物的自動識別與存取計算機(jī)管理計算機(jī)控制堆垛起重機(jī)第39頁,共73頁，2024年2月25日，星期天自動化物料存儲系統(tǒng)第40頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第四節(jié)刀具準(zhǔn)備及儲運(yùn)系統(tǒng)第41頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、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42頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、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43頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、刀具預(yù)調(diào)儀第44頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、刀具預(yù)調(diào)儀第45頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、中央刀庫第46頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第五節(jié)工業(yè)機(jī)器人第47頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、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48頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、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49頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、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)型關(guān)節(jié)型按控制方式分點(diǎn)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50頁,共73頁，2024年2月25日，星期天工業(yè)機(jī)器人第51頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第52頁,共73頁，2024年2月25日，星期天第六節(jié)質(zhì)量控制和運(yùn)行監(jiān)控系統(tǒng)第53頁,共73頁，2024年2月25日，星期天一、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54頁,共73頁，2024年2月25日，星期天二、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55頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（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(dú)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(diǎn)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56頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（一）三坐標(biāo)測量機(jī)第57頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（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(diǎn)：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58頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（二）有自動測量功能的數(shù)控機(jī)床第59頁,共73頁，2024年2月25日，星期天（三）測量機(jī)器人

機(jī)器人測量具有在線、靈活、高效等特點(diǎn)，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60頁,共73頁，2024年2月25日，星期天三、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61頁,共73頁，2024年2月25日，星期天四、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ACOACC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62頁,共73頁，2024年2月25日，星期天五、環(huán)境及安全監(jiān)測電網(wǎng)的電壓及電流值監(jiān)測空氣的溫度和濕度監(jiān)測供水、供氣壓力和流量監(jiān)測火災(zāi)監(jiān)測人員安全監(jiān)測第63頁,共73頁，