制造自动化技术.pptx

2、成制造系统(CIMS) 6 表1-1 三种自动化形式比较比较项目刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目标减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，缩短产品制造周期除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，提高对市场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点通过机、电、液气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面典型系统与装备自动机床、组合机床，机械手，自动生产线 NC

3、机床，加工中心，工业机器人，DNC，FMC，FMS CAD/CAM系统，MRP，CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生产各种生产类型关键技术继电器程序控制技术，经典控制论数控技术，计算机控制，GT，现代控制论系统工程，信息技术，计算机技术，管理技术7 图4-1 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代8 柔性自动化50年代图4-2 焊接机器人综合自动化70年代图7-3 综合自动化9制造全球化的概念出于美日欧等发达国家的智能系统计划。近年来随着Internet技术的发展，制造全球化的研究和应用发展迅速。制造全球化制造网络化敏捷制造是一种面向21世纪的制造战略和现代制造模式，敏捷

4、化是制造环境和制造过程面向21世纪制造活动的必然趋势。制造敏捷化 10虚拟制造(VM)是以制造技术和计算机技术支持的系统建模技术和仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、并行工程、人工智能、人工现实技术和多媒体技术等多种高新技术为一体，由多学科知识形成的一种综合系统技术。制造虚拟化绿色制造是一个综合考虑环境影响和资源效率的现代制造模式，其目标是使得产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理的整个产品生命周期中，对环境的影响(负作用)最小，资源效率最高。制造绿色化智能制造技术的宗旨在于通过人与智能机器的合作共事，去扩大、延伸和部分地取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现制造过程的

5、优化。制造智能化11 12 1948年，美国帕森斯(Parsons)公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床来加工样板曲线的设想。后来受美国空军委托，帕森斯公司与麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室合作进行研制工作，于1952年研制成功世界上第一台三坐标立式数控铣床。13这是一种借助数字、字符或其它符号对某一工作过程（如加工、测量、装配等）进行控制的自动化方法。是用计算机通过数字信息来自动控制机械加工的机床。具体地说，数控机床是通过编制程序，即通过数字(代码)指令来自动完成机床各个坐标的协调运动，正确地控制机床运动部件的位移量，并且按加工的动作顺序要求自

6、动控制机床各个部件的动作指用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。由于计算机应用技术的成熟，数控系统均采用了计算机数控（CNC，Computer Numerical Control）以区别于传统的NC。14 图图4-4 数控机床组成框图数控机床组成框图 15伺服驱动装置检测反馈装置由硬件和软件部分组成，接受输入代码经缓存、译码、运算插补等转变成控制指令，实现直接或通过PLC对伺服驱动装置的控制。是数控装置和机床主机之间的联接环节，接受数控装置的生成的进给信号，经放大驱动主机的执行机构，实现机床运动。是通过检测元件将执行元件（电机、刀架）或工作台的速度和位移检测出来，反馈给数控装置构成闭环

7、或半闭环系统。16PLC、机床I/O电路和装置机床本体是数控机床的机械结构件（床身箱体、立柱、导轨、工作台、主轴和进给机构等PLC (Programmable Logic Controller)：用于完成与逻辑运算有关顺序动作的I/O控制，它由硬件和软件组成；机床I/O电路和装置：实现I/O控制的执行部件(由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；17经济型数控车床经济型数控车床全功能数控车床全功能数控车床18 车削中心19 立式数控铣床立式数控铣床卧式数控铣床卧式数控铣床龙门数控铣床龙门数控铣床20 经济型数控铣床经济型数控铣床高速数控铣床高速数控铣床21立式立式加工中心加工中心卧

8、式卧式加工中心加工中心22 硬线数控硬线数控G1: 19521955，电子管，电子管 G2: 19551959，晶体管，晶体管G3:19591965，小规模集成电路，小规模集成电路 23计算机数控计算机数控G4: 1970s (19701974)，小型，小型计算机计算机 G5: 1974-微处理器微处理器 (MCNC) 1979超大规模集成电路超大规模集成电路 (VLIC)G6: 1994 基于基于PC-NC.24 25 26 2728并联机床并联机床HexaM简图简图并联机床结构示意简图（并联机床结构示意简图（6SPS机构机构）该机床的运动路线为该机床的运动路线为: 6个伺服电机的运动个伺服

9、电机的运动通过丝杠通过丝杠(驱动轴驱动轴) 、螺母和连杆传给装有螺母和连杆传给装有电主轴的刀具夹板，电主轴的刀具夹板，从而带动刀具作任意从而带动刀具作任意空间曲线运动空间曲线运动。该并联机床由运动平台、固定平台以及能伸缩该并联机床由运动平台、固定平台以及能伸缩的若干驱动杆组成的若干驱动杆组成，运动平台与固定平台由运动平台与固定平台由6根驱动杆（伸缩杆）相连根驱动杆（伸缩杆）相连，每个驱动杆两端都每个驱动杆两端都是球铰副是球铰副，中间有一个移动副中间有一个移动副。驱动器驱动移驱动器驱动移动副作相对运动动副作相对运动，改变伸缩杆的长度改变伸缩杆的长度，便可改便可改变运动平台的位姿变运动平台的位姿，

10、若将刀具安装在运动平台若将刀具安装在运动平台上上，则通过控制六杆长度的变化则通过控制六杆长度的变化，便可改变刀便可改变刀具在空间的位置与姿态具在空间的位置与姿态，满足加工要求满足加工要求.29ZXY 图图4-5 传统机床传统机床30机机床床框框架架杆件杆件动平台动平台图图4-6 并联机床并联机床31运动精度高：运动精度高：有效地减少了运动链的长度，将支撑与传动功能集成一体有效地减少了运动链的长度，将支撑与传动功能集成一体可实现高速加工：可实现高速加工：运动部件少，质量轻，有利于获得高的进给速度运动部件少，质量轻，有利于获得高的进给速度机床刚性好：机床刚性好：消除了悬臂结构，没有横梁、立柱等承

11、受弯曲的载荷部件消除了悬臂结构，没有横梁、立柱等承受弯曲的载荷部件结构简单结构简单P800M型并联运动机床32 33 34 35分类名称分类名称简要解释简要解释操作型机器人能自动控制，可重复编程，多功能，有几个自由度，可固定或运动，用于相关自动化系统中。程控型机器人按预先要求的顺序及条件，依次控制机器人的机械动作。示教再现型机器人通过引导或其它方式，先教会机器人动作，输入工作程序，机器人则自动重复进行作业。数控型机器人不必使机器人动作，通过数值、语言等对机器人进行示教，机器人根据示教后的信息进行作业。感觉控制型机器人利用传感器获取的信息控制机器人的动作。适应控制型机器人机器人能适应环境的变化，

12、控制其自身的行动。学习控制型机器人机器人能“体会”工作的经验，具有一定的学习功能，并将所“学”的经验用于工作中。智能机器人以人工智能决定其行动的机器人。36 37 383940411-手臂及手腕 2-臂架 3-橡皮缓冲器 4-肘形节杆 5-回转台 6-基座 7-连接电缆 8-转台缓冲器 9-第一轴(转台)电动机(M1) 10、14-平衡气缸 11-第二轴(臂架)电动机(M2)12-第三轴螺杆 15-驱动臂架 16-电动机组(M4、M5、M6) 17-控制柜42431-焊接电源 2-显示器 3一机器人控制装置 4-夹具控制装置 5-工件 6-焊接夹具 7-机器人44 1-小臂 2-大臂 3-转台

13、 4-基座4546该机器人是用来抓取、搬运来自输送带或输送机上流动的物品的自动化装置。主要由搬人机械部件、机器主体部件、搬出机械部件和系统控制等基本部分组成。 1-装卸运输机 2-极式输送机 3-极式分配器 4-横进给式输送机 5-操作台 6-控制台 7-多工位式输送机 47484950 51 5253图4-4 FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站54FMS结构框图结构框图 55q 加工单元CNC（MC）机床工作台架（暂存工件）机器人或托盘交换装置检测、监控装置设备运行状态监控与检测（图4-5）传感器群信号

14、采集预处理特征提取状态识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常状态模式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配状态异常报警预知故障报警输出图4-5 设备运行状态监控与检测框图56钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。加工过程监控与检测重点是刀具磨损、破损监控与检测。图4-6为声发射钻头破损检测装置示意图。加工过程中，一旦钻头破损，声发射传感器检测到钻头破损信号，将其送至钻头破损检测器进行处理。钻头破损检测器图4-6 声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号57q 物料传输系统又称立体仓

15、库或自动化仓库系统（Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高层料架、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。自动仓库（图4-7）图4-7 自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架58 传输装置滚式链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）带式有轨无轨（AGV）固定路线随机路线电磁式（图7-8）光电式（图7-9）传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人59 无轨小车又称自动引导小车（AGV, Automated Guide Vehicle）。图

16、4-21（a）为其示意图，小车上有托盘交换台3，工作台1与托盘2由交换台推上机床的工作台进行加工，加工好的工件连同托盘拉回到小车的交换台上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车路线常用电缆或光电引导。图4-21（b）为电缆引导的原理图，在地面（6）下埋设有导向电缆8，通以低频电流，在电缆周围形成磁场7。固定在小车车身内的两个19感应线圈5中即产生电压，当小车运行偏离电缆时，两线圈的电压不相等，转向电机4即正向或反向旋转以校正小车的位置，使小车总是沿电缆引导的路线行走。光电引导方式是在地面上铺设反光的不锈钢带，利用光的反射使小车上的一排光电管产生信号，以引导小车沿反光带运动。 60图图4-8 自动引导小车自动引导小车(AGV) 61转向舵比较放大电路信号拾取线圈引导电缆图4-8 电磁引导原理在地面上埋设引导电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。电磁导向方式原理（图4-8）62沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器

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