1、第四章制造自動化技術，本章的主要內(nèi)容，制造自動化技術概述，數(shù)控技術，工業(yè)機器人，柔性制造系統(tǒng)，第四章制造自動化技術制造自動化技術，計算機輔助設計(CAD)計算機輔助產(chǎn)品工程(CAE)計算機產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)，產(chǎn)品設計自動化自動化處理流程，包括多種計算機控制技術，如自動檢測和監(jiān)控設備；自動化質(zhì)量管理；計算機輔助處理設計(CAPP)；計算機輔助制造(CAM)；自動獨立和剛性自動生產(chǎn)線； 這個階段在40-50年代相當成熟。特征：高生產(chǎn)率和硬結(jié)構，很難改變生產(chǎn)產(chǎn)品。適合大量生產(chǎn)引進的新技術包括繼電器程序控制、組合機床等。第一階段(1913-):剛性自動化，第二階段(1930-): NC加工，NC和

2、CNC此階段的NC從20世紀50年代到70年代成熟，但在70-80年代，CNC取代了NC。特征：靈活，加工質(zhì)量優(yōu)良，適用于多品種、中小型大批量(單包)產(chǎn)品生產(chǎn)。引進的新技術包括數(shù)控技術、計算機編程技術等。4.1.1制造自動化技術相結(jié)合，4.1.1制造自動化技術相結(jié)合，4.1.1制造自動化技術相結(jié)合，汽車后橋齒輪箱加工自動生產(chǎn)線，4.1.1制造自動化技術相結(jié)合，4.1.2制造自動化技術的發(fā)展趨勢，制造環(huán)境中的內(nèi)部網(wǎng)絡，實現(xiàn)制造過程的集成。通過制造環(huán)境和整個制造企業(yè)網(wǎng)絡將制造環(huán)境與企業(yè)的工程設計、管理信息系統(tǒng)等各種子系統(tǒng)集成在一起。企業(yè)間網(wǎng)絡，實現(xiàn)企業(yè)間資源共享、組合和優(yōu)化利用。通過網(wǎng)絡實現(xiàn)異地制

3、造。4.1.2制造自動化技術的發(fā)展趨勢，4章制造自動化技術制造自動化技術，流程“先進制造技術”，4.2.1 CNC機床的基本概念，1948年美國帕森斯公司開發(fā)加工直升機刀片輪廓檢查模板的機床時，首先應用電子計算機控制機器加工模板曲線的設想。在美國空軍的委托下，帕森斯與MIT伺服研究所合作，于1952年成功開發(fā)了世界上第一臺3坐標垂直CNC銑床。CNC機床的誕生，MIT伺服實驗室，4.2.1 CNC機床的基本概念是通過數(shù)字、字母或其他符號控制操作過程(例如加工、測量、裝配等)的自動化方法。是用計算機通過數(shù)字信息自動控制加工的加工工具。特別是cNC機床是指通過數(shù)字(代碼)命令自動完成機器個別坐標的

4、調(diào)整運動、精確控制機器運動零件位移、根據(jù)加工運動順序自動控制機器個別零件運動的程序、數(shù)字控制(NC)、NC技術、數(shù)字體積和文字執(zhí)行命令并自動控制的技術。隨著計算機應用技術的成熟，數(shù)控系統(tǒng)使用計算機數(shù)字控制(CNC，Computer Numerical Control)來區(qū)別于傳統(tǒng)NC。NC機器(NC Machine)、NC系統(tǒng)(NC System)自動讀取輸入介質(zhì)上記錄的程序，對其解碼，控制機器運動，并實現(xiàn)零件加工過程的程序控制系統(tǒng)。計算機數(shù)字控制系統(tǒng)(CNC)由帶有CNC系統(tǒng)程序的專用計算機、I/o設備、編程序列控制器(PLC)、內(nèi)存、主軸驅(qū)動和進給驅(qū)動程序組成，CNC機床框圖，4.2.2

5、CNC機床配置，CNC設備，伺服驅(qū)動器，測試反饋設備，4.2.2 CNC機床配置，硬件和軟件組件，緩存，解碼，運算插值等接受輸入代碼作為控制命令，直接或通過PLC控制伺服驅(qū)動器，是數(shù)控設備與機床主機之間的連接環(huán)，接收數(shù)控設備生成的進給信號，擴大主機的執(zhí)行機制，實現(xiàn)機械運動。對NC設備的反饋可檢測執(zhí)行元件(電動機、刀架)或工作臺的速度和位移，從而構成閉環(huán)或半閉環(huán)系統(tǒng)。PLC，機器I/O電路和裝置，機器主體，4.2.2 CNC機床的組成，CNC機床的機械結(jié)構零件(床箱、柱、導軌、工作臺、主軸和進給機構等)，PLC(program MMC)機床I/O回路和設備：實施I/O控制的執(zhí)行部件的邏輯回路，由

6、繼電器、電磁閥、行程開關、接觸器等組成；1 .手動程序設計手動程序設計是指手動完成零件模式分析、流程處理、數(shù)學處理、程序設計和輸入介質(zhì)準備的每個步驟，直至程序檢查。2.自動編程是利用計算機編譯NC加工程序、自動輸出零件加工程序、自動創(chuàng)建控制介質(zhì)的過程稱為自動編程。1959年，美國麻省理工學院成功開發(fā)了自動編程工具(APT)系統(tǒng)。3.面向工廠的編程(WOP)手動編程和自動編程之間的編程方法。該產(chǎn)品提供了人機交互界面，使用計算機執(zhí)行復雜的數(shù)學處理任務，工程師可以輕松集成到自己積累的處理經(jīng)驗中。4.CAD/cam集成系統(tǒng)NC編程是一種自動編程方法，包括基于待加工零件CAD模型的加工技術規(guī)定和NC編程

7、。Nc編程的CAD模型主要包括曲面模型應用最廣泛的曲面模型和實體模型。CNC編程技術，4.2.3 CNC機床類型，經(jīng)濟CNC車床，全功能CNC車床，4.2.3 CNC機床類型，車削中心，雙主軸CNC車削中心，4.2.3 CNC機床類型，垂直CNC銑床，水平CNC銑床，水平CNC銑床電子管，g 23360 1955到1959，晶體管，G3:1959到1965，小型集成電路，4.2.4數(shù)控機床開發(fā)過程，計算機數(shù)控，G4: 1970s(主軸旋轉(zhuǎn)數(shù)大于30000 r/min(某些最大值為10萬r/min)。工作站的移動速度(進給率):分辨率為1微米時為100m/min(部分為200m/min)或更高；

8、分辨率為0.1微米時為24m/min或更高；自動換刀速度在1秒內(nèi)。小區(qū)段內(nèi)插進給率已達到12m/min。特征：高生產(chǎn)率和硬結(jié)構，很難改變生產(chǎn)產(chǎn)品。高速、高效、4.2.4數(shù)控機床開發(fā)，普通數(shù)控機床加工精度由10提高到5m；精密級加工中心的加工精度從35m增加到11.5m以上。超精密加工精度必須達到納米(0.001微米)，主軸旋轉(zhuǎn)精度必須達到0.01到0.05微米，加工圓度必須達到0.1微米，加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。，高精度，高可靠性，目前國外數(shù)控裝置的MTBF值為6000小時以上，驅(qū)動器為30000小時以上。4.2.4數(shù)控機床開發(fā)，復合化，多軸，5軸聯(lián)動控制加工中心和CNC銑床目前

9、是發(fā)展熱點，最近還在研究使用6軸聯(lián)動控制非旋轉(zhuǎn)工具的加工中心。4.2.4 CNC機床的開發(fā)過程，機械復合加工概念是指在一次夾緊后，根據(jù)CNC加工程序自動對相同類型或不同類型的加工方法進行多工序加工，從而完成一個復雜幾何零件的各種加工過程，如主要加工、銑削、鉆孔、鏜孔、磨削、攻絲、擴孔和擴孔。智能、智能加工是基于神經(jīng)網(wǎng)絡控制、模糊控制、數(shù)字網(wǎng)絡技術和理論的處理，在處理過程中模擬人類專家的智能活動，解決處理過程中的很多不確定性需要人工介入的問題。使用機床框架作為固定平臺的多個構件構成了空間平行機構，主軸部件安裝在平行機構的移動平臺上，改變構件長度或移動構件的支點，根據(jù)平行運動原理形成了磁頭的加工曲

10、面軌跡。布局特性，與現(xiàn)有機床結(jié)構完全不同的基本結(jié)構，看不到明顯的床身、導軌、支柱和梁等結(jié)構的基本結(jié)構是活動平臺。由平行、串行和混合結(jié)構組成，可使用直線電機和主軸作為6桿、3桿、垂直、水平平行機床。4.2.5平移機，4.2.5平移機，平行機床HexaM圖， 6個伺服電動機運動通過螺釘(驅(qū)動軸)、螺母和鏈接傳遞到帶有主軸的刀具夾板的平行機床結(jié)構圖(6SPS機構)。該平行機床由6個驅(qū)動桿(伸縮桿)連接的運動平臺、固定平臺和多個可擴展驅(qū)動桿組成，每個驅(qū)動桿的兩端都有一個球鉸對和一個移動對。驅(qū)動移動對可以通過將伸縮裝置的長度更改為相對運動來改變運動平臺的姿勢，如果刀具安裝在運動平臺上，則可以控制6桿長度

11、的變化，從而改變空間中的刀具位置和姿勢以滿足加工要求。傳統(tǒng)機床：床身、支柱、梁等作為支撐零件，主軸零件和工作臺沿著支撐零件的直線軌道移動，并根據(jù)XYZ坐標運動疊加的系列運動原理形成加工工件的刀具運動路徑。4.2.5平移機器，現(xiàn)有機床，平移機器：使用機器框架作為固定平臺的多個構件構成空間平行機構，主軸零件安裝在平行機構的移動平臺上，工作臺與機器框架連接，改變構件的長度或移動構件的支點，根據(jù)平行運動學原理形成刀具到加工零件的移動路徑。，4.2.5并聯(lián)機床，機床車架，構件，移動平臺，并聯(lián)機床，4.2.5并聯(lián)移動機床，高運動精度：有效縮短運動鏈長度，整合支撐和傳輸功能，實現(xiàn)高速加工：移動部件少，質(zhì)量輕

12、，輸送高感覺、表現(xiàn)、運動調(diào)節(jié)等)建模解決方案(關節(jié)可以自由移動的金屬罩，一種盔甲)人造肌肉(上面的盔甲有身體、靜脈、城堡等身體的各種形式)人工皮膚(膚色、機制、輪廓、頭部、視覺、牙齒、爪子) 英語的“機器人”就出現(xiàn)在這里。莫里鄭紅和哈田朱平說：“機器人是具有移動性和個別性、智能性、共性、反體系反人性和自動性、奴性等7個特征的靈活機器?！奔犹僖焕商嶙h，機器人是：有大腦、手、腳等三個要素的個人；非接觸傳感器(眼睛、耳朵接收遠程信息)和接觸傳感器；具有平衡感和固有感的傳感器。1967年在日本舉行的第一次機器人學術會議上提出了兩個代表性的定義。4.3.1概述，1987年，國際標準化組織對工業(yè)機器人定義

13、為“工業(yè)機器人是可以通過自動控制操作和移動功能完成各種任務的可編程機械手”，我們科學家對機器人定義為“具有與人或生物類似的智能能力(如感知能力、計劃能力、運動能力和協(xié)作能力)的自動化機器”，4.3.1概述，工業(yè)機器人是工業(yè)多關節(jié)機器人或多自由度機器人專用機器人，用于服務機器人、水下機器人、娛樂機器人、軍用機器人、農(nóng)業(yè)機器人、機器人等非制造業(yè)高科技機器人。機器人分為工業(yè)機器人和特殊機器人兩類。工業(yè)機器人由操作員(機器主體)、控制器、伺服驅(qū)動器系統(tǒng)和檢測裝置組成，是能夠在三維空間中執(zhí)行各種操作的機電一體化自動化生產(chǎn)設備。機器人技術是綜合計算機、控制論、機械學、信息和傳感技術、人工智能、仿生學等多個

14、領域而成的高科技，是現(xiàn)代研究非?；钴S和應用的領域。機器人的利用是一個國家工業(yè)自動化水平的重要標志。4.3.1概述，通常由安裝在身體上的多個旋轉(zhuǎn)(或移動)關節(jié)和構件之間的連接構成的多自由度主動機構，想設計成具有擬人化手臂或動物肢體運動功能的固定或移動機器。包括：人機接口設備(鍵盤、訓練箱、操作桿等)、具有存儲內(nèi)存功能的電子控制設備(計算機、PLC或其他可編程邏輯控制設備)、各種傳感器的信息放大傳輸和信息處理設備、速度、位置伺服驅(qū)動器系統(tǒng)(AC、DC PWM)，4.3.2工業(yè)機器人的基本配置，4.3.2工業(yè)機器人的基本配置，輸出功率高，無級調(diào)速，控制精度高；可標準化，易于直接驅(qū)動。功率/質(zhì)量比，結(jié)構緊湊；漏油、環(huán)境污染；適用于中、低速變速器，如噴涂機器人、點焊機器人和托送機器人。液壓驅(qū)