1、第四章 制造自動化技術(shù),制造自動化技術(shù),1 制造自動化技術(shù)概述 2 數(shù)控加工技術(shù) 3 工業(yè)機(jī)器人 4 裝配自動化 5 柔性制造系統(tǒng),1 制造自動化技術(shù)概述,1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵 1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀 1.3 制造自動化的趨勢,1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵,自動化是美國通用汽車公司DSHarder于1936年提出，核心含義是“自動完成特定的作業(yè)”。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，自動化的功能目標(biāo)在不斷隨著自動化手段的提高，時代的進(jìn)步而變化。 制造自動化是在制造過程的所有環(huán)節(jié)中采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)制造過程的自動化。其任務(wù)是研究對制造過程的規(guī)劃，管理，組織，控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化等的自動化，以使制造過程實

2、現(xiàn)高效，優(yōu)質(zhì)，低耗，及時和潔凈的目標(biāo)。,1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵,制造自動化的內(nèi)涵包括如下方面： 1）在形式方面 包括替代人的體力勞動，替代和輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人、機(jī)器及系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化 2）在功能方面 制造自動化的功能目標(biāo)是多方面的，可以用TQCSE描述 3）在范圍方面 制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而且涉及到產(chǎn)品生命周期的所有過程。,1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀,制造自動化技術(shù)的發(fā)展過程 第一階段：剛性自動化，包括剛性自動線和自動單機(jī) 在20世紀(jì)4050年代已相當(dāng)成熟，應(yīng)用傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè) 計和制造工藝方法，采用專用機(jī)床和組合機(jī)床，自動單機(jī)和自動化生產(chǎn)線進(jìn)行大

3、批量生產(chǎn)。其特征是高生產(chǎn)效率和剛性結(jié)構(gòu)，很難實現(xiàn)產(chǎn)品的改變。 第二階段：數(shù)控加工 NC和CNC NC在本世紀(jì)50-70年代發(fā)展，到70-80年代CNC迅速發(fā)展，特點(diǎn)：柔性好、加工質(zhì)量高，適用于多品種，小批量的生產(chǎn)。,1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀,第三階段：柔性制造 包括計算機(jī)直接數(shù)控DNC，柔性制造單元FMC，F(xiàn)MS，柔性加工線FML等，特征：強(qiáng)調(diào)制造過程的柔性、高效率，適應(yīng)于多品種，中小批量的生產(chǎn)。 第四階段：計算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS 特征是強(qiáng)調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性。 第五階段：智能制造系統(tǒng) IMS。,1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀,1制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為制造自動化

4、研究中熱點(diǎn)問題2更加注重研究制造自動化系統(tǒng)中人的作用的發(fā)揮 3單元系統(tǒng)的研究仍然占有重要的位置4制造過程的計劃和調(diào)度研究十分活躍，但實用化的成果還不多見5適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究正在興起,1.3 制造自動化的趨勢,1）對無人制造自動化進(jìn)行反思，提出“人機(jī)一體化制造系統(tǒng)的思想” 2）單元控制器的研究占重要地位 單元控制軟件的發(fā)展， 控制軟件的模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化 新的設(shè)計方法 發(fā)展新型控制體系結(jié)構(gòu)，遞階控制結(jié)構(gòu)非遞階，自治協(xié)商式控制體系結(jié)構(gòu) 人工智能技術(shù),1.3制造自動化的趨勢,3）平臺技術(shù)的研究與平臺軟件的開發(fā)是制造自動化發(fā)展的方向 IBM Enabler DEC Basestar, HP

5、AFCON 的PCIM 4）現(xiàn)代制造模式的提出和研究直接推動自動化的發(fā)展 虛擬制造（Virtual Manufacturing） 動態(tài)組織聯(lián)盟（Virtual Organization） 5）智能制造將是未來制造自動化發(fā)展的重要發(fā)展方向 Agent技術(shù),2 數(shù)控加工技術(shù),2.1 數(shù)控技術(shù) 2.2 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ) 2.3 數(shù)控編程 2.4 計算機(jī)數(shù)字控制技術(shù) 2.5 應(yīng)用與發(fā)展,2.1 數(shù)控技術(shù),數(shù)字控制（Numerical Control）技術(shù)，簡稱數(shù)控（NC）技術(shù)，是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是指用數(shù)字化信息對機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。,2.2數(shù)控加工技術(shù)

6、基礎(chǔ),數(shù)控技術(shù)是綜合了計算機(jī)、自動控制、電機(jī)、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機(jī)械制造等學(xué)科領(lǐng)域最新成果而形成的一門邊緣科學(xué)。 數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運(yùn)行及其加工過程進(jìn)行控制的一種自動化技術(shù)，它是一種可編程的自動控制方式，它控制的量一般是位置、角度、速度等機(jī)械量，也有溫度、壓力、流量、顏色等物理量。,2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)控機(jī)床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)床，或著說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床 數(shù)控機(jī)床的組成,2.2 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 能加工一般機(jī)床難以加工的復(fù)雜型面 精度高，質(zhì)量穩(wěn)定 生產(chǎn)率高 具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性 一機(jī)多用 在制品少，加速了流動資金的周轉(zhuǎn) 改善生產(chǎn)環(huán)境，減少勞動強(qiáng)度

7、 實現(xiàn)較精確的成本核算和生產(chǎn)進(jìn)度安排,2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)控機(jī)床的分類 按運(yùn)動控制分類：點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 、直線控制數(shù)控機(jī)床、輪廓控制數(shù)控機(jī)床 按控制回路分類：開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 、半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床 、混合控制數(shù)控機(jī)床 按數(shù)控裝置分類：硬件式數(shù)控機(jī)床、軟件式數(shù)控機(jī)床 按加工類型分類：金屬切削類數(shù)控機(jī)床、金屬成型類數(shù)控機(jī)床、特種加工類數(shù)控機(jī)床、其它類數(shù)控機(jī)床,2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ),按同時控制的坐標(biāo)軸分類：2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸或多軸類的數(shù)控機(jī)床 按伺服驅(qū)動裝置分類：液壓驅(qū)動式數(shù)控機(jī)床、氣動式數(shù)控機(jī)床、直流伺服和交流伺服數(shù)控化機(jī)床 按定位坐標(biāo)分類：絕對坐標(biāo)系統(tǒng)

8、數(shù)控機(jī)床和增量坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床,2.3數(shù)控編程,數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容之一，通常包括分析零件圖樣，確定加工工藝過程；計算走刀軌跡、得出刀位數(shù)據(jù)、編寫數(shù)控加工程序、制作控制介質(zhì)、校對程序及首件試切。 手工編程和自動編程 從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程,2.3數(shù)控編程,NC編程步驟,2.3數(shù)控編程,首先對零件圖紙進(jìn)行工藝分析，在工藝分析的基礎(chǔ)上作出各種處理，如確定對刀點(diǎn)、加工路線、選擇刀具和切削用量等 然后進(jìn)行必要的計算，確定的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移量與方向以及其它輔助操作 按加工路線和所用數(shù)控機(jī)床控制機(jī)規(guī)定的指令代碼以及程序格式編制出程序單 根據(jù)程序單穿孔制帶或?qū)⒊绦騿?/p>

9、內(nèi)容手動輸入控制機(jī)，以控制機(jī)床加工,2.3數(shù)控編程,數(shù)控加工程序編制分為：手工編程和自動編程 自動編程有兩種方法：數(shù)控語言編程和圖形交換數(shù)控編程 圖形交互數(shù)控編程：編程人員通過圖象系統(tǒng)，以人與計算機(jī)實時對話的交互方式在機(jī)內(nèi)逐步生成零件幾何圖形數(shù)據(jù)和走刀軌跡數(shù)據(jù)，并在圖形顯示器屏幕上顯示圖形，并可對圖形的內(nèi)容、格式、大小、或色彩進(jìn)行動態(tài)控制。,2.4 計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),數(shù)控機(jī)床在數(shù)控系統(tǒng)控制下，自動按給定的程序進(jìn)行零件加工。CNC系統(tǒng)由程序，輸入輸出設(shè)備，計算機(jī)數(shù)字控制裝置，可編程控制器，主軸控制單元和進(jìn)給速度控制單元等組成，如圖所示,2.4計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),CNC的硬件結(jié)構(gòu) 單微處理機(jī)機(jī)構(gòu)

10、 多微處理器機(jī)構(gòu) CNC的軟件結(jié)構(gòu),2.4計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),軟件的工作過程如圖,2.4計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng),CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： CNC裝置的多任務(wù)并行處理 前后臺型軟件結(jié)構(gòu) 中斷型軟件結(jié)構(gòu),2.5 應(yīng)用與發(fā)展,數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了幾代變化 第一代數(shù)控硬件系統(tǒng)， 采用電子元件構(gòu)成的專用數(shù)控系統(tǒng) 第二代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用晶體管電路的NC系統(tǒng) 第三代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用中，小型集成電路的NC系統(tǒng) 第四代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機(jī)控制系統(tǒng) 第五代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用微型電子計算機(jī)和微處理機(jī)組成的控制系統(tǒng)。,2.5 應(yīng)用與發(fā)展,高速度，高精度化 智能化 基于CAD和CAM的數(shù)控編

11、程自動化 發(fā)展可靠性最大化 開放化 網(wǎng)絡(luò)化,2.5 應(yīng)用與發(fā)展,市場激烈競爭，產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，采用各類數(shù)控設(shè)備、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)乃至計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，是必然的趨勢。 數(shù)控技術(shù)已是衡量一個國家機(jī)械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，更是體現(xiàn)一個機(jī)械制造企業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 發(fā)展數(shù)控技術(shù)是當(dāng)前我國機(jī)械制造業(yè)技術(shù)改造的必經(jīng)之路，是未來工廠自動化的基礎(chǔ)。,3 裝配自動化,3.1 裝配自動化概述 3.2 裝配工藝規(guī)程的制定 3.3 機(jī)器裝配自動化,3.1裝配自動化概述,任何機(jī)器都是由許多零件裝配而成的。裝配是機(jī)器制造中的最后階段，機(jī)器的質(zhì)量是通過裝配保證的，裝配質(zhì)量在很大程度上決定機(jī)

12、器的最終質(zhì)量。 在裝配過程中，可以發(fā)現(xiàn)機(jī)器設(shè)計和零件加工質(zhì)量等所存在的問題，并加以改進(jìn)，以保證機(jī)器的質(zhì)量。 選擇合適的裝配方法，制定合理的裝配工藝規(guī)程是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要保證。,3.1裝配自動化概述,任何機(jī)器都是由零件，套件，組件，部件等組成，為保證有效進(jìn)行裝配，通常將機(jī)器劃分為若干能進(jìn)行獨(dú)立裝配的部分，稱為裝配單元。 裝配單元 零件，是組成機(jī)器的最小單元。它是由整塊金屬或其他材料制成。零件一般都預(yù)先裝成套件，組件，部件后才安裝到機(jī)器上，直接裝入機(jī)器的零件不太多。,3.1裝配自動化概述,套件，是在以及基準(zhǔn)零件上，裝上一個或若干各零件構(gòu)成的，它是最小的裝配單元。如圖z-1所示 組件，是在

13、一個基準(zhǔn)零件上，裝上若干套件及零件構(gòu)成。為形成組件而進(jìn)行的裝配稱之為組裝，組件在以后的裝配中可拆，見圖z-2,3.1裝配自動化概述,部件，是在一個基準(zhǔn)零件上，裝上若干組件，套件和零件構(gòu)成的。部件在機(jī)器中能完成一定的，完整的功能。為形成部件而進(jìn)行的裝配工作稱之為部裝，見圖z-3。 整臺機(jī)器，在一個基準(zhǔn)零件上裝上若干部件、組件、套件和零件就構(gòu)成整臺機(jī)器，把它們裝配成最終整臺機(jī)器產(chǎn)品的過程，稱為總裝。,圖z-1 套件,圖z-2組件裝配系統(tǒng)圖,圖z-3部件裝配系統(tǒng)圖,3.1裝配自動化概述,裝配工藝系統(tǒng)圖 概念：在裝配工藝規(guī)程制定過程中，表明產(chǎn)品零、部件間相互裝配關(guān)系及裝配流程的示意圖。 表示方法：圖中

14、每一個零件用一個方格來表示，在表格上表明零件名稱、編號及數(shù)量。 一般將零件畫在上方，把套件、組件、部件畫在下方，其排列的次序就是裝配的次序，見圖z-4。,圖z-4 機(jī)器裝配系統(tǒng)圖,3.2裝配工藝規(guī)程的制定,裝配工藝規(guī)程是指導(dǎo)裝配生產(chǎn)的主要技術(shù)文件，制定裝配工藝規(guī)程是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的主要內(nèi)容之一。,3.2裝配工藝規(guī)程的制定,1.裝配工藝規(guī)程的主要內(nèi)容 分析產(chǎn)品圖樣，劃分裝配單元，確定裝配方法 擬定裝配順序，劃分裝配工序 計算并確定裝配時間定額 確定各工序裝配技術(shù)要求，質(zhì)量檢查方法和檢查工具 規(guī)劃裝配過程的物流陪送規(guī)范 確定裝配時零部件的輸送方法及所需設(shè)備和工具 選擇和設(shè)計裝配過程中所需的工具，

15、夾具和專用設(shè)備 規(guī)劃裝配后的物流,3.2裝配工藝規(guī)程的制定,2.制定裝配工藝規(guī)程的原則 保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量，力求提高質(zhì)量 合理安排裝配順序和工序，盡量減少鉗工手工勞動量，縮短周期，提高效率 盡量減少裝配占地面積 減少裝配工作所占成本 提高裝配的自動化程度，提高裝配過程的柔性。,3.制定裝配工藝規(guī)程的原始資料 產(chǎn)品的裝配圖及驗收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng) 生產(chǎn)條件,3.2裝配工藝規(guī)程的制定,制定裝配工藝規(guī)程的步驟 研究產(chǎn)品的裝配圖及驗收技術(shù)條件 確定裝配方法與組織形式 劃分裝配單元，確定裝配順序 劃分裝配工序 編制裝配工藝文件,3.3機(jī)器裝配自動化,1.裝配自動化概況 裝配過程自動化包括零件的供給、

16、裝配對象的運(yùn)送、裝配作業(yè)、裝配質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)的自動化。,3.3機(jī)器裝配自動化,2.自動裝配機(jī)與裝配機(jī)器人 自動裝配機(jī)與裝配機(jī)器人可用于各種形式的裝配自動化： 1）在機(jī)械加工中，工藝成套件裝配 2）被加工零件的組，部件裝配 3）用于順序焊接的零件的拼裝 4）成套部件的設(shè)備的總裝。,3.3機(jī)器裝配自動化,自動裝配機(jī)與裝配機(jī)器人可以完成下列形式的操作： 零件傳輸，定位及其連接； 用壓裝或由緊固螺釘、螺母使零件相互固定； 自動焊接裝配； 裝配尺寸控制，以保證零件連接或固定的質(zhì)量； 輸送組裝完畢的部件或產(chǎn)品，并將其包裝或堆垛,4 工業(yè)機(jī)器人,4.1 工業(yè)機(jī)器人概述 4.2 機(jī)器人控制技術(shù) 4.3 機(jī)器人

17、編程 4.4 應(yīng)用與發(fā)展,工業(yè)機(jī)器人,工業(yè)機(jī)器人,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,1.基本概念 工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程和多功能的操作手，用于物料，零件和工具或是一種可完成各種任務(wù)的可編程的專用系統(tǒng)。機(jī)器人技術(shù)綜合了計算機(jī)、控制論、機(jī)構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,工業(yè)機(jī)器人與機(jī)械手 機(jī)械手是模擬人手和臂動作的機(jī)電系統(tǒng)，根據(jù)機(jī)電耦合原理，按主從原則進(jìn)行工作，它只是人手和臂的延伸，沒有自主能力，附屬于主機(jī)設(shè)備，動作簡單，操作程序固定的重復(fù)操作，定位點(diǎn)不變的操作裝置。 機(jī)器人則是有獨(dú)立機(jī)械機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)，能自主，運(yùn)動復(fù)雜，工作自由度多，操作程序可變，

18、可任意定位的自動化操作機(jī)。,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,工業(yè)機(jī)器人的定義在“可編程”“計算機(jī)控制”“機(jī)械裝置”三方面的共同點(diǎn)是： 1）工業(yè)機(jī)器人是一種機(jī)械裝置，可以搬運(yùn)物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機(jī)械裝置； 2）它由計算機(jī)進(jìn)行控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)； 3）它是可編程，具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進(jìn)行人機(jī)聯(lián)系。,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,2.基本結(jié)構(gòu) 工業(yè)機(jī)器人由操作機(jī)、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程，能在三維空間完成各種作業(yè)的機(jī)電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備，適合于多品種，變批量的柔性生產(chǎn)。 一個機(jī)器人系統(tǒng)，由相互作用的四部分組成：機(jī)械手

19、、環(huán)境、任務(wù)和控制器，如圖z-6所示,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,圖z-6 機(jī)器人系統(tǒng)的組成,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,其中機(jī)械手是具有傳動執(zhí)行裝置的機(jī)械，由臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置構(gòu)成，組合為一個相互連接和相互依賴的運(yùn)動機(jī)構(gòu)。 環(huán)境即機(jī)器人所處環(huán)境，不僅由幾何條件所決定，而且由環(huán)境和它所包含的每個事物的全部自然特性決定。 任務(wù)是環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別。 控制器是機(jī)器人的腦子，一般是計算機(jī)，機(jī)器人接受來自傳感器的信號，對之進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息，機(jī)器人的狀態(tài)及環(huán)境情況，產(chǎn)生控制信號驅(qū)動機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)。,4.1工業(yè)機(jī)器人概述,3.機(jī)器人的分類 按機(jī)器人研究開發(fā)分：工業(yè)機(jī)器人，人

20、工智能機(jī)器人 按自動化功能層次分：操作機(jī)器人，順序控制機(jī)器人，示教再現(xiàn)機(jī)器人，數(shù)控機(jī)器人，傳感控制機(jī)器人，智能機(jī)器人，自適應(yīng)機(jī)器人，學(xué)習(xí)控制機(jī)器人 按技術(shù)級別分：第一代，第二代，第三代 按運(yùn)動自由度分：無冗余自由度，有冗余自由度 按坐標(biāo)系分類：笛卡兒坐標(biāo)型，極坐標(biāo)型，圓柱坐標(biāo)型，多關(guān)節(jié)型，SCARA型 按控制原理分：有限順序控制，伺服控制，傳感器控制，力控制，變結(jié)構(gòu)控制，自適應(yīng)控制，智能控制 按運(yùn)動控制特性分：點(diǎn)位控制，連續(xù)控制 按傳動類型分：氣動，液壓傳動，電氣傳動，復(fù)合傳動 按用途分：工業(yè)機(jī)器人，探索機(jī)器人，服務(wù)機(jī)器人，軍事機(jī)器人,4.2機(jī)器人控制系統(tǒng),1.機(jī)器人控制的驅(qū)動系統(tǒng) 機(jī)器人關(guān)節(jié)

21、由專門型式的執(zhí)行裝置驅(qū)動，其常用的驅(qū)動系統(tǒng)是電力，液壓或氣動驅(qū)動系統(tǒng)，最常見的驅(qū)動方式是每個關(guān)節(jié)用一個直流電機(jī)驅(qū)動。,4.2機(jī)器人控制系統(tǒng),2.機(jī)器人控制類型 機(jī)器人的控制器可分為 1）有限順序控制，原理如下,4.2機(jī)器人控制系統(tǒng),2）伺服控制，原理如下,4.2機(jī)器人控制系統(tǒng),3）智能控制，原理如下,4.3機(jī)器人編程,機(jī)器人編程指的是規(guī)定機(jī)器人的機(jī)械操作裝置應(yīng)該遵循的空間路徑和與其作業(yè)循環(huán)相關(guān)活動的指令。把程序指令寫入機(jī)器人控制器的存儲器，完成其程序編制。 有三種編程方法：示教再現(xiàn)編程、計算機(jī)型機(jī)器人編程語言、離線編程,4.3機(jī)器人編程,1示教再現(xiàn)編程 示教再現(xiàn)是由人工控制法引導(dǎo)機(jī)器人完成用戶

22、希望機(jī)器人完成的一套作業(yè)動作，經(jīng)編輯后機(jī)器人自動再現(xiàn)示教過的全套作業(yè)動作。 它分為三個步驟：由人工控制引導(dǎo)機(jī)器人以比較慢的動作完成作業(yè)，并在合適的位置記錄機(jī)器人的關(guān)節(jié)角；由機(jī)器人控制器編程后，再現(xiàn)示教的全部作業(yè)動作；若經(jīng)檢測，示教動作正確，作業(yè)動作完整，機(jī)器人以適當(dāng)高的速度自動重復(fù)作業(yè)的全部動作。 示教方法有：機(jī)動引導(dǎo)法；手動引導(dǎo)法。,4.3機(jī)器人編程,2機(jī)器人語言編程 機(jī)器人語言編程是用戶與機(jī)器人之間的接口。 根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，通常分為 動作級、對象級、任務(wù)級,4.3機(jī)器人編程,動作級編程語言是以機(jī)器人的動作作為描述中心，通常由手抓從一個位置到另一個位置的一系列命令組成，代表語言VAL

23、。 對象級編程語言是描述操作物體間關(guān)系使機(jī)器人動作的語言，是以描述操作物體之間的關(guān)系為中心的語言，語言有AML，AUTOPASS 任務(wù)級編程語言是比較高級的機(jī)器人語言，允許使用者對工作任務(wù)所要求達(dá)到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機(jī)器人所作的每個動作細(xì)節(jié)。,4.3機(jī)器人編程,3離線編程 離線編程是機(jī)器人編程語言的拓廣，利用計算機(jī)圖形學(xué)的成果，建立機(jī)器人及其工作環(huán)境磨削，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作，在離線的情況下進(jìn)行軌跡規(guī)劃。離線編程系統(tǒng)是利用計算機(jī)圖形學(xué)，建立機(jī)器人編程環(huán)境，在線外進(jìn)行編程的系統(tǒng)，不占用機(jī)動時間，提高了設(shè)備利用率，提高編程水平。同時它是CADCAM一體化的一個組成部

24、分，有時可直接利用CAD的數(shù)據(jù)，減少編程時間。,4.3機(jī)器人編程,離線編程系統(tǒng)的基本組成： 用戶接口 機(jī)器人系統(tǒng)的三維幾何建模 運(yùn)動學(xué)計算 軌跡規(guī)劃 三維圖形動態(tài)仿真 通訊及后處理 誤差的校正,機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域,弧焊機(jī)器人,激光焊機(jī)器人,電阻焊機(jī)器人,自動化焊接機(jī)器人,點(diǎn)焊機(jī)器人,等離子切割機(jī)器人,機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域,清潔機(jī)器人,上料機(jī)器人,物料輸送機(jī)器人,材料去除機(jī)器人,包裝機(jī)器人,噴漆機(jī)器人,堆跺機(jī)器人,機(jī)器人的應(yīng)用領(lǐng)域,涂層機(jī)器人,去毛刺機(jī)器人,磨銷機(jī)器人,高溫噴涂機(jī)器人,1機(jī)器人的發(fā)展歷程 20世紀(jì)50年代機(jī)器人的萌芽期，1954年首次提出“工業(yè)機(jī)器人”的概念，1958年美國聯(lián)合控制公司

25、研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機(jī)器人原型；1958年美國UNIMATION公司推出第一臺工業(yè)機(jī)器人。 20世紀(jì)60年代，工業(yè)機(jī)器人進(jìn)入成長期，開始向?qū)嵱没A段發(fā)展，并用于焊接和噴涂作業(yè)中 20世紀(jì)70年代，機(jī)器人今天實用化階段，日本成為機(jī)器人王國 20世紀(jì)80年代，機(jī)器人進(jìn)入普及時代，開始在汽車，電子等行業(yè)得到大量使用，推動機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 20世紀(jì)90年代，機(jī)器人進(jìn)入高潮期，還出現(xiàn)了有感知，決策， 動作能力的智能機(jī)器人，產(chǎn)生了智能機(jī)器或機(jī)器人化機(jī)器。,4.4 應(yīng)用與發(fā)展,4.4應(yīng)用與發(fā)展,2發(fā)展趨勢 工業(yè)機(jī)器人性能不斷提高，價格下降。 機(jī)械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展 工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)向基于PC機(jī)的

26、開發(fā)型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化 機(jī)器人中的傳感器作用日益重要 虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機(jī)器人中的作用已經(jīng)發(fā)展到用于過程控制 當(dāng)代遙控機(jī)器人發(fā)展致力于操作者與機(jī)器人的交互控制 機(jī)器人化機(jī)械開始興起。,5 柔性制造系統(tǒng),5.1柔性制造系統(tǒng)概述 5.2柔性制造系統(tǒng)的基本概念 5.3柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng) 5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng) 5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具儲運(yùn)系統(tǒng) 5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng),5.1柔性制造系統(tǒng)概述,FMS的雛形源于美國MALROSE公司，該公司在1963年制造了世界上第一條多品種柴油機(jī)零件的數(shù)控生產(chǎn)線。 FMS的概念由英國MOLIN公司最早正式提出，并在965年取得了發(fā)明專利，

27、1967年FMS正式形成。,5.1柔性制造系統(tǒng)概述,柔性制造技術(shù)是一種主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)的制造自動化技術(shù)，它是對各種不同形狀加工對象進(jìn)行有效適應(yīng)性轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的各種技術(shù)總稱。它是集數(shù)控技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。,5.1柔性制造系統(tǒng)概述,FMS的適用范圍如圖,根據(jù)“中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義，F(xiàn)MS被定義為：“柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)

28、環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！?美國制造工程師協(xié)會的計算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會把柔性制造系統(tǒng)定義為：“使用計算機(jī)控制柔性工作站和集成物料運(yùn)儲裝置來控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)?！?5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,1定義、組成及功能 FMS是由計算機(jī)集中管理和控制的制造系統(tǒng)，具有多個獨(dú)立或半獨(dú)立工位的一套物料儲存運(yùn)輸系統(tǒng)，加工設(shè)備主要由數(shù)控機(jī)床或加工中心等組成，用于高效率地制造中小批量多品種零件地自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。,FMS的主要特點(diǎn)：柔性和自動化,柔性，是指制造系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠

29、適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，可分為瞬時、短期和長期柔性三種。 凡具備上述三種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性自動化。,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,FMS的組成 （1）從硬件上看，它由三部分 1）兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其它的加工設(shè)備，包括測量機(jī)、清洗機(jī)、動平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等 2）一套能自動裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具的運(yùn)儲和工件及原材料的運(yùn)儲，具體結(jié)構(gòu)可采用傳送帶、有軌小車、無軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤站等 3）一套計算機(jī)控制系統(tǒng)以及信息通訊網(wǎng)絡(luò),典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,（2）從軟件內(nèi)容上看： FMS運(yùn)行控制系統(tǒng) FMS質(zhì)量保

30、證系統(tǒng) FMS數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,FMS的功能： 能自動管理零件的生產(chǎn)過程、自動控制制造質(zhì)量、自動故障診斷及處理、自動信息收集及傳輸 簡單改變軟件和系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件 物料的運(yùn)輸和儲存必須是自動的 能解決多機(jī)床條件下零件的混流加工，且無需額外增加費(fèi)用 具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實現(xiàn)無人化或少人化加工,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,2 FMS特征 保證系統(tǒng)具有一定柔性的同時，還具有較高的設(shè)備利用率 減少設(shè)備投資 減少直接工時費(fèi)用 減少工序中的在制品量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間 加工對象具有快速應(yīng)變能力 維持生產(chǎn)能力強(qiáng) 產(chǎn)品質(zhì)量高，穩(wěn)定性好 運(yùn)行靈活 產(chǎn)量

31、靈活 便于實現(xiàn)工廠自動化 投資高，風(fēng)險大，管理水平要求高,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,3FMS的柔性 柔性是FMS的顯著特征，系統(tǒng)柔性通常指產(chǎn)品柔性，即系統(tǒng)為不同產(chǎn)品和產(chǎn)品變化進(jìn)行設(shè)置，以提高設(shè)備利用率，減少加工過程中零件的中間存儲，迅速響應(yīng)需求變化，具體表現(xiàn)為： 機(jī)床的柔性 加工的柔性 零件加工路線的柔性 產(chǎn)量柔性 擴(kuò)展柔性 生產(chǎn)柔性,5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念,4類型 FMS按其規(guī)模分成四類： 柔性制造模塊 柔性制造單元 柔性制造線 柔性制造系統(tǒng) 柔性制造工廠,加工系統(tǒng)在FMS中的作用: 加工系統(tǒng)擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)，是實際完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng). 加工系統(tǒng)是FMS最基本的

32、組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，F(xiàn)MS的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系統(tǒng)所決定的。,5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng),5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng),1加工系統(tǒng)的功能與要求 加工系統(tǒng)是FMS最基本的組成，它滿足如下性能： 工序集中 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 對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好,5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng),2加工系統(tǒng)常用配置形式 目前，F(xiàn)MS加工的零件主要由兩大類：棱柱體類零件，回轉(zhuǎn)體類零件。對于加工棱柱體零件，其機(jī)床設(shè)備一般選用立式，臥式或者立臥兩用的加工中心。用于加工回轉(zhuǎn)類零件的FMS，通常選用數(shù)控車床或車削加工中心。 FMS機(jī)

33、床設(shè)備的配置有互替式，互補(bǔ)式以及混合式等多種形式。如圖所示：,5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng),配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS,這類FMS中，通過物料運(yùn)儲系統(tǒng)將數(shù)臺NC機(jī)床連接起來，不同機(jī)床的工藝能力可以互補(bǔ)，工件通過安裝站進(jìn)入系統(tǒng)，然后在計算機(jī)控制下從一臺機(jī)床到另一臺機(jī)床，按順序加工。工件通過系統(tǒng)的路徑是固定的。 特點(diǎn)：非常經(jīng)濟(jì)，生產(chǎn)率較高，能充分發(fā)揮機(jī)床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度看，互補(bǔ)機(jī)床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺機(jī)床發(fā)生故障時，全系統(tǒng)將癱瘓。,配備可互相替換機(jī)床的FMS,系統(tǒng)中的機(jī)床可以互相代替，工件可被送到適合加工它的任一臺加工中心上。計算機(jī)的存儲器存有每臺機(jī)床的工作情況，可以

34、對機(jī)床分配加工零件、一臺加工中心可以完成部分或全部加工工序。 從系統(tǒng)的輸出和輸入看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，同時這種配置形式具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，可以達(dá)到較高的機(jī)床利用率。,混合式FMS,這類FMS是互補(bǔ)式FMS和替換式FMS的綜合，即FMS中有一些機(jī)床按替換式布置，而另一些機(jī)床按互補(bǔ)式安排，以發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)。大多數(shù)FMS采用這種形式。,加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備簡介,加工中心（Machining Center，MC）是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。它的最大特點(diǎn)是工序集中和自動化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)

35、生的累積誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。,常見加工中心按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。 加工中心按主軸在加工時的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。,鏜銑加工中心,是自身帶有刀庫和自動換刀裝置（ATC）的一種多工序數(shù)控機(jī)床。 工件經(jīng)一次裝夾后，能完成銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多種工序的加工，并且有多種選刀或換刀切能，從而使生產(chǎn)效率利自動化程度大大提高。,美國White Sundstrand公司生產(chǎn)的OMNIMIL80系列加工中心,5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng),3加工系統(tǒng)的輔助裝置 機(jī)

36、床夾具 托盤 自動上下料裝置,5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng),物流系統(tǒng)的功能： 使工件在工作站間隨機(jī)而獨(dú)立運(yùn)動 能裝卸不同形狀的工件 暫存儲功能 便于工件裝卸 與計算機(jī)控制兼容,5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng),物料運(yùn)輸與存儲系統(tǒng)包括： 物料傳輸設(shè)備（傳送帶、導(dǎo)向車、運(yùn)輸小車和搬運(yùn)機(jī)器人） 物料存儲設(shè)備：自動化倉庫、托盤站和刀具庫 物流控制系統(tǒng)：自動化倉庫控制系統(tǒng)、物料識別控制系統(tǒng)、自動物料運(yùn)輸設(shè)備控制系統(tǒng)、上下料站控制系統(tǒng),5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng),FMS物流設(shè)備的布置： 行排列 環(huán)形布置 梯形布置 開放式布置 以機(jī)器人為中心,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),1刀具運(yùn)儲系統(tǒng)的組成 典型的FM

37、S刀具運(yùn)儲系統(tǒng)通常由刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀庫系統(tǒng)、刀具運(yùn)載交換裝置以及計算機(jī)控制管理系統(tǒng)組成。 刀具預(yù)調(diào)站設(shè)置在FMS之外，用于FMS所應(yīng)用的刀具按給定要求進(jìn)行預(yù)先裝配調(diào)整。刀具裝卸站是刀具進(jìn)出FMS的門戶，其結(jié)構(gòu)多為框架式。刀具庫系統(tǒng)包括機(jī)床刀庫和中央刀具庫。刀具運(yùn)載交換裝置是一種在刀具裝卸站、中央刀具庫、機(jī)床刀具庫之間進(jìn)行刀具傳遞的交換的工具。,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),2刀具運(yùn)載交換裝置 刀具運(yùn)載通常由換刀機(jī)器人或刀具運(yùn)輸小車實現(xiàn)。它們負(fù)責(zé)完成在刀具裝卸站，中央刀具庫以及各加工單元之間的刀具搬運(yùn)和交換。 FMS中的刀具交換包括三個方面內(nèi)容：1）加工機(jī)床刀具庫與工作主軸間的刀具

38、交換，2）刀具裝卸站，中央刀具庫以及各加工單元之間的刀具交換3）AGV運(yùn)載刀架與機(jī)床刀庫之間的刀具交換。,3. FMS刀具運(yùn)儲系統(tǒng)的主要職能 負(fù)責(zé)刀具的運(yùn)輸，存儲和管理，適時向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢的刀具，保證正常生產(chǎn)的同時，最大限度地降低刀具成本。,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),加工中心機(jī)床自動換刀方式,l）順序選刀方式 將所需使用的刀具按加工順序，依次放入刀庫的每個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀座按順序轉(zhuǎn)動一個刀座的位置，并取出所需的刀具。 2）刀座編碼方式 對刀庫的刀座進(jìn)行編碼，并將與刀座編碼相對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，然后根據(jù)刀座編碼選取刀具。 3

39、）刀具編碼方式 采用特殊結(jié)構(gòu)的刀柄，并對每把刀具進(jìn)行編碼。換刀時通過編碼識別裝置，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的換刀指令代碼，在刀庫中尋找所需要的刀具。這種裝刀換刀方便，刀庫容量減小，還可避免因刀具順序的差錯所造成的事故。,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),4刀具信息管理 FMS刀具信息管理包括刀具的輸送，交換和監(jiān)控，以及刀具信息的錄入，存儲，跟蹤，查詢和刀具準(zhǔn)備計劃等內(nèi)容。 刀具信息分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),靜態(tài)信息就是刀具在加工過程中固定不變的信息，如刀具類型、屬性、編碼、幾何形狀以及結(jié)構(gòu)參數(shù)等。 動態(tài)信息是指在使用過程中不斷變化的一些刀具參數(shù)，如刀具壽命、工作直徑和長

40、度，以及參與切削加工的其他幾何參數(shù)，這些信息隨加工過程的延續(xù)不斷發(fā)生變化，直接反映了刀具使用時間長短、磨損量的大小、對工件加工精度和表面質(zhì)量的影響。,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),刀具管理系統(tǒng),5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),第一層為刀具實時動態(tài)信息，由一系列實時數(shù)據(jù)文件組成，每一把在線刀具都有一個相應(yīng)的文件進(jìn)行描述，記載著刀具的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，包括刀具幾何尺寸、工作直徑及長度、刀具實際參與切削時間。 第二層為靜態(tài)刀具類型文件，提供了刀具的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)，它既表示FMS中存在的刀具，又能表示可利用相關(guān)組件和元件進(jìn)行裝配的刀具。當(dāng)?shù)毒吖芾韱T接到刀具裝配指令后，將按該刀具類型文件所描述的刀

41、具結(jié)構(gòu)組裝所需要的刀具。 第二層與第一層刀具信息文件的區(qū)別是：第一層為實際投入FMS使用的刀具，而第二層則是為可提供FMS使用的刀具；在第一層刀具文件中，每把刀具占有一個實時動態(tài)描述文件，而第二層每一文件描述一類刀具。 第三、第四層分別為描述刀具組件和元件的文件。,5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運(yùn)儲系統(tǒng),第五層刀具的監(jiān)控 刀具監(jiān)控的目的是為了及時了解每時每刻的在線刀具因磨損，破損而發(fā)生的性質(zhì)變化，其監(jiān)控方法是通過刀具壽命跟蹤來實現(xiàn)。,5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng),FMS的控制系統(tǒng)實際上是實現(xiàn)FMS加工過程中的物料流動過程的控制、協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)測和管理的信息流系統(tǒng)。它由計算機(jī)、工業(yè)控制機(jī)、可編程控制器

42、、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的控制與管理軟件組成，是FMS的神經(jīng)中樞和核心部分。,5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng),1 FMS控制系統(tǒng)的功能: 傳送數(shù)據(jù)，給FMS中物料系統(tǒng)和加工設(shè)備 協(xié)調(diào)FMS各設(shè)備的活動，保證把工件和刀具及時提供給加工設(shè)備，使加工設(shè)備高效運(yùn)轉(zhuǎn) 生產(chǎn)控制，包括對零件和各種工件進(jìn)入制造系統(tǒng)的輸入率的決策 刀具系統(tǒng)控制，監(jiān)控刀具狀態(tài) FMS系統(tǒng)性能的監(jiān)控及報告,5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng),2FMS控制結(jié)構(gòu) 車間控制器 單元控制器 工作站控制器 設(shè)備控制器 圖為FMS遞階四階控制結(jié)構(gòu)：,5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng),控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ： 通常采用遞階控制的結(jié)構(gòu)形式，即通過對系統(tǒng)的控制功能進(jìn)行正確、合理地分解，劃分成若干層次，各層次分別進(jìn)行獨(dú)立處理，完成各自的功能，層與層之間在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持下，保持信息交換，上層向下層發(fā)送命令，下層向上層回送命令的執(zhí)