1、第三章 自動化制造系統(tǒng)的組成,第1節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型 第2節(jié) 自動化加工設(shè)備 第3節(jié) 工件儲運系統(tǒng) 第4節(jié) 刀具準(zhǔn)備及儲運系統(tǒng) 第5節(jié) 工業(yè)機(jī)器人 第6節(jié) 質(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng) 第7節(jié) 輔助設(shè)備 第8節(jié) 控制與通信系統(tǒng),第一節(jié) 自動化制造系統(tǒng)的常見類型,一、剛性自動線,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,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

2、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,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,曲拐加工自動線,二、分布式數(shù)字控制,Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control 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（）數(shù)據(jù)

3、管理系統(tǒng)監(jiān)視,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。,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),三、柔性制造單元,三、柔性制造單元,四、柔性制造系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)(FMS) 柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem）由兩臺或兩臺以上加工中

4、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、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(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。,四、柔性制造系統(tǒng),2.工件儲運系統(tǒng) FMS工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(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。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小車、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.刀具儲運系統(tǒng) FMS的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機(jī)構(gòu)等組成。 ,四、柔

5、性制造系統(tǒng),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 . 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：自動清洗工作站；自動去毛刺設(shè)備； 自動測量設(shè)備； 集中切屑運輸系統(tǒng)；集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。,四、柔性制造系統(tǒng),1,3,13,2,4,5,1,12,16,11,10,6,9,1,1,1,8,15,14,7,具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng),四、柔性制造系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)的主要特點： 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)的運作； 多層計算機(jī)控制，可以和上層計算機(jī)

6、聯(lián)網(wǎng)； 可進(jìn)行第三班無人干預(yù)生產(chǎn)。,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,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）,七、CIMS,CIMS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，綜合運用現(xiàn)代管理、

7、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。,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： 面向產(chǎn)品生命周期的建模 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）,第二節(jié) 自動化加工設(shè)備,一、組合機(jī)床,組合機(jī)床特點 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

8、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,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,二、一般數(shù)控機(jī)床,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。,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

9、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)何種運動的部件？B軸運動可作為哪兩種運動？ 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？,四、加工中心,第三節(jié) 工件儲運系統(tǒng),一、工件儲運系統(tǒng)的組成,工件儲運系統(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 運輸設(shè)備 輔助設(shè)備,工件儲運系統(tǒng)組成設(shè)備,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

10、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：是與工件輸送設(shè)備之間的連接裝置，回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式。,二、工件輸送設(shè)備,運輸小車 有軌小車（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？ 有軌小車的特點是： 加速和移動速度都比較快，適合運送重型工件； 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

11、度不能太小； 噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護(hù)自身安全。,二、工件輸送設(shè)備,運輸小車 自動導(dǎo)向小車（AGV） 是一種無人駕駛的，以蓄電瓶驅(qū)動的物料搬運設(shè)備，其行駛路線和?？课恢檬强删幊痰摹?AGV的結(jié)構(gòu)（運輸小車、地下電纜和控制器） AGV的自動導(dǎo)向 路徑尋找,磁感應(yīng)AGV自動導(dǎo)向原理圖,自動化物料輸送系統(tǒng),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： 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

12、料范圍寬； 減少管理人員，降低管理費用； 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）,自動化立體倉庫,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),自動化物料存儲系統(tǒng),第四節(jié) 刀具準(zhǔn)備及儲運系統(tǒng),一、概述,刀具準(zhǔn)備與儲運系統(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

13、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。,二、刀具準(zhǔn)備及儲運系統(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),三、刀具預(yù)調(diào)儀,三、刀具預(yù)調(diào)儀,四、中央刀庫,第五節(jié) 工業(yè)機(jī)器人,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 搬運機(jī)器人 裝配機(jī)器人,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

14、系統(tǒng) 控制器 傳感器,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,工業(yè)機(jī)器人,第六節(jié) 質(zhì)量控制和運行監(jiān)控系統(tǒng),一、概述,檢測與監(jiān)控的對象,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。,（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

15、位誤差以及復(fù)雜輪廓形狀的自動檢測裝置。它可以單獨使用或集成到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 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,（一）三坐標(biāo)測量機(jī),（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： 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

16、工精度高； 不需要工件來回運輸和等待。,（二）有自動測量功能的數(shù)控機(jī)床,（三）測量機(jī)器人,機(jī)器人測量具有在線、靈活、高效等特點，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)運動是輔助運動，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。,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,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

17、分為約束型自適應(yīng)控制ACC和優(yōu)化型自適應(yīng)控制ACO ACC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）,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,第七節(jié) 輔助設(shè)備,一、清洗站,清洗機(jī)有許多種類、規(guī)格和結(jié)構(gòu)，但一般按其工作是否連續(xù)分為間歇式和連續(xù)通過式。 有些不使用專門的清洗設(shè)備，切削加工結(jié)束后，在機(jī)床加工區(qū)用高壓切削液沖洗。,一、清洗站,二、去毛刺設(shè)備,機(jī)械法去毛刺 振動法去毛刺 噴射法去毛刺 熱能法去毛刺 電化學(xué)法去毛刺,二、去毛刺設(shè)備,三、切屑和切削液處理,切屑排除 靠重力或刀具回轉(zhuǎn)離心力將切屑甩出，靠切屑的自重落到機(jī)床下面的切屑輸送帶上。 用大流量切削液沖洗加工部位，將切屑沖走，然后用過濾器把切屑從切削液中