柔性自动化制造技术与装备

第4章柔性自动化制造技术与装备4.1概概述4.1..1制造造自动化化技术的的内涵1）在形形式上a代替人人的体力力劳动b代替或或辅助人人的脑力力劳动c实现制制造系统统中人、、机及整整个系统统的协调调、管理理、控制制和优化化。2）在功功能上用用TQCSE模模型描述述柔性自自动化制制造技术术的目标标，分别别为Time、、Quality、Cost、Service、、Environment.3)在范范围方面面，柔性性自动化化涉及到到产品的的全生命命周期的的所有过过程。4.1..2柔性性自动化化制造技技术发展展历程及及现状1.发展展历程1）第一一阶段（（1913年－－）：刚刚性自动动化，包包括刚性性自动化化和自动动单机。。2）第二阶段段（1930年年－）：：数控加加工，包包括数控控和计算算机数控控。3）第三三阶段（（1965年－－）：柔柔性制造造4）第四四阶段（（1973年－－）:计计算算机集成成制造系系统5）第五五阶段（（1991年－－）：智智能制造造系统2.柔性自动动化制造造技术的的研究现现状1）集成成技术与与系统技技术2）人机机一体化化系统3）单元元系统及及其技术术4）制造造过程计计划和调调度5）柔性性自动化化制造技技术的深深度与广广度6）适应应现代生生产模式式的制造造环境7）加工工系统的的复合化化和智能能化3.柔性自动动化制造造技术的的发展趋趋势1）制造造全球化化2）制造造敏捷化化3）制造造网络化化4）制造造虚拟化化5）制造造智能化化6）制造造绿色化化4.3工工业机器器人1.工业业机器人人的定义义是一种能能够自动动控制、、可以重重复编程程、多功功能、多多自由度度的操作作机、能能够搬运运材料、、工件或或操持工工具。操作机定定义为““具有和和人手臂臂相似的的动作功功能，可可以在空空间抓放放物体或或进行其其他操作作的机械械装置””在现代制制造业的的发展中中，工业业机器人人的作用用及其重重要性体体现在三三个方面面：①机机器人化化的工序序设备和和系统((喷漆、、焊装))；②机机器人装装配设备备和系统统(汽车车装配线线)；③③机器人人搬运设设备和系系统(自自动上下下料机械械手、加加工中心心自动换换刀系统统)。2．工业业机器人人的基本本组成工业机器器人一般般由操作作机、驱驱动单元元、控制制系统三三部分组组成3.工业业机器人人的分类类工业机器器人可按按坐标形形式、控控制方式式、驱动动方式和和用途等等进行分分类。4.3..2工工业机机器人的的驱动系系统与控控制系统统1．工业业机器人人的驱动动系统工业机器器人的驱驱动系统统按动力力源可分分为液压压驱动、、气动驱驱动和电电动驱动动三种基基本类型型。选用工业业机器人人驱动系系统应根根据工业业机器人人的性能能要求、、控制功功能、运运行的功功耗、应应用环境境及作业业要求、、性能价价格比以以及其他他因素进进行综合合考虑。。在充分分考虑各各种驱动动系统特特点的基基础上，，保证工工业机器器人的性性能规范范、可行行性和可可靠性。。2．工业业机器人人的控制制系统(1)控控制系统统的基本本功能控制系统统是工业业机器人人的大脑脑，其基基本功能能包括：：1)记忆忆功能2)示教教功能3)与外外围设备备联系功功能4)坐标标设置功功能5)人机机接口6)传感感器接口口7)位置置伺服功功能8)故障障诊断与与安全保保护功能能(2)机机器人控控制系统统的组成成(3)机机器人控控制系统统的分类类机器人控控制系统统有五种种不同的的分类方方式。1)按控控制方式式可分为为顺序控控制、程程序控制制、自适适应控制制和人工工智能控控制系统统。2)按驱驱动方式式可分为为液压驱驱动、气气动驱动动和电动动驱动控控制系统统。3)按运运动方式式可分为为点位控控制、轨轨迹控制制系统。。4)按控控制总线线标准可可分为国国际标准准总线控控制、自自定义总总线控制制系统。。5)按编编程方式式可分为为物理设设置编程程、在线线编程以以及离线线编程控控制系统统。(4)机机器人控控制系统统的结构构按机器人人控制方方式可将将其系统统结构分分为三类类。1)集中中控制方方式：采采用一台台计算机机实现全全部控制制功能，，结构简简单，成成本低，，但实时时性差，，难以扩扩展。2)主从从控制方方式：采用主从从两级处处理器实实现系统统的全部部控制功功能，主主CPU实现管管理、坐坐标变换换、轨迹迹生成和和系统自自诊断等等；从CPU实实现所有有关节的的动作控控制。3)分散散控制方方式：按按系统的的性质和和方式将将系统控控制分成成几个模模块，每每一个模模块各有有不同的的控制任任务和控控制策略略，各模模块之间间可以是是主从关关系，也也是平等等关系。。这种方方式实时时性好，，易于实实现高速速、高精精度控制制，易于于扩展，，实现智智能控制制，是目目前流行行的方式式，4.3..3工业业机器人人的应用用案例1．弧焊焊机器人人2．装配配机器人人3．搬运运机器人人工业机器器人一汽——大众公司司焊装车车间的机机器人5.其他他用途机机器人娱乐机器器人：机机器人演演奏家娱乐机器器人世界上两两个赛事事：微机机器人世世界杯和和机器器人世界界杯1999年11月举行行首届中中国机器器人足球球锦标赛赛服务机器器人：清清扫机器器人保姆机器器人军用机器器人：机机器人战战车军用侦察察机器人人世界上最最轻的机机器人1997年的NASA第一个成成功登陆陆火星的的Sojourney实验机人形机器人仿人型机机器人壁虎机器器人

世界上最最灵巧的的机械手手4．5柔柔性性制造系系统(FMS))4.5..1概概述1．FMS的定定义美国制造造工程师师协会的的计算机机辅助统统和应用用协会把把柔性制制造系统统定义为为:使用用计算机机控制柔柔性工作作站和物物料运储储装置来来完成零零件族中中某一工工序或一一系列工工序的一一种集成成制造统统。“中华人人民共和和国国家家军用标标准”有有关“武武器装备备柔性制制造系统统术语””的定义义是：FMS是是数控加加工设备备、物料料运储装装置和计计算机控控制系统统组成的的自动化化制造系系统。FMS包包括多个个柔性制制造单元元，能根根据制造造任务或或生产环环境的变变化迅速速进行调调整，适适用于多多品种、、中等批批量生产产。2．FMS的基基本组成成（1）FMS的的硬件组组成1）加工工系统：：两台以以上数控控或加工工中心以以及其他他设设备。2）自动动化运输输系统：：工件和和刀具运运储系统统3）计算算机控制制系统（2）FMS的的软件组组成软件功能能：FMS的计计划调度度、运行行控制、、系统管管理和网网络通信信、质量量保证等等。3.FMS的主主要特征征1）自动动进行批批量生产产2）通过过设置工工艺流程程及相关关参数，，便制造造出相关关零件族族的任何何零件3）自动动进行物物料的运运输和储储存4）具有有多台设设备状态态下的零零件混合合化4.FMS中机机床的配配置形式式（1）机机床功能能互补式式（2）机机床功能能互换式式（3）机机床功能能混合式式5.柔性性制造系系统FMS的类类型柔性制造造单元((FMC)FMC由单单台带多多托盘系系统的加加工中心心或3台台以下的的CNC机床组组成,具具有适应应加工多多品种产产品的灵灵活性。。FMC的柔性性最高,,可视为为柔性制制造系统统FMS的基本本单元,,是柔性性制造系系统FMS向廉廉价、小小型化方方向发展展的产物物。FMC问世世并应用用于生产产比FMS晚6～8年年,现已已进入普普及应用用阶段。。柔性自动动制造线线(FML)柔性制造造线FML是处处于非柔柔性自动动线和FMS之之间的生生产线,,对物料料系统的的柔性要要求低于于FMS，但生生产效率率更高。。FML采用的的机床大大多为多多轴主轴轴箱的换换箱式或或转塔式式组合加加工中心心，能同同时或依依次加工工少量不不同的零零件。FML技技术已日日趋成熟熟,进入入实用阶阶段。柔性制造造工厂((FMF)FMF是是将多个个FMS连接起起来，配配置自动动化立体体仓库，，用计算算机进行行集成控控制，实实现从订订货、设设计、加加工、装装配、检检验、运运送至发发货的完完整生产产过程。。4.5..2FMS中中的加工工系统1.加工工系统的的配置与与要求加工回转转体与非非回转体体两大类类。2.加工工系统的的遵循原原则：1）工序序的集中中性2）功能能的扩展展性3）刚度度、精度度和速度度4）运行行经济性性5）操作作性、可可靠性和和可维修修性6）自保保护和自自维护性性7）环境境的适应应性和保保护性2．常用用的加工工设备加工中心心是一种种备有刀刀库并能能按预定定程序自自动更换换刀具，，对工件件进行多多工序加加工的高高效数控控机床。。其最大大特点是是工序集集中和自自动化程程度高，，可减少少工件装装夹次数数，避免免工件多多次定位位所产生生的累积积误差，，节省辅辅助时间间，实现现高质、、高效加加工。加工中心心按工艺艺用途可可分为镗镗铣加工工中心、、车削加加工中心心、钻削削加工中中心、攻攻螺纹加加工中心心及磨削削加工中中心等。。(1)加加工中心心加工中心心完成镗镗、铣、、钻、攻攻螺纹等等工作，，与普通通数控镗镗床和数数控铣床床的区别别是，加加工中心心附有刀刀库和自自动换刀刀装置。。加工中心心的刀库库类型有有链式、、盘式和和转塔式式等。链链式刀库库的特点点是存刀刀量多、、扩展性性好、在在加工中中心上的的配置位位置灵活活，但结结构复杂杂。盘式式和转塔塔式刀库库的特点点是构造造简单，，适当选选择刀库库位置还还可省略略换刀机机械手，，但刀库库容量有有限。根根据用途途，加工工中心刀刀库的存存刀量可可为几把把到数百百把，最最常见的的是20～80把。加工中心心的自动动换刀装装置常采采用公用用换刀机机械手。。公用换换刀机械械手有单单臂式、、双臂式式、回转转式和轨轨道式等等。(2)车车削加工工中心(3)数数控组合合机床4.5..3FMS中