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概述4.1.1制造自动化技术的内涵1）在形式上a代替人的体力劳动b代替或辅助人的脑力劳动c实现制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。2）在功能上用TQCSE模型描述柔性自动化制造技术的目标，分别为Time、Quality、Cost、Service、Environment.3)在范围方面，柔性自动化涉及到产品的全生命周期的所有过程。4.1.2柔性自动化制造技术发展历程及现状1.发展历程1）第一阶段（1913年－）：刚性自动化，包括刚性自动化和自动单机。2）第二阶段（1930年－）：数控加工，包括数控和计算机数控。3）第三阶段（1965年－）：柔性制造4）第四阶段（1973年－）:计算机集成制造系统5）第五阶段（1991年－）：智能制造系统2.柔性自动化制造技术的研究现状1）集成技术与系统技术2）人机一体化系统3）单元系统及其技术4）制造过程计划和调度5）柔性自动化制造技术的深度与广度6）适应现代生产模式的制造环境7）加工系统的复合化和智能化3.柔性自动化制造技术的发展趋势1）制造全球化2）制造敏捷化3）制造网络化4）制造虚拟化5）制造智能化6）制造绿色化4.3工业机器人1.工业机器人的定义是一种能够自动控制、可以重复编程、多功能、多自由度的操作机、能够搬运材料、工件或操持工具。操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功能，可以在空间抓放物体或进行其他操作的机械装置”在现代制造业的发展中，工业机器人的作用及其重要性体现在三个方面：①机器人化的工序设备和系统(喷漆、焊装)；②机器人装配设备和系统(汽车装配线)；③机器人搬运设备和系统(自动上下料机械手、加工中心自动换刀系统)。2．工业机器人的基本组成工业机器人一般由操作机、驱动单元、控制系统三部分组成3.工业机器人的分类工业机器人可按坐标形式、控制方式、驱动方式和用途等进行分类。4.3.2工业机器人的驱动系统与控制系统1．工业机器人的驱动系统工业机器人的驱动系统按动力源可分为液压驱动、气动驱动和电动驱动三种基本类型。选用工业机器人驱动系统应根据工业机器人的性能要求、控制功能、运行的功耗、应用环境及作业要求、性能价格比以及其他因素进行综合考虑。在充分考虑各种驱动系统特点的基础上，保证工业机器人的性能规范、可行性和可靠性。2．工工业机机器人人的控控制系系统(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———大众公公司焊装装车间的的机器人人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第一个个成功登登陆火星星的Sojourney实验验机人形机器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)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。柔性制造工厂厂(FMF)FMF是将多多个FMS连连接起来，配配置自动化立立体仓库，用用计算机进行行集成控制，，实现从订货货、设计、加加工、装配、、检验、运送送至发货的完完整生产过程程。4.5.2FMS中的的加工系统1.加工系统统的配置与要要求加工回转体与与非回转体两两大类。2.加工系统统的遵循原则则：1）工序的集集中性2）功能的扩扩展性3）刚度、精精度和速度4）运行经济济性5）操作性、、可靠性和可可维修性6）自保护和和自维护性7）环境的适适应性和保护护性2．常用的加加工设备加工中心是一一种备有刀库库并能按预定定程序自动更更换刀具，对对工件进行多多工序加工的的高效数控机机床。其最大大特点是工序序集中和自动动化程度高，，可减少工件件装夹次数，，避免工件多多次定位所产产生的累积误误差，节省辅辅助时间，实实现高质、高高效加工。加工中心按工工艺用途可分分为镗铣加工工中心、车削削加工中心、、钻削加工中中心、攻螺纹纹加工中心及及磨削加工中中心等。(1)加工中中心加工中心完成成镗、铣、钻钻、攻螺纹等等工作，与普普通数控镗床床和数控铣床床的区别是，，加工中心附附有刀库和自自动换刀装置置。加工中心的刀刀库类型有链链式、盘式和和转塔式等。。链式刀库的的特点是存刀刀量多、扩展展性好、在加加工中心上的的配置位置灵灵活，但结构构复杂。盘式式和转塔式刀刀库的特点是是构造简单，，适当选择刀刀库位置还可可省略换刀机机械手，但刀刀库容量有限限。根据用途途，加工中心心刀库的存刀刀量可为几把把到数百把，，最常见的是是20～80把。加工中心的自自动换刀装置置常采用公用用换刀机械手手。公用换刀刀机械手有单单臂式、双臂臂式、回转式式和轨道式等等。(2)车削加加工中心(3)数控组组合机床中中的物流系统统在FMS中流流动的物料主主要包括工件件、刀具、夹夹具、切屑以以及切削液。。物流系统是是FMS从进进口到出口，，实现对上述述物料自动识识别、存储、、分配、输送送、交换和管管理的系统。。由于工件和和刀具的流动动频率较高，，故FMS中中的物流系统统主要由工件件流系统和刀刀具流系统两两部分组成。。物流系统主主要包括输送送装置、交换换装置、缓冲冲装置和存储储装置等基本本装置。1．物流系统统的输送装置置(1)对