智能制造数字化基础

智能制造基础与应用高等职业教育“十三五”规划教材

第二章智能制造数字化基础第二节数字化设计与仿真第三节数字化工艺第四节数字化加工与装配第五节数字化控制第六节数字化生产管理第七节数字化远程维护第一节概述概述1第一节数字制造采用数字化的手段对制造过程、制造系统与制造装备中复杂的物理现象和信息演变过程进行定量描述、精确计算、可视模拟与精确控制，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造,进而快速生产出符合用户需求的产品。智能制造借助计算机收集、存储、模拟人类专家的制造智能，进行制造各环节的分析、判断、推理、构思和决策，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动，实现制造过程、制造系统与制造装备的智能感知、智能学习、智能决策、智能控制与智能执行。一、国外数字制造与智能制造的发展现状B777的开发美国通用汽车开发汽车数字化开发-虚拟样机二、我国数字制造与智能制造的发展现状1、国内数字制造业智能制造发展现状分析神龙汽车制造有限公司对轿车装配生产线进行了轿车预装配数字化系统的开发，基本实现了总装柔性生产。中航商用飞机有限公司在ARJ21飞机研制中应用产品数字化定义技术、产品数据管理技术、数字样机技术、数字化工艺与虚拟装配技术等数字化设计制造技术和并行工程方法，实现了大部段对接一次成功，飞机上天一次成功，取得了显著的经济效益。我国云制造相关技术及系统的研究已取得显著的成果。机器人研发投入持续加大，工业机器人大量应用。2012年，在中国销售的工业机器人达26902台，同比增长19.2%，我国工业机器人年安装量排名世界第三，累计安装量超过6万台。“机器换人”已经成为企业提高生产效率、降低人力成本的重要手段。富士康机器人在生产iphone广东省实施“机器换人”3D打印制造基础技术方面，华中科技大学、北京航空航天大学、西北工业大学和北京航空625所相继开展了熔融沉积制造、电子束融合技术、选择性激光烧结等研究。3D打印在医学上的应用金属3D打印产品2.我国智能制造与国外先进水平的差距（1）“大数据”驱动的知识挖掘及知识库研究应用；（2）复杂装备研发过程中，产品性能仿真问题分析单一；（3）制造业与物流业信息资源融合度较低；（4）云制造技术方面的研究及应用还处于初级阶段；（5）3D打印制造技术研发和产业发展中仍面临巨大挑战。3.数控机床行业典型制造企业数字制造与智能制造的技术现状昆明机床股份有限公司KHC系列五轴加工中心和FMS柔性生产线大连机床集团有限责任公司DRH-F系列工业机器人发动机缸体柔性生产线VDWA50五轴立式加工中心在三维造型方面，我国数控机床制造企业能够使用PRO/E、UG、CATIA、Solidworks等各类三维造型软件进行机床部件的造型设计，实现数控机床关键部件设计过程的在机床关键部件设计的无纸化，并为数据控机床设计的模块化和关键部件数据重用奠定了信息分析在数控机床关键部件设计参数及方法重用的数据基础。数控机床关键部件分析方面，综合使用Adams、Ansys、Anstran等分析软件，依托各规格的激振器、高灵敏度传感器、激光测振仪、三坐标测量仪等设备形成的数控机床关键部件信息采集系统，对数控机床关键部件进行动、静、热等多角度分析，确保数控机床关键部件的结构和材料特性符合其工况需求。三、数字制造的科学定义与内涵所谓数字制造，是指在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户需求迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出符合用户期望性能的产品的整个制造过程。四、数字制造是实现智能制造的前提数字制造是智能制造的基础，智能制造是在数字制造的基础上发展的更前沿的阶段。以机床为例，计算机与机床结合产生的数控机床，实现了程序化控制，这是数字化时代的产物。智能机床则需要传感器随时感知其工作状况、环境参数，需要有能够体现人们对加工工艺过程优化的知识的智能控制软件，即传感器、数控机床、智能控制三者共同构成智能机床。智能制造还包括车间级、企业级等制造系统的智能化。思考题：1.分别描述一下数字制造和智能制造。2.谈一谈数字制造和智能制造的区别和联系。数字化设计与仿真2第二节数字化设计推动信息化进程向前发展，而仿真则是验证设计结果的有效有段。在现代制造企业产品设计和制造过程中，数字化设计和仿真一直是不可或缺的两个工具，在缩减经费、缩短开发周期、提高产品质量方面发挥了巨大作用。一、数字化设计与仿真的基本概念“数字化设计与仿真”是指利用计算机软硬件及网络环境，实现产品开发全过程的一种技术，即在网络和计算机辅助下通过产品数据模型，全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。二、数字化设计与仿真和传统设计的比较计算机技术、信息技术、网络技术等的飞速发展，使得设计过程中各个设计阶段所采用的设计工具、设计理念、设计模式发生了深刻的变化.

传统设计数字化设计设计方式手工绘图计算机绘图设计工具绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、橡皮等计算机、网络、CAD/CAE软件、绘图机、打印机等产品表示二维工程图纸、各种明细表等三维CAD模型、二维CAD电子图纸、BOM等设计方法经验设计、手工计算、封闭收敛的设计思维基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设计、有限元分析、优化设计、动态设计、工业造型设计等现代设计方法工作方式串行设计、独立设计并行设计、协同设计管理方式纸质图档、技术文档管理基于PDM的产品数字化管理仿真方式物理样机虚拟样机、物理样机特点过早进入物理样机阶段，从设计到物理样机反复迭代修正由个人经验、手工计算带来的设计错误，设计周期长，成本高形象直观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观和色彩设计等采用虚拟样机进行实现。设计错误少，设计周期短、成本低传统设计与数字化设计各方面比较三、数字化设计与仿真基本技术1.CAX工具CADCAMCAE2.并行工程并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在一开始就考虑产品整个生命周期中从概念形成到产品报废的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。四、先进数字化设计与仿真技术-虚拟样机1.产生背景传统的设计方式要经过图纸设计、样机制造，测试改进、定型生产等步骤，为了使产品满足设计要求，往往要多次制造样机，反复测试，费时费力、成本高昂。虚拟样机技术的出现，改变了传统的设计方式，采用数字技术进行设计。它能够在计算机上实现设计——试验——设计的反复过程，大大降低了研发周期和研发资本，能够快速响应市场，适应现代制造业对产品T（time）、Q（quality）、C（cost）、S（services）、E（environment）的要求，极大地促进了敏捷制造的发展，推动了制造业的数字化、网络化、智能化。2.虚拟样机技术定义虚拟样机技术(VirtualPrototyping,VP)是指在产品设计开发过程中,将分散的零部件设计和分析技术(指在某一系统中零部件的CAD和FEA技术)揉合在一起,在计算机上建造出产品的整体模型,并针对该产品在投入使用后的各种工况进行仿真分析,预测产品的整体性能,进而改进产品设计,提高产品性能的一种新技术。3.虚拟样机分类虚拟样机按照实现功能的不同可分为结构虚拟样机、功能虚拟样机和结构与功能虚拟样机。结构虚拟样机主要用来评价产品的外观、形状和装配。新产品设计首先表现出来的就是产品的外观形状是否满意,其次,零部件能否按要求顺利安装,能否满足配合要求,这些都是在产品的虚拟样机中得到检验和评价的。功能虚拟样机主要用于验证产品的工作原理,如机构运动学仿真和动力学仿真。新产品在满足了外观形状的要求以后,就要检验产品整体上是否符合基于物理学的功能原理。这一过程往往要求能实时仿真,但基于物理学功能分析,计算量很大,与实时性要求经常冲突。4.虚拟样机技术特点（1）新的研发模式传统的研发方法是一个串行过程,而虚拟样机技术真正地实现了系统角度的产品优化。它基于并行工程使产品在概念设计阶段就可以迅速地分析、比较多种设计方案,确定影响性能的敏感参数,并通过可视化技术设计产品、预测产品在真实工况下的特征以及所具有的响应,直至获得最优的工作性能。（2）更低的研发成本、更短的研发周期、更高的产品质量通过计算机技术建立产品的数字化模型,可以完成无数次物理样机无法进行的虚拟试验,从而无需制造及试验物理样机就可获得最优方案,因此不但减少了物理样机的数量,而且缩短了研发周期、提高了产品质量。（3）实现动态联盟的重要手段动态联盟的概念即为了适应快速变化的全球市场,克服单个企业资源的局限性,出现了在一定时间内,通过Internet临时缔结的一种虚拟企业。为实现并行设计和制造,参盟企业之间产品信息的交流尤显重要。而虚拟样机是一种数字化模型,通过网络输送产品信息,具有传递快速、反馈及时的特点,进而使动态联盟的活动具有高度的并行性。5.虚拟样机的功能组成

计算机仿真

技术虚拟现实技术CAD技术虚拟样机人机互动6.虚拟样机的生产流程第一阶段：描述虚拟部件的CAD数据必须产生,并且做针对实时应用的预处理。第二阶段：针对DMU仿真的需要对CAD几何造型进行后处理。第三阶段：将处理好的CAD三维模型连接到虚拟样机内核上，使之与定义好的运动联结(joints)、运动约束(Constraints)的机构系统以及其它子系统有机联系在一起，最后在虚拟样机仿真环境下生成虚拟样机。7.虚拟样机技术的应用火星车勇气号虚拟样机火星车勇气号物理样机基于虚拟样机的汽车试验虚拟样机在工程机械领域应用虚拟样机在产品动力学分析上的虚拟样机在机械系统参数优化设计上的应用---洗衣机的震动模拟虚拟样机在飞行器设计上的应用---飞行模拟五、案例分析1.数字化设计底座三维实体模型掩护梁三维实体模型液压支架传统设计是一种基于经验、类比的设计模式，这种建立在物理样机上的研发模式，成本高，开发周期长。如果物理样机试验不够充分，产品定型后会造成不可预知的结果，从而影响到液压支架的质量。

2.虚拟装配液压支架三维实体模型液压支架零件的三维实体模型完成后，为了建立数字化样机，需要对其各个零件进行虚拟装配。通过确定零件之间的位置约束关系，可以把支架中的各个三维实体零件装配成一个整体——液压支架数字化样机。零件的准确装配是液压支架运动仿真的前提，装配关系的正确与否直接影响着液压支架运动仿真能否正确实现。通过仿真结果，可以根据需要对生成的零件和特征进行修改定义，直至达到液压支架设计要求为止。3.液压支架的运动仿真4.基于ADAMS的液压支架数字样机的运动学分析思考题：1.数字化设计与仿真和传统设计相比较有哪些特点？2.数据化设计有哪些基本技术？3.什么是虚拟样机技术，解决什么样的问题？数字化工艺3第三节工艺设计工作不仅涉及得到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产水平等，甚至还要受到工艺人员实际经验和管理体制的制约，传统手工工艺设计具对工艺设计人员要求较高。由于工艺设计需要和汇总生产大量的工艺文件，因此工作量大但效率低下。随着计算机在制造企业中的应用，数字化工艺设计与仿真已成为可能。一、计算机辅助工艺过程设计1.CAPP概念计算机辅助工艺过程设计（computeraidedprocessplanning,CAPP），是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。2.CAPP的发展历史CAPP的开发、研制是从60年代末开始的，在制造自动化领域，CAPP的发展是最迟的部分。世界上最早研究CAPP的国家是挪威，始于1969年，并于1969年正式推出世界上第一个CAPP系统AUTOPROS；1973年正式推出商品化的AUTOPROS系统。在CAPP发展史上具有里程碑意义的是CAM-Ⅰ于1976年推出的CAM-Ⅰ'SAutomatedProcessPlanning系统。取其字首的第一个字母，称为CAPP系统。目前对CAPP这个缩写法虽然还有不同的解释，但把CAPP称为计算机辅助工艺设计已经成为公认的释义。我国对CAPP的研究始于80年代初，迄今为止，在国内学术会议、刊物上发表的CAPP系统已有50多个，但被工厂、企业正式应用的系统只是少数，真正形成商品化的CAPP系统还不多。3.目前CAPP系统的分类派生式CAPP系统创成式CAPP系统综合式CAPP系统4.发展CAPP技术的意义传统上，工艺设计应由具有丰富生产经验的工程师负责。作为一个好的工艺设计工程师必须具备：*具有丰富的生产经验；*熟知企业的各种设备的使用情况；*熟知企业内各种生产工艺方法；*熟知企业内各种与生产加工有关的规范；*熟知与生产管理有关的各种规章制度；*能与有关各方保持友好协作。具有丰富经验的工艺工程师，在发达国家常常感到人数不足。在美国，工艺设计人员一般年龄在40岁以上，并有丰富的生产车间工作经验；在英国，工艺工程师平均年龄为55岁。通过对年龄数据的统计，反映了工艺设计要求工艺工程师有多年的生产实践经验。5.国内企业应用CAPP技术的现状通过对国内部分设计院、企业所做的调研，大部分企业对CAPP系统的应用情况并不令人乐观。企业应用CAPP系统的情况最具代表性的有如下几种：（1）大部分企业的工艺设计仍然采用手工设计的方式，CAPP的应用仍是空白。较偏远地区的企业，特别是那些中小企业，不光CAPP的应用是一片空白，计算机的应用状况也令人担忧。（2）部分企业在计算机技术和CAD的应用较为普及以后，工艺设计成为企业的薄弱环节。有些企业自己在Word、Excel或AutoCAD上绘制出工艺卡片的空白表格，在此基础上进行工艺规程的设计。此种设计方式也是利用计算机进行辅助工艺设计，因此，也可称做CAPP，但此类CAPP所生成的工艺规程是以文本文件的形式存在的，工艺部门只生成文本文件，企业无法对工艺数据进行有效的管理。（3）部分企业已充分认识到工艺设计的重要性，并购买了部分商品化的CAPP系统，但由于企业对CAPP的认识还存在一些误区，因此，CAPP的应用还不尽如人意。二、制造过程管理制造过程管理（ManufacturingProcessManagement，简写为MPM），是一种贯穿计划、设计、制造和管理全过程的协同工作环境，旨在对生产过程中的工艺信息进行协调的统一管理。MPM是为制造企业在工艺规划、工艺设计、工艺仿真过程中提供一系列结构化、可视化的工具和技术，其核心技术可以分为工艺设计和仿真技术(主要包CAM技术、装配过程与仿真技术、物流设计与仿真技术、公差分析、机器人离线编程及仿真技术、人机作业模拟与仿真技术)以及工艺管理(主要包括PBOM管理、工艺设计管理、工艺资源管理、工艺报表)。1.案例基本情况ARJ21是AdvancedRegionalJetforthe21stCentury的简称，是70~90座级的中、短航程支线飞机，拥有国内自主知识产权，按照世界上最新技术设计，研制过程中全面采用数字化技术是该新支线的又一特点。同时，并行工程技术的充分应用，从飞机总体方案起，设计部门、工艺部门、项目管理部门等各部门就介入进去。2.案例分析目前国内整个飞机制造过程中处于重要地位的飞机装配过程基本沿袭了数字量传递与模拟量传递相结合的工作模式，装配工艺的设计主要采用计算机辅助工艺过程设计系统CAPP系统进行，但仍然停留在二维产品设计的基础上，与CAD系统没有建立紧密的联系，更谈不上与设计的协同工作，无法将装配工艺过程、装配零件及与装配过程有关的制造资源紧密结合在一起实现装配过程的仿真，无法在工艺设计环境中进行3维的虚拟工艺验证，零部件能否准确安装，在实际安装过程中是否发生干涉、工艺流程、装配顺序是否合理，装配工艺装备是否满足装配需要，装配人员及装配工具是否可达、装配操作空间是否具有开放性等一系列问题无法在装配设计阶段得到有效验证。上述任一环节在实际生产中出现问题都将影响飞机的研制周期，造成费用的损失。3.解决方案应用DELMIA软件系统解决上面问题，系统又包括两个相互关联的独立软件，DPE(DigitalProcesEngineer--数字工艺工程)和DPM(DigitalProcesManufacture--数字制造工艺)。思考题：1.什么是CAPP？2.MPM是什么，具体有什么作用？数字化加工与装配4第四节一、数控加工设备1.数控加工的基本概念数控加工是指由控制系统发出指令使刀具作符合要求的各种运动，以数字和字母形式表示工件的形状和尺寸等技术要求和加工工艺要求进行的加工。它泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。2.数控加工的特点自动化程度高加工精度高，加工质量稳定对加工对象的适应性强生产效率高易于建立计算机通信网络数控加工特点3.数控加工设备的分类1.开环控制系；2.半闭环控制系统；3.闭环控制系统1.定位控制数控机床；2.直线运动控制数控机床；3.轮廓控制的数控机床1.精密型;2.普通型;3.经济型1.金属切削类数控机床；2.金属成形类及特种加工类数控机床工艺用途运动方式控制方式功能水平4.先进数控加工设备介绍数控加工设备向着高精度、高效率、复合型、智能型和网络与开放方面发展。（1）高精度瑞士DXSHSCHAUBLIN公司142精密车床德国KERNPyramidNano金字塔纳米加工中心主轴跳动＜0.5µm最佳圆度＜0.5µm光洁度Ra0.2-0.4µm位置精度±0.3µm（positionalvariance）1-10,000个零件精度始终保持可实现0.1µ进给实测定位精度/重复定位精度0.0005mm/0.0003mm（ISO230-2）日本YASDAYMC430Ver.II超精密微细加工中心）北京广宇大成数控机床有限公司MGK2835高精度数控立式磨床Ø1000mm工作台径向跳动和轴向窜动≤１μm工作台外延1000mm处端面跳动≤１μm通过角度闭环控制的工作台重复定位精度１″砂轮主轴径向跳动和轴向窜动≤１μm加工圆度2μm日本YASDA加工实例切深0.3µmDMG/MORISEIKIDIXI210立式加工中心

在长/宽/高为2100/1800/1250mm的空间范围内，精度＜35µm承诺：精度十年不变瑞士RollomaticGrindSmartNano6六轴联动数控刀具磨床世界第一款真正意义上的微型刀具磨床，用于极端微型刀具的加工磨削。加工直径范围在Ø0.01–2.0mm同心度、圆度、尺寸和形位公差均进入纳米级纳米级刀具加工表面可达到镜面效果专利的柄部和头部支撑技术保证圆跳动为零日本MAKINOiQ300微细精密加工机传感器模具R0.02mm圆弧放大图浙江陀曼精密机械有限公司TMYS3120CNC6滚齿机埃斯维机床（苏州）有限公司BAW06卧式多主轴加工中心苏州上金数控科技有限公司高速立式加工中心厦门大金机械有限公司MT系列钻攻中心精度—科学设计，有限元技术得到广泛应用DMG德国DS-Technology公司DMG精度—结构、驱动、材料箱中葙（Box-in-box）台中台（Table-in-table）HERMLE重心驱动精度—结构、驱动、材料DMG公司duoBlock专利双体式结构移动负载降低50%，静质量增加100%瑞士STUDERS41人造花岗岩床身人造花岗岩床身德国ALFINGAL6加工中心焊接+水泥结构焊接+水泥人造花岗岩与铸铁吸振性能比较瑞士AgieCharmillesMikronHSM500高速铣削加工中心人造花岗岩封闭O型龙门框架式精度—减少或消除热变形影响利于排屑的总体布局德国海德曼机床公司（

Handtmann）工作台翻转式加工中心德国EMAG德国EMAG倒立式加工中心（2）高效率德国CHIRONTZ15WMAGNUM立式加工中心德国DMGDMU40monoBLOCK系列自动化解决方案效率—机器人与机床集成内置式关节机器人澳大利亚ANCA公司MX7工具磨瑞士EWAG公司COMPACT

LINE工具磨床FANUC

4台钻削中心和两台D顶置机器人组成的柔性制造单元DMG缸盖生产线10台NHX5000+自动上下料效率—机器人与机床集成大连机床集团汽车转向节智能生产线关节机器人与生产线集成OKUMA五轴自动调整技术5-AxisAutoTuningSystem开始结束基准球固定在台面上，测头接触基础球顶端按启动键和测量开始键开始测量，并自动设置补偿参数仅需3步，11种几何误差（完整模式）在10分钟内自动完成测量、补偿、调整4种几何误差（简单模式）在10分钟内自动完成测量、补偿、调整效率—节省辅助时间五轴几何误差快速自动调整EmcoCPSPilot防碰撞系统防碰撞检验CPSPilot按1:1比例，以三维图形的形式显示每台特定机床的所有特征，确保停工期加到最低程度功能和特征MAZAK智能维护与支持技术INTELLIGENTMAINTENANCESUPPORT监测机床需日常维护保养的一些部位的状态信息，如切削液、过滤器，防护罩和操作记录等，以预防维修计划不落实造成的意外停机。当某一监测部位达到预设值时，例如过滤器的清洗新更换日期，会弹出窗口要求及时进行维护。效率—节省辅助时间设备维护与监测，减少意外停机时间MAZAK主轴状态监测技术INTELLIGENTPERFORMANCESPINDER监控主轴状态，缩短停机时间，对机床进行预防性维护MAZAK激光切割机床检测技术INTELLIGENTPERFORMANCESPINDER穿透检监测镜头清洁监测等离子云检监测过烧监测INDEXC200数控车床对置双主轴双工位3刀塔效率—多轴、多刀、多工位法国HURONTMX对置双主轴双刀塔车削中心车床效率—多轴、多刀、多工位日本高松（TAKAMATSU）XW系列并列主轴双刀刀塔精密车并列主轴车床日本村田（MURATEC）MW系列并列主轴双刀刀塔精密车日本富士（FUJI）CSD系列并列主轴双刀刀塔精密车德国CHIRON公司双主轴加工中心多主轴加工中心效率—多轴、多刀、多工位立式加工中心德国STAMAMC543/twincompact双主轴五轴联动立式加工中心瑞士STARRAGBTP5000-5-axistitaniumprofiler双主轴卧式加工中心（钛合金零件）效率—多轴、多刀、多工位双主轴双工位卧式加工中心德国LICONMACHININGCENTERLiFLEXII系列

双主轴双工位卧式加工中心埃斯维机床（苏州）有限公司BAW06卧式多主轴加工中心多轴合一，效能翻倍整体框架式结构，整机结构新颖独特，性能先进，配置高端，具有现代加工中心典型的品质和特点主轴的X、Y、Z向运动由直线电机驱动，闭环控制，加速度3G，安置在专利的整体框架式结构内整体框架式结构，整机结构新颖独特，性能先进，配置高端，具有现代加工中心典型的品质和特点主轴数量有1、2、4可选，主轴最高转速17500r/min摇篮式双横梁交换工作台由力矩电机驱动，上面可安装2个或4个子台效率—多轴、多刀、多工位卧式加工中心德国SAMAGMFZ4-2W多主轴卧式加工中心效率—多轴、多刀、多工位双主轴双摇篮式转台交换每个摇篮配置双转台卧式加工中心德国SAMAGMFZ6-3W多主轴加工中心三主轴双摇篮三转台效率—多轴、多刀、多工位卧式加工中心效率—多轴、多刀、多工位高度自动化的自动车床CITIZENCincom系列自动车日本津上（TSUGAMI）B0385双主轴自动车床（3）复合加工奥地利WFLM120MILLTURN铣车复合加工中心复合铣车复合奥地利WFL铣车复合加工中心加工实例复合奥地利

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HYPERTURN65PM车铣复合加工中心铣斜槽车/铣偏心圆三维铣削铣螺纹滚齿螺旋插补铣圆深孔钻削内沟槽加工内螺纹加工镗孔在线自动测量铣内外圆、扁、钻孔、攻丝椭圆铣削根部成形加工铣车复合铣槽滚齿凹腔/凹凸台铣钻深孔六边形拉削铣削斜内孔/凸台螺纹车螺纹内孔挤压成形车削滚压车削端面和外圆去毛刺插内齿车内孔镗孔铰孔偏心车/铣滚花铣槽雕刻铣削椭圆钻孔/攻丝内沉割槽车内孔精镗车内螺纹MAZAKINTEGREX系列铣车复合加工机床铣车复合Makino

GrinderG7五轴卧式加工中心磨铣复合DMGMORILASERTEC210Shape五轴铣削和激光纹理加工复合加工系统复合铣削和激光纹理加工复合加工系统MAZAKINTEGREXi-400AM五轴增/减材复合加工中心复合增/减材复合提供两种类型的熔覆头（高速成形和高精度成形），平时装在刀库里，可以自动安装在主轴上，并与其它刀具一样通过ATC调用。大连三垒机器股份有限公司SVW80C-3D增减复合五轴加工中心（4）智能化意大利萨瓦尼尼（SALVAGNINI）P2Lean新一代紧凑型多边折弯中心借助于传感器系统，精确测量加工过程中厚度、张力强度的变化值，通过40年丰富经验积累的专利的Mac2.0.a软件，计算回弹量并自动进行调整控制P2Lean懂得怎样满足你的每一个折弯要求，你只要简单的告诉设备你所需要的折弯，而后设备在最短的时间内自动完成折弯2014年10月在德国“国际金属板材加工技术展览会”一经展出，受到参观者的一致好评。智能传感器（厚度、张力）+40年经验软件+全自动=首件成功海德汉（HEIDENHAIN）TNC640数控系统LAC（负载自适应控制）—自动确定工件当前质量、转动惯量和摩擦力基础上，连续前馈并自适应控制其变化，使加工参数跟随工件的变化智能无附加力有/无附加力之比较OKUMA振动抑制技术OKUMA的振动抑制技术可根据传感器信号，计算并变换主轴至最佳转速。同时还可将多个最佳主轴转速候补值显示在画面上，通过触摸屏人工选择。德国HEIDENHAINTNC640数控系统进给速度自适应智能控制技术保持主轴最大功率条件下的进给速度自动调整。当进给速度小于定义最小值，切削条件异常或刀具磨损、破损严重时，系统会自动报警并停机智能进给速度自适应控制三菱电机自动化（中国）有限公司EA8SM数控电火花加工机智能化和自动化，可对复杂形状零件进行高速高效适应性放电加工，大幅缩短了抬刀时间拥有高效加工TP回路、抵损耗SC回路、镜面加工GM回路和硬质合金精加工PS回路四种不同用途的电路，可根据加工需求任意选用高速高效自适应性放电四种“傻瓜”式加工加方式（5）网络与开放采用基于以太网的标准通讯解决方案，内置有以太网功能，无需外挂通讯处理器，具有强大的网络集成功能通过CBA（ComponentBasedAutomation基于组件的自动化）技术功能强大的PLC/PLC通讯，可实现灵活组网，及操作站的动态连接开放的HMI（HumanMachineInterface人机界面）和

NCK（NCRealtimeKemal西门子数控系统实时控制内核），满足客户的个性化需求将得到满足。各种图像、软件，或是工艺功能都可轻松融入该系统SIEMENSSINUMERIK840Dsl数控系统

DMGMORICELO系统以独特的技术将机床与公司组织连接为一体，构成完整持续的数字化、无纸化生产的支撑和基础兼容现有的ERP（企业资源计划）/PPS（生产计划与控制系统）/PDM（产品数据管理）/MES制造执行系统和CAD/CAM软件和控制系统，可将生产效率提高30%具有生产计划、辅助功能、技术支持、配置与机床状态监控五类功能的16种应用程序，多点触摸屏，实现对数控系统、任务管理、任务规划、网络服务、状态监控、机床维护、工艺流程数据和机床数据等一体化数字化管理、记录和显示PC版本能够在PC上使用

CELOS的所有功能，可将任意机床或设备集成在整体CELOS外围设备中，可让用户在加工准备阶段就能对生产与制造流程进行最佳规划与控制HEIDENHAINTNC640数控系统TNC640可接入网络，连接PC计算机、编程站和其它数据存储设备。即使是标准版的TNC640系统，不仅具备RS-232-C/V.24数据接口，同时也具备最新的高速千兆以太网接口。TNC640可通过TCP/IP协议与NFS服务器和Windows网络通信，无需任何附加软件。数据传输速度最快可达1000Mbps，因此可确保快速传输数据。能够灵活地集成到设计、编程、仿真、制定生产计划、生产等工艺链中，将现有刀具及原材料、刀具数据、夹具装夹、CAD数据、NC程序、检测要求等数字版文件提供给车间和操作人员以及在TNC640用户界面中显示这些数据的解决方案。标准版的TNC640也提供实用应用程序。使用CAD阅读器、PDF阅读器以及Mozilla火狐网页浏览器，可以在数控系统中直接查看生产工艺数据。使用基于网页的文档软件或ERP系统就像进入您的电子邮件收件箱一样简单。二、工业机器人与数字化装配装配是产品生产的后续工序，在制造业中占有重要地位，在人力、物力、财力消耗中占有很大比例，作为一项新兴的工业技术，机器人装配应运而生。在机器人应用各领域中只占很小的份额。究其原因，一方面是由于装配操作本身比焊接、喷涂、搬运等复杂；另一方面，机器人装配技术目前还存在一些亟待解决的问题。如：对装配环境要求高，装配效率低，缺乏感知与自适应的控制能力，难以完成变动环境中的复杂装配，对于机器人的精度要求较高，否则经常出现装不上或“卡死”现象。1.国内装配机器人的发展现状经过多年来的研究与开发，我国在装配机器人方面有了很大的进步。目前在装配机器人研制方面，基本掌握了机构设计制造技术，解决了控制、驱动系统设计和配置、软件设计和编制等关键技术，还掌握了自动化装配线及其周边配套设备的全线自动通信、协调控制技术，在基础元器件方面，谐波减速器、六轴力传感器、运动控制器等也有了突破。我国已研制出精密型装配和实用型装配机器人，如广东吊扇电机机器人自动装配线，小型电器机器人自动装配线，以及自动导引汽车发动机装配线，精密机芯机器人自动装配线等机器人示范应用工程。2.国外装配机器人的发展现状美、日、西欧的制造业中约40％的劳动力用于装配，西德电子工业产品总成本的50—70％是装配。装配机器人是高质量、高柔性、高效率完成自动装配的理想手段。所以装配机器人得到迅速发展，如美国工业界Delphi法调查表明到2000年应用于装配和检验的机器人销售台数将从1985年占工业机器人总数16％猛增到35％。日本装配机器人的增长比任何其他工业应用领域的机器人都快，增长速度比欧洲和美国更快。3.装配机器人的关键技术装配机器人的关键技术装配机器人的实时控制检测传感技术装配机器人系统软件研制装配机器人控制器的研制装配机器人的图形仿真技术装配机器人柔顺手腕的研制装配机器人的精确定位三、案例分析1.机器人自动化切割切割机器人能满足切割零件高精度的要求，完成高质量工作，它包括火焰切割、等离子切割和激光切割等。另外，也可以实现对飞机壁板的自动化修边。飞机壁板件在加工成型时总要留有一定的余量，在装配前根据具体配合关系进行切边修整。采用工业智能机器人能够更高效、更便捷、更精准地完成零组件切边工作。从而代替传统的手工修边或笨重的切边机等。2.机器人自动制孔与连接装配过程中的零组件装配、部件装配和部件对接装配过程都需要进行大量的制孔、铆接等连接工作。机器人已经实现自动钻铆、焊接等工作，并逐渐应用于装配中。例如在大型飞机机身壁板上进行连接，采用人工钻铆方式完成数以万计的紧固件制孔、铆接非常耗时耗力，而采用机器手带动钻铆末端执行器，或采用爬行机器人可以轻松实现，并且效率是人工的6~10倍。串联机器人制孔并联机器人自动制孔3.测量辅助机器人数字化装配定位精确定位可以借助数字化技术及自动化设备来辅助完成，如采用先进高精度测量设备和工业机器人相结合的柔性加持定位系统。数字化光学设备以激光跟踪仪为代表，包括激光雷达、数字摄影照相机、iGPS室内测量系统等。对小范围的零组件的定位，可借助机器人结合测量设备来实现。后机身壁板用机器人进行定位移动

AGV车和机器人手臂组合使用4.机器人检测、探伤机器人在检测方面应用也很广泛。第一，进行产品结构的检查（如孔径和外形检测），如图3-3-7所示。第二，用于工件内部的检查（如无损探伤），具有速度快、准确度高等特点。第三，由于其可携带多种末端执行机构，因此可以安装测量头（非接触式光学反射镜或接触式探头等），对复杂、隐蔽的产品空间进行测量。这对于具有多种复杂结构零件的产品是极为有用的，如对发动机进气道的测量、安装、检验等。机器人孔检测5.机器人数字化柔性装配线平台机器人数字化柔性装配线平台在航空器制造领域应用广泛，例如在飞机总装时，国外各大飞机制造公司均采用了自动化对接装配系统来代替大型的固定装配型架，主要由计算机控制的自动化定位器、激光测量系统（激光跟踪仪、激光雷达或iGPS系统）和控制系统组成，同时，也集成应用了智能工业机器人于连接部位的装配工作上。机器人辅助数字化装配平台思考题：1.数控加工的特点是什么？2.数控加工设备发展方向是什么？3.装配机器人有哪些关键技术？数字化控制5第五节一、计算机数控系统（CNC系统）概述1.数控系统的组成CNC系统主要由硬件和软件两大部分组成。其核心是计算机数字控制装置。它通过系统控制软件配合系统硬件，合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息，控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求进行自动加工。2.CNC系统的功能CNC系统由于现在普遍采用了微处理器，通过软件可以实现很多功能。数控系统有多种系列，性能各异。数控系统的功能通常包括基本功能和选择功能。控制功能

准备功能插补功能进给功能主轴功能辅助功能刀具功能补偿功能字符、图形显示功能自诊断功能通信功能人机交互图形编程功能系统功能3.CNC系统的一般工作过程（1）输入输入CNC控制器的通常有零件加工程序、机床参数和刀具补偿参数。（2）译码把其中零件的轮廓信息按一定的语法规则解释（编译）成计算机能够识别的数据形式。（3）刀具补偿刀具补偿包括刀具半径补偿和刀具长度补偿。（4）进给速度处理数控加工程序给定的刀具相对于工件的移动速度是在各个坐标合成运动方向上的速度。（5）插补曲线上自动进行“数据点密化”。（6）位置控制将插补计算出的理论位置与实际反馈位置进行比较，用其差值控制进给电动机。（7）I/O处理实现CNC与机床之间的信息传递和变换。（8）显示有零件程序的显示、参数的显示、刀具位置显示、机床状态显示、报警信息显示等。二、伺服系统1.基本概念伺服系统是指以机械位置或角度作为控制对象的自动控制系统。它接受来自数控装置的进给指令信号，经变换、调节和放大后驱动执行件，转化为直线或旋转运动。伺服系统是数控装置(计算机)和机床的联系环节，是数控机床的重要组成部分。数控机床伺服系统又称为位置随动系统、驱动系统、伺服机构或伺服单元。该系统包括了大量的电力电子器件，结构复杂，综合性强。进给伺服系统是数控系统主要的子系统。如果说C装置是数控系统的“大脑”，是发布“命令”的“指挥所”，那么进给伺服系统则是数控系统的“四肢”，是一种“执行机构”。它忠实地执行由CNC装置发来的运动命令，精确控制执行部件的运动方向，进给速度与位移量。伺服系统一般由伺服电机、驱动信号控制转换电路、电子电力驱动放大模块、位置调节单元、速度调节单元、电流调节单元、检测装置。2.对伺服系统的要求（1）精度高伺服系统的精度是指输出量能复现输入量的精确程度。包括定位精度和轮廓加工精度。（2）稳定性好稳定是指系统在给定输入或外界干扰作用下，能在短暂的调节过程后，达到新的或者恢复到原来的平衡状态。直接影响数控加工的精度和表面粗糙度。（3）快速响应快速响应是伺服系统动态品质的重要指标，它反映了系统的跟踪精度。（4）调速范围宽调速范围是指生产机械要求电机能提供的最高转速和最低转速之比。0～24m/min。（5）低速大转矩进给坐标的伺服控制属于恒转矩控制，在整个速度范围内都要保持这个转矩；主轴坐标的伺服控制在低速时为恒转矩控制，能提供较大转矩。在高速时为恒功率控制，具有足够大的输出功率。3.伺服系统的分类（1）按调节理论分类开环伺服系统半闭环伺服系统闭环伺服系统（2）按使用的执行元件分类a.电液伺服系统执行元件：电液脉冲马达和电液伺服马达。优点：在低速下可以得到很高的输出力矩，刚性好，时间常数小、反应快和速度平稳。缺点：液压系统需要供油系统，体积大。噪声、漏油。b.电气伺服系统执行元件：伺服电机（步进电机、直流电机和交流电机）优点：操作维护方便，可靠性高。（3）按被控对象分类a.进给伺服系统指一般概念的位置伺服系统，包括速度控制环和位置控制环。b.主轴伺服系统只是一个速度控制系统。（4）按反馈比较控制方式分类a.脉冲、数字比较伺服系统b.相位比较伺服系统c.幅值比较伺服系统三、案例分析1.FANUC数控系统的发展历史列表年代系统的种类控制轴数/联动轴数伺服的种类应用情况1976年FS-5FS-7POWERMATE系列F200C，F330D

DC伺服电机

1979年FS-2系列

FS-3系列FS-6系列FS-9系列

1984年FS10系列FS11系列FS12系列

AC伺服电机（模拟控制）

1985年FS0系列4/4一般机械小型机械经济型机械1987年FS15系列24/16AC伺服电机

（数字控制）高精度机床复合机械五面体加工机1990年FS16系列8/6高性能机械五面体加工机1991年FS18系列6/4高性能机械1992年FS20系列4/3

1993年FS21系列5/4高性能机械一般机械1996年FS16i系列8/6高性能机械五面体加工机一般机械FS18i系列8/418iMB58/5FS21i系列5/41998年FS15i系列24/24高精度复合机械五面体加工机2001年FS0i-A系列4/4一般机械小型机械经济机械2003年FS0i-B系列4/4FS0iMATE-B系列3/32004年FS0i-C系列4/4FS0iMATE-C系列3/3FS30i/31i/32i系列30i32/24高精度复合机械五面体加工机生产线31i20/1232i9/5

2.常见FANUC数控系统FANUC0-C/0-D系列FANUC16/18/21系列FANUC16i/18i/21i系列FANUC0i-AFANUC0i-BFANUC0imate-BFANUC0i-CFANUC30i/31i/32i系列3.FANUC数控系统的共同结构特点典型的FANUC数控系统的构成典型的FANUC数控系统的构成思考题：1.简述一下CNC系统的组成。2.CNC系统的功能有哪些？3.什么是伺服系统？4.伺服系统是如何分类的？数字化生产管理6第六节图片一、MES的基本概念制造执行系统(manufacturingexecutionsystem，简称MES）是美国管理界上世纪90年代提出的新概念，MESA(MES国际联合会)对MES的定义是：MES能通过信息传递对从订单下达到产品完成的整个生产过程进行优化管理。1.MES应用功能模型2.MES应用情况MES在发达国家已实觋了产业化，其应用覆盖了离散与流程制造领域，并给企业带来了巨大的经济效益。MESA分别在1993年和1996年以问卷方式对若干典型企业进行了两次有关MES应用情况的调查，这些典型企业覆盖了下列的7大行业：医疗产品、塑料与化合物、金属制造、电气、电子、汽车、玻璃纤维、通讯等。调查表明企业使用MES后，可有效地缩短制造周期，缩短生产提前期，减少在制品，减少或消除数据输入时间，减少或消除作业转换中的文书工作，改进产品质量少次品，消除损失的文书工作。国内在“十五”期间，流程工业领域MES成为技术研究的突破口，重点面向钢铁和石化2个典型流程制造行业。目前，MES已在钢铁、石化等行业得到成功应用并开发完成了若干自主产权的MES系统，如：上海宝信MES、中国石化MES（S－MESV1．0）等。3.MES发展趋势MES标准化支持网络化协同制造MES新型体系结构更强的集成化功能更强的实时性和智能化MES的发展趋势二、ERP的基本概念企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning，简称ERP)，由美国GartnerGroup公司于1990年提出。企业资源计划是MRPII（企业制造资源计划）下一代的制造业系统和资源计划软件。除了MRPII已有的生产资源计划、制造、财务、销售、采购等功能外，还有质量管理，实验室管理，业务流程管理，产品数据管理，存货、分销与运输管理，人力资源管理和定期报告系统。三、MES和ERP的关系四、案例分析下面是某企业汽车主减速器装配生产线MES系统的案例。需要MES系统实现对装配过程中产生数据的采集与管理，同时支持后续的生产、物流、质量、设备各领域管理要求，扮演“信息传递者”的角色，具有多种功能并且能够为装配生产、监测、工艺、物流等服务。1.作业计划管理作业计划管理功能从生产订单输入（手工输入或从ERP系统下载）开始，并将生产订单分解成减速器装配线生产车间的日作业计划、并按其生产计划进行排序。2.装配过程信息发布装配过程信息发布系统由工作站终端进行统一的信息发布，将信息以不同的方式（显示，打印，屏幕，设备，系统，报警）发布到各个显示终端上。发布装配车间日作业计划，同时打印总成装配单，分总成装配单，同时把装配计划传输到上层ERP系统中去。3.装配过程跟踪与监控MES系统需要对车间装配设备的运行状况进行监控，并直接或通过上位机指导生产，同时对设备的运行情况进行管理。4.数据采集数据采集管理模块就是采集、存储、管理以及维护生产过程关键数据MES系统通过它实现对PLC现场实时信息的及时掌握，从而对生产性能提高和生产错误的纠正有及时正确的反映。5.质量管理减速器作为汽车最为重要的关键部件之一，其质量好坏，对整个汽车的质量起着至关重要的作用。这就要求对减速器整个生产过程进行全程跟踪、追溯。制造数据的采集与防错系统模块也就必然成为是MES系统的重要模块。同时利用SPC技术对关键检测数据进行分析，分析判断当前的加工产品是否处于稳定状态以及加工产品是否达到控制的要求等。6.与ERP等系统集成在一般的企业信息系统可以分成计划层，执行层（MES），控制层，MES是一个企业整体信息系统中承上启下的关键一环，它并不是一个“信息孤岛”，它需要和上游系统，下游系统以及其它系统进行紧密的集成，才能最大发挥其作用，也才能使企业的信息流、数据流、价值流顺畅运转。7.报表管理报表查询系统模块是将在系统中集成采集到的各种生产信息，按照要求及规格，生成或统计成对应的电子文本，方便系统间的信息交互及工厂各个部门间的信息交流。报表类型主要有产品档案、产品质量、供应商和人员报表以及设备信息报表，各大类型的报表中又可以再一步细化。思考题：1.什么MES，有何作用？2.什么是ERP，有何作用？3.简述MES和ERP的关系。数字化远程维护7第七节一、数字化远程维护的背景网络化制造环境下企业的产品质量控制是企业运行管理的主要功能模块。企业如何去适应快速变化的市场需求，不断以快速度、高质量、低成本和优质服务向市场提供满足用户需求的产品，以求得生存和发展已成为企业共同追求的目标和永恒的主题。质量控制不仅是对产品实物本身的控制，而且更强调对产品质量形成过程进行控制，即通过控制过程质量的方法来控制最终产品实物的质量。随着高科技的不断注入，现代装备的高集成化、高智能化以及分析处理问题的