智能制造生产线技术及应用 教案 2-1 智能制造生产线概述

XXXXX学院单元教学设计XXXX—XXX学年第X学期课程名称：授课班级：任课教师：所在系部及教研室：

本单元标题智能制造生产线的概念，总体设计，多个模块的设计教学目的学习生产线的组成及其工作原理，增加学生的知识储备，提高行业兴趣教学目标能力（技能）目标知识目标（1）了解智能制造生产线的概念；（2）掌握产教研智能制造生产线的基本构成。熟悉产教研智能制造生产线的生产流程；掌握产教研智能制造生产线各模块技术的基本原理。重点难点及解决方法重难点：解决方法：参考资料[1]汪励,陈小艳.工业机器人工作站系统集成[M].机械工业出版社,2014.[2]李志谦.精通FANUC机器人编程、维护与外围集成[M].机械工业出版社,2020[3]陈晓明,霍永红,项万明.工业机器人应用编程(FANUC)初级[M].机械工业出版社,2022.[4]王哲禄,何红军.工工业机器人应用编程与集成技术[M].机械工业出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC应用教程[M].机械工业出版社,2020.[6]乡碧云.自动化生产线组建与调试(第2版)—以亚龙YL-335B为例（三菱PLC版本）[M].机械工业出版社,2023.单元教学设计第一部分：复习上次课主要内容第二部分：新课导入及学习新内容（时间：30分钟理论）【步骤一】新课导入引导问题说说你对中国制造的了解，并举一个例子。请同学根据所学所识积极思考，踊跃发言【步骤二】新知识的讲授一、智能制造生产线的概念20世纪80年代末，Wright和Bourne合著的《智能制造》一书的出版标志着智能制造概念的提出。经过了数十年的发展，智能制造的内涵逐渐丰富化，目前一般认为智能制造的含义是，在新一代信息技术的基础上，将产品制造流程和生命周期作为对象，实现系统层级上的实时优化管理，是成熟阶段的制造业智能化。相比于数字化和网络化阶段，智能制造全面使用计算机自动控制，并实现工业互联网、工业机器人、大数据的全面综合应用。智能制造可以大大缩短产品研发时间、提质增效、降低成本，体现了实体物理与虚拟网络的深度融合特征。智能制造为现代制造业企业提供了一种有竞争力的生产模式。智能制造生产线具备智能制造加工的各类装备和控制系统等软硬件，能够实现比较完善的功能。如图2-1我院产教研智能制造生产线，配备立体仓库、AGV小车、FANUC工业机器人（含固定安装和行走轴机器人）、常用智能制造数控机床、在线检测设备等硬件设备，具有MES、电气控制、生产线监控、机床故障诊断，S7-PLCSIMV15、Roboguide、TIAPortal等系统控制和辅助功能。可以实现对生产制造环节的全方位监视控制与实操实训，系统各单元可独立运行以方便实训教学，智能制造是制造业转型升级的重要发展方向。工业机器人、智能制造设备监控管理系统、加工中心等是智能制造生产线的重要组成部分。图2-1光电智造产教研融合平台光电制造产教研融合平台包含机器人单元、仓储系统、执行单元、加工单元、检测单元、工具单元、分拣单元、总控单元、设备平台单元、工业机器人、数控机床控制综合平台、专业群教学资源库等先进设备和技术，可适应多种零件的生产，具有较高的柔性。涉及到的部分加工、激光切割、折弯、焊接须具备连线作业的能力。同时产线设计与实际生产相符合且便于教学，在实际教学中既可进行整线的实训，也可进行单个单元的实训。图2-2光电柔性智造生产线光电柔性智造生产线的设计如图2-2所示，学生可在该平台上实际动手操作学习工业机器人智能化生产制造系统的全部流程，如机器人编程、示教、维护、焊接调试、折弯调试、视觉调试等;数控机床调试过程、机械维修过程，实际切削过程，编程学习，电气维修，机床检验过程等。通过该平台的学习可使学生得到机器人智能化生产制造的全部知识，以适应现代化智能制造业对智能产线调试从业人员的技能要求，使学生拥有直接进入社会谋职发展的强大资本。二、智能制造生产线的基本构成（一）五轴加工中心\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"五轴联动加工中心也叫五轴加工中心，是一种科技含量高、精密度高、专门用于加工复杂曲面的加工中心。有德国德玛吉、日本马扎克、大隈、中国科德等众多品牌，图2-3为KDU500五轴加工中心，以下各种机件配图都仅为众多品牌中的一种。五轴联动数控加工中心系统是解决叶轮、叶片、船用螺旋桨、重型发电机转子、汽轮机转子、大型柴油机曲轴等等加工的唯一手段，能够适应像汽车零部件、飞机结构件等现代模具的加工。五轴加工中心有x，y，z，a，c五个轴，xyz和ac轴形成五轴联动加工，擅长空间曲面加工，异型加工，镂空加工，打孔，斜孔，斜切等。五轴高速加工中这种加工中心系统对一个国家的航空、航天、\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"军事、科研、精密器械、高精医疗设备等等行业有着举足轻重的影响力。五轴加工中心特点：

1、采用FANUC五轴数控系统，具有支持高转速，高精度，快速稳定进给，工件一次装夹就可完成复杂的加工。

2、采用进口高精度CNC双轴分度盘，通过数控系统控制实现五轴联动功能。

3、机床的润滑采用定时、定量自动集中供油润滑系统。图2-3KDU500五轴加工中心（二）立式加工中心立式加工中心如图2-4是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小型壳体类复杂零件。立式加工中心能完成铁、镗削、钻削、螺纹和用切削螺纹等工序。立式加工中心最少是三轴二联动，有的可进行五轴、六轴控制。图2-4立式加工中心立式加工中心特点：1、立柱高度有限，对箱体类工件加工范围要减少。2、工件装夹、定位方便，刃具运动轨迹易观，可及时发现问题进行停机处理或修改。3、冷却条件易建立，切削液能直接到达刀具和加工表面。4、三个坐标轴与笛卡儿坐标系吻合，感觉直观，与图样视角一致，切屑易排除和掉落，避免划伤加工过的表面。5、结构简单，占地面积较小，价格较低。（三）数控车床数控车床（如图2-5）是使用较为广泛的\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"数控机床之一，又称为CNC车床，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床，约占数控机床总数的25%。数控机床是机械制造设备中具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床中占有非常重要的位置，主要用于\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"轴类零件或盘类零件的内外圆柱面、任意锥角的内外圆锥面、复杂回转内外曲面和圆柱、圆锥螺纹等切削加工，并能进行切槽、\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等。 图2-5数控车床（四）自动仓储立体柜随着我国经济的快速发展，自动化立体仓库广泛应用于航空、军事工业、汽油石化、金融和冶金等领域，其在我国仓储领域中占据着重要地位。自动化立体仓库采用计算机分级控制管理，可实时显示更新数据图像和实现高速数据通信，自动化程度达到新高度。Modula立体货柜如图2-6是以金属托盘为储存单位，通过中央升降小车的牵引，实现货物的垂直化仓储管理。立体货柜是储存、提取和放置物料及产品的自动机器，能够利用Copilot的触摸屏控制面板来操控机器的功能。Modula能够适应狭小空间，占地面积小而储存量大，并且安全、准确、省时，利于实现实时化库存管理。（五）地轨机器人地轨机器人如图2-7，安装于机器人地轨，主要实现机加工区域即五轴、铣车加工中心、立式车床加工中心等机床的相对运动，实现进出料接驳料道与立体货柜之间的工件搬运动作。机器人双手爪的夹具如图2-8，用于机床自动化加工单元上下料工件夹持，具有较高的定位精度和抓持稳定性，定位精度高、耐用性好、维护简单。图2-6Modula立式柜图2-7FANUC机器人（六）AGV小车AGV(AutomatedGuidedVehicles)又名无人搬运车（图2-9），通常也称为AGV小车。具有电磁或\t"/item/AGV%E5%B0%8F%E8%BD%A6/_blank"光学等自动导航装置，能够沿规定的导航路径行驶，不需要人工引航，将货物或物料自动从起始点运送到目的地，具有安全保护以及各种移载功能。AGV的特点：1、柔性好，自动化程度高和智能化水平高，AGV的行驶路径可以根据仓储货位要求、生产工艺流程等改变而灵活改变，并且运行路径改变费用低。2、一般配备有装卸机构，可以与其他物流设备自动接口，实现货物和物料装卸与搬运全过程自动化。3、清洁生产，AGV依靠自带的蓄电池提供动力，运行过程中无噪声、无污染，可以应用在许多要求工作环境清洁的场所。图2-8机器人双手爪夹具图2-9AGV小车生产线智能化程度影响产品的生产质量、效率和成本。随着“工业4.0”和“中国制造2025”等的提出，智能制造产业快速发展，是目前制造业领域研究和应用的热点之一。为适应市场的需求，越来越多的企业组建智能制造生产线。通过新建或改造智能制造生产线，可以提高产品质量和生产效率，降低生产成本，并且可以实现生产加工全过程信息的监控与管理，为智能制造技术技能人才培养和服务区域产业转型升级提供了实践平台。【步骤二】任务实施（10min）任务内容：项目名称智能制造生产线班级姓名学号组别任务内容学习生产线的组成及其工作原理，增加学生的知识储备，提高行业兴趣任务目标了解智能制造生产线的基本组成和特点；熟悉智能制造生产线的工作过程；资料工具设备第三部分：课堂总结、布置作业及课后预习要求（5min）一、课堂总结二、扩展思考ROBOGUIDE是发那科机器人公司提供的一个仿真软件，它围绕一个离线的三维世界进行模拟，在这个三维世界中模拟真实的机器人和周边设备的布局，进一步模拟机器人的运动轨迹。通过这样的模拟可以验证方案的可行性同时获得准确的