先进制造技术课件 第4章 制造自动化技术

先进制造技术第4章制造自动化技术4.14.24.3概述工业机器人柔性制造系统CONTENTS目录4.1概述概述4.1.1制造、制造系统和制造业自动化是美国通用公司于1936年提出来的，其核心含义是“自动地去完成特定的作业”。自动化生产车间内产品的机械加工和装配过程的自动化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断自动化等。狭义制造概念广义制造概念制造自动化包含了产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、洁净的目标。4.1.2制造自动化技术的现状刚性自动化柔性自动化综合自动化刚性自动化表现在半自动和自动机床、组合机床、组合机床自动线的出现。特点：生产效率高、加工品种单一。柔性自动化数控技术（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）等。特点：能满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要。综合自动化计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）等模式的发展和应用。特点：充分利用资源，发挥综合效应。综合自动化：概述4.1.2制造自动化技术的现状概述4.1.2制造自动化技术的现状概述4.1.3制造自动化技术的发展趋势发展趋势包含智能计算机、智能机器人、智能加工设备及生产线等。其核心是使企业对面临市场竞争作出快速反应，利用企业内外各方面的优势，形成动态联盟，缩短产品的开发周期，尽快抢占市场。包括企业制造环境的网络化和企业与企业之间的网络化。2.制造网络化5.制造全球化4.制造智能化包括设计过程的拟实技术和加工制造过程的虚拟技术。1.制造敏捷化3.制造虚拟化6.制造绿色化是一个考虑环境影响和资源效率的现代制造模式。包括市场的国际化和制造企业在世界范围内的重组与集成。概述4.2工业机器人4.2.1工业机器人的定义工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。4.2.2工业机器人的组成与分类1.机器人组成具有与人手功能相似的机械结构机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息机器人执行作业的动力源执行机构控制系统驱动系统位置检测装置检测机器人的运动位置和工作状态工业机器人4.2.2工业机器人的组成与分类1.机器人组成工业机器人4.2.2工业机器人的组成与分类1.机器人组成工业机器人1）按系统功能分

专用、通用、示教再现式、智能机器人2）按驱动方式分

气压传动、液压传动、电气传动机器人3）按结构形式分

直角坐标、圆柱坐标、球坐标、关节机器人4.2.2工业机器人的组成与分类2.机器人的分类

直角坐标圆柱坐标球坐标关节机器人工业机器人4.2.2工业机器人的组成与分类2.机器人的分类

工业机器人的性能特征影响着机器人的工作效率和可靠性，在机器人设计和选用时应考虑如下几个性能指标：1）自由度是衡量机器人技术水平的主要指标。2）工作空间是指机器人应用手爪进行的空间范围。3）提取重力微型机器人：10N以下；小型机器人：0~50N；中型机器人：50~300N；大型机器人：300~500N；重型机器人：500N以上；4）运动速度

最大速度：直线1000m/s；回转120°/s。5）位置精度

精度一般在±0.02~±5mm。工业机器人1）按照控制回路的不同：开环系统和闭环系统。2）按照控制系统的硬件：机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制和计算机控制。3）按自动化控制程度：顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。4）按编程方式：物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统。5）按机器人末端运动控制轨迹：点位控制和连续轮廓控制。4.2.2工业机器人的控制技术控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、检测传感器、输入输出接口、通信接口等部分。控1.工业机器人控制系统的分类工业机器人4.2.2工业机器人的控制技术图4-4工业机器人控制系统的组成框图工业机器人1）按照控制回路的不同：开环系统和闭环系统。2）按照控制系统的硬件：机械控制、液压控制、射流控制、顺序控制和计算机控制。3）按自动化控制程度：顺序控制系统、程序控制系统、自适应控制系统、人工智能系统。4）按编程方式：物理设置编程控制系统、示教编程控制系统、离线编程控制系统。5）按机器人末端运动控制轨迹：点位控制和连续轮廓控制。4.2.2工业机器人的控制技术控制系统通常包括控制计算机、示教盒、操作面板、存储器、检测传感器、输入输出接口、通信接口等部分。控1.工业机器人控制系统的分类工业机器人（1）关节伺服控制（2）坐标伺服控制（1）模型参考自适应控制

其作用是使得系统的输出响应趋近于某指定的参考模型，因而必须设计相应的参数调节机构。（2）自校正适应控制

由表现机器人动力学离散时间模型各参数的估计机构与用其结果来决定控制器增益或控制输入的部分组成，采用输入输出数与机器人自由度相同的模型。4.2.2工业机器人的控制技术2.工业机器人的位置伺服控制3.工业机器人的自适应控制工业机器人4.3柔性制造系统FMS

由若干台数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成，并能根据制造任务或生产品种的变化迅速进行调整，以适应多品种、中小批量生产的自动化制造系统。4.3.1柔性制造系统概述广义概念直观定义

柔性制造系统是至少由两台机床、一套具有高度自动化的物料运储系统和一套计算机控制系统所组成的制造系统。通过简单改变软件程序便能制造出多种零件中任何一种零件。柔性制造系统4.3.1柔性制造系统概述1.FMS总体方案的分析经济实力、产量、批量、产值和利润FMS可行性初步分析FMS结构类型的分析用户零件的分析和选择高精度或特殊的工艺柔性制造系统4.3.1柔性制造系统概述

2.FMS的方案设计（1）夹具草图的绘制在草图中要确定夹紧点、定位点、安装次数。（2）零件的工艺分析确定其工艺路线，选择合适的刀具、合适的切削用量并计算出加工时间。（3）FMS布局的初步设计

初步确定机床的类型和数量，刀具的分配和刀具的负荷。（4）FMS的仿真和优化（5）完成FMS设计根据FMS的仿真和优化的结果，增加相应的辅助设备，正式设计出FMS的总图。柔性制造系统4.3.2柔性制造系统的组成与类型

1.FMS的组成1）加工系统2）工件运储系统3）刀具运储系统4）计算机控制系统1—中央计算机2—无轨运输车3—立体仓库4、5—FMC柔性制造系统1）柔性高，适用多品种小批量生产；2）系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的；3）可混流加工不同的零件；4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；5）递阶结构的计算机控制，可以与上层计算机联网通信；6）可进行三班无人值守生产。4.3.2柔性制造系统的组成与类型

2.FMS的特点柔性制造系统4.3.3柔性制造系统的优势与关键技术

1.柔性制造系统的优势1）FMS很容易和上层计算机联网，接受市场信息和生产指令，有效的调度各台数控机床。2）FMS具有工件自动输送系统和刀具管理系统，在计算机的同一调度下，能使各台机床具有较高的负荷率。3）通常能在不停机的情况下改变加工任务，在个别机床出现故障时，可以暂时将其隔离，修复后再连入，不会引起全线停机，保证了生产的连续性。4）有较完善的监控和管理系统，可靠性高，用人较少，需要时可以开三班。柔性制造系统

2.关键技术