制造自動化技術(shù)n課件

1、第四章 制造自動化技術(shù)制造自動化技術(shù)1 制造自動化技術(shù)概述2 數(shù)控加工技術(shù)3 工業(yè)機器人4 裝配自動化5 柔性制造系統(tǒng)1 制造自動化技術(shù)概述1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵 1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀 1.3 制造自動化的趨勢 1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵 自動化是美國通用汽車公司DSHarder于1936年提出，核心含義是“自動完成特定的作業(yè)”。隨著科學(xué)技術(shù)的進步，自動化的功能目標(biāo)在不斷隨著自動化手段的提高，時代的進步而變化。 制造自動化是在制造過程的所有環(huán)節(jié)中采用自動化技術(shù)，實現(xiàn)制造過程的自動化。其任務(wù)是研究對制造過程的規(guī)劃，管理，組織，控制與協(xié)調(diào)優(yōu)化等的自動化，以使制造過程實現(xiàn)高效，優(yōu)質(zhì)，低

2、耗，及時和潔凈的目標(biāo)。 1.1 制造自動化技術(shù)內(nèi)涵制造自動化的內(nèi)涵包括如下方面：1）在形式方面 包括替代人的體力勞動，替代和輔助人的腦力勞動，制造系統(tǒng)中人、機器及系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化2）在功能方面 制造自動化的功能目標(biāo)是多方面的，可以用TQCSE描述3）在范圍方面 制造自動化不僅涉及到具體生產(chǎn)制造過程，而且涉及到產(chǎn)品生命周期的所有過程。 1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀制造自動化技術(shù)的發(fā)展過程第一階段：剛性自動化，包括剛性自動線和自動單機 在20世紀(jì)4050年代已相當(dāng)成熟，應(yīng)用傳統(tǒng)的機械設(shè) 計和制造工藝方法，采用專用機床和組合機床，自動單機和自動化生產(chǎn)線進行大批量生產(chǎn)。其特征是高生產(chǎn)效率

3、和剛性結(jié)構(gòu)，很難實現(xiàn)產(chǎn)品的改變。第二階段：數(shù)控加工 NC和CNC NC在本世紀(jì)50-70年代發(fā)展，到70-80年代CNC迅速發(fā)展，特點：柔性好、加工質(zhì)量高，適用于多品種，小批量的生產(chǎn)。 1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀第三階段：柔性制造 包括計算機直接數(shù)控DNC，柔性制造單元FMC，F(xiàn)MS，柔性加工線FML等，特征：強調(diào)制造過程的柔性、高效率，適應(yīng)于多品種，中小批量的生產(chǎn)。第四階段：計算機集成制造系統(tǒng)CIMS 特征是強調(diào)制造全過程的系統(tǒng)性和集成性。第五階段：智能制造系統(tǒng) IMS。1.2 制造自動化的發(fā)展及現(xiàn)狀 1制造系統(tǒng)中的集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù)已成為制造自動化研究中熱點問題2更加注重研究制造自動化

4、系統(tǒng)中人的作用的發(fā)揮 3單元系統(tǒng)的研究仍然占有重要的位置4制造過程的計劃和調(diào)度研究十分活躍，但實用化的成果還不多見5適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境的研究正在興起 1.3 制造自動化的趨勢1）對無人制造自動化進行反思，提出“人機一體化制造系統(tǒng)的思想”2）單元控制器的研究占重要地位單元控制軟件的發(fā)展，控制軟件的模塊化，標(biāo)準(zhǔn)化新的設(shè)計方法發(fā)展新型控制體系結(jié)構(gòu)，遞階控制結(jié)構(gòu)非遞階，自治協(xié)商式控制體系結(jié)構(gòu)人工智能技術(shù)1.3制造自動化的趨勢3）平臺技術(shù)的研究與平臺軟件的開發(fā)是制造自動化發(fā)展的方向 IBM Enabler DEC Basestar, HP AFCON 的PCIM4）現(xiàn)代制造模式的提出和研究直接推

5、動自動化的發(fā)展 虛擬制造（Virtual Manufacturing） 動態(tài)組織聯(lián)盟（Virtual Organization）5）智能制造將是未來制造自動化發(fā)展的重要發(fā)展方向 Agent技術(shù)2 數(shù)控加工技術(shù)2.1 數(shù)控技術(shù)2.2 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ) 2.3 數(shù)控編程 2.4 計算機數(shù)字控制技術(shù)2.5 應(yīng)用與發(fā)展 2.1 數(shù)控技術(shù)數(shù)字控制（Numerical Control）技術(shù)，簡稱數(shù)控（NC）技術(shù)，是20世紀(jì)中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是指用數(shù)字化信息對機械設(shè)備的運動及其加工過程進行控制的一種方法。 2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控技術(shù)是綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械

6、制造等學(xué)科領(lǐng)域最新成果而形成的一門邊緣科學(xué)。數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字化信號對設(shè)備運行及其加工過程進行控制的一種自動化技術(shù)，它是一種可編程的自動控制方式，它控制的量一般是位置、角度、速度等機械量，也有溫度、壓力、流量、顏色等物理量。 2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控機床就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或著說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床數(shù)控機床的組成2.2 數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控機床的特點能加工一般機床難以加工的復(fù)雜型面精度高，質(zhì)量穩(wěn)定生產(chǎn)率高具有廣泛的適應(yīng)性和靈活性一機多用在制品少，加速了流動資金的周轉(zhuǎn)改善生產(chǎn)環(huán)境，減少勞動強度實現(xiàn)較精確的成本核算和生產(chǎn)進度安排2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)控機床的分類按運動控制分類：點位控制數(shù)

7、控機床 、直線控制數(shù)控機床、輪廓控制數(shù)控機床按控制回路分類：開環(huán)控制數(shù)控機床 、閉環(huán)控制數(shù)控機床 、半閉環(huán)控制數(shù)控機床 、混合控制數(shù)控機床 按數(shù)控裝置分類：硬件式數(shù)控機床、軟件式數(shù)控機床按加工類型分類：金屬切削類數(shù)控機床、金屬成型類數(shù)控機床、特種加工類數(shù)控機床、其它類數(shù)控機床2.2數(shù)控加工技術(shù)基礎(chǔ)按同時控制的坐標(biāo)軸分類：2軸、2.5軸、3軸、4軸、5軸或多軸類的數(shù)控機床按伺服驅(qū)動裝置分類：液壓驅(qū)動式數(shù)控機床、氣動式數(shù)控機床、直流伺服和交流伺服數(shù)控化機床按定位坐標(biāo)分類：絕對坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)控機床和增量坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)控機床2.3數(shù)控編程數(shù)控編程是數(shù)控加工準(zhǔn)備階段的主要內(nèi)容之一，通常包括分析零件圖樣，確定加工

8、工藝過程；計算走刀軌跡、得出刀位數(shù)據(jù)、編寫數(shù)控加工程序、制作控制介質(zhì)、校對程序及首件試切。手工編程和自動編程從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全過程2.3數(shù)控編程NC編程步驟2.3數(shù)控編程首先對零件圖紙進行工藝分析，在工藝分析的基礎(chǔ)上作出各種處理，如確定對刀點、加工路線、選擇刀具和切削用量等然后進行必要的計算，確定的工藝過程、工藝參數(shù)、刀具位移量與方向以及其它輔助操作按加工路線和所用數(shù)控機床控制機規(guī)定的指令代碼以及程序格式編制出程序單根據(jù)程序單穿孔制帶或?qū)⒊绦騿蝺?nèi)容手動輸入控制機，以控制機床加工2.3數(shù)控編程數(shù)控加工程序編制分為：手工編程和自動編程自動編程有兩種方法：數(shù)控語言編程和圖形交換數(shù)控編程

9、圖形交互數(shù)控編程：編程人員通過圖象系統(tǒng)，以人與計算機實時對話的交互方式在機內(nèi)逐步生成零件幾何圖形數(shù)據(jù)和走刀軌跡數(shù)據(jù)，并在圖形顯示器屏幕上顯示圖形，并可對圖形的內(nèi)容、格式、大小、或色彩進行動態(tài)控制。2.4 計算機數(shù)字控制系統(tǒng)數(shù)控機床在數(shù)控系統(tǒng)控制下，自動按給定的程序進行零件加工。CNC系統(tǒng)由程序，輸入輸出設(shè)備，計算機數(shù)字控制裝置，可編程控制器，主軸控制單元和進給速度控制單元等組成，如圖所示2.4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)CNC的硬件結(jié)構(gòu)單微處理機機構(gòu)多微處理器機構(gòu)CNC的軟件結(jié)構(gòu)2.4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)軟件的工作過程如圖2.4計算機數(shù)字控制系統(tǒng)CNC裝置的軟件結(jié)構(gòu)特點：CNC裝置的多任務(wù)并行處理前后臺型

10、軟件結(jié)構(gòu)中斷型軟件結(jié)構(gòu)2.5 應(yīng)用與發(fā)展數(shù)控技術(shù)經(jīng)歷了幾代變化第一代數(shù)控硬件系統(tǒng)， 采用電子元件構(gòu)成的專用數(shù)控系統(tǒng)第二代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用晶體管電路的NC系統(tǒng)第三代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用中，小型集成電路的NC系統(tǒng)第四代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計算機控制系統(tǒng)第五代數(shù)控硬件系統(tǒng)，采用微型電子計算機和微處理機組成的控制系統(tǒng)。2.5 應(yīng)用與發(fā)展高速度，高精度化智能化基于CAD和CAM的數(shù)控編程自動化發(fā)展可靠性最大化開放化網(wǎng)絡(luò)化2.5 應(yīng)用與發(fā)展 市場激烈競爭，產(chǎn)品迅速更新?lián)Q代，采用各類數(shù)控設(shè)備、加工中心、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)乃至計算機集成制造系統(tǒng)，是必然的趨勢。 數(shù)控技術(shù)已是衡

11、量一個國家機械制造工業(yè)水平的重要標(biāo)志之一，更是體現(xiàn)一個機械制造企業(yè)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。 發(fā)展數(shù)控技術(shù)是當(dāng)前我國機械制造業(yè)技術(shù)改造的必經(jīng)之路，是未來工廠自動化的基礎(chǔ)。3 裝配自動化3.1 裝配自動化概述 3.2 裝配工藝規(guī)程的制定 3.3 機器裝配自動化3.1裝配自動化概述任何機器都是由許多零件裝配而成的。裝配是機器制造中的最后階段，機器的質(zhì)量是通過裝配保證的，裝配質(zhì)量在很大程度上決定機器的最終質(zhì)量。在裝配過程中，可以發(fā)現(xiàn)機器設(shè)計和零件加工質(zhì)量等所存在的問題，并加以改進，以保證機器的質(zhì)量。選擇合適的裝配方法，制定合理的裝配工藝規(guī)程是提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)率的重要保證。3.1裝配自動化概述 任何機器都

12、是由零件，套件，組件，部件等組成，為保證有效進行裝配，通常將機器劃分為若干能進行獨立裝配的部分，稱為裝配單元。 裝配單元零件，是組成機器的最小單元。它是由整塊金屬或其他材料制成。零件一般都預(yù)先裝成套件，組件，部件后才安裝到機器上，直接裝入機器的零件不太多。3.1裝配自動化概述套件，是在以及基準(zhǔn)零件上，裝上一個或若干各零件構(gòu)成的，它是最小的裝配單元。如圖z-1所示組件，是在一個基準(zhǔn)零件上，裝上若干套件及零件構(gòu)成。為形成組件而進行的裝配稱之為組裝，組件在以后的裝配中可拆，見圖z-23.1裝配自動化概述部件，是在一個基準(zhǔn)零件上，裝上若干組件，套件和零件構(gòu)成的。部件在機器中能完成一定的，完整的功能。為

13、形成部件而進行的裝配工作稱之為部裝，見圖z-3。 整臺機器，在一個基準(zhǔn)零件上裝上若干部件、組件、套件和零件就構(gòu)成整臺機器，把它們裝配成最終整臺機器產(chǎn)品的過程，稱為總裝。圖z-1 套件 圖z-2組件裝配系統(tǒng)圖圖z-3部件裝配系統(tǒng)圖3.1裝配自動化概述裝配工藝系統(tǒng)圖概念：在裝配工藝規(guī)程制定過程中，表明產(chǎn)品零、部件間相互裝配關(guān)系及裝配流程的示意圖。表示方法：圖中每一個零件用一個方格來表示，在表格上表明零件名稱、編號及數(shù)量。一般將零件畫在上方，把套件、組件、部件畫在下方，其排列的次序就是裝配的次序，見圖z-4。 圖z-4 機器裝配系統(tǒng)圖3.2裝配工藝規(guī)程的制定 裝配工藝規(guī)程是指導(dǎo)裝配生產(chǎn)的主要技術(shù)文件

14、，制定裝配工藝規(guī)程是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的主要內(nèi)容之一。3.2裝配工藝規(guī)程的制定1.裝配工藝規(guī)程的主要內(nèi)容分析產(chǎn)品圖樣，劃分裝配單元，確定裝配方法擬定裝配順序，劃分裝配工序計算并確定裝配時間定額確定各工序裝配技術(shù)要求，質(zhì)量檢查方法和檢查工具規(guī)劃裝配過程的物流陪送規(guī)范確定裝配時零部件的輸送方法及所需設(shè)備和工具選擇和設(shè)計裝配過程中所需的工具，夾具和專用設(shè)備規(guī)劃裝配后的物流3.2裝配工藝規(guī)程的制定2.制定裝配工藝規(guī)程的原則保證產(chǎn)品裝配質(zhì)量，力求提高質(zhì)量合理安排裝配順序和工序，盡量減少鉗工手工勞動量，縮短周期，提高效率盡量減少裝配占地面積減少裝配工作所占成本提高裝配的自動化程度，提高裝配過程的柔性。3.制

15、定裝配工藝規(guī)程的原始資料產(chǎn)品的裝配圖及驗收技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品的生產(chǎn)綱領(lǐng)生產(chǎn)條件3.2裝配工藝規(guī)程的制定制定裝配工藝規(guī)程的步驟研究產(chǎn)品的裝配圖及驗收技術(shù)條件確定裝配方法與組織形式劃分裝配單元，確定裝配順序劃分裝配工序編制裝配工藝文件3.3機器裝配自動化1.裝配自動化概況裝配過程自動化包括零件的供給、裝配對象的運送、裝配作業(yè)、裝配質(zhì)量檢測等環(huán)節(jié)的自動化。3.3機器裝配自動化2.自動裝配機與裝配機器人自動裝配機與裝配機器人可用于各種形式的裝配自動化：1）在機械加工中，工藝成套件裝配2）被加工零件的組，部件裝配3）用于順序焊接的零件的拼裝4）成套部件的設(shè)備的總裝。3.3機器裝配自動化自動裝配機與裝配機器人可

16、以完成下列形式的操作：零件傳輸，定位及其連接；用壓裝或由緊固螺釘、螺母使零件相互固定；自動焊接裝配；裝配尺寸控制，以保證零件連接或固定的質(zhì)量；輸送組裝完畢的部件或產(chǎn)品，并將其包裝或堆垛 4 工業(yè)機器人4.1 工業(yè)機器人概述 4.2 機器人控制技術(shù)4.3 機器人編程4.4 應(yīng)用與發(fā)展工業(yè)機器人工業(yè)機器人4.1工業(yè)機器人概述 1.基本概念工業(yè)機器人是一種可重復(fù)編程和多功能的操作手，用于物料，零件和工具或是一種可完成各種任務(wù)的可編程的專用系統(tǒng)。機器人技術(shù)綜合了計算機、控制論、機構(gòu)學(xué)、信息和傳感技術(shù)、人工智能、仿生學(xué)等多學(xué)科而形成的高新技術(shù)。4.1工業(yè)機器人概述工業(yè)機器人與機械手機械手是模擬人手和臂動

17、作的機電系統(tǒng)，根據(jù)機電耦合原理，按主從原則進行工作，它只是人手和臂的延伸，沒有自主能力，附屬于主機設(shè)備，動作簡單，操作程序固定的重復(fù)操作，定位點不變的操作裝置。機器人則是有獨立機械機構(gòu)和控制系統(tǒng)，能自主，運動復(fù)雜，工作自由度多，操作程序可變，可任意定位的自動化操作機。 4.1工業(yè)機器人概述 工業(yè)機器人的定義在“可編程”“計算機控制”“機械裝置”三方面的共同點是：1）工業(yè)機器人是一種機械裝置，可以搬運物料、零件、工具或完成多種操作功能的專用機械裝置；2）它由計算機進行控制，是無人參與的自主自動化控制系統(tǒng)；3）它是可編程，具有柔性的自動化系統(tǒng)，可以允許進行人機聯(lián)系。 4.1工業(yè)機器人概述2.基本結(jié)

18、構(gòu)工業(yè)機器人由操作機、控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)和檢測傳感裝置構(gòu)成，是一種仿人操作、自動控制、可重復(fù)編程，能在三維空間完成各種作業(yè)的機電一體化自動化生產(chǎn)設(shè)備，適合于多品種，變批量的柔性生產(chǎn)。一個機器人系統(tǒng)，由相互作用的四部分組成：機械手、環(huán)境、任務(wù)和控制器，如圖z-6所示4.1工業(yè)機器人概述圖z-6 機器人系統(tǒng)的組成4.1工業(yè)機器人概述其中機械手是具有傳動執(zhí)行裝置的機械，由臂、關(guān)節(jié)和末端執(zhí)行裝置構(gòu)成，組合為一個相互連接和相互依賴的運動機構(gòu)。環(huán)境即機器人所處環(huán)境，不僅由幾何條件所決定，而且由環(huán)境和它所包含的每個事物的全部自然特性決定。任務(wù)是環(huán)境的兩種狀態(tài)（初始狀態(tài)和目標(biāo)狀態(tài)）間的差別?？刂破魇菣C器人的

19、腦子，一般是計算機，機器人接受來自傳感器的信號，對之進行數(shù)據(jù)處理，并按照預(yù)存信息，機器人的狀態(tài)及環(huán)境情況，產(chǎn)生控制信號驅(qū)動機器人的各個關(guān)節(jié)。4.1工業(yè)機器人概述3.機器人的分類按機器人研究開發(fā)分：工業(yè)機器人，人工智能機器人按自動化功能層次分：操作機器人，順序控制機器人，示教再現(xiàn)機器人，數(shù)控機器人，傳感控制機器人，智能機器人，自適應(yīng)機器人，學(xué)習(xí)控制機器人按技術(shù)級別分：第一代，第二代，第三代按運動自由度分：無冗余自由度，有冗余自由度按坐標(biāo)系分類：笛卡兒坐標(biāo)型，極坐標(biāo)型，圓柱坐標(biāo)型，多關(guān)節(jié)型，SCARA型按控制原理分：有限順序控制，伺服控制，傳感器控制，力控制，變結(jié)構(gòu)控制，自適應(yīng)控制，智能控制按運動

20、控制特性分：點位控制，連續(xù)控制按傳動類型分：氣動，液壓傳動，電氣傳動，復(fù)合傳動按用途分：工業(yè)機器人，探索機器人，服務(wù)機器人，軍事機器人4.2機器人控制系統(tǒng) 1.機器人控制的驅(qū)動系統(tǒng)機器人關(guān)節(jié)由專門型式的執(zhí)行裝置驅(qū)動，其常用的驅(qū)動系統(tǒng)是電力，液壓或氣動驅(qū)動系統(tǒng)，最常見的驅(qū)動方式是每個關(guān)節(jié)用一個直流電機驅(qū)動。4.2機器人控制系統(tǒng)2.機器人控制類型機器人的控制器可分為1）有限順序控制，原理如下4.2機器人控制系統(tǒng)2）伺服控制，原理如下4.2機器人控制系統(tǒng)3）智能控制，原理如下4.3機器人編程機器人編程指的是規(guī)定機器人的機械操作裝置應(yīng)該遵循的空間路徑和與其作業(yè)循環(huán)相關(guān)活動的指令。把程序指令寫入機器人控

21、制器的存儲器，完成其程序編制。有三種編程方法：示教再現(xiàn)編程、計算機型機器人編程語言、離線編程 4.3機器人編程1示教再現(xiàn)編程示教再現(xiàn)是由人工控制法引導(dǎo)機器人完成用戶希望機器人完成的一套作業(yè)動作，經(jīng)編輯后機器人自動再現(xiàn)示教過的全套作業(yè)動作。它分為三個步驟：由人工控制引導(dǎo)機器人以比較慢的動作完成作業(yè)，并在合適的位置記錄機器人的關(guān)節(jié)角；由機器人控制器編程后，再現(xiàn)示教的全部作業(yè)動作；若經(jīng)檢測，示教動作正確，作業(yè)動作完整，機器人以適當(dāng)高的速度自動重復(fù)作業(yè)的全部動作。示教方法有：機動引導(dǎo)法；手動引導(dǎo)法。4.3機器人編程2機器人語言編程機器人語言編程是用戶與機器人之間的接口。根據(jù)作業(yè)描述水平的高低，通常分為

22、 動作級、對象級、任務(wù)級4.3機器人編程動作級編程語言是以機器人的動作作為描述中心，通常由手抓從一個位置到另一個位置的一系列命令組成，代表語言VAL。對象級編程語言是描述操作物體間關(guān)系使機器人動作的語言，是以描述操作物體之間的關(guān)系為中心的語言，語言有AML，AUTOPASS任務(wù)級編程語言是比較高級的機器人語言，允許使用者對工作任務(wù)所要求達到的目標(biāo)直接下命令，不需要規(guī)定機器人所作的每個動作細節(jié)。4.3機器人編程3離線編程離線編程是機器人編程語言的拓廣，利用計算機圖形學(xué)的成果，建立機器人及其工作環(huán)境磨削，再利用一些規(guī)劃算法，通過對圖形的控制和操作，在離線的情況下進行軌跡規(guī)劃。離線編程系統(tǒng)是利用計算

23、機圖形學(xué)，建立機器人編程環(huán)境，在線外進行編程的系統(tǒng)，不占用機動時間，提高了設(shè)備利用率，提高編程水平。同時它是CADCAM一體化的一個組成部分，有時可直接利用CAD的數(shù)據(jù)，減少編程時間。4.3機器人編程離線編程系統(tǒng)的基本組成：用戶接口機器人系統(tǒng)的三維幾何建模運動學(xué)計算軌跡規(guī)劃三維圖形動態(tài)仿真通訊及后處理誤差的校正機器人的應(yīng)用領(lǐng)域弧焊機器人 激光焊機器人 電阻焊機器人 自動化焊接機器人 點焊機器人 等離子切割機器人 機器人的應(yīng)用領(lǐng)域清潔機器人 上料機器人 物料輸送機器人 材料去除機器人 包裝機器人 噴漆機器人 堆跺機器人 機器人的應(yīng)用領(lǐng)域涂層機器人 去毛刺機器人 磨銷機器人 高溫噴涂機器人 1機器

24、人的發(fā)展歷程20世紀(jì)50年代機器人的萌芽期，1954年首次提出“工業(yè)機器人”的概念，1958年美國聯(lián)合控制公司研制出第一臺數(shù)控工業(yè)機器人原型；1958年美國UNIMATION公司推出第一臺工業(yè)機器人。20世紀(jì)60年代，工業(yè)機器人進入成長期，開始向?qū)嵱没A段發(fā)展，并用于焊接和噴涂作業(yè)中20世紀(jì)70年代，機器人今天實用化階段，日本成為機器人王國20世紀(jì)80年代，機器人進入普及時代，開始在汽車，電子等行業(yè)得到大量使用，推動機器人產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。20世紀(jì)90年代，機器人進入高潮期，還出現(xiàn)了有感知，決策， 動作能力的智能機器人，產(chǎn)生了智能機器或機器人化機器。4.4 應(yīng)用與發(fā)展4.4應(yīng)用與發(fā)展2發(fā)展趨勢工業(yè)機

25、器人性能不斷提高，價格下降。機械結(jié)構(gòu)向模塊化，可重構(gòu)化發(fā)展工業(yè)機器人控制系統(tǒng)向基于PC機的開發(fā)型控制器方向發(fā)展，便于標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)化機器人中的傳感器作用日益重要虛擬現(xiàn)實技術(shù)在機器人中的作用已經(jīng)發(fā)展到用于過程控制當(dāng)代遙控機器人發(fā)展致力于操作者與機器人的交互控制機器人化機械開始興起。5 柔性制造系統(tǒng) 5.1柔性制造系統(tǒng)概述 5.2柔性制造系統(tǒng)的基本概念5.3柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具儲運系統(tǒng)5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng) 5.1柔性制造系統(tǒng)概述 FMS的雛形源于美國MALROSE公司，該公司在1963年制造了世界上第一條多品種柴油機零件的數(shù)控生產(chǎn)線。FM

26、S的概念由英國MOLIN公司最早正式提出，并在965年取得了發(fā)明專利，1967年FMS正式形成。 5.1柔性制造系統(tǒng)概述 柔性制造技術(shù)是一種主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)的制造自動化技術(shù)，它是對各種不同形狀加工對象進行有效適應(yīng)性轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的各種技術(shù)總稱。它是集數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)以及現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。 5.1柔性制造系統(tǒng)概述 FMS的適用范圍如圖 根據(jù)“中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義，F(xiàn)MS被定義為：“柔性制造系統(tǒng)（Flexible Manufacturing System，簡稱FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系

27、統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)?！泵绹圃旃こ處焻f(xié)會的計算機輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會把柔性制造系統(tǒng)定義為：“使用計算機控制柔性工作站和集成物料運儲裝置來控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)?！?.2柔性制造系統(tǒng)基本概念 5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念 1定義、組成及功能FMS是由計算機集中管理和控制的制造系統(tǒng)，具有多個獨立或半獨立工位的一套物料儲存運輸系統(tǒng)，加工設(shè)備主要由數(shù)控機床或加工中心等組成，用于高效率地制造中小批量多品種零件地自動化生產(chǎn)系統(tǒng)。FMS的主要特點：柔性和自動化柔性，是指制

28、造系統(tǒng)對系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力，可分為瞬時、短期和長期柔性三種。凡具備上述三種柔性特征之一的、具有物料或信息流的自動化制造系統(tǒng)都可以稱為柔性自動化。5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念FMS的組成（1）從硬件上看，它由三部分1）兩臺以上的數(shù)控機床或加工中心以及其它的加工設(shè)備，包括測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設(shè)備等2）一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng)，包括刀具的運儲和工件及原材料的運儲，具體結(jié)構(gòu)可采用傳送帶、有軌小車、無軌小車、搬運機器人、上下料托盤站等3）一套計算機控制系統(tǒng)以及信息通訊網(wǎng)絡(luò)典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念（2）從軟件內(nèi)容

29、上看：FMS運行控制系統(tǒng)FMS質(zhì)量保證系統(tǒng)FMS數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念FMS的功能：能自動管理零件的生產(chǎn)過程、自動控制制造質(zhì)量、自動故障診斷及處理、自動信息收集及傳輸簡單改變軟件和系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件物料的運輸和儲存必須是自動的能解決多機床條件下零件的混流加工，且無需額外增加費用具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實現(xiàn)無人化或少人化加工5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念2 FMS特征保證系統(tǒng)具有一定柔性的同時，還具有較高的設(shè)備利用率減少設(shè)備投資減少直接工時費用減少工序中的在制品量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間加工對象具有快速應(yīng)變能力維持生產(chǎn)能力強產(chǎn)品質(zhì)量高，穩(wěn)定性好運行靈活產(chǎn)量靈

30、活便于實現(xiàn)工廠自動化投資高，風(fēng)險大，管理水平要求高5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念3FMS的柔性柔性是FMS的顯著特征，系統(tǒng)柔性通常指產(chǎn)品柔性，即系統(tǒng)為不同產(chǎn)品和產(chǎn)品變化進行設(shè)置，以提高設(shè)備利用率，減少加工過程中零件的中間存儲，迅速響應(yīng)需求變化，具體表現(xiàn)為：機床的柔性加工的柔性零件加工路線的柔性產(chǎn)量柔性擴展柔性生產(chǎn)柔性5.2柔性制造系統(tǒng)基本概念4類型FMS按其規(guī)模分成四類：柔性制造模塊柔性制造單元柔性制造線柔性制造系統(tǒng)柔性制造工廠加工系統(tǒng)在FMS中的作用: 加工系統(tǒng)擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)，是實際完成改變物性任務(wù)的執(zhí)行系統(tǒng). 加工系統(tǒng)是FMS最基本的組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，F(xiàn)M

31、S的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系統(tǒng)所決定的。5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng) 5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng) 1加工系統(tǒng)的功能與要求 加工系統(tǒng)是FMS最基本的組成，它滿足如下性能：工序集中控制功能強，擴展性好高剛度，高精度，高速度自保護與自維護性好使用經(jīng)濟性好對環(huán)境的適應(yīng)性與保護性好5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)2加工系統(tǒng)常用配置形式目前，F(xiàn)MS加工的零件主要由兩大類：棱柱體類零件，回轉(zhuǎn)體類零件。對于加工棱柱體零件，其機床設(shè)備一般選用立式，臥式或者立臥兩用的加工中心。用于加工回轉(zhuǎn)類零件的FMS，通常選用數(shù)控車床或車削加工中心。FMS機床設(shè)備的配置有互替式，互補式以及混合式等多種形式。如圖所示：5.

32、3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)配備互補機床的FMS這類FMS中，通過物料運儲系統(tǒng)將數(shù)臺NC機床連接起來，不同機床的工藝能力可以互補，工件通過安裝站進入系統(tǒng)，然后在計算機控制下從一臺機床到另一臺機床，按順序加工。工件通過系統(tǒng)的路徑是固定的。特點：非常經(jīng)濟，生產(chǎn)率較高，能充分發(fā)揮機床的性能。從系統(tǒng)的輸入和輸出的角度看，互補機床是串聯(lián)環(huán)節(jié)，它減少了系統(tǒng)的可靠性，即當(dāng)一臺機床發(fā)生故障時，全系統(tǒng)將癱瘓。配備可互相替換機床的FMS系統(tǒng)中的機床可以互相代替，工件可被送到適合加工它的任一臺加工中心上。計算機的存儲器存有每臺機床的工作情況，可以對機床分配加工零件、一臺加工中心可以完成部分或全部加工工序。從系統(tǒng)的輸出和輸

33、入看，它們是并聯(lián)環(huán)節(jié)，因而增加了系統(tǒng)的可靠性，同時這種配置形式具有較大的柔性和較寬的工藝范圍，可以達到較高的機床利用率。混合式FMS這類FMS是互補式FMS和替換式FMS的綜合，即FMS中有一些機床按替換式布置，而另一些機床按互補式安排，以發(fā)揮各自的優(yōu)點。大多數(shù)FMS采用這種形式。加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備簡介 加工中心（Machining Center，MC）是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進行多工序加工的高效數(shù)控機床。它的最大特點是工序集中和自動化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。常見加工中心按工藝用途可分為鏜銑加工

34、中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。加工中心按主軸在加工時的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。鏜銑加工中心 是自身帶有刀庫和自動換刀裝置（ATC）的一種多工序數(shù)控機床。工件經(jīng)一次裝夾后，能完成銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多種工序的加工，并且有多種選刀或換刀切能，從而使生產(chǎn)效率利自動化程度大大提高。 美國White Sundstrand公司生產(chǎn)的OMNIMIL80系列加工中心 5.3柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)3加工系統(tǒng)的輔助裝置機床夾具托盤自動上下料裝置5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)的功能：使工件在工作站間隨機而獨立運

35、動能裝卸不同形狀的工件暫存儲功能便于工件裝卸與計算機控制兼容5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)物料運輸與存儲系統(tǒng)包括：物料傳輸設(shè)備（傳送帶、導(dǎo)向車、運輸小車和搬運機器人）物料存儲設(shè)備：自動化倉庫、托盤站和刀具庫物流控制系統(tǒng)：自動化倉庫控制系統(tǒng)、物料識別控制系統(tǒng)、自動物料運輸設(shè)備控制系統(tǒng)、上下料站控制系統(tǒng)5.4柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng) FMS物流設(shè)備的布置：行排列環(huán)形布置梯形布置開放式布置以機器人為中心5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng) 1刀具運儲系統(tǒng)的組成典型的FMS刀具運儲系統(tǒng)通常由刀具預(yù)調(diào)站、刀具裝卸站、刀庫系統(tǒng)、刀具運載交換裝置以及計算機控制管理系統(tǒng)組成。刀具預(yù)調(diào)站設(shè)置在FMS之外，用于FMS所應(yīng)

36、用的刀具按給定要求進行預(yù)先裝配調(diào)整。刀具裝卸站是刀具進出FMS的門戶，其結(jié)構(gòu)多為框架式。刀具庫系統(tǒng)包括機床刀庫和中央刀具庫。刀具運載交換裝置是一種在刀具裝卸站、中央刀具庫、機床刀具庫之間進行刀具傳遞的交換的工具。5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)2刀具運載交換裝置刀具運載通常由換刀機器人或刀具運輸小車實現(xiàn)。它們負責(zé)完成在刀具裝卸站，中央刀具庫以及各加工單元之間的刀具搬運和交換。FMS中的刀具交換包括三個方面內(nèi)容：1）加工機床刀具庫與工作主軸間的刀具交換，2）刀具裝卸站，中央刀具庫以及各加工單元之間的刀具交換3）AGV運載刀架與機床刀庫之間的刀具交換。3. FMS刀具運儲系統(tǒng)的主要職能負責(zé)刀具的運

37、輸，存儲和管理，適時向加工單元提供所需的刀具，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢的刀具，保證正常生產(chǎn)的同時，最大限度地降低刀具成本。5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)加工中心機床自動換刀方式l）順序選刀方式將所需使用的刀具按加工順序，依次放入刀庫的每個刀座內(nèi)。每次換刀時，刀座按順序轉(zhuǎn)動一個刀座的位置，并取出所需的刀具。2）刀座編碼方式對刀庫的刀座進行編碼，并將與刀座編碼相對應(yīng)的刀具一一放入指定的刀座中，然后根據(jù)刀座編碼選取刀具。3）刀具編碼方式采用特殊結(jié)構(gòu)的刀柄，并對每把刀具進行編碼。換刀時通過編碼識別裝置，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的換刀指令代碼，在刀庫中尋找所需要的刀具。這種裝刀換刀方便，刀庫容量減小

38、，還可避免因刀具順序的差錯所造成的事故。5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)4刀具信息管理FMS刀具信息管理包括刀具的輸送，交換和監(jiān)控，以及刀具信息的錄入，存儲，跟蹤，查詢和刀具準(zhǔn)備計劃等內(nèi)容。刀具信息分為靜態(tài)信息和動態(tài)信息5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)靜態(tài)信息就是刀具在加工過程中固定不變的信息，如刀具類型、屬性、編碼、幾何形狀以及結(jié)構(gòu)參數(shù)等。動態(tài)信息是指在使用過程中不斷變化的一些刀具參數(shù)，如刀具壽命、工作直徑和長度，以及參與切削加工的其他幾何參數(shù)，這些信息隨加工過程的延續(xù)不斷發(fā)生變化，直接反映了刀具使用時間長短、磨損量的大小、對工件加工精度和表面質(zhì)量的影響。5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)刀具

39、管理系統(tǒng)5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)第一層為刀具實時動態(tài)信息，由一系列實時數(shù)據(jù)文件組成，每一把在線刀具都有一個相應(yīng)的文件進行描述，記載著刀具的實時動態(tài)數(shù)據(jù)，包括刀具幾何尺寸、工作直徑及長度、刀具實際參與切削時間。第二層為靜態(tài)刀具類型文件，提供了刀具的結(jié)構(gòu)組成和結(jié)構(gòu)參數(shù)，它既表示FMS中存在的刀具，又能表示可利用相關(guān)組件和元件進行裝配的刀具。當(dāng)?shù)毒吖芾韱T接到刀具裝配指令后，將按該刀具類型文件所描述的刀具結(jié)構(gòu)組裝所需要的刀具。 第二層與第一層刀具信息文件的區(qū)別是：第一層為實際投入FMS使用的刀具，而第二層則是為可提供FMS使用的刀具；在第一層刀具文件中，每把刀具占有一個實時動態(tài)描述文件，而第二

40、層每一文件描述一類刀具。第三、第四層分別為描述刀具組件和元件的文件。5.5柔性制造系統(tǒng)的刀具運儲系統(tǒng)第五層刀具的監(jiān)控刀具監(jiān)控的目的是為了及時了解每時每刻的在線刀具因磨損，破損而發(fā)生的性質(zhì)變化，其監(jiān)控方法是通過刀具壽命跟蹤來實現(xiàn)。5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng) FMS的控制系統(tǒng)實際上是實現(xiàn)FMS加工過程中的物料流動過程的控制、協(xié)調(diào)、調(diào)度、監(jiān)測和管理的信息流系統(tǒng)。它由計算機、工業(yè)控制機、可編程控制器、通信網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和相應(yīng)的控制與管理軟件組成，是FMS的神經(jīng)中樞和核心部分。5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)1 FMS控制系統(tǒng)的功能:傳送數(shù)據(jù)，給FMS中物料系統(tǒng)和加工設(shè)備協(xié)調(diào)FMS各設(shè)備的活動，保證把工件和刀具及時提供給加工設(shè)備，使加工設(shè)備高效運轉(zhuǎn)生產(chǎn)控制，包括對零件和各種工件進入制造系統(tǒng)的輸入率的決策刀具系統(tǒng)控制，監(jiān)控刀具狀態(tài)FMS系統(tǒng)性能的監(jiān)控及報告5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)2FMS控制結(jié)構(gòu)車間控制器單元控制器工作站控制器設(shè)備控制器圖為FMS遞階四階控制結(jié)構(gòu)：5.6柔性制造系統(tǒng)的控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ： 通常采用遞階控制的結(jié)構(gòu)形式，即通過對系統(tǒng)的控制功能進行正確、合理地分解，劃分成若干層次，各層次分別進行獨立處理，完成各自的功能，層與層之間在網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫的支持下，保持信息交換，上層向下層發(fā)送命令，下層向上層回送命令的執(zhí)行結(jié)