智能制造生產(chǎn)線技術及應用 教案 2-1 智能制造生產(chǎn)線概述

XXXXX學院單元教學設計XXXX—XXX學年第X學期課程名稱：授課班級：任課教師：所在系部及教研室：

本單元標題智能制造生產(chǎn)線的概念，總體設計，多個模塊的設計教學目的學習生產(chǎn)線的組成及其工作原理，增加學生的知識儲備，提高行業(yè)興趣教學目標能力（技能）目標知識目標（1）了解智能制造生產(chǎn)線的概念；（2）掌握產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線的基本構成。熟悉產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線的生產(chǎn)流程；掌握產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線各模塊技術的基本原理。重點難點及解決方法重難點：解決方法：參考資料[1]汪勵,陳小艷.工業(yè)機器人工作站系統(tǒng)集成[M].機械工業(yè)出版社,2014.[2]李志謙.精通FANUC機器人編程、維護與外圍集成[M].機械工業(yè)出版社,2020[3]陳曉明,霍永紅,項萬明.工業(yè)機器人應用編程(FANUC)初級[M].機械工業(yè)出版社,2022.[4]王哲祿,何紅軍.工工業(yè)機器人應用編程與集成技術[M].機械工業(yè)出版社,2022.[5]廖常初.S7-1200PLC應用教程[M].機械工業(yè)出版社,2020.[6]鄉(xiāng)碧云.自動化生產(chǎn)線組建與調(diào)試(第2版)—以亞龍YL-335B為例（三菱PLC版本）[M].機械工業(yè)出版社,2023.單元教學設計第一部分：復習上次課主要內(nèi)容第二部分：新課導入及學習新內(nèi)容（時間：30分鐘理論）【步驟一】新課導入引導問題說說你對中國制造的了解，并舉一個例子。請同學根據(jù)所學所識積極思考，踴躍發(fā)言【步驟二】新知識的講授一、智能制造生產(chǎn)線的概念20世紀80年代末，Wright和Bourne合著的《智能制造》一書的出版標志著智能制造概念的提出。經(jīng)過了數(shù)十年的發(fā)展，智能制造的內(nèi)涵逐漸豐富化，目前一般認為智能制造的含義是，在新一代信息技術的基礎上，將產(chǎn)品制造流程和生命周期作為對象，實現(xiàn)系統(tǒng)層級上的實時優(yōu)化管理，是成熟階段的制造業(yè)智能化。相比于數(shù)字化和網(wǎng)絡化階段，智能制造全面使用計算機自動控制，并實現(xiàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)機器人、大數(shù)據(jù)的全面綜合應用。智能制造可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)時間、提質(zhì)增效、降低成本，體現(xiàn)了實體物理與虛擬網(wǎng)絡的深度融合特征。智能制造為現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)提供了一種有競爭力的生產(chǎn)模式。智能制造生產(chǎn)線具備智能制造加工的各類裝備和控制系統(tǒng)等軟硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)比較完善的功能。如圖2-1我院產(chǎn)教研智能制造生產(chǎn)線，配備立體倉庫、AGV小車、FANUC工業(yè)機器人（含固定安裝和行走軸機器人）、常用智能制造數(shù)控機床、在線檢測設備等硬件設備，具有MES、電氣控制、生產(chǎn)線監(jiān)控、機床故障診斷，S7-PLCSIMV15、Roboguide、TIAPortal等系統(tǒng)控制和輔助功能。可以實現(xiàn)對生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的全方位監(jiān)視控制與實操實訓，系統(tǒng)各單元可獨立運行以方便實訓教學，智能制造是制造業(yè)轉型升級的重要發(fā)展方向。工業(yè)機器人、智能制造設備監(jiān)控管理系統(tǒng)、加工中心等是智能制造生產(chǎn)線的重要組成部分。圖2-1光電智造產(chǎn)教研融合平臺光電制造產(chǎn)教研融合平臺包含機器人單元、倉儲系統(tǒng)、執(zhí)行單元、加工單元、檢測單元、工具單元、分揀單元、總控單元、設備平臺單元、工業(yè)機器人、數(shù)控機床控制綜合平臺、專業(yè)群教學資源庫等先進設備和技術，可適應多種零件的生產(chǎn)，具有較高的柔性。涉及到的部分加工、激光切割、折彎、焊接須具備連線作業(yè)的能力。同時產(chǎn)線設計與實際生產(chǎn)相符合且便于教學，在實際教學中既可進行整線的實訓，也可進行單個單元的實訓。圖2-2光電柔性智造生產(chǎn)線光電柔性智造生產(chǎn)線的設計如圖2-2所示，學生可在該平臺上實際動手操作學習工業(yè)機器人智能化生產(chǎn)制造系統(tǒng)的全部流程，如機器人編程、示教、維護、焊接調(diào)試、折彎調(diào)試、視覺調(diào)試等;數(shù)控機床調(diào)試過程、機械維修過程，實際切削過程，編程學習，電氣維修，機床檢驗過程等。通過該平臺的學習可使學生得到機器人智能化生產(chǎn)制造的全部知識，以適應現(xiàn)代化智能制造業(yè)對智能產(chǎn)線調(diào)試從業(yè)人員的技能要求，使學生擁有直接進入社會謀職發(fā)展的強大資本。二、智能制造生產(chǎn)線的基本構成（一）五軸加工中心\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"五軸聯(lián)動加工中心也叫五軸加工中心，是一種科技含量高、精密度高、專門用于加工復雜曲面的加工中心。有德國德瑪吉、日本馬扎克、大隈、中國科德等眾多品牌，圖2-3為KDU500五軸加工中心，以下各種機件配圖都僅為眾多品牌中的一種。五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心系統(tǒng)是解決葉輪、葉片、船用螺旋槳、重型發(fā)電機轉子、汽輪機轉子、大型柴油機曲軸等等加工的唯一手段，能夠適應像汽車零部件、飛機結構件等現(xiàn)代模具的加工。五軸加工中心有x，y，z，a，c五個軸，xyz和ac軸形成五軸聯(lián)動加工，擅長空間曲面加工，異型加工，鏤空加工，打孔，斜孔，斜切等。五軸高速加工中這種加工中心系統(tǒng)對一個國家的航空、航天、\t"/item/%E4%BA%94%E8%BD%B4%E5%8A%A0%E5%B7%A5%E4%B8%AD%E5%BF%83/_blank"軍事、科研、精密器械、高精醫(yī)療設備等等行業(yè)有著舉足輕重的影響力。五軸加工中心特點：

1、采用FANUC五軸數(shù)控系統(tǒng)，具有支持高轉速，高精度，快速穩(wěn)定進給，工件一次裝夾就可完成復雜的加工。

2、采用進口高精度CNC雙軸分度盤，通過數(shù)控系統(tǒng)控制實現(xiàn)五軸聯(lián)動功能。

3、機床的潤滑采用定時、定量自動集中供油潤滑系統(tǒng)。圖2-3KDU500五軸加工中心（二）立式加工中心立式加工中心如圖2-4是指主軸軸線與工作臺垂直設置的加工中心，主要適用于加工板類、盤類、模具及小型殼體類復雜零件。立式加工中心能完成鐵、鏜削、鉆削、螺紋和用切削螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動，有的可進行五軸、六軸控制。圖2-4立式加工中心立式加工中心特點：1、立柱高度有限，對箱體類工件加工范圍要減少。2、工件裝夾、定位方便，刃具運動軌跡易觀，可及時發(fā)現(xiàn)問題進行停機處理或修改。3、冷卻條件易建立，切削液能直接到達刀具和加工表面。4、三個坐標軸與笛卡兒坐標系吻合，感覺直觀，與圖樣視角一致，切屑易排除和掉落，避免劃傷加工過的表面。5、結構簡單，占地面積較小，價格較低。（三）數(shù)控車床數(shù)控車床（如圖2-5）是使用較為廣泛的\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"數(shù)控機床之一，又稱為CNC車床，是國內(nèi)使用量最大，覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床，約占數(shù)控機床總數(shù)的25%。數(shù)控機床是機械制造設備中具有高精度、高效率、高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機。按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一，它在數(shù)控機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"軸類零件或盤類零件的內(nèi)外圓柱面、任意錐角的內(nèi)外圓錐面、復雜回轉內(nèi)外曲面和圓柱、圓錐螺紋等切削加工，并能進行切槽、\t"/item/%E6%95%B0%E6%8E%A7%E8%BD%A6%E5%BA%8A/_blank"鉆孔、擴孔、鉸孔及鏜孔等。 圖2-5數(shù)控車床（四）自動倉儲立體柜隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，自動化立體倉庫廣泛應用于航空、軍事工業(yè)、汽油石化、金融和冶金等領域，其在我國倉儲領域中占據(jù)著重要地位。自動化立體倉庫采用計算機分級控制管理，可實時顯示更新數(shù)據(jù)圖像和實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)通信，自動化程度達到新高度。Modula立體貨柜如圖2-6是以金屬托盤為儲存單位，通過中央升降小車的牽引，實現(xiàn)貨物的垂直化倉儲管理。立體貨柜是儲存、提取和放置物料及產(chǎn)品的自動機器，能夠利用Copilot的觸摸屏控制面板來操控機器的功能。Modula能夠適應狹小空間，占地面積小而儲存量大，并且安全、準確、省時，利于實現(xiàn)實時化庫存管理。（五）地軌機器人地軌機器人如圖2-7，安裝于機器人地軌，主要實現(xiàn)機加工區(qū)域即五軸、銑車加工中心、立式車床加工中心等機床的相對運動，實現(xiàn)進出料接駁料道與立體貨柜之間的工件搬運動作。機器人雙手爪的夾具如圖2-8，用于機床自動化加工單元上下料工件夾持，具有較高的定位精度和抓持穩(wěn)定性，定位精度高、耐用性好、維護簡單。圖2-6Modula立式柜圖2-7FANUC機器人（六）AGV小車AGV(AutomatedGuidedVehicles)又名無人搬運車（圖2-9），通常也稱為AGV小車。具有電磁或\t"/item/AGV%E5%B0%8F%E8%BD%A6/_blank"光學等自動導航裝置，能夠沿規(guī)定的導航路徑行駛，不需要人工引航，將貨物或物料自動從起始點運送到目的地，具有安全保護以及各種移載功能。AGV的特點：1、柔性好，自動化程度高和智能化水平高，AGV的行駛路徑可以根據(jù)倉儲貨位要求、生產(chǎn)工藝流程等改變而靈活改變，并且運行路徑改變費用低。2、一般配備有裝卸機構，可以與其他物流設備自動接口，實現(xiàn)貨物和物料裝卸與搬運全過程自動化。3、清潔生產(chǎn)，AGV依靠自帶的蓄電池提供動力，運行過程中無噪聲、無污染，可以應用在許多要求工作環(huán)境清潔的場所。圖2-8機器人雙手爪夾具圖2-9AGV小車生產(chǎn)線智能化程度影響產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量、效率和成本。隨著“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”等的提出，智能制造產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，是目前制造業(yè)領域研究和應用的熱點之一。為適應市場的需求，越來越多的企業(yè)組建智能制造生產(chǎn)線。通過新建或改造智能制造生產(chǎn)線，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，并且可以實現(xiàn)生產(chǎn)加工全過程信息的監(jiān)控與管理，為智能制造技術技能人才培養(yǎng)和服務區(qū)域產(chǎn)業(yè)轉型升級提供了實踐平臺?！静襟E二】任務實施（10min）任務內(nèi)容：項目名稱智能制造生產(chǎn)線班級姓名學號組別任務內(nèi)容學習生產(chǎn)線的組成及其工作原理，增加學生的知識儲備，提高行業(yè)興趣任務目標了解智能制造生產(chǎn)線的基本組成和特點；熟悉智能制造生產(chǎn)線的工作過程；資料工具設備第三部分：課堂總結、布置作業(yè)及課后預習要求（5min）一、課堂總結二、擴展思考ROBOGUIDE是發(fā)那科機器人公司提供的一個仿真軟件，它圍繞一個離線的三維世界進行模擬，在這個三維世界中模擬真實的機器人和周邊設備的布局，進一步模擬機器人的運動軌跡。通過這樣的模擬可以驗證方案的可行性同時獲得準確的