先進(jìn)制造技術(shù)課件 第4章 制造自動(dòng)化技術(shù)

先進(jìn)制造技術(shù)第4章制造自動(dòng)化技術(shù)4.14.24.3概述工業(yè)機(jī)器人柔性制造系統(tǒng)CONTENTS目錄4.1概述概述4.1.1制造、制造系統(tǒng)和制造業(yè)自動(dòng)化是美國(guó)通用公司于1936年提出來(lái)的，其核心含義是“自動(dòng)地去完成特定的作業(yè)”。自動(dòng)化生產(chǎn)車(chē)間內(nèi)產(chǎn)品的機(jī)械加工和裝配過(guò)程的自動(dòng)化，包括切削加工自動(dòng)化、工件裝卸自動(dòng)化、工件儲(chǔ)運(yùn)自動(dòng)化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗(yàn)自動(dòng)化、斷屑與排屑自動(dòng)化、裝配自動(dòng)化、機(jī)器故障診斷自動(dòng)化等。狹義制造概念廣義制造概念制造自動(dòng)化包含了產(chǎn)品設(shè)計(jì)自動(dòng)化、企業(yè)管理自動(dòng)化、加工過(guò)程自動(dòng)化和質(zhì)量控制自動(dòng)化等產(chǎn)品制造全過(guò)程以及各個(gè)環(huán)節(jié)綜合集成自動(dòng)化，以使產(chǎn)品制造過(guò)程實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時(shí)、潔凈的目標(biāo)。4.1.2制造自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀剛性自動(dòng)化柔性自動(dòng)化綜合自動(dòng)化剛性自動(dòng)化表現(xiàn)在半自動(dòng)和自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線的出現(xiàn)。特點(diǎn)：生產(chǎn)效率高、加工品種單一。柔性自動(dòng)化數(shù)控技術(shù)（NC）、計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統(tǒng)（FMS）等。特點(diǎn)：能滿(mǎn)足多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動(dòng)化的需要。綜合自動(dòng)化計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）、并行工程（CE）、精益生產(chǎn)（LP）、敏捷制造（AM）等模式的發(fā)展和應(yīng)用。特點(diǎn)：充分利用資源，發(fā)揮綜合效應(yīng)。綜合自動(dòng)化：概述4.1.2制造自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀概述4.1.2制造自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)狀概述4.1.3制造自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)包含智能計(jì)算機(jī)、智能機(jī)器人、智能加工設(shè)備及生產(chǎn)線等。其核心是使企業(yè)對(duì)面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)作出快速反應(yīng)，利用企業(yè)內(nèi)外各方面的優(yōu)勢(shì)，形成動(dòng)態(tài)聯(lián)盟，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，盡快搶占市場(chǎng)。包括企業(yè)制造環(huán)境的網(wǎng)絡(luò)化和企業(yè)與企業(yè)之間的網(wǎng)絡(luò)化。2.制造網(wǎng)絡(luò)化5.制造全球化4.制造智能化包括設(shè)計(jì)過(guò)程的擬實(shí)技術(shù)和加工制造過(guò)程的虛擬技術(shù)。1.制造敏捷化3.制造虛擬化6.制造綠色化是一個(gè)考慮環(huán)境影響和資源效率的現(xiàn)代制造模式。包括市場(chǎng)的國(guó)際化和制造企業(yè)在世界范圍內(nèi)的重組與集成。概述4.2工業(yè)機(jī)器人4.2.1工業(yè)機(jī)器人的定義工業(yè)機(jī)器人是一種可重復(fù)編程的多自由度的自動(dòng)控制操作機(jī)，是涉及機(jī)械學(xué)、控制技術(shù)、傳感技術(shù)、人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)備。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類(lèi)1.機(jī)器人組成具有與人手功能相似的機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)器人的大腦，控制與支配機(jī)器人按給定的程序動(dòng)作，并記憶人們示教的指令信息機(jī)器人執(zhí)行作業(yè)的動(dòng)力源執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)位置檢測(cè)裝置檢測(cè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)位置和工作狀態(tài)工業(yè)機(jī)器人4.2.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類(lèi)1.機(jī)器人組成工業(yè)機(jī)器人4.2.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類(lèi)1.機(jī)器人組成工業(yè)機(jī)器人1）按系統(tǒng)功能分

專(zhuān)用、通用、示教再現(xiàn)式、智能機(jī)器人2）按驅(qū)動(dòng)方式分

氣壓傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)、電氣傳動(dòng)機(jī)器人3）按結(jié)構(gòu)形式分

直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)機(jī)器人4.2.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類(lèi)2.機(jī)器人的分類(lèi)

直角坐標(biāo)圓柱坐標(biāo)球坐標(biāo)關(guān)節(jié)機(jī)器人工業(yè)機(jī)器人4.2.2工業(yè)機(jī)器人的組成與分類(lèi)2.機(jī)器人的分類(lèi)

工業(yè)機(jī)器人的性能特征影響著機(jī)器人的工作效率和可靠性，在機(jī)器人設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)考慮如下幾個(gè)性能指標(biāo)：1）自由度是衡量機(jī)器人技術(shù)水平的主要指標(biāo)。2）工作空間是指機(jī)器人應(yīng)用手爪進(jìn)行的空間范圍。3）提取重力微型機(jī)器人：10N以下；小型機(jī)器人：0~50N；中型機(jī)器人：50~300N；大型機(jī)器人：300~500N；重型機(jī)器人：500N以上；4）運(yùn)動(dòng)速度

最大速度：直線1000m/s；回轉(zhuǎn)120°/s。5）位置精度

精度一般在±0.02~±5mm。工業(yè)機(jī)器人1）按照控制回路的不同：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。2）按照控制系統(tǒng)的硬件：機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計(jì)算機(jī)控制。3）按自動(dòng)化控制程度：順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。4）按編程方式：物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)。5）按機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)控制軌跡：點(diǎn)位控制和連續(xù)輪廓控制。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)控制系統(tǒng)通常包括控制計(jì)算機(jī)、示教盒、操作面板、存儲(chǔ)器、檢測(cè)傳感器、輸入輸出接口、通信接口等部分?？?.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人4.2.2工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)圖4-4工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的組成框圖工業(yè)機(jī)器人1）按照控制回路的不同：開(kāi)環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。2）按照控制系統(tǒng)的硬件：機(jī)械控制、液壓控制、射流控制、順序控制和計(jì)算機(jī)控制。3）按自動(dòng)化控制程度：順序控制系統(tǒng)、程序控制系統(tǒng)、自適應(yīng)控制系統(tǒng)、人工智能系統(tǒng)。4）按編程方式：物理設(shè)置編程控制系統(tǒng)、示教編程控制系統(tǒng)、離線編程控制系統(tǒng)。5）按機(jī)器人末端運(yùn)動(dòng)控制軌跡：點(diǎn)位控制和連續(xù)輪廓控制。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)控制系統(tǒng)通常包括控制計(jì)算機(jī)、示教盒、操作面板、存儲(chǔ)器、檢測(cè)傳感器、輸入輸出接口、通信接口等部分?？?.工業(yè)機(jī)器人控制系統(tǒng)的分類(lèi)工業(yè)機(jī)器人（1）關(guān)節(jié)伺服控制（2）坐標(biāo)伺服控制（1）模型參考自適應(yīng)控制

其作用是使得系統(tǒng)的輸出響應(yīng)趨近于某指定的參考模型，因而必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的參數(shù)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。（2）自校正適應(yīng)控制

由表現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)力學(xué)離散時(shí)間模型各參數(shù)的估計(jì)機(jī)構(gòu)與用其結(jié)果來(lái)決定控制器增益或控制輸入的部分組成，采用輸入輸出數(shù)與機(jī)器人自由度相同的模型。4.2.2工業(yè)機(jī)器人的控制技術(shù)2.工業(yè)機(jī)器人的位置伺服控制3.工業(yè)機(jī)器人的自適應(yīng)控制工業(yè)機(jī)器人4.3柔性制造系統(tǒng)FMS

由若干臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成，并能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)品種的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)多品種、中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。4.3.1柔性制造系統(tǒng)概述廣義概念直觀定義

柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺(tái)機(jī)床、一套具有高度自動(dòng)化的物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)和一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造系統(tǒng)。通過(guò)簡(jiǎn)單改變軟件程序便能制造出多種零件中任何一種零件。柔性制造系統(tǒng)4.3.1柔性制造系統(tǒng)概述1.FMS總體方案的分析經(jīng)濟(jì)實(shí)力、產(chǎn)量、批量、產(chǎn)值和利潤(rùn)FMS可行性初步分析FMS結(jié)構(gòu)類(lèi)型的分析用戶(hù)零件的分析和選擇高精度或特殊的工藝柔性制造系統(tǒng)4.3.1柔性制造系統(tǒng)概述

2.FMS的方案設(shè)計(jì)（1）夾具草圖的繪制在草圖中要確定夾緊點(diǎn)、定位點(diǎn)、安裝次數(shù)。（2）零件的工藝分析確定其工藝路線，選擇合適的刀具、合適的切削用量并計(jì)算出加工時(shí)間。（3）FMS布局的初步設(shè)計(jì)

初步確定機(jī)床的類(lèi)型和數(shù)量，刀具的分配和刀具的負(fù)荷。（4）FMS的仿真和優(yōu)化（5）完成FMS設(shè)計(jì)根據(jù)FMS的仿真和優(yōu)化的結(jié)果，增加相應(yīng)的輔助設(shè)備，正式設(shè)計(jì)出FMS的總圖。柔性制造系統(tǒng)4.3.2柔性制造系統(tǒng)的組成與類(lèi)型

1.FMS的組成1）加工系統(tǒng)2）工件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)3）刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)4）計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)1—中央計(jì)算機(jī)2—無(wú)軌運(yùn)輸車(chē)3—立體倉(cāng)庫(kù)4、5—FMC柔性制造系統(tǒng)1）柔性高，適用多品種小批量生產(chǎn)；2）系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上是相互補(bǔ)充或相互替代的；3）可混流加工不同的零件；4）系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；5）遞階結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)控制，可以與上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)通信；6）可進(jìn)行三班無(wú)人值守生產(chǎn)。4.3.2柔性制造系統(tǒng)的組成與類(lèi)型

2.FMS的特點(diǎn)柔性制造系統(tǒng)4.3.3柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與關(guān)鍵技術(shù)

1.柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)1）FMS很容易和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，接受市場(chǎng)信息和生產(chǎn)指令，有效的調(diào)度各臺(tái)數(shù)控機(jī)床。2）FMS具有工件自動(dòng)輸送系統(tǒng)和刀具管理系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)的同一調(diào)度下，能使各臺(tái)機(jī)床具有較高的負(fù)荷率。3）通常能在不停機(jī)的情況下改變加工任務(wù)，在個(gè)別機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，可以暫時(shí)將其隔離，修復(fù)后再連入，不會(huì)引起全線停機(jī)，保證了生產(chǎn)的連續(xù)性。4）有較完善的監(jiān)控和管理系統(tǒng)，可靠性高，用人較少，需要時(shí)可以開(kāi)三班。柔性制造系統(tǒng)

2.關(guān)鍵技術(shù)