柔性自动化制造技术与装备

1、4.1概述 4.1.1制造自动化技术的内涵 1）在形式上a代替人的体力劳动 b代替或辅助人的脑力劳动 c实现制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。2）在功能上用TQCSE模型描述柔性自动化制 造技未的目标，分另U为Time、Quality、 Cost Service、 Environment.嚥鵬蠶自动化涉及到产品的全生412柔性自动化制造技术发展历程及现状 1 发展历程1）彗一阶段（1913年一）：刚性自动化，包括刚性 自动化和自动单机。垦（230年一）：数控加工，包括数控和 计算机数控。3）第三阶段（1965年一）:柔性制造4）第四阶段（1973年一）:计算机集成制造系统5）

2、第五阶段（1991年一）：智能制造系统2 柔性自动化制造技术的研究现状1）集成技术与系统技术2）人机一体化系统3）单元系统及其技术4）制造过程计划和调度5）柔性自动化制造技术的深度与广度6）适应现代生产模式的制造环境7）加工系统的复合化和智能化3柔性自动化制造技术的发展趋势-1）制造全球化 2）制造敏捷化 3）制造网络化-4）制造虚拟化 5）制造智能化-6）制造绿色化4.3工业机器人 1 工业机器人的定义是一种能够自动控制、可以重复编程、多功 能、多自由度的操作机、能够搬运材料、工 件或操持工具。操作机定义为“具有和人手臂相似的动作功 能，可以在空间抓放物体或进行其他操作的 机械装置”在现代制

3、造业的发展中，工业机器人的作用 及其重要性体现在三个方面：机器人化的 工序设备和系统（喷漆、焊装）；机器人装 配设备和系统（汽车装配线）；机器人搬运 设备和系统（自动上下料机械手、加工中心自 动换刀系统）。 2.工业机器人的基本组成工业机器人一般由操作机、驱动单元、控制 系统三部分组成3 工业机器人的分类工业机器人可按坐标形式、控制方式、驱动 方式和用途等进行分类。GS坤不遍蚩标榜代机GS坤不遍蚩标榜代机(C)!1斥山GS坤不遍蚩标榜代机4.3.2工业机器人的驱动系统与控制系统-1工业机器人的驱龙系统工业机器人的驱动系统按动力源可分为液压 驱动、气动驱动和电动驱动三种基本类型。选用工业机器人驱

4、动系统应根据工业机器人 的性能要求、控制功能、运行的功耗、应用 环境及作业要求、性能价格比以及其他因素 进行综合考虑。在充分考虑各种驱动系统特 点的基础上，保证工业机器人的性能规范、 可行性和可靠性。2工业机器人的控制系统控制系统的基本功能控制系统是工业机器人的大脑，其基本功能包括:1）记忆功能2）示教功能3）与外围设备联系功能4）坐标设置功能5）人机接口6）传感器接口7）位置伺服功能8）故障诊断与安全保护功能(2) 机器人控制系统的组成勺412 机尋人!空秋乘包（3）机器人控制系统的分类机器人控制系统有五种不同的分类方式。程序控制、自适应气动驱动和电动驱1 ）按控制方式可分为顺序控制、 控制

5、和人工智能控制系统。2）按驱动方式可分为液压驱动、 动控制系统。3）按运动方式可分为点位控制、轨迹控制系统。4）按控制总线标准可分为国际标准总线控制、自定 义总线控制系统。鬻騒蠶物理设置编程、在线编程以及(4) 机器人控制系统的结构按机器人控制方式可将其系统结构分为三类。1)集中控制方式：采用一台计算机实现全部控 制功能，结构简单，成本低，但实时性差， 难以扩展。肃祈1迂弊I轼愕忆眼业町1_2；曲：；用阳机册人FT沟邢竹诃IHtt丈 g2）主从控制方式:采用主从两级处理器实现系统的全部控制功能，主CPU实现管理、坐标变换、轨迹生成和系统自诊断等；从CPU实现所有关节的动作控制O壬从腔制方式乞度

6、gI I J I 11 u-1 I-峠 u I. 丄 ：亠|UH - 耳速激冲我土尊1内;曲廉与口P壬从腔制方式 3）分散控制方式：按系统的性质和方式将系 统控制分成几个模块，祜一个模块容有不同 的控制任务和控制策略，各模块之间可以是 主从关系，也是平等关系。这和方式金时性 鷺玆实现高速、高精度控制，易于扩展, 实现智能控制，是目前流行的方式，脉室哽制a.J-s障昨盲机住II I.Hrr t二誕啓刪433工业机器人的应用案例 -1 弧焊机器人装配机器人EE 4 - IT 希IE机岳人的讀AC件业3搬运机器人工业机器人一汽大众公司焊装车间的机器人:V二.*i5 其他用途机器人娱乐机器人：机器人演

7、奏家娱乐机器人L爲I一服务机器人：清扫机器人RoliatiisFan保姆机器人fAntinTinl an_ S.J丄 1 2 军用侦察机器人JPJ23467BCJPL-23467CCJPL-25888ACbI1997年的N ASA第一个成功登陆火星的Sojourney实验机人形机器人仿人型机器人 1A“moIfn7RolinTiaran壁虎机器人世界上最灵巧的机械手Ififitint ni nri4. 5柔性制造系统(FMS) 4.5.1概述 1. FMS的定义美国制造工程师协会的计算机辅助统和应用 协会把柔性制造系统定义为:使用计算机控制 柔性工作站和物料运储装置来完成零件族中 某一工序或一

8、系列工序的一种集成制造统。 “中华人民共和国国家军用标准”有关“武器 装备柔性制造系统术语”的定义是：FMS是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统。FMS包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生 产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、 中等批量生产。 (1) FMS的硬件组成1) 加工系统：两台以上数控或加工中心以及其他设备。2) 自动化运输系统：工件和刀具运储系统3) 计算机控制系统(2) FMS的软件组成软件功能：FMS的计划调度、运行控制、系统管理和网络通信、质量保证等。3.FMS的主要特征 1）自动进行批量生产 2）通过设置工艺流程及相关参数，便制造出 相关

9、零件族的任何零件 3）自动进行物料的运输和储存4）具有多台设备状态下的零件混合化 (1)机床功能互补式 (2)机床功能互换式-(3)机床功能混合式T：4-33 “恬乍靳反鬥叱內战5 柔性制造系统FMS的类型柔性制造单元(FMC)FMC由单台带多托盘系统的加工中心或 3台以下的CNC机床组成，具有适应加工多品 种产品的灵活性。FMC的柔性最高，可视为柔 性制造系统FMS的基本单元，是柔性制造系统 FMS向廉价、小型化方向发展的产物。FMC问世并应用于生产比FMS晚68年，现已进入 普及应用阶段。-柔性自动制造线(FML)柔性制造线FML是处于非柔性自动线和FMS之间的生产线，对物料系统的柔性要求

10、低于FMS,但生产效率更高。FML釆用的机床大多为多轴主轴箱的换箱式或转塔式组合加工中心，能同时或依次加工少量不同的零件。 FM L技术已日趋成熟，进入实用阶段o柔性制造工厂(FMF)llFMF是将多个FMS连接起来，配置自动 华进仓库,用计算机进行集成控制，实现 翹陰蛰蠶装配、检验、运送至4.5.2 FMS中的加工系统1 加工系统的配置与要求加工回转体与非回转体两大类。 2 加工系统的遵循原则:1）工序的集中性2）功能的扩展性3）刚度、精度和速度4）运行经济性5）操作性、可靠性和可维修性6）自保护和自维护性7）环境的适应性和保护性2常用的加工设备加工中心是一种备有刀库并能按预定程序自 动更换

11、刀具，对工件进行多工序加工的高效 数控机床。其最大特点是工序集中和自动化 程度高，可减少工件装夹次数，避免工件多 次定位所产生的累积误差，节省辅助时间， 实现高质、高效加工。加工中心按工艺用途可分为镇铳加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工 中心及磨削加工中心等。加工中心加工中心完成镇、铳、钻、攻螺纹等工作,与普通数控镇床和数控铳床的区别是，加工 中心附有刀库和自动换刀装置。加工中心的刀库类型有链式、盘式和转塔式 等。链式刀库的特点是存刀量多、扩展性好、 在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。 盘式和转塔式刀库的特点是构造简单，适当 选择刀库位置还可省略换刀机械手，但刀库 容量有

12、限。根据用途，加工中心刀库的存刀 量可为几把到数百把，最常见的是2080把。加工中心的自动换刀装置常釆用公用换刀机 械手。公用换刀机械手有单臂式、双臂式、 回转式和轨道式等。刀库GB4 -氛加工护心丁J实的基直类21ui种手切抱手伸辆乎弋手4 -25 取懐弍植克干审爪踣梅(2)车削加工中心数控组合机床 4.5.3 FMS中的物流系统在FMS中流动的物料主要包括工件、刀具、 夹具、切屑以及切削液。物流系统是FMS从 进口到出口，实现对上述物料自动识别、存 储、分配、输送、交换和管理的系统。由于 工件和刀具的流动频率较高，故FMS中的物 流系统主要由工件流系统和刀具流系统两部 分组成。物流系统主要包括输送装置、交换 装置、缓冲装置和存储装置等基本装置。1物流系统的输送装置（1 ）对卩!/1$输送装置的基本要求 1）通用性 2）变更性 3）扩展性 4）灵活性5）可靠性6）安全性(2)FMS输送装置的工作路径输送装置的工作路径有直线运行、环线运行