柔性自动化制造技术与装备概论

第4章柔性自动化制造技术与装备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术的目标，分别为Time、Quality、Cost、Service、Environment.3)在范围方面，柔性自动化涉及到产品的全生命周期的所有过程。4.1.2柔性自动化制造技术发展历程及现状1.发展历程1）第一阶段（1913年－）：刚性自动化，包括刚性自动化和自动单机。2）第二阶段（1930年－）：数控加工，包括数控和计算机数控。3）第三阶段（1965年－）：柔性制造4）第四阶段（1973年－）:计算机集成制造系统5）第五阶段（1991年－）：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：①机器人化的工序设备和系统(喷漆、焊装)；②机器人装配设备和系统(汽车装配线)；③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。4.3.2工业机器人的驱动系统与控制系统1．工业机器人的驱动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．．工工业业机机器器人人的的控控制制系系统统(1)控控制制系系统统的的基基本本功功能能控制制系系统统是是工工业业机机器器人人的的大大脑脑，，其其基基本本功功能能包包括括：：1)记记忆忆功功能能2)示示教教功功能能3)与与外外围围设设备备联联系系功功能能4)坐坐标标设设置置功功能能5)人人机机接接口口6)传传感感器器接接口口7)位位置置伺伺服服功功能能8)故故障障诊诊断断与与安安全全保保护护功功能能(2)机机器器人人控控制制系系统统的的组组成成(3)机机器器人人控控制制系系统统的的分分类类机器器人人控控制制系系统统有有五五种种不不同同的的分分类类方方式式。。1)按按控控制制方方式式可可分分为为顺顺序序控控制制、、程程序序控控制制、、自自适适应应控控制制和和人人工工智智能能控控制制系系统统。。2)按按驱驱动动方方式式可可分分为为液液压压驱驱动动、、气气动动驱驱动动和和电电动动驱驱动动控控制制系系统统。。3)按按运运动动方方式式可可分分为为点点位位控控制制、、轨轨迹迹控控制制系系统统。。4)按按控控制制总总线线标标准准可可分分为为国国际际标标准准总总线线控控制制、、自自定定义义总总线线控控制制系系统统。。5)按按编编程程方方式式可可分分为为物物理理设设置置编编程程、、在在线线编编程程以以及及离离线线编编程程控控制制系系统统。。(4)机机器器人人控控制制系系统统的的结结构构按机机器器人人控控制制方方式式可可将将其其系系统统结结构构分分为为三三类类。。1)集集中中控控制制方方式式：：采采用用一一台台计计算算机机实实现现全全部部控控制制功功能能，，结结构构简简单单，，成成本本低低，，但但实实时时性性差差，，难难以以扩扩展展。。2)主主从从控控制制方方式式：：采用用主主从从两两级级处处理理器器实实现现系系统统的的全全部部控控制制功功能能，，主主CPU实实现现管管理理、、坐坐标标变变换换、、轨轨迹迹生生成成和和系系统统自自诊诊断断等等；；从从CPU实实现现所所有有关关节节的的动动作作控控制制。。3)分分散散控控制制方方式式：：按按系系统统的的性性质质和和方方式式将将系系统统控控制制分分成成几几个个模模块块，，每每一一个个模模块块各各有有不不同同的的控控制制任任务务和和控控制制策策略略，，各各模模块块之之间间可可以以是是主主从从关关系系，，也也是是平平等等关关系系。。这这种种方方式式实实时时性性好好，，易易于于实实现现高高速速、、高高精精度度控控制制，，易易于于扩扩展展，，实实现现智智能能控控制制，，是是目目前前流流行行的的方方式式，，工工业业机机器器人人的的应应用用案案例例1．弧焊焊机器人人2．装配配机器人人3．搬运运机器人人工业机器器人一汽———大众公公司焊装装车间的的机器人人5.其他他用途机机器人娱乐机器器人：机机器人演演奏家娱乐机器器人世界上两两个赛事事：微机机器人世世界杯和和机器器人世界界杯1999年11月举行行首届中中国机器器人足球球锦标赛赛服务机器器人：清清扫机器器人保姆机器器人军用机器器人：机机器人战战车军用侦察察机器人人世界上最最轻的机机器人1997年的NASA第一个个成功登登陆火星星的Sojourney实验验机人形机器器人仿人型机机器人壁虎机器器人

世界上最最灵巧的的机械手手4．5柔柔性性制造系系统(FMS)概概述1．FMS的定定义美国制造造工程师师协会的的计算机机辅助统统和应用用协会把把柔性制制造系统统定义为为:使用用计算机机控制柔柔性工作作站和物物料运储储装置来来完成零零件族中中某一工工序或一一系列工工序的一一种集成成制造统统。“中华人人民共和和国国家家军用标标准”有有关“武武器装备备柔性制制造系统统术语””的定义义是：FMS是是数控加加工设备备、物料料运储装装置和计计算机控控制系统统组成的的自动化化制造系系统。FMS包包括多个个柔性制制造单元元，能根根据制造造任务或或生产环环境的变变化迅速速进行调调整，适适用于多多品种、、中等批批量生产产。2．FMS的基基本组成成（1）FMS的的硬件组组成1）加工工系统：：两台以以上数控控或加工工中心以以及其他他设设备。2）自动动化运输输系统：：工件和和刀具运运储系统统3）计算算机控制制系统（2）FMS的的软件组组成软件功能能：FMS的计计划调度度、运行行控制、、系统管管理和网网络通信信、质量量保证等等。3.FMS的主主要特征征1）自动动进行批批量生产产2）通过过设置工工艺流程程及相关关参数，，便制造造出相关关零件族族的任何何零件3）自动动进行物物料的运运输和储储存4）具有有多台设设备状态态下的零零件混合合化4.FMS中机机床的配配置形式式（1）机机床功能能互补式式（2）机机床功能能互换式式（3）机机床功能能混合式式5.柔性性制造系系统FMS的类类型柔性制造造单元(FMC)FMC由单单台带多多托盘系系统的加加工中心心或3台台以下的的CNC机床组组成,具具有适应应加工多多品种产产品的灵灵活性。。FMC的柔性性最高,可视为为柔性制制造系统统FMS的基本本单元,是柔性性制造系系统FMS向廉廉价、小小型化方方向发展展的产物物。FMC问世世并应用用于生产产比FMS晚6～8年年,现已已进入普普及应用用阶段。。柔性自自动制制造线线(FML)柔性制制造线线FML是是处于于非柔柔性自自动线线和FMS之间间的生生产线线,对对物料料系统统的柔柔性要要求低低于FMS，但但生产产效率率更高高。FML采用用的机机床大大多为为多轴轴主轴轴箱的的换箱箱式或或转塔塔式组组合加加工中中心，，能同同时或或依次次加工工少量量不同同的零零件。。FML技技术已已日趋趋成熟熟,进进入实实用阶阶段。。柔性制制造工工厂(FMF)FMF是将将多个个FMS连连接起起来，，配置置自动动化立立体仓仓库，，用计计算机机进行行集成成控制制，实实现从从订货货、设设计、、加工工、装装配、、检验验、运运送至至发货货的完完整生生产过过程。。4.5.2FMS中的的加工工系统统1.加加工系系统的的配置置与要要求加工回回转体体与非非回转转体两两大类类。2.加加工系系统的的遵循循原则则：1）工工序的的集中中性2）功功能的的扩展展性3）刚刚度、、精度度和速速度4）运运行经经济性性5）操操作性性、可可靠性性和可可维修修性6）自自保护护和自自维护护性7）环环境的的适应应性和和保护护性2．常常用的的加工工设备备加工中中心是是一种种备有有刀库库并能能按预预定程程序自自动更更换刀刀具，，对工工件进进行多多工序序加工工的高高效数数控机机床。。其最最大特特点是是工序序集中中和自自动化化程度度高，，可减减少工工件装装夹次次数，，避免免工件件多次次定位位所产产生的的累积积误差差，节节省辅辅助时时间，，实现现高质质、高高效加加工。。加工中中心按按工艺艺用途途可分分为镗镗铣加加工中中心、、车削削加工工中心心、钻钻削加加工中中心、、攻螺螺纹加加工中中心及及磨削削加工工中心心等。。(1)加工工中心心加工中中心完完成镗镗、铣铣、钻钻、攻攻螺纹纹等工工作，，与普普通数数控镗镗床和和数控控铣床床的区区别是是，加加工中中心附附有刀刀库和和自动动换刀刀装置置。加工中中心的的刀库库类型型有链链式、、盘式式和转转塔式式等。。链式式刀库库的特特点是是存刀刀量多多、扩扩展性性好、、在加加工中中心上上的配配置位位置灵灵活，，但结结构复复杂。。盘式式和转转塔式式刀库库的特特点是是构造造简单单，适适当选选择刀刀库位位置还还可省省略换换刀机机械手手，但但刀库库容量量有限限。根根据用用途，，加工工中心心刀库库的存存刀量量可为为几把把到数数百把把，最最常见见的是是20～80把把。加工