《先进制造技术（第2版）》 课件 第四章-先进制造自动化

第四章先进制造自动化4.1传感器及仪器仪表一、应用传感器及仪器仪表是获取自然和生产领域中信息的最主要途径与手段，是智能制造的基础技术和装备核心。4.1传感器及仪器仪表二、发展趋势高性能

高可靠性

高适用性

网络化和智能化4.2控制系统一、可编程序控制器4.2控制系统二、集散控制系统DCS系统包括过程级、操作级和管理级，各级之间通过网络互相连接。其核心思想是集中管理、分散控制。4.2控制系统三、现场总线控制系统FCS的关键要点如下：（1）FCS系统的核心是总线协议，即总线标准，国际上最新版的总线技术标准有Ethernet/IP、PROFnet、EtherCat、EPA（中国自主知识产权）等20种。（2）FCS系统的基础是数字智能现场装置。（3）FCS系统的本质是信息处理现场化。

四、系统集成系统集成概念系统集成可以理解为按系统整体性原则，将原来没有联系或联系不紧密的元素组合起来，成为具有一定功能的、满足一定目标的、相互联系、彼此协调工作的新系统的过程。通过系统集成，可实现最大限度地提高系统的有机构成、系统的效率、系统的完整性、系统的灵活性，同时简化系统的复杂性，并最终为企业提供一套切实可行的完整的解决方案。

系统集成不是系统间简单的堆积，而是系统间有机的集合。4.2控制系统

系统集成框架4.2控制系统

系统集成框架现场控制层：集成系统的底层，由现场控制设备作为网络节点构成整个系统的控制网段。主要实现对生产过程的常规检测和基本控制，包括传感变送、PID调节等功能的集成。过程监控层：一般由担任监控任务的工作站、PC机或控制器作为网络节点构成局域网段，主要用于完成对控制系统的组态，执行对控制系统的监视、报警、维护，将采集到的现场信息置入实时数据库，进行优化计算和先进控制。企业管理层：集成系统的最上层，由高性能计算机、工作站、PC机等网络节点构成，是实现企业信息集成和管、控一体的重要组成部分，主要用于企业的计划、销售、生产、库存以及企业经营等方面信息的传输，从而在分布式网络环境下构建一个安全的远程监控系统。4.2控制系统4.3数控机床及加工中心

一、数控机床及发展趋势

1.几个定义数控技术数控系统计算机数控系统数控机床4.3数控机床及加工中心（1）数控技术利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。具体实现：数控机床、三坐标4.3数控机床及加工中心（2）数控系统：采用数字控制技术的控制系统。（3）计算机数控系统（CNC):以计算机为核心的数控系统。SIEMENSMITSUBISHIFANUC4.3数控机床及加工中心常见的数控系统广州数控4.3数控机床及加工中心常见的数控系统华中数控4.3数控机床及加工中心常见的数控系统华中数控4.3数控机床及加工中心（4）数控机床采用数字控制技术对机床的加工过程进行自动控制的机床。4.3数控机床及加工中心2.发展趋势1）高速化2）高精度化3）多功能化4）智能化5）高可靠性6）综合自动化、集成化4.3数控机床及加工中心二、数控加工中心1.数控加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。2.工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同加工工序，自动选择及更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给速度和刀具相对工件的运动轨迹及其它副辅助功能，一次完成工件多个面上多工序的加工。3.按控制轴数分类：三轴加工中心、四轴、五轴….4.3数控机床及加工中心二、数控加工中心3.按控制轴数分类：三轴加工中心、四轴、五轴….4.按主轴与工作台相对位置分类：卧式加工中心、立式、万能。5.按加工工件类型分类：镗铣加工中心、车削中心、五面加工中心、车铣复合加工装备。4.3数控机床及加工中心4.3数控机床及加工中心三、数控编程1.数控程序的编制方法有两种：手工编程与自动编程。2.自动编程：

自动编程是指在计算机及相应的软件系统的支持下，自动生成数控加工程序的过程。其特点是采用简单、习惯的语言对加工对象的几何形状、加工工艺、切削参数及辅助信息等内容按规则进行描述，再由计算机自动地进行数值计算、刀具中心运动轨迹计算、后置处理，生成零件加工程序单，并且对加工过程进行模拟。4.3数控机床及加工中心三、数控编程1.数控程序的编制方法有两种：手工编程与自动编程。2.自动编程：4.4工业机器人焊接机器人

搬运机器人

涂料的机器人

4.4工业机器人

一、工业机器人定义1987年国际标准化组织：“工业机器人是一种具有自动控制的操作和移动功能，能完成各种作业的可编程操作机。”

4.4工业机器人

一、工业机器人定义1）机器人可以干人不愿意干的工作，它把人从有害的、有毒的、高温的或危险的环境中解放出来；2）机器人可以干人干不好的工作；3）机器人可以干人干不了的工作。4.4工业机器人

二、工业机器人的发展工业机器人作为自动化技术的集大成者，是工业4.0的重要组成单元。按照工业和信息化部关于工业机器人的发展规划，到2020年，国内工业机器人装机量将达到100万台，并且以每年20%到30%的速度持续递增。4.4工业机器人

二、工业机器人的发展机器人的发展经历了三个阶段：1）第一代机器人—示教再现型机器人2）第二代机器人—“带感觉”的机器人3）第三代机器人—智能型机器人4.4工业机器人

二、工业机器人的发展国际上的工业机器人主要分为日系和欧系。日系：安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎欧系：德国的KUKA、CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU，奥地利的IGM等。4.4工业机器人

三、工业机器人的组成4.4工业机器人三、工业机器人的技术参数1）自由度

也称坐标轴数，是指独立运动数，自由度数越高，完成的动作越复杂，通用性越强，应用范围也越广；手指的开、合，以及手指关节的自由度一般不包括在机器人的自由度内。4.4工业机器人三、工业机器人的技术参数2）工作精度包括定位精度和重复定位精度。机器人定位精度一般在±0.02～5mm范围，重复精度在0.01～±0.5mm。4.4工业机器人

三、工业机器人的技术参数3）工作空间机器人在执行任务时其手腕参考点或末端操作器安装点（不包括末端操作器）所能到达的所有空间区域。4.4工业机器人三、工业机器人的技术参数4）最大工作速度有的厂家是指工业机器人主要自由度上最大的稳定速度，有的厂家是指手臂末端最大的合成速度4.4工业机器人三、工业机器人的技术参数5）承载能力机器人在工作范围内的任何位姿上，在正常操作的条件下，作用于机器人手腕末端，不会使机器人性能降低的最大载荷。目前使用的工业机器人负载范围一般在0.5kg～800kg。4.4工业机器人

四、工业机器人的应用1.在汽车行业中的应用2.在电子、家电行业中的应用

3.在石化行业的应用4.在采矿业的应用特殊煤层采掘机器人、凿岩机器人、井下喷浆机器人、瓦斯、地压检测机器人5.食品工业、核工业等行业用到工业机器人4.4工业机器人

四、工业机器人的应用4.4工业机器人

四、工业机器人的应用4.5自动化立体仓库

一、自动化立体仓库的发展特性仓储作业方式—按特定路线布置的搬运设备；活动范围—被限制在一个特定区域；功能—收货、存货、取货、出货、信息查询；设施和设备—物料、货架、物料搬运设备及辅助设备。4.5自动化立体仓库

一、自动化立体仓库的发展2.定义

又称自动存取系统或自动化仓储系统，就是采用高层货架存放货物，以巷道堆垛起重机为主，结合入库与出库周边设备进行自动化仓储作业的一种仓库。4.5自动化立体仓库

一、自动化立体仓库的发展3.发展阶段1）1959年美国开发了世界上第一座自动化立体仓库，并在1963年率先使用计算机进行控制和管理。2）20世纪60年代中期，日本开始兴建高架仓库，并且发展迅速；70年代发达国家纷纷建立大型自动化立体仓库，我国第一座自动化立体仓库于1974年在郑州纺织机械厂建成。3）20世纪80年代，自动化立体仓库在世界各国发展迅速。4.5自动化立体仓库

二、自动化立体仓库系统4.5自动化立体仓库

二、自动化立体仓库系统1.自动化立体仓库系统主要由货架、传输设备、存储设备、堆垛机、控制系统、通讯系统及计算机管理系统等组成。2.自动化立体仓库系统能够按照指令自动完成货物的存取，并能对库存货物进行自动管理，完全实现自动化作业。4.5自动化立体仓库

二、自动化立体仓库系统4.5自动化立体仓库

二、自动化立体仓库系统4.5自动化立体仓库

三、自动化立体仓库的优缺点优点：提高仓库空间利用率提高仓库作业效率减少货物破损率提高仓库管理水平4.5自动化立体仓库

三、自动化立体仓库的优缺点缺点：建设投资费用高仓库管理人员素质要求高，须经专门培训建成后调整困难保养和维护费用高4.6柔性制造系统介绍一、概念与类型柔性制造系统(FlexibleManufactureSystem，FMS)是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成，在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。柔性制造系统有以下三种类型：1）柔性制造单元2）柔性制造系统3）柔性自动生产线1）加工设备：主要采用加工中心和数控车床，前者用于加工箱体类和板类零件，后者则用于加工轴类和盘类零件。2）储存和搬运：储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工件、刀具、夹具、检具和切屑等；储存物料的方法有平面布置的托盘库，也有储存量较大的桁道式立体仓库。3）信息控制：采用群控方式的递阶系统。二、系统组成1）模块化的柔性制造系统为了保证系统工作的可靠性和经济性，可将其主要组成部分标准化和模块化。加工件的输送模块，有感应线导轨小车输送和有轨小车输送；刀具的输送和调换模块，有刀具交换机器人和与工件共用输送小车的刀具输送方式等。利用不同的模块组合，构成不同形式的具有物料流和信息流的柔性制造系统，自动地完成不同要求的全部加工过程。三、发展趋势2）计算机集成制造系统从1870—1970年的100年中，加工过程的效率提高了2000%，而生产管理的效率只提高了80%，产品设计的效率仅提高了20%左右。显然，后两种的效率已成为进一步发展生产的制约因素。因此，制造技术的发展就不能局限在车间制造过程的自动化，而要全面实现从生产决策、