《先進制造技術(shù)（第2版）》 課件 第四章-先進制造自動化

第四章先進制造自動化4.1傳感器及儀器儀表一、應(yīng)用傳感器及儀器儀表是獲取自然和生產(chǎn)領(lǐng)域中信息的最主要途徑與手段，是智能制造的基礎(chǔ)技術(shù)和裝備核心。4.1傳感器及儀器儀表二、發(fā)展趨勢高性能

高可靠性

高適用性

網(wǎng)絡(luò)化和智能化4.2控制系統(tǒng)一、可編程序控制器4.2控制系統(tǒng)二、集散控制系統(tǒng)DCS系統(tǒng)包括過程級、操作級和管理級，各級之間通過網(wǎng)絡(luò)互相連接。其核心思想是集中管理、分散控制。4.2控制系統(tǒng)三、現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS的關(guān)鍵要點如下：（1）FCS系統(tǒng)的核心是總線協(xié)議，即總線標(biāo)準(zhǔn)，國際上最新版的總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有Ethernet/IP、PROFnet、EtherCat、EPA（中國自主知識產(chǎn)權(quán)）等20種。（2）FCS系統(tǒng)的基礎(chǔ)是數(shù)字智能現(xiàn)場裝置。（3）FCS系統(tǒng)的本質(zhì)是信息處理現(xiàn)場化。

四、系統(tǒng)集成系統(tǒng)集成概念系統(tǒng)集成可以理解為按系統(tǒng)整體性原則，將原來沒有聯(lián)系或聯(lián)系不緊密的元素組合起來，成為具有一定功能的、滿足一定目標(biāo)的、相互聯(lián)系、彼此協(xié)調(diào)工作的新系統(tǒng)的過程。通過系統(tǒng)集成，可實現(xiàn)最大限度地提高系統(tǒng)的有機構(gòu)成、系統(tǒng)的效率、系統(tǒng)的完整性、系統(tǒng)的靈活性，同時簡化系統(tǒng)的復(fù)雜性，并最終為企業(yè)提供一套切實可行的完整的解決方案。

系統(tǒng)集成不是系統(tǒng)間簡單的堆積，而是系統(tǒng)間有機的集合。4.2控制系統(tǒng)

系統(tǒng)集成框架4.2控制系統(tǒng)

系統(tǒng)集成框架現(xiàn)場控制層：集成系統(tǒng)的底層，由現(xiàn)場控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成整個系統(tǒng)的控制網(wǎng)段。主要實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的常規(guī)檢測和基本控制，包括傳感變送、PID調(diào)節(jié)等功能的集成。過程監(jiān)控層：一般由擔(dān)任監(jiān)控任務(wù)的工作站、PC機或控制器作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成局域網(wǎng)段，主要用于完成對控制系統(tǒng)的組態(tài)，執(zhí)行對控制系統(tǒng)的監(jiān)視、報警、維護，將采集到的現(xiàn)場信息置入實時數(shù)據(jù)庫，進行優(yōu)化計算和先進控制。企業(yè)管理層：集成系統(tǒng)的最上層，由高性能計算機、工作站、PC機等網(wǎng)絡(luò)節(jié)點構(gòu)成，是實現(xiàn)企業(yè)信息集成和管、控一體的重要組成部分，主要用于企業(yè)的計劃、銷售、生產(chǎn)、庫存以及企業(yè)經(jīng)營等方面信息的傳輸，從而在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下構(gòu)建一個安全的遠程監(jiān)控系統(tǒng)。4.2控制系統(tǒng)4.3數(shù)控機床及加工中心

一、數(shù)控機床及發(fā)展趨勢

1.幾個定義數(shù)控技術(shù)數(shù)控系統(tǒng)計算機數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床4.3數(shù)控機床及加工中心（1）數(shù)控技術(shù)利用數(shù)字化信息對機械運動及加工過程進行控制的一種方法。具體實現(xiàn)：數(shù)控機床、三坐標(biāo)4.3數(shù)控機床及加工中心（2）數(shù)控系統(tǒng)：采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。（3）計算機數(shù)控系統(tǒng)（CNC):以計算機為核心的數(shù)控系統(tǒng)。SIEMENSMITSUBISHIFANUC4.3數(shù)控機床及加工中心常見的數(shù)控系統(tǒng)廣州數(shù)控4.3數(shù)控機床及加工中心常見的數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控4.3數(shù)控機床及加工中心常見的數(shù)控系統(tǒng)華中數(shù)控4.3數(shù)控機床及加工中心（4）數(shù)控機床采用數(shù)字控制技術(shù)對機床的加工過程進行自動控制的機床。4.3數(shù)控機床及加工中心2.發(fā)展趨勢1）高速化2）高精度化3）多功能化4）智能化5）高可靠性6）綜合自動化、集成化4.3數(shù)控機床及加工中心二、數(shù)控加工中心1.數(shù)控加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的數(shù)控機床。2.工件在加工中心上經(jīng)一次裝夾后，數(shù)字控制系統(tǒng)能控制機床按不同加工工序，自動選擇及更換刀具，自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和刀具相對工件的運動軌跡及其它副輔助功能，一次完成工件多個面上多工序的加工。3.按控制軸數(shù)分類：三軸加工中心、四軸、五軸….4.3數(shù)控機床及加工中心二、數(shù)控加工中心3.按控制軸數(shù)分類：三軸加工中心、四軸、五軸….4.按主軸與工作臺相對位置分類：臥式加工中心、立式、萬能。5.按加工工件類型分類：鏜銑加工中心、車削中心、五面加工中心、車銑復(fù)合加工裝備。4.3數(shù)控機床及加工中心4.3數(shù)控機床及加工中心三、數(shù)控編程1.數(shù)控程序的編制方法有兩種：手工編程與自動編程。2.自動編程：

自動編程是指在計算機及相應(yīng)的軟件系統(tǒng)的支持下，自動生成數(shù)控加工程序的過程。其特點是采用簡單、習(xí)慣的語言對加工對象的幾何形狀、加工工藝、切削參數(shù)及輔助信息等內(nèi)容按規(guī)則進行描述，再由計算機自動地進行數(shù)值計算、刀具中心運動軌跡計算、后置處理，生成零件加工程序單，并且對加工過程進行模擬。4.3數(shù)控機床及加工中心三、數(shù)控編程1.數(shù)控程序的編制方法有兩種：手工編程與自動編程。2.自動編程：4.4工業(yè)機器人焊接機器人

搬運機器人

涂料的機器人

4.4工業(yè)機器人

一、工業(yè)機器人定義1987年國際標(biāo)準(zhǔn)化組織：“工業(yè)機器人是一種具有自動控制的操作和移動功能，能完成各種作業(yè)的可編程操作機?！?/p>

4.4工業(yè)機器人

一、工業(yè)機器人定義1）機器人可以干人不愿意干的工作，它把人從有害的、有毒的、高溫的或危險的環(huán)境中解放出來；2）機器人可以干人干不好的工作；3）機器人可以干人干不了的工作。4.4工業(yè)機器人

二、工業(yè)機器人的發(fā)展工業(yè)機器人作為自動化技術(shù)的集大成者，是工業(yè)4.0的重要組成單元。按照工業(yè)和信息化部關(guān)于工業(yè)機器人的發(fā)展規(guī)劃，到2020年，國內(nèi)工業(yè)機器人裝機量將達到100萬臺，并且以每年20%到30%的速度持續(xù)遞增。4.4工業(yè)機器人

二、工業(yè)機器人的發(fā)展機器人的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段：1）第一代機器人—示教再現(xiàn)型機器人2）第二代機器人—“帶感覺”的機器人3）第三代機器人—智能型機器人4.4工業(yè)機器人

二、工業(yè)機器人的發(fā)展國際上的工業(yè)機器人主要分為日系和歐系。日系：安川、OTC、松下、FANUC、不二越、川崎歐系：德國的KUKA、CLOOS，瑞士的ABB，意大利的COMAU，奧地利的IGM等。4.4工業(yè)機器人

三、工業(yè)機器人的組成4.4工業(yè)機器人三、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)1）自由度

也稱坐標(biāo)軸數(shù)，是指獨立運動數(shù)，自由度數(shù)越高，完成的動作越復(fù)雜，通用性越強，應(yīng)用范圍也越廣；手指的開、合，以及手指關(guān)節(jié)的自由度一般不包括在機器人的自由度內(nèi)。4.4工業(yè)機器人三、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)2）工作精度包括定位精度和重復(fù)定位精度。機器人定位精度一般在±0.02～5mm范圍，重復(fù)精度在0.01～±0.5mm。4.4工業(yè)機器人

三、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)3）工作空間機器人在執(zhí)行任務(wù)時其手腕參考點或末端操作器安裝點（不包括末端操作器）所能到達的所有空間區(qū)域。4.4工業(yè)機器人三、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)4）最大工作速度有的廠家是指工業(yè)機器人主要自由度上最大的穩(wěn)定速度，有的廠家是指手臂末端最大的合成速度4.4工業(yè)機器人三、工業(yè)機器人的技術(shù)參數(shù)5）承載能力機器人在工作范圍內(nèi)的任何位姿上，在正常操作的條件下，作用于機器人手腕末端，不會使機器人性能降低的最大載荷。目前使用的工業(yè)機器人負(fù)載范圍一般在0.5kg～800kg。4.4工業(yè)機器人

四、工業(yè)機器人的應(yīng)用1.在汽車行業(yè)中的應(yīng)用2.在電子、家電行業(yè)中的應(yīng)用

3.在石化行業(yè)的應(yīng)用4.在采礦業(yè)的應(yīng)用特殊煤層采掘機器人、鑿巖機器人、井下噴漿機器人、瓦斯、地壓檢測機器人5.食品工業(yè)、核工業(yè)等行業(yè)用到工業(yè)機器人4.4工業(yè)機器人

四、工業(yè)機器人的應(yīng)用4.4工業(yè)機器人

四、工業(yè)機器人的應(yīng)用4.5自動化立體倉庫

一、自動化立體倉庫的發(fā)展特性倉儲作業(yè)方式—按特定路線布置的搬運設(shè)備；活動范圍—被限制在一個特定區(qū)域；功能—收貨、存貨、取貨、出貨、信息查詢；設(shè)施和設(shè)備—物料、貨架、物料搬運設(shè)備及輔助設(shè)備。4.5自動化立體倉庫

一、自動化立體倉庫的發(fā)展2.定義

又稱自動存取系統(tǒng)或自動化倉儲系統(tǒng)，就是采用高層貨架存放貨物，以巷道堆垛起重機為主，結(jié)合入庫與出庫周邊設(shè)備進行自動化倉儲作業(yè)的一種倉庫。4.5自動化立體倉庫

一、自動化立體倉庫的發(fā)展3.發(fā)展階段1）1959年美國開發(fā)了世界上第一座自動化立體倉庫，并在1963年率先使用計算機進行控制和管理。2）20世紀(jì)60年代中期，日本開始興建高架倉庫，并且發(fā)展迅速；70年代發(fā)達國家紛紛建立大型自動化立體倉庫，我國第一座自動化立體倉庫于1974年在鄭州紡織機械廠建成。3）20世紀(jì)80年代，自動化立體倉庫在世界各國發(fā)展迅速。4.5自動化立體倉庫

二、自動化立體倉庫系統(tǒng)4.5自動化立體倉庫

二、自動化立體倉庫系統(tǒng)1.自動化立體倉庫系統(tǒng)主要由貨架、傳輸設(shè)備、存儲設(shè)備、堆垛機、控制系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)及計算機管理系統(tǒng)等組成。2.自動化立體倉庫系統(tǒng)能夠按照指令自動完成貨物的存取，并能對庫存貨物進行自動管理，完全實現(xiàn)自動化作業(yè)。4.5自動化立體倉庫

二、自動化立體倉庫系統(tǒng)4.5自動化立體倉庫

二、自動化立體倉庫系統(tǒng)4.5自動化立體倉庫

三、自動化立體倉庫的優(yōu)缺點優(yōu)點：提高倉庫空間利用率提高倉庫作業(yè)效率減少貨物破損率提高倉庫管理水平4.5自動化立體倉庫

三、自動化立體倉庫的優(yōu)缺點缺點：建設(shè)投資費用高倉庫管理人員素質(zhì)要求高，須經(jīng)專門培訓(xùn)建成后調(diào)整困難保養(yǎng)和維護費用高4.6柔性制造系統(tǒng)介紹一、概念與類型柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufactureSystem，F(xiàn)MS)是一組數(shù)控機床和其他自動化的工藝設(shè)備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成，在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化。柔性制造系統(tǒng)有以下三種類型：1）柔性制造單元2）柔性制造系統(tǒng)3）柔性自動生產(chǎn)線1）加工設(shè)備：主要采用加工中心和數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。2）儲存和搬運：儲存和搬運系統(tǒng)搬運的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的桁道式立體倉庫。3）信息控制：采用群控方式的遞階系統(tǒng)。二、系統(tǒng)組成1）模塊化的柔性制造系統(tǒng)為了保證系統(tǒng)工作的可靠性和經(jīng)濟性，可將其主要組成部分標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化。加工件的輸送模塊，有感應(yīng)線導(dǎo)軌小車輸送和有軌小車輸送；刀具的輸送和調(diào)換模塊，有刀具交換機器人和與工件共用輸送小車的刀具輸送方式等。利用不同的模塊組合，構(gòu)成不同形式的具有物料流和信息流的柔性制造系統(tǒng)，自動地完成不同要求的全部加工過程。三、發(fā)展趨勢2）計算機集成制造系統(tǒng)從1870—1970年的100年中，加工過程的效率提高了2000%，而生產(chǎn)管理的效率只提高了80%，產(chǎn)品設(shè)計的效率僅提高了20%左右。顯然，后兩種的效率已成為進一步發(fā)展生產(chǎn)的制約因素。因此，制造技術(shù)的發(fā)展就不能局限在車間制造過程的自動化，而要全面實現(xiàn)從生產(chǎn)決策、