《智能制造技術(shù)導(dǎo)論》2.2-智能制造系統(tǒng)系統(tǒng)的自動化

2024/12/8智能制造技術(shù)導(dǎo)論

*智能制造技術(shù)導(dǎo)論

第二章智能制造系統(tǒng)第二節(jié)智能制造系統(tǒng)的自動化第三節(jié)智能制造系統(tǒng)的信息化第四節(jié)典型案例第一節(jié)智能制造系統(tǒng)概述2024/12/8智能制造系統(tǒng)的自動化2第二節(jié)2024/12/8自動化制造系統(tǒng)概述自動化制造系統(tǒng)分類自動化制造系統(tǒng)組成自動化制造系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)自動化制造系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)2024/12/8一、自動化制造系統(tǒng)概述自動化制造系統(tǒng)是指在較少的人工直接或間接干預(yù)下，將原材料加工成零件或?qū)⒘慵M裝成產(chǎn)品，在加工過程中實(shí)現(xiàn)管理過程和工藝過程自動化。管理過程包括產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)；程序的編制及工藝的生成；設(shè)備的組織及協(xié)調(diào)；材料的計(jì)劃與分配；環(huán)境的監(jiān)控等。工藝過程包括工件的裝卸、儲存和輸送；刀具的裝配、調(diào)整、輸送和更換；工件的切削加工、排屑、清洗和測量；切屑的輸送、切削液的凈化處理等。2024/12/8自動化制造系統(tǒng)包括剛性制造和柔性制造“剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。剛性制造包括組合機(jī)床、專用機(jī)床、剛性自動化生產(chǎn)線等?！叭嵝浴笔侵干a(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝的多樣性和可變性，可具體表現(xiàn)為機(jī)床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)、柔性制造線、柔性裝配線、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)等。二、自動化制造系統(tǒng)分類2024/12/8剛性自動化生產(chǎn)剛性半自動化單機(jī)剛性自動化單機(jī)剛性自動化生產(chǎn)線1.剛性自動化生產(chǎn)2024/12/8圖2-5曲拐加工自動線（a）正視圖（b）俯視圖2024/12/8圖2-5所示為加工曲拐零件的剛性自動線總體布局圖。該自動線年生產(chǎn)曲拐零件1700件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件形狀不規(guī)則，沒有合適的輸送基面，因而采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的輸送。該曲拐加工自動線由7臺組合機(jī)床和1個裝卸工位組成。全線定位夾緊機(jī)構(gòu)由1個泵站集中供油。工件的輸送采用步伐式輸送帶，輸送帶用鋼絲繩牽引式傳動裝置驅(qū)動。因毛坯在隨行夾具上定位需要人工找正，沒有采用自動上下料裝置。在機(jī)床加工工位上采用壓縮空氣噴吹方式排除切屑，全線集中供給壓縮空氣。切屑運(yùn)送采用鏈板式排屑裝置，從機(jī)床中間底座下方運(yùn)送切屑。2024/12/8柔性制造單元FMC控制系統(tǒng)單元控制級設(shè)備控制級FMC的基本控制功能制定單元作業(yè)計(jì)劃、計(jì)劃的管理與調(diào)度、設(shè)備和單元運(yùn)行狀態(tài)的登錄與上報2.柔性制造單元2024/12/8圖2-6

柔性制造單元2024/12/8圖2-6所示為一加工回轉(zhuǎn)體零件為主的柔性制造單元。它包括1臺數(shù)控車床，1臺加工中心，兩臺運(yùn)輸小車用于在工件裝卸工位3、數(shù)控車床1和加工中心2之間的輸送，龍門式機(jī)械手4用來為數(shù)控車床裝卸工件和更換刀具，機(jī)器人5進(jìn)行加工中心刀具庫和機(jī)外刀庫6之間的刀具交換?？刂葡到y(tǒng)由車床數(shù)控裝置7，龍門式機(jī)械手控制器8，小車控制器9，加工中心控制器10，機(jī)器人控制器11和單元控制器12等組成。單元控制器負(fù)責(zé)對單元組成設(shè)備的控制、調(diào)度、信息交換和監(jiān)視。2024/12/82024/12/8圖2-7所示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機(jī)是一臺臥式加工中心，刀庫容量為70把，采用雙機(jī)械手換刀，配有8工位自動交換托盤庫。托盤庫為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫臺面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電機(jī)驅(qū)動。托盤的選擇和定位由可編程控制器控制，托盤庫具有正反向回轉(zhuǎn)、隨機(jī)選擇及跳躍分度等功能。托盤的交換由設(shè)在環(huán)形臺面中央的液壓推拉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。托盤庫旁設(shè)有工件裝卸工位，機(jī)床兩側(cè)設(shè)有自動排屑裝置。2024/12/8柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）是由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物料流和信息流的自動化，其基本組成部分有：自動化加工設(shè)備，工件儲運(yùn)系統(tǒng)，刀具儲運(yùn)系統(tǒng)，多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。3.柔性制造系統(tǒng)2024/12/8柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：①柔性高，適應(yīng)多品種中小批量生產(chǎn)；②系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床工藝能力上是相互補(bǔ)充和相互替代的；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系統(tǒng)的運(yùn)作；⑤多層計(jì)算機(jī)控制，可以和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；⑥可進(jìn)行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。2024/12/8制造柔性線（FlexibleManufacturingLine，F(xiàn)ML）由自動化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。4.柔性制造線2024/12/8柔性制造線的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)批量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多，當(dāng)品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費(fèi)用卻比剛性自動線高得多。有時為了節(jié)省投資，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，柔性制造線常采用剛?cè)峤Y(jié)合的形式，即生產(chǎn)線的一部分設(shè)備采用剛性專用設(shè)備（主要是組合機(jī)床），另一部分采用換箱或換刀式柔性加工機(jī)床。2024/12/8柔性制造線自動化加工設(shè)備工件輸送系統(tǒng)刀具2024/12/82024/12/8圖是一加工箱體零件的柔性自動線示意圖，它由2臺對面布置的數(shù)控銑床，4臺兩兩對面布置的轉(zhuǎn)塔式換箱機(jī)床和1臺循式換箱機(jī)床組成。采用輥道傳送帶輸送工件。這條自動線看起來和剛性自動線沒有什么區(qū)別，但它具有一定的柔性。FML同時具有剛性自動線和FMS的某些特征。在柔性上接近FMS，在生產(chǎn)率上接近剛性自動線。2024/12/8柔性裝配線（FlexibleAssemblyLine）通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。（1）裝配站FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機(jī)器人，不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。5.柔性裝配線2024/12/8（2）物料輸送裝置在FAL中，物料輸送裝置根據(jù)裝配工藝流程為裝配線提供各種裝配零件，使不同的零件和已裝配成的半成品合理地在各裝配點(diǎn)間流動，同時還要將成品部件（或產(chǎn)品）運(yùn)離現(xiàn)場。輸送裝置由傳送帶和換向機(jī)構(gòu)等組成。（3）控制系統(tǒng)FAL的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要是控制物料的流向、自動裝配站和裝配機(jī)器人。2024/12/8計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）是一種集市場分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營管理、售后服務(wù)與一體，借助于計(jì)算機(jī)的控制與信息處理功能，使企業(yè)運(yùn)作的信息流、物質(zhì)流、價值流和人力資源有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速更新、生產(chǎn)率大幅提高、質(zhì)量穩(wěn)定、資金有效利用、損耗降低、人員合理配置、市場快速反饋和良好服務(wù)的全新的企業(yè)生產(chǎn)模式。6.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)2024/12/8（1）CIMS的功能構(gòu)成CIMS的功能構(gòu)成包括下列內(nèi)容。①管理功能②設(shè)計(jì)功能③制造功能④質(zhì)量控制功能⑤集成控制與網(wǎng)絡(luò)功能2024/12/8CIMS關(guān)鍵技術(shù)信息集成過程集成企業(yè)集成2024/12/8三、自動化制造系統(tǒng)組成組成FMS的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。這些加工設(shè)備都是計(jì)算機(jī)控制的，加工零件的改變一般只需要改變數(shù)控程序，因而具有很高的柔性。自動化加工設(shè)備是自動化制造系統(tǒng)最基本，也是最重要的設(shè)備。2024/12/8（1）組合機(jī)床組合機(jī)床一般是針對某一種零件或某一組零件設(shè)計(jì)、制造的，常用于箱體、殼體和雜件類零件的平面、各種孔和孔面的加工，往往能在一臺機(jī)床上對工件進(jìn)行多刀、多軸、多面和多丁位加工。（2）一般數(shù)控機(jī)床數(shù)控機(jī)床是一種由數(shù)字信號控制其動作的自動化機(jī)床，現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，即CNC。數(shù)控機(jī)床是組成自動化制造系統(tǒng)的重要設(shè)備。2024/12/8（3）車削中心車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內(nèi)外圓表面、端面、溝槽、內(nèi)外圓及端面上的螺旋槽、非回轉(zhuǎn)軸心線上的軸向孔、徑向孔等。（4）加工中心加工中心通常是指鏜銑加工中心，主要用于加工箱體及殼體類零件，工藝范圍廣。加工中心具有刀具庫及自動換刀機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺、交換工作臺等，有的加工中心還具有可交換式主軸頭或臥立式主軸。2024/12/82.工件儲運(yùn)系統(tǒng)（1）工件儲運(yùn)系統(tǒng)的組成工件儲運(yùn)系統(tǒng)由存儲設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備和輔助設(shè)備等組成。存儲是指將工件毛坯、制品或成品在倉庫中暫時保存起來，以便根據(jù)需要取出，投入制造過程，立體倉庫是典型的自動化倉儲設(shè)備。2024/12/8圖2-11工件儲運(yùn)系統(tǒng)的組成設(shè)備2024/12/8（2）工件輸送設(shè)備①傳送帶傳送帶廣泛用于自動化制造系統(tǒng)中工件或工件托盤的輸送。傳送帶的形式有多種，如步伐式傳送帶、鏈?zhǔn)絺魉蛶?、輥道式傳送帶、履帶式傳送帶等。②托盤及托盤交換裝置托盤：在FMS中廣泛采用托盤及托盤交換裝置，實(shí)現(xiàn)工件自動更換，縮短消耗在更換工件上的輔助時間。托盤交換裝置：托盤交換裝置是加工中心與工件輸送設(shè)備之間的連接裝置，起著橋梁和接口的作用。2024/12/8四、自動化制造系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)制造系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的輸入為用戶提出的對未來新系統(tǒng)的要求，輸出為提交給用戶使用的新系統(tǒng)和相關(guān)文檔。為保證系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施工作有條不紊地進(jìn)行，一般需設(shè)立統(tǒng)管全局的機(jī)構(gòu)，如總體組。這樣，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施可在總體組的領(lǐng)導(dǎo)和協(xié)調(diào)下進(jìn)行。在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施的過程中，每一階段均需按總體組下達(dá)的任務(wù)書啟動和進(jìn)行，該階段完成后需通過總體組組織的評審，通過評審后，總體組才能下達(dá)下一階段的任務(wù)書。2024/12/8五、自動化制造系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.加工設(shè)備選擇（1）自動化制造系統(tǒng)對加工設(shè)備的要求一般來說，對自動化制造系統(tǒng)的加工設(shè)備應(yīng)在以下幾個方面提出基本要求。①工序集中②質(zhì)量③生產(chǎn)率④柔性⑤成本⑥易控制性2024/12/8五、自動化制造系統(tǒng)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)（2）選擇加工設(shè)備的內(nèi)容和原則以數(shù)控機(jī)床為例，加工設(shè)備選擇的內(nèi)容和原則主要有以下幾個方面。①選擇加工設(shè)備的類型②選擇加工設(shè)備的