制造自动化技术n

第四章制造自动化技术制造自动化技术1制造自动化技术概述2数控加工技术3工业机器人4装配自动化5柔性制造系统1制造自动化技术概述1.1制造自动化技术内涵1.2制造自动化的发展及现状1.3制造自动化的趋势1.1制造自动化技术内涵自动化是美国通用汽车公司DSHarder于1936年提出，核心含义是“自动完成特定的作业”。随着科学技术的进步，自动化的功能目标在不断随着自动化手段的提高，时代的进步而变化。制造自动化是在制造过程的所有环节中采用自动化技术，实现制造过程的自动化。其任务是研究对制造过程的规划，管理，组织，控制与协调优化等的自动化，以使制造过程实现高效，优质，低耗，及时和洁净的目标。1.1制造自动化技术内涵制造自动化的内涵包括如下方面：1）在形式方面包括替代人的体力劳动，替代和辅助人的脑力劳动，制造系统中人、机器及系统的协调、管理、控制和优化2）在功能方面制造自动化的功能目标是多方面的，可以用TQCSE描述3）在范围方面制造自动化不仅涉及到具体生产制造过程，而且涉及到产品生命周期的所有过程。1.2制造自动化的发展及现状制造自动化技术的发展过程第一阶段：刚性自动化，包括刚性自动线和自动单机在20世纪40－50年代已相当成熟，应用传统的机械设计和制造工艺方法，采用专用机床和组合机床，自动单机和自动化生产线进行大批量生产。其特征是高生产效率和刚性结构，很难实现产品的改变。第二阶段：数控加工NC和CNCNC在本世纪50-70年代发展，到70-80年代CNC迅速发展，特点：柔性好、加工质量高，适用于多品种，小批量的生产。1.2制造自动化的发展及现状第三阶段：柔性制造包括计算机直接数控DNC，柔性制造单元FMC，FMS，柔性加工线FML等，特征：强调制造过程的柔性、高效率，适应于多品种，中小批量的生产。第四阶段：计算机集成制造系统CIMS特征是强调制造全过程的系统性和集成性。第五阶段：智能制造系统IMS。1.2制造自动化的发展及现状1制造系统中的集成技术和系统技术已成为制造自动化研究中热点问题2更加注重研究制造自动化系统中人的作用的发挥3单元系统的研究仍然占有重要的位置4制造过程的计划和调度研究十分活跃，但实用化的成果还不多见5适应现代生产模式的制造环境的研究正在兴起1.3制造自动化的趋势1）对无人制造自动化进行反思，提出“人机一体化制造系统的思想”2）单元控制器的研究占重要地位单元控制软件的发展，控制软件的模块化，标准化新的设计方法发展新型控制体系结构，递阶控制结构－非递阶，自治协商式控制体系结构人工智能技术1.3制造自动化的趋势3）平台技术的研究与平台软件的开发是制造自动化发展的方向IBMEnablerDECBasestar,HPAFCON的P－CIM4）现代制造模式的提出和研究直接推动自动化的发展虚拟制造（VirtualManufacturing）动态组织联盟（VirtualOrganization）5）智能制造将是未来制造自动化发展的重要发展方向Agent技术2数控加工技术2.1数控技术2.2数控加工技术基础2.3数控编程2.4计算机数字控制技术2.5应用与发展2.1数控技术数字控制（NumericalControl）技术，简称数控（NC）技术，是20世纪中期发展起来的一种自动控制技术，是指用数字化信息对机械设备的运动及其加工过程进行控制的一种方法。2.2数控加工技术基础数控技术是综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学。数控技术是指用数字化信号对设备运行及其加工过程进行控制的一种自动化技术，它是一种可编程的自动控制方式，它控制的量一般是位置、角度、速度等机械量，也有温度、压力、流量、颜色等物理量。2.2数控加工技术基础数控机床就是采用了数控技术的机床，或着说装备了数控系统的机床数控机床的组成2.2数控加工技术基础数控机床的特点能加工一般机床难以加工的复杂型面精度高，质量稳定生产率高具有广泛的适应性和灵活性一机多用在制品少，加速了流动资金的周转改善生产环境，减少劳动强度实现较精确的成本核算和生产进度安排2.2数控加工技术基础数控机床的分类按运动控制分类：点位控制数控机床、直线控制数控机床、轮廓控制数控机床按控制回路分类：开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床、混合控制数控机床按数控装置分类：硬件式数控机床、软件式数控机床按加工类型分类：金属切削类数控机床、金属成型类数控机床、特种加工类数控机床、其它类数控机床2.2数控加工技术基础按同时控制的坐标轴分类：2轴、2.5轴、3轴、4轴、5轴或多轴类的数控机床按伺服驱动装置分类：液压驱动式数控机床、气动式数控机床、直流伺服和交流伺服数控化机床按定位坐标分类：绝对坐标系统数控机床和增量坐标系统数控机床2.3数控编程数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹、得出刀位数据、编写数控加工程序、制作控制介质、校对程序及首件试切。手工编程和自动编程从零件图纸到获得数控加工程序的全过程2.3数控编程NC编程步骤2.3数控编程首先对零件图纸进行工艺分析，在工艺分析的基础上作出各种处理，如确定对刀点、加工路线、选择刀具和切削用量等然后进行必要的计算，确定的工艺过程、工艺参数、刀具位移量与方向以及其它辅助操作按加工路线和所用数控机床控制机规定的指令代码以及程序格式编制出程序单根据程序单穿孔制带或将程序单内容手动输入控制机，以控制机床加工2.3数控编程数控加工程序编制分为：手工编程和自动编程自动编程有两种方法：数控语言编程和图形交换数控编程图形交互数控编程：编程人员通过图象系统，以人与计算机实时对话的交互方式在机内逐步生成零件几何图形数据和走刀轨迹数据，并在图形显示器屏幕上显示图形，并可对图形的内容、格式、大小、或色彩进行动态控制。2.4计算机数字控制系统数控机床在数控系统控制下，自动按给定的程序进行零件加工。CNC系统由程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程控制器，主轴控制单元和进给速度控制单元等组成，如图所示2.4计算机数字控制系统CNC的硬件结构单微处理机机构多微处理器机构CNC的软件结构2.4计算机数字控制系统软件的工作过程如图2.4计算机数字控制系统CNC装置的软件结构特点：CNC装置的多任务并行处理前后台型软件结构中断型软件结构2.5应用与发展数控技术经历了几代变化第一代数控硬件系统，采用电子元件构成的专用数控系统第二代数控硬件系统，采用晶体管电路的NC系统第三代数控硬件系统，采用中，小型集成电路的NC系统第四代数控硬件系统，采用大规模集成电路的小型通用电子计算机控制系统第五代数控硬件系统，采用微型电子计算机和微处理机组成的控制系统。2.5应用与发展高速度，高精度化智能化基于CAD和CAM的数控编程自动化发展可靠性最大化开放化网络化2.5应用与发展市场激烈竞争，产品迅速更新换代，采用各类数控设备、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统乃至计算机集成制造系统，是必然的趋势。数控技术已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志之一，更是体现一个机械制造企业技术水平的重要标志。发展数控技术是当前我国机械制造业技术改造的必经之路，是未来工厂自动化的基础。3装配自动化3.1装配自动化概述3.2装配工艺规程的制定3.3机器装配自动化3.1装配自动化概述任何机器都是由许多零件装配而成的。装配是机器制造中的最后阶段，机器的质量是通过装配保证的，装配质量在很大程度上决定机器的最终质量。在装配过程中，可以发现机器设计和零件加工质量等所存在的问题，并加以改进，以保证机器的质量。选择合适的装配方法，制定合理的装配工艺规程是提高产品质量和生产率的重要保证。3.1装配自动化概述任何机器都是由零件，套件，组件，部件等组成，为保证有效进行装配，通常将机器划分为若干能进行独立装配的部分，称为装配单元。装配单元零件，是组成机器的最小单元。它是由整块金属或其他材料制成。零件一般都预先装成套件，组件，部件后才安装到机器上，直接装入机器的零件不太多。3.1装配自动化概述套件，是在以及基准零件上，装上一个或若干各零件构成的，它是最小的装配单元。如图z-1所示组件，是在一个基准零件上，装上若干套件及零件构成。为形成组件而进行的装配称之为组装，组件在以后的装配中可拆，见图z-23.1装配自动化概述部件，是在一个基准零件上，装上若干组件，套件和零件构成的。部件在机器中能完成一定的，完整的功能。为形成部件而进行的装配工作称之为部装，见图z-3。整台机器，在一个基准零件上装上若干部件、组件、套件和零件就构成整台机器，把它们装配成最终整台机器产品的过程，称为总装。图z-1套件图z-2组件装配系统图图z-3部件装配系统图3.1装配自动化概述装配工艺系统图概念：在装配工艺规程制定过程中，表明产品零、部件间相互装配关系及装配流程的示意图。表示方法：图中每一个零件用一个方格来表示，在表格上表明零件名称、编号及数量。一般将零件画在上方，把套件、组件、部件画在下方，其排列的次序就是装配的次序，见图z-4。图z-4机器装配系统图3.2装配工艺规程的制定装配工艺规程是指导装配生产的主要技术文件，制定装配工艺规程是生产技术准备工作的主要内容之一。3.2装配工艺规程的制定1.装配工艺规程的主要内容分析产品图样，划分装配单元，确定装配方法拟定装配顺序，划分装配工序计算并确定装配时间定额确定各工序装配技术要求，质量检查方法和检查工具规划装配过程的物流陪送规范确定装配时零部件的输送方法及所需设备和工具选择和设计装配过程中所需的工具，夹具和专用设备规划装配后的物流3.2装配工艺规程的制定2.制定装配工艺规程的原则保证产品装配质量，力求提高质量合理安排装配顺序和工序，尽量减少钳工手工劳动量，缩短周期，提高效率尽量减少装配占地面积减少装配工作所占成本提高装配的自动化程度，提高装配过程的柔性。3.制定装配工艺规程的原始资料产品的装配图及验收技术标准产品的生产纲领生产条件3.2装配工艺规程的制定制定装配工艺规程的步骤研究产品的装配图及验收技术条件确定装配方法与组织形式划分装配单元，确定装配顺序划分装配工序编制装配工艺文件3.3机器装配自动化1.装配自动化概况装配过程自动化包括零件的供给、装配对象的运送、装配作业、装配质量检测等环节的自动化。3.3机器装配自动化2.自动装配机与装配机器人自动装配机与装配机器人可用于各种形式的装配自动化：1）在机械加工中，工艺成套件装配2）被加工零件的组，部件装配3）用于顺序焊接的零件的拼装4）成套部件的设备的总装。3.3机器装配自动化自动装配机与装配机器人可以完成下列形式的操作：零件传输，定位及其连接；用压装或由紧固螺钉、螺母使零件相互固定；自动焊接装配；装配尺寸控制，以保证零件连接或固定的质量；输送组装完毕的部件或产品，并将其包装或堆垛4工业机器人4.1工业机器人概述4.2机器人控制技术4.3机器人编程4.4应用与发展工业机器人工业机器人4.1工业机器人概述1.基本概念工业机器人是一种可重复编程和多功能的操作手，用于物料，零件和工具或是一种可完成各种任务的可编程的专用系统。机器人技术综合了计算机、控制论、机构学、信息和传感技术、人工智能、仿生学等多学科而形成的高新技术。4.1工业机器人概述工业机器人与机械手机械手是模拟人手和臂动作的机电系统，根据机电耦合原理，按主从原则进行工作，它只是人手和臂的延伸，没有自主能力，附属于主机设备，动作简单，操作程序固定的重复操作，定位点不变的操作装置。机器人则是有独立机械机构和控制系统，能自主，运动复杂，工作自由度多，操作程序可变，可任意定位的自动化操作机。4.1工业机器人概述工业机器人的定义在“可编程”“计算机控制”“机械装置”三方面的共同点是：1）工业机器人是一种机械装置，