第8章自动化制造系统

第8章自动化制造系统第8章自动化制造系统8.1概述8.2数控机床8.3工件储运设备8.4工业机器人8.5检测与监控系统8.6辅助设备思考题第8章自动化制造系统8.1概述8.1.11.刚性半自动化单机除上、下料外，机床可以自动完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床。2.它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。第8章自动化制造系统3.刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。图8-1所示为加工曲拐零件的刚性自动线总体布局图。该自动线年生产曲拐零件17000件，毛坯是球墨铸铁件。由于工件形状不规则，没有合适的输送基面，因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。第8章自动化制造系统图8-1(a)正视图；(b)俯视图第8章自动化制造系统该曲拐加工自动线由七台组合机床和一个装卸工位组成。全线定位夹紧机构由一个泵站集中供油。工件的输送采用步伐式输送带，输送带用钢丝绳牵引式传动装置驱动。8.1.2柔性制造单元(FMC)柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）由单台数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统等组成。第8章自动化制造系统1.FMCFMC控制系统一般分为两级，分别是单元控制级和设备控制级。（1）设备控制级。（2）单元控制级。2.FMCFMC（1）单元中各加工设备的任务管理与调度。（2）单元内物流设备的管理与调度。（3）刀具系统的管理。图8-2所示为一以加工回转体零件为主的柔性制造单元。第8章自动化制造系统图8-2柔性制造单元LAN12101165214311347891—数控车床；2—加工中心；3—装卸工位；4—龙门式机械手；5—机器人；6—加工中心控制器；7—车床数控装置；8—龙门式机械手控制器；9—小车控制器；10—加工中心控制器；11—机器人控制器；12—单元控制器；13、14—运输小车第8章自动化制造系统图8-3所示是加工棱体零件的柔性制造单元。单元主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。第8章自动化制造系统图8-3带托盘库的柔性制造单元第8章自动化制造系统8.1.3柔性制造系统(FMS)柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有：自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。1.自动化加工设备组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。第8章自动化制造系统2.工件储运系统FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等;工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。3.FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。第8章自动化制造系统4.FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括自动清洗工作站,自动去毛刺设备,自动测量设备,集中切屑运输系统和集中冷却润滑系统等。第8章自动化制造系统图8-4FMS控制系统实例单元控制器加工工作站WSC1RS-232CRS-232CDNCCNC6MPC-BDNCCNC6MPC-BDNCCNC6MPC-BAGV控制器RS-232CRS-232CRS-232CRS-232CI/OXH714ATH6350TH6350AGV物流工作站WSC2第8章自动化制造系统5.FMS的控制系统采用三级控制，分别是单元控制级、工作站控制级、设备控制级。图8-4就是一个FMS控制系统实例，系统包括自动导向小车（AGV）、TH6350卧式加工中心、XH714A立式加工中心和仓储设备等。（1）设备控制级。（2）工作站控制级。（3）单元控制级。图8-5是一种较典型的FMS，四台加工中心直线布置，工件储运系统由托盘站2、托盘输送车4、工件装卸工位3和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成。第8章自动化制造系统图8-5柔性制造系统的组成第8章自动化制造系统图8-6所示是一个具有装配功能的柔性制造系统。柔性制造系统的主要特点有：柔性高，适应多品种中、小批量生产；系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可以和上层计算机联网；可进行三班无人干预生产。8.1.4柔性制造线(FML)柔性制造线（FlexibleManufacturingLine）由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成。第8章自动化制造系统图8-6具有装配功能的柔性制造系统1313245112161110691118151471—控制柜；2—手工工位；3—紧固机器人；4—装配机器人；5—双臂机器人；6—清洗站；7—仓库；8—车削加工中心；9—多坐标测量仪；10—镗铣加工中心；11—刀具预调站；12—装载机器人；13—装夹具机器人；14—装夹站；15—AGV(自动导向小车)；16—控制区第8章自动化制造系统柔性制造线的主要优点是：具有刚性自动线的绝大部分优点；当批量不很大时，生产成本比刚性自动线低得多；当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的总费用却比刚性自动线高得多。1.自动化加工设备;2.工件输送系统;3.刀具;第8章自动化制造系统图8-7为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由两台对面布置的数控铣床，四台两两对面布置的转塔式换箱机床和一台循环式换箱机床组成。采用辊子传送带输送工件。这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区别，但它具有一定的柔性。FML同时具有刚性自动线和FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在生产率上接近刚性自动线。第8章自动化制造系统图8-7柔性制造线示意图数控铣床转塔式换箱机床换箱机床物料储运控制物料储运控制装卸区辊子传送带第8章自动化制造系统8.1.5柔性装配线(FAL)柔性装配线（FlexibleAssemblyLine）通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成。1.FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人,不可编程的自动装配装置和人工装配工位。2.3.FAL的控制系统对全线进行调度和监控，主要控制物料的流向和自动装配站、装配机器人。图8-8是FAL的示意图。第8章自动化制造系统图8-8柔性装配线示意图123456781—无人驾驶输送装置；2—传送带；3—双臂装配机器人；4—装配机器人；5—拧螺纹机器人；6—自动装配站；7—人工装配工位；8—投料工作站第8章自动化制造系统8.1.6计算机集成制造系统（CIMS）1.CIMSCIMS的功能构成包括下列内容(参考图8-9)：（1）管理功能。（2）设计功能。（3）制造功能。（4）质量控制功能。（5）集成控制与网络功能。第8章自动化制造系统图8-9CIMS的组成计算机网络和数据库分系统NES和DBS技术文档资料成品技术信息分系统TIS管理信息分系统MIS质量信息分系统QIS制造自动化分系统MAS计算机辅助设计CAD计算机辅助工程分析CAE计算机辅助工艺规程编制CAPP计算机辅助制造CAM产品数据管理PDM加工设备检测设备装配设备储运设备控制系统辅助设备工业机器人能源原材料质量文档质量计划质量检测质量评价质量控制质量信息综合管理质量要求市场信息物料管理成本管理财务管理人事管理办公自动化经营决策生产管理销售管理第8章自动化制造系统2.CIMS的关键技术（1）信息集成。（2）过程集成。（3）企业集成。第8章自动化制造系统8.2数控机床8.2.1一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系统是非常重要的。1.2.自动化程度高3.加工精度高且质量稳定第8章自动化制造系统4.生产效率较高5.6.现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。图8-10是数控装置的基本组成框图。图8-10中的4为数控系统，它是数控机床的核心环节。第8章自动化制造系统图8-10数控装置的基本组成框图伺服系统执行机构8坐标轴辅助控制输入存储器CPU控制器输入CAD/CAM编程介质图纸12344567第8章自动化制造系统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（PC或可编程逻辑控制器PLC）、主轴控制单元及速度控制单元等部分组成，如图8-11所示。第8章自动化制造系统图8-11CNC系统框图输入设备程序输出设备计算机数字控制装置(CNC装置)可编程序控制器(PC)主轴控制单元速度控制单元主轴电机机床进给电机位置检测器第8章自动化制造系统8.2.2加工中心(MC)加工中心的系统基本组成与一般数控机床一样，只是在此基础上增加了刀库和自动换刀装置而形成一类更复杂，但用途更广，效率更高的数控机床。加工中心配置有刀库和自动换刀装置，能在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。加工中心机床具有工序集中，可以有效缩短调整时间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高等优点，因此常用于零件比较复杂，需要多工序加工，且生产批量中等的生产场合。加工中心通常是指镗铣加工中心，主要用于加工箱体及壳体类零件，工艺范围广。第8章自动化制造系统加工中心的刀具库通常位于远离主轴的机床侧面或顶部。加工中心刀具的存取方式有顺序方式和随机方式，刀具随机存取是最主要的方式。正确安放刀具是成功执行数控程序的基本条件。回转工作台是卧式加工中心实现主轴运动的部件，主轴的运动可作为分度运动或进给运动。回转工作台有两种结构形式：仅用于分度的回转工作台用鼠齿盘定位，分度前工作台抬起，使上、下鼠齿盘分离，分度后落下定位，上、下鼠齿盘啮合，实现机械刚性连接；用于进给运动的回转工作台用伺服电机驱动，用回转式感应同步器检测及定位，并控制回转速度，也称数控工作台。数X、Y、Z轴及其它附加运动构成4～5轴轮廓控制，可加工复杂轮廓表面。第8章自动化制造系统8.2.3车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎能完成所有表面的加工，如内、外圆表面，端面，沟槽，内、外圆及端面上的螺旋槽，非回转轴心线上的轴向孔和径向孔等。车削中心回转刀架上可安装如钻头、铣刀、铰刀、丝锥等回转刀具，它们由单独的电动机驱动，也称自驱动刀具。在车削中心上用自驱动刀具对工件的加工分为两种情况：一种是主轴分度定位后固定，对工件进行钻、铣、攻螺纹等加工；另一种是主轴运动作为一个控制轴（C轴），C轴运动和X、Z轴运动合成为进给运动，即三坐标联动，铣刀在工件表面上铣削各种形状的沟槽、凸台、平面等。第8章自动化制造系统车削中心回转刀架通常可装刀具12～16把，这对无人看管柔性加工来说是不够的。因此，有的车削中心装备有刀具库，刀库有筒形或链形，刀具更换和存储系统位于机床一侧，刀库和刀架间的刀具交换由机械手或专门机构进行。车削中心采用可快速更换的卡盘和卡爪，普通卡爪更换时间为5～10min，而快速更换卡盘、卡爪的时间可控制在2min以内。卡盘有3～5套快速更换卡爪，以适应不同直径的工件。如果工件直径变化很大，则需要更换卡盘。有时也采用人工在机床外部用卡盘夹持好工件，用夹持有新工件的卡盘更换已加工的工件卡盘的方法，工件-卡盘系统更换常采用自动更换装置。第8章自动化制造系统8.2.41.电火花加工是在如图8-12所示的加工系统中进行的。加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。第8章自动化制造系统图8-12电火花加工原理图自动进给调节装置脉冲电源工