1、第三章 自动化制造系统的组成第1节 自动化制造系统的常见类型第2节 自动化加工设备第3节 工件储运系统第4节 刀具准备及储运系统第5节 工业机器人第6节 质量控制和运行监控系统第7节 辅助设备第8节 控制与通信系统第一节 自动化制造系统的常见类型一、刚性自动线一、刚性自动线控制系统自动化设备工件输送装置切屑输送装置 自动化加工设备组合机床+专用机床多面、多轴、多刀同时加工-自动化程度、生产率高生产线布置上：加工设备按工件的加工工艺顺序排列一、刚性自动线一、刚性自动线 工件输送装置 生产节拍 工件装卸工位、自动上下料工位、中间贮料装置、输送装置、随行卡具返回装置、升降装置和转位装置 传送带：步伐
2、式、链条式、辊道式 切屑输送装置 集中排屑方式（重力、离心力/大流量切削液冲洗/压缩空气吹屑/真空吸屑） 刮板式、螺旋式等 控制系统 传统电气控制方式-PLC 刀具 人工安装、调整、实行定时强制换刀集中控制全线机床工件输送装置切屑输送装置曲拐加工自动线二、分布式数字控制二、分布式数字控制Direct Numerical Control/Distributed Numerical Control早期：20世纪70年代初期： DNC-标志数控加工由单机控制向集中控制发展 DNC最早的：一台中央计算机控制3-5台NC（只配置MCU）第二代：DNC-BTR 若DNC通信受到干扰，NC仍可用原读带机独立
3、工作现代：DNC-CNC 中央计算机、CNC控制器、通信端口、连接电路 系统检测（）数据管理系统监视三、柔性制造单元三、柔性制造单元1数控车床数控车床 2加工中心加工中心 3装卸工位装卸工位 4龙门式机械手龙门式机械手 5机器人机器人6加工中心控加工中心控制器制器 7车床数控装置车床数控装置 8龙门式机械手控制器龙门式机械手控制器 9小车控制器小车控制器10加工中心控制器加工中心控制器 11机器人控制器机器人控制器 12单元控制器单元控制器 13、14运输小车运输小车FMC由1-3台NC或MC，工件自动输送或更换系统，刀具存储、输送及更换系统，设备控制器和单元控制器等组成。三、柔性制造单元三、
4、柔性制造单元1刀具库 2换刀机械手 3托盘库 4装卸工位 5托盘交换机构三、柔性制造单元三、柔性制造单元四、柔性制造系统四、柔性制造系统柔性制造系统(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。 四、柔性制造系统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
5、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.刀具储运系统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。 四、柔性制造系统多层计算机控制系统通常采用三层控制：单元层、工作站层和设备层. 辅助设备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；集中冷却润滑系统等。四、柔性制造系统131324511216111069111815147具有装配功能的柔性制造系统四、柔性制造系统四、柔性制造系统 柔性制造系
6、统的主要特点： 柔性高，适应多品种中小批量生产； 系统内的机床在工艺能力上是相互补充或相互替代的； 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； 可进行第三班无人干预生产。五、柔性制造线五、柔性制造线o自动化加工设备（数控机床、可换主轴箱机床）o工件输送系统（传送带）o刀具加工箱体类零件的柔性自动线六、柔性装配线六、柔性装配线o 装配站（可编程装配机器人、不可编程的自动装配装置、人工装配工位）o 物料输送装置o （传送带、换向机构）o 控制系统o （全线控制：物料流o 向，自动装配o 站和装配机器人）七、七、CIMSCIMS CIMS
7、是企业生产活动全过程中各子系统的完美集成，即从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计、生产制造、质量控制到产品销售等支持功能部门，合理地通过计算机网络联结成一个整体，以保证企业内部信息的一致性、共享性、可靠性、精确性和及时性，综合运用现代管理、信息、制造、自动化和系统工程等领域的技术，实现生产的自动化，达到高效率、高质量、低成本和灵活生产的目的。 CIMSCIMS的组成的组成 CIMS由四个应用分系统和两个支撑分系统组成1.管理信息系统经营管理、物料管理、生产管理、人力资源管理2.工程设计自动化系统工程设计、分析和制造 基本功能：面向产品生命周期的建模实现CAD/CAE/CAPP/CAM的集成
8、 主要功能模块（1）计算机辅助设计与分析（CAD/CAE）（2）计算机辅助制造（CAM）管理信息系统工程设计系统质量保证系统制造自动化系统数据库计算机网络CIMS系统的基本组成第二节 自动化加工设备一、组合机床一、组合机床 组合机床特点n工序集中，多刀同时切削加工，生产效率高n采用专用夹具和刀具，加工质量稳定n常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件装夹自动化n常用随行夹具，方便工件装卸和输送n更换主轴箱可适应同组零件的加工，具有一定柔性n采用PLC控制，可与上层计算机通信1.机床主要由通用部件组成，设计、制造周期短，系统建造速度快二、一般数控机床二、一般数控机床n柔性高n自动化程度
9、高n加工精度高、质量稳定n生产效率较高n具有刀具寿命管理功能n具有通信功能二、一般数控机床二、一般数控机床三、车削中心三、车削中心 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、非回转轴线上的轴向孔、径向孔等。四、加工中心四、加工中心o MC与NC区别？o 立式、卧式MC各适合何种零件加工？o 刀库一般在MC中位置？为何如此布置？o 换刀机械手类型，那种最普遍？o MC刀具存取方式有哪几种，哪种是主要的？o 回转工作台是卧式MC实现何种运动的部件？B轴运动可作为哪两种运动？o 回转工作台的两种结构形式分别如何定位？o 卧
10、式MC可对几个面进行加工?带有卧立式主轴的MC可对工件进行几面加工？四、加工中心第三节 工件储运系统一、工件储运系统的组成一、工件储运系统的组成 工件储运系统是自动化制造系统的重要组成部分，它将工件毛坯或半成品及时准确地送到指定加工位置，并将加工好的成品送进仓库或装卸站。 存储设备 运输设备 辅助设备工件储运系统组成设备工件储运系统存储设备运输设备辅助设备工件进出站托盘站立体仓库自重传送料道传送带运输小车机器人及机械手滚道滑道托盘站立体仓库滚道滑道牵引式地面有轨空中单轨自导式搬运机器人通用机械手专用机械手二、工件输送设备二、工件输送设备 传送带n 步伐式传送带（输送箱体类工件或工件托盘）n 摆
11、杆步伐式传送带（具有刚性棘爪和限位挡块，位置准确，输送速度较高）n 链板履带式传送带（一节节带齿链板连接而成，靠摩擦力传送工件）n 托盘及托盘交换装置n 托盘：实现工件自动更换，缩短辅助时间，托盘是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的接口，箱式和板式两种类型；1.托盘交换装置：是与工件输送设备之间的连接装置，回转式和往复式。二、工件输送设备二、工件输送设备 运输小车n 有轨小车（RGV） 有何种驱动方式？ RGV靠什么实现导向？ 前面销杆除导向作用外还有何作用？ 有轨小车的特点是：n 加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；n 导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；n 控制系统简单，可靠性好
12、，制造成本低，便于推广应用；n 行走路线不便改变，转弯角度不能太小；1.噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。二、工件输送设备二、工件输送设备 运输小车n自动导向小车（AGV）是一种无人驾驶的，以蓄电瓶驱动的物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。nAGV的结构（运输小车、地下电缆和控制器）nAGV的自动导向2.路径寻找磁感应AGV自动导向原理图MMMM12344321R自动化物料输送系统三、工件存储系统三、工件存储系统自动化立体仓库自动化立体仓库o 概述n 自动化立体仓库的主要特点：n 利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置准确，对自动化制造系统物料需求响应速度快；n
13、 与搬运设备衔接可靠及时供给物料；n 减少库存量，加速资金周转；n 充分利用空间，减少厂房面积；n 减少工件损伤和物料丢失；n 可存放的物料范围宽；n 减少管理人员，降低管理费用；n 耗资较大，适用于一定规模的生产。o 自动化立体仓库的组成（库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等）自动化立体仓库三、工件存储系统三、工件存储系统自动化立体仓库自动化立体仓库o堆垛起重机n堆垛起重机可采用有轨或无轨方式n堆垛机上有货格状态检测器o自动化立体仓库的管理与控制n货物的自动识别与存取n计算机管理n计算机控制堆垛起重机自动化物料存储系统第四节 刀具准备及储运系统一、概述一、概述 刀具准备与储运
14、系统为各加工设备及时提供所需要的刀具，从而实现刀具供给自动化，使自动化制造系统的自动化程度进一步提高。 刚性自动线中 刀具的更换是定时强制换刀，由调整工人进行。刀具供给部门准备刀具，并进行预调。 FMS中 随着被加工零件的变化和刀具磨损、破损，需要进行定时强制性换刀和随机换刀。二、刀具准备及储运系统的组成 刀具组装台 刀具预调仪 刀具进出站 中央刀库 机床刀库 刀具输送装置 刀具交换机构 刀具计算机管理系统三、刀具预调仪三、刀具预调仪三、刀具预调仪三、刀具预调仪四、中央刀库四、中央刀库第五节 工业机器人一、概述一、概述 工业机器人是一种可编程的多功能操作器，用于搬运物料、工件和工具，或者通过不
15、同的编程以完成各种任务的设备。机器人和机械手的主要区别是什么？工业机器人有：o焊接机器人o喷漆机器人o搬运机器人装配机器人二、工业机器人的结构二、工业机器人的结构工业机器人组成：n 主构架（手臂）n 手腕n 驱动系统n 测量系统n 控制器n 传感器三、工业机器人的分类三、工业机器人的分类 按坐标形式分 直角坐标型 圆柱坐标型 极坐标型 关节型 按控制方式分 点位控制 连续轨迹控制 按信息输入方式分 人操作机械手 固定程序机器人 程序控制机器人 可变程序机器人 示教再现机器人 智能机器人工业机器人第六节 质量控制和运行监控系统一、概述一、概述检测与监控运行状态检测与监控加工过程检测与监控加工设备
16、工件/刀具储运设备控制装置环 境工件精度刀具磨损破损工艺过程检测与监控的对象二、工件尺寸精度检测与监控二、工件尺寸精度检测与监控在线检测 在加工过程中或在加工系统运行过程中对被测对象进行的检测称为在线检测。离线检测 在加工后脱离加工设备对被测对象进行的检测称为离线检测。离线检测设备：CMM，测量机器人和专用检测装置。（一）三坐标测量机（一）三坐标测量机 三坐标测量机是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动检测装置。它可以单独使用或集成到FMS中，与FMS的加工过程紧密耦联。 三坐标测量机的结构特点 立式CMM一般是龙门结构，卧式为悬臂结构。 CMM的工作台、导轨、横梁多用高质量的
17、花岗岩组成，许多采用气浮支撑。 CMM测量头精度非常高，形式多种。 三坐标测量机的工作原理 和数控机床类似（一）三坐标测量机（二）有自动测量功能的数控机床（二）有自动测量功能的数控机床 具有自动测量功能的NC和CMM在工作原理上没有本质区别。将测量头安装在机床主轴或刀架上，就能象CMM一样工作。 在NC上进行测量有如下特点： 不需要昂贵的CMM，但会损失机床的切削加工时间； 可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高； 不需要工件来回运输和等待。（二）有自动测量功能的数控机床（二）有自动测量功能的数控机床（三）测量机器人（三）测量机器人 机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，特别适合于
18、FMS中工序间和过程测量。 直接测量要求机器人具有高的运动精度和定位精度，因而造价较高。 间接测量又称辅助测量，在测量过程中机器人坐标运动是辅助运动，其任务是模拟人的动作，将测量工具或传感器送至测量位置。三、刀具磨损和破损的检测与监控三、刀具磨损和破损的检测与监控 常用的检测与监控方式如下： 功率检测 声发射检测 学习模式 力检测四、自适应控制四、自适应控制 自适应控制与一般反馈控制的区别在于它能随着环境条件和过程参数的变化自行调整或修改控制参数，使被控对象或过程达到预期的目标。 自适应控制分为约束型自适应控制ACC和优化型自适应控制ACO ACC的控制参数受到限制，目标控制量预先给定，并可直
19、接测量，如切削力、切削功率。 ACO是给定目标函数，如最低生产成本和最少工时，根据优化目标函数和影响过程的参数（如刀具磨损的速度）来确定控制参数（进给量和切削速度）五、环境及安全监测五、环境及安全监测 电网的电压及电流值监测 空气的温度和湿度监测 供水、供气压力和流量监测 火灾监测 人员安全监测第七节 辅助设备一、清洗站一、清洗站 清洗机有许多种类、规格和结构，但一般按其工作是否连续分为间歇式和连续通过式。 有些不使用专门的清洗设备，切削加工结束后，在机床加工区用高压切削液冲洗。一、清洗站二、去毛刺设备二、去毛刺设备 机械法去毛刺 振动法去毛刺 喷射法去毛刺 热能法去毛刺 电化学法去毛刺二、去
20、毛刺设备三、切屑和切削液处理三、切屑和切削液处理o切屑排除 靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出，靠切屑的自重落到机床下面的切屑输送带上。 用大流量切削液冲洗加工部位，将切屑冲走，然后用过滤器把切屑从切削液中分离。 采用压缩空气吹屑。 采用真空吸屑。三、切屑和切削液处理o切屑输送 平板链式切屑输送机 刮板式切屑输送机 螺旋式切屑输送机o切屑分离 将切屑连同切削液一起排送到切削站。 切屑和切削液一起直接送入沉淀池，然后用输屑装置将切屑运出池外第八节 控制与通信系统一、多层计算机控制一、多层计算机控制o工厂层o车间层o单元层 排序和调度/工件和刀具的储运系统调度与控制/刀具管理/控制数据分配/系统监控/故障诊断/绘制加工过程运行图o设备层二、二、PLCPLCo控制程序可变，具有很好的柔性o工作可靠性高，适用于工业环境o功能完善o易于掌握、便于修改o体积小，省电o价格低廉
