1、第第4 4章章 制造自动化技术制造自动化技术重点提示：重点提示：-制造自动化技术发展与内涵制造自动化技术发展与内涵 -自动化制造设备自动化制造设备 -物料运储自动化物料运储自动化 -装配过程自动化装配过程自动化 -检测监控过程自动化检测监控过程自动化4.1 4.1 制造自动化技术概述制造自动化技术概述1）刚性自动化：）刚性自动化：时期：时期：上世纪50年代之前。社会需求：社会需求：社会商品紧缺，市场需求量大。自动化设备：自动化设备：刚性自动化单机、刚性自动生产线。特点：特点：生产批量大，生产效率高，生产节拍固定，生产品种单一。2）柔性自动化）柔性自动化 时期：时期：上世纪50-80年代；社会需
2、求：社会需求：产生周期缩短，市场更新加快，消费者个性化需求。自动化设备：自动化设备：数控机床、加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统。特点：特点：生产工序集中，没有固定节拍，物料非顺序流动，灵活性强，多品种、中小批量生产。3）综合自动化发展阶段）综合自动化发展阶段 时期：时期：自上世纪80年代中以来。社会需求社会需求：计算机及网络技术发展，单元自动化技术成熟，发挥企业 生产综合效益需求。综合自动化系统综合自动化系统：计算机集成制造系统CIMS。特点：特点：制造过程信息流、物料流、能量流有机集成，系统综合优化。制造自动化技术的发展制造自动化技术的发展 4.2.1 数控机床数控机床4.2.2 加工中
3、心机床加工中心机床4.2.3 柔性制造单元柔性制造单元4.2.4 柔性制造系统柔性制造系统4.2 4.2 自动化制造设备自动化制造设备柔性自动化制造设备的柔性度柔性自动化制造设备的柔性度 自动化制造设备自动化制造设备 刚性自动化设备：刚性自动化设备：机械、电气、液/气动元件控制，加工效率高，加工对象单一，大批量生产，如：自动车床、专用机床、组合机床、刚性自动生产线等。柔性自动化设备：柔性自动化设备：计算机控制，不同对象加工通过软件程序改变，多品种、中小批量生产，如：数控机床CNC、加工中心MT、柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS等。1）数控机床组成及工作原理）数控机床组成及工作原理 结构组
4、成结构组成：机床本体、数控系统以及辅助装置组成。-机床本体机床本体：床身、主轴部件、进给部件以及工作台等；-辅助装置辅助装置：回转台、夹紧机构及冷却、润滑、排屑、防护装置等；-数控系统数控系统：数控装置CNC、可编程控制器PLC、主轴伺服单元、进给伺服单元、人机界面HMI及检测反馈装置等。1、数控机床、数控机床数控机床组成及工作原理数控机床组成及工作原理 2）数控系统）数控系统 主要由硬件和软件两部分组成。系统硬件：系统硬件：-单单CPU数控系统数控系统 1个CPU处理器，集中控制、分时处理工作方式；-多多CPU数控系统数控系统 多个CPU处理器，公用地址和数据总线实现各CPU 间通信，各自完
5、成自身控制任务，多任务并行处理模式。-开放式数控系统开放式数控系统 利用PC丰富软硬件资源和开放性满足系统扩展和 自主开发需要。PC+NC系统系统-将PC嵌入到传统数控系统中，可定制用户喜爱的界 面，但其内核不对外开放;PC+运动控制器系统运动控制器系统-运动控制器插入PC扩展槽，构成以PC为主机、运动控制器为从机的主从机结构，具有上、下两级开放性。纯纯PC软件型：软件型：系统功能均由PC软件实现，可实现全方位的开放性。-其它结构数控系统其它结构数控系统 控制轴不多的自动化设备中，常采用 “PLC+运动控制器运动控制器”结构实现数字化控制。多多CPU结构的结构的CNC系统系统“PC+运动控制器
6、运动控制器”型型CNC系统系统 某公司伺服压力机控制系统的构成某公司伺服压力机控制系统的构成开放式数控与传统数控的性能比较开放式数控与传统数控的性能比较性能性能开放式数控系统开放式数控系统传统数控系统传统数控系统可扩展性可扩展性基于基于PC，通用操作系统，易扩展，通用操作系统，易扩展专用软硬件，不易扩展专用软硬件，不易扩展可维护性可维护性跟随跟随PC技术发展容易升级技术发展容易升级需专业性开发，以适应竞争需要需专业性开发，以适应竞争需要开发难易程度开发难易程度依据开放平台，用户可根据需要开发依据开放平台，用户可根据需要开发制造商拥有专利，用户难以二次开发制造商拥有专利，用户难以二次开发联网性联
7、网性与与PC联网技术相同，联网成本低联网技术相同，联网成本低需专用硬件和通信技术，联网成本高需专用硬件和通信技术，联网成本高PLC软件软件可移植性强，容易开发可移植性强，容易开发需专用语言，难以移植，维护困难需专用语言，难以移植，维护困难接口接口标准接口，易于与各类伺服电机联接标准接口，易于与各类伺服电机联接专用接口，只能使用特定电机产品专用接口，只能使用特定电机产品程序容量程序容量通用通用RAM，可调入巨量程序，可调入巨量程序专用专用RAM容量小，需采用容量小，需采用DNC传输传输数控系统软件结构数控系统软件结构系统软件：系统软件：数控系统软件是指系统各功能程序模块，通常由一个主控模块 与若
8、干功能模块组成。主控模块：主控模块：为用户提供菜单或图标形式的操作界面。功能模块：功能模块：有实时控制类模块和非实时管理类模块。实时控制模块：实时控制模块：控制实时加工运动的软件模块，具有较高时间响应。非实时管理模块：非实时管理模块：包括系统设置、程序编辑等管理功能。3）数控机床伺服系统）数控机床伺服系统 伺服系统：伺服系统：是机床数控系统的一个执行装置，包括伺服电机、伺服驱动器、检测反馈装置等。工作原理：工作原理：伺服驱动器接收数控系统的控制信息，经转换和放大后，驱动伺服电机旋转，检测元件负责检测伺服电机实时旋转角度和速度，并将之反馈至数控系统。控制结构类型：控制结构类型：开环伺服系统开环伺
9、服系统没有检测装置，无反馈电路，控制精度不高。半闭环伺服系统半闭环伺服系统-检测元件设置于伺服电机轴输出端，结构简洁，易 于调节，不能反馈补偿传动链末端传动误差。闭环伺服系统闭环伺服系统-检测元件设置于运动部件上，控制精度高，系统调节 困难。交流伺服系统交流伺服系统1 交流伺服电机 2驱动器 3检测元件 4动力电缆 5反馈电缆 6系统控制电缆半闭环控制的伺服系统半闭环控制的伺服系统4)数控编程技术数控编程技术数控编程一般步骤：数控编程一般步骤：-工艺分析工艺分析 明确加工要求，制定工艺方案，选择加工刀具和切削参数。-数值计算数值计算 根据零件形状和加工路线，计算刀具运动轨迹。-编辑数控程序编辑
10、数控程序 按数控系统规定程序格式要求，编写数控加工程序。-输入数控程序输入数控程序 通过用户接口将数控程序输入数控系统。-程序校验程序校验 对数控程序进行仿真、空运行、首件试切，确保程序正确。计算机辅助数控编程计算机辅助数控编程 手工编制只能编制简单零件加工程序，复杂零件必须借助计算机编程工具辅助编程。-数控语言自动编程：数控语言自动编程：应用数控语言编制零件加工源程序，来描述零件几何形状、加工路线和刀具参数等，经系统编译生成刀轨文件，经后置处理生成机床加工数控程序。-CAD/CAM系统编程系统编程：用CAD系统造型，用CAM系统计算生成刀具文件，经后置处理生成数控加工程序。特点为无需用户编写
11、程序，在集成图形环境下交互完成 -面向车间的编程：面向车间的编程：用图形符号代替数控语言，按照系统菜单提示选择相应的图形符号，输入必要的工艺参数，然后由系统自动完成编程作业。-数字化扫描编程：数字化扫描编程：用扫描仪对实体型面进行扫描，获取加工面参数，再通过编程系统，将这些参数转换为数控加工程序。计算机辅助数控编程原理图计算机辅助数控编程原理图卧式加工中心卧式加工中心1主轴头 2刀库 3立柱 4回转台 5工作台 6床身2 2、加工中心机床、加工中心机床 1）加工中心的组成与特征）加工中心的组成与特征 是备有刀库和自动换刀装置的高效数控机床。按用途：按用途：镗铣类、车削类、钻削类、复合式等加工中
12、心；按形态按形态：立式、卧式、龙门、五面体等加工中心 组成：组成：床身、立柱、工作台、回转台、主轴头、刀库、换刀装置、控制系统等组成部件。特征：特征：一次装夹连续多工序加工，减少装夹定位误差，提高加工精度；减少机床夹具台套数；减少辅助时间，提高生产效率。2 2）加工中心刀库）加工中心刀库 有转塔式、盘式、链式等有多种形式，转塔式和盘式刀库一般存放20-40把刀具，链式刀库可存放60到100多把刀具。各类加工中心刀库各类加工中心刀库双臂机械手双臂机械手换刀方式换刀方式3）自动换刀装置）自动换刀装置 机械手换刀：机械手换刀：配置灵活、换刀时间短，是应用较广的换刀方式。有单臂式、双臂式、回转式等不同
13、机械手，有钩手、抱手、叉手等不同手爪。刀库主轴移动换刀：刀库主轴移动换刀：换刀时将刀库转动至主轴下方，利用主轴上下运动 将实现换刀。机床结构简单，但换刀时间长，刀具存放方向 应与主轴平行，刀库容量小不超过20个刀位。4）选刀方式）选刀方式 顺序选择方式：顺序选择方式：刀具按加工顺序存放在刀库刀座内，换刀时刀库顺序 地转动一个刀座取出所需要刀具，用过的刀具放回原位。特点：特点：控制简单，但刀具在不同工序不能重复使用，刀具数量需求大。刀具编码方式：刀具编码方式：专用编码刀柄，编码识别装置识别所需刀具。特点：特点：刀具可任意存放，刀具可多次重复使用。刀座编码方式：刀座编码方式：刀座编码，控制系统记录
14、每个刀座中刀具，根据刀座编 码选择刀具。特点：特点：通过刀具管理系统选刀，刀具可多次重复使用，刀柄结构简化。3 3、柔性制造单元、柔性制造单元1）FMC基本组成基本组成 由12台加工设备、工件交换装置、工业机器人以及 物料运储设备组成，是FMS廉价化、小型化产物。-托盘交换式托盘交换式FMC 由加工中心和托盘存储库组成，用于加工非回转体零件。-机器人搬运式机器人搬运式FMC 由机器人负责FMC工件装卸，用于回转体零件加工。2）FMC功能特征功能特征 -自动化程度高自动化程度高 自动更换刀具和工件，可在无人值守状态下自动加工。-柔性性能好柔性性能好 可加工不同结构、不同尺寸的某零件族的所有零件。
15、-具有自动检验、监视功能具有自动检验、监视功能 实时检测监控刀具磨损、破损和机床状态。-投资和占地面积相对较少投资和占地面积相对较少。机器人搬运式机器人搬运式FMCFMC1、2车削中心 3搬运机器人 4毛坯台 5成品台 6自动导向小车托盘交换式托盘交换式FMC1加工中心 2托盘 3托盘站4环形工作台 5工件交换台4 4、柔性制造系统、柔性制造系统1）FMS的组成与特征的组成与特征FMS组成组成 -加工子系统加工子系统：由两台以上CNC、MT、FMC加工设备所组成。-工件运储子系统工件运储子系统：包括工件装卸站、输运小车、工业机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置、自动化仓库等，对工件自动装卸、输运和
16、存储。-刀具运储子系统刀具运储子系统 包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输运小车、工业机器人、换刀机械手等。-计算机控制子系统计算机控制子系统 负责FMS计划、运行、管理、监控和通信等任务。-辅助系统辅助系统：冷却、润滑、排屑、清洗等附属系统。FMS特征：特征：柔性度高，满足多品种、中小批量生产要求；在工艺能力上系统中机床是相互补充或相互替代；可混流加工不同零件；局部调整或维修不中断整个系统运行；递阶控制结构可与上层计算机联网通信；可进行第三班无人值守生产。FMSFMS基本组成基本组成典型典型FMSFMS示意图示意图1加工中心 2自动导向小车 3托盘交换装置 4仓库进出站 5
17、堆垛机 6自动化仓库 7工作装卸站2)FMS加工子系统加工子系统 包括机床主机、夹具、托盘及自动上下料装置。加工子系统功能要求：加工子系统功能要求：-工序集中，宜选用加工中心这类多功能机床。-控制功能强、扩展性能好，宜选用模块化机床控制系统结构。-具有高刚性、高精度和高速度性能。-自保护与维护性好，具有故障诊断和预警功能。-使用经济性好，断屑、排屑处理快速彻底。-环境适应性和保护性好。加工子系统机床选配：加工子系统机床选配：-棱体类零件加工FMS，选用立式、卧式或立卧两用的加工中心。-回转体零件加工FMS，选用数控车床或车削加工中心机床。FMS机床配置形式：机床配置形式：-互替式配置：互替式配
18、置：各机床呈并联关系，其功能可互相代替；-互补式配置：互补式配置：各机床呈串联关系，其功能互相补充；-混合式配置：混合式配置：有些机床互替式并联配置，有些互补形式串联配置。FMSFMS机床配置形式机床配置形式FMS加工子系统辅助装置加工子系统辅助装置 -机床夹具机床夹具 组合夹具：组合夹具：由标准夹具零件按加工对象要求组装，夹具零件可重复利用；柔性夹具：柔性夹具：一部夹具可为多个加工对象服务。-托盘托盘 托盘作为工件和夹具承载体，有统一标准的结构。-自动上下料装置自动上下料装置 通常采用托盘交换器或工业机器人为FMS加工设备上下工件。有回转式和往复式不同形式的托盘交换器，带有自身托盘库，起到储
19、料库作用，可补偿各加工单元生产节拍的差异。组合夹具组合夹具柔性夹具柔性夹具1驱动元件 2夹紧元件 3支撑元件 4定位元件1托盘导向面 2侧面定位块 3安装锁定机构螺孔 4工件安装面 5中心孔6托盘搁置面 7托盘支承面 8工件或夹具定位孔 9托盘夹紧面 10托盘定位面ISO标准规定的托盘基本结构标准规定的托盘基本结构回转式托盘交换器回转式托盘交换器往复式托盘交换器往复式托盘交换器1加工中心 2工作台 3托盘库 4托盘3 3）FMSFMS工件运储子系统工件运储子系统 FMSFMS工件运储子系统组成：工件运储子系统组成：-工件装卸站工件装卸站 设在FMS入口处，由人工完成工件装、卸任务。-托盘缓冲站
20、托盘缓冲站 是待加工零件的中间存储站。-自动化仓库自动化仓库 多层立体布局结构，由计算机控制。-物料运载装置物料运载装置 担负在各机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间输运物料,常见物料运载装置有传送带、自动输运小车和搬运机器人等。FMSFMS物料输运回路：物料输运回路：-直线输运回路直线输运回路 运载工具沿直线线路双向移动，输运线路两侧布置加 工设备和装卸站，顺序停靠各站点。-环形输运回路环形输运回路 运载工具沿环形线路移动，便于物料随机存取，灵活 性，应用较广。-网状输运回路网状输运回路 由多个回路相互交叉组成，运载工具可以由一个环路 移动到另一回路。直线输运回路直线输运回路FMSFMS1工件装
21、卸站 2有轨小车 3托盘缓冲站 4加工中心网状输运回路网状输运回路FMSFMS1托盘缓冲站 2输运回路 3自动导向小车 4立式机床 5卧式机床4）FMS刀具运储子系统刀具运储子系统 刀具运储子系统组成刀具运储子系统组成：包括：包括刀具预调站、刀具装卸站、刀库系统、刀具 运载交换装置以及计算机控制管理系统组成。刀具运储子系统作业过程：刀具运储子系统作业过程：-新刀具组装及预调新刀具组装及预调 人工组装、预调，将刀具信息输入系统；-新刀具送进系统新刀具送进系统 将预调好的刀具放入刀具装卸站；-运送至中央刀具库待用运送至中央刀具库待用 将新刀具从刀具装卸站运送到中央刀库；-送加工单元加工送加工单元加
22、工 根据需要从中央刀库选取所需刀具到机床刀库；-取回不用或报废刀具取回不用或报废刀具 将不用刀具从机床刀具送回中央刀库；-将重磨或报废刀具送出系统将重磨或报废刀具送出系统。刀具运载交换装置：刀具运载交换装置：通常由换刀机器人或刀具运载小车完成。-换刀机器人换刀机器人：有地轨式或高架式不同形式。-刀具运载小车刀具运载小车：在AGV上设置有装载刀架及小机器人。高架式换刀机器人高架式换刀机器人1纵向 2横梁 3滑台 4换刀机器手刀具运载刀具运载AGV小车小车1 AGV小车 2装载刀架 3机器人 4机床刀库FMS刀具刀具信息管理系统信息管理系统FMS刀具信息管理系统刀具信息管理系统 管理刀具信息的录入
23、、检索、修改及输出控制。例：例：四层次刀具信息管理系统 第一层：第一层：实时刀具信息，每一把在线刀具有一文件，记载该刀具几何 尺寸、工作直径长度、参与切削时间等实时动态数据。第二层：第二层：静态刀具信息，每一类型刀具有一文件描述。第三层：第三层：刀具组件描述文件。第四层：第四层：刀具元件描述文件。5）FMS控制子系统控制子系统 FMS控制系统三层递阶结构：控制系统三层递阶结构：-单元控制层 接受上级下达的任务，制定系统作业计划，实时分配各 工作站点作业任务，监控系统执行。-工作站控制层 工作站运行状态监控、加工程序分配、系统工况和设 备运行数据采集、上下层信息通信等。-设备控制层 由现场设备的
24、CNC和PLC组成，直接控制各加工设备和物 料系统工作循环，执行控制指令，向上反馈现场数据。FMS 控制系统信息流：控制系统信息流：-各层信息流双向流动，向下下达控制指令，向上反馈状态信息；-愈往底层，实时性愈强，处理信息量愈少；-愈到上层，实时性愈小，处理信息量愈大。FMSFMS递阶控制结构递阶控制结构4.3.1 自动输运小车自动输运小车4.3.2 工业机器人工业机器人4.3.3 自动化仓库自动化仓库4.3 4.3 物料储运系统自动化物料储运系统自动化1 1、自动输运小车、自动输运小车自动输运小车：自动输运小车：是一种自动完成输运任务的物料运载工具。自动输运小车结构组成：自动输运小车结构组成
25、：由车架、托盘交换装置、蓄电池、充电装置、驱动装置、转向装置、导向系统等组成。自动输运小车的导向：自动输运小车的导向：-RGV小车小车 依靠地面上轨道进行导向。特点：特点：移动速度快，加速性能好，承载能力大，停靠准确，成本低；不足：不足：路线不易更动，柔性差，转弯半径不宜太小，噪声大。-线导线导AGV小车小车 利用电磁感应制导原理进行导向。特点：特点：柔性好；易于扩展；不怕污染，工作可靠。-光导光导AGV小车小车 采用带有荧光材料油漆或色带制导。特点特点：改变线路非常容易，但对地面清洁度要求比较严格。-激光制导激光制导AGV小车小车 小车顶部装置一激光发射装置，通过四周固定位置 镜片反射信息，
26、确定小车位置实现小车制导。-遥控遥控AGV小车小车 以无线电设备传送运动控制指令，其活动范围和行车路 线基本不受限制。RGV小车小车AGVAGV小车小车线导线导AGVAGV小车导向原理小车导向原理激光制导原理激光制导原理2 2、工业机器人、工业机器人关节机器人关节机器人结构组成结构组成1）工业机器人结构组成）工业机器人结构组成 由执行机构、驱动系统、检测及控制系统等组 成部分，其机械执行机构包括手部、腕部、臂部和机身等。-手部手部 安装于机器人手臂的前端，用于直接抓取工件或工具。-腕部腕部 是联接手部和手臂的部件，用以调整手部的姿态和方位。-臂部臂部 支撑腕部和手部的部件，有动力关节和连杆组成
27、，承受工件负 荷，改变工件空间位置。-机身机身 为支撑部件。部分机器人机身还包括行走机构，用以扩大作业范围。不同机器人手部结构不同机器人手部结构2）工业机器人分类）工业机器人分类-按系统功能分按系统功能分 专用机器人：专用机器人：结构简单、任务单一、无独立控制系统，如自动换刀机械手。通用机器人：通用机器人：独立控制系统，改变程序可完成不同任务，通用性强。示教再现式机器人：示教再现式机器人：有记忆功能，按示教动作重现示教过程。智能机器人：智能机器人：具有多种感知和识别功能，自主决策和规划完成预定动作。-按驱动方式分按驱动方式分 气压传动机器人：气压传动机器人：以压缩空气为动力源，动作快捷，用于高
28、速轻载作业。液压传动机器人：液压传动机器人：以液体压力为动力源，负载能力强，用于重载低速场合。电气传动机器人：电气传动机器人：伺服电机驱动，速度快精度高，是机器人常用驱动结构。-按结构形式分按结构形式分 直角坐标机器人：直角坐标机器人：由相互正交的移动轴组成，控制简单、定位精度高。圆柱坐标机器人：圆柱坐标机器人：由立柱和水平臂组成，有一个旋转轴和两个平移轴。球坐标机器人：球坐标机器人：由回转机座、俯仰铰链和伸缩臂组成，2旋转轴和1平移轴。关节机器人：关节机器人：类似人手臂，各臂间用铰链联接形成肘关节，为当前最通用 的工业机器人。工业机器人的基本结构形式工业机器人的基本结构形式a)直角坐标机器人
29、 b)圆柱坐标机器人 c)球坐标机器人d)关节机器人机器人机器人工作空间工作空间a)圆柱坐标机器人 b）球坐标机器人 c)关节机器人3）工业机器人的性能指标）工业机器人的性能指标-自由度：自由度：指机器人具有的独立运动，自由度越多功能越强，通用性越高。工业机器人通常拥有36个自由度。-工作空间：工作空间：指机器人手部作业空间范围，取决于机器人结构形式。-提取重力：提取重力：微型机器人10N以下；小型机器人10-50N；中型机器人50-300N；大型机器人300500N；重型机器人500N以上。-运动速度：运动速度：与机器人提取重力和位置精度有关，通用机器人最大线速度 在1000mm/s以下，最
30、大回转速度不超过120/s。-位置精度：位置精度：取决于控制方式及运动部件自精度和刚度，一般在0.02-5mm。4）工业机器人的编程技术）工业机器人的编程技术 -示教编程示教编程 通过示教直接产生机器人控制程序，常用于简单程序编程。示教臂示教编程示教臂示教编程：手握示教手臂经过所要求的控制点，系统存储各控 制点坐标值；作业时系统按储存的信息进行控制。示教盒示教编程：示教盒示教编程：利用示教盒所具有各种功能按钮进行示教；动作再 现时，从记忆装置依次调用所存储的信息去控制机器人。-离线编程离线编程 应用机器人编程语言完成编程任务。优点：优点：减少机器人停机时间；可实现复杂的编程任务，程序修改容易；
31、便于实现CAD/CAM/ROBOT集成；改善了编程环境，可在办公室编程。目前离线编程技术已成熟，各机器人公司都有自身机器人编程语言。目前离线编程技术已成熟，各机器人公司都有自身机器人编程语言。应用示教臂编程应用示教臂编程示教盒编程原理示教盒编程原理离线编程示例：离线编程示例：KUKA公司KSS语言编制的机器人控制程序。KUKAKUKA机器人控制程序实例机器人控制程序实例 5）工业机器人应用实例）工业机器人应用实例 例1：根据物料形状、材料和大小，按照给定堆垛模式自动完成物料 搬运和码垛作业。例2：工业机器人为加工中心装、卸工件服务。机器人码垛作业机器人码垛作业机器人为加工中心装卸工件机器人为加
32、工中心装卸工件3 3、自动化仓库、自动化仓库1）自动化仓库含义与特点）自动化仓库含义与特点 含义：含义：没有人工直接干预下能够自动存取物料的仓库。特点：特点：计算机控制和管理，库存账目清楚，保持合理库存。多层立体存储，节省库存用地。自动存取作业，减少管理人员和管理费用。便于信息集成，实现企业信息管理自动化。2）自动化仓库的功能结构）自动化仓库的功能结构 货架：货架：为包含一个个存储笼的物料存储单元，成对布置，形成一条条 巷道，每条巷道配置有一台专用堆垛机，负责物料搬运和存取。巷道堆垛机：巷道堆垛机：负责物料出入库作业的三维运动起重机，由托架、货叉、支 柱、上下导轨、驱动电机以及传感器构成。计算
33、机控制与管理系统：计算机控制与管理系统：-物料信息登录：物料信息登录：入库时须对物料信息登录，这是制造系统物料流和 信息流结合的开始。-物料自动存取控制：物料自动存取控制：由系统自动控制入库、搬运和出库操作，自 动化仓库一般都配置有寻址装置。-仓库信息的管理：仓库信息的管理：系统对仓库物料、帐目及货位信息进行管理。自动化仓库示意图自动化仓库示意图堆垛机结构示意图堆垛机结构示意图1天轨 2支柱 3物料 4托架与货叉 5移动电动机 6定位传感器 7地轨堆垛机寻址原理图堆垛机寻址原理图4.4.1 装配过程自动化现状与意义装配过程自动化现状与意义4.4.2 自动装配工艺性分析自动装配工艺性分析4.4.
34、3 自动化装配设备自动化装配设备4.4 4.4 装配过程自动化装配过程自动化1、装配过程自动化现状与意义机械装配：机械装配：按给定技术要求，通过搬运、联接、调整、检测等操作，把不同零件联接成产品的工艺过程，装配所需时间占产品总生产时间的5060%，是产品生产重要组成部分。装配自动化现状：装配自动化现状：目前机械装配主要由人工完成，工作效率低，装配质量的一致性和稳定性差，难以满足现代制造业发展要求，成为制造自动化中一个薄弱关节。装配自动化意义：装配自动化意义：通过自动化设备取代人的技巧和判断力进行自动化装配作业，可提高装配效率，保证装配质量，可实现人工无法胜任的狭小空间、危险环境及洁净环境要求的
35、装配作业。1）常用联接方法及运动要求）常用联接方法及运动要求2 2、自动装配工艺性分析、自动装配工艺性分析 典型联接运动要求典型联接运动要求 2 2）自动装配结构工艺性）自动装配结构工艺性 是指产品结构便于供料、传送和装配的性能。便于供料与传送：便于供料与传送：-外形尽量简单、规则；-几何形状力求对称，若不能对称应使不对称程度扩大，以便定向；-端部成圆弧面或锥面，易于导向；-防止零件互相嵌套；-考虑装配基准面和装夹基准面。便于自动装配作业：便于自动装配作业：-需装配的零件数量尽可能少，尽量采用标准件；-能以最简单运动将零件安装到基础件上；-尽量采用垂直方向装配，减少横向装配；-尽量采用如压入、
36、粘接、点焊等易于装配的联接方式；-零件公差应能保证完全互换性；-装配表面增加辅助面易于定位；-避免采用迭套的零件结构，尽量不要易碎材料。零件结构装配工艺性实例零件结构装配工艺性实例 零件结构装配工艺性实例（续）零件结构装配工艺性实例（续）3）自动装配工艺设计基本原则）自动装配工艺设计基本原则-装配工序确定装配工序确定 先下后上、先内后外、先重后轻、先精密后一般；-基础件选择基础件选择 选择有可靠定位面、体积及重量较大零件作为基础件；-减少装配工位数减少装配工位数 可减少重复定位次数；-合理选择装配基准面合理选择装配基准面 选择精加工面或面积大的配合面作为基准面；-装配件自动定向装配件自动定向
37、规则零件自动供料和定向，复杂零件手工定向；-易缠绕零件隔离易缠绕零件隔离 如螺旋弹簧、垫片等可在两件传送时进行空间隔离；-配合副分组选配配合副分组选配 合理分组，对精密配合副进行选配；-装配自动化程度确定装配自动化程度确定 根据成熟程度和经济性确定是否自动装配。螺纹联接：螺纹联接：采用单轴联接头对螺纹自动联接。结构复杂性结构复杂性：形状规则及对称件易于实现自动供料，可自动装配程；供料与卸料：供料与卸料：可采用自动供料，人工卸料；装配质量检测：装配质量检测：可选用自动化程度较低工艺方法；品种数品种数：品种单一装配线自动化程度可较高；工艺成熟度：工艺成熟度：不成熟装配工艺，可采用半自动化及人工操作
38、；装配工序间传送：装配工序间传送：应优先考虑自动传送。1）自动装配机）自动装配机 -单工位装配机单工位装配机 只有单个工位，不需要对基础件进行传送，装配操作简单，装配零件较小，多采用振动送料器供料.3 3、自动化装配设备、自动化装配设备单工位自动装配机单工位自动装配机a)自动旋入螺钉 b)自动压入装配1螺钉料斗 2送料单元 3旋入工作头 4夹具 5机架 6压头 7输入器和分配器 8基础件送料器 9基础件料仓 -多工位装配机多工位装配机 装配工位多少由装配动作决定，装配工位多，功能强、效率高，但受到传送装置和空间结构限制。回转台式多工位装配机回转台式多工位装配机1机架 2工作台 3回转台 4联接
39、工位 5上料工位 6装卸工位不同类型不同类型装配机器人装配机器人2）装配机器人）装配机器人 SCARA机器人：机器人：大、小臂回转，腕部升降及回转4个自由度，应用最多 的装配机器人，水平方向较柔顺，垂直方向较大刚性。悬臂机器人：悬臂机器人：属直角坐标机器人，适合于大跨度零件传送。摆臂机器人：摆臂机器人：手臂通过铰节悬挂的，运动速度极快。垂直关节机器人：垂直关节机器人：6自由度，大小臂均可弯曲，适合小型零件装配。摆头机器人：摆头机器人：通过两臂带动机械手运动，由滚珠丝杆驱动，可向左右两 侧做摆头运动，用于小荷重商品自动包装。行走式装配机器人行走式装配机器人1垂直关节手臂 2可视系统 3工作托盘
40、4行走机构 5多向轮火花式雷管机器人装配系统火花式雷管机器人装配系统1中机器人 2右机器人 3左机器人 4组合件料盘 5工作台 6振动料斗 7气动改锥 8雷管体料盘 9成品料盘 3）自动装配线）自动装配线 用自动输送系统将一台台装配机相连接而成，可完成定位、夹紧、传送和自动装配过程，实现难度大，投入成本高。某小型电子元件柔性装配系统某小型电子元件柔性装配系统1装配机器人 2供料器 3传动辊 4工具库 5传送钢带 6导辊 7工件托盘 8鼓形储料仓 9操作台4.4.1 检测系统功能作用与涉及的检测内容检测系统功能作用与涉及的检测内容4.4.2 检测系统的基本组成与工作原理检测系统的基本组成与工作原
41、理4.4.3 自动检测元件自动检测元件4.4.4 制造过程自动监测应用实例制造过程自动监测应用实例4.5 检测过程自动化1）检测系统功能作用）检测系统功能作用 -保证系统按照设定的流程作业。-保证系统生产合格产品。-防止引发生产事故。-监测系统运行状态，分析运行趋势。-对故障分析诊断，找出故障根源，及时排除故障。2）检测内容）检测内容 -零件、毛坯检测，将不合格的自动剔除。-工位状态检测，判别零件或毛坯正确定位与夹紧。-加工及装配过程检测，根据检测结果进行加工参数的调节和补偿。-加工设备状态检测，保证生产设备在最佳状态下工作。-物料运储系统检测，保证物料运储系统高效、安全的工作。-环境参数监测
42、，一旦超出正常范围，应作报警、停机处理。-系统故障诊断，包括硬件设备及信息传输系统故障。-操作人员安全监测，一旦有人进入系统立即暂停工作。1 1、检测系统功能作用与涉及的检测内容、检测系统功能作用与涉及的检测内容2 2、检测系统基本组成及工作原理、检测系统基本组成及工作原理检测系统组成：检测系统组成：包括传感器、前置处理器及信息处理单元等组成。工作原理：工作原理：安装在机器设备的传感器检测所需的系统信息，经前置处理器对信号的放大、滤波、整形等预处理，送至信息处理单元的数据采集接口，经数模转换、特征判别处理，提取系统状态特征值，反馈给上级控制系统。基本检测单元的结构组成基本检测单元的结构组成 3
43、 3、常用自动检测元件、常用自动检测元件1）加工尺寸在线检测）加工尺寸在线检测 4 4、制造过程自动检测监控实例、制造过程自动检测监控实例应用具有红外发射装置的三维测量头，对加工尺寸进行在线测量。应用具有红外发射装置的三维测量头，对加工尺寸进行在线测量。磨削加工中自动测量装置磨削加工中自动测量装置1工件 2自动测量头 3 控制系统 4执行机构 5机床磨头2）刀具工作状态监控）刀具工作状态监控测量加工尺寸变化判别刀具磨损测量加工尺寸变化判别刀具磨损 刀具磨损破损振动监测系统原理图刀具磨损破损振动监测系统原理图1工件 2加速度计 3刀架 4车刀刀刀-工自然热电偶法测量切削温度工自然热电偶法测量切削
44、温度1、6顶尖 2铜轴 3主轴 4细导线 5卡盘 7刀具及隔热材料声发射监测钻头破损原理图声发射监测钻头破损原理图本章小结本章小结制造自动化技术发展：制造自动化技术发展：可分为刚性自动化、柔性自动化及综合自动化三个 发展阶段。制造自动化技术：制造自动化技术：包含自动化制造设备、自动化物料运储系统、自动化装 配过程以及自动化过程检测监控等内容。常用自动化制造设备：常用自动化制造设备：有CNC机床、加工中心MC、柔性制造单元和系统 FMC/FMS。柔性制造系统柔性制造系统FMS：由加工子系统、工件运储子系统、刀具运储子系统以 及控制子系统等组成部分。自动化小车自动化小车AGV：有轨道导向、感应导向、光电导向、激光导向、遥控导 向等方法。工业机器人：工业机器人：有自由度、工作空间、提取重力、运动速度、位置精度等不 同性能指标，有示教编程、离线编程等编程方法。自动化仓库：自动化仓库：由货架、自动堆垛机及自动化仓库控制与管理系统组成。装配过程自动化：装配过程自动化：是制造自动化最为薄弱环节，影响因素多，装配过程复 杂，产品设计时就需考虑自动装配工艺性。检测过程自动化：检测过程自动化：是保证安全生产，提高生产效率和质量，实现智能制造 的重要手段。
