第4章 制造自动化技术

第4章制造自动化技术现代制造技术1现代制造技术主编：卢小平清华大学出版社主讲：蒋礼斌讲师第4章制造自动化技术现代制造技术2第4章制造自动化技术•4.1概述•4.1.1制造自动化的内涵–1.形式方面：3个方面的含义：•P81–2.功能方面：T、Q、C、S、E功能目标模型来描述：•P81–3.范围方面：第4章制造自动化技术现代制造技术3•4.1.2制造自动化技术的发展历程先进制造大批量生产多品种、中小批量大规模定制生产计算机集成制造柔性制造数控加工刚性自动化⑴刚性自动化阶段：⑵数控加工阶段：⑶柔性制造阶段：⑷计算机集成制造阶段：⑸先进制造技术第4章制造自动化技术现代制造技术4•4.1.3制造自动化技术的发展趋势–1.制造敏捷化：–2.制造网络化：–3.制造虚拟化：–4.制造智能化：–5.制造全球化：–6.制造绿色化：第4章制造自动化技术现代制造技术5•4.2数控加工技术•4.2.1数控技术–数控技术的发展过程：•1.数控系统：1952年、1959年、1965年•2.计算机数值控制系统：•3.直接数控系统：•4.新一代数控系统：第4章制造自动化技术现代制造技术6•4.2.2数控机床•1.数控机床的分类：–1）按工艺用途分类：–2）按运动方式分类：•⑴点位控制系统：•⑵直线控制系统：•⑶轮廓控制系统：–3）按伺服控制方式分类：•⑴开环控制系统：•⑵闭环控制系统•⑶半闭环控制系统：第4章制造自动化技术现代制造技术7•2.数控机床的组成–1）机床的主体：–2）控制装置（CNC装置）：•⑴微处理器及其总线：•⑵输入装置：•⑶存储器：•⑷位置控制单元：•⑸可编程逻辑控制器：•⑹通信接口：–3）伺服系统–4）附加装置：第4章制造自动化技术现代制造技术8•4.2.3数控加工编程–1.数控加工编程的概念•P88–2.数控加工编程的有关规定•1）数控机床坐标轴系及运动方向–国际ISO标准：右手直角笛卡尔坐标系、右手定则•2）数控加工代码及其功能•3）程序结构与格式第4章制造自动化技术现代制造技术9–3.数控加工编程方法•1）工艺处理–工艺处理的含义：P90–程序远点（编程原点）：P91–机床原点（参考点、机械原点）：P91•2）数学处理–数学处理的含义：P91–基点：P91–节点：P91•3）编程举例：P91第4章制造自动化技术现代制造技术10–4.计算机辅助数控加工编程（自动编程）•P92第4章制造自动化技术现代制造技术11•4.3工业机器人技术•4.3.1概述–1.工业机器人的定义：P94•⑴国际标准化组织ISO的定义：•⑵美国机器人协会RIA的定义：•⑶日本工业机器人协会JIRA的定义：•⑷国内专家的建议：第4章制造自动化技术现代制造技术12–2.工业机器人的发展过程：•1954年：•1962年：•20世纪70年代之后：•20世纪80年代后期：–3.工业机器人的分类：•1）按功能用途分类：–⑴通用机器人⑵专用机器人•2）按驱动方式分类：–气压传动机器人、电气传动机器人、液压传动机器以及复合传动机器人•3）按控制方式分类：–⑴固定程序控制机器人⑵可编程控制机器人第4章制造自动化技术现代制造技术13•4.3.2工业机器人的结构：P95–工业机器人一般操作机、驱动系统和控制系统组成–1.操作机（机器人的本体）：•部、腕部、臂部、机身、机座及行走机构–2.驱动系统•又称移动器，由驱动器、减速器及检测元件组成–3.控制系统第4章制造自动化技术现代制造技术14图4-10工业机器人的基本结构第4章制造自动化技术现代制造技术15•4.3.3工业机器人的运动轴系和自由度–1.工业机器人的运动轴系机器人执行机构的运动轴系分为4类：直角坐标系：圆周坐标系：球坐标系：关节系：第4章制造自动化技术现代制造技术16与运动轴系对应，工业机器人操作机可分为4种坐标型的操作机：–⑴直角坐标型操作机：–⑵圆周坐标型操作机：–⑶球坐标型操作机：–⑷关节型操作机：•2.工业机器人的自由度–6个自由度：第4章制造自动化技术现代制造技术17•4.3.4工业机器人驱动与控制–1.工业机器人驱动系统•按动力源分为3种：液压驱动、气压驱动和电动驱动–2.机器人控制系统•机器人的控制方式有：P98•1）工业机器人的位置伺服控制：•2）工业机器人的最优控制：•3）工业机器人的自适应控制：第4章制造自动化技术现代制造技术18•4.3.5工业机器人的应用–1.单机形式的应用–2.在制造系统中的应用•在进行工业机器人的选用和系统布局设计应考虑：–P100第4章制造自动化技术现代制造技术19•4.4柔性制造技术•4.4.1概述–1.柔性制造技术（FMT）的概念•柔性是指：P101•瞬时柔性:•短期柔性：•长期柔性：•柔性制造技术的应用形式：P102第4章制造自动化技术现代制造技术20–2.柔性制造系统（FMS）的概念与发展过程•美国制造工程师协会的定义：P102•我国对FMS的定义：•FMS的概念最早是由英国学者于20世纪60年代提出的。其基本思想是：P102•1967年英国：第一台FMS的雏形•20世纪80年代：FMS进入实用阶段，全球广泛应用。第4章制造自动化技术现代制造技术21•4.4.2柔性制造系统的组成–1.FMS的组成：3个部分•⑴.加工系统•⑵.物流系统•⑶.控制系统–2.FMS的工作原理：第4章制造自动化技术现代制造技术22•FMS主要由两部分组成：–硬件部分：–软件部分：•各部分工作情况：–⑴主计算机：–⑵控制计算机：–⑶计算机网络：–⑷制造单元：–⑸工具夹具站：–⑹自动化仓库：–⑺无人输送小车：–⑻随行工作台站：主计算机加工控制计算机物流控制计算机计算机网络自动化仓库制造单元制造单元制造单元制造单元自动化仓库随行工作台站无人输送小车图4-17FMS的工作原理第4章制造自动化技术现代制造技术23•4.4.3柔性制造系统的控制–1.对FMS控制的要求•FMS的控制系统由硬件和软件组成。–硬件包括：计算机系统、网络通信设施以及各种外围设备等；–软件包括系统支持软件和应用软件。•FMS的控制结构应具有以下特征：–P104⑴~⑺–2.FMS控制系统的结构•一般FMS分为3级：–管理级（决策级）、系统控制级、设备控制级–有的FMS增加：工作站级–3.控制计算机的功能划分及组织结构•P104第4章制造自动化技术现代制造技术24•4.4.4柔性制造系统的发展–⑴不断推出新型控制软件。–⑵控制软件的模块化、标准化。–⑶开发应用软件“开发平台”。–⑷积极引入设计新方法。–⑸发展新型控制体系结构。–⑹应用人工智能技术。第4章制造自动化技术现代制造技术25•4.5计算机集成制造技术•4.5.1概述–1.计算机集成制造•1973年美国学者提出计算机集成制造（CIM）的概念，包含两个重要观点：–⑴系统的观点：–⑵信息化的观点：•1998年我国863主题专家组所给定义：–P106–2.计算机集成制造系统•P106第4章制造自动化技术现代制造技术26•4.5.2CIMS的发展过程–1.信息集成•⑴企业建模、系统设计方法、软件工具盒规范。•⑵异构环境下的信息集成。–2.过程集成–3.企业集成第4章制造自动化技术现代制造技术27•4.5.3CIMS的系统结构–如图4-20所示，由五大分系统组成–1.经营管理与决策分系统：–2.设计自动化分系统：–3.制造自动化分系统：–4.质量保证分系统：–5.信息支撑分系统：第4章制造自动化技术现代制造技术28•4.5.4CIMS的特点和发展–特点：•⑴CIMS是人、经营、技术三要素统一协调的系统；•⑵CIMS是以集成为基础追求全局化优化的系统；•⑶CIMS是一个具有高度柔性的系统；•⑷CIMS是一个具有现代化生成模式的制造系统–研究与应用中注意的问题：•P109–发展：•P109第4章制造自动化技术现代制造技术29•4.6CAD/CAM集成技术•4.6.1CAD/CAM系统的组成–1.CAD/CAM的内容•P110–2.CAD/CAM集成系统的组成•⑴系统软件•⑵管理软件•⑶支撑软件•⑷应用软件第4章制造自动化技术现代制造技术30•4.6.2CAD/CAM系统的集成方式–P110–涉及网络集成、功能集成、信息集成3个方面–信息集成是核心。信息集成主要通过3种方式实现：•1.通过专用格式数据文件集成•2.通过标准格式数据文件集成•3.利用公共工程数据库进行集成第4章制造自动化技术现代制造技术31•4.6.3CAD/CAM的关键技术–1.产品建模技术–2.集成的数据管理技术–3.产品数据交换接口技术–4.集成的执行控制程序第4章制造自动化技术现代制造技术32本章结束第4章制造自动化技术现代制造技术33作业•P7：–4.1–4.5–4.6–4.9