制造自动化

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1、制造自动化,机械与动力工程学院 机械制造及其自动化研究室,制造过程自动化,概述 自动化制造系统的组成 网络化制造技术 虚拟制造技术 新一代自动化加工装备技术,自动化制造系统的定义 由一定范围的被加工对象、一定柔性和自动化水平的各种设备和高素质的人组成的一个有机整体，它接受外部信息、能源、资金、配套件和原材料等，在人和计算机控制系统的共同作用下，实现一定程度的柔性自动化制造，最后输出产品、文档资料、废料和对环境的污染。,概述,自动化制造系统的概念模式,概述,自动化制造系统定义的内涵 具有一定技术水平和决策能力的人 一定范围的被加工对象 信息流及其控制系统 能量流及其控制系统 物料流及物料处理系统

2、,自动化制造系统的类型,刚性半自动化单机除上下料外，机床可自动完成单个工艺过程的加工循环，如组合机床。调整工作量大，加工质量较差，工人劳动强度大。 刚性自动化单机在上述基础上增加自动上下料装置，需定做或改装。投资少、见效快，通用性差，大量生产常用。 刚性自动线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。自动化程度高、生产率高，少品种、大量生产。投资大，系统调整周期长，更换产品不方便。,制造自动化技术的主要形式,图 汽车后桥齿轮箱加工自动线,自动化制造系统的类型,刚性综合自动化系统包括热处理、锻压、焊接、装配、检验、喷漆甚至包

3、装工序的刚性自动线。结构复杂，投资大，建线周期长，更换产品困难，生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。 一般数控机床完成零件一个工序的自动化循环加工 。 加工中心在一般数控机床基础上增加刀库和自动换刀装置的数控机床。零件较复杂，需多工序加工，生产批量中等。,自动化制造系统的类型,混合成组制造单元采用成组技术原理布置加工设备，包括成组单机、成组单元和成组流水线。数控设备和普通加工设备并存，各自发挥其最大作用。 分布式数控系统采用一台计算机控制若干台CNC机床。系统结构简单，灵活性大、可靠性高、投资小，以软取胜，注重设备的优化利用。 柔性制造单元由13台数控机床或加工中心组成，有某种形式的托

4、盘交换装置或工业机器人，由单元计算机进行程序编制和分配、负荷平衡和作业计划控制。占地面积较小，系统结构不很复杂，成本较低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单，。品种变化不大，生产批量中等。,制造自动化技术的主要形式,柔性制造单元示例,自动化制造系统的类型,柔性制造系统两台以上的数控加工设备、一个自动化的物料及刀具储运系统、若干台辅助设备（如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等）和一个由多级计算机组成的控制和管理系统。最复杂，自动化程度最高。,自动化制造系统的类型,柔性制造系统（Flexible Manufacturing SystemFMS） 具有一定的生产节拍，工件沿一定的方向顺序

5、传送。,自动化制造系统的类型,计算机集成制造系统主要强调信息集成，而不是制造过程物流自动化的最高级别的自动化制造系统。,自动化制造系统的组成,自动化加工设备 组合机床以通用部件为基础的专用机床。通用部件有：床身、底座、立柱、动力箱、主轴箱、动力滑台等。,自动化制造系统的组成,自动化加工设备 数控机床由数字信号控制其动作的新型自动化机床，现代数控机床常采用计算机进行控制即CNC。,自动化制造系统的组成,数控机床类型 一般数控机床：数控车床、数控铣床、数控镗铣床等。 加工中心：具有刀具库及自动换刀机构、回转工作台、交换工作台等，有的还有可交换式主轴头或卧一立式主轴。 车削中心：工件一次安装，几乎能

6、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、径向孔等。,自动化制造系统的组成,自动化制造系统的组成,工件储运系统 工件存储设备自动化立体仓库 由库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等组成。将物料存放在正确的位置，以便于随 时向制造系统供应物料 。,自动化制造系统的组成,工件储运系统 工件存储设备堆垛起重机 是立体仓库内部的搬运设备。堆垛起重机可采用有轨或无轨方式，其控制原理与运输小车相似。 堆垛机上有检测水移动和升降高度的传感器，辩认货物的位置，一旦找到需要的货位，在水平和垂直方向上制动，货叉将货物自动推入货格，或将货物从货格中取

7、出。,自动化制造系统的组成,工件储运系统 工件输送设备运输小车 有轨小车：沿着铁轨行走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式 。,自动化制造系统的组成,工件储运系统 工件输送设备运输小车 自动导向小车：无人驾驶，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。,自动化制造系统的组成,工件储运系统 工件输送设备工业机器人 是一种可编程的多功能操作器、用于搬运物料、工件和工具，或者通过不同的编程以完成各种任务的设备。,自动化制造系统的组成,工件储运系统 辅助设备托盘、托盘交换装置,回转式托盘交换装置 1托盘 2托盘固紧装置 3用于托盘装卸的回转工作台,自动化制造系统的组成,刀具准备及储运

8、系统 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。刀具输送装置和刀具交换机构、刀具计算机管理系统等。,1刀具组装台 2刀具预调仪 3刀具进出站 4中央刀库5机床刀库 刀具输送装置 7加工中心 8数控机床,自动化制造系统的组成,检测与监控系统 坐标测量机 CMM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设备。,自动化制造系统的组成,检测与监控系统 利用数控机床测量工件在数控机床上加工结束后，经高压冷却液冲洗，并用压缩空气吹干后进行检验，测量工作原理与CMM相同。,加工中心有刀库及自动检测装置,自动化制造系统的组成,检测与监控系统 测量机器人 刀具磨损和破损的检测

9、与监控 环境及安全监测,非接触式刀具探测装置,测量机器人,自动化制造系统的组成,辅助设备 清洗站 去毛刺设备 切屑和冷却液的处理,清洗站,去毛刺设备,自动化制造系统的控制系统,可编程序控制器PLC 控制程序可变，具有很好的柔性 工作可靠性高，适用于工业环境 功能完善 易于掌握、便于维修 体积小、省电 价格低廉,托盘交换工作台,自动化制造系统的控制系统,计算机数字控制CNC 在计算机硬件的支持下，由软件实现数控的部分或全部功能。为了满足不同控制要求，只需改变相应的软件，无需改变硬件电路。 分布式数字控制 DNC 用一台中央计算机对多台数控机床进行集中控制的自动化制造系统，主要实现信息流自动化。

10、一个DNC系统由中央计算机直接为数控机床供给数控程序，取代故障率较高的纸带阅读机，使信息流的自动化程度、工作可靠性、数控程序的可用性和柔性得到提高。,自动化制造系统的控制系统,多层计算机控制系统 将一个复杂的系统划分成若干层次，各层次分别独立完成各自的功能，层与层之间保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送执行结果，通过信息联系，构成完整的控制系统。 所控制的设备除了机床外还有工件储运和更换设备、刀具储运和更换设备、自动测量、自动清洗、自动排屑设备等,自动化制造系统的控制系统,FMS控制系统 美国国家标准局（NBS）在CIMS参考模型中提出五层递阶控制系统结构，自上至下分别为工厂层、车

11、间层、单元层、工作站层和设备层。 FMS覆盖了其中的底三层，即单元层、工作站层和设备层。,网络化制造技术,网络化制造是指利用计算机网络，灵活而快速地组织社会资源，将分散在各地的生产设备资源、智力资源和技术资源等，按资源优势互补原则，迅速地整合成一种跨地域的、靠网络联系的，统一指挥的制造、运营实体网络联盟，以实现网络化制造。,网络化制造技术,网络化制造系统 是企业在网络化制造模式的指导思想、相关理论和方法的指导下，在网络化制造集成平台和软件工具的支持下，结合企业具体的业务需求，设计实施的基于网络的制造系统,网络化制造体系结构,为实施网络化制造提供基础支持，包括计算机网络平台、基础数据库、网络化制

12、造相关标准等,网络化制造所需要的应用软件系统（如CAD/CAPP/CAE/CAM、PDM、ERP等）和使能工具(项目管理、企业建模与诊断、设备互连等)。,为实施网络化制造提供基础的支持，包括计算机网络平台、基础数据库、网络化制造相关标准等,实施网络化制造所需的最主要的功能。如共享信息平台、敏捷企业协作平台、产品协同设计制造系统、在线远程制造服务、资源共享、电子商务等,网络化制造关键技术,标准化技术、产品建模技术、知识管理技术等,产品生命周期管理、协同产品商务、大批量定制、并行工程等,CAD/CAE/CAM/CAPP/CRM/ERP/MES/SCM/PDM,计算机技术与网络技术,网络化制造集成平

13、台,数控加工网络化制造技术,数控加工基础工作的网络化结构模型,基于Internet，将数控加工基础工作的每个环节与网络连接，借助Internet全球分布特点，构建数控加工的网络化制造环境，为全球制造奠定基础,数控加工网络化制造技术,数控加工网络化结构模型的功能 (1)实现产品的特征造型，将产品3D造型图形动态发布网上，联盟单位在异构环境下经过Internet从不同视角浏览所需的产品图形。 (2)基于客户机/服务器的请求响应方式，建立工艺参数优化网络结构。确定优化目标，建立数控加工工艺优化数学模型，进行基于Web的数控加工切削参数优化。 (3)研究产品仿真图形及网络动画产生方法，建立基于Web的

14、数控加工过程仿真结构，可以异地验证NC代码的正确性。,数控加工网络化制造技术,数控加工网络化结构模型的功能 (4)实现基于Web的产品加工走刀轨迹发布与浏览。 (5)建立外联网数据传输机制以及内联网中微机与数控机床的数据连接机制，并通过网际互联传输NC代码和工艺参数。 (6)通过网间传送的产品图形、NC代码、工艺参数及NC仿真，实现零件的异地加工。 (7)用户在对CAD/CAM图形进行Web浏览时，可瞬时捕捉相应图形及加工动画，标注或建议，文件保存，然后进行网上传递，完成快速交流。,CAD技术及其网络化,以TCP/IP作为图形网络通信平台，使用Web支持的VRML(Virtual Realit

15、y Modeling Language，虚拟现实造型语言)格式与位图格式，进行CAD/CAM系统中产品特征的提取与识别，实现CAD/CAM系统中产品特征图形的格式转换，使其可以与Internet相连接，完成产品特征造型的Web发布与浏览。,息的Web发布与浏览结构 同构、异构环境下图形信,CAD技术及其网络化,网络化CAM技术主要研究计算机辅助制造的网络化，主要包括异地加工、基于Web的数控加工仿真、数控代码的网络校验、数控加工信息的网络传输等。,CAM技术及其网络化,基于Web的数控加工仿真,息的Web发布与浏览结构 同构、异构环境下加工信,将远程的数控代码通过Internet网络传输一是通

16、过数控机床上的网络接口直接将NC代码输入数控机床；另一种是将远程传来的NC代码下载到本地计算机上，然后通过RS232串口实现PC机与数控机床的连接,异地加工,网络化CAPP系统除了能实现传统CAPP系统的功能之外，还能进行多用户工艺文档处理，使企业内部各部门之间实现资源共享和通信，保证数据的正确性、完整性和安全性。,CAPP技术及其网络化,(1)主控模块 主控模块是系统的主工作界面，起到总体调度，协调各部分工作的作用。通过操作主控模块可以选择哪个模块进行工作，用户可以方便地进入各子模块。主操作界面使用Windows的界面风格，包含菜单、工具条等，以方便用户的操作和使用。 (2)系统管理模块 系统管理模块包括权限管理、系统数据库管理、工艺库管理、企业资源管理和系统帮助等模块。,网络化CAPP模块功能,(3)网络数据库模块 应用数据库技术按照类型和需要的不同分别建立企业资源库，包括产品基本数据库、材料库、工装库、设备库、工种车间库、工时定额库、典型工步库等，这些