1、自动化制造系统自动化制造系统 第三章第三章 自动化制造系统的组成自动化制造系统的组成 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统由于其加工工艺范围很广，涉及到很多设备。本章主要介绍常用自动化制造系统的类型及布局、各种自动化加工设备自动化加工设备、工件的储运系统工件的储运系统、刀具准备及储刀具准备及储运系统运系统、控制与监控系统控制与监控系统、各种辅助设备辅助设备以及自动化制自动化制造系统的控制系统造系统的控制系统。自动化制造系统自动化制造系统 1 概述概述 2 自动化加工设备自动化加工设备 3 工件储运设备工件储运设备 4 刀具准备与储运系统刀具准备与储运系统 5工业机器人工业机器人 6 质
2、量控制和运行监控系统质量控制和运行监控系统 7 辅助设备辅助设备 8 控制系统控制系统 思考题思考题 自动化制造系统自动化制造系统 1 概述概述 1.1 1.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根底上增加了自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。自动化制造系统自动化制造系统 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1-1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1
3、7000件，毛坯是球墨铸铁件。由于工件形状不规那么，没有适宜的输送基面，因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。自动化制造系统自动化制造系统 1-1(a)正视图；(b)俯视图 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 刚性自动线生产率高生产率高，但柔性较差柔性较差，当加工件的变化时，需要停机、停线并对机床、夹具、刀具等工装设备进行调整或更换，如更换主铀箱，通常调整工作量大，停产时间较长。自动化制造系统自动化制造系统 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。1.2 柔
4、性制造单元(FMC)柔性制造单元Flexible Manufacturing Cell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。自动化制造系统自动化制造系统 1.FMC FMC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.FMC FMC 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1-2所示为一以加工回转体零件为主的柔性制造单元。自动化制造系统自动化制造系统 图1-2 柔性制造单元 L A N1 21 01 16521 4311 347891 数控车床；2 加工中心；3 装卸工位；4 龙门式机械手；5
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；1 0 加工中心控制器；1 1 机器人控制器；1 2 单元控制器；1 3、1 4 运输小车自动化制造系统自动化制造系统 图1-3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。自动化制造系统自动化制造系统 图1-3 带托盘库的柔性制造单元 自动化制造系统自动化制造系统 预备知识预备知识 常用的机械加工方法和设备常用的机械加工方法和设备 自动化制
6、造系统自动化制造系统 金属切削加工金属切削加工是在机床机床上，利用刀具刀具切去工件工件毛坯上多余的金属层(加工余量），以获得具有一定的表面精度(形状、尺寸和位置精度)和表面质量的机械零件的机械加工力法。自动化制造系统自动化制造系统 车削 铣削 刨削 镗削 磨削 钻削 常用机械加工方法 电火花加工 激光加工 精密及特种加工方法 电解加工 超声加工 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 自动化制造系统自动化制造系统 1.3柔性制造系统(FMS)柔性制造系统F
7、lexible Manufacturing System由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的根底上实现了物料流和信息流的自动化。其根本组成局部有：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。自动化制造系统自动化制造系统 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
8、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。自动化制造系统自动化制造系统 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。自动化制造系统自动化制造系统 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1-4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。自动化制造系统自动化制造系统 图1-4 FMS控制系统实例 单元控制器加工工作站W SC 1R
9、S-23 2CR S-23 2CDN CC N C6MPC-BDN CC N C6MPC-BDN CC N C6MPC-BAGV控制器R S-23 2CR S-23 2CR S-23 2CR S-23 2CI/OXH 71 4ATH 635 0TH 635 0AG V物流工作站W SC 2自动化制造系统自动化制造系统 图1-5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。自动化制造系统自动化制造系统 图1-5 柔性制造系统的组成 自动化制造系统自动化制造系统 柔性制造系统的主要特点有：柔性高，适应多
10、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。自动化制造系统自动化制造系统 图1-6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。1.4柔性制造线(FML)柔性制造线Flexible Manufacturing Line由自动化加工设
11、备、工件输送系统和控制系统等组成。自动化制造系统自动化制造系统 图1-6 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；15AGV(自 动 导 向 小 车)；16控 制 区自动化制造系统自动化制造系统 柔性制造线的主要优点是：具有刚性自动线的绝大局部优点；当批量不很大时
12、，生产本钱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;自动化制造系统自动化制造系统 图1-7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。自动化制造系统自动化制造系统 图1-7 柔性制造线示意图 数 控 铣 床转 塔 式 换 箱
13、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 带自动化制造系统自动化制造系统 自动化加工设备 工件输送系统 刀具 FML 数控机床、可换主轴箱机床 传送带 主轴箱装多把刀具，人工换刀 钣金柔性加工线1 钣金柔性加工线2 自动化制造系统自动化制造系统 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1-8是FAL的
14、示意图。自动化制造系统自动化制造系统 图1-8 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 站自动化制造系统自动化制造系统 物料输送装配 控制系统 FAL 装配机器人、装配装置、人工装配工位 全线进行高度和监控 装配站 定时器自动装配线 传送带和换向机构 自动化制造系统自动化制造系统 第二节第二节 自动化加工设备自动化加工设备 1、组合机床、组合机床 2、数控机床、数控机床 自动化制造系统自动化制造系统 组合机床组
15、合机床一般是针对某一种零件或某一组零件设计、制造的，常用于箱体、壳体和杂件类零件的平面、各种孔和孔系的加工往往能在一台机床上对工件进行多刀、多轴、多面和多工位加工。组合机床的特点：组合机床的特点：工序集中，多刀同时切削加工，生产效率高；采用专用夹具和刀具(如复合刀具、导向套)，加工质量稳定；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；常用随行夹具，方便工件装卸和输送；更换主轴箱可适应同组零件的加工，有一定的柔性；采用可编程控制器控制可与上层控制计算机通信；机床主要由通用部件组成，设计、制造周期短，建造自动化速度快。自动化制造系统自动化制造系统 多工位小型组合机床 喷油泵体精镗
16、组合机床 缸盖精加工组合机床 自动化制造系统自动化制造系统 2 数控机床数控机床 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 自动化制造系统自动化制造系统 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3-10是数控装置的根本组成框图。自动化制造系统自动化制造系统 图3-10 数控装置的根本组成框图 伺服系统执行机构8坐标轴辅助控制输入存储器C P U控制器输入C A D/C A M编程介质图纸12344567自动化制造系统自动化制造系统 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局部组成，如图3-11所示。自动化制造系统自动化制造系统 图3-11 CNC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
