自动化制造系统第3章.ppt

第三章 自动化制造系统的组成本章主要内容：n 自动化制造系统的常见类型n 自动化加工设备n 工件储运系统n 刀具准备及储运系统n 工业机器人n 质量控制和运行监控系统n 辅助设备n 控制与通信系统1. 刚性自动线：刚性自动化加工设备和辅助设备用工件运输系统按顺序连接起来，在控制系统控制下完成单个零件加工的大系统特点：结构复杂，完成工序多，生产率很高，用于少品种、大量生产场合优点：可缩短生产周期，减少半成品库存，缩短物料流程等缺点：投资大，调整周期长第一节第一节 自动化制造系统的自动化制造系统的常见类型常见类型2. 分布式数字控制技术 DNC：DNC是用一台或多台计算机，对多台数控机床实施综合控制的一种方法，是机械制造自动化系统的一个重要发展1) DNC的发展过程：(1) 直接数字控制 (Direct Numerical Control)， 也称为 “群控 ”(60’s)(2) DNC系统实施分级控制，  CNC计算机直接控制数控机床并与 DNC系统主机进行信息交互，  DNC主机也可与其它计算机进行信息的交互  DNC系统配置的这种发展，使  DNC的含义由直接数控变为分布式数控 (Distributed Numerical Control)。

(70’s)       (3) DNC系统不仅用计算机来管理、调度和控制多台数控机床，而且还与  CAD/CAPP/CAM、 物料输送和存贮、生产计划与控制相结合，形成了柔性分布式数字控制 (Flexible Distributed Numerical Control: FDNC)系统 (80‘s)2) DNC系统的组成、功能  (1) 组成   DNC控制计算机 数据通信系统 DNC接口 CNC装置软件系统      (2) 功能   NC程序的上载与下载   NC程序存储与管理；   系统的简单控制与调度；   系统状态信息的采集、处理和报告；   根据生产作业计划进行生产调度与控制； 计划、工装（刀具、量具、夹具）信息、物料数据的集成化生产管理  3. 柔性制造单元 FMC由 1~3台数控机床或加工中心，工件自动输送及更换系统 (托盘交换装置或工业机器人 )，刀具存储、输送及更换系统，设备控制器和单元控制器组成，由单元计算机控制运作优点：与 FMS相比，结构简单，成本低，投资小，可靠性高适用于品种变化不是很大、批量中等的产品柔性制造单元            多工位柔性加工单元并联机床加工单元     精益加工单元气缸体加工单元4. 柔性制造系统 FMS四部分组成 —— 两台以上的数控加工设备，自动化的物料和刀具储运系统，若干辅助设备和控制管理系统特点：内部既包括信息流，也包括受信息流控制的物料流。

优点：操作人员少，产品质量高，工序集中减少占地面积，与立体仓库配合能实现 24h连续工作，集中作业减少加工时间，易与其他系统整合组成更高级的自动化制造系统 缺点：投资大，复杂的结构对操作人员要求高，可靠性较差5. 柔性制造线 FML由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统组成自动化加工设备包括数控机床、可换主轴箱机床工件输送系统主要是各种传送带特点：同时兼有刚性自动线和 FMS的特征，在柔性上接近 FMS， 在生产率上接近刚性自动线钣金柔性加工线 1              钣金柔性加工线 26. 柔性装配线 FAL由装配站、物料输送系统和控制系统组成装配站种类有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物料输送系统主要是传送带定时器自动装配线第二节 自动化加工设备1. 组合机床     图片n 组合机床是以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床n 通用部件是组合机床的基础，专用部件是组合机床发挥全部功能的 “点睛之作 ”n 组合机床能完成多刀、多轴、多面、多工位同时加工，生产率和自动化程度很高，易于组成自动线。

n 组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，应用最多的是平面加工和孔加工两类工序n 组合机床数控化是提高其自动化水平的主要途径       立卧复合式三面钻孔组合机床，用于同时钻工件两侧面和顶面上的许多孔机床由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱及滑台等通用部件和主轴箱、中间底座、夹具等专用部件组成2. 一般数控机床数控机床是一种由数字信号控制其动作的新型自动化机床，控制系统多采用电子计算机，故也称 CNC机床特点： 1) 柔性高； 2) 自动化程度高； 3) 加工精度高； 4) 生产效率高； 5) 具有刀具寿命管理功能； 6) 具有通信功能分类 ： 经济型 ， 全功能型 ， 高精度型数控机床视频        档次功能低档数控机床 中 挡 数控机床 高档数控机床进给 当量和 进给 速度  进给 当量 为 10μ m， 进给 速度在8~15m/min 进给 当量 为 1μ m， 进给 速度 为15~24m/min 进给 当量 为 0.1μ m，进给 速度 为15~100m/min 伺服 进给系 统  开 环 、步 进电动 机   半 闭环 直流伺服系统 或交流伺服系 统  闭环 伺服系 统 、 电 机主 轴 、直 线电 机  联动轴 数   2~3轴   3~4轴   3轴 以上  通信功能   无   RS232或 DNC接口   RS232、 RS432、DNC、 MAP接口  显 示功能   数 码 管 显 示或 简单的 CRT字符 显 示功能 较齐 全的 CRT显 示或液晶 显 示  功能 齐 全的 CRT(三 维动态图 形 显 示 ) 内装 PLC  无   有   有 强 功能的 PLC， 有轴 控制的 扩 展功能  主 CPU  8位 CPU或 16位 CPU  由 16位 CPU向 32位CPU过 渡  32位 CPU向 64位 CPU发 展  数控机床分类表3. 车削中心车削中心比数控机床工艺范围宽，工件在一次安装中几乎能够完成所有表面的加工，因而避免了多次装夹过程中可能造成的定位误差。

主轴连续定向机构和 C轴功能4. 加工中心 图片加工中心 =数控机床 +刀库 +自动换刀机构§ 特点适用范围广，加工精度高，自动化水平和生产率高§ 典型机构自动换刀机构 及 刀库触发式测头测量系统刀具长度测量系统回转工作台 加工中心视频立式加工中心五轴加工中心5. 加工自动线1) 通用机床自动线对机床的要求：较高的稳定性、可靠性，刚度好，断屑和排屑能力强工件的输送方式：强制输送和自由传送自动线的布置方式： 串联，并联，纵列，横排材料的分配方式：顺序分料，按需分料   2) 组合机床自动线分类：工件输送方式 : 直接输送和间接输送输送轨道 : 直线输送和圆 (椭圆 )形轨道输送输送带相对机床的配置形式：通过式输送和外移式输送工件输送方式：步伐式输送和自由流动式输送布局：直线形，折线形，框形，圆形、环形或椭圆形实例： 发动机缸盖凸轮轴轴承盖加工数控组合机床自动线   3) 柔性自动线设备：数控机床、专用机床及组合机床输送设备：各种托盘、托板输送系统控制设备：分层次的分布式控制系统自动化生产线的两个实例汽车车身自动焊接线汽车外覆件自动冲压线第三节 物流输送系统1.物流系统及其功能1) 物流分类工件流：原材料，半成品，成品工具流：刀具，夹具配套流：托盘，辅材，备品备件2) 物流系统功能存储功能、输送功能、装卸功能、管理功能    3) 物流系统种类(1) 单机自动供料装置：储料器、隔料器、上料器、输送槽、定位定向装置(2) 自动线输送系统：连续输送机、通用悬挂小车、有轨导向小车、随行夹具返回装置(3)  FMS物流系统：自动导向小车、积放式悬挂小车、积放式有轨导向小车、搬运机器人、自动化仓库2.自动线输送系统1) 带式输送机(1) 输送带材料：橡胶带、塑料 (树脂 )带、绳芯带、钢网带用途：强力型、普通型、轻型、井巷型、耐热型接头：机械接头、冷粘接头、硫化接头、无接头(2) 滚筒及驱动装置滚筒：传动滚筒、改向滚筒驱动装置：电动机、联轴器、减速机、传动滚筒，电动机宜选启动扭矩大的品种    (3) 托辊用于长距离输送时防止由于物料自重和带自重引起的输送带下垂。

托辊距离的选择原则：上托辊距为成件物料在输送方向上尺寸的一半，下托辊距可取上托辊距的 2倍常见托辊结构常见托辊结构型式图a)平托辊   b)V形托辊   c)槽形托辊   d)空载平托辊   e)空载梳形托辊f)空载 V形托辊   g)挡辊式调心托辊   h)挡辊式空载调心托辊i)挡辊式空载双辊调心托辊      (4) 张紧装置作用：避免输送带打滑，控制输送带挠度，减小输送阻力按结构分类：螺杆式、弹簧螺杆式、重锤式、绞车式重锤式张紧机构示意图2) 链式输送系统链式输送系统包括链条、链轮、电动机、减速器、联轴器，长距离输送要增加张紧装置和链条支撑导轨1) 链条包括套筒滚子链、弯板链、叉形链、焊接链、可拆链、履带链、齿形链制造方法：锻造、铸造、冲压、焊接输送链条与传动链条比，节距大输送链传动中，物料通过链条上的附件承托来传送一级附件均为标准件，可配置二级附件扩展 二级以上附件需自行设计，原则：使物料重力传递到链条支承轨道上的路径最短，在考虑满足强度的前提下，重量尽量轻，结构工艺性好   (2) 链轮链轮的基本参数、齿形及公差、齿槽形状、轴向齿廓、链轮公差等看参见国家标准 GB8350-1987《 输送链、附件及链轮》。

注意链传动时链速是不均匀的，由此而产生一个附加的角加速度，带来链传动的不均匀性链轮齿数越大，传动的不均匀性越小，但链轮外圆直径越大设计时需要综合考虑两者的取舍  3) 步伐式传送带(1) 棘爪步伐式传送带无工件定位元件，只能用于低速运行场合棘爪步伐式传送带  (2) 摆杆步伐式传送带工件有元件定位，速度可高达 20m/min摆杆步伐式传送带4) 辊子输送系统(1) 无动力辊子输送系统，又称辊道，有长、短两种长辊道辊子形状有圆柱形、圆锥形和曲面形几种，以圆柱形长辊道应用最广辊道曲线段采用圆锥形辊子或双排圆柱形辊子，可使物品转弯短辊道可缩短辊子间距，自重较轻       辊道一般稍下倾，当物品较重、线路较长时，斜度可取 1～ 1.5％如要使物品自滑，斜度可增大到 2～ 3％当线路长度小于 10米、物品轻于  200千克时，可以布置成水平线路自滑式辊道不易控制物品下滑速度，所以长度一般不大辊道的宽度比物品宽度大 100～ 150毫米曲线段最小曲率半径为辊道宽度的 3～ 4倍辊子间距为输送物品长度的 1/3～ 1/4，当物品输送的平稳性要求较高时间距可取输送物品长度的 1/4～ 1/5辊子直径按载荷大小决定。

     (2) 动力辊子输送系统常用于水平的或向上微斜的输送线路驱动装置将动力传给辊子，使其旋转，通过辊子表面与输送物品表面间的摩擦力输送物品按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分前者的每个辊子都配有单独的驱动装置，以便于拆卸后者是若干辊子作为一组，由一个驱动装置驱动，以降低设备造价成组驱动的传动方式有齿轮传动、链传动和带传动动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动，根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动动力辊子输送系统驱动方式5) 悬挂输送系统 (1) 分类A. 牵引式带有承载吊具的滑架1(又称行车 )与牵引构件 2连接在一起，沿着轨道。