先进制造技术之制造自动化技术

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1、第四讲制造自动化技术4.1制造自动化技术概述4.2机床数控技术4.3工业机器人4.4柔性制造技术第一节制造自动化技术概述4.1.1制造自动化技术内涵4.1.2制造自动化技术的发展及现状4.1.3制造自动化技术发展趋势自动化：自动去完成特定的作业。制造自动化（狭义）：生产车间内产品机械加工和装配检验过程的自动化；制造自动化（广义）：包含产品设计、企业管理、加工过程和质量控制等产品制造全过程综合集成自动化。制造自动化意义：显著提高劳动生产率、提高产品质量、降低制造成本、提高经济效益，改善劳动条件、提高劳动者的素质、有利于产品更新、带动相关技术的发展、提高企业的市场竞争能力。4.1.1

2、制造自动化技术内涵刚性自动化设备--自动/半自动机床、组合机床、组合机床自动线；对象--单一品种大批量生产自动化；特点--生产效率高、加工品种单一。柔性自动化设备--NC、CNC、FMC、FMS等。对象--多品种小批量甚至单件生产自动化；综合自动化经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，CIMS、CE、LP、AM等。4.1.2制造自动化技术的发展及现状当前制造自动化技术研究领域和方向集成技术和系统技术研究自动化系统中人因作用的研究数控单元系统的研究制造过程的计划和调度研究柔性制造技术的研究现代生产模式制造环境的研究底层加工系统的智能化和集成化研究制造敏捷化使企业面临市场竞争

3、作出快速响应；制造网络化实现制造过程的集成，实现异地制造、远程协调作业；制造虚拟化保证产品和制造过程一次成功，发现设计与生产中可避免的缺陷和错误；制造智能化扩大、延伸、部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。制造全球化市场国际化，产品制造跨国化，制造资源跨国家的协调、共享和优化利用；制造绿色化使产品从设计、制造、使用到报废处理全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。4.1.3制造自动化技术发展趋势第二节机床数控技术4.2.1机床数控系统4.2.2机床伺服系统4.2.3数控加工编程技术4.2.4机床数控技术发展趋势数控技术的发展硬件数控阶段NC(1952

4、-1970)第一代：电子管；第二代：晶体管；第三代：小规模集成电路；计算机数控阶段CNC（1970-现在)第四代：小型计算机；第五代：微处理器；第六代：PC微机(PCNC)4.2.1机床数控系统机床数控系统的组成及功能CNC系统组成：数控装置、PLC、伺服驱动装置、I/O接口、控制面板、人机界面数控装置功能：控制功能-单轴、多轴联动控制；准备功能-包括移动、暂停、坐标设定、固定循环等功能；插补功能-直线插补、圆弧插补、抛物线等；辅助功能-主轴启停、冷却润滑通断、刀库的启停等；补偿功能-刀具半径/刀具、反向间隙、螺距、温度等补偿功能。PLC功能：控制面板、主轴停启与换向、刀具更换、

5、冷却润滑启停、工件夹紧与松开、工作台分度等开关量的控制。CNC数控系统组成原理数控系统的硬件结构单CPU结构通过总线使CPU与存储器和各种接口相连接，集中控制、分时处理工作方式。多CPU结构多个CPU通过公用地址和数据总线互连，各自完成功能，系统速度高、处理能力强。PC微机CNC系统具有微机丰富的软硬件资源、友好的人机界面、拥有多媒体和网络功能，是当前数控系统的发展方向。基于PC微机和PMAC的CNC系统结构数控系统的软件组成开放式数控系统开放性：满足CNC系统快速发展和用户自主开发需要PC微机型开放式CNC系统形式：专用数控嵌入PC主板是专用数控系统商提供的形式，仅限于PC部分

6、开放，其专用数控部分仍处于封闭状态。PC机+运动控制卡提供底层数控接口，支持二次开发和扩展，有上下两级开放性，如PMAC运动控制器。纯PC软件型尚未形成商品，代表数控系统发展方向。组成：位置控制单元、速度控制单元、伺服电机、检测反馈单元4部分组成。分类：按检测系统分开环系统、闭环系统、半闭环系统、混合闭环系统。按有控制电机分步进伺服、直流伺服、交流伺服。4.2.2机床伺服系统数控系统性能方面高速高精高效化进给速度80-120m/min，加速度1-2g，主轴dn=(1-3)*106，换刀小于1s；加工精度0.1µm，甚至0.01µm。柔性化功能覆盖面大，便于不同用户的需求；物料流和

7、信息流自动动态调整。工艺复合化和多轴化如FANUC15可控轴数和联动轴数均达到24轴。实时智能化配置编程专家系统、故障诊断专家系统，实现自适应控制和模糊控制。4.2.4机床数控技术发展趋势数控系统功能方面用户界面图形化方便了用户，便于编程和图形模拟；科学计算可视化可视化技术可用于自动编程、参数自动设定、刀具补偿和管理、加工过程仿真演示；插补和补偿方式多样化插补：直线、圆弧、椭圆、螺纹、NURBS、多项式插补；补偿：反向间隙、垂直度、螺距、温度补偿等；内置高性能PLC可用梯形图或高