制造自动化系统

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1、制造自动化系统重庆大学工业工程系胡立徳教授、博士版权所有：重庆大学工业工程系1.制造系统1.1制造系统概述•制造(Manufacturing):人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的方法，将原材料转化为最终物质产品并投放市场的全过程。•制造系统(MamifachiFingSystem):为了达到预定的制造H的而构造的物理或组织系统。广义的制造系统应包括整个制造企业的组织机构、厂房设备、技术工艺、质量管理系统、物资供应系统、销售管理系统、运输系统等，如计算机集成制造系统(CIM

2、S)o狭义的制造系统则只包括生产现场的加工设备、物料输送系统、控制系统、操作管理人员等，如柔性制造系统(FMS)o•制造系统屮存在着物流、信息流和能量流。•实现制造口动化的理由-提咼生产率和降低制造成本-稳定制造质量-适应恶劣的制造环境在很多情况下，实施制造自动化同时需要满足上述多项要求。1.2制造系统的分类•按工艺类型分类：连续制造系统：产品连续不断生产如化工、纺织等。离散制造系统：制造对象按单个产品分离生产如机械产品、家用电器等。•按品种和批量分类：单一品种人量生产：只生产一种产品，尽量利用设备生产能力大量生产，如化肥、石

3、油等。少品种大批屋生产：少屋的产品种类，每种产品的生产批量很大，如摩托车配件、计算机产品等。多品种屮小批量生产：产品品种多，各类产品轮翻生产，如装载机、机床、办公家具等。单件订货生产：按用户订单安排生产(包括按用户要求进行设计)，每次生产数量很少甚至只有一件，如犬型锅炉、大型水力发电机等•按自动化程度分类：人丄制造系统半口动制造系统自动制造系统•按系统柔性分类：刚性制造系统柔制造系统1.3产品的品种和批量与制造系统柔性的关系•产品的品种数越少、批量越人，则自动化程度应越高，采用专用设备的比例越高•产品的品种数越大，生产批量越小

4、，则生产系统的柔性要求越高，采用通用设备的比例越高1.自动化制造系统的组成2.1口动化加工系统（1）刚性自动化加工设备•专用自动机床：专门为加工某种产品而设计制作的自动化设备，加工对象单一，没有兀余的功能，效率非常高。•组合机床：由标准部件（床身、滑台、动力头等）和少屋专用部件（主轴箱、工作台等）组合而成，能够较快地组成，可多面、多T位、多轴同时加T,效率高。•采用刚性自动化加工设备的基本原则：-加工对象生产批量人；-产品结构定型，生命周期相对较长；-加工工艺合理、可靠；（2）柔性口动化加工设备•数控机床：柔性好，自动化程度高

5、，加工精度高，质量稳定，具有通讯功能，可集成到更人的制造系统中。•加工中心：在数控机床的基础上增加了刀具库及自动刀具交换装置可在一次装夹下完成多道工序、多面的加工。•一般在零件品种较多、产品生命周期较短、更新换代快、技术工艺不成熟等情况下应采用柔性自动化加工设备。（3）辅助设备•三坐标测量机•清洗机•工件翻转机•冷却液、切屑等废弃物处理装置2.2物料运储系统•物料运储系统负责制造系统内所有物料的运输和存储（1）物料运储的对象：•工件（包括毛坯、半成品和成品）、刀具、夹具（包括托盘）和其它物品（如切屑、冷却液等）O（2）物料的运

6、输•管道输送装置•悬挂式输送装置•传送带•有轨小车（RGV）•自动导向小车（AGV）（3）物料的存储•自动仓库应具备存储、物料进出、检索的口动化（堆垛机、条码阅读机、控制系统等）立体仓库、平面仓库•缓冲存储主要用于消除或缓解因各种原因造成的系统内各加工机床负荷不平衡而引起的停顿或阻塞现象，也可用于在自动化制造系统屮预先安装一些零件，以便在一段时间内实现无人加工，还可用于适应其它特殊要求（如工序间的人工检测、清洗、冷却等）•屮央刀具库（4）物料的装卸和交换•物料的装卸：丁件、刀具等物料进入和退出系统，通常是由人T完成，对于化工、

7、等行业也可以是自动完成。•物料的交换：工件、刀具等在加工机床与小车之间等不同装置之间的交换。2.3工业机器人（Robot）•工业机器人是一种可编程的多功能操作器•工业机器人在制造系统中可完成多种任务•T业机器人的特点：-动作灵巧，可完成各种复朵的三维空间运动-改变运动要求容易（编程、示教）-运动精度和重复定位精度高-动作范I韦I较小（以手臂长度为直径）-承载能力小•工业机器人的组成-机械结构部分包括机械主体（是机器人的支撑体，容纳了机器人的传动和驱动部件，可有固定式和移动式两种类型）、“肘节”（是支撑“手”作灵巧运动的环节，可

8、弯曲、旋转）、“手”（是直接工作的部分，可有手指，手的形式多样）。-传动和驱动部分-传感检测部分-信息处理部分-对外接口部分•工业机器人的分类(1)按机器人肘节的运动分类：-直角坐标型，沿三个坐标轴作直线运动-圆柱坐标型，有两个直线运动坐标和一个冋转运动坐标-球坐标型，有一个