机电一体化系统设计及应用实例.ppt
《机电一体化系统设计及应用实例.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机电一体化系统设计及应用实例.ppt(132页珍藏版)》请在沃文网上搜索。
1、第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第6章章 机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计及应用实例 6.1 概述概述6.2 数控机床数控机床 6.3 工件储运设备工件储运设备6.4 工业机器人工业机器人6.5 检测与监控系统检测与监控系统6.6 辅助设备辅助设备6.7 数控机床数控机床6.8 机电一体化产品的系统设计要机电一体化产品的系统设计要点点1第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.1 概述概述 6.1.1刚性自动化生产1.刚性半自动化单机除上
2、、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.刚性自动化单机它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。2第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计3.刚性自动化生产线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6-1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17000件,毛坯是球墨铸铁件。由于工件形状不规则,没有合适的输送基面,因
3、而采用了随行夹具安装定位,便于工件的输送。3第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-1曲拐加工自动线(a)正视图;(b)俯视图4第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计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。6.1.2柔性制造单元(FMC)柔性制造单元(FlexibleManufacturingCell)由单台数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统
4、等组成。5第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计1.FMC控制系统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的基本控制功能FMC的基本控制功能包括:(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6-2所示为一以加工回转体零件为主的柔性制造单元。6第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-2柔性制造单元7第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机
5、电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-3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。8第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-3带托盘库的柔性制造单元9第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.1.3柔性制造系统(FMS)柔性制造系统(FlexibleManu
6、facturingSystem)由两台或两台以上加工中心或数控机床组成,并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有: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。10第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计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
7、换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。3.刀具储运系统FMS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。11第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计4.辅助设备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。12第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-4FMS控制系统实例13第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化
8、系统设计机电一体化系统设计5.多层计算机控制系统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6-4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。图6-5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。14第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-5柔性制造系统的组成15
9、第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-6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。6.1.4柔性制造线(FML)柔性制造线(FlexibleManufacturingLine)由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成。16第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机
10、电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-6具有装配功能的柔性制造系统17第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计柔性制造线的主要优点是:具有刚性自动线的绝大部分优点;当批量不很大时,生产成本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;18第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-7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,
11、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。19第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-7柔性制造线示意图20第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.1.5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
12、组成。1.装配站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.物料输送装置3.控制系统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6-8是FAL的示意图。21第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-8柔性装配线示意图22第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.1.6计算机集成制造系统(CIMS)1.CIMS的功能构成CIMS的功能构成包括下列内容(参考图6-9):(1)管理功能
13、。(2)设计功能。(3)制造功能。(4)质量控制功能。(5)集成控制与网络功能。23第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-9CIMS的组成24第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计2.CIMS的关键技术(1)信息集成。(2)过程集成。(3)企业集成。25第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.2 数控机床数控机床 6.2.1一般数控机床一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数控镗铣床
14、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.柔性高2.自动化程度高3.加工精度高且质量稳定26第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计4.生产效率较高5.具有刀具寿命管理功能6.具有通信功能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6-10是数控装置的基本组成框图。图6-10中的4为数控系统,它是数控机床的核心环节。27第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章
15、机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-10数控装置的基本组成框图28第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计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部分组成,如图6-11所示。29第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-11CNC系统框图30第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统
16、设计6.2.2加工中心(MC)加工中心的系统基本组成与一般数控机床一样,只是在此基础上增加了刀库和自动换刀装置而形成一类更复杂,但用途更广,效率更高的数控机床。加工中心配置有刀库和自动换刀装置,能在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。加工中心机床具有工序集中,可以有效缩短调整时间和搬运时间,减少在制品库存,加工质量高等优点,因此常用于零件比较复杂,需要多工序加工,且生产批量中等的生产场合。加工中心通常是指镗铣加工中心,主要用于加工箱体及壳体类零件,工艺范围广。31第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系
17、统设计加工中心的刀具库通常位于远离主轴的机床侧面或顶部。加工中心刀具的存取方式有顺序方式和随机方式,刀具随机存取是最主要的方式。正确安放刀具是成功执行数控程序的基本条件。回转工作台是卧式加工中心实现主轴运动的部件,主轴的运动可作为分度运动或进给运动。回转工作台有两种结构形式:仅用于分度的回转工作台用鼠齿盘定位,分度前工作台抬起,使上、下鼠齿盘分离,分度后落下定位,上、下鼠齿盘啮合,实现机械刚性连接;用于进给运动的回转工作台用伺服电机驱动,用回转式感应同步器检测及定位,并控制回转速度,也称数控工作台。数控工作台和X、Y、Z轴及其它附加运动构成45轴轮廓控制,可加工复杂轮廓表面。32第第6 6章机
18、电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.2.3车削中心车削中心比数控车床工艺范围宽,工件一次安装,几乎能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和径向孔等。车削中心回转刀架上可安装如钻头、铣刀、铰刀、丝锥等回转刀具,它们由单独的电动机驱动,也称自驱动刀具。在车削中心上用自驱动刀具对工件的加工分为两种情况:一种是主轴分度定位后固定,对工件进行钻、铣、攻螺纹等加工;另一种是主轴运动作为一个控制轴(C轴),C轴运动和X、Z轴运动合成为进给运动,即三坐标联动,铣刀在工件表面上铣削各种形状的沟
19、槽、凸台、平面等。33第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计车削中心回转刀架通常可装刀具1216把,这对无人看管柔性加工来说是不够的。因此,有的车削中心装备有刀具库,刀库有筒形或链形,刀具更换和存储系统位于机床一侧,刀库和刀架间的刀具交换由机械手或专门机构进行。车削中心采用可快速更换的卡盘和卡爪,普通卡爪更换时间为510min,而快速更换卡盘、卡爪的时间可控制在2min以内。卡盘有35套快速更换卡爪,以适应不同直径的工件。如果工件直径变化很大,则需要更换卡盘。有时也采用人工在机床外部用卡盘夹持好工件,用夹持有新工件的卡盘更换已
20、加工的工件卡盘的方法,工件-卡盘系统更换常采用自动更换装置。34第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.2.4电火花加工1.电火花加工的原理与特点电火花加工是在如图6-12所示的加工系统中进行的。加工时,脉冲电源的一极接工具电极,另一极接工件电极,两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质(常用煤油或矿物油或去离子水)中。35第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-12电火花加工原理图36第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电
21、一体化系统设计机电一体化系统设计进行电火花加工必须具备三个条件:必须采用脉冲电源;必须采用自动进给调节装置,以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙;火花放电必须在具有一定绝缘强度(103107m)的液体介质中进行。电火花加工具有如下特点:可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料;加工时无明显机械力,适用于低刚度工件和微细结构的加工;脉冲参数可依据需要调节;可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工;电火花加工后的表面呈现的凹坑有利于储油和降低噪声;生产效率低于切削加工;放电过程有部分能量消耗在工具电极上,导致电极损耗,影响成形精度。37第第6 6章机电一体化系统设计及
22、应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计2.电火花加工的应用电火花加工主要用于模具生产中的型孔、型腔加工,已成为模具制造业的主导加工方法,推动了模具行业的技术进步。(1)电火花成形加工。(2)电火花线切割加工。3.电火花加工机床的发展趋势电火花加工机床在提高精度和自动化程度的同时,也在向结构的小型化方向发展。38第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计目前先进的多轴联动电火花数控机床发展趋势是集多种功能于一体,这些功能包括旋转分度、自动交换电极、自动放电间隙补偿、电流自适应控制以及加工规准的实时
23、智能选择等,从而实现从加工规准的选择到零件的加工全过程自动化。39第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.3 工件储运设备工件储运设备6.3.1有轨小车(RGV)有轨小车(RailGuideVehicle)是一种沿着铁轨行走的运输工具,有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合,利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小车由外部链索牵引,在小车底盘的前、后各装一导向销,地面上修有一组固定路线的沟槽,导向销嵌入沟槽内,保证小车行进时沿着沟槽移动。40第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例
24、章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计前面的销杆除作定向用外,还作为链索牵动小车的推杆。推杆是活动的,可在套筒中上下滑动。链索每隔一定距离有一个推头,小车前面的推杆可灵活地插入或脱开链索的推头,由埋设在沟槽内适当地点的接近开关和限位开关控制。推杆脱开链索的推头,小车就停止。采用空架导轨和悬挂式机械手或机器人作为运输工具也是一种发展趋势,其主要优点是充分利用空间,适合于运送中、大型工件,如汽车车架、车身等。有轨小车的特点是:加速和移动速度都比较快,适合运送重型工件;导轨固定,行走平稳,停车位置比较准确;控制系统简单,可靠性好,制造成本低,便于推广应用;行走路线不便改变
25、,转弯角度不能太小;噪声较大,影响操作工监听加工状况及保护自身安全。41第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计6.3.2自动导向小车(AGV)1.AGV的结构;在自动化制造系统中使用的AGV大多数是磁感应式AGV。图6-13是一种能同时运送两个工件的AGV,它由运输小车、地下电缆和控制器三部分组成。42第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系统设计机电一体化系统设计图6-13磁感应AGV自动导向原理图43第第6 6章机电一体化系统设计及应用实例章机电一体化系统设计及应用实例机电一体化系
- 1.请仔细阅读文档,确保文档完整性,对于不预览、不比对内容而直接下载带来的问题本站不予受理。
- 2.下载的文档,不会出现我们的网址水印。
- 3、该文档所得收入(下载+内容+预览)归上传者、原创作者;如果您是本文档原作者,请点此认领!既往收益都归您。
下载文档到电脑,查找使用更方便
10 积分
下载 | 加入VIP,下载更划算! |
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机电 一体化 系统 设计 应用 实例