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第四章 制造自动化技术 * * 第一节 概述 一.制造自动化技术的内涵 自动化（Automation）是美国通用汽车公司D.S.Harder先生于1936年提出的，其核心含义是“自动的去完成特定的工作”。但是Hader先生所说的特定作业，是指零件在机器之间转移的自动搬运，自动化功能目标是代替人的体力劳动。 在计算机用于自动化之前，自动化的功能目标是以省力为主要目的，以代替人的体力劳动，随着计算机和信息技术的发展，自动化除代替人的体力劳动，还须代替人部分脑力劳动。 工业计算机信息技术 工业计算机信息技术 FMS系统 自动化的内涵 在“狭义制造”概念下，指生产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自动化、包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断自动化等。 在“广义制造”概念下，指包含了产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个环节综合集成自动化、以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、清洁等目标。 二.制造自动化技术的兴起与现状 回顾历史，可以将自动化的发展分为刚性自动化、柔性自动化和综合自动化三个发展时期。 1.刚性自动化时期：其发展主要表现在半自动和自动化机床、组合机床、组合机床自动线的出现。这一时期自动化技术发展的目地是要解决单一品种大批量生产的自动化问题。 2.柔性自动化时期：其发展主要表现在出现了数控技术（NC）、计算机数控（CNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）。这一时期自动化技术发展的目地是满足多品种小批量甚至单件生产自动化的需要。 自动化机床 组合机床 自动化机床自动线 3.综合自动化时期：出现了计算机集成制造系统（CIMS）、并行工程（CE），精益生产（LP）、敏捷制造（AM），这一时期自动化技术发展的目地是为了充分利用资源，发挥综合效益。 柔性制造单元（FMC） 柔性制造系统（FMS） 数控加工中心（CNC） 三.制造自动化技术的发展趋势 1.制造敏捷化 2.制造网络化 3.制造虚拟化 4.制造智能化 5.制造全球化 6.制造绿色化 第二节 工业机器人 工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机；是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。 一.工业机器人的组成与分类 1.工业机器人的组成： 典型的工业机器人一般由执行机构、控制系统、驱动系统和位置检测机构等几个部分组成。 ⑴执行机构：是一组具有与人手脚功能相似的机械结构，又称为操作机，通常包括： ①手部：又称为抓取机构或夹持器，用于直接抓取工件或工具 ②腕部：连接手部和臂部的部件，用以调节手部的姿态和方位。 ③臂部：是支撑手腕和手部的部件，由动力关节和连杆组成，用以承受工件或工具负荷，改变工件或工具的空间位置，并将它们送至预定位置。 ④机身：又称立柱，是支撑臂部的部件，用以扩大臂部的活动和作业范围。 ⑤机座及行走机构：是支撑整个机器人的基础部件，用以确定或改变机器人的位置。 ⑤机座及行走机构：是支撑整个机器人的基础部件，用以确定或改变机器人的位置。 ⑵控制系统：是机器人的大脑，控制与支配机器人按给定的程序动作，并记忆人们示教的指令信息，如动作顺序，运动轨迹、运动速度等，可再现控制所存储的示教信息。 ⑶驱动系统：是机器人执行作业的动力源，按照控制系统发来的控制指令驱动执行机构完成规定的作业。 ⑷位置检测装置：通过附设的力、位移、触觉、视觉等不同的传感器，检测机器人的运动位置和工作状态，并随时反馈给控制系统，以便执行机构以一定的精度和速度达到设定的位置。 2.工业机器人的分类： ⑴按系统功能分： ①专用机器人：在固定的地点以固定的程序工作的机器人。 特点：结构简单，工作对象单一，无独立控制系统，造价低廉。 ②通用机器人：具有独立控制系统，通过改变控制程序能够完成多种作业的机器人。 特点：结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。 ③示教再现机器人：具有记忆功能的机器人。 特点：在操作者的示教操作后，能按示教的顺序、位置、条件与其它信息反复重现示教操作。 换刀机械手 换刀机械手工作实录 ④智能机器人：采用计算机控制，具有视觉，听觉，触觉等多种感觉功能和识别功能的机器人。 特点：通过比较识别，自主作出决策和规划，自