1、培训主题：智能工厂系统设计与控制培训人：许怡赦日期：7月11号智能工厂系统设计与控制培训教材第1页课前秀一课前秀一智能工厂系统设计与控制培训教材第2页课前秀二课前秀二智能工厂系统设计与控制培训教材第3页课前秀三课前秀三智能工厂系统设计与控制培训教材第4页课前秀四课前秀四智能工厂系统设计与控制培训教材第5页课前秀五课前秀五智能工厂系统设计与控制培训教材第6页概述概述本条产线围绕工业4.0与中国制造2025先进理念展开，以亚控操作系统为核心，加以各类先进数控机床、机器人、视觉系统和移动终端构成整个产线信息物理系统。此次产线所加工对象是不锈钢，最终产品是各类启瓶器、吊坠等小型工艺品。之所以选择这类产
2、品为生产对象，主要是因为它多样性，包括外形多样性、图案文字多样性以及两者组合多样性。正是这种多样性存在，提高了整个系统设计难度，但是其次它满足了柔性化生产、以及个性化定制，这就使整个产线更加贴合工业4.0于中国制造2025先进生产制造理念。产线整个生产流程均在系统监控与指导下完成，从上料开始到激光切割、数控精雕、双端面磨削、清洗烘干、再到视觉检测以及最后喷砂处理，每一步都自动完成。下面我们将对整个产线信息物理系统，加工工艺流程进行介绍，包括加工方式选择、工艺路线选定、工艺参数调整优化和设备调试过程中所遇到难点以及相应解决办法。智能工厂系统设计与控制培训教材第7页智能制造生产线智能工厂系统设计与
3、控制培训教材第8页机器人上料智能工厂系统设计与控制培训教材第9页激光切割智能工厂系统设计与控制培训教材第10页个性化雕刻智能工厂系统设计与控制培训教材第11页双端面磨削智能工厂系统设计与控制培训教材第12页清洗烘干智能工厂系统设计与控制培训教材第13页表面喷砂智能工厂系统设计与控制培训教材第14页视觉检测智能工厂系统设计与控制培训教材第15页打包入库智能工厂系统设计与控制培训教材第16页提提 纲纲一、生产系统工业一、生产系统工业4.04.0框架框架二、激光切割加工二、激光切割加工三、雕刻加工三、雕刻加工四、毛刺打磨处理四、毛刺打磨处理五、双端面磨削加工五、双端面磨削加工六、六、CCDCCD视觉
4、检测视觉检测七、表面喷砂处理七、表面喷砂处理八、打包装盒八、打包装盒智能工厂系统设计与控制培训教材第17页产线信息物理系统（CPS）I/O等以太网以太网CANI/O多媒体教学系统生产管理系统系统工控机双端面磨床数控精雕机激光切割机喷砂机清洗风干机码垛打包机输送机多关机机器人CCD视觉系统直角机器人SCARA机器人移动终端设备人机界面以太网Wifi智能工厂系统设计与控制培训教材第18页产线人性化APP操作系统APP系统工控机 生产线以太网I/O实时监控画面产品类型尺寸范围形 状图案文字数 量预览产品样式选择工作站参数查询生产信息查询实时数据查询APP设置生产线设置监控系统设置设置摄像头选择实时监
5、控设置实时画面智能工厂系统设计与控制培训教材第19页产线远程管理与自动生产系统远程操控订单远程操控订单远程读取设备信息远程读取设备信息远程监视现场画面远程监视现场画面从原材料到成品出从原材料到成品出货实现无人自动化货实现无人自动化柔性化定制产品柔性化定制产品手指轻轻一点手指轻轻一点坐等个性化出炉坐等个性化出炉智能工厂系统设计与控制培训教材第20页产线个性化定制系统系统工控机我要吊坠我要启瓶器双端面磨床数控精雕机激光切割机喷砂机清洗风干机码垛打包机输送机多关节机器人直角机器人CCD视觉系统SCARA机器人智能工厂系统设计与控制培训教材第21页产线数字化生产系统（101，201）（101，201）
6、（103，203）（101，201）（102，202）智能生产线智能工厂系统设计与控制培训教材第22页激光切割加工激光切割加工一、切割加工种类一、切割加工种类切割加工按照加工形式大致能够分为两类，即冷冷切切割割与热热切切割割。其中冷切割包含剪切、锯切割、水射流切割等，热切割包含气体火焰切割、等离子弧切割、和激光切割等。切割作业是本产线第一道加工工序，将会直接影响后续一系列搬运动作以及加工质量。所以选择一个适当切割方式显得尤为主要。水流切割火焰切割智能工厂系统设计与控制培训教材第23页二、我们为何选择激光切割二、我们为何选择激光切割激光切割相对于以上冷切割方式含有加工精度高、加工噪声小、技术理念
7、更为先进等优势。火焰切割和等离子弧切割即使切割速度快，不过切割过程中噪声、粉尘污染严重，工作环境差，这些都不符合学校教学要求。另外所选取激光切割配套有完善数控系统，更有利于学生掌握先进数字化技术。三、激光切割三、激光切割激光切割是材料加工中一个先进和应用较为广泛切割工艺。它是利用高能密度激光束作为“切割刀具”对材料进行切割加工方法。采取激光加工能够实现对各种金属、非金属板材、复合材料以及碳化钨、碳化钛等硬质材料加工，在国防建设、航空航天、工程机械等领域取得广泛应用。激光切割加工激光切割加工激光切割等离子切割智能工厂系统设计与控制培训教材第24页激光切割加工激光切割加工3.1 激光切割加工原理介
8、绍激光切割加工原理介绍激光切割时利用经聚焦高功率密度激光束照射工件，使被照射材料快速融化、汽化、烧蚀或者到达熔点，同时借助与光束同轴高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件割开。激光加工原理示意图如右所表示。激光切割又能够分为激光汽化切割、激光熔化切割、激光氧气切割和激光划片与控制断裂切割四种形式。这里我们选取激激光光熔熔化化切切割割，切割过程中经过与激光束同轴喷嘴中高速喷出非氧化气体氮气，使得液态金属排出，形成切口。这种切割方式相对其它几个耗能更低，愈加适合不锈钢板切割。激光切割原理图智能工厂系统设计与控制培训教材第25页激光切割加工激光切割加工四、加工过程中所碰到问题四、加工过程中所碰到问题
9、无法切透钢板问题一 边缘毛刺严重问题二 激光高热量造成夹具变形问题三怎样处理？智能工厂系统设计与控制培训教材第26页激光切割加工激光切割加工问题一：无法切透钢板问题一：无法切透钢板处处理理方方案案:影响激光切割深度最直接原因就是激光功率，所以针对这一问题，首先适当加大激光切割机功率，并调整吹气气压，最终顺利将钢板完全切透。问题二：边缘毛刺严重问题二：边缘毛刺严重处处理理方方案案：针对这一问题，经过大量试切后，我们发觉产生毛刺最主要原因是氮气气压大小。假如气压过小，熔融金属将无法被快速吹走，残留在工件外轮廓上并形成毛刺。所以经过对吹气气压进行优化调整之后，所切割产品已基本无毛刺。问题三：激光高热
10、量造成夹具变形问题三：激光高热量造成夹具变形处处理理方方案案：因为在激光切割过程中会瞬间产生大量热量，夹具中废料回收装置因为受热不均匀发生严重变形。针对这一现象，我们将直接被激光照射废料回收装置底板由原来钣金换成了厚度更厚板材，从而处理受热变形这一问题。智能工厂系统设计与控制培训教材第27页激光切割加工激光切割加工切割参数优化前产品切割参数优化后产品VS智能工厂系统设计与控制培训教材第28页边缘毛刺打磨处理边缘毛刺打磨处理砂纸抛光盘前面我们已经说过，经过对激光切割机参数优化之后我们已经能够取得基本无毛刺产品，为何还要在这里加入毛刺打磨这一步？在切割过程中我们不停对激激光光功功率率、氮氮气气吹吹
11、气气气气压压以及激激光光头头与与料料板板距距离离参数进行优化调整，以上三个原因都是我们能够准确控制，不过还有一个原因是不可控，也就是料料板板平平面面度度。因为我们采取原材料是已经成型不锈钢板材，它所能确保只有板材厚度，这就造成在切割过程中激光头与板材之间距离不定，从而造成偶有毛刺产生。针对这一问题，我们专门设计了一台专用小型抛光机，用于去除残留毛刺，而且取得良好效果。智能工厂系统设计与控制培训教材第29页雕刻加工雕刻加工方式当前主要有激光雕刻加工和机械雕刻加工。二者区分主要由以下几点：激光雕刻非接触加工物件，精度更高难以在金属表面做到有深度雕刻产生废气愈加适合雕刻照片机械雕刻接触加工物件刀具寿
12、命相对更长无废气产生更易于在金属表面作出有深度雕刻一、概述：一、概述：智能工厂系统设计与控制培训教材第30页雕刻加工经过对比我们发觉激光雕刻与机械雕刻各有优势，激光雕刻采取非接触式加工，无需固定工件、雕刻精度更高。不过机械雕刻更适合金属表面有深度雕刻，而且我们前面已经配置一台激光切割机，为了使产线机种多样性，愈加有利于教学，我们选择了机械式数控精雕机我们选择了机械式数控精雕机。主要问题点工件定位不可靠加工速度慢刀具易磨损二、雕刻过程中主要问题点二、雕刻过程中主要问题点智能工厂系统设计与控制培训教材第31页雕刻加工三、处理方案三、处理方案问题一：工件定位不可靠问题一：工件定位不可靠在设备调试过程
13、中我们经常碰到问题就是工件定位不可靠，造成雕刻图案跑偏，甚至工件掉落。这主要是因为机械雕刻加工过程中刀具高速旋转，与工件之间有切削力而且方向不定。另外雕刻过程中不停有切削液喷淋至工件，因为工件与夹具贴合面之间存在缝隙，从而破坏真空，影响了工件定位。针对这一情况，我们主要对定位夹具做了改进，使用专用夹具胶皮，使工件与夹具贴合更为紧密，详细办法将在夹具介绍中说明。问题二：加工速度慢问题二：加工速度慢雕刻速度过慢主要是因为最初设计图案、文字现有线条又有区域，而区域雕刻速度过慢，不满足节拍要求，因而后期对图案文字进行了重新设计，雕刻速度也大大提升。问题三：刀具易磨损问题三：刀具易磨损刀具磨损主要与切削
14、参数相关，为了防止刀具过快磨损我们对切削参数进行了优化，比如适当提升主轴转速、减小进给速度。智能工厂系统设计与控制培训教材第32页双端面磨削加工产品经过外形切割、图案文字雕刻两道工序之后，已经基本成型，不过表面难免会有划痕，为了使表面愈加美观，我们采取双端面磨削对其上下表面进行同时磨削。一、双端面磨削介绍一、双端面磨削介绍双端面磨削是一个高效率平面加工方式，它在一次行程中能加工出两个含有相当高精度及表面光洁度平行端面。双端面磨床能够到达很高加工精度，对于加工零件上下面平行度、尺寸准确度、表面粗糙度均要求高工件，这是首选加工方式。它与普通平面磨床最大不一样之处：不是靠磁性来固定工件，而是工件上下
15、平面一起平行磨削加工。也就是说，不论加工件是铜还是其它不产生磁性材料都可加工。而且进给均匀、速度快、效率高。与研磨机床相比，在到达一样精度基础上加工效率是研磨机床10倍。智能工厂系统设计与控制培训教材第33页双端面磨削加工在实施过程中主要有以下两个难点：1、送送料料盘盘设设计计：因为产品外形、大小均不固定，我们不可能为每个产品单独设置一个放置孔位，所以需要设计一个复合式送料盘，允许一个孔位能够放置各种产品。2、怎怎样样将将产产品品放放入入预预定定孔孔位位：为了能够将产品顺利放入对应孔位，到达磨削效果，我们将磨床主轴原来三相异步电机换成伺服电机，实现准确转位。三相异步电机伺服电机智能工厂系统设计
16、与控制培训教材第34页清洗烘干工件在经过磨削加工之后表面必将残留有磨削液、铁屑等脏污，为了确保下一道工序顺利进行，我们对工件进行清洗烘干处理。清洗过程中采取清水喷淋处理，将工件表面磨削液洗净，然后采取热风将工件上下表面同时吹干处理。整个清洗、烘干作业过程无需人工干预，自动完成。出口入口智能工厂系统设计与控制培训教材第35页CCD视觉检测系统本处所采取检测方式为CCD光学视觉检测，它主要包含光光源源、镜镜头头、控控制制系系统统三部分。视觉检测是指经过机器视觉产品将被摄取目标转换成图像信号，传送给专用图像处理系统，依据像素分布和亮度、颜色等信息，转变成数字化信号；图像系统对这些信号进行各种运算来抽
17、取目标特征，进而依据判别结果来控制现场设备动作。镜头控制系统光源智能工厂系统设计与控制培训教材第36页CCD视觉检测系统视觉检测含有以下优势：1 1、非非接接触触测测量量 对于观察者与被观察者都不会产生任何损伤，从而提升系统可靠性。2 2、含含有有较较宽宽光光谱谱响响应应范范围围 比如使用人眼看不见红外测量，扩展了人眼视觉范围。3 3、长长时时间间稳稳定定工工作作 人类难以长时间对同一对象进行观察，而机器视觉则能够长时间地作测量、分析和识别任务。此处总共有两次检测，首先对产品外形进行检测，然后再进行产品表面图案检测，两次检测中间还有一次喷砂处理。视觉系统除了检测作用外，还能标定产品位置，为SC
18、ARA机器人提供准确抓取位置信息。外形检测产品中心位置标定喷砂处理图案、文字检测打包装盒剔除剔除合格合格不合格不合格+智能工厂系统设计与控制培训教材第37页喷砂处理喷砂处理是整个工艺流程中最终一道加工工序，它采取压缩空气为动力，以形成高速喷射束将喷料高速喷射到需要处理工件表面，使工件外表面外表或形状发生改变，因为磨料对工件表面冲击和切削作用，使工件表面取得一定清洁度和均匀粗糙度。同时喷砂还能对机加工件毛刺进行清理，表面美化喷砂能清理工件表面微小毛刺，并使工件表面愈加平整，消除了毛刺危害，提升了工件档次。而且喷砂能在工件表面交界处打出很小圆角，使工件显得愈加美观、愈加精密。一、喷砂工艺介绍一、喷
19、砂工艺介绍二、主要难点二、主要难点智能工厂系统设计与控制培训教材第38页喷砂处理工件定位难：工件定位难：因为在，喷砂过程中喷料高速喷射到物体表面，冲击力相当大。为了确保工件定位可靠，我们将最初夹紧定位优化为真空吸附定位，同时增强产品与夹具接触面之间密封性。怎样确保产品同一表面喷砂均匀：怎样确保产品同一表面喷砂均匀：因为喷料呈束状喷出，一次喷砂面积有限，喷头在喷砂过程中本身不能摆动。假如工件也静止不动，就会造成同一表面上喷砂不均匀，使得表面粗糙度不一致。为此我们将固定式夹具改进为旋转式夹具，确保了同一表面喷砂均匀。怎样确保产品上下表面喷砂均匀：怎样确保产品上下表面喷砂均匀：同一产品上下表面喷砂不
20、均匀，这是因为在对一个表面进行喷砂处理时，部分喷料喷射到夹具上反弹，对工件另一面也进行了喷砂，而这类反弹有事不规则，这就造成了工件上下表面喷砂不均匀。为了确保产品上下表面喷砂均匀，我们将产品原先与夹具部分密封接触改进为全部密封接触，成功处理这一问题。三、处理方法三、处理方法智能工厂系统设计与控制培训教材第39页喷砂处理喷砂处理前喷砂处理后夹持式夹具翻转机构+旋转式夹具改进智能工厂系统设计与控制培训教材第40页打包装盒产品经过喷砂处理之后就已经完成全部加工流程，接下来就是对检测合格产品进行打包装盒。这一过程包含以下几个动作：气缸推出包装盒开盒产品放置闭盒机器人将包装盒搬送至传送带智能工厂系统设计与控制培训教材第41页谢谢聆听！谢谢聆听！智能工厂系统设计与控制培训教材第42页智能工厂系统设计与控制培训教材第43页智能工厂系统设计与控制培训教材第44页
