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车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真实现

摘要

随着国家对中国制造 2025 的规划，中国制造业企业逐渐从自动化向智能制造转型， 智能制造产线可以对传统制造业进行革新，传统制造业广泛应用于汽车制造、航空航天、 船舶业等等相关传统行业。制造业属于第二产业，其领域涉及广泛，包含了民生、教育、 互联网等等都会基于制造业发展。智能制造类型广泛，对于传统制造业设备自动化程度高， 但智能化程度不高，为了使得产线更加智能化必须保证最基本的智能制造单元的运行。

本文以切削加工智能制造单元为研究对象，针对车铣复合类零件加工的智能生产线搭 建与仿真实现展开研究与设计，首先分析最基本智能制造单元的组成分别为：数控车床， 加工中心，带地轨轴的七轴工业机器人，总控 PLC 软件，MES 系统，立体化料仓，中央 控制系统，RFID 读写器以及 RFID 芯片等相关设备及软件。首先通过智能产线数字孪生虚 拟调试软件对产线进行搭建，其次对机器人进行编程，利用 CAXA 软件对零件建模并进行 刀轨自动编程，对 PLC 进行编程，利用智能制造单元理实一体化平台将上述程序进行可靠 性仿真并生成仿真动画。

本设计合理的搭建了切削加工智能制造单元，并编写了相关程序，解决了切削加工智 能制造单元的基本运行以及原理。利用智能制造单元理实一体化平台对产线搭建、编写程 序进行仿真，验证了车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真运行的合理性，对实际 的车铣复合类零件加工的智能生产线运行具有良好的指导作用。

关键词：车铣复合加工；智能生产线；系统搭建与仿真

 

目  录

1  引  论 1

1.1  论文的研究目的及意义 1

1.2  国内外研究现状 1

1.3  研究内容 2

2  车铣复合加工智能制造单元产线布局及搭建 3

2.1  车铣复合加工智能制造单元产线布局 3

2.2  智能产线数字孪生虚拟系统搭建 6

3  车铣复合加工智能制造单元各模块编程 8

3.1  工业机器人程序设计思路及编程 8

3.2 PLC 程序设计思路及编程 21

3.3 CAXA 计算机辅助制造数控加工编程 25

4  车铣复合类零件加工智能产线控制流程图及联调仿真 46

4.1  车铣复合类零件加工智能产线控制流程图 46

4.2  车铣复合类零件加工智能制造产线联调仿真 48

5  结  语 49

参考文献 50

致  谢 51

附  录 52
 

1  引  论

1.1  论文的研究目的及意义

目的：以切削加工智能制造单元为研究对象，针对车铣复合类零件加工的智能生产线 搭建与仿真实现展开研究与设计，分析切削加工智能制造单元的设备组成以及切削加工智 能制造单元的工作原理，掌握组成设备的应用以及设备与设备之间的通讯，通过对各类设 备的编程，以及设备之间的通讯编程，将程序导入至智能制造理实一体化平台对程序进行 验证， 目的是更深层次了解切削加工智能制造单元同时对实际车铣复合类零件加工的智能 生产线运行具有良好的指导作用。

意义：智能制造是基于 21 世纪信息时代与 21 世纪先进制造技术的融合，其作用贯穿 有关制造的多个环节，智能制造就是具有自感知、 自学习、自决策、 自执行、自适应的新 型生产方式，同时智能制造产线具有高度柔性化，可以根据产品需求定制，解决了自动化 只能单一批量生产的问题，且智能产线是具有智能化和高度集成的特点。随着先进制造技 术、信息技术、人工智能、大数据分析等技术的发展，智能制造将在企业中得到广泛的应 用和改进，智能制造产线将会革新传统的自动化产线。

1.2  国内外研究现状

国外研究现状：

1988 年智能制造概念的提出是由美国纽约大学教授怀特（P.K.Wright） 和布恩 （DA.Bourne）出版了书籍《智能制造》2011 年美国实施“ 先进制造伙伴计划” 战略该计划 重新规划了美国制造业发展战略方向，同时研究更加先进的材料勇于工业，研究新型制造 工艺以及基于互联网的新一代工业机器人来实现制造业由自动化向智能化的升级。

2013 年德国提出“工业 4.0”计划，德国将“工业 4.0”上升为国家战略层，希望做第四次 工业革命的引领者，通过工业网络、多传感技术、信息集成技术、将各式工业制造单元模 块化，通过信息集成将原材料信息借助于工业互联网实现信息交互，使得机器可以做到自 主决策， 自感知，同时使得生产柔性化程度更高，个性化程度更高，同时智能制造系统还 可以利用智能物流管理系统和社交网络，整合物资信息，实现物料信息快速匹配，提高生 产效率和柔性程度

2014 年英国开展“ 高价值制造”战略

2015 日本颁布“机器人新战略”大力发展网络信息技术，以信息技术推动制造业发展。 通过发展协同机器人、多功能电子设备、智能机床和物联网技术打造先进的无人化智能工 厂。日本制造业十分注重自动化、信息化与传统制造业的融合，由于日本为老牌工业强国， 已经广泛的普及了工业机器人，通过信息技术与智能设备的结合大大提高生产效率和生产 稳定性。

2016 年欧盟颁布“ 数字化欧洲工业计划” 欧盟的工业计划是在各国战略基础上提出的 数字化欧洲工业计划，该计划期望利用云计算和大数据技术有效结合起来提升大数据在工 业智能化方面的竞争力。

国内研究现状：

在 2010 年后各国相继推出了自己有关于智能制造的方案，于 2015 年中国提出《中国 制造 2025》国家行动纲领，中国智能制造的重点领域主要体现在：加快机械、航空、船舶 等相关制造行业的生产设备的智能化改造，统筹布局和推动智能交通、智能工程机械、服 务机器人等等。其实我国对智能制造的研究始于 20 世纪八十年代取得了一些成果，但是 没有形成完整的研究体系，现如今我国在智能制造等制造业发展明显较快，但相对于制造 业强国我国的综合竞争能力较弱，根据国内制造业的智能化实际情况来看，智能化只是解 决了制造效率低和精度低的问题，还没达到正真意义上智能制造的五大特点既自感知、自 执行、 自适应、 自决策、 自学习。但是不论是我国还是国外都在为这个目标努力奋斗。

我国智能制造发展中也存在需要解决的问题：一是自主创新能力不强，核心技术对外 依靠较高。二是智能装备制造标准化普及不够，企业建设没有统一的标准。三是工业大数 据应用价值还没有充分的挖掘。四是智能制造相关的现代服务业发展滞后。为此，制造业 智能化的发展需要我们继续努力研究。

1.3  研究内容

研究对象：“车铣复合类零件加工的智能产线系统搭建与仿真”为研究对象。

研究内容：本次毕业设计研究内容是“车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真” 的程序设计及系统搭建仿真，车铣复合类零件加工的智能生产线搭建与仿真中主要包含了 切削加工智能制造单元中涉及到的 PLC 编程、工业机器人编程、CAXA 软件应用、MES  系统应用以及理实一体化平台联调仿真，本次论文将详细介绍工业机器人编程及 CAXA 软 件应用，其余程序及仿真视频主要以附件形式放置附录七中。

 

 

参考文献

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