计算机集成制造（CIMS）实验指导书机械设计制造系2006年1月
计算机集成制造（CIMS）实验指导书 机械设计制造系 2006 年 1 月
目录一、实验概述二、中央主控小组实验指导书、车削加工小组实验指导书四、铣削加工小组实验指导书五、物流小组实验指导书六、测量部分实验指导一七、机器人编程实验指导书
- 1 - 目 录 一、实验概述. 2 二、中央主控小组实验指导书. 4 三、车削加工小组实验指导书. 11 四、铣削加工小组实验指导书. 14 五、物流小组实验指导书. 17 六、测量部分实验指导书. 20 七、机器人编程实验指导书. 22
实验概述本实验课是通过在一个小型的CIMS实验系统上进行几个简单零件的加工，使学生亲身了解制造系统的生产过程，并能够从系统的角度加深对数控车、数控铣、测量、物流及总控五个过程的理解，学习制造系统各部分的操作、编程与调试，以及制造过程中的协同工作，切实地体验自动化加工的优点和现存的不足之处。实验所使用的 CIM小型系统由DENFORD公司开发，该系统主要用于对 CIM系统的进一步研究以及提供工业标准的培训设施，系统软件对硬件和第三方软件有广泛的兼容性，并为教学提供一个完整的 CIM系统。整个Denford CIM的开发采用了4个设计标准：1）软件的高度兼容性；2）系统的成本低；3）软件设计的模块化；4）系统有可扩展性。系统的控制部分是两台PC机，分别运行着Host和Cells 程序，通过PC机和各Cell中所带的通讯装置相互协调，实现自动化加工其中Host是CIM系统的控制核心，直接与所有单元通讯及传送指令，负责对各个单元的初始化设置、运行时的实时控制及监视，同时，用户也主要通过Host界面控制整个加工过程图1计算机集成制造系统图本系统主要有以下部分组成：计算机控制系统、自动仓库、自动导引小车、三坐标测量仪、车中心、铣中心、3个机器人、传送带、传感装置。其中，机器人1与车中心构成单元1；机器人2与铣中心构成单元2：机器人3与三坐标测量仪构成单元3。计算机控制系统包括主机（Host）和单元机（Cel1)。主机除了作为上层控制计算机外，还控制自动仓库、小车、单元3、传感装置。单元机控制传送带，单元1和单元2。如图1所示。在实验加工中，试件材料为铝材，其特点是重量轻，容易切削，其加工工艺路线为：检测从库中取毛坏车削铣削零件入库本实验加工4个零件，其中零件1和零件2应该良好配合，零件3和零件4应该良好配合。零件图如图2所示
- 2 - 一、实验概述 本实验课是通过在一个小型的 CIMS 实验系统上进行几个简单零件的加工，使学生亲身 了解制造系统的生产过程，并能够从系统的角度加深对数控车、数控铣、测量、物流及总控 五个过程的理解，学习制造系统各部分的操作、编程与调试，以及制造过程中的协同工作， 切实地体验自动化加工的优点和现存的不足之处。 实验所使用的 CIM 小型系统由 DENFORD 公司开发，该系统主要用于对 CIM 系统的进一步 研究以及提供工业标准的培训设施，系统软件对硬件和第三方软件有广泛的兼容性，并为教 学提供一个完整的 CIM 系统。整个 Denford CIM 的开发采用了 4 个设计标准：1）软件的高 度兼容性；2）系统的成本低；3）软件设计的模块化；4）系统有可扩展性。系统的控制部 分是两台 PC 机，分别运行着 Host 和 Cells 程序，通过 PC 机和各 Cell 中所带的通讯装置相 互协调，实现自动化加工。其中 Host 是 CIM 系统的控制核心，直接与所有单元通讯及传送 指令，负责对各个单元的初始化设置、运行时的实时控制及监视，同时，用户也主要通过 Host 界面控制整个加工过程。 图 1 计算机集成制造系统图 本系统主要有以下部分组成：计算机控制系统、自动仓库、自动导引小车、三坐标测量 仪、车中心、铣中心、3 个机器人、传送带、传感装置。其中，机器人 1 与车中心构成单元 1；机器人 2 与铣中心构成单元 2；机器人 3 与三坐标测量仪构成单元 3。计算机控制系统包 括主机（Host）和单元机（Cell）。主机除了作为上层控制计算机外，还控制自动仓库、小 车、单元 3、传感装置。单元机控制传送带，单元 1 和单元 2。如图 1 所示。 在实验加工中，试件材料为铝材，其特点是重量轻，容易切削，其加工工艺路线为： 本实验加工 4 个零件，其中零件 1 和零件 2 应该良好配合，零件 3 和零件 4 应该良好配 合。零件图如图 2 所示。 从库中取毛坯 车削 铣削 检测 零件入库
店速通零件 1 零件 2 零件3零件 4 图 2 四个零件图为了保证实验效果，每个零件的加工为一个大组，在每一个大组中又分别分成中央主控组、物流和测量组、车削组和铣削组。当完成工艺路线的制定和优化后，每个大组先进行组内调试，当四个大组都调试、运行正常后，将四个大组合并在一起进行从上料到最终加工成零件全过程的联调，最后加工出图纸需求的产品，同时完成实验报告。根据给定加工零件确定工艺路线和加工工艺内容的要求，并进行分组。实验所组别实验分工和内容耗时间编写 CMM单元中的 Robot的控制代码设置托盘编码：物流确定零件在货架中的位置。8.小时和测量组初步掌握三坐标测量仪软硬件的使用方法：坐标测量仪对工件进行测量：对测量结果进行分析和比较。编写车削单元中的Robot的控制代码：根据零件形状使用系统提供的代码编写数控车床加工程序：车削组8小时调试程序、试切车削。单元联调编写车削单元中的Robot的控制代码；根据零件形状使用系统提供的代码编写数铣床加工程序；8小时铣削组调试程序、试切铣削。单元联调总体规划：设计shop-floor设计 partpocess;设计 part-route;总体组8小时根据零件数生成schedular:将 schedular 发布到系统中自动执行。对加工多个不同零件的生产进行优化，确定一个最优方案，各组具体的实验内容参见各组的实验指导书。实验结束后，各小组按照实验要求完成报告，最后由各实验大组的组长整理出完整的本大组的实验报告并提交。3
- 3 - 零件 1 零件 2 零件 3 零件 4 图 2 四个零件图 为了保证实验效果，每个零件的加工为一个大组，在每一个大组中又分别分成中央主 控组、物流和测量组、车削组和铣削组。当完成工艺路线的制定和优化后，每个大组先进行 组内调试，当四个大组都调试、运行正常后，将四个大组合并在一起进行从上料到最终加工 成零件全过程的联调，最后加工出图纸需求的产品，同时完成实验报告。 根据给定加工零件确定工艺路线和加工工艺内容的要求，并进行分组。 组 别 实验分工和内容 实验所 耗时间 物 流 和测量组 编写 CMM 单元中的 Robot 的控制代码； 设置托盘编码； 确定零件在货架中的位置。 初步掌握三坐标测量仪软硬件的使用方法； 用三坐标测量仪对工件进行测量； 对测量结果进行分析和比较。 8 小时 车 削 组 编写车削单元中的 Robot 的控制代码； 根据零件形状使用系统提供的代码编写数控车床加工程序； 调试程序、试切车削。 单元联调 8 小时 铣 削 组 编写车削单元中的 Robot 的控制代码； 根据零件形状使用系统提供的代码编写数铣床加工程序； 调试程序、试切铣削。 单元联调 8 小时 总 体 组 设计 shop-floor 总体规划； 设计 part-process； 设计 part-route； 根据零件数生成 schedular； 将 schedular 发布到系统中自动执行。 对加工多个不同零件的生产进行优化，确定一个最优方案。 8 小时 各组具体的实验内容参见各组的实验指导书。实验结束后，各小组按照实验要求完成报 告，最后由各实验大组的组长整理出完整的本大组的实验报告并提交
二、中央主控小组实验指导书（一）实验目的1.通过设计整体加工流程以及控制加工过程，了解CIMS工作的基本原理和步骤。2．通过调整系统加工的时间，体会如何优化生产过程，提高生产效率。3．通过与其它各分组的合作，完成加工，发扬团队合作精神。（二）实验内容1.按系统实际工作顺序，需要进行的内容包括：1）设计工作场地的模拟图；2）编制零件加工工艺：3）人工确定零件在CIMS中的加工顺序4）系统根据输入加工零件的个数自动生成工作的GANT图；5）确定GANT图的正确性，修改，无误后保存或系统发布执行。2．整体组联调，能成功顺利地加工出一个零件。3.利用本组的车间场地，设计4个不同零件（见零件图）的加工，并且进行时间的优化，达到加工时间最短，4．与其他组联调，能成功加工出4个不同零件，并且比较实际加工时间与设计时间的不同。（三）设备情况介绍系统主要由两台PC机组成，即主机（host）和单元计算机（cel1）。运行在WINDOWS95的操作系统上，应用软件由DENFORM公司自行开发主机控制整个CIMS，位于控制层的顶层，能够直接将所有单元和局域网联系起来，它作为用户和整个制造过程的交互工具，用于制造过程的初始化、控制和监视下层单元的工作。单元计算机用于控制和监视各个机械系统的实时事件。本次实验加工的零件需要先经过车削、然后铣削，最后测量入库，因此，与总控相关的设备有：传送带（Convevor），车削单元的机器人、NC车床，铣削单元的机器人、NC铣床自动货架，AGV小车，CMM单元机器人。（四）实验步骤打开Host主机，在桌面上找到CIM HOST图标，打开会看到五个模块的图标，分别为：ShopFloorDesign（生产场地设计模块），ProcessPlanner（过程规划模块），RoutePlanner（路径规划模块），Scheduler（调度模块），Dispatcher（发布模块）。按以下操作细则，完Shop Floor DesignProcess PlannerRoute Planner图1系统软件的操作流程注：一旦上层的模块要更Scheduler改，那么随后下层的所有模块都要重新操作。Dispatcher成整体系统的设计。各模块更详细的操作细则可参见相应的手册。4
- 4 - 二、中央主控小组实验指导书 （一）实验目的 1．通过设计整体加工流程以及控制加工过程，了解 CIMS 工作的基本原理和步骤。 2．通过调整系统加工的时间，体会如何优化生产过程，提高生产效率。 3．通过与其它各分组的合作，完成加工，发扬团队合作精神。 （二）实验内容 1．按系统实际工作顺序，需要进行的内容包括： 1）设计工作场地的模拟图； 2）编制零件加工工艺； 3）人工确定零件在 CIMS 中的加工顺序； 4）系统根据输入加工零件的个数自动生成工作的 GANT 图； 5）确定 GANT 图的正确性，修改，无误后保存或系统发布执行。 2．整体组联调，能成功顺利地加工出一个零件。 3．利用本组的车间场地，设计 4 个不同零件（见零件图）的加工，并且进行时间的优 化，达到加工时间最短。 4．与其他组联调，能成功加工出 4 个不同零件，并且比较实际加工时间与设计时间的 不同。 （三）设备情况介绍 系统主要由两台 PC 机组成，即主机（host）和单元计算机（cell）。运行在 WINDOWS95 的操作系统上，应用软件由 DENFORM 公司自行开发。 主机控制整个 CIMS，位于控制层的顶层，能够直接将所有单元和局域网联系起来，它 作为用户和整个制造过程的交互工具，用于制造过程的初始化、控制和监视下层单元的工作。 单元计算机用于控制和监视各个机械系统的实时事件。 本次实验加工的零件需要先经过车削、然后铣削，最后测量入库，因此，与总控相关的 设备有：传送带（Conveyor），车削单元的机器人、NC 车床，铣削单元的机器人、NC 铣床， 自动货架，AGV 小车，CMM 单元机器人。 （四）实验步骤 打开 Host 主机，在桌面上找到 CIM HOST 图标，打开会看到五个模块的图标，分别为： Shop Floor Design（生产场地设计模块），Process Planner（过程规划模块），Route Planner （路径规划模块），Scheduler（调度模块），Dispatcher（发布模块）。按以下操作细则，完 成整体系统的设计。各模块更详细的操作细则可参见相应的手册。 Shop Floor Design Process Planner Route Planner Scheduler Dispatcher 图 1 系统软件的操作流程 注：一旦上层的模块要更 改，那么随后下层的所有 模块都要重新操作