第8章自動(dòng)化制造系統(tǒng)

第8章自動(dòng)化制造系統(tǒng)8.1概述8.2數(shù)控機(jī)床8.3工件儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備8.4工業(yè)機(jī)器人8.5檢測與監(jiān)控系統(tǒng)8.6輔助設(shè)備思索題8.1概述 8.1.1剛性自動(dòng)化消費(fèi) 1.剛性半自動(dòng)化單機(jī) 除上、下料外，機(jī)床可以自動(dòng)完成單個(gè)工藝過程的加工循環(huán)，這樣的機(jī)床稱為剛性半自動(dòng)化機(jī)床。 2.剛性自動(dòng)化單機(jī) 它是在剛性半自動(dòng)化單機(jī)的根底上添加了自動(dòng)上、下料等輔助安裝而構(gòu)成的自動(dòng)化機(jī)床。 3.剛性自動(dòng)化消費(fèi)線 剛性自動(dòng)化消費(fèi)線是多工位消費(fèi)過程，用工件保送系統(tǒng)將各種自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序銜接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個(gè)零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。 圖8-1所示為加工曲拐零件的剛性自動(dòng)線總體規(guī)劃圖。該自動(dòng)線年消費(fèi)曲拐零件17000件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件外形不規(guī)那么，沒有適宜的保送基面，因此采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的保送。圖8-1曲拐加工自動(dòng)線(a)正視圖；(b)俯視圖 該曲拐加工自動(dòng)線由七臺(tái)組合機(jī)床和一個(gè)裝卸工位組成。全線定位夾緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)泵站集中供油。工件的保送采用步伐式保送帶，保送帶用鋼絲繩牽引式傳動(dòng)安裝驅(qū)動(dòng)。 8.1.2柔性制造單元(FMC) 柔性制造單元〔FlexibleManufacturingCell〕由單臺(tái)數(shù)控機(jī)床、加工中心、工件自動(dòng)保送及改換系統(tǒng)等組成。 1.FMC控制系統(tǒng) FMC控制系統(tǒng)普通分為兩級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。 〔1〕設(shè)備控制級。 〔2〕單元控制級。 2.FMC的根本控制功能 FMC的根本控制功能包括： 〔1〕單元中各加工設(shè)備的義務(wù)管理與調(diào)度。 〔2〕單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度。 〔3〕刀具系統(tǒng)的管理。圖8-2所示為一以加工回轉(zhuǎn)體零件為主的柔性制造單元。圖8-2柔性制造單元 圖8-3所示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機(jī)是一臺(tái)臥式加工中心，刀庫容量為70把，采用雙機(jī)械手換刀，配有8工位自動(dòng)交換托盤庫。托盤庫為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫臺(tái)面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動(dòng)而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。

圖8-3帶托盤庫的柔性制造單元 8.1.3柔性制造系統(tǒng)(FMS) 柔性制造系統(tǒng)〔FlexibleManufacturingSystem〕由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動(dòng)化的根底上實(shí)現(xiàn)了物料流和信息流的自動(dòng)化。其根本組成部分有： 自動(dòng)化加工設(shè)備、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。 1.自動(dòng)化加工設(shè)備 組成FMS的自動(dòng)化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車削中心等，也能夠是柔性制造單元。

2.工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) FMS工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由工件庫、工件運(yùn)輸設(shè)備和改換安裝等組成。工件庫包括自動(dòng)化立體倉庫和托盤〔工件〕緩沖站。工件運(yùn)輸設(shè)備包括各種傳送帶、運(yùn)輸小車、機(jī)器人或機(jī)械手等;工件改換安裝包括各種機(jī)器人或機(jī)械手、托盤交換安裝等。 3.刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng) FMS的刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫、刀具保送安裝和交換機(jī)構(gòu)等組成。 4.輔助設(shè)備 FMS可以根據(jù)消費(fèi)需求配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備普通包括自動(dòng)清洗任務(wù)站,自動(dòng)去毛刺設(shè)備,自動(dòng)丈量設(shè)備,集中切屑運(yùn)輸系統(tǒng)和集中冷卻光滑系統(tǒng)等。圖8-4FMS控制系統(tǒng)實(shí)例 5.多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) FMS的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、任務(wù)站控制級、設(shè)備控制級。圖8-4就是一個(gè)FMS控制系統(tǒng)實(shí)例，系統(tǒng)包括自動(dòng)導(dǎo)向小車〔AGV〕、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉儲(chǔ)設(shè)備等。 〔1〕設(shè)備控制級。 〔2〕任務(wù)站控制級。 〔3〕單元控制級。 圖8-5是一種較典型的FMS，四臺(tái)加工中心直線布置，工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由托盤站2、托盤保送車4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤交換安裝12等組成。圖8-5柔性制造系統(tǒng)的組成 圖8-6所示是一個(gè)具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)。柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：柔性高，順應(yīng)多種類中、小批量消費(fèi)；系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床工藝才干上是相互補(bǔ)充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系統(tǒng)部分調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；多層計(jì)算機(jī)控制，可以和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；可進(jìn)展三班無人干涉消費(fèi)。 8.1.4柔性制造線(FML) 柔性制造線〔FlexibleManufacturingLine〕由自動(dòng)化加工設(shè)備、工件保送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。

圖8-6具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng) 柔性制造線的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有剛性自動(dòng)線的絕大部分優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)批量不很大時(shí)，消費(fèi)本錢比剛性自動(dòng)線低得多；當(dāng)種類改動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)所需的調(diào)整時(shí)間又比剛性自動(dòng)線少得多，但建立系統(tǒng)的總費(fèi)用卻比剛性自動(dòng)線高得多。 1.自動(dòng)化加工設(shè)備; 2.工件保送系統(tǒng); 3.刀具; 圖8-7為一加工箱體零件的柔性自動(dòng)線表示圖，它由兩臺(tái)對面布置的數(shù)控銑床，四臺(tái)兩兩對面布置的轉(zhuǎn)塔式換箱機(jī)床和一臺(tái)循環(huán)式換箱機(jī)床組成。采用輥?zhàn)觽魉蛶ПＫ凸ぜ?。這條自動(dòng)線看起來和剛性自動(dòng)線沒有什么區(qū)別，但它具有一定的柔性。FML同時(shí)具有剛性自動(dòng)線和FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在消費(fèi)率上接近剛性自動(dòng)線。圖8-7柔性制造線表示圖 8.1.5柔性裝配線(FAL) 柔性裝配線〔FlexibleAssemblyLine〕通常由裝配站、物料保送安裝和控制系統(tǒng)等組成。 1.裝配站 FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機(jī)器人,不可編程的自動(dòng)裝配安裝和人工裝配工位。 2.物料保送安裝 3.控制系統(tǒng) FAL的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)展調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動(dòng)裝配站、裝配機(jī)器人。圖8-8是FAL的表示圖。圖8-8柔性裝配線表示圖 8.1.6計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)〔CIMS〕 1.CIMS的功能構(gòu)成 CIMS的功能構(gòu)成包括以下內(nèi)容(參考圖8-9)： 〔1〕管理功能。 〔2〕設(shè)計(jì)功能。 〔3〕制造功能。 〔4〕質(zhì)量控制功能。 〔5〕集成控制與網(wǎng)絡(luò)功能。圖8-9CIMS的組成 2.CIMS的關(guān)鍵技術(shù) 〔1〕信息集成。 〔2〕過程集成。 〔3〕企業(yè)集成。8.2數(shù)控機(jī)床 8.2.1普通數(shù)控機(jī)床 普通數(shù)控機(jī)床通常是指數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特點(diǎn)對其組成自動(dòng)化制造系統(tǒng)是非常重要的。 1.柔性高 2.自動(dòng)化程度高 3.加工精度高且質(zhì)量穩(wěn)定

4.消費(fèi)效率較高 5.具有刀具壽命管理功能 6.具有通訊功能 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床普通都具有通訊接口，可以實(shí)現(xiàn)上層計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通訊，也可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通訊，同時(shí)還可以直接對幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)展控制。通訊功能是實(shí)現(xiàn)DNC、FMC、FMS的必備條件。 圖8-10是數(shù)控安裝的根本組成框圖。圖8-10中的4為數(shù)控系統(tǒng)，它是數(shù)控機(jī)床的中心環(huán)節(jié)。圖8-10數(shù)控安裝的根本組成框圖 CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制安裝、可編程控制器〔PC或可編程邏輯控制器PLC〕、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成，如圖8-11所示。圖8-11CNC系統(tǒng)框圖 8.2.2加工中心(MC) 加工中心的系統(tǒng)根本組成與普通數(shù)控機(jī)床一樣，只是在此根底上添加了刀庫和自動(dòng)換刀安裝而構(gòu)成一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機(jī)床。加工中心配置有刀庫和自動(dòng)換刀安裝，能在一臺(tái)機(jī)床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個(gè)工序的加工。 加工中心機(jī)床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時(shí)間和搬運(yùn)時(shí)間，減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于零件比較復(fù)雜，需求多工序加工，且消費(fèi)批量中等的消費(fèi)場所。 加工中心通常是指鏜銑加工中心，主要用于加工箱體及殼體類零件，工藝范圍廣。 加工中心的刀具庫通常位于遠(yuǎn)離主軸的機(jī)床側(cè)面或頂部。 加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機(jī)方式，刀具隨機(jī)存取是最主要的方式。正確安放刀具是勝利執(zhí)行數(shù)控程序的根本條件。 回轉(zhuǎn)任務(wù)臺(tái)是臥式加工中心實(shí)現(xiàn)主軸運(yùn)動(dòng)的部件，主軸的運(yùn)動(dòng)可作為分度運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 回轉(zhuǎn)任務(wù)臺(tái)有兩種構(gòu)造方式：僅用于分度的回轉(zhuǎn)任務(wù)臺(tái)用鼠齒盤定位，分度前任務(wù)臺(tái)抬起，使上、下鼠齒盤分別，分度后落下定位，上、下鼠齒盤嚙合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械剛性銜接；用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)任務(wù)臺(tái)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用回轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器檢測及定位，并控制回轉(zhuǎn)速度，也稱數(shù)控任務(wù)臺(tái)。數(shù)控任務(wù)臺(tái)和X、Y、Z軸及其它附加運(yùn)動(dòng)構(gòu)成4～5軸輪廓控制，可加工復(fù)雜輪廓外表。 8.2.3車削中心 車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成一切外表的加工，如內(nèi)、外圓外表，端面，溝槽，內(nèi)、外圓及端面上的螺旋槽，非回轉(zhuǎn)軸心線上的軸向孔和徑向孔等。 車削中心回轉(zhuǎn)刀架上可安裝如鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等回轉(zhuǎn)刀具，它們由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也稱自驅(qū)動(dòng)刀具。在車削中心上用自驅(qū)動(dòng)刀具對工件的加工分為兩種情況：一種是主軸分度定位后固定，對工件進(jìn)展鉆、銑、攻螺紋等加工；另一種是主軸運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)控制軸〔C軸〕，C軸運(yùn)動(dòng)和X、Z軸運(yùn)動(dòng)合成為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，銑刀在工件外表上銑削各種外形的溝槽、凸臺(tái)、平面等。 車削中心回轉(zhuǎn)刀架通?？裳b刀具12～16把，這對無人看管柔性加工來說是不夠的。因此，有的車削中心配備有刀具庫，刀庫有筒形或鏈形，刀具改換和存儲(chǔ)系統(tǒng)位于機(jī)床一側(cè)，刀庫和刀架間的刀具交換由機(jī)械手或?qū)ｉT機(jī)構(gòu)進(jìn)展。 車削中心采用可快速改換的卡盤和卡爪，普通卡爪改換時(shí)間為5～10min，而快速改換卡盤、卡爪的時(shí)間可控制在2min以內(nèi)?？ūP有3～5套快速改換卡爪，以順應(yīng)不同直徑的工件。假設(shè)工件直徑變化很大，那么需求改換卡盤。有時(shí)也采用人工在機(jī)床外部用卡盤夾持好工件，用夾持有新工件的卡盤改換已加工的工件卡盤的方法，工件-卡盤系統(tǒng)改換常采用自動(dòng)改換安裝。 8.2.4電火花加工 1.電火花加工的原理與特點(diǎn) 電火花加工是在如圖8-12所示的加工系統(tǒng)中進(jìn)展的。加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)〔常用煤油或礦物油或去離子水〕中。圖8-12電火花加工原理圖 進(jìn)展電火花加工必需具備三個(gè)條件：必需采用脈沖電源；必需采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)理安裝，以堅(jiān)持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必需在具有一定絕緣強(qiáng)度〔103～107Ω·m〕的液體介質(zhì)中進(jìn)展。 電火花加工具有如下特點(diǎn)：可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電資料；加工時(shí)無明顯機(jī)械力，適用于低剛度工件和微細(xì)構(gòu)造的加工；脈沖參數(shù)可根據(jù)需求調(diào)理；可在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)展粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的外表呈現(xiàn)的凹坑有利于儲(chǔ)油和降低噪聲；消費(fèi)效率低于切削加工；放電過程有部分能量耗費(fèi)在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。 2.電火花加工的運(yùn)用 電火花加工主要用于模具消費(fèi)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推進(jìn)了模具行業(yè)的技術(shù)提高。 〔1〕電火花成形加工。 〔2〕電火花線切割加工。 3.電火花加工機(jī)床的開展趨勢 電火花加工機(jī)床在提高精度和自動(dòng)化程度的同時(shí)，也在向構(gòu)造的小型化方向開展。 目前先進(jìn)的多軸聯(lián)動(dòng)電火花數(shù)控機(jī)床開展趨勢是集多種功能于一體，這些功能包括旋轉(zhuǎn)分度、自動(dòng)交換電極、自動(dòng)放電間隙補(bǔ)償、電流自順應(yīng)控制以及加工規(guī)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)智能選擇等，從而實(shí)現(xiàn)從加工規(guī)準(zhǔn)的選擇到零件的加工全過程自動(dòng)化。8.3工件儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備8.3.1有軌小車〔RGV〕 有軌小車〔RailGuideVehicle〕是一種沿著鐵軌行走的運(yùn)輸工具，有自驅(qū)和它驅(qū)兩種驅(qū)動(dòng)方式。自驅(qū)動(dòng)有軌小車經(jīng)過車上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條嚙合，利用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它驅(qū)式有軌小車由外部鏈索牽引，在小車底盤的前、后各裝一導(dǎo)向銷，地面上修有一組固定道路的溝槽，導(dǎo)向銷嵌入溝槽內(nèi)，保證小車行進(jìn)時(shí)沿著溝槽挪動(dòng)。 前面的銷桿除作定向用外，還作為鏈索牽動(dòng)小車的推桿。推桿是活動(dòng)的，可在套筒中上下滑動(dòng)。鏈索每隔一定間隔有一個(gè)推頭，小車前面的推桿可靈敏地插入或脫開鏈索的推頭，由埋設(shè)在溝槽內(nèi)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的接近開關(guān)和限位開關(guān)控制。推桿脫開鏈索的推頭，小車就停頓。采用空架導(dǎo)軌和懸掛式機(jī)械手或機(jī)器人作為運(yùn)輸工具也是一種開展趨勢，其主要優(yōu)點(diǎn)是充分利用空間，適宜于運(yùn)送中、大型工件，如汽車車架、車身等。 有軌小車的特點(diǎn)是：加速和挪動(dòng)速度都比較快，適宜運(yùn)送重型工件；導(dǎo)軌固定，行走平穩(wěn)，停車位置比較準(zhǔn)確；控制系統(tǒng)簡單，可靠性好，制造本錢低，便于推行運(yùn)用；行走道路不便改動(dòng)，轉(zhuǎn)彎角度不能太小；噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工情況及維護(hù)本身平安。 8.3.2自動(dòng)導(dǎo)向小車〔AGV〕 1.AGV的構(gòu)造; 在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中運(yùn)用的AGV大多數(shù)是磁感應(yīng)式AGV。圖8-13是一種能同時(shí)運(yùn)送兩個(gè)工件的AGV，它由運(yùn)輸小車、地下電纜和控制器三部分組成。圖8-13磁感應(yīng)AGV自動(dòng)導(dǎo)向原理圖 2.AGV的自動(dòng)導(dǎo)向; 圖8-13是磁感應(yīng)AGV自動(dòng)導(dǎo)向原理圖，小車底部裝有弓形天線3，跨設(shè)于以感應(yīng)線4為中心且與感應(yīng)線垂直的平面內(nèi)。感應(yīng)線通以交變電流，產(chǎn)生交變磁場。當(dāng)天線3偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時(shí)，天線的兩對稱線圈中感應(yīng)電壓有差值，誤差信號(hào)經(jīng)過放大，驅(qū)動(dòng)左、右電動(dòng)機(jī)2;左、右電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)輪1使小車轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號(hào)為零。 3.途徑尋覓; 途徑尋覓就是自動(dòng)選取岔道，AGV在車間的行走道路比較復(fù)雜，有很多分岔點(diǎn)和交匯點(diǎn)。地面上有中央控制計(jì)算機(jī)擔(dān)任車輛調(diào)度控制，AGV小車上帶有微處置器控制板，AGV的行走道路以圖表的格式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。 8.3.3自動(dòng)化立體倉庫 自動(dòng)化立體倉庫的主要特點(diǎn)有：利用計(jì)算機(jī)管理，物資庫存賬目清楚，物料存放位置準(zhǔn)確，對自動(dòng)化制造系統(tǒng)物料需求呼應(yīng)速度快；與搬運(yùn)設(shè)備〔如AGV、有軌小車、傳送帶〕銜接,能可靠、及時(shí)地供應(yīng)物料；減少庫存量，加速資金周轉(zhuǎn)；充分利用空間，減少廠房面積；減少工件損傷和物料喪失；可存放的物料范圍寬；減少管理人員，降低管理費(fèi)用；耗資較大，適用于一定規(guī)模的消費(fèi)。 1.自動(dòng)化立體倉庫的組成 自動(dòng)化立體倉庫主要由庫房、貨架、堆垛起重機(jī)、外圍保送設(shè)備、自動(dòng)控制安裝等組成。圖8-14所示為自動(dòng)化立體倉庫，高層貨架成對布置，貨架之間有巷道，隨倉庫規(guī)模大小可以有一到假設(shè)干條巷道。圖8-14自動(dòng)化立體倉庫 2.堆垛起重機(jī) 堆垛起重機(jī)是立體倉庫內(nèi)部的搬運(yùn)設(shè)備。堆垛起重機(jī)可采用有軌或無軌方式，其控制原理與運(yùn)輸小車類似。倉庫高度很高的立體倉庫常采用有軌堆垛起重機(jī)。為添加穩(wěn)定性，采用兩條平行導(dǎo)軌，即天軌和地軌〔如圖8-15所示〕。圖8-15堆垛起重機(jī) 3.自動(dòng)化立體倉庫的管理與控制 〔1〕貨物的自動(dòng)識(shí)別與存取。 〔2〕計(jì)算機(jī)管理。 〔3〕計(jì)算機(jī)控制。8.4工業(yè)機(jī)器人 8.4.1工業(yè)機(jī)器人概略 工業(yè)機(jī)器人是一種可編程的智能型自動(dòng)化設(shè)備，是運(yùn)用計(jì)算機(jī)進(jìn)展控制的替代人進(jìn)展任務(wù)的高度自動(dòng)化系統(tǒng)。 機(jī)器人是從初級到高級逐漸完善起來的，它的開展過程可以分為三代。 第一代機(jī)器人是目前工業(yè)中大量運(yùn)用的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。 第二代機(jī)器人是帶覺得的機(jī)器人，它具有一些對外部信息進(jìn)展反響的才干，諸如力覺、觸覺、視覺等。 8.4.2工業(yè)機(jī)器人的構(gòu)造 工業(yè)機(jī)器人普通由主構(gòu)架〔手臂〕、手腕、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、丈量系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成。圖8-16是工業(yè)機(jī)器人的典型構(gòu)造。圖8-16工業(yè)機(jī)器人的典型構(gòu)造 工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成。主構(gòu)架具有三個(gè)自在度，其運(yùn)動(dòng)由兩種根本運(yùn)動(dòng)組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線挪動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不同運(yùn)動(dòng)的組合構(gòu)成各種類型的機(jī)器人，如圖8-17所示。;圖8-17所示的工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式有：直角坐標(biāo)型〔圖8-17(a)中有三個(gè)直線坐標(biāo)軸〕；圓柱坐標(biāo)型〔圖8-17(b)中有兩個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸〕；球坐標(biāo)型〔圖8-17(c)中有一個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸〕；關(guān)節(jié)型〔圖8-17(d)中有三個(gè)回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)，圖8-17(e)中有三個(gè)平面運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)〕。圖8-17工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式(a〕直角坐標(biāo)型；(b〕圓柱坐標(biāo)型；(c〕球坐標(biāo)型；(d〕多關(guān)節(jié)型；(e〕平面關(guān)節(jié)型圖8-17工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式(a〕直角坐標(biāo)型；(b〕圓柱坐標(biāo)型；(c〕球坐標(biāo)型；(d〕多關(guān)節(jié)型；(e〕平面關(guān)節(jié)型圖8-17工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式(a〕直角坐標(biāo)型；(b〕圓柱坐標(biāo)型；(c〕球坐標(biāo)型；(d〕多關(guān)節(jié)型；(e〕平面關(guān)節(jié)型圖8-17工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式(a〕直角坐標(biāo)型；(b〕圓柱坐標(biāo)型；(c〕球坐標(biāo)型；(d〕多關(guān)節(jié)型；(e〕平面關(guān)節(jié)型圖8-17工業(yè)機(jī)器人的根本構(gòu)造方式(a〕直角坐標(biāo)型；(b〕圓柱坐標(biāo)型；(c〕球坐標(biāo)型；(d〕多關(guān)節(jié)型；(e〕平面關(guān)節(jié)型 8.4.3工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)用 目前，工業(yè)機(jī)器人主要運(yùn)用于汽車制造、機(jī)械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模消費(fèi)企業(yè)。下面引見幾種機(jī)器人的典型運(yùn)用。 1.汽車制造領(lǐng)域 圖8-19是一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的表示圖。焊接機(jī)器人還分成采用點(diǎn)位控制的點(diǎn)焊機(jī)器人和采用軌跡控制的焊接機(jī)器人兩種。圖8-18噴漆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)表示圖圖8-19焊接工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)表示圖 2.機(jī)械制造領(lǐng)域 機(jī)械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)物料、工件和工具，裝配機(jī)器人完成設(shè)備的零件裝配，丈量機(jī)器人進(jìn)展在線或離線丈量。 圖8-20所示是兩臺(tái)機(jī)器人用于自動(dòng)裝配的情況，主機(jī)器人是一臺(tái)具有三個(gè)自在度且?guī)в杏|覺傳感器的直角坐標(biāo)機(jī)器人，它抓取第1號(hào)(No.1)零件，并完成裝配動(dòng)作；輔助機(jī)器人僅有一個(gè)回轉(zhuǎn)自在度，它抓取第2號(hào)(No.2)零件，第1號(hào)和第2號(hào)零件裝配完成后，再由主機(jī)械手完成與第3號(hào)(No.3)零件的裝配任務(wù)。圖8-20機(jī)器人用于零件裝配 圖8-21所示是一教學(xué)型FMS，由一臺(tái)CNC車床、一臺(tái)CNC銑床、工件傳送帶、料倉、兩臺(tái)關(guān)節(jié)型機(jī)器人和控制計(jì)算機(jī)組成。兩臺(tái)機(jī)器人在FMS中效力，一臺(tái)機(jī)器人效力于加工設(shè)備和傳送帶之間，為車床和銑床裝卸工件；另一臺(tái)位于傳送帶和料倉之間，擔(dān)任上、下料。圖8-21機(jī)器人上、下料 3.其它領(lǐng)域 機(jī)器人在其它領(lǐng)域的運(yùn)用也非常廣泛，如工業(yè)機(jī)器人可以取代人去完成一些危險(xiǎn)環(huán)境中的作業(yè)(如放射線、火災(zāi)、海洋、宇宙等)。例如，2004年1月4日，美國“勇氣〞號(hào)火星探測機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了人類登陸火星的夢想，圖8-22為“勇氣〞號(hào)的圖片。圖8-22“勇氣〞號(hào)火星探測器8.5檢測與監(jiān)控系統(tǒng) 8.5.1檢測與監(jiān)控原理 在自動(dòng)化制造系統(tǒng)的加工過程中，為了保證加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需求對系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)形狀和加工過程進(jìn)展檢測與監(jiān)控〔如圖8-23所示〕。圖8-23檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的組成 1.運(yùn)轉(zhuǎn)形狀檢測與監(jiān)控 自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，需求檢測與監(jiān)控的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀通常包括： 〔1〕刀具信息。 〔2〕機(jī)床形狀信息。 〔3〕系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)形狀信息。 〔4〕在線尺寸丈量信息。 〔5〕系統(tǒng)平安情況信息。 〔6〕仿真信息。仿真信息包括以下內(nèi)容：零件的數(shù)控程序能否準(zhǔn)確；有無碰撞干涉情況；仿真綜合結(jié)果情況等。

2.工件尺寸精度檢測方法 〔1〕直接丈量與間接丈量。 〔2〕接觸丈量和非接觸丈量。 〔3〕在線丈量和離線丈量。 3.刀具磨損和破損的檢測方法 〔1〕刀具、工件尺寸及相對間隔測定法。 〔2〕放射線法。 〔3〕電阻法。 〔4〕光學(xué)圖像法?！?〕切削力法?！?〕切削溫度法?！?〕切削功率法。〔8〕振動(dòng)法。〔9〕噪聲分析法。〔11〕加工外表粗糙度法。 8.5.2檢測與監(jiān)控運(yùn)用舉例 例8-1加工中心〔MC〕需檢測的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀信息。 MC需檢測的運(yùn)轉(zhuǎn)形狀信息如下： 〔1〕環(huán)境參數(shù)及平安檢測。 〔2〕刀庫形狀檢測。 〔3〕機(jī)床負(fù)載檢測。 〔4〕換刀機(jī)構(gòu)檢測。 〔5〕交換任務(wù)臺(tái)檢測。 〔6〕任務(wù)臺(tái)振動(dòng)檢測。 〔7〕冷卻與光滑系統(tǒng)檢測。 〔8〕CNC/PC系統(tǒng)檢測。 例8-2切削力法刀具磨損和破損的檢測與監(jiān)控。切 削力的變化能直接反映刀具的磨損情況， 圖8-24中Ⅰ和Ⅱ所示是切削力的變化過程，曲線Ⅰ表示的是鋒利的刀具，曲線Ⅱ表示的是磨鈍了的刀具。切削力的差別ΔF是反映刀具實(shí)踐磨損的標(biāo)志。假設(shè)Ⅰ切削力忽然上升或忽然下降，能夠預(yù)示刀具的折斷。圖8-24切削力圖 圖8-25所示為根據(jù)切削力的變化判別刀具磨損和破損的系統(tǒng)原理圖。當(dāng)?shù)毒咴谇邢鬟^程中磨損時(shí)，切削力會(huì)增大；假設(shè)刀具崩刃或斷裂，切削力會(huì)劇減。在系統(tǒng)中，工件加工余量的不均勻等要素也會(huì)引起切削力的變化，為了防止誤判，取切削分力的比值和比值的變化率作為判別的特征量，即在線丈量三個(gè)切削分力FX、FY和FZ的相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)放大后輸入除法器，得到分力比FX/FZ和FY/FZ，再輸入微分器得到d〔FX/FZ〕/dt和d〔FY/FZ〕/dt。圖8-25用切削力檢測刀具形狀原理圖 例8-3聲發(fā)射法檢測刀具。 固體在產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈形波形釋放出變形能的景象稱為聲放射。在金屬切削過程中產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的來源有：工件的斷裂，工件與刀具的摩擦，刀具的破損及工件的塑性變形等。聲放射在切削過程中產(chǎn)生頻率范圍很寬的聲發(fā)射信號(hào)，從幾十千赫茲至幾兆赫茲不等。聲發(fā)射信號(hào)可分為突發(fā)型和延續(xù)型兩種。突發(fā)型聲發(fā)射信號(hào)在外表開裂時(shí)產(chǎn)生，其信號(hào)幅度較大，各聲發(fā)射事件之間間隔時(shí)間較長；延續(xù)型聲發(fā)射信號(hào)幅值較低，事件的頻率較高，以致難以分為單獨(dú)事件。 正常切削時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)是小幅值的延續(xù)信號(hào)。刀具破損時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)幅值遠(yuǎn)大于正常切削，它與刀具破損面積有關(guān)，增長幅度為3～7倍。因此，聲發(fā)射信號(hào)產(chǎn)生階躍突變是識(shí)別刀具破損的重要特征。圖8-26所示為聲發(fā)射鉆頭破損檢測安裝系統(tǒng)圖。 8.5.3檢測設(shè)備 1.坐標(biāo)丈量機(jī)〔CMM〕 坐標(biāo)丈量機(jī)〔CoordinateMeasuringMachine〕又叫做三坐標(biāo)丈量機(jī)，是一種檢測工件尺寸誤差、形位誤差以及復(fù)雜輪廓外形的自動(dòng)化制造系統(tǒng)的根本丈量設(shè)備。圖8-26聲發(fā)射鉆頭破損檢測安裝系統(tǒng)圖 〔1〕坐標(biāo)丈量機(jī)構(gòu)造的特點(diǎn)。CMM和數(shù)控機(jī)床一樣，其構(gòu)造規(guī)劃有立式和臥式兩類，立式CMM有時(shí)是龍門式構(gòu)造，臥式CMM有時(shí)是懸臂式構(gòu)造。兩種構(gòu)造方式的CMM都有不同的尺寸規(guī)格，從小型臺(tái)式到大型落地式。圖8-27是一懸臂式CMM，由安放工件的任務(wù)臺(tái)、立柱、三維丈量頭、位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)控制安裝等組成。 〔2〕坐標(biāo)丈量機(jī)的任務(wù)原理。圖8-27懸臂式坐標(biāo)丈量機(jī) 2.利用數(shù)控機(jī)床進(jìn)展丈量 三坐標(biāo)丈量機(jī)的丈量精度很高，但它對地基和任務(wù)環(huán)境的要求也很高，它的安裝必需遠(yuǎn)離機(jī)床。假設(shè)零件的檢測需求在幾個(gè)不同的階段進(jìn)展，零件就需求反復(fù)搬運(yùn)幾次，這對于質(zhì)量控制要求不是特別準(zhǔn)確的零件顯然是不經(jīng)濟(jì)的。由于數(shù)控機(jī)床和CMM在任務(wù)原理上沒有本質(zhì)區(qū)別，且三坐標(biāo)丈量機(jī)上用的三維丈量頭的柄部構(gòu)造與刀桿一樣，因此可將其直接安裝在機(jī)床〔如加工中心〕上。需求檢測工件時(shí)，將丈量頭安裝在機(jī)床主軸或刀架上，丈量任務(wù)原理與CMM一樣；丈量完成再由換刀機(jī)械手將丈量頭放入刀庫。為了保證測試精度和維護(hù)測試頭，工件在數(shù)控機(jī)床上加工終了后，必需經(jīng)高壓冷卻液沖洗，并用緊縮空氣吹干后方可進(jìn)展檢驗(yàn)丈量。

另外，數(shù)控機(jī)床用于測試時(shí)，必需為數(shù)控機(jī)床配置專門的外圍設(shè)備，如各種丈量頭和統(tǒng)計(jì)分析處置軟件等。 在數(shù)控機(jī)床上進(jìn)展丈量有如下特點(diǎn)：不需求昂貴的CMM，但會(huì)損失機(jī)床的切削加工時(shí)間；可以針對尺寸偏向自動(dòng)進(jìn)展機(jī)床及刀具補(bǔ)償，加工精度高；不需求工件來回運(yùn)輸和等待。 3.丈量機(jī)器人 隨著工業(yè)機(jī)器人的開展，機(jī)器人在丈量中的運(yùn)用也越來越遭到注重。機(jī)器人丈量具有在線、靈敏、高效等特點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對零件100％的丈量,因此特別適宜于自動(dòng)化制造系統(tǒng)中的工序間丈量和過程丈量。同坐標(biāo)丈量機(jī)相比，機(jī)器人丈量造價(jià)低，運(yùn)用靈敏。 4.公用的自動(dòng)丈量安裝 在大規(guī)模消費(fèi)條件下，常將公用的自動(dòng)檢測安裝安裝在機(jī)床上，不用停機(jī)就可以在加工過程中自動(dòng)檢測工件尺寸的變化，并能根據(jù)測得的結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，控制機(jī)床的加工過程〔如變換切削用量、刀具補(bǔ)償、停頓進(jìn)給、退刀和停機(jī)等〕。例如,圖8-28所示為磨床上工件外徑自動(dòng)丈量及反響控制安裝的原理圖。圖8-28磨床上工件外徑自動(dòng)丈量原理8.6輔助設(shè)備 8.6.1清洗站 清洗機(jī)有許多種類、規(guī)格和構(gòu)造，普通按其任務(wù)能否延續(xù)分為間歇式〔批處置式〕和延續(xù)經(jīng)過式〔流水線式〕。批處置式清洗站用于清洗質(zhì)量和體積較大的零件，屬中、小批量清洗；流水線式清洗機(jī)用于零件經(jīng)過量大的場所。 批處置式清洗機(jī)有傾斜封鎖式清洗機(jī)、工件搖擺式清洗機(jī)和機(jī)器人式清洗機(jī)。 機(jī)器人式清洗機(jī)用機(jī)器人操作噴頭，工件固定不動(dòng)。有些大型批處置式清洗站內(nèi)部有懸掛式環(huán)形有軌車，工件托盤安放在環(huán)形有軌車上，繞環(huán)形軌道做閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)。流水式清洗站用輥?zhàn)觽魉蛶н\(yùn)送工件，零件從清洗站的一端送入，在經(jīng)過清洗站的過程中被清洗，在清洗站的另一端送出，再經(jīng)過傳送帶與托盤交接機(jī)構(gòu)進(jìn)入零件裝卸區(qū)。 清洗機(jī)有高壓噴嘴，噴嘴的大小、安裝位置和方向應(yīng)思索到零件的清洗部位，保證零件的內(nèi)部和難清洗的部位均能清洗干凈。 批處置式清洗站的操作過程如下： 〔1〕將工件托盤送到清洗站前。 〔2〕翻開進(jìn)入清洗站的門，將托盤送入清洗任務(wù)區(qū)，并將其固定在有軌吊車上，封鎖站門。 〔3〕托盤隨吊車?yán)@軌道運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，高壓、大流量冷卻液從噴嘴噴向工件托盤，使切屑、污物、油脂等落入排污系統(tǒng)。 〔4〕沖洗一定時(shí)間后，冷卻液封鎖，開場吹熱空氣進(jìn)展枯燥。 〔5〕吹風(fēng)枯燥一段時(shí)間后，有軌吊車前往其初始位置。 〔6〕從有軌吊車上取下工件托盤，翻開清洗站大門，運(yùn)走工件托盤。 8.6.2去毛刺設(shè)備 1.機(jī)械法去毛刺 2.振動(dòng)法去毛刺 3.熱能法去毛刺 4.電化學(xué)法去毛刺 8.6.3切屑和冷卻液的處置 1.切屑排除