第三講自動化制造系統(tǒng)的組成PPT課件

1、1本本 章章 要要 點點3.13.23.3 3.5 3.43.6 3.7 3.8 2 3.1 “剛性剛性”的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生的含義是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。剛性制造包括組合機床、專用機床、剛性自動化生剛性制造包括組合機床、專用機床、剛性自動化生產(chǎn)線等。產(chǎn)線等。 “柔性柔性”是指生產(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝是指生產(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝的多樣性和可變性，可具體表現(xiàn)為機床的柔性、產(chǎn)的多樣性和可變性，可具體表現(xiàn)為機床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。品的柔性、加工的柔性、批量的

2、柔性等。 33.1汽車后橋齒輪箱加工自動線剛性自動化20年代43.1剛性自動化生產(chǎn)的種類剛性自動化生產(chǎn)的種類 1.剛性半自動化單機剛性半自動化單機 除上、下料外，機床可以自動完成單個工藝過程的加工循環(huán)，這除上、下料外，機床可以自動完成單個工藝過程的加工循環(huán)，這樣的機床稱為剛性半自動化機床。樣的機床稱為剛性半自動化機床。 2.剛性自動化單機剛性自動化單機 它是在剛性半自動化單機的基礎(chǔ)上增加了自動上、下料等輔助裝它是在剛性半自動化單機的基礎(chǔ)上增加了自動上、下料等輔助裝置而形成的自動化機床。置而形成的自動化機床。 3.剛性自動化生產(chǎn)線剛性自動化生產(chǎn)線 剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)

3、將各種自剛性自動化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用動化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。下完成單個零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。5 圖示為加工曲拐零件的剛性自動線總體布局圖。該自動線年生產(chǎn)曲拐零件圖示為加工曲拐零件的剛性自動線總體布局圖。該自動線年生產(chǎn)曲拐零件17000件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件形狀不規(guī)則，沒有合適的輸送基面，因而件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件形狀不規(guī)則，沒有合適的輸送基面，因而采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的輸送。采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的輸送

4、。曲拐加工自動線曲拐加工自動線(a)正視圖；正視圖；(b)俯視圖俯視圖 該曲拐加該曲拐加工自動線由七工自動線由七臺組合機床和臺組合機床和一個裝卸工位一個裝卸工位組成。全線定組成。全線定位夾緊機構(gòu)由位夾緊機構(gòu)由一個泵站集中一個泵站集中供油。工件的供油。工件的輸送采用步伐輸送采用步伐式輸送帶，輸式輸送帶，輸送帶用鋼絲繩送帶用鋼絲繩牽引式傳動裝牽引式傳動裝置驅(qū)動。置驅(qū)動。3.163.1 剛性自動線生產(chǎn)率高，但柔性較差，當(dāng)加工工件變化時，需要停機、剛性自動線生產(chǎn)率高，但柔性較差，當(dāng)加工工件變化時，需要停機、停線并對機床、夾具、刀具等工裝設(shè)備進(jìn)行調(diào)整或更換（如更換主軸箱、停線并對機床、夾具、刀具等工裝設(shè)

5、備進(jìn)行調(diào)整或更換（如更換主軸箱、刀具、夾具等），通常調(diào)整工作量大，停產(chǎn)時間較長。刀具、夾具等），通常調(diào)整工作量大，停產(chǎn)時間較長。 剛性自動線的組成：剛性自動線的組成： 自動化加工設(shè)備自動化加工設(shè)備 工件輸送裝置工件輸送裝置 切屑輸送裝置切屑輸送裝置 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng) 刀具刀具 7 二、分布式數(shù)字控制（二、分布式數(shù)字控制（dnc） 3.1 dnc(distributed numerical control)稱為分布式數(shù)控或計算機直接數(shù)控稱為分布式數(shù)控或計算機直接數(shù)控又稱群控，是用一臺計算機向一群數(shù)控機床輸出加工信息數(shù)據(jù)以控制各臺又稱群控，是用一臺計算機向一群數(shù)控機床輸出加工信息數(shù)據(jù)以控制各臺 機

6、床進(jìn)行自動加工的數(shù)控系統(tǒng)。是實現(xiàn)機床進(jìn)行自動加工的數(shù)控系統(tǒng)。是實現(xiàn)cad/cam和計算機輔助生產(chǎn)管和計算機輔助生產(chǎn)管 理系統(tǒng)集成的紐帶，是機械加工自動化的又一種形式。理系統(tǒng)集成的紐帶，是機械加工自動化的又一種形式。 dnc系統(tǒng)由中心計算機、外存儲器、接口電路和遠(yuǎn)距離傳輸線、控制系統(tǒng)由中心計算機、外存儲器、接口電路和遠(yuǎn)距離傳輸線、控制 裝置和機床等主要部分組成。裝置和機床等主要部分組成。 dnc系統(tǒng)中的數(shù)控機系統(tǒng)中的數(shù)控機 床可各自獨立加工，床可各自獨立加工， 亦可順序加工。亦可順序加工。 dnc系統(tǒng)可進(jìn)一步系統(tǒng)可進(jìn)一步 提高數(shù)控機床的啟提高數(shù)控機床的啟 動率和生產(chǎn)率，并動率和生產(chǎn)率，并 改善生

7、產(chǎn)管理。改善生產(chǎn)管理。 其主要功能其主要功能p528三、柔性制造單元三、柔性制造單元(fmc) 柔性制造單元（柔性制造單元（flexiblemanufacturingcell）由單臺數(shù)控機床、加工中心、工）由單臺數(shù)控機床、加工中心、工件自動輸送及更換系統(tǒng)等組成。件自動輸送及更換系統(tǒng)等組成。3.11. fmc控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)fmc控制系統(tǒng)一般分為兩級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。控制系統(tǒng)一般分為兩級，分別是單元控制級和設(shè)備控制級。（1）設(shè)備控制級。）設(shè)備控制級。（2）單元控制級。）單元控制級。 2. fmc的基本控制功能的基本控制功能 fmc的基本控制功能包括：的基本控制功能包括：（1）單元中

8、各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度。）單元中各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度。 （2）單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度。）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。如圖所示為一以加工回轉(zhuǎn)體零件為主）刀具系統(tǒng)的管理。如圖所示為一以加工回轉(zhuǎn)體零件為主的柔性制造單元。的柔性制造單元。9 柔性制造單元3.110 圖示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機是一臺臥式加工中心，圖示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機是一臺臥式加工中心，刀庫容量為刀庫容量為70把，采用雙機械手換刀，配有把，采用雙機械手換刀，配有8工位自動交換托盤庫。托盤庫工位自動交換托盤庫。托盤庫為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫臺面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的

9、環(huán)鏈拖動而回為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫臺面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電機驅(qū)動。轉(zhuǎn)，鏈輪由電機驅(qū)動。帶帶托托盤盤庫庫的的柔柔性性制制造造單單元元3.111 fmc是在加工中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。一般由是在加工中心基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。一般由1臺計算機控臺計算機控 制，由制，由1-2臺加工中心和自動儲運系統(tǒng)組成。臺加工中心和自動儲運系統(tǒng)組成。 fmc適宜加工的零件種類一般為適宜加工的零件種類一般為500800種，每種零件的種，每種零件的 年產(chǎn)量約為年產(chǎn)量約為2050件。件。3.112 柔性自動化50年代圖7-2 焊接機器人綜合自動化70年代圖7-3 綜合自動化 13 柔性制造系統(tǒng)（柔性

10、制造系統(tǒng)（flexiblemanufacturingsystem）由兩臺或兩臺以上加工中）由兩臺或兩臺以上加工中心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。心或數(shù)控機床組成，并在加工自動化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了物料流和信息流的自動化。其基本組成部分有：其基本組成部分有： 自動化加工設(shè)備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)和多層計算機控制系統(tǒng)等。自動化加工設(shè)備、工件儲運系統(tǒng)、刀具儲運系統(tǒng)和多層計算機控制系統(tǒng)等。 1.自動化加工設(shè)備自動化加工設(shè)備 組成組成fms的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是的自動化加工設(shè)備有數(shù)控機床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元

11、。柔性制造單元。 2.工件儲運系統(tǒng)工件儲運系統(tǒng) fms工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括工件儲運系統(tǒng)由工件庫、工件運輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫包括自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小自動化立體倉庫和托盤（工件）緩沖站。工件運輸設(shè)備包括各種傳送帶、運輸小車、機器人或機械手等車、機器人或機械手等;工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。工件更換裝置包括各種機器人或機械手、托盤交換裝置等。 3.刀具儲運系統(tǒng)刀具儲運系統(tǒng) fms的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機構(gòu)等組成。的刀具儲運系統(tǒng)由刀具庫、刀具輸送裝置和交換機

12、構(gòu)等組成。 4. 輔助設(shè)備 fms可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動清洗工作站可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動清洗工作站,自自動去毛刺設(shè)備動去毛刺設(shè)備,自動測量設(shè)備自動測量設(shè)備,集中切屑運輸系統(tǒng)和集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。集中切屑運輸系統(tǒng)和集中冷卻潤滑系統(tǒng)等。3.1四、柔性制造系統(tǒng)四、柔性制造系統(tǒng)(fms)14fms柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)數(shù) 控 加 工 中心立體倉庫自動堆垛機視 覺 檢 測系統(tǒng)直角坐標(biāo)裝配機器人數(shù)控車床激光雕刻機fms控制平臺agv小車搬運機械手工件過渡平臺傳送帶15fms柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)16fms系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成17agv和倉儲系統(tǒng)和倉儲

13、系統(tǒng)18專業(yè)綜合實踐實驗室課程平臺專業(yè)綜合實踐實驗室課程平臺 小型柔性制造系統(tǒng)小型柔性制造系統(tǒng)microfms19mes-microfms mes-microfms 系統(tǒng)架構(gòu)系統(tǒng)架構(gòu)結(jié)構(gòu)層次結(jié)構(gòu)層次訂單管理、計劃管理；生產(chǎn)任務(wù)管理下達(dá)計劃給生產(chǎn)線；實時跟蹤生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀況；用戶登陸的記錄與管理；倉儲管理等mes:mes:總經(jīng)理使用總經(jīng)理使用 實際工業(yè)現(xiàn)場實際工業(yè)現(xiàn)場 監(jiān)控，動態(tài)實時的顯示流水線上的狀態(tài)；便于監(jiān)視，控制，分析；接受mes下達(dá)的生產(chǎn)計劃；實時采集現(xiàn)場狀態(tài)信息等組態(tài)監(jiān)控：車間主任使用組態(tài)監(jiān)控：車間主任使用 fmsfms生產(chǎn)線：生產(chǎn)執(zhí)行生產(chǎn)線：生產(chǎn)執(zhí)行 按需完成生產(chǎn)計劃；實時反饋現(xiàn)場狀

14、態(tài)等總經(jīng)理總經(jīng)理車間主任車間主任20上料檢測、加工模塊和上料檢測、加工模塊和agvagv21組裝、圖象處理和分類模塊組裝、圖象處理和分類模塊22micro-fms小型柔性制造系統(tǒng)小型柔性制造系統(tǒng)23安裝模塊安裝模塊24搬運模塊搬運模塊25加工模塊加工模塊26分揀模塊分揀模塊27機械手模塊機械手模塊28mps八單元組合視頻八單元組合視頻29模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)（模塊化生產(chǎn)培訓(xùn)系統(tǒng)（mpsmps）部分單元展示）部分單元展示上料檢測單元搬運單元加工單元安裝單元 安裝搬運單元 立體存儲單元操作手單元 供料單元檢測單元分類工作單元機械手單元30mps機電一體化綜合實踐與創(chuàng)新平臺機電一體化綜合實踐與創(chuàng)新平臺

15、靈活多樣的組合靈活多樣的組合31添加了工業(yè)機械手臂的添加了工業(yè)機械手臂的mpsmps組合組合32 fms可視為由若干個fmc聯(lián)接而成。它由計算機控制系統(tǒng)、 物料儲運系統(tǒng)和一組數(shù)控機床組成。它無固定加工順序和 節(jié)拍，在不停機狀態(tài)下也能適應(yīng)加工對象變換的自動化生 產(chǎn)系統(tǒng)。 fms具有自動變換加工程序、自動變換加工對象、自動適 應(yīng)不同加工順序和生產(chǎn)節(jié) 拍、高效率自動加工和自 動換刀、自動監(jiān)控加工質(zhì) 量和自動診斷故障等眾多 功能。 fms適宜加工的零件種類 一般為幾種至上百種，每 種零件的年產(chǎn)量約為40 2000種。3.133柔性制造系統(tǒng)（flexible manufacturing systemfm

16、s） q 柔性制造系統(tǒng)的組成 fms的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信 息 傳 輸 網(wǎng) 絡(luò)工夾具站3.134q 加工單元cnc（mc）機床工作臺架（暫存工件）機器人或托盤交換裝置檢測、監(jiān)控裝置設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測傳感器群信號采集預(yù)處理特征提取狀態(tài)識別診斷決策預(yù)維修決策監(jiān)控檢測報告正常狀態(tài)模式預(yù)診斷知識庫預(yù)維修知識庫學(xué)習(xí)訓(xùn)練匹配狀態(tài)異常報警預(yù)知故障報警輸出設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測框圖3.135 傳輸裝置 滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無軌（agv）固定路線隨機路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）傳送帶運輸小車機器人固定

17、式機器人行走式機器人3.136切屑處理系統(tǒng)斷屑 加工部位封閉排屑 機床、工夾具設(shè)計要便于排屑 冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）3.137工廠計算機：制定、修改、更新生產(chǎn)（作業(yè)）計劃； 對中央計算機和物流計算機進(jìn)行控制。單元控制器：監(jiān)視與控制機床加工、檢測、上下料 物流計算機：根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對自動倉 庫、堆垛機、緩沖站、運輸小車等進(jìn)行監(jiān) 視與控制。中央計算機：根據(jù)工廠計算機制定的作業(yè)計劃對各加工 單元進(jìn)行監(jiān)視與控制。信息傳輸網(wǎng)絡(luò)：在控制計算機與單元控制器之間進(jìn)行信 息傳遞。q 計算機控制系統(tǒng)3.138fms控制系統(tǒng)實例單元控制器加工工作站ws

18、c1rs-232crs-232cdnccnc6mpc-bdnccnc6mpc-bdnccnc6mpc-bagv控制器rs-232crs-232crs-232crs-232ci/oxh714ath6350th6350agv物流工作站wsc23.139 jcs-fms-1控制級結(jié)構(gòu)中央管理計算機fm-11ad2+物流控制計算機局域網(wǎng)絡(luò)lan文件庫自動編程機單元控制機cnc車床cnc磨床單元控制機立式mc臥式mc單元控制機cnc車床管理級單元級設(shè)備級3.140 fms的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控的控制系統(tǒng)采用三級控制，分別是單元控制級、工作站控制級、設(shè)備控制級。圖制級、設(shè)備控制

19、級。圖8-4就是一個就是一個fms控制系統(tǒng)實例，系統(tǒng)包括自控制系統(tǒng)實例，系統(tǒng)包括自動導(dǎo)向小車（動導(dǎo)向小車（agv）、）、th6350臥式加工中心、臥式加工中心、xh714a立式加工中立式加工中心和倉儲設(shè)備等。心和倉儲設(shè)備等。 （1）設(shè)備控制級。）設(shè)備控制級。 （2）工作站控制級。）工作站控制級。 （3）單元控制級。）單元控制級。 圖圖5是一種較典型的是一種較典型的fms，四臺加工中心直線布置，工件儲運系，四臺加工中心直線布置，工件儲運系統(tǒng)由托盤站統(tǒng)由托盤站2、托盤輸送車、托盤輸送車4、工件裝卸工位、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面和布置在加工中心前面的托盤交換裝置的托盤交換裝置12等組成。等

20、組成。 3.15.多層計算機控制系統(tǒng)多層計算機控制系統(tǒng)41q fms特點除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動化可在不停機的條件下實現(xiàn)加工工件的自動轉(zhuǎn)換24小時運行，只一班有人生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（2030種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機床出現(xiàn)故障，其它機床可進(jìn)行擬補）可自動實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計劃、調(diào)度3.1柔性制造系統(tǒng)的主要特點有：柔性高，適應(yīng)多品種中、小批量生產(chǎn)；系統(tǒng)內(nèi)的機床工藝能柔性制造系統(tǒng)的主要特點有：柔性高，適應(yīng)多品種中、小批量生產(chǎn)；系統(tǒng)內(nèi)的機床工藝能力上是相互補充和相互

21、替代的；可混流加工不同的零件；系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個力上是相互補充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個系統(tǒng)的運作；多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng)；可進(jìn)行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。系統(tǒng)的運作；多層計算機控制，可以和上層計算機聯(lián)網(wǎng)；可進(jìn)行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。42圖7-12 飛機零件加工fms（ cincinnati ）1裝卸站 2運輸小車 3mc 4切屑處理站 5清洗站 6檢測站 7手工檢測站 8計算機室 9 小車維修站 10 包裝站q fms實例（1）3.143沖床圖7-13 沖壓fmsq fms實例（2）3.144 柔性制造線柔性制造線(（flexiblemanu

22、facturingline）)它是處于單一或它是處于單一或少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種之間的生產(chǎn)線。少品種大批量非柔性自動線與中小批量多品種之間的生產(chǎn)線。其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、機床其加工設(shè)備可以是通用的加工中心、機床;亦可采用專用機床或亦可采用專用機床或?qū)Ｓ脵C床專用機床,對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于對物料搬運系統(tǒng)柔性的要求低于,但生產(chǎn)率更高。它是但生產(chǎn)率更高。它是以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)以離散型生產(chǎn)中的柔性制造系統(tǒng)和連續(xù)生過程中的分散型控制系統(tǒng)()為代表為代表,其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化其特點是實現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化及自動化,其技術(shù)已日臻

23、成熟其技術(shù)已日臻成熟,迄今已迄今已進(jìn)入實用化階段。進(jìn)入實用化階段。五、柔性制造線五、柔性制造線 (fml) 柔性制造線柔性制造線()是處于非柔性自動線和之間的生產(chǎn)是處于非柔性自動線和之間的生產(chǎn)線，對物料系統(tǒng)的柔性要求低于線，對物料系統(tǒng)的柔性要求低于,但生產(chǎn)效率更高。采用的但生產(chǎn)效率更高。采用的機床大多為多軸主軸箱的換箱式或轉(zhuǎn)塔式組合加工中心機床大多為多軸主軸箱的換箱式或轉(zhuǎn)塔式組合加工中心,能同時或依次加能同時或依次加工少量不同的零件。它以離散型生產(chǎn)中的和連續(xù)型生產(chǎn)過程中的工少量不同的零件。它以離散型生產(chǎn)中的和連續(xù)型生產(chǎn)過程中的為代表。技術(shù)已日趨成熟為代表。技術(shù)已日趨成熟,進(jìn)入實用階段。進(jìn)入實用

24、階段。 3.1453.1 柔性制造線的主要優(yōu)點是：具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點；當(dāng)批柔性制造線的主要優(yōu)點是：具有剛性自動線的絕大部分優(yōu)點；當(dāng)批量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多；當(dāng)品種改變時，系統(tǒng)所需量不很大時，生產(chǎn)成本比剛性自動線低得多；當(dāng)品種改變時，系統(tǒng)所需的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費用卻比剛性自動的調(diào)整時間又比剛性自動線少得多，但建立系統(tǒng)的總費用卻比剛性自動線高得多。線高得多。 1. 自動化加工設(shè)備自動化加工設(shè)備;2. 工件輸送系統(tǒng)工件輸送系統(tǒng);3. 刀具刀具; 圖示為一加工箱體零件的柔性自動線示意圖，它由兩臺對面布置的數(shù)控銑床，四臺兩兩對面布置的轉(zhuǎn)塔式圖示為一加

25、工箱體零件的柔性自動線示意圖，它由兩臺對面布置的數(shù)控銑床，四臺兩兩對面布置的轉(zhuǎn)塔式換箱機床和一臺循環(huán)式換箱機床組成。采用輥子傳送帶輸送工件。這條自動線看起來和剛性自動線沒有什么區(qū)換箱機床和一臺循環(huán)式換箱機床組成。采用輥子傳送帶輸送工件。這條自動線看起來和剛性自動線沒有什么區(qū)別，但它具有一定的柔性。別，但它具有一定的柔性。fml同時具有剛性自動線和同時具有剛性自動線和fms的某些特征，在柔性上接近的某些特征，在柔性上接近fms，在生產(chǎn)率上接近，在生產(chǎn)率上接近剛性自動線。剛性自動線。46 柔性裝配線（柔性裝配線（flexibleassemblyline）通常由裝配站、物料輸送）通常由裝配站、物料輸

26、送裝置和控制系統(tǒng)等組成。裝置和控制系統(tǒng)等組成。 1、裝配站、裝配站 fal中的裝配站可以是可編程的裝配機器人，不可編程的自動裝配裝中的裝配站可以是可編程的裝配機器人，不可編程的自動裝配裝置和人工裝配工位。置和人工裝配工位。 2、物料輸送裝置、物料輸送裝置 在在fal中，物料輸送裝置根據(jù)裝配工藝流程為裝配線提供各種裝配零中，物料輸送裝置根據(jù)裝配工藝流程為裝配線提供各種裝配零件，使不同的零件和已裝配成的半成品合理地在各裝配點間流動，同件，使不同的零件和已裝配成的半成品合理地在各裝配點間流動，同時還要將成品部件（或產(chǎn)品）運離現(xiàn)場。輸送裝置由傳送帶和換向機時還要將成品部件（或產(chǎn)品）運離現(xiàn)場。輸送裝置由

27、傳送帶和換向機構(gòu)等組成。構(gòu)等組成。 3、控制系統(tǒng)、控制系統(tǒng) fal的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要是控制物料的流向、自的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要是控制物料的流向、自動裝配站和裝配機器人。動裝配站和裝配機器人。 六、柔性裝配線六、柔性裝配線(fal)3.147柔性裝配示意圖柔性裝配示意圖1無人駕駛輸送裝置無人駕駛輸送裝置 2傳送帶傳送帶 3雙臂裝配機器人雙臂裝配機器人 4裝配機器人裝配機器人5擰螺紋機器人擰螺紋機器人 6自動裝配站自動裝配站 7人工裝配工位人工裝配工位 8投料工作站投料工作站 上圖是上圖是fal的示意圖，線中有無人駕駛輸送裝置的示意圖，線中有無人駕駛輸送裝置1，傳送

28、帶，傳送帶2，雙臂裝配機器人，雙臂裝配機器人3，裝配機器，裝配機器人人4，擰螺紋機器人，擰螺紋機器人5，自動裝配站，自動裝配站6，人工裝配工位，人工裝配工位7和投料工作站和投料工作站8等組成。投料工作站中有等組成。投料工作站中有料庫和取料機器人。料庫有多層重迭放置的盒子，這些盒子可以抽出，也稱之為抽屜，待裝配料庫和取料機器人。料庫有多層重迭放置的盒子，這些盒子可以抽出，也稱之為抽屜，待裝配的零件存放在這些盒子中。取料機器人有各種不同的夾爪，它可以自動地將零件從盒子中取出，的零件存放在這些盒子中。取料機器人有各種不同的夾爪，它可以自動地將零件從盒子中取出，并擺放在一個托盤中。盛有零件的托盤由傳送

29、帶自動地送往裝配機器人或裝配站。并擺放在一個托盤中。盛有零件的托盤由傳送帶自動地送往裝配機器人或裝配站。3.148具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)3.149 柔性裝配線示意圖fal的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動裝配站、的控制系統(tǒng)對全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動裝配站、裝配機器人。圖為是裝配機器人。圖為是fal的示意圖。的示意圖。 3.1503.2 數(shù)控機床數(shù)控機床3.2.1 一般數(shù)控機床一般數(shù)控機床 一般數(shù)控機床通常是指數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特一般數(shù)控機床通常是指數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特點對其組成自動化制造系統(tǒng)是非常

30、重要的。點對其組成自動化制造系統(tǒng)是非常重要的。1. 柔性高柔性高2.自動化程度高自動化程度高3.加工精度高且質(zhì)量穩(wěn)定加工精度高且質(zhì)量穩(wěn)定 4.生產(chǎn)效率較高生產(chǎn)效率較高 5.具有刀具壽命管理功能具有刀具壽命管理功能 6.具有通信功能具有通信功能 現(xiàn)代數(shù)控機床一般都具有通信接口，可以實現(xiàn)上層計算機與數(shù)控機床之現(xiàn)代數(shù)控機床一般都具有通信接口，可以實現(xiàn)上層計算機與數(shù)控機床之間的通信，也可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，同時還可以直接對幾間的通信，也可以實現(xiàn)幾臺數(shù)控機床之間的數(shù)據(jù)通信，同時還可以直接對幾臺數(shù)控機床進(jìn)行控制。通信功能是實現(xiàn)臺數(shù)控機床進(jìn)行控制。通信功能是實現(xiàn)dnc、fmc、fms的必備條件

31、。的必備條件。 圖圖10是數(shù)控裝置的基本組成框圖。圖是數(shù)控裝置的基本組成框圖。圖10中的中的4為數(shù)控系統(tǒng)，它是數(shù)控機為數(shù)控系統(tǒng)，它是數(shù)控機床的核心環(huán)節(jié)。床的核心環(huán)節(jié)。3.2 51圖10 數(shù)控裝置的基本組成框圖伺服系統(tǒng)執(zhí)行機構(gòu)8坐標(biāo)軸輔助控制輸入存儲器cpu控制器輸入cad/cam編程介質(zhì)圖紙123445673.2 52圖11 cnc系統(tǒng)框圖輸入設(shè)備程序輸出設(shè)備計算機數(shù)字控制裝置(cnc裝置)可編程序控制器(pc)主軸控制單元速度控制單元主軸電機機 床進(jìn)給電機位 置檢測器 cnc系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計算機數(shù)字控制裝置、可編程控制器（

32、pc或可編程邏輯控制器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，）、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成，如圖如圖11所示。所示。3.2 533.2.2 加工中心加工中心(mc) 加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加了刀庫和自動換刀裝置而形成一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的加了刀庫和自動換刀裝置而形成一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機床。加工中心配置有刀庫和自動換刀裝置，能在一臺機床上完成數(shù)控機床。加工中心配置有刀庫和自動換刀裝置，能在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓

33、加工等多個工序的加工。車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。 加工中心機床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時間和搬運時間，加工中心機床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時間和搬運時間，減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要減少在制品庫存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場合。多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場合。 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，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。工藝范圍廣。3.2 54加工中心的刀具庫通常位于遠(yuǎn)離主軸的機床側(cè)面或頂部

34、。加工中心的刀具庫通常位于遠(yuǎn)離主軸的機床側(cè)面或頂部。 加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機方式，刀具隨機存取是加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機方式，刀具隨機存取是最主要的方式。正確安放刀具是成功執(zhí)行數(shù)控程序的基本條件。最主要的方式。正確安放刀具是成功執(zhí)行數(shù)控程序的基本條件。 回轉(zhuǎn)工作臺是臥式加工中心實現(xiàn)主軸運動的部件，主軸的運動可作回轉(zhuǎn)工作臺是臥式加工中心實現(xiàn)主軸運動的部件，主軸的運動可作為分度運動或進(jìn)給運動。為分度運動或進(jìn)給運動。 回轉(zhuǎn)工作臺有兩種結(jié)構(gòu)形式：僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺用鼠齒盤定回轉(zhuǎn)工作臺有兩種結(jié)構(gòu)形式：僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺用鼠齒盤定位，分度前工作臺抬起，使上、下鼠齒盤分

35、離，分度后落下定位，上、位，分度前工作臺抬起，使上、下鼠齒盤分離，分度后落下定位，上、下鼠齒盤嚙合，實現(xiàn)機械剛性連接；用于進(jìn)給運動的回轉(zhuǎn)工作臺用伺服下鼠齒盤嚙合，實現(xiàn)機械剛性連接；用于進(jìn)給運動的回轉(zhuǎn)工作臺用伺服電機驅(qū)動，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)電機驅(qū)動，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)控工作臺。數(shù)控工作臺和控工作臺。數(shù)控工作臺和x、y、z軸及其它附加運動構(gòu)成軸及其它附加運動構(gòu)成45軸輪軸輪廓控制，可加工復(fù)雜輪廓表面。廓控制，可加工復(fù)雜輪廓表面。3.2 55 車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工

36、件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內(nèi)、外圓表面，端面，溝槽，內(nèi)、外圓及端面上的螺旋表面的加工，如內(nèi)、外圓表面，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。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，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，它們由單獨的電動機驅(qū)動，也稱自驅(qū)動刀具。在車削中心上用自驅(qū)動刀它們由單獨的電動機驅(qū)動，也稱自驅(qū)動刀具。在車削中心上用自驅(qū)動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)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)行鉆

37、、銑、攻螺紋等加工；另一種是主軸運動作為一個控制軸（行鉆、銑、攻螺紋等加工；另一種是主軸運動作為一個控制軸（c軸），軸），c軸運動和軸運動和x、z軸運動合成為進(jìn)給運動，即三坐標(biāo)聯(lián)動，銑刀在工件軸運動合成為進(jìn)給運動，即三坐標(biāo)聯(lián)動，銑刀在工件表面上銑削各種形狀的溝槽、凸臺、平面等。表面上銑削各種形狀的溝槽、凸臺、平面等。3.2 3.2.3車削中心車削中心56 車削中心回轉(zhuǎn)刀架通常可裝刀具車削中心回轉(zhuǎn)刀架通?？裳b刀具1216把，這對無人看管柔性加把，這對無人看管柔性加工來說是不夠的。因此，有的車削中心裝備有刀具庫，刀庫有筒形或工來說是不夠的。因此，有的車削中心裝備有刀具庫，刀庫有筒形或鏈形，刀具更換

38、和存儲系統(tǒng)位于機床一側(cè)，刀庫和刀架間的刀具交換鏈形，刀具更換和存儲系統(tǒng)位于機床一側(cè)，刀庫和刀架間的刀具交換由機械手或?qū)ｉT機構(gòu)進(jìn)行。由機械手或?qū)ｉT機構(gòu)進(jìn)行。 車削中心采用可快速更換的卡盤和卡爪，普通卡爪更換時間為車削中心采用可快速更換的卡盤和卡爪，普通卡爪更換時間為510min，而快速更換卡盤、卡爪的時間可控制在，而快速更換卡盤、卡爪的時間可控制在2min以內(nèi)。卡盤有以內(nèi)?？ūP有35套快速更換卡爪，以適應(yīng)不同直徑的工件。如果工件直徑變化很大，套快速更換卡爪，以適應(yīng)不同直徑的工件。如果工件直徑變化很大，則需要更換卡盤。有時也采用人工在機床外部用卡盤夾持好工件，用則需要更換卡盤。有時也采用人工在機床

39、外部用卡盤夾持好工件，用夾持有新工件的卡盤更換已加工的工件卡盤的方法，工件夾持有新工件的卡盤更換已加工的工件卡盤的方法，工件-卡盤系統(tǒng)更卡盤系統(tǒng)更換常采用自動更換裝置。換常采用自動更換裝置。3.2 573.3.1 有軌小車（有軌小車（rgv） 有軌小車（有軌小車（railguidevehicle）是一種沿著鐵軌行走的運輸工具，有自驅(qū)和）是一種沿著鐵軌行走的運輸工具，有自驅(qū)和它驅(qū)兩種驅(qū)動方式。自驅(qū)動有軌小車通過車上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條它驅(qū)兩種驅(qū)動方式。自驅(qū)動有軌小車通過車上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條嚙合，利用交、直流伺服電動機驅(qū)動。它驅(qū)式有軌小車由外部鏈索牽引，在小車嚙合，利用交、

40、直流伺服電動機驅(qū)動。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路線的溝槽，導(dǎo)向銷嵌入溝槽底盤的前、后各裝一導(dǎo)向銷，地面上修有一組固定路線的溝槽，導(dǎo)向銷嵌入溝槽內(nèi)，保證小車行進(jìn)時沿著溝槽移動。內(nèi)，保證小車行進(jìn)時沿著溝槽移動。 前面的銷桿除作定向用外，還作為鏈索牽動小車的推桿。推桿是活動的，可前面的銷桿除作定向用外，還作為鏈索牽動小車的推桿。推桿是活動的，可在套筒中上下滑動。鏈索每隔一定距離有一個推頭，小車前面的推桿可靈活地插在套筒中上下滑動。鏈索每隔一定距離有一個推頭，小車前面的推桿可靈活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的接近開關(guān)和限位開關(guān)控制

41、。推入或脫開鏈索的推頭，由埋設(shè)在溝槽內(nèi)適當(dāng)?shù)攸c的接近開關(guān)和限位開關(guān)控制。推桿脫開鏈索的推頭，小車就停止。采用空架導(dǎo)軌和懸掛式機械手或機器人作為運桿脫開鏈索的推頭，小車就停止。采用空架導(dǎo)軌和懸掛式機械手或機器人作為運輸工具也是一種發(fā)展趨勢，其主要優(yōu)點是充分利用空間，適合于運送中、大型工輸工具也是一種發(fā)展趨勢，其主要優(yōu)點是充分利用空間，適合于運送中、大型工件，如汽車車架、車身等。件，如汽車車架、車身等。 有軌小車的特點是：加速和移動速度都比較快，適合運送重型工件；導(dǎo)軌固有軌小車的特點是：加速和移動速度都比較快，適合運送重型工件；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，制造成本

42、低，便定，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，制造成本低，便于推廣應(yīng)用；行走路線不便改變，轉(zhuǎn)彎角度不能太小；噪聲較大，影響操作工監(jiān)于推廣應(yīng)用；行走路線不便改變，轉(zhuǎn)彎角度不能太??；噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護自身安全。聽加工狀況及保護自身安全。3.3 583.3.2 自動導(dǎo)向小車（自動導(dǎo)向小車（agv）1.agv的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu); 在自動化制造系統(tǒng)中使用的在自動化制造系統(tǒng)中使用的agv大多數(shù)是磁感應(yīng)式大多數(shù)是磁感應(yīng)式agv。圖。圖13是一是一種能同時運送兩個工件的種能同時運送兩個工件的agv，它由運輸小車、地下電纜和控制器三部分，它由運輸小車、地下電纜和控制器三部分組成。組

43、成。3.3 mmmm12344321r1驅(qū)動輪；2驅(qū)動電機；3天線；4感應(yīng)線圖13 磁感應(yīng)agv自動導(dǎo)向原理圖592.agv的自動導(dǎo)向的自動導(dǎo)向; 圖圖13是磁感應(yīng)是磁感應(yīng)agv自動導(dǎo)向原理圖，小車底部裝有弓形天線自動導(dǎo)向原理圖，小車底部裝有弓形天線3，跨設(shè)于以，跨設(shè)于以感應(yīng)線感應(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)天線場。當(dāng)天線3偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時，天線的兩對稱線圈中感應(yīng)電壓有差值，偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時，天線的兩對稱線圈中感應(yīng)電壓有差值，誤差信號經(jīng)過放大，驅(qū)動左、右電動機誤差信號經(jīng)過放大，驅(qū)動左、

44、右電動機2;左、右電動機有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動輪左、右電動機有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動輪1使小車轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號為零。使小車轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號為零。3.3 3.路徑尋找路徑尋找; 路徑尋找就是自動選取岔道，路徑尋找就是自動選取岔道，agv在車間的行走路線比較復(fù)雜，有很在車間的行走路線比較復(fù)雜，有很多分岔點和交匯點。地面上有中央控制計算機負(fù)責(zé)車輛調(diào)度控制，多分岔點和交匯點。地面上有中央控制計算機負(fù)責(zé)車輛調(diào)度控制，agv小小車上帶有微處理器控制板，車上帶有微處理器控制板，agv的行走路線以圖表的格式存儲在計算機內(nèi)的行走路線以圖表的格式存儲在計算機內(nèi)存中。存中。

45、603.3.3 自動化立體倉庫自動化立體倉庫 自動化立體倉庫的主要特點有：利用計算機管理，物資庫存賬目清楚，物料自動化立體倉庫的主要特點有：利用計算機管理，物資庫存賬目清楚，物料存放位置準(zhǔn)確，對自動化制造系統(tǒng)物料需求響應(yīng)速度快；與搬運設(shè)備（如存放位置準(zhǔn)確，對自動化制造系統(tǒng)物料需求響應(yīng)速度快；與搬運設(shè)備（如agv、有軌小車、傳送帶）銜接有軌小車、傳送帶）銜接,能可靠、及時地供給物料；減少庫存量，加速資金周轉(zhuǎn)；能可靠、及時地供給物料；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丟失；可存放的物料范圍寬；充分利用空間，減少廠房面積；減少工件損傷和物料丟失；可存放的物料范圍

46、寬；減少管理人員，降低管理費用；耗資較大，適用于一定規(guī)模的生產(chǎn)。減少管理人員，降低管理費用；耗資較大，適用于一定規(guī)模的生產(chǎn)。 3.3 1. 自動化立體倉庫的組成自動化立體倉庫的組成 自動化立體倉庫主要由庫房、貨架、堆垛起重機、外圍輸送設(shè)備、自動控自動化立體倉庫主要由庫房、貨架、堆垛起重機、外圍輸送設(shè)備、自動控制裝置等組成。圖制裝置等組成。圖14所示為自動化立體倉庫，高層貨架成對布置，貨架之間所示為自動化立體倉庫，高層貨架成對布置，貨架之間有巷道，隨倉庫規(guī)模大小可以有一到若干條巷道。有巷道，隨倉庫規(guī)模大小可以有一到若干條巷道。61圖14 自動化立體倉庫3.3 622.堆垛起重機堆垛起重機 堆垛起

47、重機是立體倉庫內(nèi)部的搬運設(shè)備。堆垛起重機可采用有軌或無軌方堆垛起重機是立體倉庫內(nèi)部的搬運設(shè)備。堆垛起重機可采用有軌或無軌方式，其控制原理與運輸小車相似。倉庫高度很高的立體倉庫常采用有軌堆垛起式，其控制原理與運輸小車相似。倉庫高度很高的立體倉庫常采用有軌堆垛起重機。為增加穩(wěn)定性，采用兩條平行導(dǎo)軌，即天軌和地軌（如圖重機。為增加穩(wěn)定性，采用兩條平行導(dǎo)軌，即天軌和地軌（如圖15所示）。所示）。3.3 圖15 堆垛起重機3. 自動化立體倉庫的管自動化立體倉庫的管理與控制理與控制 （1）貨物的自動識）貨物的自動識別與存取。別與存取。 （2）計算機管理。）計算機管理。 （3）計算機控制。）計算機控制。63

48、3.4 3.4.1 工業(yè)機器人概況工業(yè)機器人概況 工業(yè)機器人是一種可編程的智能型自動化設(shè)備，是應(yīng)用計算機進(jìn)行控制工業(yè)機器人是一種可編程的智能型自動化設(shè)備，是應(yīng)用計算機進(jìn)行控制的替代人進(jìn)行工作的高度自動化系統(tǒng)。的替代人進(jìn)行工作的高度自動化系統(tǒng)。 機器人是從初級到高級逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代。機器人是從初級到高級逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代。 第一代機器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機器人，它主要由夾第一代機器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動器和控制器組成。持器、手臂、驅(qū)動器和控制器組成。 第二代機器人是帶感覺的機器人，它具有一些

49、對外部信息進(jìn)行反饋的能第二代機器人是帶感覺的機器人，它具有一些對外部信息進(jìn)行反饋的能力，諸如力覺、觸覺、視覺等。力，諸如力覺、觸覺、視覺等。3.4.2工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu)工業(yè)機器人的結(jié)構(gòu) 工業(yè)機器人一般由主構(gòu)架（手臂）、手腕、驅(qū)動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制工業(yè)機器人一般由主構(gòu)架（手臂）、手腕、驅(qū)動系統(tǒng)、測量系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成。圖器及傳感器等組成。圖8-16是工業(yè)機器人的典型結(jié)構(gòu)。是工業(yè)機器人的典型結(jié)構(gòu)。64圖16 工業(yè)機器人的典型結(jié)構(gòu)3.4 65 工業(yè)機器人的運動由主構(gòu)架和手腕完成。主構(gòu)架具有三個自由度，其運動工業(yè)機器人的運動由主構(gòu)架和手腕完成。主構(gòu)架具有三個自由度，其運動由兩種基本運動組成，即

50、沿著坐標(biāo)軸的直線移動和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運動。不同由兩種基本運動組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線移動和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運動。不同運動的組合形成各種類型的機器人，如圖運動的組合形成各種類型的機器人，如圖17所示所示; 圖圖17所示的工業(yè)機器人的基所示的工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式有：直角坐標(biāo)型（圖本結(jié)構(gòu)形式有：直角坐標(biāo)型（圖17(a)中有三個直線坐標(biāo)軸）；圓柱坐標(biāo)型中有三個直線坐標(biāo)軸）；圓柱坐標(biāo)型（圖（圖17(b)中有兩個直線坐標(biāo)軸和一個回轉(zhuǎn)軸）；球坐標(biāo)型（圖中有兩個直線坐標(biāo)軸和一個回轉(zhuǎn)軸）；球坐標(biāo)型（圖17(c)中有一中有一個直線坐標(biāo)軸和兩個回轉(zhuǎn)軸）；關(guān)節(jié)型（圖個直線坐標(biāo)軸和兩個回轉(zhuǎn)軸）；關(guān)節(jié)型（圖8-17(d

51、)中有三個回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)，圖中有三個回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)，圖8-17(e)中有三個平面運動關(guān)節(jié)）。中有三個平面運動關(guān)節(jié)）。3.4 圖圖17工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式(a）直角坐標(biāo)型；）直角坐標(biāo)型；(b）圓柱坐標(biāo)型；）圓柱坐標(biāo)型；(c）球坐標(biāo)型；）球坐標(biāo)型；(d）多關(guān)節(jié)型；）多關(guān)節(jié)型；(e）平面關(guān)節(jié)型）平面關(guān)節(jié)型66圖17工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式(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3.4 67圖17工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式(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3.4 68圖17工業(yè)機器人的基本結(jié)

52、構(gòu)形式(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3.4 69圖17工業(yè)機器人的基本結(jié)構(gòu)形式(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3.4 703.4.3工業(yè)機器人的應(yīng)用工業(yè)機器人的應(yīng)用 目前，工業(yè)機器人主要應(yīng)用于汽車制造、機械制造、電子器件、集成電路、目前，工業(yè)機器人主要應(yīng)用于汽車制造、機械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機器人的典型應(yīng)用。塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機器人的典型應(yīng)用。 1.汽車制造領(lǐng)域汽車制造領(lǐng)域 圖圖19是一個焊接機器人系統(tǒng)的示意圖。焊接機器人

53、還分成采用點位控制的是一個焊接機器人系統(tǒng)的示意圖。焊接機器人還分成采用點位控制的點焊機器人和采用軌跡控制的焊接機器人兩種。點焊機器人和采用軌跡控制的焊接機器人兩種。3.4 圖18 噴漆工業(yè)機器人系統(tǒng)示意圖71圖8-19 焊接工業(yè)機器人系統(tǒng)示意圖3.4 722.機械制造領(lǐng)域機械制造領(lǐng)域 機械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運機器人搬運物料、工件和工具，裝機械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運機器人搬運物料、工件和工具，裝配機器人完成設(shè)備的零件裝配，測量機器人進(jìn)行在線或離線測量。配機器人完成設(shè)備的零件裝配，測量機器人進(jìn)行在線或離線測量。 圖圖20所示是兩臺機器人用于自動裝配的情況，主機器人是一臺具有三個自

54、所示是兩臺機器人用于自動裝配的情況，主機器人是一臺具有三個自由度且?guī)в杏|覺傳感器的直角坐標(biāo)機器人，它抓取第由度且?guī)в杏|覺傳感器的直角坐標(biāo)機器人，它抓取第1號號(no.1)零件，并完成零件，并完成裝配動作；輔助機器人僅有一個回轉(zhuǎn)自由度，它抓取第裝配動作；輔助機器人僅有一個回轉(zhuǎn)自由度，它抓取第2號號(no.2)零件，第零件，第1號號和第和第2號零件裝配完成后，再由主機械手完成與第號零件裝配完成后，再由主機械手完成與第3號號(no.3)零件的裝配工作。零件的裝配工作。3.4 圖圖20 機器人用于零件裝配機器人用于零件裝配73 圖圖21所示是一教學(xué)型所示是一教學(xué)型fms，由一臺，由一臺cnc車床、一臺

55、車床、一臺cnc銑床、工件傳銑床、工件傳送帶、料倉、兩臺關(guān)節(jié)型機器人和控制計算機組成。兩臺機器人在送帶、料倉、兩臺關(guān)節(jié)型機器人和控制計算機組成。兩臺機器人在fms中服中服務(wù)，一臺機器人服務(wù)于加工設(shè)備和傳送帶之間，為車床和銑床裝卸工件；另務(wù)，一臺機器人服務(wù)于加工設(shè)備和傳送帶之間，為車床和銑床裝卸工件；另一臺位于傳送帶和料倉之間，負(fù)責(zé)上、下料。一臺位于傳送帶和料倉之間，負(fù)責(zé)上、下料。3.4 圖21 機器人上、下料743.其它領(lǐng)域其它領(lǐng)域 機器人在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，如工業(yè)機器人可以取代人去完機器人在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，如工業(yè)機器人可以取代人去完成一些危險環(huán)境中的作業(yè)成一些危險環(huán)境中的作

56、業(yè)(如放射線、火災(zāi)、海洋、宇宙等如放射線、火災(zāi)、海洋、宇宙等)。例如，。例如，2004年年1月月4日，美國日，美國“勇氣勇氣”號火星探測機器人實現(xiàn)了人類登陸火星的夢想，號火星探測機器人實現(xiàn)了人類登陸火星的夢想，圖圖8-22為為“勇氣勇氣”號的圖片。號的圖片。3.4 圖圖22 “勇氣勇氣”號火星探測器號火星探測器753.5.1檢測與監(jiān)控原理檢測與監(jiān)控原理 在自動化制造系統(tǒng)的加工過程中，為了保證加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運在自動化制造系統(tǒng)的加工過程中，為了保證加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運行，需要對系統(tǒng)運行狀態(tài)和加工過程進(jìn)行檢測與監(jiān)控（如圖行，需要對系統(tǒng)運行狀態(tài)和加工過程進(jìn)行檢測與監(jiān)控（如圖23所示）。所示）。

57、 圖圖23 檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的組成檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的組成檢測與監(jiān)控系統(tǒng)運行狀態(tài)檢測與監(jiān)控加工過程檢測與監(jiān)控物流監(jiān)控控制信息監(jiān)控系統(tǒng)安全監(jiān)視加工設(shè)備監(jiān)控刀具的檢測與監(jiān)控工件精度檢測刀具流夾具流工件流信息流測量機機床機器人測量機循環(huán)內(nèi)檢測761. 運行狀態(tài)檢測與監(jiān)控運行狀態(tài)檢測與監(jiān)控自動化制造系統(tǒng)中，需要檢測與監(jiān)控的運行狀態(tài)通常包括：自動化制造系統(tǒng)中，需要檢測與監(jiān)控的運行狀態(tài)通常包括：（1）刀具信息。）刀具信息。（2）機床狀態(tài)信息。）機床狀態(tài)信息。（3）系統(tǒng)運行狀態(tài)信息。）系統(tǒng)運行狀態(tài)信息。 （4）在線尺寸測量信息。）在線尺寸測量信息。（5）系統(tǒng)安全情況信息。）系統(tǒng)安全情況信息。 （6）仿真信息。仿真

58、信息包括以下內(nèi)容：零件的數(shù)控程序是否準(zhǔn)確；）仿真信息。仿真信息包括以下內(nèi)容：零件的數(shù)控程序是否準(zhǔn)確；有無碰撞干涉情況；仿真綜合結(jié)果情況等。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工件尺寸精度檢測方法 （1）直接測量與間接測量。）直接測量與間接測量。 （2）接觸測量和非接觸測量。）接觸測量和非接觸測量。 （3）在線測量和離線測量。）在線測量和離線測量。 3.刀具磨損和破損的檢測方法刀具磨損和破損的檢測方法 （1）刀具、工件尺寸及相對距離測定法。）刀具、工件尺寸及相對距離測定法。 （2）放射線法。）放射線法。 （3）電阻法。）電阻法。 （4）光學(xué)圖像法。）光學(xué)圖像法。77（

59、5）切削力法。）切削力法。 （6）切削溫度法。）切削溫度法。（7）切削功率法。）切削功率法。（8）振動法。）振動法。 （9）噪聲分析法。）噪聲分析法。 （10）加工表面粗糙度法。）加工表面粗糙度法。 3.5.2 檢測與監(jiān)控應(yīng)用舉例檢測與監(jiān)控應(yīng)用舉例 例例8-1加工中心（加工中心（mc）需檢測的運行狀態(tài)信息。）需檢測的運行狀態(tài)信息。 mc需檢測的運行狀態(tài)信息如下：需檢測的運行狀態(tài)信息如下： （1）環(huán)境參數(shù)及安全檢測。）環(huán)境參數(shù)及安全檢測。 （2）刀庫狀態(tài)檢測。）刀庫狀態(tài)檢測。（3）機床負(fù)載檢測。）機床負(fù)載檢測。（4）換刀機構(gòu)檢測。）換刀機構(gòu)檢測。（5）交換工作臺檢測。）交換工作臺檢測。（6）工作

60、臺振動檢測。）工作臺振動檢測。 （7）冷卻與潤滑系統(tǒng)檢測。）冷卻與潤滑系統(tǒng)檢測。（8）cnc/pc系統(tǒng)檢測。系統(tǒng)檢測。78 例例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，映刀具的磨損情況， 圖圖24中中和和所示是切削力的變化過程，曲線所示是切削力的變化過程，曲線表示的是鋒利的刀表示的是鋒利的刀具，曲線具，曲線表示的是磨鈍了的刀具。切削力的差異表示的是磨鈍了的刀具。切削力的差異f是反映刀具實際磨是反映刀具實際磨損的標(biāo)志。如果損的標(biāo)志。如果切削力突然上升或突然下降，可能預(yù)示刀具的折斷。切削力突然上升或突然下降