工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)

工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)NC系統(tǒng)CAM系統(tǒng)定義

電腦數(shù)值控制NC程式設(shè)計(jì)CAM系統(tǒng)定義CAM(Computer-AidedManufacturing)即電腦輔助製造的簡(jiǎn)稱(chēng)，一般是指於生產(chǎn)製造時(shí)，利用電腦的功能來(lái)協(xié)助規(guī)劃管理及控制的各項(xiàng)過(guò)程。其包含的範(fàn)圍應(yīng)由生產(chǎn)準(zhǔn)備就算是CAM的部份，直至生產(chǎn)加工完後的檢測(cè)、包裝均是CAM的領(lǐng)域。因此CAM系統(tǒng)實(shí)比CAD系統(tǒng)要更多且複雜。就一般而言CAM所包含的項(xiàng)目有電腦數(shù)值控制(CNC)，電腦輔助製程規(guī)劃(CAPP)，生產(chǎn)排程(MPS)，物料需求規(guī)劃(MRP)，自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)，彈性製造系統(tǒng)(FMS).....等。CAM系統(tǒng)定義CAM的應(yīng)用可分為二大項(xiàng)，如下:

1．電腦監(jiān)視與控制:

為了達(dá)到監(jiān)視與控制的目的，而把電腦直接與製造過(guò)程相連線(xiàn)。CAM系統(tǒng)定義2．製造支援應(yīng)用:

間接應(yīng)用電腦來(lái)支援生產(chǎn)作業(yè)，但在電腦與製造過(guò)程中並無(wú)直接的介面。另外電腦監(jiān)視與控制可區(qū)分為監(jiān)視應(yīng)用與控制應(yīng)用兩部份。電腦製程監(jiān)視在製造程序中含有一個(gè)直接的電腦介面，用以觀察程序與設(shè)備，同時(shí)電腦是作程序搜集資料，而本身並沒(méi)有直接去控制作業(yè)程序。電腦數(shù)值控制傳統(tǒng)之?dāng)?shù)值控制(NC)，若增加了電腦控制的功能，即成為電腦數(shù)值控制(ComputerNC)。目前大多使用的綜合加工機(jī)屬於CNC的佔(zhàn)大多數(shù)一部NC系統(tǒng)應(yīng)包括三部份:

1?指令程式(NC碼)

2．機(jī)器控制單元(MCU)

3．工具機(jī)。電腦數(shù)值控制執(zhí)行流程如圖所示，首先將欲加工之工件，依其加工方法、步驟及尺寸資料、加工條件……等寫(xiě)成加工程式，按著再以下打孔紙帶、磁帶或直接存入記憶體之方式儲(chǔ)存。當(dāng)這些NC程式經(jīng)過(guò)CNC的控制單元後即轉(zhuǎn)換成各種控制動(dòng)作，來(lái)進(jìn)行所需的加工。因此，只要改變NC程式，即可執(zhí)行不同的加工，是富有彈性之加工方式。電腦數(shù)值控制CNC與NC比較:CNC主要是把NC的各種功能用電腦之微處理機(jī)(CPU)來(lái)控制，所以，CNC是以微電腦為中心，來(lái)執(zhí)行NC功能的，比NC操作更方便。為使工件設(shè)計(jì)師能設(shè)計(jì)相對(duì)於工件的一連串刀具的位置和運(yùn)動(dòng)，必須建立一套標(biāo)準(zhǔn)座標(biāo)系統(tǒng)來(lái)定義座標(biāo)。為使程式師更方便工作，假想工件是靜止不動(dòng)的，而主軸相對(duì)於它移動(dòng)。所以座標(biāo)系統(tǒng)的座標(biāo)軸是設(shè)定在機(jī)器工作臺(tái)上。如下圖所示:電腦數(shù)值控制工件程式設(shè)計(jì)師有時(shí)可以選擇不同的刀具位置定位方法，一種是絕對(duì)系統(tǒng)(Absolutesystem)，另一種是增量系統(tǒng)(Incrementalsystem)。絕對(duì)位置定位(Absolutepositioning)法是指刀具位置依相對(duì)於零點(diǎn)的座標(biāo)而定義。兩增量位置定位(Incrementalpositioning)法是指刀具位置，依相對(duì)於前一點(diǎn)(或指定點(diǎn))之座標(biāo)而定。如下圖所示:電腦數(shù)值控制NC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，可分為三種方式:

1．點(diǎn)到點(diǎn)型(Point-to-point,PTP):

此型中，工具機(jī)控制系統(tǒng)的目標(biāo)就是要將刀具移到事先已定義好的位置上。至於移動(dòng)位置過(guò)程問(wèn)的速度與路徑，對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的NC並不重要。如下圖所示，最常用於鎖孔與點(diǎn)焊之控制。電腦數(shù)值控制2．直切型(Straight-out):

直切型控制系統(tǒng)可將切削刀具沿著主軸的平行線(xiàn)上，以適合加工的速率移動(dòng)。所以其最適合於銑削外形為矩形的工作。這種型式的NC系統(tǒng)，只能依某單軸方向運(yùn)動(dòng)，所以對(duì)於在工件上做某角度的切削工作是不可能的。如下圖所示。電腦數(shù)值控制3.輪廓型(Contouring):

此型較以上兩種更複雜，它可以同時(shí)沿著多軸而運(yùn)動(dòng)，因此可以走曲線(xiàn)。常用於銑削與車(chē)削之控制。如下圖所示。電腦數(shù)值控制綜合加工機(jī)(MachingCenter;MC)是在NC工具機(jī)上附加兩種機(jī)能。一為刀具自動(dòng)交換機(jī)能，另一為自動(dòng)指度(index)工作兩個(gè)以上的機(jī)能。

綜合加工機(jī)由於能做一系列加工，一面交換刀具，一面指出工件的加工位置，故能縮短時(shí)間，提高生產(chǎn)力。

電腦數(shù)值控制綜合加工機(jī)中刀具自動(dòng)交換是以稱(chēng)為ATC(AtomaticToolChanger)的裝置來(lái)進(jìn)行。此裝置是將各種刀具事先安裝於刀具庫(kù)內(nèi)，依據(jù)輸入程式中有關(guān)刀具交換資料的指令來(lái)做刀具交換。刀具交換最簡(jiǎn)單的方式是刀具依加工順序插入刀具庫(kù)內(nèi)，然後逐次取出。稍複雜者是在刀具上附有識(shí)別號(hào)碼，以此識(shí)別號(hào)碼做刀具交換的指示，故刀具交換可以任意順序進(jìn)行。NC程式CAM領(lǐng)域中，有一項(xiàng)很重要的事項(xiàng)，即是必須要懂NC程式設(shè)計(jì)，雖然有些CAD/CAM軟體具備了自動(dòng)產(chǎn)生NC程式(POST)之功能，但是NC程式產(chǎn)生後必須還是要經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)者的修改後才算完全確定可以於NC工具機(jī)上實(shí)際切削，於是本單元就來(lái)介紹NC程式，但是詳細(xì)的設(shè)計(jì)及說(shuō)明指令，請(qǐng)讀者參考NC設(shè)計(jì)之書(shū)籍。NC程式一般NC程式均是由一區(qū)段中的字組所組成的。其字組的型式有以下幾種:

1．順序號(hào)碼:區(qū)別各個(gè)區(qū)段而設(shè)之號(hào)碼，如:N0003。

2．準(zhǔn)備機(jī)能:用來(lái)執(zhí)行各種G功能，如:N02(圓弧順時(shí)針切削)。

3．座標(biāo)字組:定義刀具的位置座標(biāo)，如。

4．進(jìn)給率:設(shè)定進(jìn)給速度，如300。

5．切削速率:設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速，如S20。

6?刀具選擇:可自動(dòng)更換刀具，如:T02。

7．輔助機(jī)能:定義某些輔助或雜項(xiàng)功能，如M03(表示主軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn))而NC程式產(chǎn)生的方式有兩大類(lèi)：

NC程式1．人工程式設(shè)計(jì)：

由NC程式設(shè)計(jì)師來(lái)製作NC程式，此只限於較簡(jiǎn)單之加工路徑，若是複雜3D運(yùn)動(dòng)路徑，用人工去設(shè)計(jì)那將是一件既無(wú)效率且不可能的事。

2?電腦輔助NC程式設(shè)計(jì)：

目前大部份的CAD/CAM軟體均有自動(dòng)產(chǎn)生NC程式之功能，只要設(shè)計(jì)者將刀具路徑(CL檔)產(chǎn)生出來(lái)，再經(jīng)由後處理(POST)程式，就可以產(chǎn)生出與刀具路徑相同的NC程式。故依此方法將可以節(jié)省不少的計(jì)算座標(biāo)點(diǎn)與設(shè)計(jì)路徑的時(shí)間，尤其是3D以上切削時(shí)，故此為目前程式設(shè)計(jì)發(fā)展之趨勢(shì)。NC程式一般用CAD/CAM軟體來(lái)產(chǎn)NC程式時(shí)，一般會(huì)產(chǎn)生一個(gè)叫CL(CutterLocationfile)檔的刀具路徑檔。因?yàn)槟壳案鞣NNC，CNC之控制器均不同，故先產(chǎn)生CL檔後，再視所用之控制器型式，利用適當(dāng)之後處理程式，產(chǎn)生所需NC程式。NC程式另外有一種NC程式語(yǔ)言即APT(AutomaticallyProgrcemingTooI)語(yǔ)言。APT語(yǔ)言不僅是NC語(yǔ)言，同時(shí)利用APT語(yǔ)言之指令也可以用來(lái)計(jì)算刀具位置，並可至多作到5軸的控制。APT語(yǔ)言的敘述(Statement)分為四種型式:

1．幾何敘述:定義工件的幾何形狀元素。

2．動(dòng)作敘述:用來(lái)描述刀具運(yùn)動(dòng)之路徑。

3?後處理器敘述:用來(lái)指定進(jìn)給連率、切削、速度及啟動(dòng)機(jī)器……等之動(dòng)作。

4．輔助敘述:用來(lái)辨別工件、刀具、公差"…等方面之?dāng)⑹觥?/p>

NC程式APT系統(tǒng)對(duì)形狀定義的方式並不是直接定義產(chǎn)品的形狀，而是採(cǎi)用刀具移動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)果，亦即間接的方式。其方式如下。應(yīng)用表示刀具刀刃位置的工件面(Partsurface)、表示刀具移動(dòng)面的驅(qū)動(dòng)面(Drivesurface)以及表示刀具移動(dòng)方向變化的檢查面(Checksurface'.等三個(gè)面來(lái)定義刀具的移動(dòng)。以這三個(gè)面正確決定刀具的最初位置後，逐次指定驅(qū)動(dòng)面及檢查面就能控制刀具的移動(dòng)。如下圖所示。NC程式而檢查面的指定方式如下圖所示有三種方法。圖中，「TO」具有將檢查面指定在刀具前面，「ON」指定在刀具中心，「PAST」指定在刀具後面。程式設(shè)計(jì)者可視工件形狀。以其中較方便的方法來(lái)指定檢查面。NC程式以下列出一個(gè)用APT語(yǔ)言寫(xiě)成之範(fàn)例程式:MACHIN/DRILL.5CLPRINCUTTER/0.750PO=POINT/-2.0，0.0，0.0P1=POINT/1.25，1.0，0.0P2=POINT/4.75，1.0，0.0SPINDL/500PEDRAT/3.55COOLNT/ONFROM/PCGOTO/P1GODLTA/O，0，-1.5GODLTA/O，0，1.5GOTO/P2GODLTA/O，0，-15GODLTA/0，0，1.5GOTO/POCOOLNT/OFFFINI而用APT的處理流程如下圖所示NC程式NC程式及APT語(yǔ)言程式，可藉由某些CAD/CAM軟體來(lái)完成。首先利用CAD系統(tǒng)將模型顯示於顯示器上，然後建立曲面模式，再由CAM系統(tǒng)模擬加工情況而產(chǎn)生刀具路徑，進(jìn)行產(chǎn)生NC程式。但有一點(diǎn)很重要:不管是在那套CAD/CAM軟體產(chǎn)生的NC程式，均要檢查。最常用的方式即是輸入NC程式於顯示器模擬切削時(shí)利用眼睛來(lái)檢查。另外，則是利用電腦，將刀具、治具、素材…等更換為實(shí)體模型後，然後再將NC資料輸入，模擬加工模型的動(dòng)作。NC程式以上的檢查都沒(méi)有問(wèn)題之後，再於NC工具機(jī)上實(shí)際空跑(dryrun)一次，並檢查有無(wú)缺失?；蛴霉I(yè)塑膠或苯乙烯之樹(shù)脂來(lái)實(shí)際切削來(lái)確認(rèn)加工的情況。直接數(shù)值控制傳統(tǒng)的NC系統(tǒng)，大都以NC紙帶為媒介來(lái)執(zhí)行程式，本身並無(wú)儲(chǔ)存資料及顯示資料之功能。而且前幾乎所有的數(shù)值控制系統(tǒng)均以微電腦當(dāng)作控制單元，用以讀取程式，並將之轉(zhuǎn)成工具機(jī)所懂的機(jī)械碼，這種具有微電腦的NC系統(tǒng)即為CNC系統(tǒng)。NC程式而目前更有直接數(shù)值控制(DirectNumericalControl,DNC)的出現(xiàn)，DNC系統(tǒng)是以一臺(tái)或數(shù)臺(tái)電腦直接與數(shù)臺(tái)工具機(jī)運(yùn)線(xiàn)，而直接對(duì)工具機(jī)控制或傳輸資料。如此更能夠達(dá)到自動(dòng)化生產(chǎn)與控制的境地，使各工具機(jī)不會(huì)浪費(fèi)效率，依所設(shè)定之順序來(lái)控制。NC程式一般DNC的優(yōu)點(diǎn)如下:

1.不必使用NC紙帶與讀帶機(jī)。

2.計(jì)算能力更強(qiáng)大。

3.NC工件程式易儲(chǔ)存於電腦中。