自动化制造系统第3章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章 自动化制造系统的组成,本章主要内容：,自动化制造系统的常见类型,自动化加工设备,工件储运系统,刀具准备及储运系统,工业机器人,质量控制和运行监控系统,辅助设备,控制与通信系统,1.刚性自动线：,刚性自动化加工设备和辅助设备用工件运输系统按顺序连接起来，在控制系统控制下完成单个零件加工的大系统。,特点：结构复杂，完成工序多，生产率很高，用于少品种、大量生产场合,优点：可缩短生产周期，减少半成品库存，缩短物料流程等,缺点：投资大，调整周期长,第一节 自动化制造系统的常见类型,2.分布式数字控制技术,DNC：,DNC,是用一台或多台计算机，对多台数控机床实施综合控制的一种方法，是机械制造自动化系统的一个重要发展。,1),DNC,的发展过程：,(1)直接数字控制(,Direct Numerical Control)，,也称为“群控”(,60s),(2),DNC,系统实施分级控制，,CNC,计算机直接控制数控机床并与,DNC,系统主机进行信息交互，,DNC,主机也可与其它计算机进行信息的交互。,DNC,系统配置的这种发展，使,DNC,的含义由直接数控变为分布式数控(,Distributed Numerical Control)。(70s),(3),DNC,系统不仅用计算机来管理、调度和控制多台数控机床，而且还与,CAD/CAPP/CAM、,物料输送和存贮、生产计划与控制相结合，形成了柔性分布式数字控制(,Flexible Distributed Numerical Control:FDNC),系统。(80,s),2),DNC,系统的组成、功能,(1)组成,DNC,控制计算机,数据通信系统,DNC,接口,CNC,装置,软件系统,(2)功能,NC,程序的上载与下载,NC,程序存储与管理；,系统的简单控制与调度；,系统状态信息的采集、处理和报告；,根据生产作业计划进行生产调度与控制；,计划、工装（刀具、量具、夹具）信息、物料数据的集成化生产管理。,3.,柔性制造单元,FMC,由13台数控机床或加工中心，工件自动输送及更换系统(托盘交换装置或工业机器人)，刀具存储、输送及更换系统，设备控制器和单元控制器组成，由单元计算机控制运作。,优点：与,FMS,相比，结构简单，成本低，投资小，可靠性高,适用于品种变化不是很大、批量中等的产品,柔性制造单元,多工位柔性加工单元,并联机床加工单元,精益加工单元,气缸体加工单元,4.,柔性制造系统,FMS,四部分组成两台以上的数控加工设备，自动化的物料和刀具储运系统，若干辅助设备和控制管理系统,特点：内部既包括信息流，也包括受信息流控制的物料流。,优点：操作人员少，产品质量高，工序集中减少占地面积，与立体仓库配合能实现24,h,连续工作，集中作业减少加工时间，易与其他系统整合组成更高级的自动化制造系统,。,缺点：投资大，复杂的结构对操作人员要求高，可靠性较差。,5.,柔性制造线,FML,由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统组成。,自动化加工设备包括数控机床、可换主轴箱机床。,工件输送系统主要是各种传送带。,特点：同时兼有刚性自动线和,FMS,的特征，在柔性上接近,FMS，,在生产率上接近刚性自动线。,钣金柔性加工线1,钣金柔性加工线2,6.,柔性装配线,FAL,由装配站、物料输送系统和控制系统组成。,装配站种类有可编程的装配机器人、不可编程的自动装配装置和人工装配工位。,物料输送系统主要是传送带。,定时器自动装配线,第二节 自动化加工设备,1.组合机床,图片,组合机床是以大量通用部件为基础，配以少量的专用部件，对一种或若干种工件按预先确定的工序进行加工的高效专用机床。,通用部件是组合机床的基础，专用部件是组合机床发挥全部功能的“点睛之作”。,组合机床能完成多刀、多轴、多面、多工位同时加工，生产率和自动化程度很高，易于组成自动线。,组合机床最适宜于加工各种大中型箱体类零件，应用最多的是平面加工和孔加工两类工序。,组合机床数控化是提高其自动化水平的主要途径。,立卧复合式三面钻孔组合机床，用于同时钻工件两侧面和顶面上的许多孔。机床由侧底座、立柱底座、立柱、动力箱及滑台等通用部件和主轴箱、中间底座、夹具等专用部件组成。,2.一般数控机床,数控机床是一种由数字信号控制其动作的新型自动化机床，控制系统多采用电子计算机，故也称,CNC,机床。,特点：1)柔性高；2)自动化程度高；3)加工精度高；4)生产效率高；5)具有刀具寿命管理功能；6)具有通信功能。,分类,：,经济型,，,全功能型,，,高精度型,数控机床视频,档次,功能,低档数控机床,中挡数控机床,高档数控机床,进给当量和进给速度,进给当量为,10,m,，,进给速度在,815,m/min,进给当量为,1,m,，,进给速度为,1524,m/min,进给当量为,0.1,m,，,进给速度为,15100,m/min,伺服进给系统,开环、步进电动机,半闭环直流伺服系统或交流伺服系统,闭环伺服系统、电机主轴、直线电机,联动轴数,23,轴,34,轴,3,轴以上,通信功能,无,RS232,或,DNC,接口,RS232,、,RS432,、,DNC,、,MAP,接口,显示功能,数码管显示或简单的,CRT,字符显示,功能较齐全的,CRT,显示或液晶显示,功能齐全的,CRT(,三维动态图形显示,),内装,PLC,无,有,有强功能的,PLC,，,有轴控制的扩展功能,主,CPU,8,位,CPU,或,16,位,CPU,由,16,位,CPU,向,32,位,CPU,过渡,32,位,CPU,向,64,位,CPU,发展,数控机床分类表,3.车削中心,车削中心比数控机床工艺范围宽，工件在一次安装中几乎能够完成所有表面的加工，因而避免了多次装夹过程中可能造成的定位误差。,主轴连续定向机构和,C,轴功能,4.,加工中心,图片,加工中心=数控机床+刀库+自动换刀机构,特点,适用范围广，加工精度高，自动化水平和生产率高,典型机构,自动换刀机构,及,刀库,触发式测头测量系统,刀具长度测量系统,回转工作台,加工中心视频,立式加工中心,五轴加工中心,5,.,加工自动线,1)通用机床自动线,对机床的要求：较高的稳定性、可靠性，刚度好，断屑和排屑能力强,工件的输送方式：强制输送和自由传送,自动线的布置方式：,串联，并联，纵列，横排,材料的分配方式：顺序分料，按需分料,2),组合机床自动线,分类：,工件输送方式:直接输送和间接输送,输送轨道:直线输送和圆(椭圆)形轨道输送,输送带相对机床的配置形式：通过式输送和外移式输送,工件输送方式：,步伐式输送和自由流动式输送,布局：,直线形，折线形，框形，圆形、环形或椭圆形,实例：,发动机缸盖凸轮轴轴承盖加工数控组合机床自动线,3)柔性自动线,设备：数控机床、专用机床及组合机床,输送设备：各种托盘、托板输送系统,控制设备：分层次的分布式控制系统,自动化生产线的两个实例,汽车车身自动焊接线,汽车外覆件自动冲压线,第三节 物流输送系统,1.物流系统及其功能,1)物流分类,工件流：原材料，半成品，成品,工具流：刀具，夹具,配套流：托盘，辅材，备品备件,2)物流系统功能,存储功能、输送功能、装卸功能、管理功能,3)物流系统种类,(1)单机自动供料装置：储料器、隔料器、上料器、输送槽、定位定向装置,(2)自动线输送系统：连续输送机、通用悬挂小车、有轨导向小车、随行夹具返回装置,(3),FMS,物流系统：自动导向小车、积放式悬挂小车、积放式有轨导向小车、搬运机器人、自动化仓库,2.,自动线输送系统,1)带式输送机,(1)输送带,材料：橡胶带、塑料(树脂)带、绳芯带、钢网带,用途：强力型、普通型、轻型、井巷型、耐热型,接头：机械接头、冷粘接头、硫化接头、无接头,(2)滚筒及驱动装置,滚筒：传动滚筒、改向滚筒,驱动装置：电动机、联轴器、减速机、传动滚筒，电动机宜选启动扭矩大的品种,(3)托辊,用于长距离输送时防止由于物料自重和带自重引起的输送带下垂。,托辊距离的选择原则：上托辊距为成件物料在输送方向上尺寸的一半，下托辊距可取上托辊距的2倍。,常见托辊结构,常见托辊结构型式图,a),平托辊,b)V,形托辊,c),槽形托辊,d),空载平托辊,e),空载梳形托辊,f),空载,V,形托辊,g),挡辊式调心托辊,h),挡辊式空载调心托辊,i),挡辊式空载双辊调心托辊,(4)张紧装置,作用：避免输送带打滑，控制输送带挠度，减小输送阻力。,按结构分类：螺杆式、弹簧螺杆式、重锤式、绞车式。,重锤式张紧机构示意图,2)链式输送系统,链式输送系统包括链条、链轮、电动机、减速器、联轴器，长距离输送要增加张紧装置和链条支撑导轨。,(1)链条,包括套筒滚子链、弯板链、叉形链、焊接链、可拆链、履带链、齿形链。,制造方法：锻造、铸造、冲压、焊接,输送链条与传动链条比，节距大。,输送链传动中，物料通过链条上的附件承托来传送。一级附件均为标准件，可配置二级附件扩展。,二级以上附件需自行设计，原则：使物料重力传递到链条支承轨道上的路径最短，在考虑满足强度的前提下，重量尽量轻，结构工艺性好。,(2)链轮,链轮的基本参数、齿形及公差、齿槽形状、轴向齿廓、链轮公差等看参见国家标准,GB8350-1987,输送链、附件及链轮。,注意链传动时链速是,不均匀的，由此而产生一,个附加的角加速度，带来,链传动的不均匀性。链轮,齿数越大，传动的不均匀,性越小，但链轮外圆直径,越大。设计时需要综合考,虑两者的取舍。,3)步伐式传送带,(1)棘爪步伐式传送带,无工件定位元件，只能用于低速运行场合。,棘爪步伐式传送带,(2)摆杆步伐式传送带,工件有元件定位，速度可高达20,m/min,摆杆步伐式传送带,4)辊子输送系统,(1)无动力辊子输送系统，又称辊道，有长、短两种。,长辊道辊子形状有圆柱形、圆锥形和曲面形几种，以圆柱形长辊道应用最广。辊道曲线段采用圆锥形辊子或双排圆柱形辊子，可使物品转弯。,短辊道可缩短辊子间距，自重较轻。,辊道一般稍下倾，当物品较重、线路较长时，斜度可取11.5。如要使物品自滑，斜度可增大到23。当线路长度小于10米、物品轻于 200千克时，可以布置成水平线路。自滑式辊道不易控制物品下滑速度，所以长度一般不大。辊道的宽度比物品宽度大100150毫米。曲线段最小曲率半径为辊道宽度的34倍。辊子间距为输送物品长度的1/31/4，当物品输送的平稳性要求较高时。间距可取输送物品长度的1/41/5。辊子直径按载荷大小决定。,(2)动力辊子输送系统,常用于水平的或向上微斜的输送线路。驱动装置将动力传给辊子，使其旋转，通过辊子表面与输送物品表面间的摩擦力输送物品。按驱动方式有单独驱动与成组驱动之分。前者的每个辊子都配有单独的驱动装置，以便于拆卸。后者是若干辊子作为一组，由一个驱动装置驱动，以降低设备造价。成组驱动的传动方式有齿轮传动、链传动和带传动。动力式辊子输送机一般用交流电动机驱动，根据需要亦可用双速电动机和液压马达驱动。,动力辊子输送系统驱动方式,5)悬挂输送系统,(1)分类,A.,牵引式。,带有承载吊具的滑架1(又称行车)与牵引构件2连接在一起，沿着轨道3运行。滑架上挂有铰接吊具4用于放置被输送物件，牵引构件2由传动装置5带动，水平面内转向靠回转装置实现，垂直面内转向靠轨道中的弯轨实现。系统内设置张紧装置。,B.,推动式。,带有承载吊具的载货小车1与牵引构件不连接在一起，而是由连在牵引构件上并沿轨道3运行的推进滑架2推动沿轨道4运行。,其特点是：可藉助道岔装置使载货小车由一条轨道(主线)进入支线(辅线)或另一条承载轨道，实现被输送物品的分类、储存及运输的自动化。,C.,拖动式。,行车1通过特殊吊钩4连接在牵引构件3上，吊钩钩住装有物品的地面行车2的拖杆5而拖动地面行车。,这种输送机在国内应用很少见。,6)有轨导向小车,有轨小车(,Rail Guide Vehicle),是一种沿着铁轨行走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小车由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。,前面的销杆除作定向用外，还作为链索牵动小车的推杆。推杆是活动的，可在套筒中上下滑动。链索每隔一定距离有一个推头，小车前面的推杆可灵活地插入或脱开链索的推头，由埋设在沟槽内适当地点的接近开关和限位开关控制。推杆脱开链索的推头，小车就停止。采用空架导轨和悬挂式机械手或机器人作为运输工具也是一种发展趋势，其主要优点是充分利用空间，,适合于运送中、大型工件，如汽车车架、车身等。,有轨小车的特点是：加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；行走路线不便改变，转弯角度不能太小；噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。,3.柔性物料系统,FMS,系统要求有一套柔性物料系统与之配合共同完成生产加工任务。,1)物流输送基本形式,从运输系统布局来看，可分为串行工作方式和随机工作方式两大类，串行工作方式又可分为直线移动(往复式)和封闭循环式。随机工作方式又可分为直线往复式、封闭循环式和网络式。,采用直线往复和封闭循环运输时，多用传输带实现，网络式则利用自动导向小车(,AGV),或搬运机器人实现。,典型运输方式示意图,(1)直线形输送方式,FMS,发展的早期，可能是受机械式自动线的影响多采用直线往复式封闭循环的运输方式，下面所附两个图就是两个直线移动方式的例子。例一图的特点是机床排列在运输线的一边。,直线往复式运输方式之一,例二所举的例子也是一种直线往复式的运输方式，两台水平式加工中心，位于,AGV,的导向导轨的一端，彼此面对面地排列。导轨的另一端是装卸站。中间部分，导轨的两边并列排放着19个托盘站(包括小车上的托盘共有20个)。,该系统用来加工50种不同的铝铸件，批量大约为每月50件/种，有齿轮箱、法兰盘等。工件的基面加工由车间另外配置的一台加工中心和两台钻床来完成，以便保证工件在托盘上定位的精度。工人在装卸站将工件安装在相应的托盘中的同时，将托盘号和零件号输入给计算机，计算机根据调度计划，可以命令,AGV,在哪里装卸工件，并指令加工中心，调用加工程序控制加工。,(2)环形输送方式,简单的环形运输系统,环式布置的搬运工具可以用导轨也可以是各种形式的无轨小车。左图是一个简单的循环系统，用了两台运输小车，,AGV1,和,AGV2，AGV1,是刀具运输小车，它的任务是将中央工具库的刀具分别运到四台加工中心处，与加工中心的刀库交换刀具。,AGV2,是零件运输小车，任务是从自动从仓库中取出毛坯和原材料，运送至各加工中心，再把加工中心加工好的半成品或成品搬运到其他加工中心或中央仓库。,(3)网络形输送方式,下图,是一个网络式运输系统的例子，运输路线可以有几条封闭环路，网络式运输系统便于小车寻找最优的运输路径。,该系统是休斯飞机公司为了加工种类不多的铝合金壳体零件而设计的,FMS,生产线。加工种类为56种，批量为4 5007 000件/年，属中批量生产。系统由9台加工中心、1台坐标测量机组成。每台加工中心和测量机都配备有一个专门的托盘短程传送装置，它把600,mm600 mm,的工件托盘连同工件，从物料传送线上取下，送至机床；或将工件托盘从机床上取下，送至物料运输线。运输系统采用的运输工具为一种用牵引索牵引的小车，它可以自动地把工件输送到各台加工中心或坐标测量机。图中的箭头标出了运输小车行走的方向，只要控制小车在分叉处的走向，小车就会沿着不同的路线行走。,(4)机器人为中心的输送方式,2),FMS,的物流输送设备,(1)托盘及托盘交换器装置,托盘是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的硬件接口，有箱式、板式等结构。箱式用于小型工件及回转体工件；板式用于较大型非回转体工件。,托盘的基本形状图,托盘交换装置是连接,FMS,加工设备与物料运输系统之间的桥梁和接口。,常见有,回转式,和,往复式,两种。,托盘交换系统,(2)自动导向小车(,AGV),A.,概述,组成：车架、蓄电池、充电装置、电气系统、驱动装置、转向装置、自动寻址及精确定位系统、移载机构、安全系统、通讯单元和自动导向系统。,特点：,较高的柔性,实时监控,安全可靠,维护方便,B.AGV,的分类,按导向方式的不同分类，有：,线导小车：利用电磁感应原理导向，通过测量两个感应头在预埋感应电缆电磁场中的感应电动势，形成距离差，控制小车移动、转向等。,光导小车：利用光电感应原理制导，其原理是直接在地面上涂上一层荧光材料，或敷设一层涂有荧光材料的带子，光线照射后，利用荧光材料的反光，激发光敏传感器辨认出小车应走的路线，引导小车移动，这种小车用于办公室和装配车间更为方便。它的最大优点是成本低且便于更改行走路线。,信号孔,感光元件,光道,光源,反光带,光学引导原理,遥控小车：这种小车没有传送信息的电缆，而是以无线电形式发送给接收设备，传送命令和信息，车辆的控制(如起停、转弯)都是以无线电信号形式传递。小车活动范围和路线基本上不受限，故柔性最大。当然，其控制器和操纵机构也就相对复杂，目前还不十分成熟，只是处在实验研究阶段。,C.AGV,的电磁式导向原理,磁感应,AGV,自动导向原理图,上页图为磁感应,AGV,自动导向原理图，小车底部装有弓形天线3，跨设于以感应线4为中心且与感应线垂直的平面内。感应线通以交变电流，产生交变磁场。当天线3偏离感应线任何一侧时，天线的两对称线圈中感应电压有差值，误差信号经过放大，驱动左、右电动机2;左、右电动机有转速差，经驱动轮1使小车转向，使感应线重新位于天线中心，直至误差信号为零。,注意：感应交流电流频率为小于15,kHz，,电压小于40,V，,电流一般在200400,mA,。,D.AGV,的自动寻址及定位系统,利用电磁感应原理。在预先需要定位处埋设若干电磁感应线圈，控制线圈通以不同方向的电流，产生不同方向的磁通，形成“0”、“1”编码。,AGV,上的接受线圈感知地址码，经译码后确定是否需要停靠、卸货或装货，并根据与线圈的位置，控制小车减速、停车或前后微量调整，达到精确定位。,E.AGV,的,路径寻找,路径寻找就是自动选取岔道，,AGV,在车间的行走路线比较复杂，有很多分岔点和交汇点。地面上有中央控制计算机负责车辆调度控制，,AGV,小车上带有微处理器控制板，,AGV,的行走路线以图表的格式存储在计算机内存中。,F.AGV,的管理,a.,交通管制：区间控制法，同一时刻只允许一个小车位于给定的预先划分好的区间内。,b.,车辆调度：,分类：车内调度系统、车外招呼系统、遥控终端、中央计算机控制和组合控制。组合控制最常用。,调度法则：顺序调度法则，最少行驶时间法则，最短距离法则，先来先服务法则，最近车辆法则，最快车辆法则等等。具体哪种最优往往需计算机仿真来确定。,c.,系统监控,定位器面板，摄像机与显示器，中央记录与报告,自动化物料运输系统视频,(3)自动化仓库,双排巷道式小型立体库,单排货架式小型立体库,自动化立体仓库的主要特点有：利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置准确，对自动化制造系统物料需求响应速度快；与搬运设备(如,AGV、,有轨小车、传送带)衔接，能可靠、及时地供给物料；减少库存量，加速资金周转；充分利用空间，减少厂房面积；减少工件损伤和物料丢失；可存放的物料范围宽；减少管理人员，降低管理费用；耗资较大，适用于一定规模的生产。,A.,自动化立体仓库的形式和组成,自动化仓库常见的有平面仓库和立体仓库两种。,下页图所示为自动化立体仓库，高层货架成对布置，货架之间有巷道，随仓库规模大小可以有一到若干条巷道。,自动化立体仓库主要由库房、高层货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等组成。如有必要，还可能配置一些信息输入设备，如条码扫描器等。,物料一般不散放，而是放在标准料箱内或托盘上。,自动化立体仓库,B.,自动化立体仓库的布局,贯通式：物料从巷道一端进，从另一端出库,同端出入式：物料出库和入库在巷道的同一端,C.,储料单元和货位尺寸的确定,储料单元一般就是一个货箱或托盘，对于高层货架，重量一般不超过1000,kg，,尺寸不超过1,m,3,。,货位尺寸取决于两个尺寸：储料单元尺寸；储料单元进出货位所需的净空尺寸。,净空尺寸由货架制造精度、堆垛机轨道安装精度和定位精度共同决定。,D.,高层货架,首先要保证货架的强度、刚度和整体稳定性。,材料一般使用型钢，如冷拔型钢、方钢、角钢、槽钢、工字钢、,H,型钢等。,设计制造时需要重点考虑：,货架构件的结构强度,货架整体的焊接强度,储料单元载荷引起的货位挠度,货架立柱与桁架的垂直度,支脚的位置精度和水平度,E.,堆垛起重机,堆垛起重机是立体仓库内部的搬运设备。堆垛起重机可采用有轨或无轨方式，其控制原理与运输小车相似。仓库高度很高的立体仓库常采用有轨堆垛起重机。为增加稳定性，采用两条平行导轨，即天轨和地轨(如下页图所示)。,堆垛起重机,a.,巷道式堆垛机特点,整机高而窄，宽度一般不超过储料单元宽度,结构件应满足强度、刚度要求，制造、安装精度较高,取料机构特别设计制造，多用伸缩货叉或货板,电气传动机构要求快速、平稳、准确,安全机构要可靠配备，并有多重连锁保护措施和机构,b.,组成,升降机构：电动机、制动器、减速机、卷筒或链轮、钢丝绳或链条，特别重要的是防落安全装置。,用钢丝绳传动，传动装置一般装在下部；用链条传动，传动装置一般安装在上部。,有时需要增加配重以减小升降电动机功率。,行走机构：电动机、联轴器、减速器、制动器、车轮。,分地面行走和上部行走两种方式。为提高堆垛机刚度，在不安装车轮的另一端都有导向轮沿导轨移动。,货叉伸缩机构,载货台,安全保护措施：,货叉与行走机构、升降机构互锁,储料单元入库时必须对货位探测,载货台断绳保护,F.,自动化立体仓库的管理与控制,a.,货物的自动识别与存取。,b.,计算机管理。,c.,计算机控制。,自动化立体仓库视频,第四节,刀具准备及储运系统,1.概述,刚性自动线中，刀具更换采用人工强制性定时换刀，刀具准备和预调由刀具供给部门进行。,FMS,中，定时强制性换刀和随机换刀均有，由此带来对刀具准备、储运、管理、检测、监控的要求。,2.自动生产线用刀具和辅具,1)自动化刀具通常分为标准刀具和专用刀具两大类。,种类有：可转位车刀、高速钢麻花钻、机夹偏钻、扩孔钻、铰刀、镗刀、立铣刀、面铣刀、丝锥和各种复合刀具。,选用原则：,提高刀具的耐用度和可靠性，使用高性能、高效率、长寿命的刀具材料制造的刀具,钛基硬质合金(金属陶瓷)、高性能高速钢(含,Co,高速钢、粉末高速钢、含,Al,高速钢)、复合陶瓷、,CBN、PCD,等新材料，对复合刀具实施不同材料的组合：高性能高速钢与硬质合金的组合、通用高速钢与钛基硬质合金的组合、高性能高速钢与,CBN,刀片组合、硬质合金与,PCD,刀片组合、硬质合金与陶瓷刀片的组合，可使复合刀具在同一转速状态下，实现钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、镗孔不同工艺对可靠性的要求。,精心选用合适的机夹可转位刀具结构,尽可能采用复合刀具,复合刀具是将两把或两把以上的同类或不同类的孔加工刀具组合成一体的专用刀具，它能在一次加工的过程中，完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔和镗孔等多工序不同的工艺复合，具有高效率、高精度、高可靠性的成形加工特点。复合刀具的结构形式有：整体式、装配式、可转位式、组合式；组合类型有：复合钻、复合铰、复合扩、复合镗、复合锪；钻锪、钻扩、钻倒角、扩镗、钻扩铰、扩铰、扩锪、钻镗、钻扩锪、钻铰铰、镗铰等。,复合刀具有以下特征：,可同时或顺序加工几个表面，减少机动和辅助时间，提高生产率；,可减少工件的安装次数或夹具的转位次数，以减小和降低定位误差；,降低对,机床,的复杂性要求，减少机床台数，节约费用，降低制造成本；,可保证加工表面间的相互位置精度，加工质量高。,尽量采用高效刀具,2)加工用辅具,自动化加工设备的辅具包括镗铣类数控机床用工具系统和车床类数控机床用工具系统。,为了实现自动换刀，自动化加工设备中的刀具都要加上一个刀柄，组装成所谓刀具组件来使用。刀具组件由两部分组成：即通用或专用刀具构成的切削工具和供自动刀具交换装置使用的通用刀柄及拉钉。,CNC,刀柄,快换夹头,涨夹夹头,三爪卡盘,3.刀具准备与储运系统的组成,1)刀具组装台；,2)刀具预调仪；,3)刀具进出站；,4)中央刀库；,5)机床刀库；,6)刀具输送装置;,7)刀具交换装置；,8)刀具计算机管理系统。,4.刀具预调仪,基本部件：,1)刀柄定位机构,2)测量头,3),X、Z,轴测量机构,4)测量数据处理系统,自动对刀,5.刀库和换刀机械手,随着自动化技术的发展，机床的刀架也有了许多变化：,数控车床上采用电(液)换位的自动刀架，有的还使用两个回转刀盘。,加工中心则进一步采用了刀库和换刀机械手，实现了大容量存储刀具和快速自动交换刀具的功能。,机械手装入刀具,自动换刀,1)对刀库和换刀机械手的要求,(1)满足工艺过程所提出的要求。,(2)刀具安装牢固可靠，定位准确，精度保持性好。,(3)具有足够的刚度，以保证换刀过程平稳。,(4)可靠性高。,(5)换刀时间应尽可能缩短，以利于提高生产率。,(6)操作方便和安全。,刀库和换刀机械手，驱动都是采用电气或液压自动实现。目前主要用在加工中心和车削中心上，但在数控磨床上自动更换砂轮，电加工机床上自动更换电极，以及数控冲床上自动更换模具等，也日渐增多。,自动换刀装置,数控车床的回转刀盘,加工中心的刀库及换刀装置,直线式刀库,链式刀库,链式及格子箱式刀库,2)刀库类型及比较,盘形刀库、链式刀库,、,格子式刀库,和直线形刀库,(,1)盘形刀库应用较广。这种刀库结构简单紧凑，但因刀具单环排列、定向利用率低，大容量刀库的外径将较大，转动惯量大，选刀运动时间长。因此，这种形式的刀库容量较小，,储存量一般为1540把刀,。,(2)链式刀库容量较大，当采用多环链式刀库时，刀库外形较紧凑，占用空间较小，适用于作大容量的刀库。在增加存储刀具数目时，可增加链条长度，而不用增加链轮直径，,储存量一般为30120把刀,。,(3)格子箱刀库容量较大，结构紧凑，空间利用率高，但布局不灵活，通常将刀库安放于工作台上。有时甚至在使用一侧的刀具时，必须更换另一侧之刀座板，,选刀及取刀动作复杂，应用最少,。,(4)直线式刀库结构简单，刀库容量较小，一般应用于数控车床、数控钻床，个别加工中心也有采用。,中央刀库视频,3)选刀方式,(1)顺序选择方式：已调好的刀具组件按系统加工的工艺顺序依次插在刀库中，加工时机械手根据数控指令依次从刀库中取出刀具。,(2)任意选择方式：刀库中的每把刀具都经过预先编码，刀具管理系统在刀库中运转时，利用识别装置识别刀具的编码号来选择刀具。,4)刀具识别,加工中心刀库中有多把刀具，如何从刀库中调出所需刀具，就必须对刀具进行识别，刀具识别的方法有两种。,(1)刀座编码,在刀库的刀座上编有号码，在装刀之前，首先对刀库进行重整设定，设定完后，就变成了刀具号和刀座号一致的情况，此时一号刀座对应的就是一号刀具，经过换刀之后，一号刀具并不一定放到一号刀座中（刀库采用就近放刀原则），此时数控系统自动记忆一号刀具放到了几号刀座中，数控系统采用循环记忆方式。,(2)刀柄编码,识别传感器在刀柄上编有号码，将刀具号首先与刀柄号对应起来，把刀具装在刀柄上，再装入刀库，在刀库上有刀柄感应器，当需要的刀具从刀库中转到装有感应器的位置时，被感应到后，从刀库中调出交换到主轴上。,(3)刀具识别装置,非接触式刀具识别装置,接触式刀具识别装置,5)刀具管理系统,刀具管理就是利用所获得的刀具信息，在加工过程中根据有关的加工要求，从刀库中选择合适的刀具，及时准确地提供给相应的机床或装置，以便在维持较高的设备利用率的情况下，高效的生产出合格的零件。,刀具管理系统,(1)刀具数据管理,A.,刀具识别系统,刀具数据载体包括数据单、条形码和集成块三种。,a.,可编程数据载体，一般为集成块，其存储信息量大，可达几,K，,但阅读需要专门的工具，并且价格比较昂贵，一般企业不易接受。,b.,固定编码的数据载体，通常为条形码，条码打印和阅读比较方便，价格也便宜，但如果再生产线中刀具经常需要进行清洗、冷却则条码容易脱落。,c.,自配：刀具码采用打码机打印在一薄铁片上，铁片放入在刀柄的小孔中，它们之间通过502胶水或其它强力胶粘住。此种方式易为企业接受，只是制作稍显麻烦。,推荐用户采用自配方式，即省经费又实用。,(2)标准刀具数据库管理,建立标准刀具信息数据库，对,TSG、,Sandvik,系列或其它系列的刀具的标准信息进行管理，如刀具几何尺寸信息，寿命，厂家，精度，材料等，需要时还可随时扩充，以满足不同用户的需求。其管理功能主要包括插入，删除，修改，查询和打印。,管理系统应为开放型系统，对于非标准或非常用系列的刀具，用户可根据自己的需求创建新的刀具库表，收录自己感兴趣的刀具信息，并纳入本管理系统。,(3)刀具存储管理：,刀具组件管理,组合刀具管理,刀具入库管理,刀具出库管理,刀具报损管理,刀具库存维护,(,4)刀具准备(含计划与组织),辅助工人快速准备出生产活动中需求的各类刀具，其功能包括：,刀具准备清单生成,刀具装配,刀具预调,准备确认,如果配置了生产管理系统，同时对工艺数据进行了较完善的管理，那么刀具准备清单可以根据下班次生产任务和加工工艺文件以及刀具库存中的现有资源来自动生成刀具准备清单。,可采用与刀具预调仪通信的方式或手动方式录入刀具预调值。当刀具进线时，将自动生成刀具补偿文件，存放在网络服务器上，通过网络服务系统可将其传送到机床上。,(5)刀具的破损监测,直接法与间接法。,直接法的设备多为工业摄像机，间接法多利用测量刀具加工时产生的各种信号，包括切削力、驱动电机的工作电流、切削温度、振动信号，有的利用切削过程中的声发射信号。,1.概述,1)工业机器人的定义,美国机器人协会(,RIA)：“,机器人是一种能,自动控制,、可,重复编程,、多功能多自由度的,操作机,，用于搬运材料、工件、工具的专用装置。”,国际标准化组织(,ISO)：,机器人是一种,自动的,、,位置可控的,、,具有编程能力,的多功能操作机，这种操作机具有几个轴，能够借助可编程操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行各种任务。,中国：机器人是一种,拟人功能,的机械电子装置。,第五节 工业机器人,2)工业机器人的组成,工业机器人一般由执行机构、控制系统和驱动系统组成。工业机器人的典型结构如下图所示。,(1)执行机构,执行机构是一种具有和人手臂相似的动作功能。可在空间抓放物体或执行其他操作的机械装置，通常包括机座、手臂、手腕和末端执行器。,A.,机座：机器人承受载荷的基础部件。可分为固定式和移动式(平移和旋转)。旋转的机座也称“腰”。,B.,手臂：分为大臂、小臂和手腕，完成各种动作。,C.,手腕：连接手臂与末端执行器的部件，用来调整末端执行器的方位和姿态。,D.,末端执行器：又称“手”，是直接执行工作的装置，可以是拟人的手掌、手指和夹持器等，也可以是各种作业工具，如焊枪、喷漆枪等。,(2)控制系统,控制工业机器人按照规定要求动作，可分为开环控制系统和闭环控制系统。多采用计算机控制。,计算机控制系统按内部功能划分的不同，可细分为：,决策级：识别环境、建立模型、任务分解。,策略级：按关节坐标协调变化的规律，将动作转化为各关节的运动参数，传递给伺服控制系统。,执行级：按给定指令执行动作。,(3)驱动系统,按照控制指令，放大驱动信号，驱动执行机构动作。,常用的有：机械、液压、气动和电气四种。,机器人的组成,3)工业机器人的分类,(1)按坐标形式分,A.,直角坐标式,执行器通过沿三个互相垂直的轴线移动改变位置，机器人主体结构的关节都是移动关节。,位置精度高，控制无耦合，简单可靠,结构庞大，动作范围小，灵活性差,B.,圆柱坐标型,圆柱坐标式机器人主体结构具有三个自由度：腰转、升降和伸缩，亦即具有一个旋转运动和两个直线运动。,通用性强，结构紧凑,机器人腰转时将手臂缩回，减少了转动惯量,受结构限制，手臂不能抵达底部，减少了工作范围,C.,球面坐标式(极坐标式),机器人主体结构具有三个自由度，两个旋转运动和一个直线运动。,结构紧凑，位置精度尚可，工作范围大，占地面积小，控制系统复杂。,D.,关节坐标式,主要由立柱、大臂和小臂组成，形成腰关节、肩关节和肘关节。,工作范围大、动作灵活，但位置精度低，控制有复杂的耦合问题。,水平多关节型：,垂直方向上的刚性好，适于装配工作,垂直多关节：,动作范围宽，,结构刚度低，,精度较低。,用于装配、搬运、弧焊、喷涂、点焊等,(2)按控制方式分,A.,点位控制(,Point to Point),运动是连接两点之间的直线运动，关心的是末端执行器在两个给定点的位置精度和姿态，具体运动轨迹如何、运动时执行器的姿态并不是重点。,控制方式简单，适用于上下料、点焊等作业。,B.,连续轨迹控制(,Continuous Path),运动轨迹可以是空间内的任意连续曲线，在整个运动过程中，机器人和末端执行器均处于可控制状态。,(3)按驱动方式分,A.,液压驱动,精度高，反应速度快，输出力或力矩大,液压机构维护复杂，成本高,B.,气压驱动,由气动机构产生动力驱动关节运动。动作迅速，结构简单，但受空气可压缩性影响，稳定性差，定位精度低，抓取力小,C.,电力驱动,能完成高速运动，具有传动机构少，成本低等优点，在现代工业生产中已基本普及。,步进电动机,直流伺服电动机交流伺服电动机,(4)按信息输入方式分,A.,人工操作机械手,B.,固定程序机器人,C.,可变程序机器人,D.,程序控制机器人,E.,示教再现机器人,示教记忆再现,F.,智能机器人,具有发现问题并能自主解决问题的能力,机器人的分类视频1,机器人的分类视频2,4)工业机器人的用途与发展,用于一切可替代人操作的场合，尤其是劳动强度大、重复性高、环境恶劣的地方。,(1)焊接：主要是指利用机器人进行点焊和弧焊。,点焊时要求机器人手腕握持焊接工具准确地对准所要求的焊点，焊枪不与部件的其它部位接触。通常，这些机器人所夹持的焊接工具大而重，同时还要求机器人有一个比较大的活动范围。,弧焊是对材料进行连续焊接，焊接前首先要将复杂的运行轨迹示教给机器人，在需要处理较宽的焊缝时，可以编程使机器人作编织状的横摆运动。汽车工业运用这种类型的机器人最多。,本田车厂焊接机器人,三维激光切割与焊接,(2)喷漆：喷漆易引发火灾，同时有害于身体健康，因此，喷漆作业是机器人特有的用途。使用喷漆机器人的另一个优点是涂层比人工喷涂的更加均匀。,机器人喷漆视频,机器人喷脱模剂视频,(3)磨削：利用工业机器人对焊缝或工作表面进行磨削。,机器人磨刀视频,机器人磨削汽车变速箱零件视频,机器人抛光视频1,机器人抛光视频2,(4)零部件装卸和传送：,常用于生产线上。将零件从一个位置移至工作区的另一个位置，有码放和卸货两种操作，或在金属加工中，将零件从一个工作区送至另一个工作区。下页图表示用机器人传送锻造毛坯的工作流程：,进料器将工件送至,A,点机器人,R1,将工件送至,B,点涂膜并转至,C,点机器人,R1,将工件送至,D,点（干燥台）并旋转至,E,点正好干燥大机器人将工件从,E,移至,F,点（加热转台）旋转一周至,G,点从,G,点至,H,点锻打机器人,R2,将加工好的工件料箱或传送带上。,自动锻造工作站示意图,(5)其他应用,水下机器人：用于海底矿物探测、打捞沉船、在海上或干式船坞中修理船舶等。,军用机器人：海军和空军对移动式消防机器人感兴趣，由于配有红外传感器，在紧急关头，能够作出比人更快的反应。还有装炮弹机器人等。,发电厂机器人：在核发电厂，由于核燃料有放射作用，很多工作更适合于机器人操作。如：给活动筛附属装置上润滑油；阀门密封件的检修等。,家用机器人：,组装机器人：,自动工厂中的机器人：机器人的未来用途是成