3第三章-自动化制造系统的组成

1、第三章 自动化制造系统的组成 自动化制制造系统统由于其其加工工工艺范围围很广，涉及到到很多设设备。本本章主要要介绍常常用自动化制制造系统统的类型型及布局局、各种种自动化加加工设备备、工件的储储运系统统、刀具准备备及储运运系统、控制与监监控系统统、各种辅助设备备以及自动化制制造系统统的控制制系统。1概述2自动化加加工设备备3工件储运运设备4刀具准备备与储运运系统5工业机器器人6质量控制制和运行行监控系系统7辅助设备备8控制系统统思考题1概述1.1刚性自动动化生产产1.刚性半自自动化单单机除上、下料料外，机床床可以自自动完成成单个工工艺过程程的加工工循环，这样的的机床称称为刚性性半自动动化机床床。

2、2.刚性自动动化单机机它是在刚刚性半自自动化单单机的基基础上增增加了自自动上、下料等等辅助装装置而形形成的自自动化机机床。3.刚性自动动化生产产线刚性自动动化生产产线是多多工位生生产过程程，用工工件输送送系统将将各种自自动化加加工设备备和辅助助设备按按一定的的顺序连连接起来来，在控控制系统统的作用用下完成成单个零零件加工工的复杂杂大系统统。图1-1所示为加加工曲拐拐零件的的刚性自自动线总总体布局局图。该该自动线线年生产产曲拐零零件17000件，毛坯坯是球墨墨铸铁件件。由于于工件形形状不规规则，没没有合适适的输送送基面，因而采采用了随行夹具具安装定位位，便于于工件的的输送。1-1曲拐加工工自动线

3、线(a)正视图；(b)俯视图刚性自动动线生产率高高，但柔性较差差，当加工工件的变变化时，需要停停机、停停线并对对机床、夹具、刀具等等工装设设备进行行调整或或更换，如更换换主铀箱箱，通常常调整工工作量大大，停产产时间较较长。该曲拐加加工自动动线由七七台组合合机床和和一个装装卸工位位组成。全线定定位夹紧紧机构由由一个泵泵站集中中供油。工件的的输送采采用步伐伐式输送送带，输输送带用用钢丝绳绳牵引式式传动装装置驱动动。1.2柔性制造造单元(FMC)柔性制造造单元（FlexibleManufacturing Cell）由单台数控机床床、加工工中心、工件自自动输送送及更换换系统等等组成。1.FMC控制系统

4、统FMC控制系统统一般分分为两级级，分别别是单元控制制级和设备控制制级。（1）设备控控制级。（2）单元控控制级。2.FMC的基本控控制功能能FMC的基本控控制功能能包括：（1）单元中中各加工工设备的的任务管管理与调调度。（2）单元内内物流设设备的管管理与调调度。（3）刀具系系统的管管理。图图1-2所示为一一以加工工回转体体零件为为主的柔柔性制造造单元。图1-2柔性制造造单元图1-3所示是加加工棱体体零件的的柔性制制造单元元。单元元主机是是一台卧卧式加工工中心，刀库容容量为70把，采用用双机械械手换刀刀，配有有8工位自动动交换托托盘库。托盘库库为环形形转盘，托盘库库台面支支承在圆圆柱环形形导轨上

5、上，由内内侧的环环链拖动动而回转转，链轮轮由电机机驱动。图1-3带托盘库库的柔性性制造单单元预备知识识常用的机机械加工工方法和和设备金属切削加工是在机床上，利用刀具切去工件毛坯上多余的金属层(加工余量），以获得具有一定的表面精度(形状、尺寸和位置精度)和表面质量的机械零件的机械加工力法。车削铣削刨削镗削磨削钻削常用机械械加工方方法电火花加加工激光加工工精密及特特种加工工方法电解加工工超声加工工1.3柔性制造造系统(FMS)柔性制造造系统（FlexibleManufacturing System）由两台或两两台以上加工工中心或或数控机机床组成成，并在在加工自自动化的的基础上上实现了了物料流流和信

6、息息流的自自动化。其基本本组成部部分有：自动化加加工设备备、工件储运运系统、刀具储运运系统和多层计算算机控制制系统等。1.自动化加加工设备备组成FMS的自动化化加工设设备有数数控机床床、加工工中心、车削中中心等，也可能能是柔性性制造单单元。2.工件储运运系统FMS工件储运运系统由由工件库、工件运输输设备和更换装置置等组成。工件库库包括自自动化立立体仓库库和托盘盘（工件件）缓冲冲站。工工件运输输设备包包括各种种传送带带、运输输小车、机器人人或机械械手等;工件更换换装置包包括各种种机器人人或机械械手、托托盘交换换装置等等。3.刀具储运运系统FMS的刀具储储运系统统由刀具库、刀具输送送装置和交换机构

7、构等组成。 4.辅助设备备FMS可以根据据生产需需要配置置辅助设设备。辅辅助设备备一般包包括自动动清洗工工作站,自动去毛毛刺设备备,自动测量量设备,集中切屑屑运输系系统和集集中冷却却润滑系系统等。5.多层计算算机控制制系统FMS的控制系系统采用用三级控控制，分分别是单元控制制级、工作站控控制级、设备控制制级。图1-4就是一个个FMS控制系统统实例，系统包包括自动动导向小小车（AGV）、TH6350卧式加工工中心、XH714A立式加工工中心和和仓储设设备等。（1）设备控控制级。（2）工作站站控制级级。（3）单元控控制级。 图1-4FMS控制系统统实例图1-5是一种较较典型的的FMS，四台加加工中

8、心心直线布布置，工工件储运运系统由由托盘站站2、托盘输输送车4、工件装装卸工位位3和布置在在加工中中心前面面的托盘盘交换装装置12等组成。图1-5柔性制造造系统的的组成柔性制造造系统的的主要特特点有：柔性高高，适应应多品种种中小批批量生产产；系统内内的机床床在工艺艺能力上上是相互互补充和和相互替替代的；可混流流加工不不同的零零件；系统局局部调整整或维修修不中断断整个系系统的运运作；多层计计算机控控制，可可以和上上层计算算机联网网；可进行行三班无无人干预预生产。图1-6所示是一一个具有有装配功功能的柔柔性制造造系统。柔性制制造系统统的主要要特点有有：柔性性高，适适应多品品种中、小批量量生产；系统

9、内内的机床床工艺能能力上是是相互补补充和相相互替代代的；可可混流加加工不同同的零件件；系统统局部调调整或维维修不中中断整个个系统的的运作；多层计计算机控控制，可可以和上上层计算算机联网网；可进进行三班班无人干干预生产产。1.4柔性制造造线(FML)柔性制造造线（FlexibleManufacturing Line）由自动动化加工工设备、工件输输送系统统和控制制系统等等组成。 图1-6具有装配配功能的的柔性制制造系统统柔性制造造线的主主要优点点是：具具有刚性性自动线线的绝大大部分优优点；当当批量不不很大时时，生产产成本比比刚性自自动线低低得多；当品种种改变时时，系统统所需的的调整时时间又比比刚性

10、自自动线少少得多，但建立立系统的的总费用用却比刚刚性自动动线高得得多。1.自动化加加工设备备;2.工件输送送系统;3.刀具;图1-7为一加工工箱体零零件的柔柔性自动动线示意意图，它它由两台台对面布布置的数数控铣床床，四台台两两对对面布置置的转塔塔式换箱箱机床和和一台循循环式换换箱机床床组成。采用辊辊子传送送带输送送工件。这条自自动线看看起来和和刚性自自动线没没有什么么区别，但它具具有一定定的柔性性。FML同时具有有刚性自自动线和和FMS的某些特特征，在在柔性上上接近FMS，在生产产率上接接近刚性性自动线线。图1-7柔性制造造线示意意图自动化加加工设备备工件输送送系统刀具FML数控机床床、可换换

11、主轴箱箱机床传送带主轴箱装装多把刀刀具，人人工换刀刀钣金柔性性加工线线1钣金柔性性加工线线21.5柔性装配配线(FAL)柔性装配配线（FlexibleAssemblyLine）通常由由装配站站、物料料输送装装置和控控制系统统等组成成。1.装配站FAL中的装配配站可以以是可编编程的装装配机器器人,不可编程程的自动动装配装装置和人人工装配配工位。2.物料输送送装置3.控制系统统FAL的控制系系统对全全线进行行调度和和监控，主要控控制物料料的流向向和自动动装配站站、装配配机器人人。图1-8是FAL的示意图图。图1-8柔性装配配线示意意图物料输送送装配控制系统统FAL装配机器器人、装装配装置置、人工工

12、装配工工位全线进行行高度和和监控装配站定时器自自动装配配线传送带和和换向机机构第二节自自动化加加工设备备1、组合机机床2、数控机机床 组合机床一般是针对某一种零件或某一组零件设计、制造的，常用于箱体、壳体和杂件类零件的平面、各种孔和孔系的加工往往能在一台机床上对工件进行多刀、多轴、多面和多工位加工。 组合机床的特点：工序集中，多刀同时切削加工，生产效率高；采用专用夹具和刀具(如复合刀具、导向套)，加工质量稳定；常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件装夹自动化；常用随行夹具，方便工件装卸和输送；更换主轴箱可适应同组零件的加工，有一定的柔性；采用可编程控制器控制可与上层控制计算机通信；

13、机床主要由通用部件组成，设计、制造周期短，建造自动化速度快。多工位小型组合机床喷油泵体精镗组合机床缸盖精加工组合机床2数控机床床2.1一般数控控机床一般数控控机床通通常是指指数控车车床、数数控铣床床、数控控镗铣床床等，它它们的下下述特点点对其组组成自动动化制造造系统是是非常重重要的。1.柔性高2.自动化程程度高3.加工精度度高且质质量稳定定4.生产效率率较高5.具有刀具具寿命管管理功能能6.具有通信信功能现代数控控机床一一般都具具有通信信接口，可以实实现上层层计算机机与数控控机床之之间的通通信，也也可以实实现几台台数控机机床之间间的数据据通信，同时还还可以直直接对几几台数控控机床进进行控制制。

14、通信信功能是是实现DNC、FMC、FMS的必备条条件。图3-10是数控装装置的基基本组成成框图。图3-10数控装置置的基本本组成框框图CNC系统由程程序、输输入输出出设备、计算机机数字控控制装置置、可编编程控制制器（PC或可编程程逻辑控控制器PLC）、主轴轴控制单单元及速速度控制制单元等等部分组组成，如如图3-11所示。图3-11CNC系统框图图2.2加工中心心(MC)加工中心心的系统统基本组组成与一一般数控控机床一一样，只只是在此此基础上上增加了刀库和和自动换换刀装置置而形成成一类更更复杂，但用途途更广，效率更更高的数数控机床床。加工工中心配配置有刀刀库和自自动换刀刀装置，能在一一台机床床上

15、完成成车、铣铣、镗、钻、铰铰、攻螺螺纹、轮轮廓加工工等多个个工序的的加工。加工中心心机床具具有工序序集中，可以有有效缩短短调整时时间和搬搬运时间间，减少少在制品品库存，加工质质量高等等优点，因此常常用于零零件比较较复杂，需要多多工序加加工，且且生产批批量中等等的生产产场合。加工中心心通常是是指镗铣铣加工中中心，主主要用于于加工箱箱体及壳壳体类零零件，工工艺范围围广。加工中心心通常是指指镗铣加工中中心，主主要用于于加工箱箱体及壳壳体类零零件立式加工工中心卧式加工工中心平面零件件的单面面加工大型箱体体零件的的多面加加工刀具库刀具自动动交换机机构普通数控控机床加工中心心的特点点：复杂工作作台机械手顺

16、序存取取随机存取取多面加工工工件自动动交换加工中心心的刀具具库通常常位于远远离主轴轴的机床床侧面或或顶部。加工中心心刀具的的存取方方式有顺顺序方式式和随机机方式，刀具随随机存取取是最主主要的方方式。正正确安放放刀具是是成功执执行数控控程序的的基本条条件。回转工作作台是卧卧式加工工中心实实现主轴轴运动的的部件，主轴的的运动可可作为分分度运动动或进给给运动。回转工作作台有两两种结构构形式：仅用于于分度的的回转工工作台用用鼠齿盘盘定位，分度前前工作台台抬起，使上、下鼠齿齿盘分离离，分度度后落下下定位，上、下下鼠齿盘盘啮合，实现机机械刚性性连接；用于进进给运动动的回转转工作台台用伺服服电机驱驱动，用用

17、回转式式感应同同步器检检测及定定位，并并控制回回转速度度，也称称数控工工作台。数控工工作台和和X、Y、Z轴及其它它附加运运动构成成45轴轮廓控控制，可可加工复复杂轮廓廓表面。车削中心心车削中心心比数控控车床工工艺范围围宽，工工件一次次安装，几乎能能完成所所有表面面的加工工，如内内、外圆圆表面，端面，沟槽，内、外外圆及端端面上的的螺旋槽槽，非回回转轴心心线上的的轴向孔孔和径向向孔等。车削中心心回转刀刀架上可可安装如如钻头、铣刀、铰刀、丝锥等等回转刀刀具，它它们由单单独的电电动机驱驱动，也也称自驱驱动刀具具。在车车削中心心上用自自驱动刀刀具对工工件的加加工分为为两种情情况：一一种是主主轴分度度定位

18、后后固定，对工件件进行钻钻、铣、攻螺纹纹等加工工；另一一种是主主轴运动动作为一一个控制制轴（C轴），C轴运动和和X、Z轴运动合合成为进进给运动动，即三三坐标联联动，铣铣刀在工工件表面面上铣削削各种形形状的沟沟槽、凸凸台、平平面等。车削中心12工位动力刀架动力头对刀仪车削中心心回转刀刀架通常常可装刀刀具1216把，这对对无人看看管柔性性加工来来说是不不够的。因此，有的车车削中心心装备有有刀具库库，刀库库有筒形形或链形形，刀具具更换和和存储系系统位于于机床一一侧，刀刀库和刀刀架间的的刀具交交换由机机械手或或专门机机构进行行。车削中心心采用可可快速更更换的卡卡盘和卡卡爪，普普通卡爪爪更换时时间为51

19、0min，而快速速更换卡卡盘、卡卡爪的时时间可控控制在2min以内。卡卡盘有35套快速更更换卡爪爪，以适适应不同同直径的的工件。如果工工件直径径变化很很大，则则需要更更换卡盘盘。有时时也采用用人工在在机床外外部用卡卡盘夹持持好工件件，用夹夹持有新新工件的的卡盘更更换已加加工的工工件卡盘盘的方法法，工件件-卡盘系统统更换常常采用自自动更换换装置。工件储运运系统是自动化化制造系系统的重重要组成成部分，它将工工件毛坯坯或半成成品及时时准确地地送到指指定加工工位置，并将加加工好的的成品送送进仓库库或装卸卸站。工工件储运运系统为为自动化化加工设设备服务务使自自动化制制造系统统得以正正常运行行，以发发挥出

20、系系统的整整体效益益。第三节工工件储运运系统1、工件储储运系统统的组成成2、工件输输送设备备3、工件储储存系统统传送带运输小车车工业机器器人托盘及托托盘交换换装置步代式传传送带摆杆步代代式传送送带链板履带带式传送送带辊道式传传送带有轨小车车（RGV）自动导向向小车（AGV）3.1有轨小车车（RGV）有轨小车车（RailGuideVehicle）是一种种沿着铁铁轨行走走的运输输工具，有自驱驱和它驱驱两种驱驱动方式式。自驱驱动有轨轨小车通通过车上上的小齿齿轮和安安装在铁铁轨一侧侧的齿条条啮合，利用交交、直流流伺服电电动机驱驱动。它它驱式有有轨小车车由外部部链索牵牵引，在在小车底底盘的前前、后各各装

21、一导导向销，地面上上修有一一组固定定路线的的沟槽，导向销销嵌入沟沟槽内，保证小小车行进进时沿着着沟槽移移动。前面的销销杆除作作定向用用外，还还作为链链索牵动动小车的的推杆。推杆是是活动的的，可在在套筒中中上下滑滑动。链链索每隔隔一定距距离有一一个推头头，小车车前面的的推杆可可灵活地地插入或或脱开链链索的推推头，由由埋设在在沟槽内内适当地地点的接接近开关关和限位位开关控控制。推推杆脱开开链索的的推头，小车就就停止。采用空空架导轨轨和悬挂挂式机械械手或机机器人作作为运输输工具也也是一种种发展趋趋势，其其主要优优点是充充分利用用空间，适合于于运送中中、大型型工件，如汽车车车架、车身等等。有轨小车车的

22、特点点是：加加速和移移动速度度都比较较快，适适合运送送重型工工件；导导轨固定定，行走走平稳，停车位位置比较较准确；控制系系统简单单，可靠靠性好，制造成成本低，便于推推广应用用；行走走路线不不便改变变，转弯弯角度不不能太小小；噪声声较大，影响操操作工监监听加工工状况及及保护自自身安全全。3.2自动导向向小车（AGV）1.AGV的结构在自动化化制造系系统中使使用的AGV大多数是是磁感应应式AGV。图1-13是一种能能同时运运送两个个工件的的AGV，它由运运输小车车、地下下电缆和和控制器器三部分分组成。 图1-13磁感应AGV自动导向向原理图图2.AGV的自动导导向;图1-13是磁感应应AGV自动导

23、向向原理图图，小车车底部装装有弓形形天线3，跨设于于以感应应线4为中心且且与感应应线垂直直的平面面内。感感应线通通以交变变电流，产生交交变磁场场。当天天线3偏离感应应线任何何一侧时时，天线线的两对对称线圈圈中感应应电压有有差值，误差信信号经过过放大，驱动左左、右电电动机2;左、右电电动机有有转速差差，经驱驱动轮1使小车转转向，使使感应线线重新位位于天线线中心，直至误误差信号号为零。3.路径寻找找;路径寻找找就是自自动选取取岔道，AGV在车间的的行走路路线比较较复杂，有很多多分岔点点和交汇汇点。地地面上有有中央控控制计算算机负责责车辆调调度控制制，AGV小车上带带有微处处理器控控制板，AGV的行

24、走路路线以图图表的格格式存储储在计算算机内存存中。3.3自动化立立体仓库库自动化立立体仓库库的主要要特点有有：利用用计算机机管理，物资库库存账目目清楚，物料存存放位置置准确，对自动动化制造造系统物物料需求求响应速速度快；与搬运运设备（如AGV、有轨小小车、传传送带）衔接,能可靠、及时地地供给物物料；减减少库存存量，加加速资金金周转；充分利利用空间间，减少少厂房面面积；减减少工件件损伤和和物料丢丢失；可可存放的的物料范范围宽；减少管管理人员员，降低低管理费费用；耗耗资较大大，适用用于一定定规模的的生产。1.自动化立立体仓库库的组成成自动化立立体仓库库主要由由库房、货架、堆垛起起重机、外围输输送设

25、备备、自动动控制装装置等组组成。图图3-14所示为自自动化立立体仓库库，高层层货架成成对布置置，货架架之间有有巷道，随仓库库规模大大小可以以有一到到若干条条巷道。图3-14自动化立立体仓库库2.堆垛起重重机堆垛起重重机是立立体仓库库内部的的搬运设设备。堆堆垛起重重机可采采用有轨轨或无轨轨方式，其控制制原理与与运输小小车相似似。仓库库高度很很高的立立体仓库库常采用用有轨堆堆垛起重重机。为为增加稳稳定性，采用两两条平行行导轨，即天轨轨和地轨轨（如图图3-15所示）。图3-15堆垛起重重机自动化立立体仓库库的控制制与管理理仓库管理理自动化化出入库作作业自动动化帐目、货货箱、货货位及其其他信息息的计算

26、算机管理理。货箱零件件的自动动识别、自动认认址、货货格状态态的自动动检测以以及堆垛垛机各种种动作的的自动控控制等。货物的自动化识别与存取计算机管理计算机控制条形码编编码技术术物资管理理、帐目目管理、货位管管理及信信息管理理堆垛起重重机的控控制第四节刀刀具准备备及储运运系统1、概述2、组成3、刀具预预调仪4、中央刀刀库结构构刀具准备备与储运运系统为为各加工工设备及及时提供供所需要要的刀具具，实现现刀具供供给自动动化，使使自动化化制造系系统的自自动化程程度进一一步提高高。定义刚性自动动线中人人工定时时强制换换刀，FMS中则非常常复杂。刀具组装刀具预调刀具进出站机床刀库及换刀机械手刀具输送装置和交换

27、机构中央刀库模块化的的组合刀刀具使刀具几几何参数数与名义义值一致致，并测测量刀具具补偿值值。刀库与外外部的界界面中央刀库库通过刀刀具自动动输送装装置与机机床刀库库连接起起来，构构成自动动刀具供供给系统统。机床刀库库有固定定式和可可换式。机械手手分为单单臂臂式式和双臂臂式。为各种机机床刀库库及时提提供所需需要的刀刀具，并并将磨损损、破损损的刀具具送出系系统。刀柄定位机构测量头Z、X轴测量机构测量数据处理中央刀库库第五节工工业机机器人5.1工业机器器人概况况工业机器器人是一一种可编编程的智智能型自自动化设设备，是是应用计计算机进进行控制制的替代代人进行行工作的的高度自自动化系系统。机器人是是从初级

28、级到高级级逐步完完善起来来的，它它的发展展过程可可以分为为三代。第一代机机器人是是目前工工业中大大量使用用的示教教再现型型机器人人，它主主要由夹夹持器、手臂、驱动器器和控制制器组成成。工业机器器人是一种可可编程的的多功能能操作器器，用于于搬运物物料、工工件和工工具，或或者通过过不同的的编程以以完成各各种任务务的设备备。机器人和和机械手手的主要要区别是是：机械手是是没有自自主能力力，不可重复复编程，只能完完成定位位点不变变的简单单的重复复动作；机器人是是由计算算机控制制的，可可重复编编程，能完成成任意定定位的复复杂运动动。第二代机机器人是是带感觉觉的机器器人，它它具有一一些对外外部信息息进行反反

29、馈的能能力，诸诸如力觉觉、触觉觉、视觉觉等。5.2工业机器器人的结结构工业机器器人一般般由主构构架（手手臂）、手腕、驱动系系统、测测量系统统、控制制器及传传感器等等组成。图3-16是工业机机器人的的典型结结构。图3-16工业机器器人的典典型结构构工业机器器人的运运动由主主构架和和手腕完完成。主主构架具具有三个个自由度度，其运运动由两两种基本本运动组组成，即即沿着坐坐标轴的的直线移移动和绕绕坐标轴轴的回转转运动。不同运运动的组组合形成成各种类类型的机机器人，如图3-17所示。图图3-17所示的工工业机器器人的基基本结构构形式有有：直角角坐标型型（图3-17(a)中有三个个直线坐坐标轴）；圆柱柱坐

30、标型型（图3-17(b)中有两个个直线坐坐标轴和和一个回回转轴）；球坐坐标型（图3-17(c)中有一个个直线坐坐标轴和和两个回回转轴）；关节节型（图图3-17(d)中有三个个回转轴轴关节，图3-17(e)中有三个个平面运运动关节节）。图3-17工业机器器人的基基本结构构形式(a）直角坐坐标型；(b）圆柱坐坐标型；(c）球坐标标型；(d）多关节节型；(e）平面关关节型图3-17工业机器器人的基基本结构构形式(a）直角坐坐标型；(b）圆柱坐坐标型；(c）球坐标标型；(d）多关节节型；(e）平面关关节型图3-17工业机器器人的基基本结构构形式(a）直角坐坐标型；(b）圆柱坐坐标型；(c）球坐标标型；

31、(d）多关节节型；(e）平面关关节型图3-17工业机器器人的基基本结构构形式(a）直角坐坐标型；(b）圆柱坐坐标型；(c）球坐标标型；(d）多关节节型；(e）平面关关节型图3-17工业机器器人的基基本结构构形式(a）直角坐坐标型；(b）圆柱坐坐标型；(c）球坐标标型；(d）多关节节型；(e）平面关关节型5.3工业机器器人的应应用目前，工工业机器器人主要要应用于于汽车制制造、机机械制造造、电子子器件、集成电电路、塑塑料加工工等较大大规模生生产企业业。下面面介绍几几种机器器人的典典型应用用。1.汽车制造造领域图3-19是一个焊焊接机器器人系统统的示意意图。焊焊接机器器人还分分成采用用点位控控制的点

32、点焊机器器人和采采用轨迹迹控制的的焊接机机器人两两种。图3-18喷漆工业业机器人人系统示示意图图3-19焊接工业业机器人人系统示示意图2.机械制造造领域机械制造造企业的的柔性制制造系统统采用搬搬运机器器人搬运运物料、工件和和工具，装配机机器人完完成设备备的零件件装配，测量机机器人进进行在线线或离线线测量。图3-20所示是两两台机器器人用于于自动装装配的情情况，主主机器人人是一台台具有三三个自由由度且带带有触觉觉传感器器的直角角坐标机机器人，它抓取取第1号(No.1)零件，并并完成装装配动作作；辅助助机器人人仅有一一个回转转自由度度，它抓抓取第2号(No.2)零件，第第1号和第2号零件装装配完成

33、成后，再再由主机机械手完完成与第第3号(No.3)零件的装装配工作作。图3-20机器人用用于零件件装配图3-21所示是一一教学型型FMS，由一台台CNC车床、一一台CNC铣床、工工件传送送带、料料仓、两两台关节节型机器器人和控控制计算算机组成成。两台台机器人人在FMS中服务，一台机机器人服服务于加加工设备备和传送送带之间间，为车车床和铣铣床装卸卸工件；另一台台位于传传送带和和料仓之之间，负负责上、下料。图3-21机器人上上、下料料3.其它领域域机器人在在其它领领域的应应用也非非常广泛泛，如工工业机器器人可以以取代人人去完成成一些危危险环境境中的作作业(如放射线线、火灾灾、海洋洋、宇宙宙等)。例

34、如，2004年1月4日，美国国“勇气”号火星探探测机器器人实现现了人类类登陆火火星的梦梦想，图图3-22为“勇气气”号的的图片。图3-22“勇气”号火星探探测器第六节质质量控控制和运运行监控控系统1、概述2、坐标测测量机CMM3、利用数数控机床床进行测测量4、测量机机器人5、刀具磨磨损和破破损的检检测与监监控6、环境及及安全监监测6.1检测与监监控原理理在自动化化制造系系统的加加工过程程中，为为了保证证加工质质量和系系统的正正常运行行，需要要对系统统运行状状态和加加工过程程进行检检测与监监控（如如图3-23所示）。1.运行状态态检测与与监控自动化制制造系统统中，需需要检测测与监控控的运行行状态

35、通通常包括括：（1）刀具信信息。（2）机床状状态信息息。（3）系统运运行状态态信息。（4）在线尺尺寸测量量信息。（5）系统安安全情况况信息。（6）仿真信信息。仿仿真信息息包括以以下内容容：零件件的数控控程序是是否准确确；有无无碰撞干干涉情况况；仿真真综合结结果情况况等。 2.工件尺寸寸精度检检测方法法（1）直接测测量与间间接测量量。（2）接触测测量和非非接触测测量。（3）在线测测量和离离线测量量。3.刀具磨损损和破损损的检测测方法（1）刀具、工件尺尺寸及相相对距离离测定法法。（2）放射线线法。（3）电阻法法。（4）光学图图像法。（5）切削力力法。（6）切削温温度法。（7）切削功功率法。（8）振

36、动法法。（9）噪声分分析法。（11）加工表表面粗糙糙度法。6.2检测与监监控应用用举例例1-1加工中心心（MC）需检测测的运行行状态信信息。MC需检测的的运行状状态信息息如下：（1）环境参参数及安安全检测测。（2）刀库状状态检测测。（3）机床负负载检测测。（4）换刀机机构检测测。（5）交换工工作台检检测。（6）工作台台振动检检测。（7）冷却与与润滑系系统检测测。（8）CNC/PC系统检测测。例1-2切削力法法刀具磨磨损和破破损的检检测与监监控。切切削力的变变化能直直接反映映刀具的的磨损情情况，图3-24中和所示是切切削力的的变化过过程，曲曲线表示的是是锋利的的刀具，曲线表示的是是磨钝了了的刀具

37、具。切削削力的差差异F是反映刀刀具实际际磨损的的标志。如果切削力突突然上升升或突然然下降，可能预预示刀具具的折断断。图3-24切削力图图图3-25所示为根根据切削削力的变变化判别别刀具磨磨损和破破损的系系统原理理图。当当刀具在在切削过过程中磨磨损时，切削力力会增大大；如果果刀具崩崩刃或断断裂，切切削力会会剧减。在系统统中，工工件加工工余量的的不均匀匀等因素素也会引引起切削削力的变变化，为为了避免免误判，取切削削分力的的比值和和比值的的变化率率作为判判别的特特征量，即在线线测量三三个切削削分力FX、FY和FZ的相应电电信号，经放大大后输入入除法器器，得到到分力比比FX/FZ和FY/FZ，再输入入

38、微分器器得到d（FX/FZ）/dt和d（FY/FZ）/dt。图3-25用切削力力检测刀刀具状态态原理图图例1-3声发射法法检测刀刀具。固体在产产生变形形或断裂裂时，以以弹形波波形释放放出变形形能的现现象称为为声放射射。在金金属切削削过程中中产生声声发射信信号的来来源有：工件的的断裂，工件与与刀具的的摩擦，刀具的的破损及及工件的的塑性变变形等。声放射射在切削削过程中中产生频频率范围围很宽的的声发射射信号，从几十十千赫兹兹至几兆兆赫兹不不等。声声发射信信号可分分为突发发型和连连续型两两种。突突发型声声发射信信号在表表面开裂裂时产生生，其信信号幅度度较大，各声发发射事件件之间间间隔时间间较长；连续型

39、型声发射射信号幅幅值较低低，事件件的频率率较高，以致难难以分为为单独事事件。正常切削削时，声声发射信信号是小小幅值的的连续信信号。刀刀具破损损时，声声发射信信号幅值值远大于于正常切切削，它它与刀具具破损面面积有关关，增长长幅度为为37倍。因此此，声发发射信号号产生阶阶跃突变变是识别别刀具破破损的重重要特征征。图3-26所示为声声发射钻钻头破损损检测装装置系统统图。6.3检测设备备1.坐标测量量机（CMM）坐标测量量机（Coordinate MeasuringMachine）又叫做做三坐标标测量机机，是一一种检测测工件尺尺寸误差差、形位位误差以以及复杂杂轮廓形形状的自自动化制制造系统统的基本本测

40、量设设备。图3-26声发射钻钻头破损损检测装装置系统统图（1）坐标测测量机结结构的特特点。CMM和数控机机床一样样，其结结构布局局有立式式和卧式式两类，立式CMM有时是龙龙门式结结构，卧卧式CMM有时是悬悬臂式结结构。两两种结构构形式的的CMM都有不同同的尺寸寸规格，从小型型台式到到大型落落地式。图3-27是一悬臂臂式CMM，由安放放工件的的工作台台、立柱柱、三维维测量头头、位置置伺服驱驱动系统统、计算算机控制制装置等等组成。（2）坐标测测量机的的工作原原理。图3-27悬臂式坐坐标测量量机2.利用数控控机床进进行测量量三坐标测测量机的的测量精精度很高高，但它它对地基基和工作作环境的的要求也也很

41、高，它的安安装必须须远离机机床。如如果零件件的检测测需要在在几个不不同的阶阶段进行行，零件件就需要要反复搬搬运几次次，这对对于质量量控制要要求不是是特别精精确的零零件显然然是不经经济的。由于数数控机床床和CMM在工作原原理上没没有本质质区别，且三坐坐标测量量机上用用的三维维测量头头的柄部部结构与与刀杆一一样，因因此可将将其直接接安装在在机床（如加工工中心）上。需需要检测测工件时时，将测测量头安安装在机机床主轴轴或刀架架上，测测量工作作原理与与CMM相同；测测量完成成再由换换刀机械械手将测测量头放放入刀库库。为了了保证测测试精度度和保护护测试头头，工件件在数控控机床上上加工结结束后，必须经经高压

42、冷冷却液冲冲洗，并并用压缩缩空气吹吹干后方方可进行行检验测测量。特点：不需要要昂贵的的CMM，然而损损失机床床的切削削加工时时间；可以针针对尺寸寸偏差自自动进行行机床及及刀具补补偿，加加工精度度高；不需要要工件来来回运输输和等待待。数控机床床测量头带有自动动测量功功能的加加工中心心另外，数数控机床床用于测测试时，必须为为数控机机床配置置专门的的外围设设备，如如各种测测量头和和统计分分析处理理软件等等。在数控机机床上进进行测量量有如下下特点：不需要要昂贵的的CMM，但会损损失机床床的切削削加工时时间；可可以针对对尺寸偏偏差自动动进行机机床及刀刀具补偿偿，加工工精度高高；不需需要工件件来回运运输和

43、等等待。3.测量机器器人随着工业业机器人人的发展展，机器器人在测测量中的的应用也也越来越越受到重重视。机机器人测测量具有有在线、灵活、高效等等特点，可以实实现对零零件100的测量量,因此特别别适合于于自动化化制造系系统中的的工序间间测量和和过程测测量。同同坐标测测量机相相比，机机器人测测量造价价低，使使用灵活活。4.专用的主主动测量量装置在大规模模生产条条件下，常将专专用的自自动检测测装置安安装在机机床上，不必停停机就可可以在加加工过程程中自动动检测工工件尺寸寸的变化化，并能能根据测测得的结结果发出出相应的的信号，控制机机床的加加工过程程（如变变换切削削用量、刀具补补偿、停停止进给给、退刀刀和

44、停机机等）。例如,图3-28所示为磨磨床上工工件外径径自动测测量及反反馈控制制装置的的原理图图。图3-28磨床上工工件外径径自动测测量原理理电网监测火灾监测人员安全监视电网监测测传感器器空气离化化装置、热检测测、火焰焰检测、可燃气气体检测测图像检测测、超声声波检测测、红外外线检测测第七节辅辅助设设备1、清洗站站2、去毛刺刺设备3、切屑和和冷却液液处理7.1清洗站清洗机有有许多种种类、规规格和结结构，一一般按其其工作是是否连续续分为间歇式（批处理理式）和和连续通过过式（流水线线式）。批处理理式清洗洗站用于于清洗质质量和体体积较大大的零件件，属中中、小批批量清洗洗；流水水线式清清洗机用用于零件件通

45、过量量大的场场合。批处理式式清洗机机有倾斜斜封闭式式清洗机机、工件件摇摆式式清洗机机和机器器人式清清洗机。高压洗清站待清洗的工件干净工件洗清液回收洗清液铁屑等杂质沉淀过滤间歇式（批处理理式）连续通过过式（流流水线式式）大型零件件，中小小批量大批量生生产倾斜封闭闭式工件摇摆摆式机器人式式辊子传送送带洗清站高压清洗洗吹风机器人式式清洗机机用机器器人操作作喷头，工件固固定不动动。有些些大型批批处理式式清洗站站内部有有悬挂式式环形有有轨车，工件托托盘安放放在环形形有轨车车上，绕绕环形轨轨道做闭闭环运行行。流水水式清洗洗站用辊辊子传送送带运送送工件，零件从从清洗站站的一端端送入，在通过过清洗站站的过程程

46、中被清清洗，在在清洗站站的另一一端送出出，再通通过传送送带与托托盘交接接机构进进入零件件装卸区区。清洗机有有高压喷喷嘴，喷喷嘴的大大小、安安装位置置和方向向应考虑虑到零件件的清洗洗部位，保证零零件的内内部和难难清洗的的部位均均能清洗洗干净。 批处理式式清洗站站的操作作过程如如下：（1）将工件件托盘送送到清洗洗站前。（2）打开进进入清洗洗站的门门，将托托盘送入入清洗工工作区，并将其其固定在在有轨吊吊车上，关闭站站门。（3）托盘随随吊车绕绕轨道运运行时，高压、大流量量冷却液液从喷嘴嘴喷向工工件托盘盘，使切切屑、污污物、油油脂等落落入排污污系统。（4）冲洗一一定时间间后，冷冷却液关关闭，开开始吹热热

47、空气进进行干燥燥。（5）吹风干干燥一段段时间后后，有轨轨吊车返返回其初初始位置置。（6）从有轨轨吊车上上取下工工件托盘盘，打开开清洗站站大门，运走工工件托盘盘。7.2去毛刺设设备1.机械法去去毛刺2.振动法去去毛刺3.热能法去去毛刺4.电化学法法去毛刺刺7.3切屑和冷冷却液的的处理1.切屑排除除从加工区区域清除除切屑有有下列几几种方法法：手工去毛毛刺自动去毛毛刺机械法振动法热能法电化学法法（1）靠重力力或刀具具回转离离心力将将切屑甩甩出，切切屑靠自自重落到到机床下下面的切切屑输送送带上。床身结结构应易易于排屑屑(例如倾斜斜床身或或将机床床安置在在倾斜的的基座上上)，并利用用切屑挡挡板或保保护板使使加工空空间完全全密闭，防止切切屑飞散散，使之之容易聚聚集和便便于清除除，同时时也使环环境安全全、整洁洁。（2）用大流流量冷却却液冲洗洗加工部部位，将将切屑冲冲走，然然后用过过滤器把把切屑从从冷却液液中分离离出来。（3）采用压压缩空气气吹屑。（4）采用真真空吸屑屑，此方方法最适适合于干干式磨削削工序和和铸铁等等脆性材材料在加加工时形形成的粉粉末状切切屑。在在每一加加工工位位附近，安装与与主吸管管相通的的真空吸吸管。切