机械制造自动化技术要点.docx

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1、机械制造自动化技术要点第一章机械化：执行制造过程基本体力劳动是由机器（机械）代替人力劳动来完成时称之为机械化。自动化：机器代替人完成基本劳动同时，如果人对机器操纵看管、对工件装卸和检验等辅助体力劳动也是由机器来完成时，并且有自动控制系统或计算机代替部分脑力劳动，这个制造过程是“自动化” 。在一个工序中，如果所有基本动作都机械化了，并且使若干个辅助动作也自动化起来，而工人所要做工作只是对这一工序作总操纵和监督，就称为工序自动化。一个工艺过程（如加工工艺过程）通常包括着若干个工序，如果不仅每一个工序都自动化了，并且把它们有机地联系起来，使得整个工艺过程（包括加工、工序间检验和输送）都自动进行，而工

2、人仅只是对这一整个工艺过程作总操纵和监督，这时就形成了某一种加工工艺自动生产线，通常称为工艺过程自动化。一个零部件（或产品）制造包括着若干个工艺过程，如果不仅每个工艺过程都自动化了，而且它们之间是自动有机联系在一起，也就是说从原材料到最终成品全过程都不需要人工干预，这时就形成了制造过程自动化。机械制造自动化技术内容：1）机械加工自动化技术：包括上下料、装夹、换刀、加工、零件校验等环节自动化技术。2）物料储运自动化技术：包括工件、刀具、其它物料储运自动化技术。3）装配自动化技术：包括零部件供应、装配过程等自动化技术。4）质量控制自动化技术：包括零件检测、产品检测、刀具检测等自动化技术。自动化制造

3、系统基本形式：1）刚性半自动化单机：A）定义：可以自动地完成单个工艺过程加工循环机床(除上下料外)，称为刚性半自动化机床。B）特点：1、一般是机械或电液复合控制式组合机床和专用机床，可以进行多面、多轴、多刀同时加工，加工设备按工件加工工艺顺序依次排列；2、切削刀具由人工安装、调整，实行定时强制换刀，如果出现刀具破损、折断，可进行应急换刀；3、从复杂程度讲，刚性半自动化单机实现是加工自动化最低层次。C）优点：投资少、见效快。D）缺点: 调整工作量大，加工质量较差，工人劳动强度也大。E）应用：产品品种变化范围和生产批量都较大制造系统。2）刚性自动化单机：A）定义：它是在刚性半自动化单机基础上增加自

4、动上、下料等辅助装置而形成自动化机床。B）特点：投资少、见效快，但通用性差，是大量生产最常见加工装备。C）用途：常用于品种变化很小，但生产批量特别大场合。D）辅助装置包括自动工件输送、上料，下料、自动夹具、升降装置和转位装置等；切屑处理一般由刮板器和螺旋传送装置完成。3）刚性自动线：A）定义：刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定顺序连接起来，在控制系统作用下完成单个零件加工复杂大系统。B）特点：1、结构复杂，任务完成工序多，所以生产效率也很高，可以有效缩短生产周期，取消半成品中间库存，缩短物料流程，减少生产面积，改善劳动条件，便于管理等。2、投资

5、大，系统调整周期长，更换产品不方便。C）用途：少品种、大量生产必不可少加工装备。4）刚性综合自动化系统：A）定义：在刚性自动线地基础上将其它自动化制造系统内容（包括热处理、锻压、焊接、装配、校验等）涵盖复杂大系统称为刚性综合自动化系统。B）特点： 刚性综合自动化系统结构复杂，投资强度大，建线周期长，更换产品困难，但生产效率极高，加工质量稳定，工人劳动强度低。C）应用：它常用于产品比较单一，但工序内容多，加工批量特别大零部件自动化制造。5）数控机床：A）定义：数控机床用来完成零件一个工序自动化循环加工。B）特点： 它是用代码化数字量来控制机床，按照事先编好程序，自动控制机床各部分运动，而且还能控

6、制选刀、换刀、测量、润滑、冷却等工作。C）应用：适用于加工精度较高，零件复杂程度、且品种多变、批量中等场合。6）加工中心：A）定义：加工中心是在一般数控机床基础上增加刀库和自动换刀装置而形成一类更复杂但用途更广、效率更高数控机床。B）特点：由于具有刀库和自动换刀装置，就可以在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序加工。C）应用：加工中心机床具有工序集中、可以有效缩短调整时间和搬运时间、减少在制品库存、加工质量高等优点。7）柔性制造单元：A）定义：柔性制造单元是一种由13台 数控机床或加工中心所组成。B）特点：单元中配备有某种形式托盘交换装置或工业机器人，由单元计算机进行程

7、序编制及分配、负荷平衡和作业计划控制小型化柔性制造系统。C）优点：占地面积较小，系统结构不很复杂，成本较低，投资较小，可靠性较高，使用及维护均较简单。D）应用： 常用于品种变化不是很大、生产批量中等生产规模中。8）柔性制造系统：A）优点：1、可以减少机床操作人员。2、由于配有质量检测和反馈控制装置，零件加工质量很高。3、工序集中，可以有效减少生产面积。4、和立体仓库相配合，可以实现24h连续工作。5、由于集中作业，可以减少加工时间。6、易于和管理信息系统（MIS）、工艺信息系统及质量信息系统结合形成更高级制造自动化系统。B）缺点：1、系统投资大，投资回收期长。2、系统结构复杂，对操作人员要求很

8、高。3、结构复杂使得系统可靠性较差。C）应用：多品种、中小批量生产。自动控制系统包括实现自动控制功能装置及其被控制对象，组成：指令存储装置；指令控制装置；执行机构；传递及转换装置等部分构成。机械制造设备中常用控制方式：（1）开环控制方式；（2）闭环控制方式；（3）分散控制方式；（4）集中控制方式；（5）程序控制方式；（6）数字控制方式；（7）计算机控制方式。机械传动控制方式一般传递动力和信号都是机械连接，特点：（1）程序指令存储和控制都是利用机械式元件来完成（例如凸轮、档块、连杆、拨叉等）；（2）控制元件同时又是驱动元件；（3）几乎所有运动部件及机构都是由凸轮分配轴进行驱动和控制；（4）专用性

9、较强，仅适用于加工品种基本不变大批量生产。分散控制主要优点：（1）实现自动循环方法简单，电气元件通用性强，成本低。（2）在自动循环过程中，当前一动作没有完成时，后一个动作便得不到起动信号，因而，分散控制系统本身具有一定互锁性。主要缺点：（1） 当顺序动作较多时，自动循环时间会增加，这对提高生产效率不利。（2）当下一动作执行机构较多时，就有若干多条平行控制线路、会使电气控制线路变得复杂，电气元件增多。这对控制系统调整和维修不利，特别是在使用有触点式电器时，由于大量触点频繁换接，容易引起故障。集中控制系统优点：所有指令存储和控制装置都集中在一起，控制链又短又简单，这样，控制系统就比较简单，调整比较

10、方便。缺点：（1）各执行部件动作之间无联系，当某一部件发生故障时，其它部件依然运动，这就有可能发生碰撞或干涉等事故。（2）由于执行部件运动速度不能控制，当速度不稳定时，系统实际控制精度就较低。液压控制：原理：利用液体工作介质压力势能实现能量传递及控制。优点：定位精度高、负荷较大、速度可以调节。缺点：漏油（污染）、油温变化粘度变化流量变化控制不稳定。两种方式：机械液压控制；电气液压控制系统。电气控制系统设计主要依据：生产设备工作循环。工作循环表示方法：（1）工作循环图：单机工作循环；（2）工作循环周期：自动线工作循环；（3）功能流程图：表示控制系统信息传递过程和输入、输出信号逻辑关系。第二章加工

11、设备自动化：定义：指在加工过程中所用加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定柔性。实现加工设备自动化主要途径：对于现有设备（通用）进行自动化改装，以实现单机自动化；设计、制造、采用专用或专门自动化加工设备；采用数控加工设备实现单机自动化方法：1）采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化；2）采用组合机床实现单机自动化；3）采用专用机床实现单机自动化；4）采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化。一、采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化普通机床工作行程运动是由机床来完成，但空行程运动全部或大部分则必须由工人来操作，此外工人还需根据工件加工工艺要求，发

12、出相应操作指令，加工出所需形状和尺寸工件，这类机床必须在工人看管操作下才能完成加工过程。自动机床：在一个工作循环结束后，能自动卸下加工完工件，装上待加工坯件，并继续进行同样工作循环，直至装在机床上一批坯件加工完为止。半自动机床：能自动地完成除上料和卸工件以外一切切削和辅助运动机床。需人工装卸自动循环实现。自动化单机控制方式及适用范围：1）凸轮式：A）特点：用专门设计制造凸轮或靠模控制刀具运动轨迹，并利用凸轮轴使多个不同运动能协同动作。B）适用范围：少品种，大批量。C）应用机床：单轴纵切自动车床、仿形车床。D）品种变换程度：每月一次到数次。2）非凸轮式：A）特点：用电气、电气伺服、液压、丝杠副等

13、非凸轮机构控制刀具运动轨迹及多个不同运动协同动作。B）适用范围：多品种，中批量。C）应用机床：卧式多轴自动车床、单轴转塔自动车床、立式多轴半自动车床、多刀半自动车床。D）品种变换程度：一日一次。3）数字控制式：A）特点：用数字形式控制刀具或机构运动轨迹及多个数控坐标轴之间必要联动。B）适用范围：多品种，中小批量；C）应用机床：各种数控机床。D）品种变换程度：一日数次。二、采用组合机床实现单机自动化组合机床是以已经系列化、标准化通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计专用部件和夹具，组成半自动或自动专用机床。组合机床组成：（1）动力部件是用于传递动力 实现工作运动、为刀具提供主运动和进给

14、运动 。如各种类型切削头、滑台和动力箱等。（2）支承部件如底座、立柱等。（3）输送部件如多工位工作台、回转工作台和回转鼓轮等。（4）控制部件如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。（5）辅助部件如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。组合机床加工方式：组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工方式。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。一般用于加工箱体类或特殊形状零件。动力滑台：功用主要用来带动各种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。数

15、控机床运动系统：主运动系统实现机床主轴运动； 进给运动系统实现机床工作台直线运动和转动； 换刀运动实现加工中心更换刀具连续加工所需运动。数控机床主运动系统：1）功用：A）传递动力：传递切削加工所需要动力；B）传递运动：传递切削加工所需要运动；C）运动控制：控制主运动大小方向开停。2）组成：A）动力源：电机；B）传动系统：定比传动机构、变速装置；C）运动控制装置: 离合器、制动器等；D）执行件：主轴。主传动系统配置方式：1）带有变速齿轮主传动系统：一般要求在中、高速段为恒功率传动，在低速段为恒转矩传动。这种传动主要应用在大、中型数控机床；通过使用双联滑移齿轮实现二级变速。2）带有定比传动主传动系

16、统：主轴电动机经过定比传动传递给主轴。定比传动多采用带（同步齿形带和三角带）传动，也有采用齿轮传动。适用于高速、低转距特性主轴，电动机本身调速就能够满足要求，且带传动平稳，可避免齿轮传动时引起振动和噪声。这种传动主要应用在转速高、变速范围不大数控车床和中、小型加工中心。3）调速电机直接驱动主轴传动：数控机床 采用直流或交流主轴伺服电动机直接驱动主轴实现无级变速。 电动机和主轴通过联轴器连接。由于没有电刷不产生火花，所以使用寿命长，且性能已达到直流驱动系统水平，甚至在噪声方面还有所降低。因此，目前应用较为广泛。4）电主轴：主轴和电机制成一体，电动机转子轴即为机床主轴 。电主轴组成：空心轴转子、带

17、绕组定子、速度检测元件。优点：主轴部件结构紧凑、重量轻、惯量小，可提高启动、停止响应特性，利于控制振动和噪声。大大简化了主运动系统结构，实现了所谓 “零传动”，使传动精度大大提高，在高速数控机床大量采用。缺点：电机运转产生振动和热量将直接影响到主轴，因此，主轴组件整机平衡、温度控制和冷却是内装式主轴电机关键问题。主轴典型控制功能：1）主轴准停装置：当主轴停止时，控制其停于固定位置（定位于圆周上特定角度）称为“主轴准停”、“主轴定位”、“主轴定向”。A）控制实现方式：机械式准停装置、电气式准停装置（a、利用磁力传感器检产生准停信号。b、利用主轴上光电脉冲产生准停信号）、磁力传感器准停装置、编码器

18、准停装置。B）用途：加工中心自动换刀、精镗后退刀、背镗、车床上工件定位。2）C轴控制和同步速度控制：A）功能：实现主轴定向停车和圆周进给，并在数控装置控制下实现C轴和进给轴（Z轴或X轴）联动进行插补控制，可以实现任意曲线加工。B）C轴控制方式：a、由进给伺服电机 控制主轴回转位置（转角）；b、由主轴电机实现，此时主轴位置（角度)由装于主轴上（不是主轴电机）上高分辨率编码器检测，主轴作为进给伺服轴工作。数控机床回转工作台：1）分度工作台功用：完成分度辅助运动，将工件转位换面，和自动换刀装置配合使用，实现工件一次安装能完成几个面多道工序加工。2）回转工作台作用:回转工作台可以和X、Y、Z三个坐标轴

19、联动，从而加工出各种曲面和曲线等复杂形状。回转工作台对于自动换刀多工序加工中心是必备部件。3）数控回转工作台功用：是使工作台进行圆周进给，以完成切削工作，也可使工作台进行分度。数控回转工作台主要用于数控镗床和数控铣床。（数控机床进给驱动机构实现是直线运动，而数控回转工作台实现是旋转运动）4）区别：数控回转工作台用于进给运动，适用于板类和箱体类工件连续回转表面和多面加工；分度工作台仅用于分度，用于轴类、套类工件圆柱面上和端面上加工。数控回转工作台和分度工作台可通过接口由机床数控装置控制，也可由独立数控装置控制。数控回转工作台是数控铣、镗床常用附件，可使数控铣床增加一个数控轴，扩大数控铣床功能。自

20、动线生产基本特征：（1）工作地专业化程度高，在自动线上固定地生产一种或几种工件，而在每个工作地上固定完成一道或几道工序。（2） 生产具有明显节奏性, 即按照节拍进行生产所谓节拍是指自动线上出产相邻两件制品时间间隔。（3）各道工序工作地设备数量和该工序单件工时比值相一致。（4） 工艺过程是封闭，并且工作地设备按工艺顺序排列成链索形式工件在工序间作单向移动。（5）工件如同流水般从一个工序转到下个工序，消除或最大限度地减少了工件因等待加工而耽搁时间和机床设备加工间断时间，生产过程具有高度连续性。（6）工件从进入加工工位到所有工位操作完成均在主控制器控制之下自动完成这种自动过程不仅包括工件流动自动化控

21、制还包括机床加工全过程自动化控制。机械加工自动线是在机床加工自动化、零件输送自动化、转位自动化、检测自动化、排屑自动化、夹具定位、央紧自动化以及操作控制自动化等方面先进技术发展必然结果，是综合技术运用。组合机床自动线：1）特点：是针对一个零件全部加工要求和加工工序，专门设计制成由若干台组合机床组成自动生产线。2）和通用机床自动线区别：A）每台加工机床加工工艺都是指定不作改变；B）可以采用随行夹具输送工件；C）多用于加工箱类零件或畸形件；D）自动线规模较大，有较完善自动监视和诊断系统；E）在自动线始端有一台专用创基准组合机床（用毛坯表面定位加工出定位基准，以利于上线后输送和定位，如曲轴、箱体）。

22、3）分类：按工件输送方式分：直接输送、间接输送（随行夹具输送）；按输送轨道形式分：直线输送、圆（椭圆）形轨道输送；按输送带相对机床配置形式分：通过（机床）式输送带式、外移式（机床前方）输送带式。柔性自动线：1）定义：加工设备由数控机床或加工中心、组合机床（数控操作）等组成，可加工多品种、少批量零件自动线称。2）工艺基础：成组技术。3）特点：按照成组加工对象确定工艺过程，选择适宜数控加工设备和物料储运组成FTL。4）加工对象：基本上是箱体类工件。5）构成：A）加工设备：数控机床、专用机床及组合机床（数控操作）；B）工件输送系统：托板输送，步伐式输送带同步输送；C）控制系统：加工、输送设备控制，中

23、间层次控制，系统中央控制（一般采用带微处理机顺序控制或微型计算机）。第三章物流系统：物流移动和储存。物流系统功能：1）存储功能：存储和缓存处于等待（不处在加工和处理）状态工件。2）输送功能：完成物料在各工位之间传输以满足工件加工工艺过程和处理顺序要求。3）装卸功能：完成加工设备及辅助设备上下料自动化。4）管理功能：对物料识别和管理（物料在输送过程中不断变化）。物流系统分类及组成：1）单机自动供料装置：完成单机自动上下料任务；包括储料器、隔料器、上料器、输料槽、定向定位装置等。2）自动线输送系统：完成自动线上物料输送任务；包括各种连续输送机、通用悬挂小车、有轨导向小车及随行夹具返回装置等。3）F

24、MS物流系统：完成FMS物料传输；包括自动导向小车、积放式悬挂小车、积放式有轨导向小车、搬运机器人、自动化仓库等。料仓式上料装置：1）组成： 由料仓、输料槽、隔料器、上料机构和卸料机构等部分组成。2）分类：自重式、外力作用式（利用重锤、扭力弹簧、工件和平带间摩擦力、链条或同步齿形带）。3）特点：A）不能使工件自动定向，需要人工定时将一批工件按照一定方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。B）结构比较简单，工作可靠性较强。4）应用：适用于工件外形较复杂、尺寸和重量较大以及加工周期比较长情况。5）拱形消除机构：仓壁振动器或搅拌机；防止料斗中工件形成拱形面而阻塞。料斗

25、式上料装置：1）自动化上料装置，工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中定向机构能将杂乱堆放工件进行自动定向，使之按规定方位整齐排列，并按一定生产节拍把工件送到机床夹具中去。2）没有完成定向工件在出口处被分离送回料斗重新定向。3）应用：适用于工件外形比较简单、体积和重量都比较小，而且生产节拍短、要求频繁上料场合。平均供料率：一般采用料斗式上料装置机床大多生产节拍短，装料频率较高。分析料斗供料生产率是否能满足机床生产率要求。供料和隔料机构：1）功能：定时地将工件逐个输送到机床加工位置。2）分类：往复运动式：速度小于150件/min；摆动往复式：速度在150-200件/min；回转运动式：速度大

26、于200件/min；回转运动连续式：速度大于200件/min。带式输送系统：1）定义：一种利用连续运动且具有挠性输送带来输送物料输送系统。2）结构组成： 有输送带、驱动装置、传动滚筒、托辊、张紧装置等。3）传动原理：传动滚筒依靠摩擦力带动输送带运动，输送带全长靠许多托辊支承，并且由张紧装置拉紧。4）适用范围： 主要输送散状物料，但也能输送单件质量不大工件；主要用于远距离输送。输送带作用：是带式输送机牵引构件及承载构件，用于输送物料和传递动力。滚筒及驱动装置：1）传动滚筒作用：是将驱动装置动力，通过摩擦力传递给输送带部件。2）改向滚筒作用是改变输送带运行方向或增加输送带和传动滚筒间围包角。3）增

27、加围包角作用是增加输送带和滚筒间接触面，使输送带和滚筒间不打滑。托辊：1）作用：在远距离带式物料传送时，为防止物料重力和输送带自重造成带下垂，而在输送带下安置托辊。2）分类：承载托辊、空载托辊、调心托辊（承载托辊：用于支撑承载侧输送带和物料；空载托辊：用于支撑空载载侧输送带（回程）；调心托辊：用于调整跑偏输送带）。3）结构：由输送物料种类决定（平托辊、V型托辊、槽型托辊、梳型托辊等）。悬挂输送系统：1）特点：适用于车间内成件物料空中运输。2）分类：通用悬挂和积放式悬挂。3）结构组成：牵引件、滑架小车、吊具、轨道、张紧装置、驱动装置、转向装置（一般为链轮）和安全装置等。4）通用悬挂和积放式悬挂区

28、别：牵引件和滑架小车无固定联接，两者有各自运行轨道（牵引轨道和承重轨道）；有岔道装置（滑架小车可以在有分支输送线路上运行）；可设置停止器（滑架小车可以在输送线路上任意位置停车）。柔性制造系统组成：1）加工系统三台以上数控机床，加工中心或FMC以及若干台辅助设备（如清洗机、测量机、排屑装置、冷却润滑装置等）。提供灵活加工工艺。2）储运系统完成工件原材料运储、刀具运储。将加工设备互相联系起来。3）控制和管理系统实现对FMS运动控制、刀具管理、质量控制及FMS数据管理和网络通讯。不断对设备动作进行监控、检测，同时提供控制指令并进行工程记录，还可通过仿真来预示系统各部件行为。物流输送形式：1）直线型输

29、送形式：A、特点：输送设备作直线运动，输送线两侧布置加工设备和装卸站。B、用途：适用于按照规定顺序从一个工作站到下一个工作站工件输送，其线内储存量较小，需配合中央仓库及缓冲站。2）环型输送形式：A、特点：加工设备和辅助设备布置在封闭环型输送线内外侧。可增加支线作为储存或改变输送线路之用 ，不设置中央仓库，便于实现随机存取。B、应用范围较广。3）网络型输送形式：特点：输送设备通常采用自动导向小车，加工设备敞开性好，物料输送灵活 。线内储存量较小，需配合中央仓库及托盘自动交换器。4）机器人为中心输送形式：A、特点：以搬运机器人为中心，加工设备布置在机器人搬运范围内圆周上。B、用途：适用于加工各类回

30、转体零件FMS中 。托盘：在FMS中，工件一般安装在组合夹具上，而组合夹具又被安装在托盘上，因而托盘是工件和夹具承载体。当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时, 托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。作用：工件和机床之间硬件接口。托盘交换器（APC）：1）功能：是加工系统和物流系统间工件输送接口，作为工件暂时储存，当系统阻塞时起到物流系统工件缓冲站作用。2）分类：回转式托盘交换器（两位、四位、多位）、往复式托盘交换器。自动导向小车（AGV）：1）特点：A、较高柔性：通过改变导向程序即可完成AGV路线改变。B、实时监视和控制：由计算机完成和AGV双向通讯。C、安全可靠：低

31、速运行（1070m/min）、有微处理器控制系统（防止和其它AGV碰撞）、有定位精度传感器或定位中心装置（保证定位精度）。D、维护方便。2）分类：A、线导小车：利用电磁感应制导原理进行导向，需要在行车路线地面上埋设环行感应电缆来制导小车运动。原理：当埋入地沟内导线通以低频交变电流时，在导线周围便形成一个环形磁场。当导线从小车前部两个扫描线圈中间通过时，两个扫描线圈中感应电势相等，当小车偏离轨道时，扫描线圈就会产生感应电势差，其电势差经放大后反馈给转向制导电动机，使AGV朝向减少误差方向偏转，直至电势差消除为止，从而保证小车始终沿着导线方向运行。B、光导小车：利用光电制导原理来进行导向，需要在行

32、车路线上涂上能反光荧光线条，小车上光敏传感器接受反射光来制导小车运动。原理：沿小车预定路径在地面上粘贴易反光反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器,其发出光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车舵轮。C、遥控小车：以无线电发送接收设备传送控制命令和信号。原理：在导引车顶部装置一个沿360方向按一定频率发射激光装置。同时在AGV四周一些固定位置上放置反射镜片。当AGV运行时，不断接受到从三个已知位置反射来激光束，经过简单几何运算，就可以确定AGV准确位置，控制系统根据准确位置对其进行导向控制。自动化仓库：1）功能：柔性物流系统以自动化中央仓库为中心，依据计算机管理

33、系统信息，实现毛坯、半成品、成品、配套件或工具自动存储、自动检索、自动输送等功能。2）分类：平面仓库（货架布置在输送平面内仓库，一般用于存放大型工件）、立体仓库（高层货架仓库，目前仓储设施发展趋势）。第四章刀具自动化：加工设备在切削过程中自动完成选刀、换刀、对刀、进给等工作过程。自动化刀具类型及选用：1）类型：分为标准刀具和专用刀具两大类。2）选用：A）在以自动生产线为代表刚性自动化生产中，应尽可能提高刀具专用化程度，以取得最佳效益。B）在以数控机床、加工中心为主体构成柔性自动化加工系统中，为了提高加工适应性，同时考虑到加工设备刀库容量有限，应尽量减少使用专用刀具，而选用通用标准刀具、刀具标准

34、组合件或模块式刀具。刀具选用原则：1）为了提高刀具耐用度和可靠性，应尽量选用各种高性能、高效率、长寿命刀具材料制成刀具。2）应选用机夹可转位刀具结构。3）为了集中工序，提高生产率及保证加工精度，应尽可能采用复合刀具。4）应尽量采用各种高效刀具。自动化刀具组成：由和机床主轴孔相适应工具柄部、和工具柄部 相联接工具装夹部分和各种刀具部分组成。工具系统：1）作用：刀具和机床接口。2）分类：镗铣类数控机床用工具系统（简称”TSG”系统）； 车床类数控机床用工具系统（简称“BTS”系统）；可同时适应数控车削和数控镗铣加工工具系统。3）组成：主要由刀具柄部（刀柄）、接杆（接柄）和夹头等部分组成。还包括自动

35、换刀装置、刀库、刀具识别装置和刀具自动检测装置等。数控车削加工工具系统组成：机床刀架、刀夹基座及其快换刀夹和预调刀头。数控镗铣加工工具系统：有整体和模块两种不同结构型式。1）整体式结构特点：是工具柄部和夹持工具工作部分连成一体；因此不同品种和规格工作部分都必须加工出一个能和机床连接柄部；缺点：致使工具规格、品种繁多，给生产、使用和管理都带来不便。用途：用于刀具装配中装夹不改变，或不宜使用模块式刀柄场合。2）模块式工具系统机构特点：把工具柄部和工作部分分割开来，制成各种系列化模块，然后经过不同规格中间模块，可组装成一套套不同规格工具。既便于制造、使用和保管，又能以最少工具库存来满足不同零件加工要

36、求，因而它代表了工具系统发展 总趋势。各模块联接采用短圆锥定位，中心螺钉拉紧。换刀装置类型和组成：1）主轴和刀库合为一体自动换刀装置（转塔头式换刀装置）。组成：若干根主轴安装在一个可以转动转塔头上，每根主轴对应装有一把可以旋转刀具。2）主轴和刀库分离自动换刀装置（刀库式自动换刀装置）。组成：刀库、刀具交换装置以及主轴等组成。刀库：1)定义：自动换刀系统中最主要装置之一。2）功能：贮存各种加工工序所需刀具；按程序指令，快速、准确地将刀库中空刀位和待用刀具送到预定位置；接受主轴换下刀具和便于刀具交换装置进行换刀。3）类型：盘式刀库、链式刀库、格子式刀库。4）刀具选择方式：按数控装置刀具选择指令，从

37、刀库中挑选各工序所需要刀具操作称为自动选刀。5）常用选刀方式：顺序选刀、任意选刀。6）刀具识别：指自动换刀装置对刀具识别。方法：刀具编码法（特点：每把刀具上都带有专用编码系统， 刀具长度加长，制造困难，刚度降低，刀库和机械手结构变复杂）、软件记忆法。自动化换刀机构(刀具交换装置)：实现刀库和机床主轴之间刀具传递和刀具装卸装置称为自动化换刀机构(刀具交换装置)。方式：回转刀架（特点：定位可靠、重复定位精度高、分度准确、转位速度快、夹紧刚性好，能保证数控机床高精度和高效率。）、通过主轴换刀（特点：简单易行，但换刀时间较长，且要占用机床工时）、利用机械手换刀（特点：换刀机械手因具有灵活性大、换刀时间

38、短，所以广泛）。第五章制造过程检测技术就是采用人工或自动检测手段，通过各种检测工具或自动化检测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要参数和数据。这些参数和数据可以是几何、工艺或物理。自动化检测方式： 1）直接测量和间接测量、2）接触测量和非接触测量、3）在线测量和离线测量。检测装置:1) 内容：A）对被加工工件 监测和控制，包括：精度、粗糙度、形状、缺陷等。B）对加工设备工作状态在线监测和控制，包括：切削负荷、刀具磨损及破损、机床主要部件温升、振动、变形等。C）对加工对象加工过程在线监测和控制。2）检测手段可分为： 人工检测（人操作检测工具，收集分析数据信息，为产品质量控制提供依据）和自动检

39、测（借助于各种自动化检测装置和检测技术，自动地灵敏地反映被测工件及设备参数，为控制系统提供必要数据信息）。自动化检测实现途径：1）在机床上安装自动化检测装置实现加工过程中在线检测。如在数控磨床上安装在线检测装置。2）在自动线中设置专门自动检测工位，即在某道加工工序刚一完成就立即进行在线检测。如曲轴加工自动生产线上动平衡实验装置。3）设置专门监测装置。如轴承中使用钢珠、滚针，连杆秤重。4）在柔性系统使用测量机器人。加工尺寸检测方法：离线检测（特点：检测周期长，难以及时反馈质量信息）、过程中检测（特点：检测结果直接输入机床数控系统，修正机床运动参数，保证工件加工质量）、在线检测。工件尺寸常用测量机

40、构：1、专用自动测量装置（实现加工过程自动检测过程是由自动检测装置完成）；2、三坐标测量机；3、三维测头应用（测量精度很高）；4、激光测径仪；5、机器人辅助测量三坐标测量机作用：1）可以在计算机控制制造系统中直接利用CAD/CAM系统中编程信息对工件进行测量和检验，构成设计制造检验集成系统。2）能在工件加工、装配前、后或过程中给出检测信息并进行在线反馈处理。CMM工作原理：通过探测传感器（测头）和测量空间轴线运动配合，对被测几何元素进行离散空间点坐标获取；通过相应数学计算定义，完成对所测得点（点群）拟合计算，还原出被测几何元素；进行其和理论值（名义值）之间偏差计算和后续评估，从而完成对被测零件

41、检验工作。自动在线检测：是指在设备运行、生产不停顿情况下，根据信号处理基本原理，跟踪并掌握设备当前运行状态，预测未来状况并根据出现情况对生产线进行必要调整。分为：自动检测、机床监测和自适应控制。第七章工业机器人：1）定义：一种能模拟人手、臂部分动作, 按照预定程序、轨迹及其它要求, 实现抓取、搬运工件或操作工具自动化装置。2）组成：执行机构（一种具有和人手臂相似动作功能，可在空间抓放物体或执行其他操作机械装置，通常包括：机座、手臂、手腕和末端执行器）、控制系统、驱动系统（按照控制系统发出控制指令将信号放大，驱动执行机构运动传动装置）、检测系统。工业机器人性能特征：1）自由度：工业机器人运动自由

42、度是指各关节在三维空间对于固定坐标系具有独立运动。各关节自由度总和就是工业机器人自由度数。2）工作空间：工作空间是指机器人应用手爪进行工作空间范围。机器人工作空间主要取决于臂部自由度 和每个关节运动范围。腕部自由度主要用来调整手部在空间方位。手指开闭动作，仅用于夹放工件或工夹具，它不改变工件或工夹具空间位置和方位，所一般不计入机器人自由度数。3）提取重力：提取重力是反映机器人负载能力一个参数。4）运动速度：运动速度影响机器人工作效率，它和机器人所提取重力和位置精度均有密切关系。运动速度高，机器人所承受动载荷增大，必将在加减速时承受较大惯性力，影响机器人工作平稳性和位置精度。5）位置精度：位置精

43、度是衡量机器人工作质量又一技术指标。位置精度高低取决于位置控制方式以及机器人运动部件本身精度和刚度，此外还和提取重力和运动速度等因素有密切关系。工业机器人分类方法：1）按坐标形式分：直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、极坐标机器人、关节坐标机器人。2）按控制方式分：点位控制、连续轨迹控制。3）按信息输入方式分：人操作机械手、固定程序机器人、可变程序机器人、程序控制机器人、示教再现机器人、智能机器人。工业机器人机械系统：组成：1、末端执行器（是直接执行作业任务装置；安装在执行机构手腕或手臂机械接口上）、2、手腕（连接末端执行器和手臂部件；作用：是调整或改变末端执行器方位；组成：三个独立回转关节）、3

44、、手臂（支持末端执行器和手腕部件，是机械操作臂中重要部件；组成：大臂和小臂；功能：完成伸缩运动、回转、升降或上下摆动运动；作用：是把物料运送到工作范围内给定位置上）、4、机座（机器人基础部分；作用：起支承；分类：固定式和移动式）。工业机器人驱动系统：1）定义：按照控制系统发出控制指令将信号放大，驱动执行机构运动传动装置。2）作用：向执行原件提供动力、即关节执行器动力源。3）驱动方式有：机械式（优点：有可靠性高、运行稳定、成本低 。缺点 ：重量大、动作平滑性差和噪声大 。）、液动式（特点：具有很大抓取能力，可高达上百公斤，油压可达7Mpa；液压传动平稳，动作灵敏；对密封性要求较高，不宜在高温或低温现场工作；需配备一套液压系统）、电动式、气动式（特点：结构简单，动作迅速，价格低廉；空气具有可压缩性，导致工作速度稳定性差；气源压力一般为0.7Mpa，因此抓取力小，只有几公斤到几十公斤）。7 / 7