自动化制造系统概论第三章(2).ppt

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1、第三节第三节 工件储运系统工件储运系统工件储运系统由存储设备、运输设备和辅助设备等组成。工件储运系统由存储设备、运输设备和辅助设备等组成。辊道式输送机 辊子传动原理示意图 4链式输送机 单链条传动示意图 传送机的特点：传送机的特点：（1 1）控制相对简单；）控制相对简单；（2 2）具有连续输送的能力，单位时间内输送量最大；）具有连续输送的能力，单位时间内输送量最大；（3 3）传送设备造价低廉；）传送设备造价低廉；（4 4）实施的技术要求低、维护方便；）实施的技术要求低、维护方便；（5 5）工件（或托盘）定位准确性差；）工件（或托盘）定位准确性差；（6 6）设备占地面积较大、空间利用率低；）设备

2、占地面积较大、空间利用率低；（7 7）运行速度较低，传输途径柔性较差。）运行速度较低，传输途径柔性较差。托盘托盘（1 1）托盘）托盘 在在FMSFMS中广泛采用托盘及托盘交换装置，实现工件中广泛采用托盘及托盘交换装置，实现工件自动更换，缩短消耗在更换工件上的辅助时间。托盘是工件和自动更换，缩短消耗在更换工件上的辅助时间。托盘是工件和夹具与输送设备和加工设备之间的接口。托盘有箱式和板式等夹具与输送设备和加工设备之间的接口。托盘有箱式和板式等多种形式。箱式拖盘不进入机床的工作空间，主要用于小型工多种形式。箱式拖盘不进入机床的工作空间，主要用于小型工件及回转体工件的储存和运输。板式托盘主要用于较大型

3、非回件及回转体工件的储存和运输。板式托盘主要用于较大型非回转体工件，工件在托盘上通常是单件安装，大型托盘上课安装转体工件，工件在托盘上通常是单件安装，大型托盘上课安装多个相同或不同的工件。板式托盘不仅是工件输送和存储的载多个相同或不同的工件。板式托盘不仅是工件输送和存储的载体，而且还随工件进入机床的工件空间，在加工过程中定位夹体，而且还随工件进入机床的工件空间，在加工过程中定位夹持工件，承受切削力。持工件，承受切削力。（2 2）托盘交换装置托盘交换装置 托盘交换装置是加工中心与工件输送设托盘交换装置是加工中心与工件输送设备之间的连接装置，起着桥梁和接口的作用。备之间的连接装置，起着桥梁和接口的

4、作用。一、有轨小车（一、有轨小车（RGVRGV）有轨小车（有轨小车（Rail Guide VehicleRail Guide Vehicle）是一种沿着铁轨行走的）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。自驱动有轨小车是通运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动有轨小车是通过车上小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合，利用交、直流伺过车上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，导向的前后各装一导向销，地面上修有一组固定

5、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的插入或脱开链索的推头，由埋设在沟槽内适的推杆可灵活的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

6、运输工车就停止。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。运送中大型工件，如汽车车架、车身等。有轨小车的特点是：有轨小车的特点是：加速和移动速度都比较快，适合运加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；送重型工件；因导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；因导轨固定，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；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；行走路线不便改变，转弯角

7、度不能太小；噪声较大，影响操噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。作工监听加工状况及保护自身安全。二、自动导向小车（二、自动导向小车（AGVAGV）自动导向小车（自动导向小车（Automatic Guide VehicleAutomatic Guide Vehicle）是一种无人驾驶的，）是一种无人驾驶的，以蓄电瓶驱动的物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。以蓄电瓶驱动的物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。7070年代以来，电子技术和计算机技术推动了年代以来，电子技术和计算机技术推动了AGVAGV技术的发展，如具技术的发展，如具有了磁感应，红外线、激光、语言编程、语

8、音等功能等。有了磁感应，红外线、激光、语言编程、语音等功能等。在自动化制造系统中用的在自动化制造系统中用的AGVAGV大多数是磁感应式大多数是磁感应式AGVAGV，它由运输，它由运输小车、地下电缆和控制器三部分组成，小车由蓄电池提供动力，沿小车、地下电缆和控制器三部分组成，小车由蓄电池提供动力，沿着埋没在地板槽内的用交变电流激磁的电缆行走，地板槽埋没在地着埋没在地板槽内的用交变电流激磁的电缆行走，地板槽埋没在地下下4 4厘米左右深处，地沟用环氧树脂灌封，形成光滑的地表，以便厘米左右深处，地沟用环氧树脂灌封，形成光滑的地表，以便清扫和维护。导向电缆铺设的路线和车间工件的流动路线及仓库的清扫和维护

9、。导向电缆铺设的路线和车间工件的流动路线及仓库的布局相适应，布局相适应，AGVAGV行走的路线一般可分为直线、分支，环路或网状。行走的路线一般可分为直线、分支，环路或网状。小车驱动电动机由安装在车上的工业级蓄电池供电，通常供电小车驱动电动机由安装在车上的工业级蓄电池供电，通常供电周期为周期为20h20h左右，因此必须定期到维护区充电或更换。左右，因此必须定期到维护区充电或更换。为了实现工件的自动交接，小车装有托盘交换装置，以便与机为了实现工件的自动交接，小车装有托盘交换装置，以便与机床或装卸站之间进行自动联接。床或装卸站之间进行自动联接。自动导向小车的行走路线是可编程的，自动导向小车的行走路线

10、是可编程的，FMSFMS控制系统可根据需控制系统可根据需要改变作业计划，重新安排小车的路线，具有柔性特征。要改变作业计划，重新安排小车的路线，具有柔性特征。AGVAGV小车工作安全可靠，停靠定位精度可以达到小车工作安全可靠，停靠定位精度可以达到3mm3mm，能与机床、，能与机床、传送带等相关设备交接传递货物，运输过程中对工件无损伤，传送带等相关设备交接传递货物，运输过程中对工件无损伤，噪声低。噪声低。三、自动化立体仓库三、自动化立体仓库 自动化立体仓库的主要特点有：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

11、响应速度目清楚，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；快；与搬运设备（如与搬运设备（如AGVAGV、有轨小车、传送带）衔接、有轨小车、传送带）衔接,能可靠及时能可靠及时的供给物料；的供给物料；减少库存量，加速资金周转；减少库存量，加速资金周转；充分利用空间，减充分利用空间，减少厂房面积；少厂房面积；减少工件损伤和物料丢失；减少工件损伤和物料丢失；可存放的物料范围宽；可存放的物料范围宽；减少管理人员，降低管理费用；减少管理人员，降低管理费用；耗资较大，适用于一定规模的耗资较大，适用于一定规模的生产。生产。自动化仓库的分类自动化仓库的分类按建筑形式可以分为整体式和分离式按建筑形式可

12、以分为整体式和分离式按货物存取形式可以分为单元货架式、移动货按货物存取形式可以分为单元货架式、移动货架式和拣选货架式架式和拣选货架式 按货架构造形式可分为单元货格式、贯通式、按货架构造形式可分为单元货格式、贯通式、水平循环式和垂直循环式仓库水平循环式和垂直循环式仓库 按所起的作用可以分为生产性仓库和流通性仓按所起的作用可以分为生产性仓库和流通性仓库库 按自动化仓库与生产联接的紧密程度可分为独按自动化仓库与生产联接的紧密程度可分为独立型、半紧密型和紧密型仓库立型、半紧密型和紧密型仓库 1 1、自动化立体仓库的组成、自动化立体仓库的组成 自动化立体仓库主要由库房、货架、堆垛起重机、外围输送自动化立

13、体仓库主要由库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等组成。设备、自动控制装置等组成。货架的分类货架的分类:1 1、通道式货架；（货架之间预留通道）、通道式货架；（货架之间预留通道）货柜式货架：一般用于储存小件、零星货物货柜式货架：一般用于储存小件、零星货物托盘货架：存放装有货物托盘的货架托盘货架：存放装有货物托盘的货架悬臂式货架：用于长条形材料存放悬臂式货架：用于长条形材料存放贯通式货架贯通式货架托盘货架悬臂式货架贯通式货架货柜式货架通道式货架322 2、移动式货架、移动式货架:货架可在地面敷设的轨道上移动，可在较货架可在地面敷设的轨道上移动，可在较多排架中只留出一条通道。通过货架

14、移动，选择所需通道多排架中只留出一条通道。通过货架移动，选择所需通道的位置的位置3 3、重力式货架：、重力式货架：有储存整批纸箱包装商品和储存托盘商有储存整批纸箱包装商品和储存托盘商品两类；纸箱或托盘依靠本身重力由高端人口沿滚道向低品两类；纸箱或托盘依靠本身重力由高端人口沿滚道向低端出口滑行。端出口滑行。4 4、旋动式货架：、旋动式货架：水平旋转式；垂直旋转式水平旋转式；垂直旋转式33移动式货架移动式货架在货架的底部安装有运在货架的底部安装有运行车轮，可在地面上运行车轮，可在地面上运行的货架。适用于库存行的货架。适用于库存品种多，出入库频率较品种多，出入库频率较低的仓库；或库存频率低的仓库；或

15、库存频率较高，但可按巷道顺序较高，但可按巷道顺序出入库的仓库。出入库的仓库。34 货架每层的通道上，都安装有一定坡度的、带有轨道的导轨货架每层的通道上，都安装有一定坡度的、带有轨道的导轨，入库的单元货物在重力的作用下，由入库端流向出库端。这样，入库的单元货物在重力的作用下，由入库端流向出库端。这样的仓库，在排与排之间没有作业通道，大大提高了仓库面积利用的仓库，在排与排之间没有作业通道，大大提高了仓库面积利用率。率。阁楼式货架重力式货架重力式货架旋动式货架旋动式货架2 2、堆垛起重机、堆垛起重机 堆垛起重机是立体仓库内部的搬运设备。堆垛起重机可采堆垛起重机是立体仓库内部的搬运设备。堆垛起重机可采

16、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。堆垛起重机的运动有沿巷道的水条平行导轨，即天轨和地轨。堆垛起重机的运动有沿巷道的水平移动、升降台的垂直上下升降和货叉的伸缩。堆垛机上有检平移动、升降台的垂直上下升降和货叉的伸缩。堆垛机上有检测水平移动和升降高度的传感器，辩认货物的位置，一旦找到测水平移动和升降高度的传感器，辩认货物的位置，一旦找到需要的货位，在水平和垂直方向上制动，货叉将货物自动推入需要的

17、货位，在水平和垂直方向上制动，货叉将货物自动推入货格，或将货物从货格中取出。货格，或将货物从货格中取出。堆垛机上有货格状态检测器，采用光电检测方法，利用堆垛机上有货格状态检测器，采用光电检测方法，利用零件表面对光的反射作用，探测货格内有无货箱，防止取空零件表面对光的反射作用，探测货格内有无货箱，防止取空或存货干涉。或存货干涉。高架叉车高架叉车高架叉车又称三向高架叉车又称三向堆垛叉车，即叉车堆垛叉车，即叉车向运行方向二侧进向运行方向二侧进行堆垛作业时，车行堆垛作业时，车体无须作直角转向，体无须作直角转向，而使前部的门架或而使前部的门架或货叉作直角转向及货叉作直角转向及侧移，这样作业通侧移，这样作

18、业通道就可大大减少，道就可大大减少，提高了面积利用率；提高了面积利用率；此外，高架叉车的此外，高架叉车的起升高度比普通叉起升高度比普通叉车要高，一般在车要高，一般在6M6M左右，最高可达左右，最高可达13M13M巷道式堆垛起重机（有轨堆垛机）巷道式堆垛起重机（有轨堆垛机）是在高层货架的窄巷道是在高层货架的窄巷道内作业的起重机，可大内作业的起重机，可大大提高仓库的面积和空大提高仓库的面积和空间利用率，是自动化仓间利用率，是自动化仓库的主要设备，又称有库的主要设备，又称有轨堆垛机轨堆垛机。管理系统输送台车堆垛机、货架、输送机3 3、自动化立体仓库的管理与控制、自动化立体仓库的管理与控制自动化立体仓

19、库实现仓库管理自动化和出入库作业自动化。自动化立体仓库实现仓库管理自动化和出入库作业自动化。仓库管理自动化包括对帐目、货箱、货位及其他信息的计仓库管理自动化包括对帐目、货箱、货位及其他信息的计算机管理。出入库作业自动化包括货箱零件的自动识别、算机管理。出入库作业自动化包括货箱零件的自动识别、自动认址、货格状态的自动检测以及堆垛机各种动作的自自动认址、货格状态的自动检测以及堆垛机各种动作的自动控制等。动控制等。（1 1）货物的自动识别与存取）货物的自动识别与存取 货物的自动识别是自动化仓货物的自动识别是自动化仓库运行的关键，货物的自动识别通常采用编码技术，对货库运行的关键，货物的自动识别通常采用

20、编码技术，对货格和货箱进行编码，条形码贴在货箱或托盘的适当部位，格和货箱进行编码，条形码贴在货箱或托盘的适当部位，当货箱通过入库传送滚道时，用条形码扫描器自动扫描条当货箱通过入库传送滚道时，用条形码扫描器自动扫描条形码及译码，将货箱零件的有关信息自动录入计算机。形码及译码，将货箱零件的有关信息自动录入计算机。42（6）分拣设备电子标签拣货系统43轨道台车式分拣机被分拣的物品放置在沿轨道运行的小车托盘上，当到达分拣口时，台车托盘倾斜30度，物品被分拣到指定的目的地。44摇臂式分拣机被分拣的物品放置在钢带式或链板式输送机上，当到达分拣口时，摇臂转动，物品沿摇臂杆斜面滑到指定的目的地45斜导轮式分拣

21、机当转动着的斜导轮，在平行排列的主窄幅皮带间隙中浮上、下降时，达到商品的分拣目的。46分拣系统（2 2）计算机管理）计算机管理 自动化仓库的计算机管理包括物资管理、自动化仓库的计算机管理包括物资管理、帐目管理、货位管理及信息管理。入库时将货箱合理分配帐目管理、货位管理及信息管理。入库时将货箱合理分配到各个巷道作业区，出库时按到各个巷道作业区，出库时按“先进先出先进先出”原则，或其他原则，或其他排队原则。系统可定期或不定期地打印报表，并可随时查排队原则。系统可定期或不定期地打印报表，并可随时查询某询某零件存放在何处。零件存放在何处。（3 3）计算机控制）计算机控制 自动化仓库的控制主要是对堆垛起

22、重机自动化仓库的控制主要是对堆垛起重机的控制。堆垛起重机的主要工作是入库、搬库和出库。从的控制。堆垛起重机的主要工作是入库、搬库和出库。从控制计算机得到作业命令后，屏幕上显示作业的目的地址、控制计算机得到作业命令后，屏幕上显示作业的目的地址、运行地址、移动方向和速度等，并显示伸叉方向及堆垛机运行地址、移动方向和速度等，并显示伸叉方向及堆垛机的运行状态。控制系统具有货叉占位报警、取箱无货报警、的运行状态。控制系统具有货叉占位报警、取箱无货报警、存货占位报警等功能。存货占位报警等功能。48（三）自动仓储系统的优点及其在物流系统中的作用（三）自动仓储系统的优点及其在物流系统中的作用1 1能大幅度地减

23、少占地面积和提高库容能大幅度地减少占地面积和提高库容2 2提高仓库出人库频率提高仓库出人库频率3 3提高仓库管理水平提高仓库管理水平4 4由由于于采采用用了了货货架架储储存存，并并结结合合计计算算机机管管理理，可可以以很很容容易易地地实实现现先先入入先先出出，防防止止货货物物自自然然老老化化、变变质质、生生锈锈5 5采采用用自自动动化化技技术术后后，能能较较好好地地适适应应黑黑暗暗、有有毒毒、低低温等特殊场合的需要。温等特殊场合的需要。49左左图图：立立体体仓仓库库右右图图：传传统统仓仓库库50高层货架高层货架51箱盒式自动仓库箱盒式自动仓库采用箱盒单元方式来保采用箱盒单元方式来保管物料的自动

24、仓库管物料的自动仓库.箱箱盒单元货物要比托盘单盒单元货物要比托盘单元货物外形尺寸小、重元货物外形尺寸小、重量轻量轻,适用于存放小型适用于存放小型物料物料,以及一次入出库以及一次入出库量较少的自动仓库量较少的自动仓库,如如家电、医药、标准件等家电、医药、标准件等行业。行业。52托盘单元式自动仓库托盘单元式自动仓库采用托盘集装单元方式采用托盘集装单元方式来保管物料的自动仓库，来保管物料的自动仓库，是自动仓库最广泛的使是自动仓库最广泛的使用形式，通常所说的用形式，通常所说的“自动仓库自动仓库”，指的就是，指的就是托盘单元式自动仓库。托盘单元式自动仓库。53入出库输送机系统入出库输送机系统入出库输送机

25、系入出库输送机系统是大型、复杂统是大型、复杂自动化仓库的重自动化仓库的重要组成部分要组成部分第四节第四节 刀具准备及储运系统刀具准备及储运系统 在刚性自动线中，被加工零件品种比较单一，生产批量比在刚性自动线中，被加工零件品种比较单一，生产批量比较大，属于少品种大批量生产。为了提高自动线的生产效率和较大，属于少品种大批量生产。为了提高自动线的生产效率和简化制造工艺，多采用多刀加工，一般是多轴、多面同时加工。简化制造工艺，多采用多刀加工，一般是多轴、多面同时加工。刀具的更换是强制换刀，由调整工人进行。刀具的更换是强制换刀，由调整工人进行。在在FMSFMS中，被加工零件品种很多。当零件加工工艺复杂且

26、中，被加工零件品种很多。当零件加工工艺复杂且工艺程度高度集中时，需要的刀具种类、规格、数量很多，此工艺程度高度集中时，需要的刀具种类、规格、数量很多，此外刀具磨损、破损需要进行定时换刀，因此刀具频繁地在各机外刀具磨损、破损需要进行定时换刀，因此刀具频繁地在各机床之间、机床和刀库之间进行交换。床之间、机床和刀库之间进行交换。带有刀库的自动换刀装置带有刀库的自动换刀装置 1 1）无机械手式自动换刀装置）无机械手式自动换刀装置无无机机械械手手式式自自动动换换刀刀装装置置，一一般般是是把把刀刀库库放放在在主主轴轴箱箱可可以以运运动动到到的的位位置置，或或整整个个刀刀库库、某某一一刀刀位位能能移移动动到

27、到主主轴轴箱箱可可以以到到达达的的位位置置。同同时时刀刀库库中中刀刀具具的的存存放放方方向向一一般般与与主主轴轴箱箱的的装装刀刀方方向向一一致致。换换刀刀时时，由由主主轴轴和和刀刀库库的的相相对对运运动动进进行行换换刀刀动动作作，利利用用主主轴轴取取走走或或放放回回刀刀具具。图图9 96464为为几几种种无无机机械械手手式式自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心。自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心。图图9 96464几种无机械手式自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心几种无机械手式自动换刀装置的立柱不动式卧式加工中心(a)种类一；种类一；(b)种类二；种类二；(c)种类三种类三 图图9 9656

28、5立柱不动式卧式加工中心无机械手式自动换刀装置的换刀过程立柱不动式卧式加工中心无机械手式自动换刀装置的换刀过程(a)步骤一；步骤一；(b)步骤二；步骤二；(c)步骤三；步骤三；(d)步骤四；步骤四；(e)步骤五；步骤五；(f)步骤六步骤六 2 2）有机械手式自动换刀装置）有机械手式自动换刀装置有有机机械械手手式式自自动动换换刀刀装装置置一一般般由由机机械械手手和和刀刀库库组组成成。其其刀刀库库的的配配置置，位位置置及及数数量量的的选选用用要要比比无无机机械械手手的的换换刀刀装装置置灵灵活活得得多多。它它可可以以根根据据不不同同的的要要求求，配配置置不不同同形形式式的的机机械械手手，可可以以是是

29、单单臂臂的的、双双臂臂的的，甚甚至至可可以以配配置置一一个个主主机机械械手手和和一一个个辅辅助助机机械械手手的的形形式式。它它能能够够配配备备多多至至数数百百把把刀刀具具的的刀刀库库。换换刀刀时时间间可可缩缩短短到到几几秒秒甚甚至至零零点点几几秒秒。因因此此，目目前前大大多多数数加加工工中中心心都都装装配配了了有有机机械械手手式式自自动动换换刀刀装装置置。由由于于刀刀库库位位置置和和机机械械手手换换刀刀动动作作的的不不同同，其其自自动动换换刀刀装装置置的的结结构构形形式式也也多多种种多多样。样。刀库刀库1.1.刀库的类型刀库的类型刀刀库库的的形形式式和和容容量量主主要要是是为为了了满满足足机机

30、床床的的工工艺艺范范围围。图图9 96666所示为常见的几种刀库的结构形式。所示为常见的几种刀库的结构形式。图966常见的几种刀库的结构形式(a)(a)直线刀库；直线刀库；(b)(b)刀具径向布置的圆盘刀库；刀具径向布置的圆盘刀库；(c)(c)刀具轴向布置的圆盘刀库；刀具轴向布置的圆盘刀库；(d)(d)刀具伞状布置的圆盘刀库；刀具伞状布置的圆盘刀库；(e)(e)刀具多圈布置的圆盘刀库；刀具多圈布置的圆盘刀库；(f)(f)多层圆盘刀库；多层圆盘刀库；(g)(g)多排圆盘刀库；多排圆盘刀库；(h)(h)单排链式刀库；单排链式刀库；(i)加长链条的链式刀库；加长链条的链式刀库；(j)单面格子箱式刀库

31、；单面格子箱式刀库；(k)多面格子箱式刀库多面格子箱式刀库 1 1）直线刀库）直线刀库直直线线刀刀库库如如图图9 96666（a a）所所示示，刀刀具具在在刀刀库库中中直直线线排排列列，结结构构简简单单，存存放放刀刀具具数数量量有有限限(一一般般为为8 81212把把)，多多用用于于数数控控车床，数控钻床也有采用。车床，数控钻床也有采用。2 2）圆盘刀库）圆盘刀库圆圆盘盘刀刀库库如如图图9 96666（b b）（g g）所所示示，其其存存刀刀量量少少则则6 68 8把，多则把，多则50506060把，并且有多种形式。把，并且有多种形式。图图9 96666（b b）所所示示刀刀库库，刀刀具具径径

32、向向布布置置，占占有有较较大大空空间间，一般置于机床立柱上端。一般置于机床立柱上端。图图9 96666（c c）所所示示刀刀库库，刀刀具具轴轴向向布布置置，常常置置于于主主轴轴侧侧面面，刀刀库库轴轴心心线线可可垂垂直直放放置置，也也可可水水平平放放置置，其其使使用用较较为为广广泛。泛。图图9 96666（d d）所所示示刀刀库库，刀刀具具为为伞伞状状布布置置，多多斜斜放放于于立立柱上端。柱上端。3 3）链式刀库）链式刀库链式刀库也是较常使用的一种形式链式刀库也是较常使用的一种形式(见图见图9 96666（h h）、）、（i i）)，这种刀库的刀座固定在链节上，常用的有单排链，这种刀库的刀座固定

33、在链节上，常用的有单排链式刀库式刀库(见图见图9 96666（h h）)，一般存刀量小于，一般存刀量小于3030把，个别能把，个别能达到达到6060把。若要进一步增加存刀量，则可使用加长链条的把。若要进一步增加存刀量，则可使用加长链条的链式刀库链式刀库(见图见图9 96666（i i）)。图。图9 96767给出了各种链式刀库。给出了各种链式刀库。图967各种链式刀库(a)单排链式刀库;(b)多排链式刀库;(c)加长链条的链式刀库 4)4)其他刀库其他刀库刀刀库库的的形形式式还还有有很很多多，值值得得一一提提的的是是格格子子箱箱式式刀刀库库，如如图图9 96666（j j）、（k k）所所示示

34、，其其刀刀库库容容量量较较大大，可可使使整整箱箱刀刀库库与与机机外外交交换换。为为减减少少换换刀刀时时间间，换换刀刀机机械械手手通通常常利利用用前前一一把把刀刀具具加加工工工工件件的的时时间间，预预先先取取出出要要更更换换的的刀刀具具，当当然然所所配配的数控系统应具备该项功能。的数控系统应具备该项功能。这这种种刀刀库库的的占占地地面面积积小小，结结构构紧紧凑凑，在在相相同同的的空空间间内内可可容容纳纳的的刀刀具具数数量量较较多多，但但选选刀刀和和取取刀刀动动作作复复杂杂，已已经经很很少少用用于于单单机机加加工工中中心心，多多用用于于FMSFMS（柔柔性性制制造造系系统统）的的集集中中供供刀刀系

35、系统统。图图9 96666（j j）、（k k）分分别别为为单单面面式式和和多多面面式式格格子子箱箱式刀库。式刀库。2 2刀库的容量刀库的容量刀库的容量并不是越大越好，太大反而会增加刀库的尺寸和占地面积，使选刀时间增长。应根据广泛的工业统计，依照该机床大多数工件加工时需要的刀具数量来确定刀库容量。据资料分析，对于钻削加工，用10把刀具就能完成80%的工件加工，用20把刀具就能完成90%的工件加工；对于铣削加工，只需4把铣刀就可以完成90%的铣削工艺；对于车削加工，只需10把刀具即可完成90%的工艺加工。若是从完成被加工工件的全部工序考虑进行统计，得到的结果是大部分（超过80%）的工件完成其全部

36、加工只需40把左右刀具就足够了。因此从使用角度出发，刀库的容量一般为1040把，盲目地加大刀库容量，会使刀库的利用率降低，结构过于复杂，而造成很大的浪费。3 3刀库的选刀方式刀库的选刀方式常常用用的的刀刀具具选选择择方方法法有有顺顺序序选选刀刀和和任任意意选选刀刀两两种种。顺顺序序选选刀刀是是在在加加工工之之前前，将将加加工工零零件件所所需需刀刀具具按按照照工工艺艺要要求求依依次次插插入入刀刀库库的的刀刀套套中中，顺顺序序不不能能搞搞错错，加加工工是是按按顺顺序序调调刀刀。加加工工不不同同的的工工件件时时必必须须重重新新调调整整刀刀库库中中的的刀刀具具顺顺序序，不不仅仅操操作作烦烦琐琐，而而且

37、且由由于于刀刀具具的的尺尺寸寸误误差差也也容容易易造造成成加加工工精精度度不不稳稳定定。其其优优点点是是刀刀库库的的驱驱动动和和控控制制都都比比较较简简单单。因因此此，这这种种方方式式适适合合于于加加工工批批量量较较大大，工工件件品品种种数数量量较较少少的的中中、小小型型自自动动换换刀刀机床。机床。机械手机械手1.1.机械手的形式与种类机械手的形式与种类在在自自动动换换刀刀数数控控机机床床中中，机机械械手手的的形形式式也也是是多多种种多多样样的的，常常见见的的有有如如图图9 96868所所示示的的几几种形式。种形式。1 1）单单 臂臂 单单 爪爪 回回 转转 式式 机机 械械 手手（图图 9

38、96868（a a）这这种种机机械械手手的的手手臂臂可可以以回回转转不不同同的的角角度度进进行行自自动动换换刀刀，手手臂臂上上只只有有一一个个夹夹爪爪，不不论论在在刀刀库库上上或或在在主主轴轴上上，均均靠靠这这一一个个夹夹爪爪来来装装刀刀及及卸卸刀，因此换刀时间较长。刀，因此换刀时间较长。2 2）单臂双爪摆动式机械）单臂双爪摆动式机械手手（图（图9 96868（b b）这种机械手的手臂上有这种机械手的手臂上有两个夹爪，两个夹爪有所分两个夹爪，两个夹爪有所分工，一个夹爪只执行从主轴工，一个夹爪只执行从主轴上取下上取下“旧刀旧刀”送回刀库的送回刀库的任务，另一个夹爪则执行由任务，另一个夹爪则执行由

39、刀库取出刀库取出“新刀新刀”送到主轴送到主轴的任务，其换刀时间较上述的任务，其换刀时间较上述单爪回转式机械手要短。单爪回转式机械手要短。3 3）单单臂臂双双爪爪回回转转式式机机械械手手（图（图9 96868（c c）这这种种机机械械手手的的手手臂臂两两端端各各有有一一个个夹夹爪爪，两两个个夹夹爪爪可可同同时时抓抓取取刀刀库库及及主主轴轴上上的的刀刀具具，回回转转180180后后又又同同时时将将刀刀具具放放回回刀刀库库及及装装入入主主轴轴。换换刀刀时时间间较较以以上上两两种种单单臂臂机机械械手手均均短短，是是最最常常用用的的一一种种形形式式。图图9 968(c)68(c)右右边边的的一一种种机机

40、械械手手在在爪爪取取刀刀具具或或将将刀刀具具送送入入刀刀库库及主轴时，两臂可伸缩。及主轴时，两臂可伸缩。4 4）双双机机械械手手（图图9 96868（d d）这这种种机机械械手手相相当当于于两两个个单单臂臂单单爪爪机机械械手手，相相互互配配合合起起来来进进行行自自动动换换刀刀。其其中中一一个个机机械械手手从从主主轴轴上上取取下下“旧旧刀刀”送送回回刀刀库库；另另一一个个机机械械手手由由刀刀库库中中取取出出“新新刀刀”装入机床主轴。装入机床主轴。5 5）双双臂臂往往复复交交叉叉式式机机械械手手（图（图9 96868（e e）这这种种机机械械手手的的两两手手臂臂可可以以往往复复运运动动，并并交交叉

41、叉成成一一定定的的角角度度。一一个个手手臂臂从从主主轴轴上上取取下下“旧旧刀刀”送送回回刀刀库库，另另一一个个机机械械手手由由刀刀库库中中取取出出“新新刀刀”装装入入主主轴轴。整整个个机机械械手手可可沿沿某某导导轨轨直直线线移移动动或或绕绕某某个个转转轴轴回回转转，以以实实现现刀刀库库与与主主轴轴间间的的换换刀刀运运动。动。6 6）双双臂臂端端面面夹夹紧紧式式机机 械械 手手（图图 9 96868（f f）这这种种机机械械手手只只是是在在夹夹紧紧部部位位上上与与前前几几种种不不同同。前前几几种种机机械械手手均均靠靠夹夹紧紧刀刀柄柄的的外外圆圆表表面面以以抓抓取取刀刀具具，这这种种机机械械手手则

42、则夹夹紧紧刀刀柄柄的的两个端面。两个端面。第五节第五节 工业机器人工业机器人 工业机器人是一种可编程的多功能操作器，用于搬运物料、工业机器人是一种可编程的多功能操作器，用于搬运物料、工件和工具，或者通过编程完成各种任务的设备。机器人和机械工件和工具，或者通过编程完成各种任务的设备。机器人和机械手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能手的主要区别是：机械手是没有自主能力，不可重复编程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制，可完成定位点不变的简单的重复动作；机器人是由计算机控制，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。重复编程，能完成任意定位的复杂运动。一、工业机

43、器人的组成和分类一、工业机器人的组成和分类（一）工业机器人的组成（一）工业机器人的组成工业机器人一般由操作机、驱动装置和控制系统三部分组工业机器人一般由操作机、驱动装置和控制系统三部分组成。成。1.1.操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、操作机。操作机也称执行机构，由末端执行器、手腕、手臂和机座组成。手臂和机座组成。末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。其末端执行器又称手部，是操作机直接执行操作的装置。其上可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器分为机械夹紧、磁上可安装夹持器、工具、传感器等。夹持器分为机械夹紧、磁力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种。力夹紧、液压张紧和真空抽吸四种

44、。手腕是连接手臂与末端执行器的部件，用来支承末端执行手腕是连接手臂与末端执行器的部件，用来支承末端执行器并调整其资态。手腕一般有器并调整其资态。手腕一般有2 23 3个回转自由度，可扩大手臂个回转自由度，可扩大手臂的工作范围。的工作范围。手臂用于支承和调整手腕和末端执行器。它由连接杆件手臂用于支承和调整手腕和末端执行器。它由连接杆件和关节组成，包括肘关节和肩关节。手臂与机座间通过关节和关节组成，包括肘关节和肩关节。手臂与机座间通过关节边接，从而可扩大末端执行器姿态的动动范围。边接，从而可扩大末端执行器姿态的动动范围。机座是承力部件，在机器人中相对固定。有固定式机座机座是承力部件，在机器人中相对

45、固定。有固定式机座和移动式机座。移动式机座下部的行走机构可以是滚轮或履和移动式机座。移动式机座下部的行走机构可以是滚轮或履带。步行机器人的行走机构多为连杆机构。带。步行机器人的行走机构多为连杆机构。2.2.驱动装置。驱动装置。驱动装置为操作机工作提供动力。按所采驱动装置为操作机工作提供动力。按所采用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件用的动力源分为电动、液动和气动三种类型。其执行部件（伺服电动机、液压缸或所缸）可以与操作机直接相连，也（伺服电动机、液压缸或所缸）可以与操作机直接相连，也可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。可以通过齿轮、链条和谐波减速器与操作机连接。3.3.控

46、制系统。控制系统。控制系统分为开环控制系统和闭环控制系控制系统分为开环控制系统和闭环控制系统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。统，其功能是控制工业机器人按照要求动作。（二）工业机器人的分类（二）工业机器人的分类1.1.按坐标形式分。按坐标形式分。（1 1）直角坐标为（代号）直角坐标为（代号PPPPPP）。机器人末端执行器（手部）。机器人末端执行器（手部）空间位置的改变是通过沿着三个互相重直的直角坐标空间位置的改变是通过沿着三个互相重直的直角坐标x x、y y、z z的的移动来实现的。移动来实现的。（2 2）圆柱坐标式（代号）圆柱坐标式（代号RPPRPP）。机器人末端招待器空间位置的。机器人末端招待器空间位置的改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。改变是由两个移动坐标和一个旋转坐标实现的。（3 3）球坐标式（代号）球坐标式（代号RRPRRP）。又称极坐标式，机器人手臂的运动。又称极坐标式，机器人手臂的运动由一个直线运动和二个转动组成，即沿由一个直线运动和二个转动组成，即沿x x轴的伸缩，绕轴的伸缩，绕y y轴的俯仰轴的俯仰和绕和绕z z轴的回转。轴的回转。（4 4）关节坐标式（）关节坐标式（代号代号RRRRRR）。又称回转坐标式，分为垂直关）。又称回转坐标式，分为垂直关节坐标和平面（水平）关节坐标。节坐标和平面（水平）关节坐标。