《機(jī)電一體化技術(shù) 》課件-第8章

8.1概述8.2數(shù)控機(jī)應(yīng)酬8.3工件儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備8.4工業(yè)機(jī)器人8.5檢測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)8.6輔助設(shè)備思考題自動(dòng)化制造系統(tǒng)是指在較少的人工直接或間接干預(yù)下，將原材料加工成零件或?qū)⒘慵M裝成產(chǎn)品，在加工過程中實(shí)現(xiàn)管理過程和工藝過程的自動(dòng)化。管理過程包括產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì),程序的編制及工藝的生成,設(shè)備的組織及協(xié)調(diào),材料的計(jì)劃與分配,環(huán)境的監(jiān)控等。工藝過程包括工件的裝卸、儲(chǔ)存和輸送,刀具的裝配、調(diào)整、輸送和更換,工件的切削加工、排屑、清洗和測(cè)量,切屑的輸送，切削液的凈化處理等。8.1概述自動(dòng)化制造系統(tǒng)包括剛性制造和柔性制造?！皠傂浴钡暮x是指該生產(chǎn)線只能生產(chǎn)某種或生產(chǎn)工藝相近的某類產(chǎn)品，表現(xiàn)為生產(chǎn)產(chǎn)品的單一性。剛性制造包括組合機(jī)床、專用機(jī)床、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線等。“柔性”是指生產(chǎn)組織形式和生產(chǎn)產(chǎn)品及工藝的多樣性和可變性，可具體表現(xiàn)為機(jī)床的柔性、產(chǎn)品的柔性、加工的柔性、批量的柔性等。柔性制造包括柔性制造單元(FMC)、柔性制造系統(tǒng)(FMS)、柔性制造線(FML)、柔性裝配線(FAL)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)等。下面依據(jù)自動(dòng)化制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力和智能程度進(jìn)行分類介紹。8.1.1剛性自動(dòng)化生產(chǎn)

1.剛性半自動(dòng)化單機(jī)

除上、下料外，機(jī)床可以自動(dòng)完成單個(gè)工藝過程的加工循環(huán)，這樣的機(jī)床稱為剛性半自動(dòng)化機(jī)床。這種機(jī)床一般是機(jī)械或電液復(fù)合控制式組合機(jī)床和專用機(jī)床，可以進(jìn)行多面、多軸、多刀同時(shí)加工，加工設(shè)備按工件的加工工藝順序依次排列，切削刀具由人工安裝、調(diào)整，實(shí)行定時(shí)強(qiáng)制換刀，如果出現(xiàn)刀具破損、折斷，可進(jìn)行應(yīng)急換刀，例如單臺(tái)組合機(jī)床、通用多刀半自動(dòng)車床、轉(zhuǎn)塔車床等。從復(fù)雜程度講，剛性半自動(dòng)化單機(jī)實(shí)現(xiàn)的是加工自動(dòng)化的最低層次，但是投資少，見效快，適用于產(chǎn)品品種變化范圍和生產(chǎn)批量都較大的制造系統(tǒng)；缺點(diǎn)是調(diào)整工作量大，加工質(zhì)量較差，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度也大。

2.剛性自動(dòng)化單機(jī)

它是在剛性半自動(dòng)化單機(jī)的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)上、下料等輔助裝置而形成的自動(dòng)化機(jī)床。其輔助裝置包括自動(dòng)工件輸送、上料,下料、自動(dòng)夾具、升降裝置和轉(zhuǎn)位裝置等；切屑處理一般由刮板器和螺旋傳送裝置完成。這種機(jī)床實(shí)現(xiàn)的也是單個(gè)工藝過程的全部加工循環(huán)。這種機(jī)床往往需要定做或改裝，常用于品種變化很小但生產(chǎn)批量特別大的場(chǎng)合,主要特點(diǎn)是投資少,見效快，但通用性差，是大量生產(chǎn)最常見的加工裝備。

3.剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線

剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線是多工位生產(chǎn)過程，用工件輸送系統(tǒng)將各種自動(dòng)化加工設(shè)備和輔助設(shè)備按一定的順序連接起來，在控制系統(tǒng)的作用下完成單個(gè)零件加工的復(fù)雜大系統(tǒng)。在剛性自動(dòng)線上，被加工零件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍順序通過各個(gè)工作位置，自動(dòng)完成零件預(yù)定的全部加工過程和部分檢測(cè)過程。因此，與剛性自動(dòng)化單機(jī)相比，它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任務(wù)完成的工序多，因此生產(chǎn)效率也很高，是少品種、大量生產(chǎn)必不可少的加工裝備。除此之外，剛性自動(dòng)生產(chǎn)線還具有可以有效縮短生產(chǎn)周期，取消半成品的中間庫(kù)存，縮短物料流程，減少生產(chǎn)面積，改善勞動(dòng)條件，便于管理等優(yōu)點(diǎn)。

它的主要缺點(diǎn)是投資大，系統(tǒng)調(diào)整周期長(zhǎng)，更換產(chǎn)品不方便。為了消除這些缺點(diǎn)，人們發(fā)展了組合機(jī)床自動(dòng)線，可以大幅度縮短建線周期，更換產(chǎn)品后只需更換機(jī)床的某些部件即可(例如可更換主軸箱)，大大縮短了系統(tǒng)的調(diào)整時(shí)間，降低了生產(chǎn)成本，并能得到較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。組合機(jī)床自動(dòng)線主要用于箱體類零件和其它類型非回轉(zhuǎn)體的

鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻螺紋和銑削等工序的加工。剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線目前正在向剛?cè)峤Y(jié)合的方向發(fā)展。

圖8-1所示為加工曲拐零件的剛性自動(dòng)線總體布局圖。該自動(dòng)線年生產(chǎn)曲拐零件17000件，毛坯是球墨鑄鐵件。由于工件形狀不規(guī)則，沒有合適的輸送基面，因而采用了隨行夾具安裝定位，便于工件的輸送。圖8-1曲拐加工自動(dòng)線(a)正視圖；(b)俯視圖該曲拐加工自動(dòng)線由七臺(tái)組合機(jī)床和一個(gè)裝卸工位組成。全線定位夾緊機(jī)構(gòu)由一個(gè)泵站集中供油。工件的輸送采用步伐式輸送帶，輸送帶用鋼絲繩牽引式傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)。毛坯在隨行夾具上定位需要人工找正，沒有采用自動(dòng)上、下料裝置。在機(jī)床加工工位上采用壓縮空氣噴吹方式排除切屑，全線集中供給壓縮空氣。切屑運(yùn)送采用鏈板式排屑裝置，從機(jī)床中間底座下方運(yùn)送切屑。自動(dòng)線布局采用直線式，工件輸送帶貫穿各工位，工件裝卸臺(tái)4設(shè)在自動(dòng)線末端。隨行夾具連同工件毛坯經(jīng)工件升降機(jī)5提升，從機(jī)床上方送到自動(dòng)線的始端，輸送過程中沒有切屑撒落到機(jī)床、輸送帶和地面上。切屑運(yùn)送方向與工件輸送方向相反，斗式切屑提升機(jī)1設(shè)在自動(dòng)線始端。中央控制臺(tái)6設(shè)在自動(dòng)線末端。

剛性自動(dòng)線生產(chǎn)率高，但柔性較差，當(dāng)加工工件變化時(shí)，需要停機(jī)、停線并對(duì)機(jī)床、夾具、刀具等工裝設(shè)備進(jìn)行調(diào)整或更換(如更換主軸箱、刀具、夾具等)，通常調(diào)整工作量大，停產(chǎn)時(shí)間較長(zhǎng)。8.1.2柔性制造單元(FMC)

柔性制造單元(FlexibleManufacturingCell)由單臺(tái)數(shù)控機(jī)床、加工中心、工件自動(dòng)輸送及更換系統(tǒng)等組成。它是實(shí)現(xiàn)單工序加工的可變加工單元，單元內(nèi)的機(jī)床在工藝能力上

通常是相互補(bǔ)充的，可混流加工不同的零件。系統(tǒng)對(duì)外設(shè)有接口，可與其它單元組成柔性制造系統(tǒng)。

1.FMC控制系統(tǒng)

FMC控制系統(tǒng)一般分為兩級(jí)，分別是單元控制級(jí)和設(shè)備控制級(jí)。

(1)設(shè)備控制級(jí)。這一級(jí)針對(duì)各種設(shè)備，如機(jī)器人、機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、小車、傳送裝置等進(jìn)行單機(jī)控制。這一級(jí)的控制系統(tǒng)向上與單元控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡(jiǎn)單任務(wù)，并通過各種傳感器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。設(shè)備控制級(jí)一般采用具有較強(qiáng)控制功能的微型計(jì)算機(jī)、總線控制機(jī)或可編程控制器等工控機(jī)。

(2)單元控制級(jí)。這一級(jí)控制系統(tǒng)指揮和協(xié)調(diào)單元中各設(shè)備的活動(dòng)，處理由物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)交來的零件托盤，并通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過

程中檢驗(yàn)、卸下工件以及清洗工件等功能對(duì)設(shè)備級(jí)各子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。單元控制系統(tǒng)一般采用具有有限實(shí)時(shí)處理能力的微型計(jì)算機(jī)或工作站。單元控制級(jí)通過RS-232接口與設(shè)備控制級(jí)之間進(jìn)行通信，并可以通過該接口與其它系統(tǒng)組成FMS。

2.FMC的基本控制功能

FMC的基本控制功能包括：

(1)單元中各加工設(shè)備的任務(wù)管理與調(diào)度。其中包括制定單元作業(yè)計(jì)劃，計(jì)劃的管理與調(diào)度，設(shè)備和單元運(yùn)行狀態(tài)的登錄與上報(bào)。

(2)單元內(nèi)物流設(shè)備的管理與調(diào)度。這些設(shè)備包括傳送帶、有軌或無軌物料運(yùn)輸車、機(jī)器人、托盤系統(tǒng)、工件裝卸站等。

(3)刀具系統(tǒng)的管理。其中包括向車間控制器和刀具預(yù)調(diào)儀提出刀具請(qǐng)求，將刀具分發(fā)至需要它的機(jī)床等。

圖8-2所示為一以加工回轉(zhuǎn)體零件為主的柔性制造單元。它包括一臺(tái)數(shù)控車床，一臺(tái)加工中心，兩臺(tái)運(yùn)輸小車用于在工件裝卸工位3、數(shù)控車床1和加工中心2之間輸送工件，龍門式機(jī)械手4用來為數(shù)控車床裝卸工件和更換刀具，機(jī)器人5進(jìn)行加工中心刀具庫(kù)和機(jī)外刀庫(kù)間的刀具交換。控制系統(tǒng)由車床數(shù)控裝置7、龍門式機(jī)械手控制器8、小車控制器9、加工中心控制器10、機(jī)器人控制器11和單元控制器12等組成。單元控制器負(fù)責(zé)對(duì)單元組成設(shè)備進(jìn)行控制、調(diào)度、信息交換和監(jiān)視。圖8-2柔性制造單元圖8-3所示是加工棱體零件的柔性制造單元。單元主機(jī)是一臺(tái)臥式加工中心，刀庫(kù)容量為70把，采用雙機(jī)械手換刀，配有8工位自動(dòng)交換托盤庫(kù)。托盤庫(kù)為環(huán)形轉(zhuǎn)盤，托盤庫(kù)臺(tái)面支承在圓柱環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動(dòng)而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng)。托盤的選擇和定位由可編程控制器控制，托盤庫(kù)具有正反向回轉(zhuǎn)、隨機(jī)選擇及跳躍分度等功能。托盤的交換由設(shè)在環(huán)形臺(tái)面中央的液壓推拉機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。托盤庫(kù)旁設(shè)有工件裝卸工位，機(jī)床兩側(cè)設(shè)有自動(dòng)排屑裝置。圖8-3帶托盤庫(kù)的柔性制造單元8.1.3柔性制造系統(tǒng)(FMS)

柔性制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上加工中心或數(shù)控機(jī)床組成，并在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了物料流和信息流的自動(dòng)化。其基本組成部分有：

自動(dòng)化加工設(shè)備、工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等。

1.自動(dòng)化加工設(shè)備

組成FMS的自動(dòng)化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、加工中心、車削中心等，也可能是柔性制造單元。這些加工設(shè)備都是計(jì)算機(jī)控制的，加工零件的改變一般只需要改變數(shù)控程序，因此具有很高的柔性。自動(dòng)化加工設(shè)備是自動(dòng)化制造系統(tǒng)最基本，也是最重要的設(shè)備。

2.工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

FMS工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由工件庫(kù)、工件運(yùn)輸設(shè)備和更換裝置等組成。工件庫(kù)包括自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)和托盤(工件)緩沖站。工件運(yùn)輸設(shè)備包括各種傳送帶、運(yùn)輸小車、機(jī)器人或機(jī)械手等;工件更換裝置包括各種機(jī)器人或機(jī)械手、托盤交換裝置等。

3.刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)

FMS的刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫(kù)、刀具輸送裝置和交換機(jī)構(gòu)等組成。刀具庫(kù)有中央刀庫(kù)和機(jī)床刀庫(kù);刀具輸送裝置有不同形式的運(yùn)輸小車、機(jī)器人或機(jī)械手;刀具交換裝置通常是指機(jī)床上的換刀機(jī)構(gòu)，如換刀機(jī)械手。

4.輔助設(shè)備

FMS可以根據(jù)生產(chǎn)需要配置輔助設(shè)備。輔助設(shè)備一般包括自動(dòng)清洗工作站,自動(dòng)去毛刺設(shè)備,自動(dòng)測(cè)量設(shè)備,集中切屑運(yùn)輸系統(tǒng)和集中冷卻潤(rùn)滑系統(tǒng)等。圖8-4

FMS控制系統(tǒng)實(shí)例

5.多層計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

FMS的控制系統(tǒng)采用三級(jí)控制，分別是單元控制級(jí)、工作站控制級(jí)、設(shè)備控制級(jí)。圖8-4就是一個(gè)FMS控制系統(tǒng)實(shí)例，系統(tǒng)包括自動(dòng)導(dǎo)向小車(AGV)、TH6350臥式加工中心、XH714A立式加工中心和倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備等。

(1)設(shè)備控制級(jí)。設(shè)備控制級(jí)針對(duì)各種設(shè)備，如機(jī)器人、機(jī)床、坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、小車、傳送裝置以及儲(chǔ)存/檢索設(shè)備等進(jìn)行單機(jī)控制。這一級(jí)的控制系統(tǒng)向上與工作站控制系統(tǒng)用接口連接，向下與設(shè)備連接。設(shè)備控制器的功能是把工作站控制器命令轉(zhuǎn)換成可操作的、有次序的簡(jiǎn)單任務(wù)，并通過各種傳感器監(jiān)控這些任務(wù)的執(zhí)行。

(2)工作站控制級(jí)。FMS工作站一般分成加工工作站和物流工作站。加工工作站完成各工位的加工工藝流程、刀具更換、檢驗(yàn)等管理；物流工作站完成原料、成品及半成品的儲(chǔ)存、運(yùn)輸、工位變換等管理。這一級(jí)控制系統(tǒng)指揮和協(xié)調(diào)單元中一個(gè)設(shè)備小組的活動(dòng)，處理由物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)交來的零件托盤，并通過控制工件調(diào)整、零件夾緊、切削加工、切屑清除、加工過程中檢驗(yàn)、卸下工件以及清洗工件等功能對(duì)設(shè)備級(jí)各子系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度。設(shè)備控制級(jí)和工作站控制級(jí)等控制系統(tǒng)一般采用具有較強(qiáng)控制功能的，可進(jìn)行實(shí)時(shí)控制的微型計(jì)算機(jī)、總線控制機(jī)或可編程控制器等工控機(jī)。

(3)單元控制級(jí)。單元控制級(jí)作為FMS的最高一級(jí)控制，是全部生產(chǎn)活動(dòng)的總體控制系統(tǒng)，同時(shí)它還是承上啟下、與上級(jí)(車間)控制器信息聯(lián)系的橋梁。因此，單元控制器

對(duì)實(shí)現(xiàn)底三層有效的集成控制，提高FMS的經(jīng)濟(jì)效益，特別是生產(chǎn)能力，具有十分重要的意義。單元控制級(jí)一般采用具有較強(qiáng)實(shí)時(shí)處理能力的小型計(jì)算機(jī)或工作站。圖8-5柔性制造系統(tǒng)的組成圖8-5是一種較典型的FMS，四臺(tái)加工中心直線布置，工件儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由托盤站2、托盤輸送車4、工件裝卸工位3和布置在加工中心前面的托盤交換裝置12等組成。刀具儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)由刀具庫(kù)8、刀具進(jìn)出站6、機(jī)器人移動(dòng)車7和刀具預(yù)調(diào)儀5等組成。單元控制器9、工作站控制器(圖中未標(biāo)出)和設(shè)備控制裝置組成三級(jí)計(jì)算機(jī)控制。切屑運(yùn)輸系統(tǒng)沒有采用集中運(yùn)輸方式，每臺(tái)加工中心均配有切屑運(yùn)輸裝置。圖8-6所示是一個(gè)具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)。圖的右部是柔性加工系統(tǒng)，有一臺(tái)鏜銑加工中心10和一臺(tái)車削加工中心8。9是多坐標(biāo)測(cè)量?jī)x，7是立體倉(cāng)庫(kù)，14是裝夾站。圖

的左部是一個(gè)柔性裝配系統(tǒng)，其中有一個(gè)裝載機(jī)器人12，三個(gè)裝夾具機(jī)器人3、4、13，一個(gè)雙臂機(jī)器人5，一個(gè)手工工位2和傳送帶。柔性加工和柔性裝配兩個(gè)系統(tǒng)由一個(gè)自動(dòng)導(dǎo)向小車15作為運(yùn)輸系統(tǒng)連接。測(cè)量設(shè)備也集成在總控系統(tǒng)范圍內(nèi)。圖8-6具有裝配功能的柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有：柔性高，適應(yīng)多品種中、小批量生產(chǎn)；系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床工藝能力上是相互補(bǔ)充和相互替代的；可混流加工不同的零件；系統(tǒng)局部調(diào)整或維修不中斷整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作；多層計(jì)算機(jī)控制，可以和上層計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)；可進(jìn)行三班無人干預(yù)生產(chǎn)。8.1.4柔性制造線(FML)

柔性制造線(FlexibleManufacturingLine)由自動(dòng)化加工設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。柔性制造線FML與柔性制造系統(tǒng)之間的界限也很模糊，兩者的重要區(qū)別是前者像剛性自動(dòng)線一樣，具有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工作沿一定的方向順序傳送；后者則沒有一定的生產(chǎn)節(jié)拍，工件的傳送方向也是隨機(jī)的。柔性制造線主要適用于品種變化不大的中批量和大批量生產(chǎn)，線上的機(jī)床主要是多軸主軸箱的換箱式和轉(zhuǎn)塔式加工中心。在工件變換以后，各機(jī)床的主軸箱可自動(dòng)進(jìn)行更換，同時(shí)調(diào)入相應(yīng)的數(shù)控程序，生產(chǎn)節(jié)拍也會(huì)作相應(yīng)的調(diào)整。柔性制造線的主要優(yōu)點(diǎn)是：具有剛性自動(dòng)線的絕大部分優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)批量不很大時(shí)，生產(chǎn)成本比剛性自動(dòng)線低得多；當(dāng)品種改變時(shí)，系統(tǒng)所需的調(diào)整時(shí)間又比剛性自動(dòng)線少得多，但建立系統(tǒng)的總費(fèi)用卻比剛性自動(dòng)線高得多。有時(shí)為了節(jié)省投資，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，柔性制造線常采用剛?cè)峤Y(jié)合的形式，即生產(chǎn)線的一部分設(shè)備采用剛性專用設(shè)備(主要是組合機(jī)床)，另一部分采用換箱或換刀式柔性加工機(jī)床。

1.自動(dòng)化加工設(shè)備

組成FML的自動(dòng)化加工設(shè)備有數(shù)控機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床。可換主軸箱機(jī)床是介于加工中心和組合機(jī)床之間的一種中間機(jī)型?？蓳Q主軸箱機(jī)床周圍有主軸箱庫(kù)，可根據(jù)加工工件的需要更換主軸箱。主軸箱通常是多軸的，可換主軸箱機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行多面、多軸、多刀同時(shí)加工，是一種高效機(jī)床。

2.工件輸送系統(tǒng)

FML的工件輸送系統(tǒng)與剛性自動(dòng)線類似，采用各種傳送帶輸送工件，工件的流向與加工順序一致，工件依次通過各加工站。

3.刀具

可換主軸箱上裝有多把刀具，主軸箱本身起著刀具庫(kù)的作用。刀具的安裝、調(diào)整一般由人工進(jìn)行，采用定時(shí)強(qiáng)制換刀。

圖8-7為一加工箱體零件的柔性自動(dòng)線示意圖，它由兩臺(tái)對(duì)面布置的數(shù)控銑床，四臺(tái)兩兩對(duì)面布置的轉(zhuǎn)塔式換箱機(jī)床和一臺(tái)循環(huán)式換箱機(jī)床組成。采用輥?zhàn)觽魉蛶л斔凸ぜ?。這條自動(dòng)線看起來和剛性自動(dòng)線沒有什么區(qū)別，但它具有一定的柔性。FML同時(shí)具有剛性自動(dòng)線和FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在生產(chǎn)率上接近剛性自動(dòng)線。圖8-7柔性制造線示意圖8.1.5柔性裝配線(FAL)

柔性裝配線(FlexibleAssemblyLine)通常由裝配站、物料輸送裝置和控制系統(tǒng)等組成。

1.裝配站

FAL中的裝配站可以是可編程的裝配機(jī)器人,不可編程的自動(dòng)裝配裝置和人工裝配工位。

2.物料輸送裝置

在FAL中，物料輸送裝置根據(jù)裝配工藝流程為裝配線提供各種裝配零件，使不同的零件和已裝配成的半成品合理地在各裝配點(diǎn)間流動(dòng)，同時(shí)還要將成品部件(或產(chǎn)品)運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)。輸送裝置由傳送帶和換向機(jī)構(gòu)等組成。

3.控制系統(tǒng)

FAL的控制系統(tǒng)對(duì)全線進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控，主要控制物料的流向和自動(dòng)裝配站、裝配機(jī)器人。

圖8-8是FAL的示意圖，由無人駕駛輸送裝置1、傳送帶2、雙臂裝配機(jī)器人3、裝配機(jī)器人4、擰螺紋機(jī)器人5、自動(dòng)裝配站6、人工裝配工位7和投料工作站8等組成。投料工作站中有料庫(kù)和取料機(jī)器人。料庫(kù)有多層重疊放置的盒子，這些盒子可以抽出，也稱之為抽屜，待裝配的零件存放在這些盒子中。取料機(jī)器人有各種不同的夾爪，它可以自動(dòng)將零件從盒子中取出，并擺放在一個(gè)托盤中。盛有零件的托盤由傳送帶自動(dòng)送往裝配機(jī)器人或裝配站。

圖8-8柔性裝配線示意圖8.1.6計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)

計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS(ComputerIntergratedManufacturingSystem)是一種集市場(chǎng)分析、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造、經(jīng)營(yíng)管理、售后服務(wù)于一體，借助于計(jì)算機(jī)的控制與信息處理功能，使企業(yè)運(yùn)作的信息流、物質(zhì)流、價(jià)值流和人力資源有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速更新、生產(chǎn)率大幅提高、質(zhì)量穩(wěn)定、資金有效利用、損耗降低、人員合理配置、市場(chǎng)快速反饋和良好服務(wù)的全新的企業(yè)生產(chǎn)模式。

1.CIMS的功能構(gòu)成

CIMS的功能構(gòu)成包括下列內(nèi)容(參考圖8-9)：

(1)管理功能。CIMS能夠?qū)ιa(chǎn)計(jì)劃、材料采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)和運(yùn)輸、資金和財(cái)務(wù)以及人力資源進(jìn)行合理配置和有效協(xié)調(diào)

(2)設(shè)計(jì)功能。CIMS能夠運(yùn)用CAD、CAE、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程編制)、NCP(數(shù)控程序編制)等技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等。圖8-9CIMS的組成

(3)制造功能。CIMS能夠按工藝要求，自動(dòng)組織協(xié)調(diào)生產(chǎn)設(shè)備(CNC、FMC、FMS、FAL、機(jī)器人等)、儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備和輔助設(shè)備(送料、排屑、清洗等設(shè)備)完成制造過程。

(4)質(zhì)量控制功能。CIMS運(yùn)用CAQ(計(jì)算機(jī)輔助質(zhì)量管理)來完成生產(chǎn)過程的質(zhì)量管理和質(zhì)量保證，它不僅在軟件上形成質(zhì)量管理體系，在硬件上還參與生產(chǎn)過程的測(cè)試與監(jiān)控。

(5)集成控制與網(wǎng)絡(luò)功能。CIMS采用多層計(jì)算機(jī)管理模式，例如工廠控制級(jí)、車間控制級(jí)、單元控制級(jí)、工作站控制級(jí)、設(shè)備控制級(jí)等，各級(jí)間分工明確，資源共享，并依賴網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息傳遞。CIMS還能夠與客戶建立網(wǎng)絡(luò)溝通渠道，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定貨、服務(wù)反饋、外協(xié)合作等。

從上述介紹可知，CIMS是目前最高級(jí)別的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，但這并不意味著CIMS是完全自動(dòng)化的制造系統(tǒng)。事實(shí)上，目前意義上CIMS的自動(dòng)化程度甚至比柔性制造系統(tǒng)還要低。CIMS強(qiáng)調(diào)的主要是信息集成，而不是制造過程物流的自動(dòng)化。CIMS的主要特點(diǎn)是系統(tǒng)十分龐大，包括的內(nèi)容很多，要在一個(gè)企業(yè)完全實(shí)現(xiàn)難度很大，但可以采取部分集成的方式，逐步實(shí)現(xiàn)整個(gè)企業(yè)的信息及功能集成。

2.CIMS的關(guān)鍵技術(shù)

CIMS是傳統(tǒng)制造技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、管理科學(xué)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù)綜合應(yīng)用的產(chǎn)物，是復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程。CIMS的主要特征是計(jì)算機(jī)化、信息化、智能化和高度集成化。目前，CIMS在各個(gè)國(guó)家都處于局部集成和較低水平的應(yīng)用階段。CIMS所需解決的關(guān)鍵技術(shù)主要有信息集成、過程集成和企業(yè)集成等。

(1)信息集成。針對(duì)設(shè)計(jì)、管理和加工制造的不同單元，實(shí)現(xiàn)信息正確、高效地共享和交換，是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題。信息集成的首要問題是建立企業(yè)的系統(tǒng)模型。利用企業(yè)的系統(tǒng)模型來科學(xué)地分析和綜合企業(yè)各部分的功能關(guān)系、信息關(guān)系和動(dòng)態(tài)關(guān)系，解決企業(yè)的物質(zhì)流、信息流、價(jià)值流、決策流之間的關(guān)系，這是企業(yè)信息集成的基礎(chǔ)。另外，由于系統(tǒng)中包含了不同的操作系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用軟件，且各系統(tǒng)間可能使用不同的通信協(xié)議，因此信息集成還要處理好信息間的接口問題。

(2)過程集成。企業(yè)為了提高T(效率)、Q(質(zhì)量)、C(成本)、S(服務(wù))、E(環(huán)境)等目標(biāo)，除了信息集成這一手段外，還必須處理好過程間的優(yōu)化與協(xié)調(diào)。過程集成要求將產(chǎn)品開發(fā)、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、供應(yīng)銷售中的各串行過程盡量轉(zhuǎn)變?yōu)椴⑿羞^程，如在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)就考慮到下游工作中的可制造性、可裝配性、可維護(hù)性等，并預(yù)見產(chǎn)品的質(zhì)量、售后服

務(wù)內(nèi)容等。過程集成還包括快速反應(yīng)和動(dòng)態(tài)調(diào)整，即當(dāng)某一過程出現(xiàn)未預(yù)見偏差時(shí)，相關(guān)過程應(yīng)及時(shí)調(diào)整規(guī)劃和方案。

(3)企業(yè)集成。充分利用全球的物質(zhì)資源、信息資源、技術(shù)資源、制造資源、人才資源和用戶資源，滿足以人為核心的智能化和以用戶為中心的產(chǎn)品柔性化是CIMS的全球化目標(biāo)，企業(yè)集成就是解決資源共享、資源優(yōu)化、信息服務(wù)、虛擬制造、并行工程、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)等方面的關(guān)鍵技術(shù)。數(shù)控機(jī)床(NumericalControlTools)是采用數(shù)字化信號(hào)，通過可編程的自動(dòng)控制工作方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行及其加工過程產(chǎn)生的位置、角度、速度、力等信號(hào)進(jìn)行控制的新型自動(dòng)化機(jī)床。數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)信息處理及控制的內(nèi)容主要包括：基本的數(shù)控?cái)?shù)據(jù)輸入/輸出，直線和圓弧的插補(bǔ)運(yùn)算，刀具補(bǔ)償，間隙補(bǔ)償，螺距誤差補(bǔ)償和位置伺服控制等。一些先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床甚至還具有某些智能的功能，如螺旋線插補(bǔ)、刀具監(jiān)控、在線測(cè)量、自適應(yīng)控制、故障診斷、軟鍵(SoftKey)菜單、會(huì)話型編程、圖形仿真等。數(shù)控機(jī)床的大部分功能對(duì)實(shí)時(shí)性要求很強(qiáng)，信息處理量也較大，因此許多數(shù)控機(jī)床都采用多微處理器數(shù)控方式。

8.2數(shù)控機(jī)床8.2.1一般數(shù)控機(jī)床

一般數(shù)控機(jī)床通常是指數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鏜銑床等，它們的下述特點(diǎn)對(duì)其組成自動(dòng)化制造系統(tǒng)是非常重要的。

1.柔性高

數(shù)控機(jī)床按照數(shù)控程序加工零件，當(dāng)加工零件改變時(shí)，一般只需要更換數(shù)控程序和配備所需的刀具，不需要靠模、樣板、鉆鏜模等專用工藝裝備。數(shù)控機(jī)床可以很快地從加工一種零件轉(zhuǎn)變?yōu)榧庸ち硪环N零件，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短，適合于多品種,小批量生產(chǎn)。

2.自動(dòng)化程度高

數(shù)控程序是數(shù)控機(jī)床加工零件所需的幾何信息和工藝信息的集合。幾何信息包括走刀路徑、插補(bǔ)參數(shù)、刀具長(zhǎng)度和半徑補(bǔ)償；工藝信息包括刀具、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、冷卻液開/關(guān)等。

在切削加工過程中，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)變換切削速度和進(jìn)給速度，自動(dòng)開/關(guān)冷卻液，數(shù)控車床自動(dòng)轉(zhuǎn)位換刀。操作者的任務(wù)是裝卸工件，換刀，操作按鍵，監(jiān)視加工過程等。

3.加工精度高且質(zhì)量穩(wěn)定

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床裝備有CNC數(shù)控裝置和新型伺服系統(tǒng)，具有很高的控制精度，普遍達(dá)到1μm，高精度數(shù)控機(jī)床可達(dá)到0.2μm。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制，對(duì)反向間隙和絲杠螺距誤差以及刀具磨損進(jìn)行補(bǔ)償，因此數(shù)控機(jī)床能達(dá)到較高的加工精度。對(duì)中、小型數(shù)控機(jī)床，其定位精度普遍可達(dá)到0.03mm，重復(fù)定位精度可達(dá)到0.01mm。數(shù)控機(jī)床的傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)床結(jié)構(gòu)都具有很高的剛度和穩(wěn)定性，制造精度也比普通機(jī)床高。當(dāng)數(shù)控機(jī)床有3～5軸聯(lián)動(dòng)功能時(shí)，可加工各種復(fù)雜曲面，并能獲得較高的精度。由于按照數(shù)控程序自動(dòng)加工，避免了人為的操作誤差，因而同一批加工零件的尺寸一致性好，加工質(zhì)量穩(wěn)定。

4.生產(chǎn)效率較高

零件加工時(shí)間由機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間組成，數(shù)控機(jī)床加工的機(jī)動(dòng)時(shí)間和輔助時(shí)間比普通機(jī)床明顯減少。數(shù)控機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速范圍和進(jìn)給速度范圍比普通機(jī)床大，主軸轉(zhuǎn)速范圍通常在10～6000r/min，高速切削加工時(shí)可達(dá)15000r/min;進(jìn)給速度范圍上限可達(dá)到10～12m/min，高速切削加工進(jìn)給速度甚至超過30m/min，快速移動(dòng)速度超過30～60m/min。主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)一般為無級(jí)變速，每道工序都能選用最有利的切削用量，空行程時(shí)間明顯減少。數(shù)控機(jī)床的主軸電動(dòng)機(jī)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力比同規(guī)格的普通機(jī)床大，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛度高，有的數(shù)控機(jī)床能進(jìn)行強(qiáng)力切削，有效地減少了機(jī)動(dòng)時(shí)間。

5.具有刀具壽命管理功能

構(gòu)成FMC和FMS的數(shù)控機(jī)床具有刀具壽命管理功能，可對(duì)每把刀的切削時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，當(dāng)達(dá)到給定的刀具耐用度時(shí)，自動(dòng)換下磨損刀具并換上備用刀具。

6.具有通信功能

現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床一般都具有通信接口，可以實(shí)現(xiàn)上層計(jì)算機(jī)與數(shù)控機(jī)床之間的通信，也可以實(shí)現(xiàn)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床之間的數(shù)據(jù)通信，同時(shí)還可以直接對(duì)幾臺(tái)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行控制。通信功能是實(shí)現(xiàn)DNC、FMC、FMS的必備條件。圖8-10是數(shù)控裝置的基本組成框圖。其中1為加工零件的圖紙，作為數(shù)控裝置工作的原始數(shù)據(jù)；2為程序編制部分；3為控制介質(zhì)，也稱為信息載體，通常用穿孔紙帶、磁帶

、軟磁盤或光盤等作為記載控制指令的介質(zhì)?？刂平橘|(zhì)上存儲(chǔ)了加工零件所需要的全部操作信息，是數(shù)控系統(tǒng)用來指揮和控制設(shè)備進(jìn)行加工運(yùn)動(dòng)的惟一指令信息。但在現(xiàn)代CAD/CAM系統(tǒng)中，可不經(jīng)控制介質(zhì)，而將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的結(jié)果及自動(dòng)編制的程序經(jīng)后置處理直接輸入數(shù)控裝置。

圖8-10數(shù)控裝置的基本組成框圖圖8-10中的4為數(shù)控系統(tǒng)，它是數(shù)控機(jī)床的核心環(huán)節(jié)。數(shù)控系統(tǒng)的作用是按照接收介質(zhì)輸入的信息，經(jīng)處理運(yùn)算后去控制機(jī)床運(yùn)行。按數(shù)控系統(tǒng)的軟、硬件構(gòu)成特征來分類，可分為硬件數(shù)控與軟件數(shù)控。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)(即系統(tǒng)的核心數(shù)字控制裝置)是由各種邏輯元件、記憶元件組成的隨機(jī)邏輯電路，采用固定接線的硬件結(jié)構(gòu)，數(shù)控功能是由硬件來實(shí)現(xiàn)的，這類數(shù)控系統(tǒng)稱之為硬件數(shù)控。隨著半導(dǎo)體技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，微處理器和微型計(jì)算機(jī)功能增強(qiáng)，價(jià)格下降，數(shù)字控制裝置已發(fā)展成為計(jì)算機(jī)數(shù)字控制(ComputerNumericalControl)裝置，即所謂的CNC裝置，它由軟件來實(shí)現(xiàn)部分或全部數(shù)控功能。CNC系統(tǒng)由程序、輸入輸出設(shè)備、計(jì)算機(jī)數(shù)字控制裝置、可編程控制器(PC或可編程邏輯控制器PLC)、主軸控制單元及速度控制單元等部分組成，如圖8-11所示。CNC系統(tǒng)中，可編程控制器PC是一種專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)的工業(yè)計(jì)算機(jī)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等特定功能的用戶操作指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出控制

各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PC已成為數(shù)控機(jī)床不可缺少的控制裝置。CNC和PC(PLC)協(xié)調(diào)配合，共同完成數(shù)控機(jī)床的控制。其中CNC主要完成與數(shù)字運(yùn)算和管理有關(guān)的功能，如零件程序的編輯、插補(bǔ)運(yùn)算、譯碼、位置伺服控制等；PC主要完成與邏輯運(yùn)算有關(guān)的一些動(dòng)作，沒有軌跡上的具體要求，它接收CNC的控制代碼M(輔助功能)、S(主軸轉(zhuǎn)速)、T(選刀、換刀)等順序動(dòng)作信息，對(duì)其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的控制，控制輔助裝置完成機(jī)床相應(yīng)的開關(guān)動(dòng)作，如工件的裝夾、刀具的更換、切削液的開關(guān)等一些輔助動(dòng)作。PC還接收機(jī)床操作面板的指令，一方面直接控制機(jī)床的動(dòng)作，另一方面將一部分指令送往CNC用于控制加工過程。圖8-11CNC系統(tǒng)框圖圖8-10中5為伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，它包括伺服驅(qū)動(dòng)電路(伺服控制線路、功率放大線路)和伺服電動(dòng)機(jī)等驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。它們與工作本體上的機(jī)械部件組成數(shù)控設(shè)備的進(jìn)給系統(tǒng)，其作用是把數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令(脈沖信號(hào))轉(zhuǎn)換成執(zhí)行部件的進(jìn)給速度、方向和位移。

數(shù)控裝置可以以足夠高的速度和精度進(jìn)行計(jì)算并發(fā)出足夠小的脈沖信號(hào)，關(guān)鍵在于伺服系統(tǒng)能以多高的速度與精度去響應(yīng)執(zhí)行，整個(gè)系統(tǒng)的精度與速度主要取決于伺服系統(tǒng)。伺服驅(qū)動(dòng)電路把數(shù)控裝置發(fā)出的微弱電信號(hào)(5V左右，毫安級(jí))放大成強(qiáng)電的驅(qū)動(dòng)電信號(hào)(幾十、上百伏，安培級(jí))去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行元件。伺服系統(tǒng)執(zhí)行元件主要有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、電液脈沖馬達(dá)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)等，其作用是將電控信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)輸出軸的角速度和角位移的變化，從而帶動(dòng)機(jī)械本體的機(jī)械部件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。圖8-10中6為坐標(biāo)軸或執(zhí)行機(jī)構(gòu)的測(cè)量裝置。前者用以測(cè)量坐標(biāo)軸(如工作臺(tái))的實(shí)際位置，并將測(cè)量結(jié)果反饋到數(shù)控系統(tǒng)(或伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng))，形成全閉環(huán)控制；后者用以測(cè)量

執(zhí)行伺服電動(dòng)機(jī)軸的位置，并予以反饋，形成半閉環(huán)控制。測(cè)量反饋裝置的引入，有效地改善了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性，大大提高了零件的加工精度。

圖8-10中7為輔助控制單元，用于控制其它部件的工作，如主軸的啟停、刀具交換等。

圖8-10中8為坐標(biāo)軸，如平面運(yùn)動(dòng)工作臺(tái)的X、Y軸。數(shù)控系統(tǒng)的工作本體是加工運(yùn)動(dòng)的實(shí)際執(zhí)行部件，主要包括主運(yùn)動(dòng)部件、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)執(zhí)行部件、工作臺(tái)及床身立柱等支撐部件，此外還有冷卻、潤(rùn)滑、轉(zhuǎn)位和夾緊等輔助裝置，存放刀具的刀架、刀庫(kù)或交換刀具的自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)等。對(duì)工作本體的要求是，應(yīng)有足夠的剛度和抗振性，要有足夠的精度，熱變形小，傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。8.2.2加工中心(MC)

加工中心的系統(tǒng)基本組成與一般數(shù)控機(jī)床一樣，只是在此基礎(chǔ)上增加了刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置而形成一類更復(fù)雜，但用途更廣，效率更高的數(shù)控機(jī)床。加工中心配置有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置，能在一臺(tái)機(jī)床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個(gè)工序的加工。加工中心機(jī)床具有工序集中，可以有效縮短調(diào)整時(shí)間和搬運(yùn)時(shí)間，減少在制品庫(kù)存，加工質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于零件比較復(fù)雜，需要多工序加工，且生產(chǎn)批量中等的生產(chǎn)場(chǎng)合。

加工中心通常是指鏜銑加工中心，主要用于加工箱體及殼體類零件，工藝范圍廣。加工中心除配備有刀具庫(kù)及自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)外，還配備有回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或交換工作臺(tái)等，有的加工中心還具有可交換式主軸頭或臥-立式主軸。加工中心目前已成為一類廣泛應(yīng)用的自動(dòng)化加工設(shè)備，它們可作為單機(jī)使用，也可作為FMC、FMS中的單元加工設(shè)備。加工中心有立式和臥式兩種基本形式，前者適合于平面形零件的單面加工，后者特別適合于大型箱體零件的多面加工。加工中心的刀具庫(kù)通常位于遠(yuǎn)離主軸的機(jī)床側(cè)面或頂部。刀具庫(kù)遠(yuǎn)離工作主軸的優(yōu)點(diǎn)是少受切削液的污染，使操作者在加工時(shí)調(diào)換庫(kù)中刀具免受傷害。FMC和FMS中的加工中心通常需要大量刀具，除了滿足不同零件的加工外，還需要后備刀具，以實(shí)現(xiàn)在加工過程中實(shí)時(shí)更換破損刀具和磨損刀具，因此要求刀庫(kù)的容量較大。換刀機(jī)械手有單臂機(jī)械手和雙臂機(jī)械手，回轉(zhuǎn)180°的雙臂機(jī)械手應(yīng)用最普遍。加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機(jī)方式，刀具隨機(jī)存取是最主要的方式。隨機(jī)存取就是在任何時(shí)候可以取用刀庫(kù)中的任一把刀，選刀次序是任意的，可以多次選取同一把刀；從主軸卸下的刀允許放在不同于先前所在的刀座上，CNC可以記憶刀具所在的位置。采用順序存取方式時(shí)，刀具嚴(yán)格按數(shù)控程序調(diào)用刀具的次序排列。程序開始時(shí)，刀具按照排列次序一個(gè)接著一個(gè)取用，用過的刀具仍放回原刀座上，以保持確定的順序不變。正確安放刀具是成功執(zhí)行數(shù)控程序的基本條件?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)是臥式加工中心實(shí)現(xiàn)主軸運(yùn)動(dòng)的部件，主軸的運(yùn)動(dòng)可作為分度運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種結(jié)構(gòu)形式：僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用鼠齒盤定位，分度前工作臺(tái)抬起，使上、下鼠齒盤分離，分度后落下定位，上、下鼠齒盤嚙合，實(shí)現(xiàn)機(jī)械剛性連接；用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，用回轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器檢測(cè)及定位，并控制回轉(zhuǎn)速度，也稱數(shù)控工作臺(tái)。數(shù)控工作臺(tái)和X、Y、Z軸及其它附加運(yùn)動(dòng)構(gòu)成4～5軸輪廓控制，可加工復(fù)雜輪廓表面。

臥式加工中心可對(duì)工件進(jìn)行4面加工，帶有臥-立式主軸的加工中心可對(duì)工件進(jìn)行5面加工。臥-立式主軸采用正交的主軸頭附件，可以改變主軸角度方位90°，因此得到用戶的普遍認(rèn)可和歡迎。另外，它還減少了機(jī)床的非加工時(shí)間和單件工時(shí)，可以提高機(jī)床的利用率。

加工中心的交換工作臺(tái)和托盤交換裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)更換，從而縮短了消耗在更換工件上的輔助時(shí)間。8.2.3車削中心

車削中心比數(shù)控車床工藝范圍寬，工件一次安裝，幾乎能完成所有表面的加工，如內(nèi)、外圓表面，端面，溝槽，內(nèi)、外圓及端面上的螺旋槽，非回轉(zhuǎn)軸心線上的軸向孔和徑向孔等。

車削中心回轉(zhuǎn)刀架上可安裝如鉆頭、銑刀、鉸刀、絲錐等回轉(zhuǎn)刀具，它們由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，也稱自驅(qū)動(dòng)刀具。在車削中心上用自驅(qū)動(dòng)刀具對(duì)工件的加工分為兩種情況：一種是主軸分度定位后固定，對(duì)工件進(jìn)行鉆、銑、攻螺紋等加工；另一種是主軸運(yùn)動(dòng)作為一個(gè)控制軸(C軸)，C軸運(yùn)動(dòng)和X、Z軸運(yùn)動(dòng)合成為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)，銑刀在工件表面上銑削各種形狀的溝槽、凸臺(tái)、平面等。在很多情況下，工件無需專門安排一道工序單獨(dú)進(jìn)行鉆、銑加工，消除了二次安裝引起的同軸度誤差，縮短了加工周期。車削中心回轉(zhuǎn)刀架通?？裳b刀具12～16把，這對(duì)無人看管柔性加工來說是不夠的。因此，有的車削中心裝備有刀具庫(kù)，刀庫(kù)有筒形或鏈形，刀具更換和存儲(chǔ)系統(tǒng)位于機(jī)床一側(cè)，刀庫(kù)和刀架間的刀具交換由機(jī)械手或?qū)ｉT機(jī)構(gòu)進(jìn)行。

車削中心采用可快速更換的卡盤和卡爪，普通卡爪更換時(shí)間為5～10min，而快速更換卡盤、卡爪的時(shí)間可控制在2min以內(nèi)?？ūP有3～5套快速更換卡爪，以適應(yīng)不同直徑的

工件。如果工件直徑變化很大，則需要更換卡盤。有時(shí)也采用人工在機(jī)床外部用卡盤夾持好工件，用夾持有新工件的卡盤更換已加工的工件卡盤的方法，工件-卡盤系統(tǒng)更換常采用自動(dòng)更換裝置。由于工件裝卸在機(jī)床外部，實(shí)現(xiàn)了輔助時(shí)間和機(jī)動(dòng)時(shí)間的重合，因而幾乎沒有停機(jī)時(shí)間。

現(xiàn)代車削中心工藝范圍寬，加工柔性高，人工介入少，加工精度、生產(chǎn)效率和機(jī)床利用率都很高。8.2.4電火花加工

電火花加工設(shè)備屬于數(shù)控機(jī)床的范疇。電火花加工是在一定的液體介質(zhì)中，利用脈沖放電對(duì)導(dǎo)體材料的電蝕現(xiàn)象來蝕除材料，從而使零件的尺寸、形狀和表面質(zhì)量達(dá)到預(yù)定技術(shù)要求的一種加工方法。在機(jī)械加工中，電火花加工的應(yīng)用非常廣泛，尤其在模具制造業(yè)、航空航天等領(lǐng)域有著極為重要的地位。圖8-12電火花加工原理圖

1.電火花加工的原理與特點(diǎn)

電火花加工是在如圖8-12所示的加工系統(tǒng)中進(jìn)行的。加工時(shí)，脈沖電源的一極接工具電極，另一極接工件電極，兩極均浸入具有一定絕緣度的液體介質(zhì)(常用煤油或礦物油或去離子水)中。工具電極由自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置控制，以保證工具與工件在正常加工時(shí)維持一很小的放電間隙(0.01～0.05mm)。當(dāng)脈沖電壓加到兩極之間時(shí)，便將當(dāng)時(shí)條件下極間最近點(diǎn)的液體介質(zhì)擊穿，形成放電通道。由于通道的截面積很小，放電時(shí)間極短，致使能量高度集中(106～107W／mm2)，放電區(qū)域產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫足以使材料熔化甚至蒸發(fā)，以致形成一個(gè)小凹坑。第一次脈沖放電結(jié)束之后，經(jīng)過很短的間隔時(shí)間，第二個(gè)脈沖又在另一極間最近點(diǎn)擊穿放電。如此周而復(fù)始高頻率地循環(huán)下去，工具電極不斷地向工件進(jìn)給，它的形狀最終就復(fù)制在工件上，形成所需要的加工表面。與此同時(shí)，總能量的一小部分也釋放到工具電極上，從而造成工具損耗。

從上面的敘述中可以看出，進(jìn)行電火花加工必須具備三個(gè)條件：必須采用脈沖電源；必須采用自動(dòng)進(jìn)給調(diào)節(jié)裝置，以保持工具電極與工件電極間微小的放電間隙；火花放電必須在具有一定絕緣強(qiáng)度(103～107Ω·m)的液體介質(zhì)中進(jìn)行。

電火花加工具有如下特點(diǎn)：可以加工任何高強(qiáng)度、高硬度、高韌性、高脆性以及高純度的導(dǎo)電材料；加工時(shí)無明顯機(jī)械力，適用于低剛度工件和微細(xì)結(jié)構(gòu)的加工；脈沖參數(shù)可依據(jù)需要調(diào)節(jié)；可在同一臺(tái)機(jī)床上進(jìn)行粗加工、半精加工和精加工；電火花加工后的表面呈現(xiàn)的凹坑有利于儲(chǔ)油和降低噪聲；生產(chǎn)效率低于切削加工；放電過程有部分能量消耗在工具電極上，導(dǎo)致電極損耗，影響成形精度。

2.電火花加工的應(yīng)用

電火花加工主要用于模具生產(chǎn)中的型孔、型腔加工，已成為模具制造業(yè)的主導(dǎo)加工方法，推動(dòng)了模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步。電火花加工零件的數(shù)量在3000件以下時(shí)，比模具沖壓零件在經(jīng)濟(jì)上更加合理。按工藝過程中工具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和用途不同，電火花加工可大體分為電火花成形加工、電火花線切割加工、電火花磨削加工、電火花展成加工、非

金屬電火花加工和電火花表面強(qiáng)化等。

(1)電火花成形加工。該方法通過工具電極相對(duì)于工件做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，將工件電極的形狀和尺寸復(fù)制在工件上，從而加工出所需要的零件。它包括電火花型腔加工和穿孔加工兩種。電火花型腔加工主要用于加工各類熱鍛模、壓鑄模、擠壓模、塑料模和膠木膜的型腔。電火花穿孔加工主要用于型孔(圓孔、方孔、多邊形孔、異形孔)、曲線孔(彎孔、螺旋

孔)、小孔和微孔的加工。近年來，為了解決小孔加工中電極截面小、易變形、孔的深徑比大、排屑困難等問題，在電火花穿孔加工中發(fā)展了高速小孔加工，取得了良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。

(2)電火花線切割加工。該方法利用移動(dòng)的細(xì)金屬絲作工具電極，按預(yù)定的軌跡進(jìn)行脈沖放電切割。按金屬絲電極移動(dòng)的速度大小分為高速走絲和低速走絲線切割。我國(guó)普遍采用高速走絲線切割，近年來正在發(fā)展低速走絲線切割。高速走絲時(shí)，金屬絲電極是直徑為0.02～0.3mm的高強(qiáng)度鉬絲，往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度為8～10m／s。低速走絲時(shí)，多采用銅絲

，線電極以小于0.2m/s的速度做單方向低速運(yùn)動(dòng)。線切割時(shí)，電極絲不斷移動(dòng)，其損耗很小，因而加工精度較高。其平均加工精度可達(dá)0.01mm，大大高于電火花成形加工。表面粗糙度Ra值可達(dá)1.6μm或更小。國(guó)、內(nèi)外絕大多數(shù)數(shù)控電火花線切割機(jī)床都采用了不同水平的微機(jī)數(shù)控系統(tǒng)，基本上實(shí)現(xiàn)了電火花線切割數(shù)控化。目前電火花線切割廣泛用于加工各種沖裁模(沖孔和落料用)、樣板以及各種形狀復(fù)雜的型孔、型面和窄縫等。

3.電火花加工機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)

電火花加工機(jī)床在提高精度和自動(dòng)化程度的同時(shí)，也在向結(jié)構(gòu)的小型化方向發(fā)展。為提高零件加工精度，類似于加工中心的精密多功能微細(xì)電火花加工機(jī)床受到青睞。在這種機(jī)床上，從微細(xì)電極的制作到微細(xì)零件的加工，電極只需一次裝夾，因此減小了多次裝夾電極所帶來的誤差，并且可以通過對(duì)電極的重加工來修正被損耗電極的形狀，從而提高了零件加工精度。

在這種機(jī)床上，可實(shí)現(xiàn)電火花線電極磨削加工、電火花復(fù)雜形狀微細(xì)孔加工及電火花銑削加工等功能，并有望實(shí)現(xiàn)微細(xì)電火花三維形體加工。目前先進(jìn)的多軸聯(lián)動(dòng)電火花數(shù)控機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)是集多種功能于一體，這些功能包括旋轉(zhuǎn)分度、自動(dòng)交換電極、自動(dòng)放電間隙補(bǔ)償、電流自適應(yīng)控制以及加工規(guī)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)智能選擇等，從而實(shí)現(xiàn)從加工規(guī)準(zhǔn)的選擇到零件的加工全過程自動(dòng)化。夏米爾公司、阿奇公司、三菱電機(jī)公司、沙迪克公司等國(guó)外著名的電火花機(jī)床廠商都有成熟產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)的漢川機(jī)床廠、北京迪蒙公司和成都無線電專用設(shè)備廠也在生產(chǎn)這類產(chǎn)品。電極直接驅(qū)動(dòng)的小型電火花加工系統(tǒng)是20世紀(jì)90年代才出現(xiàn)的一門新興技術(shù)，它能在電極上附加軸向小振幅快速振動(dòng)，并利用多電極同時(shí)加工。日本東京大學(xué)的方谷克司和豐田工業(yè)大學(xué)的毛利尚武等人已經(jīng)研制出蠕動(dòng)式、沖擊式和利用橢圓運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的三種利用壓電陶瓷的逆壓電效應(yīng)來直接驅(qū)動(dòng)電極的小型電火花加工裝置，我國(guó)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京航空航天大學(xué)分別利用蠕動(dòng)式原理和沖擊式原理制造出了樣機(jī)。在自動(dòng)化制造系統(tǒng)的制造過程中，離不開工件運(yùn)輸設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備來完成各種物料的流動(dòng)和倉(cāng)儲(chǔ)。存儲(chǔ)是指將工件毛坯、在制品或成品在倉(cāng)庫(kù)中暫時(shí)保存起來，以便根據(jù)需要取出，投入制造過程。立體倉(cāng)庫(kù)是典型的自動(dòng)化倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備。運(yùn)輸是指工件在制造過程中的流動(dòng)，例如工件在倉(cāng)庫(kù)或托盤站與工作站之間的輸送以及在各工作站之間的輸送等。廣泛應(yīng)用的自動(dòng)輸送設(shè)備有傳送帶、運(yùn)輸小車等。8.3工件儲(chǔ)運(yùn)設(shè)備8.3.1有軌小車(RGV)

有軌小車(RailGuideVehicle)是一種沿著鐵軌行走的運(yùn)輸工具，有自驅(qū)和它驅(qū)兩種驅(qū)動(dòng)方式。自驅(qū)動(dòng)有軌小車通過車上的小齒輪和安裝在鐵軌一側(cè)的齒條嚙合，利用交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。它驅(qū)式有軌小車由外部鏈索牽引，在小車底盤的前、后各裝一導(dǎo)向銷，地面上修有一組固定路線的溝槽，導(dǎo)向銷嵌入溝槽內(nèi)，保證小車行進(jìn)時(shí)沿著溝槽移動(dòng)。前面的銷桿除作定向用外，還作為鏈索牽動(dòng)小車的推桿。推桿是活動(dòng)的，可在套筒中上下滑動(dòng)。鏈索每隔一定距離有一個(gè)推頭，小車前面的推桿可靈活地插入或脫開鏈索的推頭，由埋設(shè)在溝槽內(nèi)適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)的接近開關(guān)和限位開關(guān)控制。推桿脫開鏈索的推頭，小車就停止。采用空架導(dǎo)軌和懸掛式機(jī)械手或機(jī)器人作為運(yùn)輸工具也是一種發(fā)展趨勢(shì)，其主要優(yōu)點(diǎn)是充分利用空間，適合于運(yùn)送中、大型工件，如汽車車架、車身等。有軌小車的特點(diǎn)是：加速和移動(dòng)速度都比較快，適合運(yùn)送重型工件；導(dǎo)軌固定，行走平穩(wěn)，停車位置比較準(zhǔn)確；控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，可靠性好，制造成本低，便于推廣應(yīng)用；行走路線不便改變，轉(zhuǎn)彎角度不能太小；噪聲較大，影響操作工監(jiān)聽加工狀況及保護(hù)自身安全。8.3.2自動(dòng)導(dǎo)向小車(AGV)

自動(dòng)導(dǎo)向小車(AutomaticGuideVehicle)是一種無人駕駛的，以蓄電瓶驅(qū)動(dòng)的物料搬運(yùn)設(shè)備，其行駛路線和停靠位置是可編程的。20世紀(jì)70年代以來，電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)

推動(dòng)了AGV技術(shù)的發(fā)展，如具有了磁感應(yīng)、紅外線、激光、語(yǔ)言編程、語(yǔ)音等功能等。AGV技術(shù)仍在發(fā)展中，目前有些語(yǔ)音控制的AGV能識(shí)別4000個(gè)詞匯。

1.AGV的結(jié)構(gòu)

在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中使用的AGV大多數(shù)是磁感應(yīng)式AGV。圖8-13是一種能同時(shí)運(yùn)送兩個(gè)工件的AGV，它由運(yùn)輸小車、地下電纜和控制器三部分組成。小車由蓄電池提供動(dòng)力，沿著埋設(shè)在地板槽內(nèi)的用交變電流勵(lì)磁的電纜行走。地板槽埋設(shè)在地下4cm左右深處，地溝用環(huán)氧樹脂灌封，形成光滑的地表，以便清掃和維護(hù)。導(dǎo)向電纜敷設(shè)的路線和車間工件的流動(dòng)路線及倉(cāng)庫(kù)的布局相適應(yīng)，AGV行走的路線一般可分為直線、分支、環(huán)路或網(wǎng)狀。圖8-13磁感應(yīng)AGV自動(dòng)導(dǎo)向原理圖小車驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)由安裝在車上的工業(yè)級(jí)蓄電池供電，通常供電周期為20h左右，因此必須定期到維護(hù)區(qū)充電或更換。蓄電池的更換一般是手工進(jìn)行的，充電可以是手工的或者自動(dòng)的，有些小車能按照程序自動(dòng)接上電插頭進(jìn)行充電。

為了實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)交接，小車裝有托盤交換裝置，以便與機(jī)床或裝卸站之間進(jìn)行自動(dòng)連接。交換裝置可以是輥輪式的，利用輥輪與托盤間的摩擦力將托盤移進(jìn)或移出，這種裝置一般與輥式傳送帶配套。交換裝置也可以是滑動(dòng)叉式的，它利用往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑動(dòng)叉將托盤推出或拉入，兩邊的支承滾子可以減少移動(dòng)時(shí)的摩擦力。升降臺(tái)式交換裝置利用升降臺(tái)將托盤升高，物料托架上的托物叉伸入托盤底部；升降臺(tái)下降，托物叉回縮，將托盤移出。托盤移入的工作過程相反。小車還裝有升降對(duì)齊裝置，以便消除工件交接時(shí)的高度差。

AGV小車上設(shè)有安全防護(hù)裝置，小車前、后有黃色警視信號(hào)燈，當(dāng)小車連續(xù)行走或準(zhǔn)備行走時(shí)，黃色信號(hào)燈閃爍。每個(gè)驅(qū)動(dòng)輪都帶有安全制動(dòng)器，斷電時(shí)，制動(dòng)器自動(dòng)接上。小車每一面都有急停按鈕和安全保險(xiǎn)杠，其上有傳感器，當(dāng)小車輕微接觸障礙物時(shí)，保險(xiǎn)杠受壓，小車停止。

2.AGV的自動(dòng)導(dǎo)向

圖8-13是磁感應(yīng)AGV自動(dòng)導(dǎo)向原理圖，小車底部裝有弓形天線3，跨設(shè)于以感應(yīng)線4為中心且與感應(yīng)線垂直的平面內(nèi)。感應(yīng)線通以交變電流，產(chǎn)生交變磁場(chǎng)。當(dāng)天線3偏離感應(yīng)線任何一側(cè)時(shí)，天線的兩對(duì)稱線圈中感應(yīng)電壓有差值，誤差信號(hào)經(jīng)過放大，驅(qū)動(dòng)左、右電動(dòng)機(jī)2;左、右電動(dòng)機(jī)有轉(zhuǎn)速差，經(jīng)驅(qū)動(dòng)輪1使小車轉(zhuǎn)向，使感應(yīng)線重新位于天線中心，直至誤差信號(hào)為零。

3.路徑尋找

路徑尋找就是自動(dòng)選取岔道，AGV在車間的行走路線比較復(fù)雜，有很多分岔點(diǎn)和交匯點(diǎn)。地面上有中央控制計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)車輛調(diào)度控制，AGV小車上帶有微處理器控制板，AGV的行走路線以圖表的格式存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中。給定起點(diǎn)和目標(biāo)點(diǎn)位置后，控制程序自動(dòng)選擇AGV行走的最佳路線。小車在岔道處方向的選擇多采用頻率選擇法。在決策點(diǎn)處，地板槽中同時(shí)有多種不同的頻率信號(hào)；當(dāng)AGV接近決策點(diǎn)(岔道口)時(shí)，通過編碼裝置確定小車目前所在的位置，AGV在接近決策點(diǎn)前作出決策，確定應(yīng)跟蹤的頻率信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)路徑尋找。

自動(dòng)導(dǎo)向小車的行走路線是可編程的，F(xiàn)MS控制系統(tǒng)可根據(jù)需要改變作業(yè)計(jì)劃，重新安排小車的路線，具有柔性特征。AGV小車工作安全、可靠，?？慷ㄎ痪瓤梢赃_(dá)到±3mm，能與機(jī)床、傳送帶等相關(guān)設(shè)備交接傳遞貨物，運(yùn)輸過程中對(duì)工件無損傷，噪聲低。8.3.3自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的主要特點(diǎn)有：利用計(jì)算機(jī)管理，物資庫(kù)存賬目清楚，物料存放位置準(zhǔn)確，對(duì)自動(dòng)化制造系統(tǒng)物料需求響應(yīng)速度快；與搬運(yùn)設(shè)備(如AGV、有軌小車、傳送帶)銜接,能可靠、及時(shí)地供給物料；減少庫(kù)存量，加速資金周轉(zhuǎn)；充分利用空間，減少?gòu)S房面積；減少工件損傷和物料丟失；可存放的物料范圍寬；減少管理人員，降低管理

費(fèi)用；耗資較大，適用于一定規(guī)模的生產(chǎn)。

1.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的組成

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)主要由庫(kù)房、貨架、堆垛起重機(jī)、外圍輸送設(shè)備、自動(dòng)控制裝置等組成。圖8-14所示為自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)，高層貨架成對(duì)布置，貨架之間有巷道，隨倉(cāng)庫(kù)規(guī)模大小可以有一到若干條巷道。入庫(kù)和出庫(kù)一般都布置在巷道的某一端，有時(shí)也可以設(shè)計(jì)成由巷道的兩端入庫(kù)和出庫(kù)。每條巷道都有巷道堆垛起重機(jī)。巷道的長(zhǎng)度一般有幾十米，貨架的高度視廠房高度而定，一般有十幾米。貨架通常由一些尺寸一致的貨格組成。貨架的材料一般采用金屬型材，貨架上的托板用金屬板或木板(輕型零件)制成，多采用金屬板。進(jìn)入高倉(cāng)位的零件通常先裝入標(biāo)準(zhǔn)的貨箱內(nèi)，然后再將貨箱裝入高倉(cāng)位的貨格中。每個(gè)貨格存放的零件或貨箱的重量一般不超過1T，其體積不超過1m3，大型和重型零件因提升困難，一般不存入立體倉(cāng)庫(kù)中。圖8-14自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)圖8-15堆垛起重機(jī)

2.堆垛起重機(jī)

堆垛起重機(jī)是立體倉(cāng)庫(kù)內(nèi)部的搬運(yùn)設(shè)備。堆垛起重機(jī)可采用有軌或無軌方式，其控制原理與運(yùn)輸小車相似。倉(cāng)庫(kù)高度很高的立體倉(cāng)庫(kù)常采用有軌堆垛起重機(jī)。為增加穩(wěn)定性，采用兩條平行導(dǎo)軌，即天軌和地軌(如圖8-15所示)。堆垛起重機(jī)的運(yùn)動(dòng)有沿巷道的水平移動(dòng)、升降臺(tái)的垂直上下升降和貨叉的伸縮。堆垛起重機(jī)上有檢測(cè)水平移動(dòng)和升降高度的傳感器，辨認(rèn)貨物的位置，一旦找到需要的貨位，在水平和垂直方向上制動(dòng)，貨叉將貨物自動(dòng)推入貨格或?qū)⒇浳飶呢浉裰腥〕觥?/p>

堆垛起重機(jī)上有貨格狀態(tài)檢測(cè)器，采用光電檢測(cè)方法，利用零件表面對(duì)光的反射作用探測(cè)貨格內(nèi)有無貨箱，防止取空或存貨干涉。

3.自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的管理與控制

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)實(shí)現(xiàn)倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化和出入庫(kù)作業(yè)自動(dòng)化。倉(cāng)庫(kù)管理自動(dòng)化包括對(duì)賬目、貨箱、貨位及其它信息的計(jì)算機(jī)管理。出入庫(kù)作業(yè)自動(dòng)化包括貨箱零件的自動(dòng)識(shí)別、自動(dòng)認(rèn)址，貨格狀態(tài)的自動(dòng)檢測(cè)以及堆垛起重機(jī)各種動(dòng)作的自動(dòng)控制等。

(1)貨物的自動(dòng)識(shí)別與存取。貨物的自動(dòng)識(shí)別是自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)運(yùn)行的關(guān)鍵，貨物的自動(dòng)識(shí)別通常采用編碼技術(shù)，對(duì)貨格和貨箱進(jìn)行編碼，條形碼貼在貨箱或托盤的適當(dāng)部位。當(dāng)貨箱通過入庫(kù)傳送滾道時(shí)，用條形碼掃描器自動(dòng)掃描條形碼及譯碼，將貨箱零件的有關(guān)信息自動(dòng)錄入計(jì)算機(jī)。

(2)計(jì)算機(jī)管理。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的計(jì)算機(jī)管理包括物資管理、賬目管理、貨位管理及信息管理。入庫(kù)時(shí)將貨箱合理分配到各個(gè)巷道作業(yè)區(qū)，出庫(kù)時(shí)按“先進(jìn)先出”原則或其它排

隊(duì)原則。系統(tǒng)可定期或不定期地打印報(bào)表，并可隨時(shí)查詢某一零件存放的位置。

(3)計(jì)算機(jī)控制。自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)的控制主要是對(duì)堆垛起重機(jī)的控制。堆垛起重機(jī)的主要工作是入庫(kù)、搬庫(kù)和出庫(kù)。從控制計(jì)算機(jī)得到作業(yè)命令后，屏幕上顯示作業(yè)的目的地址、運(yùn)行地址、移動(dòng)方向和速度等，并顯示伸叉方向及堆垛機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)具有貨叉占位報(bào)警、取箱無貨報(bào)警、存貨占位報(bào)警等功能。工業(yè)機(jī)器人是一種可編程的智能型自動(dòng)化設(shè)備，是應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制的替代人進(jìn)行工作的高度自動(dòng)化系統(tǒng)。最近，聯(lián)合國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化組織采用的機(jī)器人的定義是“一種可以反復(fù)編程的多功能的,用來搬運(yùn)材料、零件、工具的操作機(jī)”。在無人參與的情況下，工業(yè)機(jī)器人可以自動(dòng)按不同軌跡、不同運(yùn)動(dòng)方式完成規(guī)定動(dòng)作和各種任務(wù)。機(jī)器人和機(jī)械手的主要區(qū)別是：

機(jī)械手沒有自主能力，不可重復(fù)編程，只能完成定位點(diǎn)不變的簡(jiǎn)單的重復(fù)動(dòng)作；機(jī)器人是由計(jì)算機(jī)控制的，可重復(fù)編程，能完成任意定位的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)。8.4工業(yè)機(jī)器人機(jī)器人是從初級(jí)到高級(jí)逐步完善起來的，它的發(fā)展過程可以分為三代。

第一代機(jī)器人是目前工業(yè)中大量使用的示教再現(xiàn)型機(jī)器人，它主要由夾持器、手臂、驅(qū)動(dòng)器和控制器組成。它的控制方式比較簡(jiǎn)單，應(yīng)用在線編程，即通過示教存儲(chǔ)信息，工作時(shí)讀出這些信息，向執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，執(zhí)行機(jī)構(gòu)按指令再現(xiàn)示教的操作。

第二代機(jī)器人是帶感覺的機(jī)器人，它具有一些對(duì)外部信息進(jìn)行反饋的能力，諸如力覺、觸覺、視覺等。其控制方式較第一代機(jī)器人要復(fù)雜得多，這種機(jī)器人自1980年以來已進(jìn)入實(shí)用階段。第三代機(jī)器人是智能機(jī)器人，目前還沒有一個(gè)統(tǒng)一和完善的智能機(jī)器人定義。國(guó)外文獻(xiàn)中對(duì)“智能”的解釋是“可動(dòng)自治裝置，能理解指示命令，感知環(huán)境，識(shí)別對(duì)象，計(jì)劃其操作程序以完成任務(wù)”。這個(gè)解釋基本上反映了現(xiàn)代智能機(jī)器人的特點(diǎn)。近年來，智能機(jī)器人發(fā)展非常迅速，如機(jī)器人競(jìng)技、機(jī)器人探險(xiǎn)等。8.4.2工業(yè)機(jī)器人的結(jié)構(gòu)

工業(yè)機(jī)器人一般由主構(gòu)架(手臂)、手腕、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、控制器及傳感器等組成。

圖8-16是工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)。機(jī)器人手臂具有三個(gè)自由度(運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)軸)，機(jī)器人作業(yè)空間由手臂運(yùn)動(dòng)范圍決定。手腕是機(jī)器人工具(如焊槍、噴嘴、機(jī)加工刀具、夾爪)與主構(gòu)架的連接機(jī)構(gòu)，它具有三個(gè)自由度。驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)部件提供力、力矩、速度、加速度。測(cè)量系統(tǒng)用于機(jī)器人運(yùn)動(dòng)部件的位移、速度和加速度的測(cè)量?？刂破?RC)用于控制機(jī)器人各運(yùn)動(dòng)部件的位置、速度和加速度，使機(jī)器人手爪或機(jī)器人工具的中心點(diǎn)以給定的速度沿著給定軌跡到達(dá)目標(biāo)點(diǎn)。通過傳感器可獲得搬運(yùn)對(duì)象和機(jī)器人本身的狀態(tài)信息，如工件及其位置的識(shí)別，障礙物的識(shí)別，抓舉工件的重量是否過載等。圖8-16工業(yè)機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)圖8-17工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)形式(a)直角坐標(biāo)型；(b)圓柱坐標(biāo)型；(c)球坐標(biāo)型；(d)多關(guān)節(jié)型；(e)平面關(guān)節(jié)型工業(yè)機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)由主構(gòu)架和手腕完成。主構(gòu)架具有三個(gè)自由度，其運(yùn)動(dòng)由兩種基本運(yùn)動(dòng)組成，即沿著坐標(biāo)軸的直線移動(dòng)和繞坐標(biāo)軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。不同運(yùn)動(dòng)的組合形成各種類型的機(jī)器人，如圖8-17所示。圖8-17所示的工業(yè)機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)形式有：直角坐標(biāo)型(圖8-17(a)中有三個(gè)直線坐標(biāo)軸)；圓柱坐標(biāo)型(圖8-17(b)中有兩個(gè)直線坐標(biāo)軸和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸)；球坐標(biāo)型(圖8-17(c)中有一個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸)；關(guān)節(jié)型(圖8-17(d)中有三個(gè)回轉(zhuǎn)軸關(guān)節(jié)，圖8-17(e)中有三個(gè)平面運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié))。8.4.3工業(yè)機(jī)器人的應(yīng)用

目前，工業(yè)機(jī)器人主要應(yīng)用于汽車制造、機(jī)械制造、電子器件、集成電路、塑料加工等較大規(guī)模生產(chǎn)企業(yè)。下面介紹幾種機(jī)器人的典型應(yīng)用。

1.汽車制造領(lǐng)域

汽車制造生產(chǎn)線中的點(diǎn)焊和噴漆工作量極大，且要求有較高的精度和質(zhì)量。由于采用傳送帶流水作業(yè)，速度快，上下工序要求嚴(yán)格，因而采用焊接機(jī)器人和噴漆機(jī)器人作業(yè)可保證質(zhì)量和提高效率。圖8-18是一個(gè)噴漆機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。噴漆機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)采用空間軌跡運(yùn)動(dòng)控制方式。圖8-19是一個(gè)焊接機(jī)器人系統(tǒng)的示意圖。焊接機(jī)器人還分成采用點(diǎn)位控

制的點(diǎn)焊機(jī)器人和采用軌跡控制的焊接機(jī)器人兩種。圖8-18噴漆工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖圖8-19焊接工業(yè)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖

2.機(jī)械制造領(lǐng)域

機(jī)械制造企業(yè)的柔性制造系統(tǒng)采用搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)物料、工件和工具，裝配機(jī)器人完成設(shè)備的零件裝配，測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行在線或離線測(cè)量。

圖8-20所示是兩臺(tái)機(jī)器人用于自動(dòng)裝配的情況，主機(jī)器人是一臺(tái)具有三個(gè)自由度且?guī)в杏|覺傳感器的直角坐標(biāo)機(jī)器人，它抓取第1號(hào)(No.1)零件，并完成裝配動(dòng)作；輔助機(jī)器

人僅有一個(gè)回轉(zhuǎn)自由度，它抓取第2號(hào)(No.2)零件，第1號(hào)和第2號(hào)零件裝配完成后，再由主機(jī)械手完成與第3號(hào)(No.3)零件的裝配工作。圖8-20機(jī)器人用于零件裝配圖8-21所示是一教學(xué)型FMS，由一臺(tái)CNC車床、一臺(tái)CNC銑床、工件傳送帶、料倉(cāng)、兩臺(tái)關(guān)節(jié)型機(jī)器人和控制計(jì)算機(jī)組成。兩臺(tái)機(jī)器人在FMS中服務(wù)，一臺(tái)機(jī)器人服務(wù)于加工設(shè)備和傳送帶之間，為車床和銑床裝卸工件；另一臺(tái)位于傳送帶和料倉(cāng)之間，負(fù)責(zé)上、下料。圖8-21機(jī)器人上、下料在電路板生產(chǎn)流水線中，一般使用插裝機(jī)器人完成器件的查找、搬運(yùn)和裝配。圖8-17(e)所示就是插裝機(jī)器人的典型結(jié)構(gòu)，它主要有搬運(yùn)器件的手臂的擺動(dòng)和抓取插裝過程的上下運(yùn)動(dòng)兩個(gè)動(dòng)作。

3.其它領(lǐng)域

機(jī)器人在其它領(lǐng)域的應(yīng)用也非常廣泛，如工業(yè)機(jī)器人可以取代人去完成一些危險(xiǎn)環(huán)境中的作業(yè)(如放射線、火災(zāi)

、海洋、宇宙等)。例如，2004年1月4日，美國(guó)“勇氣”號(hào)火星探測(cè)機(jī)器人實(shí)現(xiàn)了人類登陸火星的夢(mèng)想，圖8-22為“勇氣”號(hào)的圖片。圖8-22“勇氣”號(hào)火星探測(cè)器8.5.1檢測(cè)與監(jiān)控原理

在自動(dòng)化制造系統(tǒng)的加工過程中，為了保證加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和加工過程進(jìn)行檢測(cè)與監(jiān)控(如圖8-23所示)。運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)監(jiān)控功能主要是檢測(cè)

與收集自動(dòng)化制造系統(tǒng)各基本組成部分與系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)的信息，把這些信息處理后傳送給監(jiān)控計(jì)算機(jī)，對(duì)異常情況作出相應(yīng)處理，保證系統(tǒng)正常運(yùn)行。加工過程檢測(cè)與監(jiān)控功

能主要是對(duì)零件加工精度的檢測(cè)和對(duì)加工過程中刀具的磨損和破損情況的檢測(cè)與監(jiān)控。8.5檢測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)圖8-23檢測(cè)與監(jiān)控系統(tǒng)的組成

1.運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)與監(jiān)控

自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，需要檢測(cè)與監(jiān)控的運(yùn)行狀態(tài)通常包括：

(1)刀具信息。刀具信息包括以下內(nèi)容：刀具是否損壞；刀具屬于哪臺(tái)機(jī)床；刀具型號(hào)；損壞的形式；有無備用刀具；是否已處理；刀具使用情況統(tǒng)計(jì)等。

(2)機(jī)床狀態(tài)信息。機(jī)床狀態(tài)信息包括以下內(nèi)容：機(jī)床是否在正常使用；機(jī)床主軸的工作情況；機(jī)床工作臺(tái)的工作情況；換刀機(jī)構(gòu)的工作情況；影響加工質(zhì)量的振動(dòng)情況；主要繼電器的情況；停機(jī)時(shí)間等。

(3)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息。系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)信息包括以下內(nèi)容：小車的位置狀態(tài)；小車空閑情況；托盤位置；托盤

空閑情況；托盤站空閑情況；工件的位置；機(jī)器人的工作狀態(tài)；清洗站是否有工件；中央刀具庫(kù)中刀具的情況等。(4)在線尺寸測(cè)量信息。在線尺寸測(cè)量信息包括以下內(nèi)容：合格信息；不合格信息(包括可返工、報(bào)廢、尺寸變化趨勢(shì)、工件質(zhì)量綜合信息等)。

(5)系統(tǒng)安全情況信息。系統(tǒng)安全情況信息包括以下內(nèi)容：電網(wǎng)電壓情況；火災(zāi)情況；溫度情況；濕度情況；人員情況等。

(6)仿真信息。仿真信息包括以下內(nèi)容：零件的數(shù)控程序是否準(zhǔn)確；有無碰撞干涉情況；仿真綜合結(jié)果情況等。

2.工件尺寸精度檢測(cè)方法

工件尺寸精度是直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，因此在許多自動(dòng)化制造系統(tǒng)中都采用測(cè)量工件尺寸的方法來保證產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

(1)直接測(cè)量與間接測(cè)量。直接測(cè)量的測(cè)得值及其測(cè)量誤差直接反映被測(cè)對(duì)象及測(cè)量誤差(如工件的尺寸大小及其測(cè)量誤差)。在某些情況下，由于測(cè)量對(duì)象的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)或測(cè)量

條件的限制，采用直接測(cè)量有困難，只能通過測(cè)量另外一個(gè)與它有一定關(guān)系的量來得到所需的測(cè)量值(如通過測(cè)量刀架位移量控制工件尺寸)，這稱為間接測(cè)量。

(2)接觸測(cè)量和非接觸測(cè)量。測(cè)量器具的量頭直接與被測(cè)對(duì)象的表面接觸，量頭的移動(dòng)量直接反映被測(cè)參數(shù)的變化，這稱為接觸測(cè)量。量頭不直接與工件接觸，而借助電磁感應(yīng)、光束、氣壓或放射性同位素射線等強(qiáng)度的變化來反映被測(cè)參數(shù)的變化，這稱為非接觸測(cè)量。

由于非接觸測(cè)量方式的量頭不與測(cè)量對(duì)象發(fā)生磨損或產(chǎn)生過大的測(cè)量力，因而有利于在對(duì)象的運(yùn)動(dòng)過程中測(cè)量和提高測(cè)量精度，故在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，非接觸測(cè)量方式的自動(dòng)檢測(cè)和監(jiān)控方法具有明顯的優(yōu)越性。

(3)在線測(cè)量和離線測(cè)量。在加工過程或加工系統(tǒng)運(yùn)行過程中對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行檢測(cè)稱為在線檢測(cè)或在線檢驗(yàn)。有時(shí)還對(duì)測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，然后通過反饋控制系統(tǒng)調(diào)整加工過程以確保加工質(zhì)量。如果在被測(cè)加工對(duì)象加工后脫離加工系統(tǒng)再進(jìn)行檢測(cè)，即為離線測(cè)量。離線測(cè)量的結(jié)果往往要通過人工干預(yù)才能輸入控制系統(tǒng)用以調(diào)整加工過程。在線測(cè)量又可分為工序間(循環(huán)內(nèi))檢測(cè)和最終工序檢測(cè)。工序間檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)加工精度的在線檢測(cè)及實(shí)時(shí)補(bǔ)償，而最終工序檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的最終檢驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析。

3.刀具磨損和破損的檢測(cè)方法

(1)刀具、工件尺寸及相對(duì)距離測(cè)定法。測(cè)量刀具和工件尺寸一般采用接觸式測(cè)頭，測(cè)頭的安裝方式有兩種：一種是安裝在機(jī)床床身上測(cè)量刀具的尺寸，稱為刀具測(cè)頭；一種是相當(dāng)于一個(gè)特殊刀具，安裝在機(jī)床主軸或刀架上測(cè)量工件的尺寸，稱為工件測(cè)頭。通過在線測(cè)量刀具的位移量和工件新表面的位移量確定刀具的磨損量。

(2)放射線法。在刀刃的磨損部分滲入部分同位素，通過測(cè)量同位素的輻射量的大小來確定刀具的磨損量(或破損量)。

(3)電阻法。其基本原理是：隨著刀具磨損量的增加，刀具與工件的接觸面增大，因而刀具與工件之間的接觸電阻減少；或把一種精密的電阻材料均勻地涂在刀具的后表面上，隨著磨損量的增加，電阻材料不斷減少，電阻逐漸下降。

(4)光學(xué)圖像法。光學(xué)圖像法利用磨損區(qū)比未磨損區(qū)具有更強(qiáng)的光發(fā)射能力的原理，把一束強(qiáng)光照射在后刀面上，根據(jù)發(fā)射光的強(qiáng)度來判定刀具的使用情況。

(5)切削力法。測(cè)力儀的安裝根據(jù)加工條件而定。一般情況下，在車床上將測(cè)力儀安裝在刀架或刀桿上；在銑床、鉆床等機(jī)床上，則將其安裝在工作臺(tái)上。利用切削力監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)有多種實(shí)施方案，利用主切削力FX,FY之比FX/FY或FY/FX及其變化率d(FY/FX)/dt

綜合地監(jiān)測(cè)刀具的磨損和破損。此外，還可用機(jī)床的主軸扭矩和軸承力來監(jiān)測(cè)刀具的切削狀態(tài)。

(6)切削溫度法。測(cè)量切削溫度主要有三種方法：熱化學(xué)反應(yīng)法、磁輻射法、熱電勢(shì)法。應(yīng)用較多的是熱電勢(shì)法，它以熱電偶作為測(cè)量元件，把熱電偶嵌入刀具中可以測(cè)量切削溫度，以監(jiān)測(cè)刀具的磨損。切削溫度法不適用于斷續(xù)切削的情況，且不能用來監(jiān)測(cè)刀具的破損。

(7)切削功率法。磨損刀具消耗的功率比鋒利刀具大，切削功率(主電動(dòng)機(jī)功率、進(jìn)給電動(dòng)機(jī)功率)反映了切削力的大小。功率的測(cè)量可以采用交流互感器、直流互感器、霍耳

功率計(jì)、分流分壓器等。功率法的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)獲取簡(jiǎn)單、可靠，傳感器便于安裝，便于在生產(chǎn)中推廣；但功率信號(hào)中的刀具磨損及破損信息較弱，靈敏度低。

(8)振動(dòng)法。將加速度傳感器安裝在機(jī)床工作臺(tái)或刀架上，測(cè)量機(jī)床的振動(dòng)信號(hào)，然后對(duì)其進(jìn)行時(shí)域和頻域分析，得出刀具的狀態(tài)信息。

(9)噪聲分析法。測(cè)量并分析機(jī)床的噪聲信號(hào)可以監(jiān)測(cè)刀具的狀態(tài)。一般來說，利用噪聲信號(hào)中某一頻段的能量來監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)更為有效，但此方法受環(huán)境干擾大。

(10)聲發(fā)射法。在材料發(fā)生塑性變形或破裂時(shí)，會(huì)釋放出瞬時(shí)的彈性能，并以超聲頻率的聲脈沖波強(qiáng)度變化形式表現(xiàn)出來。聲發(fā)射信號(hào)的頻率范圍為幾萬赫茲到幾十萬赫茲，當(dāng)?shù)毒卟畈欢嗥茡p時(shí)，聲發(fā)射強(qiáng)度增加到正常值的3～7倍。

(11)加工表面粗糙度法。在切削過程中，當(dāng)加工表面的表面粗糙度超差時(shí)，就認(rèn)為刀具已不能再使用。表面粗糙度的測(cè)量可以采用光干涉法和接觸探針法。

目前，各國(guó)對(duì)刀具的磨損和破損的監(jiān)測(cè)仍處于研究階段，實(shí)用的商品還比較少。普遍認(rèn)為有發(fā)展前景的監(jiān)測(cè)方法有：切削力(扭矩)法、振動(dòng)法、功率(電流)法和聲發(fā)射法

等。8.5.2檢測(cè)與監(jiān)控應(yīng)用舉例

例8-1

加工中心(MC)需檢測(cè)的運(yùn)行狀態(tài)信息。

MC需檢測(cè)的運(yùn)行狀態(tài)信息如下：

(1)環(huán)境參數(shù)及安全檢測(cè)。環(huán)境參數(shù)檢測(cè)是指檢測(cè)加工前后及加工過程中的生產(chǎn)環(huán)境(包括溫度、濕度、油壓、電壓等)是否滿足加工的要求；安全檢測(cè)主要檢測(cè)火災(zāi)、觸電和

生產(chǎn)過程中是否有非法物進(jìn)入生產(chǎn)環(huán)節(jié)。

(2)刀庫(kù)狀態(tài)檢測(cè)。刀庫(kù)狀態(tài)檢測(cè)主要檢測(cè)刀庫(kù)中刀具的位置、類別、型號(hào)是否準(zhǔn)確。

(3)機(jī)床負(fù)載檢測(cè)。機(jī)床負(fù)載檢測(cè)主要檢測(cè)機(jī)床的主軸負(fù)載和進(jìn)給負(fù)載，以防機(jī)床過載而損壞工件、刀具和機(jī)床系統(tǒng)。

(4)換刀機(jī)構(gòu)檢測(cè)。換刀機(jī)構(gòu)檢測(cè)主要檢測(cè)換刀機(jī)構(gòu)的動(dòng)作是否正確。

(5)交換工作臺(tái)檢測(cè)。交換工作臺(tái)檢測(cè)主要檢測(cè)工作臺(tái)的交換動(dòng)作是否完成，工作臺(tái)上的工件是否夾緊。

(6)工作臺(tái)振動(dòng)檢測(cè)。工作臺(tái)振動(dòng)檢測(cè)主要檢測(cè)加工過程中機(jī)床工作臺(tái)的振動(dòng)大小，

它直接影響工件的質(zhì)量，是機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)的重要標(biāo)志之一。(7)冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)檢測(cè)。冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)檢測(cè)主要檢測(cè)機(jī)床的冷卻與潤(rùn)滑系統(tǒng)，使機(jī)床的運(yùn)動(dòng)部件處于良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，并使機(jī)床不致過熱而影響加工精度。

(8)CNC/PC系統(tǒng)檢測(cè)。一般數(shù)控機(jī)床、加工中心的控制器均有自診斷功能，將這些功能進(jìn)行集成就可以檢測(cè)CNC／PC系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。圖8-24切削力圖

例8-2

切削力法刀具磨損和破損的檢測(cè)與監(jiān)控。切削力的變化能直接反映刀具的磨損情況，圖8-24中Ⅰ和Ⅱ所示是切削力的變化過程，曲線Ⅰ表示的是鋒利的刀具，曲線Ⅱ表示的是磨鈍了的刀具。切削力的差異ΔF是反映刀具實(shí)際磨損的標(biāo)志。如果Ⅰ切削力突然上升或突然下降，可能預(yù)示刀具的折斷。

圖8-25所示為根據(jù)切削力的變化判別刀具磨損和破損的系統(tǒng)原理圖。當(dāng)?shù)毒咴谇邢鬟^程中磨損時(shí)，切削力會(huì)增大；如果刀具崩刃或斷裂，切削力會(huì)劇減。在系統(tǒng)中，工件加工余量的不均勻等因素也會(huì)引起切削力的變化，為了避免誤判，取切削分力的比值和比值的變化率作為判別的特征量，即在線測(cè)量三個(gè)切削分力FX、FY和FZ

的相應(yīng)電信號(hào)，經(jīng)放大后輸入除法器，得到分力比FX/FZ和FY/FZ，再輸入微分器得到d(FX/FZ)/dt和d(FY/FZ)/dt。將這些數(shù)據(jù)再輸入相應(yīng)的比較器中，與設(shè)定值進(jìn)行比較。這個(gè)設(shè)定值是經(jīng)過一系列試驗(yàn)后得出的，說明刀具尚能正常工作或已磨損(破損)的閾值。當(dāng)各參量超過設(shè)定值時(shí)，比較器輸出高電平信號(hào)，這些信號(hào)輸入由邏輯電路構(gòu)成的判別器中，判別器根據(jù)輸入電平值的高低可得出是否磨損或破損的結(jié)論。測(cè)力傳感器(例如應(yīng)變片)安放在刀桿上測(cè)量效果最好，但由于刀具經(jīng)常需要更換，因而在結(jié)構(gòu)上難以實(shí)現(xiàn)。因此，將測(cè)力傳感器安放在主軸前端的軸承外圈上，一方面不受換刀的影響；另一方面此處離刀具切削工件處較近，對(duì)直接監(jiān)測(cè)切削力的變化比較敏感，測(cè)量過程是連續(xù)的。這種檢測(cè)方法實(shí)時(shí)性較好，具有一定的抗干擾能力，但需要通過實(shí)驗(yàn)確定刀具磨損及破損的閾值。

圖8-25用切削力檢測(cè)刀具狀態(tài)原理圖

例8-3

聲發(fā)射法檢測(cè)刀具。

固體在產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈形波形釋放出變形能的現(xiàn)象稱