02211自動化制造系統考點復習整理

第一章

概論

二、考核要求

1.識記：

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有關自動化的基本概念：

指設計一種控制設備來取代人力操作機械的動作，以達到各種機械自動、半自動運行的目的，是機械化得高級階段。

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機械制造自動化系統各組成部分的基本功能：

加工系統

即能完成工件的切削加工、排屑、清洗和測量的自動化設備與裝置

工件支撐系統

即能完成工件輸送、搬運以及存儲功能的工件供給裝置

刀具支撐系統

即包括刀具的裝配、輸送、交換和存儲裝置以及刀具的預調和管理系統

控制與管理系統

即對制造過程的監控、檢測、協調與管理

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按設備分類的各種機械制造自動化系統的特點和適用范圍：

1)

剛性半自動化單機

特點：是一種除上下料外可以自動地完成單個工藝過程加工循環的機床。

適用范圍：適用于產品品種變化范圍和生產批量都較大的制造系統。缺點是調整工作量大，加工質量較差，工人的勞動強度也大。

2)

剛性自動化單機

特點：在剛性半自動化單機的基礎上增加自動上下料裝置而形成的自動化機床。實現的也是單個工藝過程的全部加工循環。

適用范圍：這種機床往往需要定制或改裝，常用于品種變化很小，但生產批量特別大的場合。投資少、見效快，但通用性差。

3)

剛性自動線（剛性自動化生產線）

特點：是用工件輸送系統將各種剛性自動化加工設備和輔助設備按一定的順序連接起來，在控制系統的作用下完成單個零件加工的復雜大系統。

適用范圍：

在剛性自動線上，被加工零件以一定的生產節拍，順序通過各個工作位置，自動完成零件預定的全部加工過程和部分檢測過程。具有很高的自動化程度，具有統一的控制系統和嚴格的生產節奏。

4)

剛性綜合自動化系統

特點：剛性自動線只能完成單個零件的所有相同工序（如切削加工工序），對于其它自動化制造內容如熱處理、鍛壓、焊接、裝配、檢驗、噴漆甚至包裝卻不可能全部包括在內。包括上述內容的復雜大系統稱為剛性綜合自動化系統。

適用范圍：它常用于產品比較單一，但工序內容多，加工批量特別大的零部件的自動化制造。其結構復雜，投資強度大，建線周期長，更換產品困難，但生產效率極高，加工質量穩定，工人勞動強度低。

5)

數控機床

特點：數控機床用來完成零件一個工序的自動化循環加工。按照事先編好的程序，自動控制機床各部分的運動，而且還能控制選刀、換刀、測量、潤滑、冷卻等工作。

適用范圍：適用于加工精度較高，且重復性好的場合。

6)

加工中心

特點：加工中心（MC）是在一般數控機床的基礎上增加刀庫和自動換刀裝置而形成的一類更復雜但用途更廣、效率更高的數控機床。由于具有刀庫和自動換刀裝置，就可以在一臺機床上完成車、銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋、輪廓加工等多個工序的加工。

適用范圍：加工中心機床具有工序集中、可以有效縮短調整時間和搬運時間、減少在制品庫存、加工質量高等優點。

7)

柔性制造單元

特點：柔性制造單元（FMC）是一種由1～3臺計算機數控機床或加工中心所組成，單元中配備有某種形式的托盤交換裝置或工業機器人，由單元計算機進行程序編制及分配、負荷平衡和作業計劃控制的小型化柔性制造系統。

適用范圍：柔性制造單元常用于品種變化不是很大、生產批量中等的生產規模中。優點是：占地面積較小，系統結構不很復雜，成本較低，投資較小，可靠性較高，使用及維護均較簡單。

8)

柔性制造系統

組成：兩臺以上的數控加工設備、一個自動化的物料及刀具儲運系統、若干臺輔助設備（如清洗機、測量機、排屑裝置、冷卻潤滑裝置等）和一個由多級計算機組成的控制和管理系統。內部包括兩類不同性質的運動，一類是系統的信息流，一類是系統的物料流，物料流受信息流的控制。

適用范圍：一般情況下，柔性制造系統適用于品種變化不大，批量在200～2500件的中等批量生產。

2.領會：

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機械制造系統的不同特性：

1)

制造系統的結構方面

制造系統是制造過程所涉及的硬件（包括人員、設備、物料流、各種輔助裝置等）及相關軟件（包括制造理論、制造技術和制造信息等）組成的一個統一整體。

2)

制造系統的功能方面

制造系統是一個將制造資源（原材料、能源、勞動力等）轉變為成品或半成品的輸入輸出系統。

3)

制造系統的過程方面

制造系統是制造生產的運行過程，包括市場分析、產品設計、工藝編制、制造實施、檢驗出廠、產品銷售等多個環節的制造全過程。

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機械制造系統中“三流”的概念：

1)

物料流

機械加工系統輸入的是原材料或坯料或半成品以及相應的刀具、量具、夾具、潤滑油、切削液等輔助物料，經過輸送、裝夾、加工檢驗等過程，最后輸出半成品或產品及切屑。整個加工過程（含加工準備階段）是物料輸入和輸出的動態過程，這種物料在機械加工系統中的運動被稱為物料流。

2)

信息流

在機械加工系統中，必須集成各個方面的信息，以保證機械加工過程的正常進行。這些信息主要包括加工任務、加工工序、加工方法、刀具狀態、工件要求、質量指標、切削參數等等。這些信息又可分為靜態信息（如工件尺寸要求、公差大小等）和動態信息（如刀具磨損程度、機床故障狀態等），所有這些信息構成了機械加工過程的信息系統。這個系統不斷地與機械加工過程的各種狀態進行信息交換，從而有效地控制機械加工過程，以保證機械加工的效率和產品質量。這種信息在機械加工系統中的作用過程稱為信息流。

3)

能量流

機械加工系統是一個動態系統，運動過程中的所有運動，特別是物料的運動，均需要能量來維持。來自機械加工系統外部的能量（一般是電能），多數轉變為機械能。一部分機械能用以維持系統中的各種運動，另一部分通過傳遞、損耗而達到機械加工的切削區域，轉變為分離金屬的動能和勢能。這種在機械加工過程中的能量運動稱為能量流。

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制造技術的信息化對自動化發展的作用：

制造技術的信息化帶動了自動化的發展，改變了傳統制造自動化的概念，使得產品生命周期明顯縮短、產品品種日益增多、產品成本結構發生變化、產品交貨期不斷縮短。

第二章

自動化控制方法與技術

二、考核要求

1.識記：

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自動控制的構成、基本要求、方式

構成：包括實現自動控制功能的裝置及其控制對象，通常由指令存儲裝置、指令控制裝置、執行機構、傳遞及轉換裝置等部分構成。

基本要求：應能保證各執行機構的使用性能、加工質量、生產效率及工作可靠性

1)

應保證各執行機構的動作或整個加工過程能夠自動進行。

2)

為便于調試和維護，各單機應具有相對獨立的自動控制裝置，同時還應便于和總控制系統相匹配。

3)

柔性加工設備的自動控制系統要和加工品種的變化相適應。

4)

自動控制系統應力求簡單可靠。

5)

能夠適應工作環境的變化，具有一定的抗干擾能力。

6)

應設置反映各執行機構工作狀態的信號及報警裝置。

7)

裝調試、維護修理方便。

8)

控制裝置及管線布置要安全合理，整齊美觀。

9)

自動控制方式要與工廠的技術水平、管理水平、經濟效益及工廠近期生產發展趨勢相適應。

方式：

1)

開環控制方式

系統的輸出量對系統的控制作用沒有影響的控制方式。指令的程序和特征是預先設計好的，不因被控制對象實際執行指令的情況而改變。此種控制方式比較簡單，在機械加工設備中廣為使用。

2)

閉環控制方式

系統的輸出信號對系統的控制作用具有直接影響的控制方式。利用反饋裝置將輸出和輸入兩端相連，并利用反饋裝置來減少系統誤差。此種系統控制精度高，但比較復雜。

3)

分散控制方式

又稱行程控制或繼動控制，指令存儲和控制裝置按一定程序分散布置，當前一機構完成了預定的動作以后，發出完成信號，并利用這一信號引發下一機構動作，如此繼續下去，直到完成預定的全部動作。優點是實現自動循環的方法簡單，電氣元件通用性強。分散控制系統本身具有一定的互鎖性，但當順序動作較多時，自動循環的時間會增加，這對提高生產效率不利。

4)

集中控制方式

具有一個中央指令存儲和指令控制裝置，并按時間順序連續或間隔地發出各種控制指令的控制系統。優點：所有指令存儲和控制裝置都集中在一起，控制鏈又短又簡單，這樣，控制系統就比較簡單，調整也比較方便。停止指令由執行部件移動到一定位置時壓下限位開關而發出。避免某一部件發生故障，其他部件繼續運動與之發生碰撞或干涉。

5)

程序控制方式

按照預定的程序來控制各執行機構使之自動進行工作循環的系統。又分為：固定程序控制系統（系統的程序是固定不變的，適合大批量的生產的專用設備）、可變程序控制系統（程序在一定范圍內改變，以適合加工品種的變化，適用于多品種輪番生產）

6)

數字控制方式

采用數控裝置，以二進制碼形式編制加工程序，控制各工作不見得動作順序、速度、位移量及各種輔助功能的控制系統，簡稱“數控”。適用于加工零件的表面形狀復雜、品種經常改變的單件或小批量生產

7)

計算機控制方式

用電子計算機作為控制裝置，實現自動控制的系統，計算機控制能達到一般電子裝置所不能達到的控制效果，實現各種優化控制。計算機不僅能夠控制一臺設備、一條生產線，還能控制一個車間、一個工廠。

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機械、液壓、氣動、電氣和計算機控制的基本概念：

機械傳動控制：一般傳遞的動力和信號都是機械連接的，所以在高速時，可以實現準確的傳遞與信號處理，并且還可以重復兩個動作。控制元件同時又是驅動元件。

液壓控制：利用液體工作介質的壓力勢能實現能量的傳遞及控制的。作為動力傳遞，因壓力較高，所以用小的執行機構可以輸出較大的力，并且使用壓力控制閥可以很容易地改變它的輸出力。

氣動控制：以壓縮空氣為工作介質進行能量和信號傳遞的工程技術，是實現各種生產和自動控制的重要手段之一。優點：具有經濟、安全、可靠、便于操作等特點，改善勞動條件、提高勞動生產率和產品質量。

電氣控制：通過執行預定的控制程序，使生產設備實現規定的動作和目標，以達到正確和安全的自動工作的目的計算機控制：

1)

普通數控機床的控制：采用專用計算機，以數碼的形式編制加工程序，控制機床各運動部件的動作順序、速度、位移量及各種輔助功能。

2)

加工中心的控制：多采用小型計算機控制，能夠實現同族零件的自動加工，變換品種方便。

3)

計算機數控：在數控裝置中引入一臺小型通用計算機，具有適應性強、工藝過程控制系統和管理信息系統能密切配合、操作方便等優點

4)

計算機群控：

間接式群控系統：用數字通信傳輸線路將數控系統和群控計算機直接連接起來，取代了紙帶輸入機，數控裝置硬件線路的功能沒有被計算機軟件取代。

直接式群控系統：由計算機代替硬件數控裝置的部分或全部功能，幾臺乃至幾十臺數控機床或其他數控設備接受從遠處中心計算機的遙控指令，通過傳輸線以聯機、實時、分時的方式送到機床控制器實現對機床的控制。

5)

適應控制：系統本身能夠隨著環境條件和結構不可預計的變化，自行調整或修改系統變量，這種本身具有適應能力的控制系統，稱為適應控制系統。

2.領會：

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各種自動化控制方式的優缺點及比較（見上）

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典型控制技術中步進電動機和交流伺服電動機的控制原理與工作特點

1)

步進電動機：將電脈沖信號轉換成相應的角位移或線位移的離散值控制電動機，每當輸入一個電脈沖就動一步。優點：沒有累計誤差，結構簡單，使用維修方便，制造成本低，適用于中小型機床和速度精度要求不高的地方；缺點是效率較低、發熱大，有時會失步

2)

交流伺服電動機：電機內部是永磁鐵，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作用下轉動，同時電機自帶的編碼器反饋信號給驅動器，驅動器根據反饋值與目標值進行比較，調整轉子轉動的角度。其精度取決于編碼器的精度。特點：無電刷和換向器，工作可靠，對維護和保養要求低；定子繞組散熱比較方便；慣量小，易于提高系統的快速性，適應于高速大扭矩工作狀態。

第三章

加工設備自動化

二、考核要求

1.識記：

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自動化加工設備的分類：

1)

全（半）自動單機：分為單軸和多軸，利用多種形式的全（半）自動單機固有的和特有的性能來完成各種零件和各種工序的加工，是實現加工過程自動化普遍采用的方法。

2)

組合機床：以通用部件為基礎，配以少量按加工件特定形狀和加工工藝設計的專用部件和夾具而組成的機床

3)

自動線（TL）：由工件傳輸系統和控制系統將一組自動機床和輔助設備按工藝順序連接起來，可自動完成產品的全部或部分加工過程的生產系統。

4)

一般數控機床（NC）：用數字代碼形式的程序控制機床，按指定的工作程序、運動速度、軌跡進行自動加工的機床。

5)

加工中心（MC）：更高形式的數控機床，其具有刀庫和自動換刀機構、回轉工作臺、交換工作臺等。

6)

柔性制造單元（FMC）：由1~3臺數控機床和物料傳輸裝置組成，單元內設有刀具庫、工件存儲站、單元控制系統。機床可自動裝卸工件、更換刀具、檢測工件的加工精度和刀具磨損的情況，適用于中小批量生產。

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數控技術在單機工作自動化中的地位與作用：數控技術的出現是制造自動化技術發展史上一個里程碑，它對多品種、小批量生產的自動化意義重大，幾乎是目前經濟性實現小批量生產自動化的唯一實用技術。

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沖壓自動化過程的實現：根據產品結構、生產條件、加工方式等情況采取不同的方式，一般有在通用壓力機上使用自動沖模、通用自動沖壓壓力機、專用自動沖壓壓力機以及沖壓自動線等幾種。沖壓件品種單一時，用自動沖模實現沖壓自動化較為適宜；品種較多時，在通用自動壓力機上用普通沖模自動化生產比較合理；批量很大時，要考慮以專用自動壓力機代替通用壓力機的可能性；大型沖壓件的自動化生產，往往以自動線的形式出現。

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自動線的種類、組成、連線方式與布局：是一組用運輸機構聯系起來的由多臺自動機床（或工位）、工件存放裝置以及統一自動控制裝置等組成的自動加工機器系統。在自動線的工作過程中，工件以一定的生產節拍，按照工藝順序自動地經過各個工位，不需要工人直接參與操作，自動地完成預定的加工內容。

1)

通用機床自動線

在通用機床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、磨削、銑削、拉削、切削齒輪和鉆削等

2)

組合機床自動線

是針對一個零件的全部加工要求和加工工序專門設計制成的由若干臺組合機床組成的自動生產線

3)

柔性自動線

為了適應多品種生產，原來由專用機床組成的自動線改用數控機床或由數控操作的組合機床組成柔性自動線。

2.領會：

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單機自動化的意義：單臺加工設備的自動化能較好地滿足零件加工過程中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多機床管理創造了條件，是建立自動生產線和過渡到全盤自動化的必要前提，是機械制造業更進一步向前發展的基礎。

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單機自動化中的機電一體化技術的應用和數控技術的應用：

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對幾種典型自動化設備特點與應用的了解：

一、車削自動化：包含多個單元動作的自動化和工作循環的自動化

1)

單軸自動車床：能按一定程序自動完成工作循環，主要用于棒料、盤料加工。

2)

數控車床：主要用于回轉體的加工，是數控機床中產量最大、用途最廣的一個品種。具有精度高、效率高、柔性大、可靠性好，工藝能力強等優點，并能按模塊化原則設計制造。

特點：A）數控車床的主軸轉速和進給速度高

B）數控車床具有高精度。

C）數控車床能實現多種工序復合的全部加工

D）數控車床具有高柔性

3)

車削中心：與數控臥式車床的區別在于：車削中心的轉塔刀架上帶有能使刀具旋轉的動力刀座，主軸具有按輪廓成形要求連續回轉（不等速回轉）運動和進行連續精確分度的C

軸功能，并能與X軸或Z軸聯動，數控臥式車床則無這些特點。除具有數控車床的特點，還可以在此基礎上發展出車磨中心、車銑中心等多工序復合加工的機床，有的還可以完成數控激光加工。當車削中心的主軸具有C

軸功能時，主軸便能夠進行分度、定向，配合轉塔刀架的動力刀座，則幾乎所有的加工都可在一次裝夾中完成。

二、鉆銑削加工自動化

鉆削自動化大部分都是在各類普通鉆床的基礎上，配備點位數控系統來實現的。

鉆削加工中心以鉆削為主，可完成鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔、攻螺紋等加工，還兼有輕載荷銑削、鏜削功能。

數控銑床、仿形銑床的出現，提高了銑床的加工精度和自動化程度，使復雜型面加工自動化成為可能。特別是數控技術的應用擴大了銑床的加工范圍，提高了銑床的自動化程度。除能加工平面、溝槽、輪齒、螺紋、花鍵軸等外，還可加工比較復雜的型面。

三、組合機床

組合機床是一種按工件加工要求和加工過程設計和制造的專用機床。組合機床具有工序集中、生產率高、自動化程序較高、造價相對較低等優點；但也有專用性強、改裝不十分方便等缺點。

組合機床自動化水平主要是通過數控技術的應用來實現的，一種是工藝的需要；另一種是在多工序加工或多品種加工時，為了加速轉換和調整而采用數控。

四、加工中心：備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序集中加工的數控機床。

特點：1）適用范圍廣：適用于多品種、中小批量生產中相對復雜、精密零件的多工序集中加工。完成通用機床上難以加工的特殊零件的加工，一次裝夾可完成鉆、擴、鉸孔，攻螺紋，銑削等加工

2）

加工精度高：實現加工自動化，避免人為失誤；多工序集中加工，減少工件安裝次數

3）

生產率高：具有自動換刀的功能，實現多工序集中加工，停機時間短，減少工序周轉時間，工件生產周期明顯縮短。

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柔性加工自動化的基本原理與方式：

FTL的工藝基礎是成組技術。按照成組加工對象確定工藝過程，選擇適宜的數控加工設備和物料儲運系統組成FTL。三部分構成：①數控機床、專用機床及組合機床；②托板（工件）輸送系統；③控制系統。

第四章

物料供輸自動化

二、考核要求

1.識記：

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物流及物流系統的基本概念、功用與組成：

物流是物料的流動過程，按性質分：工件流（原材料、半成品、成品）、工具流（刀具、夾具）、配套流（托盤、輔助材料、備件）

物流系統是指：工件流、工具流、配套流的移動與存儲。作用：將制造系統中的物料及時地輸送到有關設備或倉儲設施處，主要完成物料的存儲、輸送、裝卸、管理等功能。

物料系統的組成：

1）

單機自動供料裝置：完成單機自動上下料任務

2）

自動線輸送任務：完成自動線上物料輸送任務

3）

FMS物流系統：完成FMS物料的傳輸

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單機自動供料方式、主要組成部件和工件的定向方法：

自動供料裝置組成：儲料器（一般設計成料倉式或料斗式）、輸料槽（由工件的輸送方式<靠自重或強制輸送>和工件的形狀，輸料槽有許多結構形式，靠工件自重輸送的自流式輸料槽結構簡單，但可靠性較差；半自流式或強制運動式輸料槽可靠性高）、定向定位裝置、上料器（供料和隔料機構的功用是定時地把工件逐個輸送到機床加工位置，設計為一體）

供料方式：儲料器儲存一定數量的工件，根據加工設備的需求自動輸出工件，經輸料槽和定向定位裝置傳送到指定位置，再由上料器將工件送入機床加工位置。

定向方法：料倉式儲料器需人工將工件按一定方向擺放在倉內，料斗式儲料器只需將工件倒入料斗，由料斗自動完成定向，有些外形復雜的工件，不可能在料斗內一次定向完成，因此需在料斗外的輸料槽中進行二次定向。

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不同自動線物流的輸送形式、輸送裝置、轉位裝置的作用和功能特點:

自動線是指按加工工藝排列的若干臺加工設備及其輔助設備，并用自動輸送系統聯系起來的自動生產線。在自動線上，工件以一定的生產節拍，按工藝順序自動地通過各個工作位置，完成預定的工藝過程。

1)

帶式輸送系統是一種利用連續運動且具有撓性的輸送帶來輸送物料的輸送系統。帶式輸送系統主要輸送散狀物料，但也能輸送單件質量不大的工件。主要有輸送帶、驅動裝置、傳動滾筒、托輥、張緊裝置等組成。

2)

鏈式輸送系統由鏈條、鏈輪、電動機、減速器、聯軸器等組成，鏈式傳動系統中物料一般通過鏈條上的附件帶動前進。

3)

步伐式傳送帶有棘爪式、擺桿式等多種形式。它能完成向前輸送和向后退回的往復動作,實現工件單向輸送。

4)

輥子輸送系統是利用輥子的轉動來輸送工件的輸送系統，分為無動力輥子輸送系統和動力輥子輸送系統。無動力輥子輸送系統依靠工件的自重或人的推力使工件向前輸送。動力輥子輸送系統由驅動裝置通過齒輪、鏈輪、或帶傳動使輥子轉動，依靠輥子與工件之間的摩擦力實現工件的輸送

5)

懸掛輸送系統適用于車間內成件物料的空中輸送。懸掛輸送系統節省空間，更容易實現整個工藝流程的自動化。分通用懸掛輸送系統和積放式懸掛輸送系統。

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柔性物流系統的意義、柔性物流輸送方式與組成：

物流輸送系統是為FMS服務的，它決定著FMS的布局和運行方式，其整體布局比較復雜。主要由：

1）直線型輸送形式：適用于按照規定從一個工作站到下一個的工件運輸，輸送設備做直線運動，在輸送線兩側布置加工設備和裝卸站。其內存儲量小，常需配合中央倉庫及緩沖站。

2）環型輸送形式：加工設備布置在封閉的環形輸送線的內外側，輸送線上可采用各類連續輸送機、輸送小車等設備。在環線上，還可增加若干條支線，作存儲或改變輸送線路之用，其內存儲量大，可不設置中央倉庫。環形輸送形式便于實現隨機存儲，具有非常好餓靈活性，應用廣泛。

3）網絡型輸送形式：輸送設備通常采用自動導向小車，其導向線路埋設在地面下，輸送線路具有很大的柔性，故加工設備敞開性好，物料輸送靈活，在中小批量產品或新產品試制階段的FMS中應用越來越廣。網絡型輸送形式的線內存儲量小，一般需設置中央倉庫和托盤自動交換器

4）機器人為中心的輸送形式：以搬運機器人為中心，加工設備布置在機器人搬運范圍的圓周上，一般機器人配置了夾持回轉類零件的夾持器，因此它適用于加工各類回轉零件的FMS中。

2.領會：

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供料機構的基本要求，料倉、料斗的基本作用與結構類型：

基本要求：

1）供料時間應盡可能少，以縮短輔助時間和提高生產率

2）供料裝置結構盡可能簡單，供料穩定可靠

3）供料時避免大的沖擊，防止供料裝置損傷工件

4）供料裝置要有一定的適用范圍，以適應不同類型、不同尺寸的工件要求

5）滿足一些工件的特殊要求

基本作用：料倉或料斗一般用于儲存小型工件，并根據加工設備的需求自動輸出工件。

料倉分成自重式和外力作用式兩種結構；料斗上料裝置帶有定向機構，工件在料斗中自動完成定向

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有軌導向小車及隨行夾具返回裝置的作用和基本要求:

有軌導向小車(RGV)：依靠鋪設在地面上的軌道進行導向并運送工件的輸送系統。具有移動速度大，加速性能好，承載能力大的優點。缺點：RGV鋪設軌道不宜改動，柔性差，車間空間利用率低，噪聲高。

隨行夾具返回裝置：保證工件在各工位的定位精度或結構復雜無可靠運輸基面工件的傳輸。一般將工件先定位夾緊在隨行夾具上，工件和隨行夾具一起傳輸。這樣隨行夾具必須返回到原始位置。分上方返回、下方返回、水平返回。

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托盤及托盤交換器的功用：

托盤是工件與機床之間的硬件接口，因為在柔性物流系統中，工件一般用夾具定位加緊的，而夾具是被安裝的在托盤上的。

托盤交換器是FMS的加工設備與物料傳輸系統之間的橋梁與接口。不僅起到連接作用，還可暫存工件，起到防止系統阻塞的緩沖作用。

分：

回轉式托盤交換器：有兩位、四維、多位形式，多位托盤交換器可以存儲若干個工件，也稱緩沖工作站或托盤庫。兩位回轉式托盤交換器，有兩個工作位置，機床加工完畢后，交換器從機床移出裝有工件的托盤，旋轉180°，將沒有加工的工件托盤再送到機床的加工位置。

往復式托盤交換器：由一個托盤庫和一個托盤交換器組成，當機床加工完畢后，工作臺橫向移動至卸料位置，將裝有已加工工件的托盤移至托盤庫的空位上，然后工作臺橫向移至裝料位置，托盤交換器再將待加工工件移至工作臺上。起到小型中間儲料庫的作用，以補償隨機或非同步生產的節拍差異。

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自動導向小車（AGV）的特點及其結構原理：

定義：是一種由計算機控制的，按照一定程序自動完成運輸任務的運輸工具。

特點：1）較高的柔性

只要改變一下導向程序，就可以方便地改變、修改、擴充AGV的移動路線，與RGV相比，改造的工作量小得多

2）實時監視和控制

由于計算機能實時地對AGV進行監控，實現AGV與計算機的雙向通信。不管小車在何處或何種狀態，計算機都可以用調頻的方法通過發射器相任一特定的小車發出命令，只有頻率相同的小車才能響應，反之，小車也能向計算機發回自身狀態等信息

3）安全可靠

通常AGV備有微處理器控制系統，能與本區的其他控制器相連可以防止相互之間的碰撞，此外還有報警信號燈、揚聲器、急停按鈕等安全聯鎖裝置。

4）維護方便

AGV大多備有蓄電池狀況自動預報設施，當蓄電池的儲備能量降到需要再充電的規定值時，AGV會自動去充電站充電

按導向方式的不同可將AGV分為以下幾種類型：

1）

線導小車

利用電磁感應知道原理進行導向的，在行車路線的地面下埋設環形感應電纜來知道小車運動

2）

光導小車

利用光電指導原理進行導向的，在行車路線上涂上能反光的銀光線條，通過小車上的光敏傳感器接受反射光來制導小車運動

3）

遙控小車

以無線電發送接受設備來傳送控制命令和信息，活動范圍和行車路線基本不受限制，柔性較好

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自動化倉庫的作用、類型及其各組成部分特點：

作用：在整個FMS中，當物流系統線內存儲功能很小而要求有較多的存儲量時，或者要求無人化生產時，一般都設立自動化中央倉庫來解決物料的集中存儲問題。

平面倉庫：是一種貨架布置在輸送平面內的倉庫，它一般存儲大型工件。直線型平面倉庫，它的托盤存放站沿輸送線直線排列，有小車完成自動存取和輸送。環形儲料架組成的平面倉庫，儲料架作環形運動，因此可以在任一空位入庫存儲或根據控制指令選取工件出庫。

立體倉庫（高層貨架倉庫）：主要由：高層貨架、堆垛機、輸送小車、控制計算機、狀態檢測儀組成。物料存放在標準的料箱或托盤內，然后由巷道式堆垛機將料箱或托盤送入高層貨架的貨位上，并利用計算機實現對物料的自動存取和管理。

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柔性物流系統仿真的基本概念：

物流系統往往相當復雜，利用仿真技術對物流系統的運行情況進行模擬，提出系統的最佳配置。這樣，可為物流系統的設計提供科學決策，有助于保證設計質量，降低設計成本。同時也可提高物流系統的運行質量和經濟效益。

過程：

1）

建立仿真模型

2）

編程

3）

進行仿真實驗

4）

仿真結果處理

5）

總結

第五章

刀具自動化

二、考核要求

1.識記：

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自動化刀具的類型、特點及其選用原則

刀具自動化，就是加工設備在切削過程中自動完成選刀、換刀、對刀、走刀等工作過程

為了保證加工設備的自動化運行，自動化刀具需具有以下特點：

1)

刀具的切削性能必須穩定可靠，應具有高的耐用度和可靠性

2)

刀具應能可靠地斷屑或卷屑

3)

刀具應具有較高的精度

4)

刀具結構應保證其能快速或自動更換和調整

5)

刀具應配有其工作狀態的在線檢測與報警裝置

6)

應盡可能地采用標準化、系列化和通用化的刀具,以便于刀具的自動化管理

分為:標準刀具和專用刀具。在以自動生產線為代表的剛性自動化生產中，應盡可能提高刀具的專用化程度，以取得最佳的總體效益。而在以數控機床、加工中心為主體構成的柔性自動化加工系統中，為了提高加工的適應性，同時考慮到加工設備的刀庫容量有限，應盡量減少使用專用刀具，而選用通用標準刀具、刀具標準組合件或模塊式刀具。

選用原則如下：

1）

為了提高刀具的耐用度和可靠性，應盡量選用各種高性能、高效率、長壽命的刀具材料制成的刀具

2）

應選用機夾可轉位刀具的結構

3）

為了集中工序，提高生產率及保證加工精度，應盡可能采用復合刀具

4）

應盡量采用各種高效刀具

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自動化換刀系統的類型、組成與特點：

能夠自動地更換加工中所用刀具的裝置稱為自動換刀裝置，簡稱ATC

1）主軸與刀庫合為一體的自動換刀裝置

若干根主軸安裝在一個可以轉動的轉塔頭上，每根主軸對應一把可旋轉的刀具。

這種自動換刀裝置的刀庫與主軸合為一體，機床結構較為簡單，且由于省去了刀具在刀庫與主軸間的交換等一系列復雜的操作過程，從而縮短了換刀時間，并提高了換刀的可靠性。

2）主軸與刀庫分離的自動換刀裝置

這種換刀裝置配備有獨立的刀庫，因此又稱為帶刀庫的自動換刀裝置。它由刀庫、刀具交換裝置以及主軸等組成。獨立的刀庫可以存放數量較多的刀具，因而能夠適應復雜零件多工序加工，由于只有一根主軸，因此全部刀具都應具有統一的標準刀柄。主軸部件上有刀具的自動裝卸機構來保證刀具的自動更換。當需要某一刀具進行切削加工時，將該刀具自動地從刀庫交換到主軸上，切削完畢后將用過的刀具自動地從主軸取下放回刀庫

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排屑裝置類型：帶式排屑裝置、刮板式排屑裝置、螺旋排屑裝置

2.領會：

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加工設備采用輔具的必要性和基本要求

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自動化刀具裝夾機構與特點

為了充分發揮自動化加工設備應有的效率，必須要配備一套標準的裝夾機構。

比較完善的的工具系統主要有：

鏜銑類數控機床用工具系統（“TSG”系統）：有整體和模塊兩種不同的結構型式。整體式結構是每把工具的柄部與夾持工具的工作部分連成一體，因此不同品種和規格的工作部分都必須加工出一個能與機床連接的柄部，致使工具的規格、品種繁多，給生產、使用和管理都帶來不便；模塊式工具系統是把工具的柄部和工作部分分割開來，制成各種系列化的模塊，然后經過不同規格的中間模塊，可組裝成一套套不同規格的工具。這樣既便于制造、使用與保管，又能以最少工具庫存來滿足不同零件的加工要求。

車床類數控機床用工具系統（BTS系統）：車削加工的工具系統一般由機床刀架、快換刀夾及其基座和預調刀頭等組成。該系統刀夾分為非動力刀夾和動力刀夾（動力刀夾柄部與非動力刀夾刀柄部基本結構相同，但它通過柄部內軸傳遞動力驅動刀夾旋轉）

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自動化換刀系統運行機構的工作原理

1）

回轉刀架

常用于數控車床，是用轉塔頭各刀座來安裝或夾持各種不同用途的刀具，通過轉塔頭的旋轉分度來實現機床的自動換刀動作。它的形式一般有立軸式和臥軸式。

2）

通過主軸換刀

在如今的小型FMS中，通常利用機床主軸作為過渡裝置，將容納少量刀具（5-10把）的裝載刀架設計得便于主軸的抓取，先由刀具運載工具將該裝載刀架送到機床工作臺上，然后利用主軸和工作臺的相對移動，將刀具裝入機床主軸，再通過機床自身的自動換刀裝置，將刀具一個個地裝入機床刀庫。

3）

利用機械手換刀

換刀機械手因具有靈活性大、換刀時間短的特點，所以應用最為廣泛。換刀機械手按刀具夾持器的數量，又可分為單臂式機械手和雙臂式機械手。這些機械手能夠完成抓刀、拔刀、回轉、換刀以及返回等全部動作過程。

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切屑及切削液處理裝置的工作方式與特點：

切削液的凈化處理就是將它在工作中帶入的碎屑、砂輪粉末等雜質及時清除。常用的方法有過濾法和分離法。過濾法是使用多孔材料制成過濾器，以除去在工作中切削液產生的雜質。分離法是應用重力沉淀、慣性分離、磁性分離、渦旋分離等裝置，除去污液中的雜質。

1）

帶刮板式排屑裝置的處理裝置：這種方法適用于切削液沖洗切屑而在自動線上不使用任何排屑裝置的場合2）

負壓式紙帶過濾裝置：這種裝置不需要專門的真空泵就能自然形成負壓，是一種較好的切削液過濾凈化裝置

第六章

檢測過程自動化

二、考核要求

1.識記：

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檢測技術的基本要求

制造過程的檢測技術就是采用人工或自動的檢測手段，通過各種檢測工具或自動化檢測裝置，為控制加工過程、產品質量等提供必要的參數和數據。這些參數和數據可以是幾何的、工藝的或物理的。

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檢測裝置類型與主要的自動化檢測方法：

檢測裝置類型：用于工件的尺寸、形狀檢測、用于工件表面粗糙度檢測、用于刀具磨損或破損的監測、也有利用切削力、切削力矩、切削功率對刀具磨損進行檢測的測量裝置

自動化檢測方法：

優點：檢測時間短并可與加工時間重合，使生產率進一步提高；排除檢測中人為的觀測誤差和操作水平的影響；迅速及時地提供產品質量信息和有價值的數據，以便對加工系統中工藝參數及時進行調整，為加工過程的實時控制提供了條件。

1）

產品精度檢測（被動檢測）：在工件加工完成后，按驗收的技術條件進行驗收和分組。這種方法只能發現廢品，不能預防廢品的產生。對零件質量影響非常小。

2）

工藝過程精度檢測（主動檢測）：能預防廢品的產生，從工藝上保證所需的精度。檢測對象一般是加工設備和生產工藝過程。工藝過程精度檢測能根據檢測結果，比較最終工件的尺寸要求，并通過檢測裝置，自動地控制基礎加工過程，使之適應加工條件的變化，從而防止廢品的產生。

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加工尺寸的檢測方法：

1）

離線檢測：在自動化制造系統生產線以外進行檢測，其檢測周期長，難以及時反饋質量信息

2）

過程中檢測：這種檢測是在工序內部，即工步或走刀之間，利用機床上裝備的測頭檢測工件的幾何精度或標定工件零點和刀具尺寸。檢測結果直接輸入機床數控系統，修正機床運動參數，保證工件加工質量

3）

在線檢測：是利用坐標測量機綜合檢測經過加工后機械零件的幾何尺寸與形狀位置精度。

l

自動在線檢測及補償的基本概念：

補償：指在兩次換刀之間進行的刀具多次微量調整，以補償刀刃因磨損對工件加工尺寸帶來的影響。每次補償量的大小取決于工件的精度要求（尺寸公差帶的大小和刀具的磨損情況）。每次的補償量愈小，獲得的補償精度就愈高，工件尺寸的分散范圍愈小，l

刀具自動識別和自動測量的基本概念

自動識別：是指在加工過程中能在線識別出切削狀態（刀具磨損、破損、切屑纏繞以及切削顫振等）

自動測量：通過對刀具磨損量分類，建立在不同刀具磨損類別下的數學模型，用來描述電流與切削參數和刀具磨損狀態的關系。根據檢測電流對刀具磨損狀態進行分類，從而識別刀具磨損狀態。

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加工設備監控系統的組成、分類及故障診斷概念

組成：

信號監測：信號檢測是監控系統的首要一步，加工過程的許多狀態信號從不同角度反映加工狀態的變化

特征提取：是對檢測信號的進一步加工處理，從大量檢測信號中提取出與加工狀態變化相關的特征參數，目的在于提高信號的信噪比，增加系統的抗干擾能力。

狀態識別：實質上是通過建立合理的識別模型，根據所獲取加工狀態的特征參數對加工過程的狀態進行分類判斷

決策和控制：根據狀態識別的結果，在決策模型指導下對加工狀態中出現的故障做出判決，并進行相應的控制和調整

分類：機床狀態監控、刀具狀態監控、加工過程監控、加工工件質量監控

診斷就是對設備的運行狀態做出判斷

2.領會：

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檢測裝置的基本組成和應用：

機械制造過程所使用的自動化檢測裝置的范圍是極其廣泛的。從制品（零件、部件和產品）的尺寸、形狀、缺陷、性能等的自動測量，到成品生產過程各階段上的質量控制；從對各種工藝過程及其設備的調節與控制，到實現最佳條件的自動生產，其中每一方面都離不開自動檢測技術。

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加工過程的在線檢測與自動調整的基本要求與方式

自動在線檢測：指在設備運行、生產不停頓的情況下，根據信號處理的基本原理，跟蹤并掌握設備的當前運行狀態，預測未來的狀況并根據出現的情況對生產線進行必要的調整。

1）自動檢測：指主動自動檢測，即加工中測量儀與機床、刀具、工件等設備組成閉環系統。通過在線檢測裝置將測得的工件尺寸變化量經信號轉換和放大后送至控制器，控制執行機構對加工過程進行控制。

2）機床監測：檢測系統從機床上安裝的傳感元件獲得有關機床、產品以及加工過程的信息。機床監測的基本方法是將機床上反饋來的監測數據與機床輸入的技術數據相比較，并利用比較的差值對機床進行優化控制。

3）自適應控制：指加工系統能自動適應客觀條件的變化而進行相應的自我調節。

自動調整：在不停機的狀態下，以檢測的工件尺寸作為信號，控制補償裝置，實現脈動補償。分為硬件補償和軟件補償。硬件補償是由測量系統和伺服驅動系統實現的誤差補償運動；軟件補償主要是針對像三坐標測量機和數控加工中心這樣結構復雜的設備。

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刀具尺寸測量控制系統的組成與基本要求:

在自動化的制造系統中，必須設置刀具磨損、破損的檢測與監控裝置，以防止發生工件成批報廢和設備損壞事故。

1）

直接測量法

直接測量法就是直接檢測刀具的磨損量，并通過控制系統控制補償機構進行相應的補償，保證各加工表面應具有的尺寸精度。

2）

間接測量法

在大多數切削加工過程中，刀具的磨損量往往因為被工件、切屑等所遮蓋而很難直接測量。目前對刀具磨損的測量，更多的是采用間接測量方式。

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加工設備的自動監控與診斷的方法

診斷就是對設備的運行狀態做出判斷。

1）

狀態量的監測：用適當的傳感器實時監測設備運行狀態是否正常的狀態參數。

2）

加工設備運行異常的判別：將狀態量的測量數據進行適當的信息處理，判斷是否出現設備異常的信號。

3）

設備故障原因的識別：識別故障原因是故障診斷中最難、最耗時的工作。

4）

控制決策：找出故障發生的地點及原因后，就要對設備進行檢修，排除故障，保證設備能夠正常工作。

狀態監測是故障診斷的基礎，故障診斷是對監測結果的進一步分析和處理，而控制決策是在監測和診斷基礎上做出的。因此，三者之間必須緊密集成在一起。

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相關檢測技術的特點

一、無損探傷檢測技術

無損探傷檢測是在不破壞或損傷原材料和工件等受檢對象的前提下，測定和評價物質內部或外表的物理和力學性能，包括各類缺陷和其他技術參數的綜合性應用技術，對于控制和改進生產過程和產品質量，保證材料、零件和產品的可靠性及提高生產率起著關鍵的作用。

1）在生產過程質量控制中的無損檢測，即應用于產品的質量管理。它可以剔除每道生產工序中的不合格產品，并把檢測結果反饋到生產工藝中去，指導和改進生產，監督產品的質量。

2）用于成品的質量控制，即用于出廠前的成品檢驗和用戶驗收檢驗。它主要是檢驗產品是否達到設計性能，能否安全使用。

3）是在產品使用過程中的檢測，即維護檢驗。它是用戶在使用產品或設備的過程中，經常地或定期地檢查是否出現危險性缺陷而采用無損檢測方法。

包含：磁粉探傷檢測、超聲波探傷檢測、射線探傷檢測、渦流探傷檢測

二、氣密性檢測技術

氣密性檢測是電子、機械、化工及其他科研產品中常用的質檢項目。氣密性通常是指具有一定幾何空間容器的密閉程度，對于大部分有氣密性要求的檢測件，氣體的泄漏量是一個小量。

1）干式氣密性檢測

（1）壓降法：在被測工件的內腔中充入一定的氣體，如果存在泄漏，則過段時間壓力會下降

（2）流量測量法：

（3）氦氣泄漏檢測法：在被測工件的內腔中重加氦氣，然后用傳感器檢測泄漏處的氦氣，以檢查氣密性

（4）壓差式泄漏檢測法

2）濕式氣密性檢測

濕式氣密性檢測是一種傳統的方法，又稱濕式浸水法，即在被檢測工件的密封腔內充入一定壓力的氣體，然后浸入水中，由工人來觀察是否有氣泡產生。

第七章

裝配自動化

二、考核要求

1.識記：

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裝配自動化的目的：

提高生產效率、降低成本，保證機械產品的裝配質量和穩定性，并力求避免裝配過程中受到人為因素的影響而造成質量缺陷，減輕或取代特殊條件下的人工裝配勞動，降低勞動強度，保證操作安全。

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裝配自動化的基本要求：

1）

生產綱領穩定，且年產量大、批量大，零部件的標準化、通用化程度較高

2）

產品具有較好的自動裝配工藝性

3）

實現裝配自動化以后，經濟上合理，生產成本降低

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自動裝配工藝設計的一般要求

自動裝配的工藝要求要比人工裝配的工藝要求復雜得多。為使自動裝配工藝設計先進可靠，經濟合理，在設計中應滿足以下幾個要求：

1）

保證裝配工作循環的節拍同步

2）

除正常傳送外，宜避免或減少裝配基礎件的位置變動

3）

要合理選擇裝配基準面

4）

對裝配件要進行分類

5）

關鍵件和復雜件的自動定向

6）

易纏繞零件要能進行定量隔離

7）

精密配合副要進行分組選配

8）

要合理確定裝配的自動化程度

9）

要注意不斷提高裝配自動化水平

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自動裝配的基本原理及特點

1）

單工位裝配

全部裝配工作都在一個固定的工位完成，基礎件和配合件都不需要傳輸

2）固定工位順序裝配

將裝配工作分為幾個裝配單元，將它們的位置固定并相鄰布置，在每個工位上都完成全部裝配工作，即使某個工位出了故障也不會影響整個裝配工作

3）固定工位流水裝配

與固定工位順序裝配的方式類似，主要區別在于裝配過程沒有時間間隔

4）裝配車間

將裝配工作集中于一個車間進行，只適用于特殊的裝配方法，如焊接、壓接等

5）巢式裝配

幾個裝配單元沿圓周布置，沒有確定的裝配順序，裝配流程的方向也可能發生變化

6）移動的順序裝配

裝配工位按照裝配工藝流程設置，裝配過程中相互之間既可以沒有固定的時間聯系，也可以存在一定的時間聯系，但可以有時間間隔

7）移動的流水裝配

裝配工位按裝配操作的順序設置，它們之間有確定的時間聯系且沒有時間間隔。此時，裝配單元的傳輸需要適當的鏈式傳輸機構。

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自動裝配機械的基本形式及特點

自動裝配分為：單工位和多工位，可根據裝配產品的復雜程度和生產率的要求而定。

1）

單工位裝配機

是指所有裝配操作都可以在一個位置上完成，適用于兩到三個零部件的裝配，也容易適應零件產量的變化，比較適合于在基礎件的上方定位并進行裝配操作

2）

多工位裝配機

對有3個以上零部件的產品通常用多工位裝配機進行裝配，設備上的許多裝配操作必須由各個工位分別承擔，這就需要設置工件傳送系統，按傳送系統型式要求可選用回轉型、直進型或環行型布置形式。

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柔性裝配系統的組成與特點

由裝配機器人系統和外圍設備組成。這些外圍設備可以根據具體的裝配任務來選擇，為保證裝配機器人完成裝配任務，其通常包括：靈活的物料搬運系統、零件自動供料系統、工具（手指）自動更換裝置及工具庫、視覺系統、基礎件系統、控制系統和計算機管理系統。

2.領會：

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實現裝配自動化的途徑：

1）

借助先進技術，改進產品設計：盡量減少產品單個零件的數量；改善產品零件的結構工藝性。

2）

研究和開發新的裝配工藝和方法：在當前的生產技術條件下，對某些產品，研究利用機器人、剛性自動化裝配設備與人工結合的方法，不能盲目追求全盤自動化

3）

盡快實現自動裝配設備與FAS的國產化：在引進外來技術的基礎上實現自動裝配設備的國產化。

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自動裝配條件下的結構工藝性分析

自動裝配工藝性好的產品結構能使自動裝配過程簡化，易于實現自動定向和自我檢測，簡化自動裝配設備，保證裝配質量，降低生產成本。反之，如果裝配工藝性不好，自動裝配質量問題就可能長期難以解決。可靠的解決途徑是在產品結構設計時加強工藝性審查，使產品結構最大限度地具有自動裝配工藝性。零件的結構工藝性應符合以下三項原則：

1）

便于自動給料

2）

有利于零件自動傳送

3）

有利于自動裝配作業

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自動裝配機的裝入和聯結概念

1）

裝入自動化

裝入工序自動化要求裝入工件經定向和傳送到裝入工位后，通過裝入機構在裝配基礎件上對準、裝入。常用裝入方式有重力裝入、機械推入、機動夾入三種。

2）螺紋聯接自動化

包括螺母、螺釘等的自動傳送、對準、擰入和擰緊。此外，根據工藝需要擰松、擰出已聯接的螺紋聯接件也屬于這個范圍

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自動裝配線工位間的傳送方式、傳送裝置的結構形式及選擇

裝配基礎件在工位間的傳送方式有連續傳送和間歇傳送兩類。

連續傳動：裝配基礎件連續傳送，工位上裝配工作頭也隨之同步移動，過程中，工件連續恒速傳送，裝配作業與傳送過程重合，故生產速度高，節奏性強，但不便采用固定式裝配機械，裝配時工作頭和工件之間相對定位有一定困難，一般用于小型簡單工件裝配。

間歇傳送：裝配基礎件由傳送裝置按節拍時間進行傳送，裝配對象停在工作位上進行裝配，作業一完成即傳送至下一工位，便于采用固定式裝配機械，避免裝配作業受傳送平穩性影響。按時間特征分為：同步傳送和非同步傳送。

傳送裝置結構分為：水平型和垂直型。采用何種型式，主要取決于生產綱領、裝配基礎件和產品（或部件）的尺寸和重量、裝配精度和定位精度、裝配工作頭對裝配對象的工作方向、操作作用力和驅動要求等

水平型有回轉式、直進式和環行式三種布置方式，適宜于裝配起點和終點相互靠近以及寬而不長的車間。

垂直型有回轉式、直進式兩種布置方式。垂直型常用于直線配置的裝配線，裝配對象沿直線軌道移動，各工位沿直線排列。

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裝配中的自動檢測與控制技術：

1）自動檢測

為使裝配工作正常進行并保證裝配質量，在大部分裝配工位后一般均宜設置自動檢測工位，將檢測結果轉換為信號輸出，經放大或直接驅動控制裝置，使必要的裝配動作能夠聯鎖保護，保證裝配過程安全可靠。

裝配過程中的自動檢測，按作用分有主動檢測和被動檢測兩類。主動檢測是參與裝配過程、影響裝配質量和效率的自動檢測，能預防生成廢品；被動檢測則是僅供判斷和確定裝配質量的自動檢測。

2）

自動控制

自動裝配系統的控制系統的基本設計要求如下：

（1）控制裝配基礎件的傳送和準確定位；

（2）控制和完成包括裝配件的給料裝置、上料過程的全部工作循環在內的裝配作業過程；

（3）控制關鍵性的裝配工序和自動裝配裝置的安全保護、聯鎖和報警；

（4）控制經自動檢測后發出的各種信號及其相應的安全保護、聯鎖和報警；

（5）應能實現自動、半自動和人工調整三種狀態的控制；

（6）要求控制系統所選用的控制器元件慣性小，靈敏度高；

（7）控制系統應保證自動裝配系統的給料、傳送、裝配作業相互協調、同步和聯鎖。

目前主要采用順序控制系統，在自動檢測中有少部分采用線性反饋控制系統的定值調節控制方式。

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柔性裝配系統的基本形式

兩種型式：模塊積木式柔性裝配系統、以裝配機器人為主體的可編程柔性裝配系統。按其結構又可分為三種：

（1）柔性裝配單元（FAC）

這種單元借助一臺或多臺機器人，在一個固定工位上按照程序來完成各種裝配工作；

（2）多工位的柔性同步系統

這種系統各自完成一定的裝配工作，由傳送機構組成固定或專用的裝配線，采用計算機控制，各自可編程序和可選工位，因而具有柔性。

（3）組合結構的柔性裝配系統

這種結構通常要具有三個以上裝配功能，是由裝配所需的設備、工具和控制裝置組合而成，可封閉或置于防護裝置內。

第八章

工業機器人

二、考核要求

1.識記：

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工業機器人的基本知識

工業機器人是一種能模擬人的手、臂的部分動作,按照預定的程序、軌跡及其它要求,實現抓取、搬運工件或操作工具的自動化裝置。

組成：

執行機構：一種具有和人手臂有相似的動作功能，可在空間抓放物體或執行其它操作的機械裝置

控制系統：用來控制機器人的執行機構按規定要求動作，分為開環和閉環控制系統

驅動系統：按照控制系統發出的控制指令將信號放大，驅動執行機構運動的傳動裝置

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控制方式與要求

點位控制：采用點位控制的機器人，其運動為空間點到點之間的直線運動，不涉及兩點之間的移動軌跡，只在目標點處控制機器人末端執行器的位置和姿態。這種控制方式簡單，適用于上下料、點焊等作業。

連續軌跡控制：采用連續軌跡控制的機器人，其運動軌跡可以是空間的任意連續曲線。機器人在空間的整個運動過程都要控制，末端執行器在空間任何位置都可以控制姿態。

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工業機器人機械系統的組成、結構特點

機械系統又稱機械操作臂

組成：

末端執行器：是直接執行作業任務的裝置，大多數末端執行器的結構和尺寸是依據其不同作業任務要求來設計的，從而形成了多種多樣的結構形式。根據用途可：機械式夾持器、吸附式末端執行器和專用工具。

手腕：手腕是連接末端執行器和手臂的部件，作用是調整或改變末端執行器方位

手臂：作用是把物料運送到工作范圍內的給定位置上。機器人一般由大臂和小臂組成，其手臂完成伸縮運動、回轉、升降或上下擺動運動

機座組成：是機器人的基礎部分，起支承作用，可分為固定式和移動式兩類。固定式用于以機器人為中心的場合。移動式可采用在AGV上設置機器人來實現,用于柔性物流系統物料的傳送

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工業機器人的位置、姿態及控制方式概念

工業機器人的主要任務就是精確和可重復地將末端執行器從一個方位移到另一個方位。

機器人是一個空間機構，可以采用空間坐標變換原理以及坐標變換的矩陣解析方法來建立描述各構件之間相對位置和姿態的矩陣方程。

1）

位置描述：在描述機器人各構件及物料之間的關系時，首先建立各種坐標系，用位置矢量描述空間某一點的位置

2）

方位描述：為了研究機器人的運動與控制，除了要表示機器人構件上點的位置，還需要表示該構件的方位

3）

位姿描述：機器人構件的位姿是指在該構件的特征點上（重心或幾何中心）建立坐標系｛B｝，在｛B｝坐標系中描述的該構件方位就是位姿

機器人的示教再現控制：是指控制系統可以通過示教操縱盒或手把手將動作順序、運動速度、位置等信息用一定的方法預先教給機器人，由機器人的記憶裝置將這些信息自動記錄在隨機存取存儲器（RAM）、磁盤等存儲器中，當需要再現時，重放存儲器中的信息內容。如需改變作業內容，只需重新示教一次就行。分集中示教和分離示教。

機器人的運動控制：是指機器人的末端執行器從一點到另一點的過程中，對其位置、速度和加速度的控制。由于機器人末端執行器的位姿是由各關節的運動產生的，因此，對其運動控制實際上是通過控制關節運動來實現的。第一步是關節運動伺服命令的生成，第二步是關節運動的伺服控制

2.領會：

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工業機器人的應用

1）

搬運機器人：主要完成物料的傳送工作和機床上下料

2）

裝配機器人：隨著機器人智能程度的提高，裝配機器人可以實現對復雜產品的自動裝配

3）

焊接機器人：是機器人的主要用途之一，按焊接作業的不同分為點焊、弧焊作業。點焊機器人可通過重新編程來調整空間點位，也可通過示教形式獲得新的空間點位，來滿足不同零件的需要，故特別適宜于小批量多品種的生產環境。弧焊作業由于其焊縫多為空間曲線，采用連續軌跡控制的機器人可代替部分人工焊接。

4）

噴漆機器人：能夠避免危害工人健康，提高噴涂質量和經濟效益。由于噴漆機器人具有編程和示教再現能力，因此它可適應各種噴漆作業。

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工業機器人的驅動方式方法與特點

1）

機械式驅動系統：有可靠性高、運行穩定、成本低等優點，但也存在重量大、動作平滑性差和噪聲大等缺點

2）

液/氣壓式驅動系統：

液壓傳動平穩，動作靈敏，但對密封性要求較高，不宜在高溫或低溫現場工作，需配備一套液壓系統；

氣壓式驅動系統的基本原理與液壓式相同，由于傳遞介質是氣體，氣壓驅動的機器人結構簡單，動作迅速，價格低廉，由于空氣具有可壓縮性，導致工作速度穩定性差，氣源壓力一般為0.7Mpa，因此抓取力小。

3）電氣式驅動系統：是目前機器人采用最多的一種。這類驅動單元可以直接驅動機構運動，也可以通過諧波減速器裝置減速后驅動機構運動，結構簡單緊湊。

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機器人的先進控制技術

1）

自適應控制是指機器人依據周圍環境所獲得的信息來修正對自身的控制，這種控制器配有觸覺、力覺、接近覺、聽覺和視覺等傳感器，能夠在不完全確定或局部變化的環境中，保持與環境的自動適用，并以各種搜索與自動導引方式，執行不同的循環作業。一般分為模型參考自適應控制（基礎是選擇合適的參考模型和對實際系統的驅動器調整反饋增益的自適應算法，而自適應算法由參考模型輸出與實際系統輸出之間的誤差驅動）、自校正自適應控制、線性攝動自適應控制

2）

智能控制：無需人的干預就能夠獨立地驅動智能機器人實現其目標的自動控制方式。1.智能控制是一種以知識表示的非數學廣義模型和以數學模型表示的混合控制過程；2.智能控制的核心是高層控制、即作業級控制。作業級控制的任務是對實際環境或過程進行決策和規劃，實現廣義問題求解；3.智能控制是一門邊緣交叉學科

3）