先进制造技术.doc

第11章 先进制造技术随着现代科学技术的进步，特别是微电子技术、计算机技术、信息技术等与制造技术的深度结合,制造工业的面貌发生了深刻的变化，形成了先进(现代)制造体系。先进制造技术的内涵及范围很广，本章扼要的介绍先进制造工程加工技术中的数控加工技术、快速成形技术、超精密与纳米加工技术、工业机器人、柔性制造技术的概念和应用场合。111数控加工技术1111数字控制与数控机床的概念数字控制(Numerical Contr01)是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，简称数控(Nc)。它是一种自动控制技术。它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。数控机床，就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。国际信息处理联盟(IFIP)第5技术委员会，对数控机床作了如下定义：数控机床是一个装有程序控制系统的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序(定义中所提的程序控制系统，就是所说的数控系统)。进一步说，数控机床是一种以数字量作为指令信息形式，通过电子计算机或专用电子计算装置，对这种信息进行处理而实现自动控制的机床。数控机床是电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量、伺服驱动和精密机械结构等新技术综合应用的成果，是一种柔性好、效率高的自动机床。1112数控机床的基本组成及工作原理如图1111所示，数控机床加工零件的工作过程可分成以下几个步骤实现：(1)根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序。(2)所编程序指令输入机床数控装置中。(3)数控装置对程序(代码)进行译码，运算之后，向机床各坐标轴的伺服驱动机构和辅助控制装置发出信号，驱动机床各运动部件，并控制所需的辅助动作。(4)机床加工出合格的零件。 -分析数控机床的工作过程可知，数控机床的基本组成包括加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、检测装置及机床本体。见图1 112。加工程序数控机床工作，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编制加工程序。加工程序上存储着加工零件所需的全部操作信息和刀具相对工件位移信息等。加工程序可存储在控制介质(也称信息载体)上，常用的控制介质有穿孔带、磁带、磁盘等。信息是以代码的形式按规定格式存储的，代码分别表示十进制的数字(09)、字母(AZ)或符号。目前国际上通常使用EIA代码和ISO代码，我国规定使用ISO代码作为标准代码。2输入装置输入装置的作用是将控制介质(信息载体)上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传递并存入数控系统内。根据控制介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控加工程序也可通过键盘，用手工方式(MDI方式)直接输入数控系统，或者将数控加工程序由编程计算机用通讯方式传送到数控系统中。3数控系统数控系统是数控机床的中枢。数控系统接受输入装置送来的脉冲信息，经过数控系统的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信息和指令，控制机床的各部分进行规定有序的动作。这些控制信息中最基本的信息是：经插补运算确定的各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移指令。其他还有主运动部件的变速、换向和启停指令；刀具的选择和交换指令；冷却、润滑装置的启停；工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台的转位等辅助指令。4伺服系统及检测装置伺服系统接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床的移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应是影响数控机床的加工精度、表面质量和生产率的主要因素之一。检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控系统中。数控系统将反馈回来的实际位移量与设定位移量进行比较，控制伺服系统按指令设定值运动。5辅助控制装置辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的主运动换向、变速、启停、刀具的选择与交换，以及其他辅助动作的开关量指令信息，经必要的编译、逻辑判断和运算，再经过功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等装置完成指令规定的动作。由于可编程逻辑控制器(PLc)具有响应快、性能可靠、易于使用、编程和修改程序，并可直接驱动机床电器，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。6机床本体数控机床的机床本体仍然由主运动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑、冷却装置等组成。但数控机床的整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大变化。这种变化的目的是为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点。1113数控机床的分类数控机床种类繁多，据不完全统计，已有400多个品种规格，归纳起来可以用下面几种方法进行分类：1按工艺用途分类(1)金属切削类数控机床这类数控机床有与普通通用机床种类相同的数控车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床等。此外，还有带有刀库和自动换刀装置的加工中心机床(例如，镗铣加工中心、车削中心等)。(2)金属成形类机床包括数控冲床、弯管机、折弯机、板材成形加工机床等。(3)特种加工机床包括数控线切割机床、电火花加工机床、激光切割机床和高压水切割机床等。(4)其他数控设备如数控火焰切割机、数控自动装配机、数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。2按控制运动方式分类 (1)点位控制点位控制数控机床的特点是机床运动部件只能实现从一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。数控系统只需要控制行程起点和终点的坐标值，而不控制运动部件的运动轨迹，数控钻床、数控镗床、数控点焊机均属于点位控制。图II13为点位控制加工示意图。(2)点位直线控制其特点是除了控制点与点之间的准确位置外，还需保证移动轨迹是一条直线，一般是沿着与坐标轴平行方向作切削运动，或是沿着与坐标轴成45的方向作斜线运动。可用于加工阶梯轴或盘类零件的数控车床或用于数控镗床等。图III4所示为点位直线控制加工示意图。(3)轮廓控制又称连续控制。其特点是能够对两个或两个以上的坐标轴同时进行联动控制。它不仅要控制运动 图1113 点位控制加工示意图 图1114点位直线控制加工示意图制运动部件的起点与终点坐标位置，而且要控制整个加工过程每一点的速度与位移量，即要控制运动轨迹。用于加工平面内的直线、曲线表面或空间曲面。轮廓控制多用数控车床、铣床、磨床和齿轮加工机床等。图1115为轮廓控制加工示意图。3按伺服系统的类型分类(1)开环控制系统 图1116为开环控制系统原理图。这类数控机床的伺服系统不带位置检测元件，伺服驱动元件一般为功率步进电动机。数控装置输出的控制脉冲通过步进驱动电路，不断改变步进电动机的供电状态，使步进电动机转过相应步距角，再经过机械传动链驱动，实现运动部件的直线位移。移动部件的移动速度和位移量是由输入脉冲的频率和脉冲数所决定的。开环控制系统结构简单，调整方便，精度低，一般用于加工精度要求不高的中小型数控机床，特别是经济型数控机床。 (2)闭环控制系统 闭环控制是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。图1117所示为闭环控制系统原理图，通过测速机和位置检测器进行测量，将其与命令值相比，构成速度与位置环控制。 闭环控制的数控机床，加工精度高、速度快，但现场调试、维修困难，成本高，系统稳定性控制也较困难，主要用于高精度数控机床。 (3)半闭环控制系统半闭环控制是在伺服电动机的轴上或滚珠丝杠的端部装有角位移检测装置，通过检测伺服电动机或丝杠的转角问接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。图1118所示为半闭环控制系统原理图，通过测速机和转角检测器进行测量，将其与命令值比较，构成速度与位置环控制。 半闭环控制调试比较方便，并且具有很好的稳定性，广泛应用于各类中等精度以上连续控制的数控机床中。 除了上述三种分类方法以外，目前出现了按所使用的数控装置结构进行分类，即硬件数控(NC)和计算机数控(cNc，亦称软件数控)；也有按控制坐标轴数与联动轴数的方法分类，如三轴二联动、四轴四联动等；还有按功能水平的高低分类，如高档数控、中档数控和低档数控(又称经济型数控)等。1114数控机床的特点及应用范围 1数控机床的加工特点 数控机床加工与普通机床加工相比较有以下的特点： (1)加工精度高 日前数控机床加工精度已提高到0005 mm，定位精度已达到00020005 mm。并且，数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，因此，加工精度高。此外，数控机床的自动加工方式避免了人为的干扰因素，同一批零件的尺寸一致性好，加工质量十分稳定。 (2)对加工对象的适应性强 在数控机床上改变零件加工时，只需重新编制或更换加工程序，就能实现对新零件的加工。 这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。 (3)生产效率高 数控机床主轴的转速和进给量的变化范围大，并且数控机床的结构刚性好，因此可进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床少。在加工中心机床上加工时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为明显。 (4)自动化程度高，劳动强度低 数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了装卸工件，操作键盘，进行关键工序的中间检测以及观察机床运行之外，不需要进行繁杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。 (5)良好的经济效益 数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省画线工时、减少调整、加工和检验时间，节省了直接生产费用。数控机床加工一般不需制作专用工夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省了厂房面积和建厂投资，因此使用数控机床可获得良好的经济效益。 (6)有利于现代化管理 采用数控机床加工，能准确地计算零件加工工时和费用，有效地简化检验工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。 数控机床使用数字信息与标准代码输入，适于数字计算机联网，成为计算机辅助设计、制造及管理一体化的基础。 2数控机床的应用范围 数控机床具有一般机床不具备的许多优点，其应用范围正在不断扩大，但它不能完全代替普通机床、组合机床和专用机床，也不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。数控机床最适合加工具有以下特点的零件： (1)多品种小批量生产的零件； (2)形状结构比较复杂的零件； (3)精度要求比较高的零件； (4)需要频繁改型的零件； (5)价格昂贵，不允许报废的关键零件；(6)需要生产周期短的急需零件。 112快速成形技术1121快速成形技术的概念快速成形(RP，Rapid Prototyping)技术是运用堆积成形法，由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维实体零件的技术总称。RP技术的成形原理不同于常规制造的去除法(切削加工厂、电火花加工等)和变形法(铸造、锻造等)，而是利用光、电、热等手段，通过固化、烧结、粘结、熔结、聚合图1121 光固化法工艺原理图作用或化学作用等方式，有选择地固化(或粘结)液体(或固体)材料，实现材料的迁移和堆积，形成所需要的原型零件。因此，RP制造技术好像燕子衔泥垒窝一样，是一种分层制造的材料累加方法。RP制造技术可直接从CAD模型中产生三维物体，它综合了机械工程、自动控制、激光、计算机和材料等学科的技术。1122快速成形技术的工作原理 RP技术是一种基于离散堆积成形思想的数字化成型技术。根据生产需要，先由三维实体CAD软件设计出所需要零件的计算机三维曲面或实体模型(亦称电子模型)，然后根据工艺要求，将其按一定厚度进行分层，把原来的三维实体模型变成二维平面(截面)信息；再将分层后的数据进行一定的处理，加入工艺参数，产生数控代码；最后在计算机控制下，数控系统以平面加工方式，把原来很复杂的三维制造转化为一系列有序的低维(二维)薄片层的制造并使它们自动粘结叠加成形。 1123快速成形技术的工艺方法 RP技术的具体工艺有很多种，根据采用的材料和对材料的处理方式不同，选择其中3种方法的工艺原理进行介绍。选择性液体固化 选择性液体固化又称光固化法。 该方法的典型实现工艺有立体光刻(SL，StereoIithography)，其工艺原理如图1121所示。成形过程中，计算机控制的紫外激光束按零件的各分层截面信息在树脂表面进行逐点扫描，使被扫描区域的树脂薄层产生光聚合反应而固化，形成零件的一个薄层。头一层固化完后，升降台下移一个层厚的距离，再在原先固化好的树脂表面上覆盖一层液态树脂，再进行扫描加工，新生成的固化层牢固地粘结在前一层上。重复上述步骤，直到形成一个三维实体零件。光固化法是目前应用最广泛的快速成形制造方法。光固化的主要特点是：制造精度高(01 mm)、表面质量好、原材料利用率接近100；能制造形状复杂(如腔体等)及特别精细(如首饰、工艺品等)的零件；能使用成形材料较脆、材料固化伴随一定收缩的材料制造所需零件。 2选择性层片粘结 选择性层片粘结又称分层实体制造、叠层制造法(LOM，Laminated Object Manufacturing)。其工艺原理如图1122所示。叠层法在成形过程中首先在基板上铺上一层箔材(如纸箔、陶瓷箔、金属箔或其他材质基的箔材)，再用一定功率的 激光器在计算机控制下按分层信息切出轮廓，同时将非零件的多余部分按一定网络形状切成碎片去除掉。加工完上一层后，重新铺上一层箔材，用热辊碾压，使新铺上的一层箔材在粘结剂作用下粘结在已成形体上，再用激光器切割该 图1122 叠层法工艺原理图层形状。重复上述过程，直至加工完毕.最后去除掉切碎的多余部分即可得到完整的原形零件。 叠层法的主要特点是：不需要制作支撑；激光只作轮廓扫描，而不需填充扫描，成形率高；运行成本低；成形过程中无相变且残余应力小，适合于加工较大尺寸零件；但材料利用率较低，表面质量差。 3选择性粉末熔结粘结 选择性粉末熔结粘结又称激光选区烧结法(SLS，Selective Laser Sintering)，其工艺原理如图1123所示。激光选区烧结法采用CO 激光器作为能源，成形材料常选用粉末材料(如铁、钴、铬等金属粉，也可以是蜡粉、塑料粉、陶瓷粉等)。成形过程中，先将粉末材料预热到稍低于其熔点的温度，再在平整滚筒的作用下将粉末铺平压实(约100200um厚)，CO 激光器在计算机控制下，按照零件分层轮廓有选择地进行烧结，烧结成一个层面。再铺粉用平整滚筒压实，让激光器继续烧结，逐步形成一个三维实体，再去掉多余粉图11.2.3 激光选区烧结法工艺原理图 末，经打磨、烘干等处理后便获得所需零件。它是直接可以制造工程材料的真实零件，应用前景看好。激光选区烧结法的主要特点是：不需制作支撑；成形零件的机械性能好，强度高；粉末较松散，烧结后精度不高，z轴精度难以控制。1124 快速成形技术的特点和用途1主要特点 用RP制造技术可以制造任意复杂的三维几何实体零件。并且在制造过程中省掉了一系列技术准备，无需专用夹具和工具，也无需人工干预或较少干预。因此零件制造的设备少，占地少，时间快，成本低。通过CAD模型的直接驱动对原型的快速制造、检验、实样分析研究，可以将新产品开发的风险减到最小程度。 2用途 (1)能用于制造业中快速产品开发(不受形状复杂限制)、快速工具制造、模具制造、微型机械制造、小批零件生产。 (2)用于与美学有关的工程设计，如建筑设计、桥梁设计、古建筑恢复等，以及首饰、灯饰等的制作设计。 (3)在医学上可用于颅外科、体外科、牙科等制造颅骨、假肢、关节、整形。 (4)可用于考古等康复考古工程。 (5)可制作三维地图、光弹模型制作等。113超精密与纳米加工技术1131超精密加工技术超精密加工是指被加工零件的尺寸公差为01001um数量级，表面粗糙度Ra值在0030005um数量级的加工技术。加工时所使用的设备，其分辨率和重复精度应为001um数量级。 超精密加工方法有金刚石刀具精密切削、精密和镜面磨削、精密研磨和抛光等方式。 1金刚石刀具超精密切削 金刚石刀具拥有很高的高温强度和硬度，而且材质细密，经过精细研磨，切削刃可磨得极为锋利，表面粗糙度值很小，因此可进行镜面切削。此外，金刚石与有色金属的亲和力极低，摩擦系数小，切削有色金属不易产生积屑，所以用金刚石刀具切削有色金属和非金属材料时，可得到表面粗糙度值Ra=0020002um的镜面。金刚石刀具的切削加工余量仅为几微米，切削层非常薄(常在01um以下)，使用金刚石刀具的双坐标数控超精密机床，可使被加工的平面和非球曲面达到很高的几何精度。 金刚石刀具超精密切削主要用于加工铜、铝等有色金属，如高密度硬磁盘的铝合金基片、激光器的反射镜、复印机的硒鼓，光学平面镜，凹凸镜、抛物面镜等。 2精密和镜面磨削磨削时尺寸精度和几何精度主要靠精密磨床保证，可达亚微米级精度(指精度为110um)。在某些超精密磨床上可磨削出数十纳米精度的工件。在精密磨床上使用细度磨粒砂轮可磨削出Ra=01005 um的表面。使用金属结合剂砂轮的在线电解修整砂轮的镜面磨削技术可得到Ra=0010002um的镜面。 3精密研磨和抛光 精密研磨和抛光技术意指：使用超细粒度的自由磨料，在研具的作用和带动下冲击加工表面，产生压痕和微裂纹，依次去除表面的微细突出处，加工出Ra=001002um的镜面。由于研磨剂含有化学活性剂，故研磨、抛光工具加工是一种机械与化学的复合作用过程。研磨、抛光是常用的超精密加工方法，它不仅可获得很小的表面粗糙度值，还可得到很高的平面度，控制好时还可使加工表面变质层很小。研磨、抛光常作为大规模集成电路的硅基片、标准量块、光学平面镜、棱镜、高精度钢球、计量用标准球等的最后精加工工序。 超精密加工是以精密元件(零件)为加工对象。超精密加工必须具有稳定的加工环境，即必须在恒温、超净、防振等条件下进行。高精度的加工设备也是实施超精密加工的必备条件之一。如机床主轴采用空气静压轴承和液体静压轴承，以保证主轴具有极高的回转精度及很高的刚性和热稳定性；机床必须配备位移精度极高的微量进给机构，以实现微量进给，且不产生爬行现象；机床应采用计算机控制系统、自适应控制系统，以避免手工操作引起的随机误差。另外，精密测量是超精密加工的必要手段，否则无法判断加工精度。1132纳米加工技术 纳米(Nanometer)，是一个长度单位，简写为nm。1 nm=um=10m。纳米技术是20世纪80年代末诞生并在蓬勃发展的一种高新科学技术。纳米不仅是一个空间尺度上的概念，而且是一种新的思维方式，即生产过程越来越细，以至于在纳米尺度上直接由原子、分子的排布制造具有特定功能的产品。 1纳米技术的含义 纳米技术通常指纳米级(01100 nm)的材料、设计、制造、测量、控制和产品的技术。它将加工和测量精度从微米级提高到纳米级。 2纳米技术的主要内容 纳米技术是一门多学科交叉的高新技术，从基础研究角度来看，纳米技术包括：纳米生物学、纳米电子学、纳米化学、纳米材料和纳米机械学等新学科。从应用开发角度来看，纳米技术包括：纳米级精度和表面形貌的测量；纳米级表层物理、化学和力学性能的检测；纳米级精度的加工；纳米级微传感器和控制技术；微型和超微型机械；微型和超微型机电系统等。 3纳米级加工 纳米级加工是指：加工精度高于10um，表面粗糙度值Ra小于0005um，达到纳米级精度。包括纳米级尺寸精度、纳米级几何形状精度和纳米级表面质量。纳米级加工方法包括：机械加工、化学腐蚀、能量束加工、复合加工、扫描隧道显微加工等。 纳米级机械加工方法包括：单晶金刚石刀具的超精密切削；金刚石砂轮和立方氮化硼砂轮的超精密磨削及镜面磨削；珩磨和砂带抛光等固定磨料工具的加工；研磨、抛光等自由磨料的加工等。114 工业机器人114. 1 工业机器人的基本概念 1工业机器人的定义 工业机器人(Industrial Robot简称Robot)是一种可重复编程的、自动控制的、多自由度的、机体独立的自动操作机械。 工业机器人技术是在控制工程、计算机科学、人工智能和机构学等多种学科基础上发展起来的一种综合性技术。在现代制造系统中，工业机器人是以多品种、少批量生产自动化为服务对象的，因此，它在柔性制造系统(FMS)、计算机集成制造系统(CIMS)和其他机电一体化的系统中获得了广泛的应用，成为现代制造系统不可缺少的组成部分。 2工业机器人的组成 如图1141所示，工业机器人一般由执行系统(含行走机构)、控制系统、驱动系统、检测系统和智能系统5部分组成。 (1) 执行系统 它是一种具有和人手相似动作功能，可在空间抓取、搬运物体或执行其他操作动作的机械装置，通常由手指(又称抓取器和夹持器)、手腕、手臂、立柱(或称机座)及行走机构组成。 (2)驱动系统 它是驱动执行机构运动的动力和传动装置，是整个机器人的动力源，常用的有液压传动、气压传动的高性能电机传动等。 (3)控制系统 它通过对驱动系统的控制，使执行系统按照规定要求进行操作。必要时对机器人的动作进行监控，当发生错误或故障时发出报警信号。 (4)检测系统 它通过各种检测器、传感器，检测执行系统的运动情况，并将测量值与设定值进行比较，作出相应调整，以确保机器人正常工作。 (5)智能系统 (指智能机器人具有的系统)它拥有思维功能，有学习、记忆、重现、逻辑判断和自编程序的功能。 3工业机器人的分类 按系统功能分类： (1)专用机器人 这种机器人在固定地点以固定程序工作，无独立控制系统，结构简单、工作对象单一。如加工中心机床上的自动换刀机械手。 (2)通用机器人 它是一种具有独立控制系统、动作灵活多样，通过改变程序能完成多种作业的机器人。它结构复杂、工作范围大、通用性高，适用于不断变换生产品种的柔性制造系统。 (3)示教再现机器人 这种机器人具有记忆功能，能采用示教法进行编程，即由操作者通过手动控制“示教”机器人做一遍操作示范，其存储装置便能记忆所有工作顺序。此后，机器人便能“再现”操作者教给它的动作。适应多工位和经常变换工作路线的作业。 (4)智能机器人 这种机器人具有视觉、听觉、触觉等各种感觉功能，能通过识别作出决策，自动反馈补偿，完成预定工作。由计算机控制，是一种具有人工智能的工业机器人。 此外，按结构形式分类，可分为直角坐标机器人、圆柱坐标机器人、球坐标机器人、关节机器人。按驱动方式分类，可分为气压传动机器人、液压传动机器人、电力传动机器人。按承担工作任务性质可分为搬运机器人和作业机器人等。 虽然工业机器人品种繁多，但从设计与使用角度出发，工业机器人的主要技术性能参数包括以下几个方面： 1)运动自由度 指各运动部件在三维空间相对于固定坐标所具有的独立运动数。 2)工作空间 指机器人运用手爪(指)进行工作的空间范围。 3)工作负荷 指抓取、搬运或传递物件的质量。 4)运动速度 它影响机器人的运动周期和工作效率。 5)位置精度 典型机器人定位精度一般在0025 mm范围。1142工业机器人的应用 工业机器人的最初应用主要是对人体有危险或者有危害的操作环境。例如加热炉中烧热零件的取放；有毒材料的处理；深海探测等方面。今天，在现代制造业中，利用机器人能扩大机械制造系统的功能和范围，以及提高自动化程度，是实现柔性自动化的基本设备。用于生产中的工业机器人有：铸造机器人、焊接机器人、喷漆机器人、装配机器人、搬运机器人等。此外，高压线作业、服装裁剪、管道作业、擦玻璃等机器人也发挥着巨大作用。图1142所示为焊接机器人的应用举例。115柔性制造技术传统的专用机床和“刚性”自动生产线虽然有很高的生产效率，但其加工的零件形状和尺寸单一，难以改变，这对于大批大量生产是合适的。为满足多品种、小批量、产品更新换代周期短的要求，20世纪70年代以来，随着微电子技术，特别是计算机技术、传感技术的发展，一种以机械加工为主的柔性制造技术得到迅速发展，主要有柔性制造单元、柔性制造系统、计算机集成制造系统。1151柔性制造单元 FMC(Flexible Manufacturing Cell)是在加工中心的基础上，增加了存贮工件的自动料库、输送系统所构成的自动加工系统。FMC有较齐全的监控功能，包括刀具损坏检测、寿命检测和加工工时监测等。工件的全部加工一般是在一台机床上完成，常用于箱体类复杂零件的加工。图1151为配有托盘交换系统构成的FMC。托盘上装夹有工件，在加工过程中，它与工件一起流动，类似通常的随行夹具。环形工作台用于工件的输送与中间存储，托盘座在环形导轨上由内侧的环链拖动而回转，每个托盘座上有地址识别码。当一个工件加工完毕，数控机床发出信号，由托盘交换装置将加工完的工件(包括托盘)拖至回转台的空位处，然后转至装卸工位，同时将待加工工件推至机床工作台并定位加工。 FMC适于多品种、小批量工件的生产。FMC具有规模小、成本低，便于扩展等优点。但FMC的信息系统自动化程度较低，加工柔度不高，只能完成品种有限的零件加工。1152柔性制造系统 1FMS(Flexible Manufacturing System)的定义和组成 FMS是在FMC的基础上扩展而形成的一种高效率、高精度、高柔性的加工系统。对FMS进行直观的定义：“柔性制造系统至少是由两台数控加工设备、一套物料运储系统(装卸高度自动化)和一套计算机控制系统所组成的制造系统。它通过简单地改变软件的方法便能制造出多种零件中任何一种。” 从上述定义可以看出，FMS主要由以下三部组成： (1)加工系统 该系统由自动化加工设备、检验站、清洗站、装配站等组成，是FMS的基础部分。加工系统中的自动化加工设备通常由两台以上数控机床、加工中心以及其他加工设备所组成，例如测量机、清洗机、动平衡机和各种特种加工设备等。 (2)物料运储系统 物料运储系统在计算机控制下，主要完成工件和刀具的输送及人库存放，它由自动化仓库、自动运送小车、搬运机器人、上下料托盘、交换工作台等组成。（3）信息系统信息系统由一套计算机控制系统构成，能够实现对FMS的运行控制、刀具管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。 除上述的三个主要组成部分外，FMS还包含冷却系统、排屑系统、刀具监控和管理等附属系统。 图11.5.2是一个典型的柔性制造系统示意图。该系统由4台卧式加工中心、3台立式加工中心、2台平面磨床、2台自动导向小车、2台检验机器人组成。此外还包括自动仓库、托盘站和装卸站等；毛坯在装卸站由工人安装在托盘夹具上，然后根据计算机控制室的计算机指令，由物料传递系统自动小车把毛坯连同托盘夹具输送到第一道工序的加工机床的托盘交换台，等待加工。一旦该机床空闲，就由自动上下料装置立即将工件送上机床加工。每道工序加工完成后，物料传递系