机电系统设计-08

1、第八章 典型机电一体化系统81 CNC机床一、概述 计算机数控（CNCComputer Numericaled Control）机床是一种由计算机或专用电子计算装置控制的高效自动化机床。它综合应用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等方面的最新成就，是典型的机电一体化产品，是机床发展的必然趋势。数控机床发展至今，已经经历了从电子管数控、晶体管数控、集成电路数控、计算机数控到微型计算机数控等五代演变。1机械加工中心（MCMachining Center） 能够自动更换刀具的 高度自动化的计算机数控机床柔性制造单元（FMCFlexible Manufa- cturing Cell） 柔性制造

2、系统（FMSFlexible Manufactur- ing System）自动化工厂（FAFactory Automation）2在机械加工中心上加工零件所涉及的技术范围比较广，与相应的配套技术有密切关系。对于一个合格的编程员来说首先应该是一个很好的工艺员，应熟练掌握零件的工艺设计和切削用量的选择，并能提出正确刀具方案和夹具方案，懂得刀具测量方法，了解机床的性能和特点，熟悉程序编制和输入方式。 3CNC机床（或加工中心）加工时需要考虑的问题 4二、CNC机床分类 CNC机床的种类很多，归纳起来可用以下几种方法分类。 1按工艺用途分类 （1）一般数控机床。和传统的通用机床相似，有数控车、铣、镗

3、、钻、磨、插齿、滚齿等机床。 （2）带自动换刀装置的机械加工中心（MC）。 （3）多坐标数控机床。有些形状复杂的零件（例如螺旋浆）用三坐标的数控机床还是难于加工，为此出现了多坐标的数控机床，其特点是数控装置控制的轴数较多，机床结构也比较复杂。5 2按刀具相对工件移动的轨迹分类（1）点位控制数控机床在移动过程中不进行任何加工 数控坐标镗床、数控钻床和数控冲床等。（2）点位直线控制数控机床可以沿一个坐标轴的方向进行切削加工 简易数控车床、数控铣床和自动换刀数控铣床等。（3）轮廓控制数控机床能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续轨迹控制 有数控车床、数控磨床、数控铣床及铣削加工中心等。6 三、机械

4、加工中心（MC） 1机械加工中心的技术发展动向 FMS是以车间进行统一控制为目标的工厂自动化的第一个阶段，它包括前面所讲的搬送工件或工具的无人搬送小车以及 CADCAM系统、自动仓库等的管理。目前，MC的自动化功能正朝着由微机控制实现自动定心（调整）、异常情况的自动监视、自动检测的方向发展。随着直流（交流）伺服电机的发展和普及，以及切削刀具的进步，逐步降低切削力、提高电机功率、实现超高速加工，进而提高生产率。7 2机械加工中心的构成机械加工中心构成 （日本FHN100T机械加工中心）（1）数控 X、Y、Z三个移动装置。（2）能够进行工件多面加工的回转工作台。（3）自动换刀装置（ATC）。（4）

5、CNC控制器。8机械加工中心规格93机床机械装置（1）床身、工作台 立柱。（2）回转工作台（3）主轴头（4）自动换刀 装置（ATC）（5）随行夹具 更换装置（6）立式加工设备。 10 4.CNC系统控制电路中采用了高速微处理器及许多专用大规模集成电路。它以顺序控制为主，实现接触式传感功能。管理功能、自适应功能，利用工具码（T码）选择工具，利用速度码（S码）进行主轴转速控制，以及回转工作台的分度控制等。11CNC系统功能 （1）接触式传感器功能自动定心功能刀具折损检测功能缩短空切时间功能 X、Y、Z轴基准面校正功能自动检测校正系统 （2）管理功能刀具的寿命管理备用刀具的自动更换功能监视功能和故障

6、诊断功能（3）自适应控制（AC）功能 1282工业机器人 一、工业机器人的组成与分类 工业机器人（Industrial Robot）是一种能模拟人的手、臂的部分动作，按照预定的程序、轨迹及其它要求，实现抓取、搬运工件或操纵工具的自动化装置，是具有发展前途的机电一体化典型产品，将在实现柔性自动化生产、提高产品质量、代替人在恶劣环境条件下工作中发挥重大作用。13 1工业机器人的组成 工业机器人一般应由机械系统、驱动系统、控制系统、检测传感系统和人工智能系统等组成。 （1）机械系统。机械系统是完成抓取工件（或工具）实现所需运动的机械部件，包括以下几个部分： 手部：是工业机器人直接与工件或工具接触用来

7、完成握持工件（或工具）的部件。有些工业机器人直接将工具（如焊枪、喷枪、容器）装在手部位置，而不再设置手部。 腕部：是联接手部与臂部的部件，主要用来确定手部工作方位、姿态并适当扩大臀部动作范围。 臂部：是支承腕部、手部、实现较大范围运动的部件。 机身：是用来支承臂部、安装驱动装置及其它装置的部件。 行走机构：是扩大工业机器人活动范围的机构，有的是专门的行走装置，有的是轨道，滚轮机构。14 （2）驱动系统。驱动系统的作用是向执行元件提供动力。随驱动源不同，驱动系统的传动方式有液动式、气动式、电动式和机械式四种。 （3）控制系统。控制系统是工业机器人的指挥系统。它控制工业机器人按规定的程序运动。可记

8、忆各种指令信息（如动作顺序、运动轨迹、运动速度及时间等），同时按指令信息向各执行元件发出指令。必要时还可对机器人动作进行监视，当动作有误或发生故障时即发出警报信号。 （4）检测传感系统。它主要检测工业机器人执行系统的运动位置、状态，并随时将执行系统的实际位置反馈给控制系统，并与设定的位置进行比较，然后通过控制系统进行调整。从而使执行系统以一定的精度达到设定位置状态。 （5）人工智能系统。该系统主要赋予工业机器人五感功能，以实现机器人对工件的自动识别和适应性操作。15 2.工业机器 人的分类（a）直角坐标型（b）圆柱坐标型（c）极坐标型（d）SCARA型（e）多关节型16 二、工业机器人系统组成

9、实例分析 1SCARA型机器人（即装配机器人）(Selective Compliance Assembly Robot Arm) 具有选择顺应性的装配机器人手臂 这种机器人在 水平方向具有顺应 性，而在垂直方向 则具有很大的刚性， 最适合于装配作业 使用。它有大臂回 转、小臂回转、腕 部升降与回转四个 自由度。17装配40火花式电雷管 18机器人完成的工作是：将导电帽弹簧组合件装在雷管体上；将小螺钉拧到雷管体上，把导电帽、弹簧组合件和雷管体联成一体；检测雷管体外径、总高度及雷管体与导电帽之间是否短路。装配前雷管体倒立在10行X10列的料盘5上，弹簧与导电帽的组合件插放在另一个10行X10列的料

10、盘6上，小螺钉散放在振动料斗8中，装配好的成品放在 10行X10列料盘 7上。机器人在装配点的重复定位精度可达上0.05mm，电雷管重约100g，一次装配过程约需20s 。19（1）总体结构 20（2）驱动系统。 21（3）控制、检测传感系统 22（4）微机组成。 主控制器CMC80微型计算机23 2BJDP1型机器人 该机器人为全电动式、五自由度、具有连续轨迹控制等功能的多关节型示教再现型机器人，用于高噪声、高粉尘等恶劣环境的喷砂作业。24（1）机器人本体五个自由度立柱回转（L）大臂回转（D）小臂回转（X）腕部俯仰（W1）腕部转动（W2）25 （2）控制（驱动与检测）系统微型计算机接口电路速度控制单元位置检测电路示教盒26（3）机器人规格参数 27（4）控制算法简介关节坐标到直角坐标的正变换 28 x(-LSSACB+ L4CAL3C3+L