先进制造-先进制造装备及技术-课件

5.1制造自动化简述

5.2数控机床及技术

5.3加工中心

5.4虚拟轴机床5.5工业机器人5.6装配线5.7自动导向车5.8质量检测及装备5.9柔性制造系统（FMS）主要内容第5章先进制造装备及技术5.1制造自动化简述（1）发展

——单机自动化

——自动线

——数控机床

——加工中心

——柔性制造系统

——计算机集成制造系统（2）发展方向

——柔性化

——集成化

——智能化5.1.1制造自动化技术的发展5.1制造自动化简述（1）制造自动化

——是指用机电设备工具取代或放大人的体力，甚至取代和延伸人的智力，以自动完成特定的作业，实现

人机系统的协调和优化。

——包括:物料的存储、运输、加工、装配和检验等各个生产环节的自动化

——任务：研究制造过程的规划、管理、组织、控制与操作等的自动化5.1.2制造自动化技术的内容5.1制造自动化简述（2）制造自动化按对象可以分为

——单机自动化

——制造过程自动化

——制造系统管理自动化（3）制造自动化技术内容

——数控技术

——工业机器人

——柔性制造系统（FMS）

——自动检测及信号识别技术

——过程设备工况监测与控制

5.2数控机床及技术（1）发展

——第一代数控系统：1952年MIT研制出一台二坐标联动数控铣床

——第二代数控系统：1959年3月，Kenney＆Trecker

Corp．发明了带有自动换刀装置的数控机床MC——第三代数控系统：1965年，出现体积小，功耗低的小规模集成电路

——第四代数控系统：1970年前后，大规模集成电路及小型计算机

——第五代数控系统：1974年，以微处理器为核心的数控系统

——第六代数控系统：1990年，基于PC(微机)数控系统5.2.1数控机床的发展5.2数控机床及技术5.2.2数控机床的组成（1）CNC装置

——计算机数控装置，即CNC装置，是CNC系统的核心，由

微处理器（CPU）、存储器、各种I/O接口及外围逻辑电路等构成，主要功能有：①多坐标控制；②实现多种函数的插补；③信息转换功能；④补偿功能；⑤多种加工方式选择；⑥具有故障自诊断功能；⑦通信和联网功能等。

（2）可编程逻辑控制器PLC（辅助控制）

——可编程逻辑控制器PLC，也是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，又称为PC（ProgrammableController）或PMC（ProgrammableMachineController），用于完成数控机床的各种逻辑运算和顺序控制。（3）机床操作面板（OperatorPanel）

——主要用于手动方式下对机床的操作以及自动方式下对机床的操作或干预。（4）数控面板

——主要由显示器、手动数据输入（ManualDataInput，简称MDI）键盘组成，又称为MDI面板。

5.2数控机床及技术（5）进给伺服系统

——由进给伺服单元和伺服电机组成，还应包括位置检测反馈装置。

——脉冲当量或最小设定单位，CNC装置每发出一个控制脉冲，机床刀架或工作台的移动距离

5.2数控机床及技术（6）主轴伺服系统

——主轴驱动与进给驱动区别很大，电机功率输出应为

2.2~250KW；

——进给电机一般是恒转矩调速，而主电机除了有较大范围的恒转矩调速外，还要有较大范围的恒功率调速。

5.2数控机床及技术（7）机床本体

——主传动系统及主轴部件（电主轴）；

5.2数控机床及技术（7）机床本体

——进给系统（滚珠丝杠、滚动导轨）

5.2数控机床及技术（7）机床本体

——数控回转工作台

5.2数控机床及技术（7）机床本体

——刀具及自动换刀系统

5.2数控机床及技术（1）分类

——按工艺用途分金属切削类数控机床金属成形类数控机床数控特种加工机床

——按伺服控制系统分开环控制数控机床闭环控制数控机床半闭环控制数控机床

5.2.3数控机床的分类与特点5.2数控机床及技术（1）分类

——按数控系统的功能水平分高档数控机床中档数控机床低档数控机床（2）特点

——高精度

——高效率

——高柔性

——高自动化

——高效益5.2数控机床及技术（1）运动控制

——点位控制刀具点到另点精确定位运动对轨迹不作控制要求运动过程中不进行任何加工适用范围：数控钻床、数控镗床、数控冲床和数控测量机

——直线控制控制点到点的精确定位要求以给定的进给速度进行直线移动和切削加工5.2.4数控加工原理5.2数控机床及技术（1）运动控制

——轮廓控制：对多个坐标轴同时进行控制，使之协调运动(坐标联动)，使刀具相对工件按程序规定的轨迹和速度运动，在运动过程中进行连续切削加工。5.2数控机床及技术XTΔLiLΔYiΔtiΔXiΔL2ΔL1ΔL0Y（2）坐标系

——数控机床坐标轴系及运动方向5.2数控机床及技术标准坐标系+Z+X+Y+Z+Y+X、+Y或+Z+X’+X+A+B+Z’+C+A、+B或+C+Y’（2）坐标系

——数控机床坐标轴系及运动方向5.2数控机床及技术立式升降台数控铣床数控车床的标准坐标系+C’+Z+X（3）插补原理（Interpolation）

——概念：机床数控系统依据一定方法确定刀具运动轨迹、进而产生基本廓型的过程。

——种类直线插补圆弧插补

——方法基准脉冲插补：步进电机驱动的开环系统逐点比较法数字积分法

数据采样插补：闭环或半闭环系统直线函数法扩展数字积分法5.2数控机床及技术（4）逐点比较法

——插补原理

——逐点比较法直线插补偏差函数构造

直线插补时，通常将坐标原点设在直线起点上。对于第一象限直线OA，如右图所示，其方程可表示为：

若刀具加工点为Pi（Xi，Yi），则该点的偏差函数Fi可表示为:5.2数控机床及技术（4）逐点比较法

——逐点比较法直线插补偏差函数字的递推计算若Fi>=0，规定+X方向走一步，若坐标单位用脉冲当量表示，则有：

若Fi<0，规定+Y方向走一步，则有：终点判别

①判断插补或进给的总步数；②分别判断各坐标轴的进给步数；③仅判断进给步数较多的坐标轴的进给步数。5.2数控机床及技术（4）逐点比较法

——逐点比较法直线插补直线插补举例对于第一象限直线OA，终点坐标，5.2数控机床及技术步数偏差判别坐标进给偏差计算终点判别0F0=0∑=101F=0+XF1=F0-ye=0-4=-4∑=10-1=92F<0+YF2=F1+xe=-4=6=2∑=9-1=83F>0+XF3=F2-ye=2-4=-2∑=8-1=74F<0+YF4=F3+xe=-2+6=4∑=7-1=65F>0+XF5=F4-ye=4-4=0∑=6-1=56F=0+XF6=F5-ye=0-4=-4∑=5-1=47F<0+YF7=F6+xe=-4+6=2∑=4-1=38F>0+XF8=F7-ye=2-4=-2∑=3-1=29F<0+YF9=F8+xe=-2+6=4∑=2-1=110F>0+XF10=F9-ye=4-4=0∑=1-1=0（4）逐点比较法

——逐点比较法圆弧插补偏差函数构造若加工半径为R的圆弧AB，将坐标原点定在圆心上。对于任意加工点，其偏差函数可表示为：

5.2数控机床及技术B（Xb,Yb）Pi”Pi(Xi,Yi)aA(Xa,Ya)Pi’（4）逐点比较法

——逐点比较法圆弧插补偏差函数的递推计算

①逆圆插补若F≥0，规定-X方向走一步，则有：若Fi<0，规定+Y方向走一步，则有：

②顺圆插补

若Fi≥0，规定-Y方向走一步，则有：

5.2数控机床及技术（4）逐点比较法

——逐点比较法圆弧插补终点判别

①判断插补或进给的总步数

②分别判断各坐标轴的进给步数，举例对于第一象限圆弧AB，起点A（4，0），终点B（0，4），必须采用逆圆插补方法，其运算过程如下表所示：

5.2数控机床及技术步数偏差判别坐标进给偏差计算坐标计算终点判别起点F0=0x0=4,y0=0Σ=4+4=81F0=0-xF1=F0-2x0+1=0-2*4+1=-7x1=4-1=3y1=0Σ=8-1=72F1<0+yF2=F1+2y1+1=-7+2*0+1=-6x2=3y2=y1+1=1Σ=7-1=63F2<0+yF3=F2+2y2+1=-3x3=4,y3=2Σ=54F3<0+yF4=F3+2y3+1=2x4=3,y4=3Σ=45F4>0-xF5=F4-2x4+1=-3x5=4,y5=0Σ=36F5<0+yF6=F5+2y5+1=4x6=4,y6=0Σ=27F6>0-xF7=F6-2x6+1=1x7=4,y7=0Σ=18F7<0-xF8=F7-2x7+1=0x8=4,y8=0Σ=0（4）逐点比较法

——逐点比较法的象限处理分别处理法坐标变换法

5.2数控机床及技术（5）数字积分法

——插补原理

若加工图中的圆弧AB，刀具在X、Y轴方向的速度必须满足：用积分法可以求得刀具在X、Y

方向的位移

其数字积分表达式为

5.2数控机床及技术（5）数字积分法

——DDA法直线插补DDA法直线插补的积分表达式

将其代入积分表达式：令，，则积分值=溢出脉冲数+余数

5.2数控机床及技术（5）数字积分法

——DDA法直线插补终点判别若累加次数，则：

举例插补第一象限直线OE，起点为O（0，0），终点为E（5，3）。取被积函数寄存器分别为、，余数寄存器分别为、，终点计数器为，均为三位二进制寄存器。

5.2数控机床及技术（5）数字积分法

——DDA法圆弧插补DDA法圆弧插补的积分表达式

图为第一象限圆弧，圆心O位于坐标原点，两端点为A（XA，YA）、B（XB，YB），刀具位置为P（Xi，Yi），若采用逆时针加工，有：

5.2数控机床及技术令（5）数字积分法

——DDA法圆弧插补DDA法圆弧插补的积分表达式

显然用DDA法进行圆弧插补时，是对切削点的即时坐标Xi与Yi的数值分别进行累加，若累加器（Yi）与Jvy（Xi）产生溢出，则在相应坐标方向进给一步，进给方向则决定于圆弧所在象限、以及顺圆或逆圆插补的情况。终点判别不能通过插补运算的次数来判别，而必须根据进给次数来判别。

5.2数控机床及技术（5）数字积分法

——DDA法圆弧插补举例对于Ⅰ象限圆弧，两端点为A（5，0）和B（0，5），采用逆圆插补，插补脉冲计算过程如下表：

5.2数控机床及技术（1）程序结构

——一个完整的数控加工程序由程序号和程序段构成

——程序段是由按一定顺序和规定排列的“功能字”组成

——一个大型的程序还可由主程序和子程序构成（2）程序段格式N--GxxX--Y--Z--F--S--T--MxxLF(或CR)——程序段号N--程序段的标号，主要用于程序段的检索若N前面加“/”表示跳读5.2.5数控加工编程技术5.2数控机床及技术（2）程序段格式

——准备功能字(Gxx)功能①对加工环境进行设置—加工平面，进给速度与主轴转速的单位，坐标系的建立与选择等；

②规定基本运动——直线运动、圆弧运动、螺旋线运动；③固定循环运动；④刀具补偿——长度补偿，半径补偿，位置补偿。基本G代码与功能

G00,G01—直线运动G33—G35：螺纹加工

G02,G03—圆弧运动

G17,G18,G19—指定加工平面G40—G44：刀具补偿

G73,G74—固定循环指令

G90,G91—坐标类型

G54-G59—工件坐标系选择

G27,G28,G29—回参考点5.2数控机床及技术（2）程序段格式

——准备功能字(Gxx)定位与加工G指令①快速定位指令G00

NxxG90（或G91）G00X--Y--Z--LF

②直线插补指令G01

NxxG90（或G91）G01X--Y--Z--F--LF③圆弧插补指令G02和G03

④G33/G34/G35/G36螺纹加工

G33（34）X（U）-Z（W）-F（E）-Q-K-*X—螺纹长度的X坐标

Z—螺纹长度的Z坐标

F—轴向螺距（导程）

Q—螺纹切削偏移角度（对于多头螺纹）5.2数控机床及技术（2）程序段格式

——进给功能字—FXXX刀具或坐标轴的移动速度，单位可以为mm/min，

inch/min，mm/rev作为单位，其中常用单位为

mm/min——主轴功能字—SXXX规定了主轴转速；单位一般为r/min——刀具功能字—TXX（TXXXX）TXXXX：前两位为刀具的序号，后两位为刀具补偿号，多用于车床TXX：指出刀具的序号，多用于钻、铣床。

5.2数控机床及技术（2）程序段格式

——辅助功能字—M功能字功能：规定机床完成加工辅助动作，如换刀，开、关冷却液，主轴转向及停止等M指令：①MOO：程序暂停。②MO2：程序结束③M03/M04/M05：主轴正转/反转/停止④M06：自动换刀

⑤M08/09：冷却液打开/关闭

——回车，用LF或*表示。

5.2数控机床及技术（3）刀具补偿

——刀具补偿原理与功能补偿原理①刀架参考点：安装刀具的刀架和主轴头上必须设置个参考点

②

补偿原理：在刀架参考点与刀具切削点之间进行位置偏置，从而使数控系统的控制对象由刀架参考点变换到刀尖或刀刃边缘

功能：①方便编程，编程时不必考虑刀具结构尺寸

②更换刀具或刀具因磨损尺寸变化时不必更改程序

③通过改变刀具补偿值可使用同一把刀同一程序进行粗、精切

④可以纠正刀具安装误差或对刀误差。

5.2数控机床及技术（3）刀具补偿

——刀具补偿原理与功能刀具补偿种类①刀具半径补偿

②长度补偿应用①对于圆周切削的铣刀需要一个半径补偿值

②对于同时进行圆周和端面切削的铣刀则需要一个半径补偿值和一个长度补偿值③对于车刀，需要2个长度补偿值5.2数控机床及技术（3）刀具补偿

——刀具半径补偿刀具半径补偿功能和类型①C功能刀补：CNC系统根据编程轨迹(零件廓形)和立铣刀或其它圆头刀具的半径自动生成刀具中心的轨迹，并自动处理起刀、退刀和零件廓形中的拐角过渡的运算。

②B功能刀补：只能处理单程序段补偿，要由编程员额外编程进行拐角过渡，编程复杂。刀具半径补偿指令①G41左补偿指令：规定刀具中心位于编程轨迹前进方向的左边

②G42右补偿：规定刀具中心位于编程轨迹前进方向的右边③G40取消刀具半径补偿5.2数控机床及技术（3）刀具补偿

——刀具长度补偿传统方式①G43正补偿：规定机床运动终点坐标为编程坐标加上一个刀补长度。

②G44负补偿：规定机床运动终点坐标为编程坐标减去一个刀补长度。

③G40（G49）取消刀具半径补偿，G49一般仅用于撤销刀具长度补偿。简单方式刀具标号（T---）和Z功能字（Z---）

5.2数控机床及技术（3）编程实例

——轮廓铣削加工的程序编制数控铣床的数控装置具有多种插补方法，一般都具有直线插补和圆弧插补。程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环实例立铣刀直径20mm

刀具长度补偿H03

刀具半径补偿D30

5.2数控机床及技术N1G92X0Y0Z0 *建立工件坐标系N2G30Y0M06T06 *返回第二参考点换刀N3G00G90X0Y90 *快速移至P点N4G43Z0H03S440M03 *长度补偿，主轴正转N5G41G17X30.0D30F100 *半径补偿，移至A点N6G01X60.0Y120.0 *加工AB段N7G02X90.0I0J-30.0 *加工圆弧BCN8G01X120.0*加工CD段N9G02X150.0Y120.0I130.0 *加工圆弧DEN10G01X135.0Y90.0 *加工EF段N11X150.0Y60.0*加工FG段N12X120.0 *加工GH段N13X90.0Y30.0 *加工HI段N14X45.0Y60.0 *加工IJ段N15X30.0Y90.0 *加工JA段N16G40G00X0Y90.0 *取消刀补N17X0Y0Z0*返回原点N18M30*程序结束（3）编程实例

——车削加工的程序编制坐标轴设定

①纵向为z轴，正向指向床尾；

②工件径向为x轴，其正向会因刀架不同而不同，标准正方向是远离操作者。③绝对坐标（X、Z）和增量坐标（U、W）④X和U坐标值使用“直径值”

G02X50.0Z30.0I25.0F30；或G02U20.0W-20.0I25.0F30；或G02X50.0Z30.0R25.0F30；或G02U20.0W-20.0R25.0F30；5.2数控机床及技术（3）编程实例

——车削加工的程序编制刀具补偿

①一般精度加工或加工圆柱面和端面时，可将刀尖看成一个点，

忽略刀尖圆弧半径；②精加工圆弧面和圆锥面时，刀尖圆弧半径补偿必需使用G41和

G42设定，用G40取消。③对于多数车床的CNC系统，车刀的两个方向的长度补偿功能可通过调用T—功能字自动设定。

5.2数控机床及技术（3）编程实例

——车削加工的程序编制车削固定循环功能

①纵向车削固定循环G77X(U)_Z(W)_R---F_*

在增量编程中，地址U、W值的符号取决于轨迹1、2的方向在直径编程时，应将U／2、X／2变为U和X值R数值表示左、右端面之差，用于正、反锥面车削

5.2数控机床及技术

（3）编程实例

——车削加工的程序编制车削固定循环功能②螺纹车削固定循环G78X(U)_Z(W)_R----F_*

F表示螺纹导程地址R数值表示左、右端面之差，用于正、反锥面车削图中R表示快速F表示进给速度r是结束螺纹切削的退刀参数

5.2数控机床及技术

（3）编程实例

——车削加工的程序编制车削固定循环功能③端面车削固定循环

5.2数控机床及技术

（3）编程实例

——车削加工的程序编制编程实例车削标准试件，该零件需要精加工，选用具有直线和圆弧插补功能的数控车床。图中85不加工。确定加工工艺及工艺路线：

先倒角→切削螺纹的实际外圆47.8(47.8是M48×1.5螺纹的实际外径)→切削锥度部分→车削62外圆→倒角→车削80→切削圆弧部分→车削80

切槽车螺纹

选择刀具：Ⅰ号刀车外圆，Ⅱ号刀切槽，Ⅲ号刀车螺纹。确定切削用量车外圆时，主轴转速确定为S31=630r/min，进给速度选择为F15

切槽时，主轴转速度为S23=315r/min，进给速度选择为F10

车削螺纹时，主轴转速定为S22=220r/min，进给速度选为F3305.2数控机床及技术

（3）编程实例

——车削加工的程序编制编程实例编写程序清单

5.2数控机床及技术N001G92X200.0Z350.0 LF坐标设定N002G00X41.8Z292.0S31M03T11M08 LF换上I号刀运行N003G01X47.8Z289.0F15 LF倒角N004U0W-59.0 LF47.8N005X50.0W0 LF退刀N006X62.0W-60.0 LF锥度N007U0Z155.0 LF62N008X78.0W0 LF退刀N009X80.0W-1.0 LF倒角N010U0W-19.0 LF80N011G02U0W-60.0I63.25K-30.0 LF圆弧N012G01U0Z65.0 LF80N013X90.0W0 LF退刀N014G00X200.0Z350.0M05T10M09 LF退刀，取消I号刀补5.2数控机床及技术（3）编程实例

——车削加工的程序编制编程实例编写程序清单

N015X51.0Z230.0S23M03T22M08LF换上II号刀运行N016G01X45.0W0F10 LF割槽N017G04U0.5 LF延迟N018G00X51.0W0 LF退刀N019X200.0Z350.0M05T20M09 LF退刀，取消II号刀补N020X52.0Z296.0S22M03T33M08LF车螺纹起始位置，

换上III号刀运行N021G78X47.2Z231.5F330.0 LF直螺纹循环N022X46.6W-64.5 LF直螺纹循环N023X46.1W-64.5 LF直螺纹循环N024X45.8W-64.5 LF直螺纹循环N025G00X200.0Z350.0T30M02 LF退至起点，取消III号刀补

（1）加工中心的组成

——基础部件

——主轴部件

——数控系统

——自动换刀装置（2）加工中心的工作原理

——将铣削、镗削、车削

钻削等功能聚集在一台机床，且有自动换刀装置和刀库。工件经一次装夹后，可依次完成多个面上的多工序加工。5.3.1加工中心的组成与工作原理5.3加工中心1－数控柜2－刀库和换刀机构3－立柱4－主轴5－操作面板6－工作台装置7－床身（1）加工中心的分类

——按工艺用途分为镗铣加工中心车铣复合加工中心钻削加工中心

——按主轴特征分立式镗铣加工中心卧式镗铣加工中心（2）加工中心的特点——“三高”

——对加工对象的适应性强

——工序集中

——智能化程度高5.3.2加工中心的分类与特点5.3加工中心（1）虚拟轴机床的概念

——实际上是一种数控机床。也称为并联机床

（ParallelMachineTool），并联运动学机器（ParallelKinematicsMachine）（2）虚拟机床的发展——20世纪90年代发展起来的一种新型机床，被誉为“机床结构的重大革命”、“2l世纪机床”，问世后引起了世界各国制造业的广泛关注。5.4.1虚拟轴机床的发展5.4虚拟轴机床（1）虚拟轴机床的结构

5.4.2虚拟轴机床的结构与原理5.4虚拟轴机床虚拟轴机床外观图虚拟轴机床主轴头工作台实质上是机器人技术与机床结构技术相结合的产物。其原型是采用并联机构的Stewart型并联机器人操作机。（2）虚拟轴机床的原理

——主要由机床上方的固定平台和下方的活动平台及连接两个平台的六个可变长度连杆构成，每个连杆由一个独立的伺服电机驱动，连杆长度通过精密滚珠丝杠传动改变；机床的主轴部分和刀具安装在活动平台中心。5.4.2虚拟轴机床的结构与原理5.4虚拟轴机床固定平台驱动杆虚拟轴机床的原理动平台（1）虚拟轴机床的特点

——刚度高

——精度高

——速度快——加工适应性强——机床重组性好（2）国内的主要科研单位——清华大学

——东大大学

——燕山大学——深圳中科院

5.4.2虚拟轴机床的特点5.4虚拟轴机床（1）1954年，美国戴沃尔提出“工业机器人”（IndustrialRobot）的概念（2）60年代,工业机器人进入成长期，并被用于焊接和喷涂作业（3）70年代,进入实用化，出现了配有视觉和触觉系统的工业机器人。（4）80年代，进入普及时代,机器人发展成为具有各种移动机构、通过传感器控制的机器。（5）90年代，生产与需求进入了高潮期，还出现了具有感知、决策、动作能力的智能机器人

5.5.1工业机器人的发展5.5工业机器人

工业机器人发展经历了三个阶段，形成了通常所说的三代机器人：第一代机器人示教再现型机器人第二代机器人具有感觉的机器人第三代机器人智能机器人（1）定义

——工业机器人是自动控制的、可对三个或三个以上轴进行编程并可重复编程的多用途的在工业自动化中使用的操作机。（GB/T12643-1997）

（2）组成——执行机构末端执行器手腕手臂

——驱动系统

——控制系统

——检测装置

——支承系统5.5.2工业机器人的定义与组成5.5工业机器人（1）工业机器人的坐标系

——直角坐标系——圆柱坐标系——球坐标系

——关节坐标系（2）工业机器人的性能指标

——自由度：标准6自由度

——精度定位精度重复定位精度

——工作范围

——其他：提取重力、运动速度等5.5.3工业机器人的性能与分类5.5工业机器人（3）工业机器人的分类

5.5.3工业机器人的性能与分类5.5工业机器人工业机器人点位控制机器人按控制方式分连续控制机器人电力驱动机器人按驱动方式分液压驱动机器人气压驱动机器人复合驱动机器人直角坐标机器人按坐标形式分圆柱坐标机器人球坐标机器人关节坐标机器人按用途分采掘机器人水下机器人切削加工机器人检测机器人装配机器人焊接机器人喷漆机器人浇注机器人冲压机器人搬运机器人水下机器人……

5.5.4案例：工业机器人在制造业的应用5.5工业机器人（1）原理

——1913年，美国亨利·福特发明流水装配线，其原理可归纳为：生产标准化原理作业单纯化原理移动装配法原理（2）概念——装配：是指按规定的技术要求，将若干零件或部件组合连接起来，使之成为半成品或成品的过程。可分为

部件装配和总装配。——装配线：是指工件以一定的速率连续均匀地通过一系列装配工作站，并按照一定要求在各装配工作站完成相应装配工作的生产线5.6.1装配线的原理与概念5.6装配线（3）装配线的分类及特点

——手工装配线特点：投资成本低，装配灵活性即柔性强，可适应各种复杂的装配操作任务，但容易导致装配工作的低效性，操作具有不稳定性——自动化装配线刚性线特点：初期投资成本高，装配设备为生产专门产品而设计，生产率高，装配质量能够得到保证，柔性差柔性线特点：初期投资成本更高（包含了装配机器人），生产率比刚性自动装配线低，装配质量同样能够得到保证，柔性好，当产品品种变化时需要对生产线进行重新设计和安装——混合装配线投资成本介于手工和自动化装配线之间，手工装配的灵活性和自动化装配的高生产率高质量都能得到发挥，影响产品生产率和质量主要因素是装配工人，设备则对投资成本的高低起主要作用。

5.6.1装配线的原理与概念5.6装配线手工装配线自动化装配线（1）手工装配线的组成

——线体、各种工装夹具、装配工具和工作台

——线体以各种输送机最为常见（2）刚性自动化装配线的组成——机械系统给料部分传送部分装配部分——控制系统核心通常采用可编程序控制器、单片机、微处理器或计算机。

5.6.2装配线的组成5.6装配线2341给料、送料装置1－振动给料盘2－输料槽3－直线送料器4－控制箱振动给料盘直线送料器螺钉的分选和定向分料块挡板轨道a)b)自动装配机1－振动供料器

2－自动装配机

3－振动供料器

4－直线送料器3421（2）刚性自动化装配线的组成——检测传感系统——质量检验系统按规定对各种质量指标进行检验，如装配精度、装配件是否安装到位、绝缘性、密封性等。——动力系统（3）自动化装配与产品设计

5.6装配线a)b)

c)d)面向自动化装配产品设计示例（3）自动化装配与产品设计——可装配性设计原则避免零件间在输送过程中发生缠结、搭叠、相互套入等影响装配的问题尽量采用自定位零件保证零件和子装配在装配中便于抓取而且不易受损设计中应考虑零件插装方向、路径对装配难度的影响（4）柔性自动化装配线——装配机器人的结构及技术指标最大抓取重量定位精度重复定位精度速度和工作范围5.6装配线装配机器人示教盒（4）柔性自动化装配线——柔性自动化装配线的组成与原理装配机器人系统物料输送系统零件自动供料系统工具（手爪）自动更换装置及工具库传感系统基础件系统控制系统质量检验系统计算机管理系统

5.6装配线12装配机器人作业示意图1－气动手爪2－振动供料器（1）装配线平衡

——也称为工序同期化，是指在满足生产节拍和产品各零部件装配顺序的条件下，在划分装配工序或工作站时使每个工作站的作业时间尽量相同或相近。（2）平衡方法——解析方法——启发式方法（3）分级位置加权法——最小作业单元：在装配线上进行产品装配的作业任务可分解为若干个最小的装配作业任务单元。

——最小作业单元的加权值，其计算公式为：

5.6.3装配线的平衡方法5.6装配线（3）分级位置加权法——步骤：1）按各最小作业单元在装配线上的先后顺序画出装配顺序图，并将相应装配作业时间标于单元号上方2）确定生产线装配节拍T，计算每个最小作业单元的加权值3）将各最小作业单元按加权值从大到小排列成顺序表，并令代表工作站编号的变量k=04）令k=k+1，Tk=T5）从顺序表中按权值从大到小的顺序选出满足ti≤Tk的第一个最小作业单元，其单元号为i，若找不到这样的最小作业单元，则转向步骤7)6）将最小作业单元i分配给工作站k，并从顺序表中删除单元i并将

Tk的值减去ti

，若顺序表已空，则表明完成装配线平衡，否则转向步骤5)7）若Tk=T，则表明设定的节拍时间太短，无解，否则，转向步骤4）5.6装配线（3）分级位置加权法——平衡效果好坏可采用装配线平衡率LE进行评价，其计

算公式为：

式中，Tk为第k个最小作业单元的装配作业时间；

n为装配工作站数；

T为装配线节拍。

5.6装配线（4）最大设定准则法

——加权因子在每次调整排列后需重新计算，具体步骤：

（1）按各最小作业单元在装配线上的先后顺序画出装配顺序图，并将相应装配作业时间标于单元号上方。（2）确定装配线节拍T，令k=0，S为包含所有最小作业单元的集合。（3）令k=k+1，Tk=T。（4）对于S中的每个最小作业单元计算其加权值，找出满足ti≤Tk的权值最大的单元i，若找不出这样的单元，则转向步骤（6），否则进行下一步。（5）将单元i和其他按顺序在i单元之前装配的各装配单元分配给工作站k，并从S中删去这些单元，将Tk的值减去wi，若此时S已空，则表明完成装配线平衡，否则转向步骤（4）。（6）若Tk=T，则表明设定的节拍时间太短，无解，平衡到此结束；