1、第第8章章 自动化制造系统自动化制造系统 8.1 概述概述8.2 数控机床数控机床 8.3 工件储运设备工件储运设备8.4 工业机器人工业机器人8.5 检测与监控系统检测与监控系统8.6 辅助设备辅助设备思考题思考题 机械自动化的发展历史：（1）19世纪末期，机械化生产开始出现；（2）20世纪中叶，自动化车床开始出现；（3）1947年，第一个机械加工自动线在美国福特汽车公司投产；（4）20世纪50年代柔性自动化生产开始出现（以数控车床为代表）（5）20世纪70年代诞生了柔性制造系统；（6）20世纪80年代开始出现了计算机集成制造系统。8.1 概述概述 8.1.1 刚性自动化生产1.刚性半自动化
2、单机除上、下料外，机床可以自动完成单个工艺过程的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床。2.刚性自动化单机 它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、下料等辅助装置而形成的自动化机床。3.刚性自动化生产线 刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。曲拐加工自动线。曲轴形状复杂，结构细长，多曲拐，刚性极差。技术要求高，加工难度比较大。曲轴的加工难点在于加工“曲拐”，即连杆颈部分。粗加工阶锻：加工定位基面粗、精车主轴颈；半精加工阶锻：粗磨主轴颈车连杆轴颈加工定位销孔、油孔等次要表面；精加工
3、阶锻：精磨主轴颈，精磨连杆轴颈；光整加工：超精加工主轴颈及连杆轴颈。图8-1曲拐加工自动线(a)正视图；(b)俯视图 图示为刚性自动线总体布局图。毛坯是球墨铸铁件。工件形状不规则，没有合适的输送基面，采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。柔性制造 柔性：指制造系统对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力。柔性制造强调的是制造过程的柔性柔性和高效性高效性，适用于多品种、中小批量的生产。柔性制造包括：柔性制造单元、柔性制造系统、柔性加工线。8.1.2 柔性制造单元(FMC)柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）的组成：单台数控机床、加工
4、中心、工件自动输送及更换系统等。柔性制造单元可以看成是最小的FMS，是FMS廉价化小型化的一种产物。柔性制造单元适合多种零件的加工，品种一般为几十种，年产量从几千件到几万件。自动化程度略低于FMS，但投资少效益高。1.FMC控制系统 FMC控制系统一般分为两级：单元控制级、设备控制级。（1）设备控制级：针对各种设备，如机器人、机床、坐标测量机、小车、传送装置等的单机控制。1）这一级的控制系统向上与单元控制系统用接口连接，向下与设备连接。2）功能：把工作站控制器命令转换成可操作、有次序简单任务，通过各种传感器监控这些任务的执行。3）一般采用具有较强控制功能的微型计算机、总线控制机或可编程控制器等
5、工控机。（2）单元控制级。（2）单元控制级。指挥和协调单元中各设备的活动，处理由物料贮运系统交来的零件托盘，并通过控制工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑清除、加工过程中检验、卸下工件以及清洗工件等功能对设备级各子系统进行调度。1）单元控制系统一般采用具有有限实时处理能力的微型计算机或工作站。2）单元控制级通过RS232接口与设备控制级之间进行通讯，并可以通过该接口与其它系统组成FMS。2.FMC的基本控制功能 FMC的基本控制功能包括：（1）单元中各加工设备的任务管理与调度：其中包括制定单元作业计划、计划的管理与调度、设备和单元运行状态的登录与上报。（2）单元内物流设备的管理与调度：这些设备包
6、括传送带、有轨或无轨物料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。（3）刀具系统的管理：包括向车间控制器和刀具预调仪提出刀具请求、将刀具分发至需要它的机床等。图示是棱体零件加工柔性制造单元。一台卧式加工中心，刀库容量为70把，双机械手换刀，8工位自动交换托盘库。托盘库为环形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。图8-3 带托盘库的柔性制造单元8.1.3柔性制造系统(FMS)柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。基本组成部分有：自动化加
7、工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。1、自动化加工系统 加工系统担任把原材料转化为最终产品的任务，是实际完成改变物性任务的执行系统.自动化加工系统包括自动化加工设备，如数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元；还包括各种组成如测量机、清洗机、动平衡和各种特种加工设备。（1）自动化加工设备 目前FMS上加工的零件有两大类：1）棱体类零件2）回转体零件。加工零件的设备可以选择数控加工中心。数控加工机床是一种带有刀库和自动换刀装置的多工序数控机床，工件经一次加工后，可以自动完成铣、镗、钻、铰等多种工序的加工。FMS对机床设备的要求：1）工序集中；2）高柔性度和高效率
8、 3）易控制性；4）具有通信接口 （2）机床夹具及自动上下料装置 1）机床夹具是直接用来夹持工件的机床辅具。2）托盘是工件和夹具的承载体。3）自动上下料装置时机床与托盘站之间工件/托盘的装卸装置，常见的这类装置有托盘交换器、工业机器人。2.工件储运系统 FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等；工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。3.刀具储运系统 刀具储运系统刀具储运系统主要负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提供所需的刀具，监控管理刀具的使用，及时取走
9、已报废或耐用度已耗尽的刀具，在保证正常生产的同时，最大程度地降低刀具的成本，刀具管理系统的功能和柔性程度直接影响到整个FMS的柔性和生产率。FMS的刀具储运系统：刀具库、刀具输送装置和交换机构等。4.辅助设备FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括自动清洗工作站,自动去毛刺设备,自动测量设备,集中切屑运输系统和集中冷却润滑系统等。5、多层计算机控制系统 控制系统的结构：通常采用三层递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命
10、令的执行结果。通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控制的难度和控制软件开发的难度。每层的信息流都是双向流动的：（1）向下下达控制指令，分配控制任务，监控下层的作业过程；（2）向上可反馈控制状态，报告现场生产数据。图8-5是一种较典型的FMS，四台加工中心直线布置，工件储运系统由托盘站2、托盘输送车4、工件装卸工位3和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成。柔性制造系统的主要特点有：（1）柔性高，适应多品种中、小批量生产；（2）系统内的机床工艺能力上是相互补充和相互替代的；（3）可混流加工不同的零件；（4）系统局部调整或维修不中断整个系统的运作；（5）多层计算机控制，可以和上层计算机联网
11、；（6）可进行三班无人干预生产。图8-6 具有装配功能的柔性制造系统 8.1.4柔性制造线(FML)柔性制造线(FML)是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。柔性制造线（FlexibleManufacturingLine）组成：自动化加工设备、工件输送系统、控制系统等。柔性制造线的主
12、要优点是：（1）当批量不很大时，生产成本比刚性自动线低得多；（2）当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的总费用却比刚性自动线高得多。图示为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由两台对面布置的数控铣床，四台两两对面布置的转塔式换箱机床和一台循环式换箱机床组成。采用辊子传送带输送工件，具有一定的柔性。8.1.5 柔性装配线(FAL)柔性装配线（FlexibleAssemblyLine）通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成。1.装配站FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人,不可编程的自动装配装置和人工装配工位。2.物料输送装置3.控制系统FAL的控制系统对全线进行
13、调度和监控，主要控制物料的流向和自动装配站、装配机器人。图8-8是FAL的示意图。图8-8 柔性装配线示意图 8.1.6 计算机集成制造系统（CIMS）概念：（Computer Intergrated Manufacturing System）是一种集市场分析、产品设计、加工制造、经营管理、售后服务与一体，借助于计算机的的控制与信息处理功能，使企业运作的信息流、物质流、价值流和人力资源有机融合，实现产品快速更新、生产率大幅提高、质量稳定、资金有效利用、损耗降低、人员合理配置、市场快速反馈和良好服务的全新的企业生产模式。计算机集成制造（CIM）概念包含两层含义：（1）企业的各种生产经营活动需要统
14、一考虑；（2）整个生产制造过程实质上是信息采集、传递和加工处理的过程。CIMS的主要特征或者说强调的是集成化集成化和智能化智能化：（1）集成化反映了自动化的广度，把系统空间扩展到市场、设计、加工、校验、销售及用户服务等全过程；（2）智能化则体现了自动化的深度，不仅涉及物质流控制的传统体力劳动自动化，还包括了信息流控制的脑力劳动自动化。1.CIMS的功能构成 CIMS的功能构成包括下列内容：（1）管理功能。（2）设计功能。（3）制造功能。（4）质量控制功能。（5）集成控制与网络功能。图8-9 CIMS的组成计 算 机 网络 和 数 据库 分 系 统NES和 DBS技 术 文 档 资 料成 品技
15、术信 息分 系 统TIS管 理信 息分 系 统MIS质 量信 息分 系 统QIS制 造自 动 化分 系 统MAS计 算 机 辅 助 设 计 CAD计 算 机 辅 助 工 程 分 析 CAE计 算 机 辅 助 工 艺 规 程 编 制 CAPP计 算 机 辅 助 制 造 CAM产 品 数 据 管 理 PDM加 工 设 备检 测 设 备装 配 设 备储 运 设 备控 制 系 统辅 助 设 备工 业 机 器 人能 源原 材 料质 量 文 档质 量 计 划质 量 检 测质 量 评 价质 量 控 制质 量 信 息 综 合 管 理质 量 要 求市 场 信 息物 料 管 理成 本 管 理财 务 管 理人 事
16、管 理办 公 自 动 化经 营 决 策生 产 管 理销 售 管 理 2.CIMS的关键技术 （1）信息集成 针对设计、管理和加工制造的不同单元，实现信息正确、高效的共享和交换。企业信息集成的基础是利用企业的系统模型来科学的分析和综合企业的各部分的功能关系、信息关系和动态关系，解决企业的物质流、信息流、价值流、决策流之间的关系。另外信息集成还要处理好信息间的接口问题。（2）过程集成 企业还必须处理好过程间的优化与协调。过程集成要求将产品开发、工艺设计、生产制造、供应销售中的各串行过程尽量转变为并行过程。过程集成还包括快速反应和动态调整。（3）企业集成 充分利用全球的物质资源、信息资源、技术资源、
17、制造资源、人才资源和用户资源，满足以人为核心的智能化和以用户为中心的产品柔性化是CIMS全球化目标。企业集成就是解决资源共享、资源优化、信息服务、虚拟制造、并行工程、网络平台等方面的关键技术。8.3 工件储运设备工件储运设备 存储是指将工件毛坯、在制品或成品在仓库中暂时保存起来，以便根据需要取出，投入制造过程。运输是指工件在制造过程中的流动，例如工件在仓库或托盘站与工作站之间的输送，以及在各工作站之间的输送等。储运设备有立体仓库、传送带、运输小车等。8.3.1 有轨小车（RGV）有轨小车（RailGuideVehicle）是一种沿着铁轨行走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动有轨小车：
18、通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小车：由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。趋势：采用空架导轨和悬挂式机械手或机器人作为运输工具也是一种发展，其主要优点是充分利用空间，适合于运送中、大型工件，如汽车车架、车身等。有轨小车的特点是：（1）加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；（2）控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；（3）行走路线不便改变，转弯角度不能太小；（4）噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安
19、全。8.3.2 自动导向小车（AGV）AGV（Automated Guided Vehicle）是指装备有电磁或光学导引装置，能够按照规定的导引路线行驶，具有小车运行和停车装置、安全保护装置以及具有各种移载功能的运输小车。1.AGV的结构;在自动化制造系统中使用的AGV大多数是磁感应式AGV。一般由运输小车、地下电缆和控制器三部分组成。（1）小车由工业级蓄电池提供动力，供电周期为20h；（2）沿着埋没在地板槽内的用交变电流激磁的电缆行走，地板槽埋没在地下4厘米左右深处，地沟用环氧树脂灌封，形成光滑的地表。（3）为了实现工件的自动交接，小车装有托盘交换装置，以便与机床或装卸站之间进行自动联接。有
20、辊轮式交换装置、滑动叉式交换装置。（4）AGV小车上设有安全防护装置。图8-13 磁感应AGV自动导向原理图MMMM12344321R1驱动轮；2驱动电机；3天线；4感应线 2.AGV的自动导向 图示为磁感应AGV自动导向原理图。小车底部装有弓形天线3，跨设于以感应线4为中心且与感应线垂直的平面内。感应线通以交变电流，产生交变磁场。当天线3偏离感应线任何一侧时，天线的两对称线圈中感应电压有差值，误差信号经过放大，驱动左、右电动机2;左、右电动机有转速差，经驱动轮1使小车转向，使感应线重新位于天线中心，直至误差信号为零。MMMM12344321R1 驱 动 轮；2 驱 动 电 机；3 天 线；4
21、 感 应 线3.路径寻找;路径寻找就是自动选取岔道，AGV在车间的行走路线比较复杂，有很多分岔点和交汇点。地面上有中央控制计算机负责车辆调度控制，AGV小车上带有微处理器控制板，AGV的行走路线以图表的格式存储在计算机内存中。自动导向小车的行走路线是可编程的，FMS控制系统可根据需要改变作业计划，重新安排小车的路线，具有柔性特征。AGV小车工作安全可靠，停靠定位精度可以达到3mm，能与机床、传送带等相关设备交接传递货物，运输过程中对工件无损伤，噪声低。8.3.3 自动化立体仓库 自动化立体仓库的主要特点有：（1）利用计算机管理，物资库存账目清楚，物料存放位置准确，对自动化制造系统物料需求响应速
22、度快；（2）与搬运设备（如AGV、有轨小车、传送带）衔接,能可靠及时的供给物料；（3）减少库存量，加速资金周转；（4）充分利用空间，减少厂房面积；（5）减少工件损伤和物料丢失；（6）可存放的物料范围宽；（7）减少管理人员，降低管理费用；（8）耗资较大，适用于一定规模的生产。1.自动化立体仓库的组成 自动化立体仓库组成：主要由库房、货架、堆垛起重机、外围输送设备、自动控制装置等。图式所示为自动化立体仓库，高层货架成对布置，货架之间有巷道，随仓库规模大小可以有一到若干条巷道。2.堆垛起重机 堆垛起重机是立体仓库内部的搬运设备。堆垛起重机可采用有轨或无轨方式，其控制原理与运输小车相似。仓库高度很高的
23、立体仓库常采用有轨堆垛起重机。为增加稳定性，采用两条平行导轨，即天轨和地轨 3.自动化立体仓库的管理与控制 由计算机、工业控制机、PLC、通信网络、数据库、相应的控制和管理软件组成。（1）货物的自动识别与存取。货物的自动识别通常采用编码技术，将货箱零件的有关信息自动录入计算机。（2）计算机管理。包括物资管理、帐目管理、货位管理及信息管理。（3）计算机控制。主要是对堆垛起重机的控制。8.4 工业机器人工业机器人8.4.1 工业机器人概况工业机器人是一种可编程的智能型自动化设备，是应用计算机进行控制的替代人进行工作的高度自动化系统。机器人和机械手的主要区别是：（1）机械手是没有自主能力，不可重复编
24、程，只能完成定位点不变的简单的重复动作；（2）机器人是由计算机控制的，可重复编程，能完成任意定位的复杂运动。机器人的发展过程可以分为三代：第一代机器人：目前工业中大量使用的示教再现型机器人，它主要由夹持器、手臂、驱动器和控制器组成。第二代机器人：带感觉的机器人，它具有一些对外部信息进行反馈的能力，诸如力觉、触觉、视觉等。第三代机器人：智能机器人，能理解指示命令，感知环境，识别对象，计划其操作程序以完成任务 图8-16 工业机器人的典型结构 8.4.2工业机器人的结构 工业机器人一般由主构架（手臂）、手腕、驱动系统、测量系统、控制器及传感器等组成。工业机器人的运动由主构架和手腕完成。其运动由两种
25、基本运动组成，即沿着坐标轴的直线移动和绕坐标轴的回转运动。不同运动的组合形成各种类型的机器人。(c）球坐标型；(d）多关节型；(e）平面关节型 8.4.3工业机器人的应用 1.汽车制造领域 图示为焊接机器人系统的示意图。焊接机器人分类：点位控制的、轨迹控制的焊接机器人。（1）稳定和提高焊接质量，保正其均匀性。（2）提高劳动生产率，一天可24小時连续生产。（3）改善工人劳动条件，可在有害环境下工作。（5）可实现小批量产品的焊接自动化。图8-18 喷漆工业机器人系统示意图 喷涂机器人在使用环境和动作要求上有如下的特点:（1）工作环境包含易爆的喷涂剂蒸气;（2）沿轨迹高速运动，途经各点均为作业点;（
26、3）多数和被喷涂件都搭载在传送带上，边移动边喷涂，所以它需要一些特殊性能。2.机械制造领域机械制造企业的柔性制造系统采用搬运机器人搬运物料、工件和工具，装配机器人完成设备的零件装配，测量机器人进行在线或离线测量。图8-20所示是两台机器人用于自动装配的情况，主机器人是一台具有三个自由度且带有触觉传感器的直角坐标机器人，它抓取第1号(No.1)零件，并完成装配动作；辅助机器人仅有一个回转自由度，它抓取第2号(No.2)零件，第1号和第2号零件装配完成后，再由主机械手完成与第3号(No.3)零件的装配工作。图示是两台机器人用于自动装配。图示是教学型FMS，由一台CNC车床、一台CNC铣床、工件传送
27、带、料仓、两台关节型机器人和控制计算机组成。两台机器人在FMS中服务，一台机器人服务于加工设备和传送带之间，为车床和铣床装卸工件；另一台位于传送带和料仓之间，负责上、下料。3.其它领域 8.5 检测与监控系统检测与监控系统8.5.1检测与监控原理在自动化制造系统的加工过程中，为了保证加工质量和系统的正常运行，需要对系统运行状态和加工过程进行检测与监控。图8-23 检测与监控系统的组成检测与监控系统运行状态检测与监控加工过程检测与监控物流监控控制信息监控系统安全监视加工设备监控刀具的检测与监控工件精度检测刀具流夹具流工件流信息流测量机机床机器人测量机循环内检测1.运行状态检测与监控自动化制造系统
28、中，需要检测与监控的运行状态通常包括：（1）刀具信息。（2）机床状态信息。（3）系统运行状态信息。（4）在线尺寸测量信息。（5）系统安全情况信息。（6）仿真信息。仿真信息包括以下内容：零件的数控程序是否准确；有无碰撞干涉情况；仿真综合结果情况等。2.工件尺寸精度检测方法（1）直接测量与间接测量。（2）接触测量和非接触测量。（3）在线测量和离线测量。3.刀具磨损和破损的检测方法（1）刀具、工件尺寸及相对距离测定法。（2）放射线法。（3）电阻法。（4）光学图像法。（5）切削力法。（6）切削温度法。（7）切削功率法。（8）振动法。（9）噪声分析法。（11）加工表面粗糙度法。8.5.2 检测与监控应用
29、举例例8-1加工中心（MC）需检测的运行状态信息。MC需检测的运行状态信息如下：（1）环境参数及安全检测。（2）刀库状态检测。（3）机床负载检测。（4）换刀机构检测。（5）交换工作台检测。（6）工作台振动检测。（7）冷却与润滑系统检测。（8）CNC/PC系统检测。例：切削力法刀具磨损和破损的检测与监控 切削力的变化能直接反映刀具的磨损情况，图8-24中和所示是切削力的变化过程，曲线表示的是锋利的刀具，曲线表示的是磨钝了的刀具。切削力的差异F是反映刀具实际磨损的标志。如果切削力突然上升或突然下降，可能预示刀具的折断。图8-25所示为根据切削力的变化判别刀具磨损和破损的系统原理图。（1）当刀具在切
30、削过程中磨损时，切削力会增大；如果刀具崩刃或断裂，切削力会剧减。（2）系统中工件加工余量的不均匀等因素也会引起切削力的变化，为了避免误判，取切削分力的比值和比值的变化率作为判别的特征量，即在线测量三个切削分力FX、FY和FZ的相应电信号，经放大后输入除法器，得到分力比FX/FZ和FY/FZ，再输入微分器得到d（FX/FZ）/dt和d（FY/FZ）/dt。图8-25 用切削力检测刀具状态原理图放大器除法器比较器比较器比较器微分器磨损判别器破损判别器机 床 控 制 器工件测力仪FZFXFYFX/FZFY/FZ 例：声发射法检测刀具。声放射：固体在产生变形或断裂时，以弹形波形释放出变形能的现象。金属
31、切削声发射信号的来源有：工件的断裂，工件与刀具的摩擦，刀具的破损及工件的塑性变形等。（1）声放射在切削过程中产生频率范围很宽，从几十千赫兹至几兆赫兹不等。（2）声发射信号可分为突发型和连续型两种。突发型声发射信号在表面开裂时产生，其信号幅度较大，各声发射事件之间间隔时间较长；连续型声发射信号幅值较低，事件的频率较高，以致难以分为单独事件。正常切削声发射信号是小幅值的连续信号。刀具破损声发射信号幅值远大于正常切削，与刀具破损面积有关，增长幅度为37倍。声发射信号产生阶跃突变是识别刀具破损的重要特征。钻 头 破 损检 测 器机 床 控 制 器主 轴 头声 发 射 传 感 器破 损 信 号换 刀 信
32、 号工 作 台折 断工 件交 换 8.5.3检测设备 1.坐标测量机（CMM）坐标测量机（CoordinateMeasuringMachine）又叫做三坐标测量机，是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动化制造系统的基本测量设备。（1）坐标测量机结构特点：结构布局有立式和卧式两类。立式CMM有时是龙门式结构，卧式CMM有时是悬臂式结构。图8-27 悬臂式坐标测量机计 数 器412.2055放 大 器开 关被 测 工 件三 维 测 量 头刻 线 尺刻 线 尺ZYX 图示为一悬臂式CMM，由安放工件的工作台、立柱、三维测量头、位置伺服驱动系统、计算机控制装置等组成。（2）坐标测量机的
33、工作原理 CMM和数控机床一样，其工作过程由事先编制好的程序控制，各坐标轴的运动也和数控机床一样，由数控装置发出移动脉冲，经位置伺服进给系统驱动移动部件运动，位置检测装置（旋转变压器、感应同步器、角度编码器、光栅尺、磁栅尺等）检测移动部件实际位置。当测量头接触工件测量表面时产生信号，读取各坐标轴位置寄存值，经数据处理后得出测量结果。CMM将测量结果与事先输入的制造允差进行比较，并把信号回送到FMS单元计算机或CMM计算机。CMM计算机通常与FMS单元计算机联网，上载和下载测量数据和CMM零件测量程序。2.利用数控机床进行测量 三坐标测量机对地基和工作环境的要求也很高。数控机床和CMM在工作原理
34、上没有本质区别，三坐标测量机上用的三维测量头的柄部结构与刀杆一样，可将其直接安装在机床（如加工中心）上。需要检测工件时，将测量头安装在机床主轴或刀架上，测量工作原理与CMM相同；测量完成再由换刀机械手将测量头放入刀库。工件在数控机床上加工结束后，必须经高压冷却液冲洗，并用压缩空气吹干后方可进行检验测量。在数控机床上进行测量有如下特点：（1）不需要昂贵的CMM，但损失机床切削加工时间；（2）可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；（3）不需要工件来回运输和等待。3.测量机器人机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，可以实现对零件100的测量，因此特别适合于自动化制造系统中的工序间测量和
35、过程测量。同坐标测量机相比，机器人测量造价低，使用灵活。4.专用的主动测量装置专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化，并能根据测得的结果发出相应的信号，控制机床的加工过程（如变换切削用量、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等）。图8-28 磨床上工件外径自动测量原理自动测量头信号转换放大器控制部分执行机构尺寸变化位移信号电信号 例：图示为磨床上工件外径自动测量及反馈控制装置的原理图。8.6 辅助设备辅助设备 8.6.1清洗站 清洗机有许多种类、规格和结构，一般按其工作是否连续分为间歇式（批处理式）和连续通过式（流水线式）。批处理式清洗站用于清洗质量和体积较
36、大的零件，属中、小批量清洗；流水线式清洗机用于零件通过量大的场合。批处理式清洗机分类：倾斜封闭式清洗机、工件摇摆式清洗机、机器人式清洗机。机器人式清洗机用机器人操作喷头，工件固定不动。有些大型批处理式清洗站内部有悬挂式环形有轨车，工件托盘安放在环形有轨车上，绕环形轨道做闭环运行。流水式清洗站用辊子传送带运送工件，零件从清洗站的一端送入，在通过清洗站的过程中被清洗，在清洗站的另一端送出，再通过传送带与托盘交接机构进入零件装卸区。清洗机有高压喷嘴，喷嘴的大小、安装位置和方向应考虑到零件的清洗部位，保证零件的内部和难清洗的部位均能清洗干净。批处理式清洗站的操作过程如下：（1）将工件托盘送到清洗站前。
37、（2）打开进入清洗站的门，将托盘送入清洗工作区，并将其固定在有轨吊车上，关闭站门。（3）托盘随吊车绕轨道运行时，高压、大流量冷却液从喷嘴喷向工件托盘，使切屑、污物、油脂等落入排污系统。（4）冲洗一定时间后，冷却液关闭，开始吹热空气进行干燥。（5）吹风干燥一段时间后，有轨吊车返回其初始位置。（6）从有轨吊车上取下工件托盘，打开清洗站大门，运走工件托盘。8.6.2 去毛刺设备 1、机械法去毛刺 包括在FMS中，机器人手持钢丝刷或砂轮打磨毛刺。2、振动法去毛刺 零件分批装入大容器罐，用陶瓷卵石为介质，容器罐快速往复振动去毛刺和氧化皮。适用于清除小型回转体或棱体零件的毛刺 3、热能法去毛刺 将零件装入
38、一个小密闭室里，充满压缩易燃气体和氧气的混合物，无论是外部、内部或盲孔都浸入混合气体中。通过煤气混合物猛烈的热爆炸，毛刺或飞边燃烧成火焰被氧化并转化为粉末，然后用溶剂清洗零件。4、电化学法去毛刺 电化学法去毛刺通过电化学反应将工件上的材料溶解到电解液中，对工件去毛刺或成形。高硬度材料非常适合用电化学法。8.6.3 切屑和冷却液的处理 1.切屑排除 从加工区域清除切屑有下列几种方法：（1）靠重力或刀具回转离心力将切屑甩出，切屑靠自重落到机床下面的切屑输送带上。（2）用大流量冷却液冲洗加工部位，将切屑冲走，然后用过滤器把切屑从冷却液中分离出来。（3）采用压缩空气吹屑。（4）采用真空吸屑，此方法最适
39、合于干式磨削工序和铸铁等脆性材料在加工时形成的粉末状切屑。2.切屑输送 （1）平板链式切屑输送机。（2）刮板式切屑输送机。（3）螺旋式切屑输送机图8-29 平板链式切屑输送机 图示为平板链式切屑输送机。以滚轮链轮牵引的钢质平板链带在封密箱中运转，加工中的切屑落到链带上被带出机床，由AGV将切屑仓斗运送到切屑收集区，将切屑压制成块，以便运走。图8-30 刮板式切屑输送机 图示为敷设在地沟内的刮板式切屑输送机，封闭式链条3装在两个链轮5和6上。（3）螺旋式切屑输送机。图8-31所示为螺旋式切屑输送机，电动机经减速装置驱动安装在排屑槽中的螺旋杆。螺杆转动时，槽中的切屑由螺旋杆推动连续向前运动，最终排
40、入切屑收集箱内。螺旋杆有两种形式：一种用扁型钢条卷成螺旋弹簧状；另一种是在轴上焊接紧密贴合的螺旋片。图8-31 螺旋式切屑输送机 图示为螺旋式切屑输送机。螺杆转动时，槽中的切屑由螺旋杆推动连续向前运动，最终排入切屑收集箱内。螺旋杆有两种形式：一种用扁型钢条卷成螺旋弹簧状；另一种是在轴上焊接紧密贴合的螺旋片。3.切屑分离 （1）将切屑连同冷却液一起排送到冷却站。通过孔板或漏网时，冷却液漏入沉淀池中，通过迷宫式隔板及过滤器进一步清除悬浮杂物后被泵重新送入压力主管路。留在孔板上的切屑可用刮板式排屑、输屑装置将其排出并集中起来。（2）切屑和冷却液一起直接送入沉淀池，然后用输屑装置将切屑运出池外。这种方
41、法适用于冷却液冲洗切屑的自动排屑场合。图8-32 带刮板式输屑装置的单独冷却站图示为带刮板式输屑装置的单独冷却站。思考题思考题 8-1 柔性制造系统和柔性制造单元的本质区别是什么？8-2 简述加工中心和组合机床在零件制造方面的共同点和区别。8-3 请分析加工中心和数控车床所适宜加工零件的特征。8-4 请分析数控车床和车削中心在工作原理方面的差别。8-5 各举出一个接触测量和非接触测量的实例，并绘出测量原理框图。8-6 构思一个车间货物运输用的柔性小车，内容包括小车机械运动、路径导向、岔口选择、动力补给、紧急防范和货物装卸等。8-7 查阅相关资料，叙述立体汽车车库（可以自动存取和停放多辆汽车）的工作原理，并绘制出原理示意图。8-8 科幻世界中对机器人赋予了神话般的能力，甚至有人认为将来的机器人会控制和主宰人类世界。请用科学的逻辑分析推测其可行性。
