机械手-P13-1-气动机械手的设计及其PLC控制
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附录A生产自动化自动化是一个在制造业中广泛使用的术语。文中,自动化可被定义为有关应用机械、电子和计算机的系统去管理和控制生产的技术,这种技术的例子包括: 加工零件的自动化机床 自动连续生产线和类似的顺序生产系统。 自动装配机器。 工业机器人 自动材料处理和储存系统 用于质量控制的自动检验系统。 反馈控制和计算机程序控制 使支持制造业活动的计划、数据收集和决策的过程自动化的计算机系统。自动化生产系统可被化分为两个基本类别硬件自动化和可编程自动化。1硬件自动化1.1硬性自动化硬性自动化是哈德尔(Harder)杜撰“自动化”这个单词时所提出的硬性自动化是指生产系统中生产顺序或装配工作由设备配置确定,并且在没更换设备的情况下不能轻易改变。虽然顺序中的每一个操作通常是简单的,但是,将许多简单的操作集成和协调成一个单一系统使硬性自动化变得复杂化。硬性自动化的典型特点包括:1.定做设计设备的光期投资高;2.高生产效率;3.应用于大批量产品生产;4.适应产品变更的相对固定性。 硬性自动化对高需求率产品是经济合适的。先期设备的高投人可以被大量部件分摊,也许是数百万件,这样与其他生产方法相比部件花费低。硬性自动化的例子包括机加工连续生产线、转盘换位机械和自动装配机器。硬性自动化的大部分技术是在汽车工业中发展起来的;连续生产线(追溯到大约1920年)就是一个例子。1.2控制器单元 数控的第二个基本元件是控制器单元。这由可以阅读和翻译指令程序并把它转换成机床机械运动的电子设备和硬件组成。控制器单元的典型元件包括磁带阅读机、数据缓冲器、通向机床的信号输出通道、来自机床的反馈通道、以及协调上述元件整体操作的顺序控制器。 磁带阅读机是一个用于缠绕和阅读含有指令程序的穿孔磁带的机电装置。磁带上含有的数据被读入数据缓冲器。该设备的目的是将输人指令储存在信息逻辑单元。一个信息组通常代表加工元件顺序中的一个完整步骤。例如:一个信息组可以是移动机床台面到特定位置并在该位置钻孔所需的数据。 信号输出通道与机床的伺服马达和其他控制器相连。通过这些通道,指令由控制器单元送到机床。为了弄清楚指令是否己被机床正确执行,反馈数据通过反馈通道回到控制器。反馈回路的重要功能是确保台面和工件已经相对于刀具正确定位。为此当今使用的大多数数控机床具有位置反馈控制器,并被称为“闭环系统”。然而,近些年开环系统的使用可靠性足够高,因此反馈控制器是不需要的,是一笔不必要的额外花销。顺序控制器协调控制器单元其他元件的动作。磁带阅读机执行将数据从磁带读入缓冲器中,来回向机床传送信号等等。这些类型的操作必须是同步的,这就是同步控制器的功用。数控系统的另一个元件是控制面板,它实际上可能是控制器单元或机床的一部分。控制面板或控制台山刻度盘和开关组成,机床操作者通过他们运转数控系统。控制面板也可有数据显示器为操作者提供信息。虽然数控系统是一个自动化系统,但仍需要人类操作者来开关机床,更换刀具(一些数据系统有自动化刀具更换装置),向机床加载和卸载以及完成其他各式各样的任务。为了履行这些职责,操作者必须能控制这个系统,是通过控制面板来完成的。1.3机床数控系统的第三个元件是机床或其他被控制的工序。它是数控系统完成有用工作的部分。在最常见的数控系统例子中,一个设计来完成机加工操作的系统中,机床由工作台、主轴以及驱动它们所必要的马达和控制器组成。它也包括刀具、工件夹具以及其他机加工操作中所需的辅助设备。1.4自动生产线 使用自动生产线可以利用专用、多功能机床来实现最大程度的自动化。自动生产线实质上是那些由工件传送装置连接起来的按所需顺序布置的单个工位的组合,并且通过连锁控制集成为一体。工件在工位间被自动传送,每个工位都装配有用于加工、测量、工件再定位、组装、清洗或其他操作的卧式、立式及倾斜式设备。自动生产线的两大主要类别是旋转式和直列式。 自动生产线的一个显著优点足它们允许同时完成大量的操作。相对来说,对机加工工件表面或平面的数量没有限制,因为装置可介入自动生产线。实际上在任意位置能使工件翻转、旋转或定向以便完成机加工操作。工件重定位也使倾斜主轴箱的数目减至最小,使操作在最佳时间完成。经常可进行从原始铸件或锻件到成品件的完整加工。 一个或多个成品件在一条带有每个传输系统标志的自动生产线上生产,传输系统使部件从一个工位运动到另一个工位。这类生产线的生产效率通常为50%-85%,由一条生产线生产各式各样部件时为50%,由一条生产线大批量生产一个部件时达85%,这取决于工件和如何操作自动生产线(材料处理方法、维护程序等)。 所有类型的机加工操作,如钻削、攻丝、铰削、镗削和铣削,在自动生产线上被经济地组合在一起。诸如车削和表面加工的车床式操作也在直列式自动生产线土完成,工件在选择的机加工工位上旋转。车削操作在机床部分完成,多刀架通过安装在隧道式桥形装置上的滑轨进给。工件定位在中心位置,由在每个车削工位上的卡盘带动旋转直列式自动生产线上有CNC的车削工位可供使用。CNC装置允许我们很容易地改变机器工作周期以适应工件设计的改变而且能用于调整自动刀具。 当工件在传送机上移动时通过将零件组装到工件上,经常可以获得连续生产线上最大的生产经济效益。在传送加工过程中,能够对诸如轴衬、密封垫、威尔士衬套和保温管等零件进行组装、机加工或测试。完成部件局部装配后也可进行白动螺帽扭转。 如果能使用合适的机加工装置并随后进行良好的轴衬操作,在自动生产线上进行深钻孔或铰削是一项理想的应用球面座和其他表面的仿形镗削和车削可用仿形控制单点进人工件完成,因此取消了昂贵的专用成形刀具。对铰孔或镗孔的测量以及自动刀具的调整是在自动生产线上进行的,以保持精确的公差。 有时在自动生产线上进行的非常规加工包括磨削、环形齿轮的感应加热以冷缩配合压在飞轮上、阀座的感应淬火、深度辊压以施加预压载荷和抛光。 自动生产线很早就用于汽车工业来高效率地生产相同部件,手工零件加工量极少。除了减少劳动力需求外,这种生产线能保证低成本生产标准始终如一的、高质量零件。它们不再局限于粗加工,现在已经常取消了诸如抛光和镗磨这样的后来工序。 目前,对自动生产线的需求越来越多,用来处理少量的小尺寸的相似的或甚至不同的零件,用于生产经营的快速转换。内置柔性,即重新布置和互换机加工设备的能力,以及提供空转工位增加了每个白动生产线的成本,但是在经常重新设计产品的情况下这些特性是经济可行的。现在许多这样的生产线已用在非汽车领域里来满足少量的生产要求。 现在用于减少零件更换时间的特殊性能包括标准尺寸、模块结构、安装在自动生产线主托架上的互换性夹具、可互换的夹具零件、借助选择开关将不同的部件锁定在具体工位上的能力和可编程控制器。产品设计也很重要,如可能在不同的零件上应提供常见的移动和夹紧用的表面。2机器人2.1机器人学的定义和机器人系统1)机器人学的定义要以一种方法来定义机器人而为每一个制造者和使用者普遍地接受那是困难的。然而,当统计、记录、清点一下在各个国家和工业部门中使用的机器人数量时候,一个清楚明确的机器人定义的重要性就变得非常明显。此外,单一用途的机器,常称作刚性自动化设备的,具有某些看似机器人那样的特点。在日本,根据报道过的在使用中的机器人就超过85000台,都是没有定义界定的。如果将制造工程师协会(SME)所研究制定的定义应用来界定这85000台机器人,大约只有12000台才够格认定为机器人。美国制造工程协会内的机器人制造者组成的一个团体即美国机器人研究所研究制定的定义是以下内容:机器人是一种可重复编程的多功能的操纵控制器,是被设计用来搬运材料、零部件、各种工具和特种装置的,它们是通过可变编程的运动机构来执行上述各项任务。关键词是可重复编程和多功能,因为大多数单一用途的机器设备不能满足这两个要求。可重复编程意味着机器人必须能进行重新编程以执行一个新的任务或执行不同的任务或者能显著地改变机械臂或加工刀具的机械运动。多功能就是重点强调:机器人必须能够实现许多不同的功能。不同功能的实现又取决于程序和加工工具的应用。这一定义的一个变种更清楚地阐述了现在流行的机器人的智能性,其内容如下:机器人是一个独臂的、不长眼睛的、而又有一定记忆能力、不会说话、不会看也不会听的“老实人”。尽管现在流行的有用的机器人有巨大能力,但即使最没有训练的工人去处理在其工作单元中发生的许多事情来说也比机器人好。例如,工人们当零件失落在地面时或零件的传送机没有零件时,他们都能意识到。但没有装设一批传感器的、头脑简单的机器人就不会有任何这种信息意识。即使备有技术上最先进的、很有效的传感器的装置,机器人也无法与经验丰富的工人相比拟。因此,一个良好的自动化工作单元的设计需要利用与机器人控制器相连接的周边设备,以使其智能达到接近操作工人的感知能力。2)机器人装置现在机器人装置与工作单元装置之间的差别是十分清楚的。机器人装置仅仅包括机器人硬件,而工作单元装置却包括机器人装置零部件和加上生产产品所需要的所有附加设备。当制造者着手创建的集成机器人自动化转变成日益复杂的生产装置时,机器人系统与机器人之间的区别将在于是否通过计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)来进行编程和控制。另方面,机器人手臂上的加工动作,根据生产工艺的需要由系统自动地改变。为了理解当前机器人的技术水平和将来的发展趋势,先研究基本机器人系统是符合逻辑的合理步骤。2.2建筑机器人英国建筑自动化与机器人技术协会最近的一次会议上邀请了几个日本最大建筑公司的代表作了一个关于建筑工业自动化与机器人技术最新发展进步的报告。这会议是很及时的,因为在这个领域的主要发展的秘密刚刚被公开披露,在这个领域所有日本的建筑工作者一直在开展此项工作。早些时候,日本建筑机器人的研究在新闻中曾有广泛的报导;这包括喷漆机器人、水泥楼面精整机器人、隧道掘进机器人等,所有这些机器人颇直接地面向现实的任务开展应用自动化,这各种机器人装置是日本政府研究计划的成果(政府指日本工业与贸易部),还包括日本六家主要的建筑公司和Waseda大学在内的研究成果。这些简单的机器人样机很难被推荐到非结构性的户外环境的建筑物建设中使用,因此没有显著地研究和发展。其主要研究在于这些早期的设计和建设自动化的投资目标之间权衡中进行,那就变得很清楚了。日本多间建筑公司对美国几间大学以重大投资来解决这一困难任务表示响应。他们现在正在获取其投资利益且他们表明了是他们首先采用先进技术系统。当建造在开展时,这种系统的一部分就是将工场周围环境围拢起来以便用层层顶升的施工方法建设高层建筑。所有日本的主要建筑宣告了这建筑观念的变化,而且在这次会议中的两位演讲者(从Obayashi和Shimizn公司派来的)用影视显示了大规模运用这种新建筑技术的现场试验情况。首先看见的新的装置可视作为一个比复杂天气防护架小的装置,包括直接建设场地在内,但事实上包括相当大数量的技术革新内容,而第一个工作系统获得了极为重要的成就。2.3微机为基础的机器人模拟微机为基础的机器人模拟软件包包括有许多新的特点,这些特点使得专业性微机基础的模拟和脱机编程经得起方案选择。CAD绘图可能是从国外CAD软件包进口而来。该软件包是利用DXF格式的,或者利用国内三维CAD系统来模拟目标,包括模拟表面实体结构的几何图形模拟,多线挤压成型模拟,实体和回转体模拟等。超级VGA工程图学软件进行模拟标准化配制,这标准化配制是由工程图学软件包基础工作站来提供。任何一般的机构,包括平行结构、树枝状结构以及新型机器人都可以进行模拟。当然,利用早已确认的140多种工业机器人中任一种都是可能的。机器人动力学问题也可能就是模拟问题。力、力矩、质量、惯性矩等等,机器人上的每一个关节都存在着机器人在空间的轨迹滞后于机器人控制器所预期的轨迹。这滞后的范围大小,当目的是快速移动时,任何超越以及最终的急剧、突然的停止,都可以通过改变模拟控制规则系统的特性来估计和优化。拾起重物即赋以有效重荷的动作也可以看作是否超过电机扭矩极限进行模拟的。2.4精整应用中的机器人复杂的程序已常常妨碍制造工作人员使用精整应用中的机器人。然而,去毛刺和精整加工仍然使用疲劳的手工劳动。由机器人等实验室、3M磨料部门设计了力控制装置。该装置可以准确地跟踪描划出零件轮廓和补偿磨料磨损。这样,部位较少或公差较松的,可以利用逐点进行编程,这使得逐点编程较为容易,并让机器人连贯地执行大多数的磨削、去毛刺和精整任务。机器人可以利用位置控制以便磨削,利用力控制以便去毛刺和精整。低摩擦气缸的缓慢控制力或反馈均包括在内。力控制机器人在自动去毛刺和精整工作中缩短了工作时间周期并提高了零件质量。这种机器人可为重型设备制造者缩短去毛刺时间的三分之二。3可编程自动化3.1可编程自动化 对于可编程自动化,以由程序,即一套可以被系统识别和解释的编码指令来控制生产操作工序的方式来设计设备。这样就可毫无困难地改变操作顺序以允许在同一设备上生产不同的产品结构。表现可编程自动化的一些特性包括:1.通用可编程设备的高投人;2.比硬性自动化更低的生产率;3.应付产品结构变化的柔性;4.适合于类似产品或零件的小和或中等产量的生产(例如,零件族)。可编程自动化的例子包括数控机床、工业机器人和可编程逻辑控制器。 可编程生产系统经常用于成批的生产零件或产品。它们尤其适合于相同产品成批的重复订单为了生产一批新产品,必须为系统编制与新产品相适应的一套机器指令。设备的实际装备也必须改变,必须给机器附加特殊的夹具,必须装上适当的刀具。这种转换过程可能是耗时的。结果,一批特定产品的一般生产周期包括1完成准备和重编程的阶段和2该批产品的加工阶段。设置重编程阶段构成了自动化系统的非生产时间。 可编程自动化的经济性要求:随着设置一重编程时间增长,生产批量的大小必须被编得较大以便在众多设备中分散损失的生产时间的消耗。相反,如果设置和重编程时间能降到零,则批量的大小可降至一个。这是柔性自动化的理论基础,即可编程自动化的延伸。柔性自动化系统是从一个产品转产到另一个产品时,时间损失最少的能生产许多种类产品(或零件)的系统、系统重编程和改变实际装备的时间是最少的,并且事实上导致无生产时间损失。因此,系统能在连续流程中生产不同的产品组合和进程,而不是批处理间有中断的批处理生产。柔性自动化的特点包括:1.用于工程定制系统的高投资;2.连续的产品混合生产;3.改变产品混合以适应对所生产的不同产品的需求率变化的能力;4.中等生产率;5.处理产品设计变更具有柔性。 柔性自动化生产系统通过下面一个或更多的途径应用于实践中:1.使用零件族概念,根据此概念系统中制造的零件在种类上有所限制;2.预先,并且或离线对系统再编程以便再编程不会中断生产;3.下载已有程序到系统中来生产以前制造过的零件,为这些零件已编写过程序;4.使用快速装卸的夹具以便最大限度地缩短实际装备时问;5.便用为有限零件类型所设计的夹具族;6.给系统装配大量的快速装卸刀具,它们包括用来生产零件族的各式各样的加工操作工具。为了实现这些应用,在柔性自动化生产系统上生产的零件类型的变化通常比批处理类型的可编程自动化系统要局限的多柔性自动化系统的例子可追溯到20世纪60年代晚期的进行机加工操作的柔性制造系统。3.2数字控制 数字控制(常缩写为数控)可定义为一种可编程自动化的形式,其中工艺是由数字、字母和符号来控制的。在数控中,数字构成了为某特定工件或任务设计的指令程序。当任务变更时,指令程序也相应改变,改变每种新任务程序的能力使数控具有柔性。编写新程序比改变主要生产设备要容易得多。 数控设备用于所有的金属零件制造领域,在当今工业的现代机床中大约占15%。因为数控机床比传统机床昂贵得多,工业数控机床的资产价值比起他们的所占比位来要大得多。应作数控的设备已被用来完成各式各样的操作,如钻削、铣削、车削、磨削、饭金压制、点焊、弧焊、铆接、装配、制图、检验及零件处理等。这绝不是一个完全的列举。应把数字控制看成一种加工控制的可行方法,用于具有下列特点的任何生产情况: 1)用原材料加工类似工件(如用于机加工的金属材料)。 2)零件被生产成各种尺寸和形状。 3)以小到中等规模批量生产工件。 4)完成每个工件的加工要求一系列的相似加工步骤。 许多机加工零件满足这些条件。这些机加零件是金属的,给它们规定了不同的尺寸和形状,而且当今工业生产的大部分机加零件被制成小到中等规模的多种尺寸。为了生产每一个零件,需要一系列的钻削操作或一系列的车削或铣削操作。数字控制对这些零件的适应性是数字控制在过去25年中在金属制造业中巨大增长的原因。一个可操作的数字控制系统由下列三个基本部件组成:1)指令程序。2)控制器单元,也称为机床控制单元。3)机床或其他被控工艺。3.3指令程序 指令程序是告诉机床如何去工作的一套详尽的一步步的指令集。它被以数字或符号的形式编码在一些可以被控制器单元翻译的输人介质上。最常用的输入介质是1英寸宽的穿孔带在这些年中,也使用了其他形式的输人介质,包括穿孔卡片、磁带、甚至35mm电影胶片。 还有其他两种向数字控制系统进行输人的方法必须提及。第一种是用手工将指令数据输入到控制器单元。这是费时的,除非作为辅助控制手段或只制造一个或非常有限数目的零件时,一般很少使用。第二种输入方法是与计算机直接相连。这叫做直接数字控制或DNC。 指令程序是由被称为部件工作程序员的人编写的。程序员的工作是提供一套详细的指令,通过这些指令可完成一系列加工步骤对一个机加工操作,加工步骤包括机床台面和刀具的相对运动。3.4可编程逻辑控制器可编程逻辑控制器(PLC)是一种固态电子装置,它利用已存入的程序来控制机器的运行或工艺的工序。PLC通过输入/输出(I/O)装置发出控制信号和接受输入信号。PLC依据已存入程序所规定的逻辑控制输出装置响应输入装置的激励。输入装置由限位开关、按钮、手轮、开关、脉冲、模拟信号、ASCII系列数据和来自于绝对位置解码器的二进制或BCD数据组成。输出的是驱动电磁线圈、电动起动机、继电器、指示灯等终端设备的电压或电流电平。其他输出装置包括模拟装置、数字BCD显示、ASCII兼容装置、伺服变速驱动器、甚至计算机。 当通用汽车公司和其他制造商们正在试验看能否有另一种方法来销毁型号转变过程中机床的所有布线控制面板和其他生产设备时,PLC被研制成了(大约在1968年)。这种年度例行工作是必要的,因为控制面板的重新布线比购买新的控制面板要贵得多。 汽车公司与许多控制设备制造商打交道,请他们开发一个控制系统,这个系统要有较长的生产寿命而无须主要线路重新布线,并且能被工厂人员所理解和维修。这个新系统被称作“可编程控制器”。PLC的处理器部分由中央处理器和存储器组成。中央处理器(CPU)是处理器的交通控制器,存储器储存信息。从输人装置来的电信号进入处理器后,经输入模块整理成处理器逻辑单元可接受的电压电平。处理器监测I/O的状态,然后依据储存在PLC存储器中指令更新输出。例如,处理器可被编程以便当连接限位开关的输入为真时(限位开关闭合),连在输出模块上的输出装置被接通,例如,这个输出装置可以是电磁线圈。处理器通过存储器记录下这个指令并与每次检测相比较以确定限位开关是否真正闭合。如果闭合,处理器通过接通输出模块接通电磁线圈。诸如电磁线圈或电动起动机之类的输出装置被连接到输出模块的接线柱上,并从处理器接受它的位移信号。实际上,处理器在完成一系列长而复杂的逻辑判断。PLC按顺序并根据存储的程序来执行该样的判。同样地,模拟I/O装置允许处理器依据信号的大小而不是其接通或关闭来做判断。例如,处理器可被编程为根据锅炉实际温度(模拟输入)与所需温度的比较来增加或减少流向锅炉的蒸汽(模拟输出)。这通常是用处理器的内置PID(比例,积分,微分)能力来实现的。因为PLC是“基于软件的”,其控制逻辑功能可通过对存储器再编程而改变。键盘编程装置便修改的程序的输人更方便,该程序可以被设计成使现有机器或工序以不同顺序运行,或响应不同水平的激励或激励组合。只有当涉及到附加的。更改的或重新定位的输入/输出装置时,才需要修改硬件。附录BProduction AutomationAutomation is a widely used term in manufacturing. In this context, automation can be defined as a technology concerned with the application of mechanical, electronic, and computer-based systems to operate and control production. Examples of this techno logy include: Automatic machine tools to process parts. Automated transfer lines and similar sequential production systems. Automatic assembly machines. Industrial robots. Automatic material handling and storage systems. Automated inspection systems for quality control. Feedback control and computer process control. Computer systems that automate procedures for planning, data collection, and decision making to support manufacturing activities.Automated production systems can be classified into two basic categories: hardware automation and programmable automation.1Hardware Automation1.1Fixed AutomationFixed automation is what Harder was referring to when he coined the word automation. Fixed automation refers to production systems in which the sequence of processing or assembly operations is fixed by the equipment configuration and cannot be readily changed without altering the equipment. Although each operation in the sequence is usually simple, the integration and coordination of many simple operations into a single system makes fixed automation complex. Typical features of fixed automation include 1. high initial investment for custom-engineered equipment, 2. high production rates, 3. application to products in which high quantities are to be produced, and 4. relative inflexibility in accommodating product changes.Fixed automation is economically justifiable for products with high demand rates. The high initial investment in the equipment can be divided over a large number of units, perhaps millions, thus making the unit cost low compared with alternative methods of production. Examples of fixed automation include transfer lines for machining, dial indexing machines, and automated assembly machines. Much of the technology in fixed automation was developed in the automobile industry; the transfer line dating to about (1920) is an example.1.2Controller nitThe second basic component of the NC system is the controller unit. This consists of the electronics and hardware that read and interpret the program of instructions and convert it into mechanical actions of the machine tool. The typical elements of the controller unit include the tape reader, a data buffer, signal output channels to the machine tool, feedback channels from the machine tool, and the sequence controls to coordinate the overall operation of the foregoing elements.The tape reader is an electrical-mechanical device for winding and reading the punched tape containing the program of instructions. The data contained on the tape are read into the data buffer. The purpose of this device is to store the input instructions in logical blocks of information. A block of information usually represents one complete step in the sequence of processing elements. For example, one block may be the data required to move the machine table to a certain position and drill a hole at that location.The signal output channels are connected to the servomotors and other controls in the machine tool. Through these channels, the instructions are sent to the machine tool from the controller unit. To make certain that the instructions have been properly executed by the machine, feedback data are sent back to the controller via the feedback channels. The most important function of this return loop is to assure that the table and workpart have $ been properly located with respect to the tool. Most NC machine tools in use today are provided with position feedback controls for this purpose and are referred to as closed-loop systems. However, in recent years there has been a growth in the use of open-loop systems, which do not make use of feedback signals to the controller unit. The advocates of the open-loop concept claim that the reliability of the system is great enough that feedback controls are not needed and are an unnecessary extra cost. Sequence controls coordinate the activities of the other elements of the controller unit. The tape reader is actuated to read data into the buffer from the tape, signals are sent to and from the machine tool, and so on. These types of operations must be synchronized and this is the function of the sequence controls.Another element of the NC system, which may be physically part of the controller unit or part of the machine tool, is the control panel. The control panel or control console contains the dials and switches by which the machine operator runs the NC system. It may also contain data displays to provide information to the operator. Although the NC system is an automatic system, the human operator is still needed to turn the machine on and off, to change tools (some NC systems have automatic tool changers), to load and unload the machine, and to perform various other duties. To be able to discharge these duties, the operator must be able to control the system, and this is done through the control panel.1.3Machine oolThe third basic component of an NC system is the machine tool or other controlled process. It is the part of the NC system which performs useful work. In the most common example of an NC system, one designed to perform machining operations, the machine tool consists of the worktable and spindle as well as the motors and controls necessary to drive them. It also includes the cutting tools, work fixtures, and other auxiliary equipment needed in the machining operation.1.4Transfer MachinesThe highest degree of automation obtainable with special-purpose, multifunction machines is achieved by using transfer machines. Transfer machines are essentially a combination of individual workstations arranged in the required sequence, connected by work transfer devices, and integrated with interlocked controls. Workpieces are automatically transferred between the stations, which are equipped with horizontal, vertical, or angular units to perform machining, gagging, workpiece repositioning, assembling, washing, or other operations. The two major classes of transfer machines are rotary and in-line types.An important advantage of transfer machines is that they permit the maximum number of operations to be performed simultaneously. There is relatively no limitation on the number of workpiece surfaces or planes that can be machined, since devices can be interposed in transfer machines at practically any point for inverting, rotating, or orienting the workpiece, so as to complete the machining operations. Work repositioning also minimizes the need for angular machining heads and allows operations to be performed in optimum time. Complete processing from rough castings or forgings to finished parts is often possible.One or more finished parts are produced on a transfer machine with each index of the transfer system that moves the parts from station to station. Production efficiencies of such machines generally range from 50% for a machine producing a variety of different parts to 85% for a machine producing one part, in high production, depending upon the workpiece and how the machine is operated (materials handling method, maintenance procedures, etc.)All types of machining operations, such as drilling, tapping, reaming, boring, and milling, are economically combined on transfer machines. Lathe-type operations such as turning and facing are also being performed on in-line transfer machine, with the workpieces being rotated in selected machining stations. Turning operations are performed in lathe-type segments in which multiple tool holders are fed on slides mounted on tunnel-type bridge units. Workpieces are located on centers and rotated by chucks at each turning station. Turning stations with CNC are available for use on in-line transfer machines. The CNC units allow the machine cycles to be easily altered to accommodate changes in workpiece design and can also be used for automatic tool adjustments.Maximum production economy on transfer lines is often achieved by assembling parts to the workpieces during their movement through the machine. Such items as bushings, seals, Welch plugs, and heat tubes can be assembled and then machined or tested during the transfer machining sequence. Automatic nut torturing following the application of part subassemblies can also be carried out.Gundrilling or reaming on transfer machines is an ideal application provided that proper machining units are employed and good bushing practices are followed. Contour boring and turning of spherical seats and other surfaces can be done with tracer controlled single-point inserts, thus eliminating the need for costly special form tools. In-process gaging of reamed or bored holes and automatic tool setting are done on transfer machines to maintain close tolerances.Less conventional operations sometimes performed on transfer machines include grinding, induction heating of ring gears for shrink-fit pressing on flywheels, induction hardening of valve seats, deep rolling to apply compressive preloads, and burnishing.Transfer machines have long been used in the automotive industry for producing identical components at high production rates with a minimum of manual part handling. In addition to decreasing labor requirements, such machines ensure consistently uniform high-quality parts at lower cost. They are no longer confined just to rough machining and now often eliminate the need for subsequent operations such as grinding and honing.More recently, there has been an increasing demand for transfer machines to handle lower volumes of similar or even different parts in smaller sizes, with means for quick changeover between production runs. Built-in flexibility, the ability to rearrange and interchange machining units, and the provision of idle stations increases the cost of any transfer machine, but such features are economically feasible when product redesigns are common. Many such machines are now being used in no automotive applications for lower production requirements.Special features now available to reduce the time required for part changeover include I standardized dimensions, modular construction, interchangeable fixtures mounted on master pallets that remain on the machine, interchangeable fixture components, the ability to lock out certain stations for different parts by means of selector switches, and programmable controllers. Product design is also important and common transfer and clamping surfaces should be provided on different parts whenever possible.2Robotics2.1Definition of Robotics and the Robot System1)Definition of RoboticsTo define a robot in a way that is generally acceptable to every manufacturer and user is difficult. However, the importance of a clear definition becomes apparent when the numbers of robots in use in various countries and industries arc counted and reported. In addition, single-purpose machines often called hard-automation, have some features which make them look like robots. Without some definition, the number of robots reportedly in use in Japan would total over 85000. If the definition developed by the Soc
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