第四節(jié) 工業(yè)機(jī)器人
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643－90將工業(yè)機(jī)器人定義為：
工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人不同于機(jī)械手。工業(yè)機(jī)器人具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序的變化；而機(jī)械手只能完成簡(jiǎn)單的搬運(yùn)、抓取及上下料工作，它一般作為自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上的附屬裝置，工作程序固定不變。
一、工業(yè)機(jī)器人的組成和分類
（一）工業(yè)機(jī)器人的組成
工業(yè)機(jī)器人一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
1.操作機(jī)。也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機(jī)座組成。
末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機(jī)直接執(zhí)行操作的裝置。其上可安裝夾持器、工具、傳感器等。夾持器分為機(jī)械夾緊、磁力夾緊、液壓張緊和真空抽吸四種。
2.驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置為操作機(jī)工作提供動(dòng)力。按所采用的動(dòng)力源分為電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)三種類型。
3.控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其功能是控制工業(yè)機(jī)器人按照要求動(dòng)作。一般設(shè)計(jì)成二級(jí)計(jì)算機(jī)控制或三級(jí)計(jì)算機(jī)控制。
（二）工業(yè)機(jī)器人的分類
1.按坐標(biāo)形式分。
（1）直角坐標(biāo)式（PPP）。機(jī)器人末端執(zhí)行器（手部）空間位置的改變是通過(guò)三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)x、y、z軸的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！。?）圓柱坐標(biāo)式（RPP）。機(jī)器人末端執(zhí)行器空間位置的改變是由兩個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)的。
（3）球坐標(biāo)式（RRP）。又稱極坐標(biāo)式，機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿x軸的伸縮，繞y軸的俯仰和繞z軸的回轉(zhuǎn)。（4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式（RRR）。又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標(biāo)和平面（水平）關(guān)節(jié)坐標(biāo)。 2.按驅(qū)動(dòng)方式分。
（1）電力驅(qū)動(dòng)。使用最多，驅(qū)動(dòng)元件可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。目前交流伺服電動(dòng)機(jī)是主流。
（2）液壓驅(qū)動(dòng)。有很大的抓取能力（可抓取高達(dá)上千牛力），液壓力可達(dá)7Mpa，液壓傳動(dòng)平穩(wěn)，防爆性好，動(dòng)作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，對(duì)溫度敏感。
（3）氣壓驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、價(jià)格低，但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，氣壓一般為0.7MPa，抓取力?。◣资Ａχ烈话倥ＡΓ?BR> 3.按控制方式分。
（1）點(diǎn)位控制。適用于上下料、點(diǎn)焊、卸運(yùn)等作業(yè)。
（2）連續(xù)軌跡控制。采用這種控制方式的機(jī)器人，常用于焊接、噴漆和檢測(cè)等作業(yè)。
六、數(shù)控機(jī)床的分類
（一）按照能夠控制刀具與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡分類
1.點(diǎn)位控制（或位置控制）數(shù)控機(jī)床。只能控制工作臺(tái)（或刀具）從一個(gè)位置（點(diǎn)）精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置（點(diǎn)），在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可以同時(shí)移動(dòng)，也可以依次移動(dòng)。
數(shù)控鏜床、鉆床、沖床。
2.輪廓控制數(shù)控機(jī)床。能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制，不僅控制輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且還要控制軌跡上每一點(diǎn)的速度和位置，因而能夠加工曲線（或曲面）。
屬于這類數(shù)控機(jī)床的有數(shù)控車床、銑床、磨床、電加工機(jī)床和加工中心等。
（二）按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類
自動(dòng)控制有閉環(huán)控制和開環(huán)控制兩種基本控制方式。
1.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)反饋裝置。位置檢測(cè)裝置安裝要機(jī)床工作臺(tái)上，用以檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行位置，并與CNC裝置的指令位置進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。
閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床由于能夠減小乃至于消除由于傳動(dòng)部件制造、裝配所帶來(lái)的誤差，因而加工精度高。缺點(diǎn)：裝配、調(diào)試難度大。
2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。將檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)的端頭或絲杠的端頭，則為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。由于半閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，所以可以獲提比較穩(wěn)定的控制特性。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床那樣高，但調(diào)試比較方便，因而廣泛采用。
3.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床不帶位置檢測(cè)反饋裝置。CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路的功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。
開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)快，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單，但控制精度和速度都比較低，這類數(shù)控機(jī)床多為經(jīng)濟(jì)型。
（三）按照加工方式分類
1.金屬切削類。屬于此類的有數(shù)控車床、鉆床、銑床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床和加工中心等。
加工中心是有刀庫(kù)，并且能夠自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，運(yùn)用十分廣泛。分為鏜銑類加工中心和車削中心。
【注意】自動(dòng)換刀裝置是加工中心的基本特征，它的投資占到整機(jī)投資的30%~50%。加工中心的故障有50%以上與自動(dòng)換刀裝置有關(guān)。
2.金屬成型類。該類包括數(shù)控彎管機(jī)、折彎?rùn)C(jī)、沖床、回轉(zhuǎn)壓力機(jī)等。
3.特種加工類。數(shù)控特種加工機(jī)床包括數(shù)控線切割機(jī)床、電火花加工機(jī)床及激光切割機(jī)等。
4.其他類。如數(shù)控火焰切割機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。
（四）按照CNC裝置水平分類
按照CNC裝置的功能水平可大致把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低（經(jīng)濟(jì)型）三檔。大體上可從分辨率、進(jìn)給速度、伺服系統(tǒng)、同時(shí)控制軸數(shù)（聯(lián)動(dòng)軸數(shù)）、通信功能、顯示功能、有無(wú)PLC及主CPU水平等幾方面加以區(qū)分。
表5－2 按CNC裝置功能水平分類表
功能
高檔
中檔
低檔
分辨率（μm）
0.1
1
10
進(jìn)給速度（m/min）
15～100
15～24
<15
伺服系統(tǒng)
交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)、半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)
功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制伺服系統(tǒng)
同時(shí)控制軸數(shù)
3～5軸
2軸（3軸直線）
通信功能
帶MAP（或相當(dāng)）網(wǎng)卡，可以進(jìn)網(wǎng)
RS－232C、RS－422或DNC通信接口
無(wú)或RS－232C通信接口
顯示功能
可以進(jìn)行三維圖形顯示
CRT（LCD）字符、圖形顯示
LED顯示或CRT字符顯示
有無(wú)PLC
有
無(wú)
主CPU
16位、32位、64位，主流為32位
8位，也有16位
【例題·單選題】（2008）與半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床相比，閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（?。?。
A.具有比較高的加工精度
B.設(shè)計(jì)、調(diào)試比較方便
C.環(huán)內(nèi)包含的機(jī)械環(huán)節(jié)比較少
D.應(yīng)用得更廣泛
『正確答案』A
『答案解析』閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床由于能夠減少乃至于消除由于傳動(dòng)部件制造、裝配所帶來(lái)的誤差，因而可以獲得很高的加工精度。
七、數(shù)控機(jī)床的再生改造
相當(dāng)一部分在用數(shù)控機(jī)床面臨機(jī)械精度下降、電氣控制元件損壞，許多電氣元件已經(jīng)被淘汰不再生產(chǎn)的問(wèn)題。要想繼續(xù)利用這些設(shè)備就要進(jìn)行再生改造。
1.正確估計(jì)待改造的數(shù)控機(jī)床的價(jià)值。一般要求可利用的部分其剩余價(jià)值不應(yīng)低于總價(jià)值的1/3。剩余價(jià)值較大的通常是機(jī)械部分及配套附件，而數(shù)控系統(tǒng)一般都需要更新。
2.對(duì)是否要改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造應(yīng)該力求投資不超過(guò)同類新設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的40～60%，否則就不值得。
3.再生改造應(yīng)該全面配套，避免只進(jìn)行局部改造，否則影響改造后的綜合效果。在改造方案中，必須對(duì)機(jī)床各主要部件的工作壽命進(jìn)行綜合平衡，技術(shù)參數(shù)要相互匹配。
4.再生改造要與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益，而不要盲目追求一流水平。
【例題·單選題】（2008）下列數(shù)控機(jī)床零部件中，保證正常使用壽命在5年左右的是（ ）。
A.數(shù)控系統(tǒng)
B.滾珠絲杠
C.主軸箱等主要機(jī)械大件
D.按鈕、開關(guān)
『正確答案』B
『答案解析』數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部分使用壽命相差很大。一些主要機(jī)械大件（如床身、立柱、主軸箱等）的使用壽命可達(dá)10年以上，但一些頻繁運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件（如滾珠絲杠副）可保持運(yùn)動(dòng)精度的壽命大約只有5年。一套數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命也可以達(dá)到10年，可易損電器元件（如行程開關(guān)）的使用壽命卻只有2年左右。
二、工業(yè)機(jī)器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
（一）特性參數(shù)
表5—3 工業(yè)機(jī)器人的主要特性參數(shù)
項(xiàng)目名稱
說(shuō)明
坐標(biāo)形式
常用的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)等
運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)
自由度數(shù)表示機(jī)器人動(dòng)作的靈活程度；機(jī)器人的自由度一般少于6個(gè)，也有多于6個(gè)的（三個(gè)移動(dòng)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）
各自由度的動(dòng)作范圍
自由度的動(dòng)作范圍是指各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍；各關(guān)節(jié)的基本動(dòng)作范圍決定了機(jī)器人操作機(jī)工作空間的形狀和大小
各自由度的動(dòng)作速度
各自由度的動(dòng)作速度是指各關(guān)節(jié)的極限速度
額定負(fù)載
額定負(fù)載是指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機(jī)械接口處所能承受的負(fù)載允許值
精度
精度主要包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性等
（二）技術(shù)要求
1.外觀和結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人要求布局合理、操作方便、造型美觀、便于維修；無(wú)漏油、漏氣現(xiàn)象；潤(rùn)滑冷卻情況良好；機(jī)構(gòu)動(dòng)動(dòng)應(yīng)靈活、平穩(wěn)、可靠。
2.電氣設(shè)備。動(dòng)力線與信號(hào)線盡可能分開遠(yuǎn)離，信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽、雙絞等抗干擾技術(shù)；在運(yùn)動(dòng)中突然停電后，恢復(fù)供電時(shí)不得自行接通；非接地處的絕緣電阻不得小于5MΩ；電子元器件一般應(yīng)進(jìn)行老化處理；控制柜應(yīng)具有良好的通風(fēng)、散熱措施；電源電壓波動(dòng)允許±10%，頻率允許50±1HZ。
3.可靠性。采用平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）及可維修時(shí)間（MTTR）作為衡量可靠性的指標(biāo)。
4.安全性。安全性要求應(yīng)滿足《工業(yè)機(jī)器人安全規(guī)范》（ＧＢ11291－89）的規(guī)定。
三、工業(yè)機(jī)器人的編程方式
示教編程方式
手把手示教編程；示教盒示教編程
語(yǔ)言編程方式
動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言、對(duì)象級(jí)語(yǔ)言、任務(wù)級(jí)語(yǔ)言
動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言，是直接記述工業(yè)機(jī)器人手臂、手腕等動(dòng)作的語(yǔ)言系統(tǒng)，如VAL語(yǔ)言。
對(duì)象級(jí)語(yǔ)言主要面向作業(yè)對(duì)象和裝配操作，是一種以描述操作物體間關(guān)系為中心的語(yǔ)言系統(tǒng)，如AML、AUASS等。
任務(wù)級(jí)語(yǔ)言允許使用者對(duì)任務(wù)目標(biāo)直接下達(dá)指令，而不必規(guī)定任務(wù)細(xì)節(jié)，是比較高級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言?！?BR> 【提示】對(duì)于重復(fù)操作型機(jī)器人，所面對(duì)的作業(yè)任務(wù)比較簡(jiǎn)單，一般采用示教編程方式編程。對(duì)于動(dòng)作復(fù)雜，操作精度要求高的工業(yè)機(jī)器人（如裝機(jī)器人），采用工業(yè)機(jī)器人語(yǔ)言編程方式編程。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T12643－90將工業(yè)機(jī)器人定義為：
工業(yè)機(jī)器人是一種能自動(dòng)定位控制，可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)。能搬運(yùn)材料、零件或操持工具，用以完成各種作業(yè)。工業(yè)機(jī)器人不同于機(jī)械手。工業(yè)機(jī)器人具有獨(dú)立的控制系統(tǒng)，可以通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)動(dòng)作程序的變化；而機(jī)械手只能完成簡(jiǎn)單的搬運(yùn)、抓取及上下料工作，它一般作為自動(dòng)機(jī)或自動(dòng)線上的附屬裝置，工作程序固定不變。
一、工業(yè)機(jī)器人的組成和分類
（一）工業(yè)機(jī)器人的組成
工業(yè)機(jī)器人一般由操作機(jī)、驅(qū)動(dòng)裝置和控制系統(tǒng)三部分組成。
1.操作機(jī)。也稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由末端執(zhí)行器、手腕、手臂和機(jī)座組成。
末端執(zhí)行器又稱手部，是操作機(jī)直接執(zhí)行操作的裝置。其上可安裝夾持器、工具、傳感器等。夾持器分為機(jī)械夾緊、磁力夾緊、液壓張緊和真空抽吸四種。
2.驅(qū)動(dòng)裝置。驅(qū)動(dòng)裝置為操作機(jī)工作提供動(dòng)力。按所采用的動(dòng)力源分為電動(dòng)、液動(dòng)和氣動(dòng)三種類型。
3.控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)分為開環(huán)控制系統(tǒng)和閉環(huán)控制系統(tǒng)，其功能是控制工業(yè)機(jī)器人按照要求動(dòng)作。一般設(shè)計(jì)成二級(jí)計(jì)算機(jī)控制或三級(jí)計(jì)算機(jī)控制。
（二）工業(yè)機(jī)器人的分類
1.按坐標(biāo)形式分。
（1）直角坐標(biāo)式（PPP）。機(jī)器人末端執(zhí)行器（手部）空間位置的改變是通過(guò)三個(gè)互相垂直的坐標(biāo)x、y、z軸的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！。?）圓柱坐標(biāo)式（RPP）。機(jī)器人末端執(zhí)行器空間位置的改變是由兩個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)的。
（3）球坐標(biāo)式（RRP）。又稱極坐標(biāo)式，機(jī)器人手臂的運(yùn)動(dòng)由一個(gè)直線運(yùn)動(dòng)和二個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)組成，即沿x軸的伸縮，繞y軸的俯仰和繞z軸的回轉(zhuǎn)。（4）關(guān)節(jié)坐標(biāo)式（RRR）。又稱回轉(zhuǎn)坐標(biāo)式，分為垂直關(guān)節(jié)坐標(biāo)和平面（水平）關(guān)節(jié)坐標(biāo)。 2.按驅(qū)動(dòng)方式分。
（1）電力驅(qū)動(dòng)。使用最多，驅(qū)動(dòng)元件可以是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、直流伺服電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)。目前交流伺服電動(dòng)機(jī)是主流。
（2）液壓驅(qū)動(dòng)。有很大的抓取能力（可抓取高達(dá)上千牛力），液壓力可達(dá)7Mpa，液壓傳動(dòng)平穩(wěn)，防爆性好，動(dòng)作也較靈敏，但對(duì)密封性要求高，對(duì)溫度敏感。
（3）氣壓驅(qū)動(dòng)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、動(dòng)作迅速、價(jià)格低，但由于空氣可壓縮而使工作速度穩(wěn)定性差，氣壓一般為0.7MPa，抓取力?。◣资Ａχ烈话倥ＡΓ?BR> 3.按控制方式分。
（1）點(diǎn)位控制。適用于上下料、點(diǎn)焊、卸運(yùn)等作業(yè)。
（2）連續(xù)軌跡控制。采用這種控制方式的機(jī)器人，常用于焊接、噴漆和檢測(cè)等作業(yè)。
六、數(shù)控機(jī)床的分類
（一）按照能夠控制刀具與工件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡分類
1.點(diǎn)位控制（或位置控制）數(shù)控機(jī)床。只能控制工作臺(tái)（或刀具）從一個(gè)位置（點(diǎn)）精確地移動(dòng)到另一個(gè)位置（點(diǎn)），在移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行加工，各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸可以同時(shí)移動(dòng)，也可以依次移動(dòng)。
數(shù)控鏜床、鉆床、沖床。
2.輪廓控制數(shù)控機(jī)床。能夠同時(shí)對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸進(jìn)行連續(xù)控制，不僅控制輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)，而且還要控制軌跡上每一點(diǎn)的速度和位置，因而能夠加工曲線（或曲面）。
屬于這類數(shù)控機(jī)床的有數(shù)控車床、銑床、磨床、電加工機(jī)床和加工中心等。
（二）按照伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的控制方式分類
自動(dòng)控制有閉環(huán)控制和開環(huán)控制兩種基本控制方式。
1.閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床帶有位置檢測(cè)反饋裝置。位置檢測(cè)裝置安裝要機(jī)床工作臺(tái)上，用以檢測(cè)機(jī)床工作臺(tái)的實(shí)際運(yùn)行位置，并與CNC裝置的指令位置進(jìn)行比較，用差值進(jìn)行控制。
閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床由于能夠減小乃至于消除由于傳動(dòng)部件制造、裝配所帶來(lái)的誤差，因而加工精度高。缺點(diǎn)：裝配、調(diào)試難度大。
2.半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。將檢測(cè)元件安裝在電動(dòng)機(jī)的端頭或絲杠的端頭，則為半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。由于半閉環(huán)的環(huán)路內(nèi)不包括絲杠、螺母副及工作臺(tái)，所以可以獲提比較穩(wěn)定的控制特性。其控制精度雖不如閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床那樣高，但調(diào)試比較方便，因而廣泛采用。
3.開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床不帶位置檢測(cè)反饋裝置。CNC裝置輸出的指令脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路的功率放大，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再經(jīng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)工作臺(tái)移動(dòng)。
開環(huán)控制的數(shù)控機(jī)床工作比較穩(wěn)定，反應(yīng)快，調(diào)試方便，維修簡(jiǎn)單，但控制精度和速度都比較低，這類數(shù)控機(jī)床多為經(jīng)濟(jì)型。
（三）按照加工方式分類
1.金屬切削類。屬于此類的有數(shù)控車床、鉆床、銑床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床和加工中心等。
加工中心是有刀庫(kù)，并且能夠自動(dòng)換刀的數(shù)控機(jī)床，運(yùn)用十分廣泛。分為鏜銑類加工中心和車削中心。
【注意】自動(dòng)換刀裝置是加工中心的基本特征，它的投資占到整機(jī)投資的30%~50%。加工中心的故障有50%以上與自動(dòng)換刀裝置有關(guān)。
2.金屬成型類。該類包括數(shù)控彎管機(jī)、折彎?rùn)C(jī)、沖床、回轉(zhuǎn)壓力機(jī)等。
3.特種加工類。數(shù)控特種加工機(jī)床包括數(shù)控線切割機(jī)床、電火花加工機(jī)床及激光切割機(jī)等。
4.其他類。如數(shù)控火焰切割機(jī)床、三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等。
（四）按照CNC裝置水平分類
按照CNC裝置的功能水平可大致把數(shù)控機(jī)床分為高、中、低（經(jīng)濟(jì)型）三檔。大體上可從分辨率、進(jìn)給速度、伺服系統(tǒng)、同時(shí)控制軸數(shù)（聯(lián)動(dòng)軸數(shù)）、通信功能、顯示功能、有無(wú)PLC及主CPU水平等幾方面加以區(qū)分。
表5－2 按CNC裝置功能水平分類表
功能
高檔
中檔
低檔
分辨率（μm）
0.1
1
10
進(jìn)給速度（m/min）
15～100
15～24
<15
伺服系統(tǒng)
交、直流伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)、半閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)
功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的開環(huán)控制伺服系統(tǒng)
同時(shí)控制軸數(shù)
3～5軸
2軸（3軸直線）
通信功能
帶MAP（或相當(dāng)）網(wǎng)卡，可以進(jìn)網(wǎng)
RS－232C、RS－422或DNC通信接口
無(wú)或RS－232C通信接口
顯示功能
可以進(jìn)行三維圖形顯示
CRT（LCD）字符、圖形顯示
LED顯示或CRT字符顯示
有無(wú)PLC
有
無(wú)
主CPU
16位、32位、64位，主流為32位
8位，也有16位
【例題·單選題】（2008）與半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床相比，閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床（?。?。
A.具有比較高的加工精度
B.設(shè)計(jì)、調(diào)試比較方便
C.環(huán)內(nèi)包含的機(jī)械環(huán)節(jié)比較少
D.應(yīng)用得更廣泛
『正確答案』A
『答案解析』閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床由于能夠減少乃至于消除由于傳動(dòng)部件制造、裝配所帶來(lái)的誤差，因而可以獲得很高的加工精度。
七、數(shù)控機(jī)床的再生改造
相當(dāng)一部分在用數(shù)控機(jī)床面臨機(jī)械精度下降、電氣控制元件損壞，許多電氣元件已經(jīng)被淘汰不再生產(chǎn)的問(wèn)題。要想繼續(xù)利用這些設(shè)備就要進(jìn)行再生改造。
1.正確估計(jì)待改造的數(shù)控機(jī)床的價(jià)值。一般要求可利用的部分其剩余價(jià)值不應(yīng)低于總價(jià)值的1/3。剩余價(jià)值較大的通常是機(jī)械部分及配套附件，而數(shù)控系統(tǒng)一般都需要更新。
2.對(duì)是否要改造做出判斷。設(shè)備技術(shù)改造應(yīng)該力求投資不超過(guò)同類新設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的40～60%，否則就不值得。
3.再生改造應(yīng)該全面配套，避免只進(jìn)行局部改造，否則影響改造后的綜合效果。在改造方案中，必須對(duì)機(jī)床各主要部件的工作壽命進(jìn)行綜合平衡，技術(shù)參數(shù)要相互匹配。
4.再生改造要與企業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)狀況相適應(yīng)。設(shè)備改造的宗旨是以有限的投入創(chuàng)造出較大的經(jīng)濟(jì)效益，而不要盲目追求一流水平。
【例題·單選題】（2008）下列數(shù)控機(jī)床零部件中，保證正常使用壽命在5年左右的是（ ）。
A.數(shù)控系統(tǒng)
B.滾珠絲杠
C.主軸箱等主要機(jī)械大件
D.按鈕、開關(guān)
『正確答案』B
『答案解析』數(shù)控機(jī)床的各個(gè)部分使用壽命相差很大。一些主要機(jī)械大件（如床身、立柱、主軸箱等）的使用壽命可達(dá)10年以上，但一些頻繁運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械部件（如滾珠絲杠副）可保持運(yùn)動(dòng)精度的壽命大約只有5年。一套數(shù)控系統(tǒng)的使用壽命也可以達(dá)到10年，可易損電器元件（如行程開關(guān)）的使用壽命卻只有2年左右。
二、工業(yè)機(jī)器人的特性參數(shù)和技術(shù)要求
（一）特性參數(shù)
表5—3 工業(yè)機(jī)器人的主要特性參數(shù)
項(xiàng)目名稱
說(shuō)明
坐標(biāo)形式
常用的坐標(biāo)形式有直角坐標(biāo)、圓柱坐標(biāo)、球坐標(biāo)、關(guān)節(jié)坐標(biāo)等
運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)
自由度數(shù)表示機(jī)器人動(dòng)作的靈活程度；機(jī)器人的自由度一般少于6個(gè)，也有多于6個(gè)的（三個(gè)移動(dòng)三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)）
各自由度的動(dòng)作范圍
自由度的動(dòng)作范圍是指各關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍；各關(guān)節(jié)的基本動(dòng)作范圍決定了機(jī)器人操作機(jī)工作空間的形狀和大小
各自由度的動(dòng)作速度
各自由度的動(dòng)作速度是指各關(guān)節(jié)的極限速度
額定負(fù)載
額定負(fù)載是指在規(guī)定性能范圍內(nèi)，在手腕機(jī)械接口處所能承受的負(fù)載允許值
精度
精度主要包括位姿精度、位姿重復(fù)性、軌跡精度、軌跡重復(fù)性等
（二）技術(shù)要求
1.外觀和結(jié)構(gòu)。工業(yè)機(jī)器人要求布局合理、操作方便、造型美觀、便于維修；無(wú)漏油、漏氣現(xiàn)象；潤(rùn)滑冷卻情況良好；機(jī)構(gòu)動(dòng)動(dòng)應(yīng)靈活、平穩(wěn)、可靠。
2.電氣設(shè)備。動(dòng)力線與信號(hào)線盡可能分開遠(yuǎn)離，信號(hào)線應(yīng)采用屏蔽、雙絞等抗干擾技術(shù)；在運(yùn)動(dòng)中突然停電后，恢復(fù)供電時(shí)不得自行接通；非接地處的絕緣電阻不得小于5MΩ；電子元器件一般應(yīng)進(jìn)行老化處理；控制柜應(yīng)具有良好的通風(fēng)、散熱措施；電源電壓波動(dòng)允許±10%，頻率允許50±1HZ。
3.可靠性。采用平均無(wú)故障工作時(shí)間（MTBF）及可維修時(shí)間（MTTR）作為衡量可靠性的指標(biāo)。
4.安全性。安全性要求應(yīng)滿足《工業(yè)機(jī)器人安全規(guī)范》（ＧＢ11291－89）的規(guī)定。
三、工業(yè)機(jī)器人的編程方式
示教編程方式
手把手示教編程；示教盒示教編程
語(yǔ)言編程方式
動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言、對(duì)象級(jí)語(yǔ)言、任務(wù)級(jí)語(yǔ)言
動(dòng)作級(jí)語(yǔ)言，是直接記述工業(yè)機(jī)器人手臂、手腕等動(dòng)作的語(yǔ)言系統(tǒng)，如VAL語(yǔ)言。
對(duì)象級(jí)語(yǔ)言主要面向作業(yè)對(duì)象和裝配操作，是一種以描述操作物體間關(guān)系為中心的語(yǔ)言系統(tǒng)，如AML、AUASS等。
任務(wù)級(jí)語(yǔ)言允許使用者對(duì)任務(wù)目標(biāo)直接下達(dá)指令，而不必規(guī)定任務(wù)細(xì)節(jié)，是比較高級(jí)的機(jī)器人語(yǔ)言?！?BR> 【提示】對(duì)于重復(fù)操作型機(jī)器人，所面對(duì)的作業(yè)任務(wù)比較簡(jiǎn)單，一般采用示教編程方式編程。對(duì)于動(dòng)作復(fù)雜，操作精度要求高的工業(yè)機(jī)器人（如裝機(jī)器人），采用工業(yè)機(jī)器人語(yǔ)言編程方式編程。