在铰孔加工过程中，经常出现孔径超差、内孔表面粗糙度值高等诸多问题。下面总结铰孔加工十大难题及解决方案！






1.孔径增大，误差大铰刀外径尺寸设计值偏大或铰刀刃口有毛刺；切削速度过高；进给量不当或加工余量过大；铰刀主偏角过大；铰刀弯曲；铰刀刃口上粘附着切屑瘤；刃磨时铰刀刃口摆差超差；切削液选择不合适；安装铰刀时锥柄表面油污未擦干净或锥面有磕碰伤；锥柄的扁尾偏位装入机床主轴后锥柄圆锥干涉；主轴弯曲或主轴轴承过松或损坏；铰刀浮动不灵活；与工件不同轴；手铰孔时两手用力不均匀，使铰刀左右晃动。

解决措施:

根据具体情况适当减小铰刀外径；降低切削速度；适当调整进给量或减少加工余量；适当减小主偏角；校直或报废弯曲的不能用的铰刀；用油石仔细修整到合格；控制摆差在允许的范围内；选择冷却性能较好的切削液；安装铰刀前必须将铰数控微信公号cncdar刀锥柄及机床主轴锥孔内部油污擦净，锥面有磕碰处用油石修光；修磨铰刀扁尾；调整或更换主轴轴承；重新调整浮动卡头，并调整同轴度；注意正确操作。

2.孔径缩小铰刀外径尺寸设计值偏小；切削速度过低；进给量过大；铰刀主偏角过小；切削液选择不合适；刃磨时铰刀磨损部分未磨掉，弹性恢复使孔径缩小；铰钢件时，余量太大或铰刀不锋利，易产生弹性恢复，使孔径缩小；内孔不圆，孔径不合格。

解决措施:

更换铰刀外径尺寸；适当提高切削速度；适当降低进给量；适当增大主偏角；选择润滑性能好的油性切削液；定期互换铰刀，正确刃磨铰刀切削部分；设计铰刀尺寸时，应考虑上述因素，或根据实际情况取值；作试验性切削，取合适余量，将铰刀磨锋利。

3.铰出的内孔不圆铰刀过长，刚性不足，铰削时产生振动；铰刀主偏角过小；铰刀刃带窄；铰孔余量偏；内孔表面有缺口、交叉孔；孔表面有砂眼、气孔；主轴轴承松动，无导向套，或铰刀与导向套配合间隙过大；由于薄壁工件装夹过紧，卸下后工件变形。

解决措施:

刚性不足的铰刀可采用不等分齿距的铰刀，铰刀的安装应采用刚性联接，增大主偏角；选用合格铰刀，控制预加工工序的孔位置公差；采用不等齿距铰刀，采用较长、较精密的导向套；选用合格毛坯；采用等齿距铰刀铰削较精密的孔时，应对机床主轴间隙进行调整，导向套的配合间隙应要求较高；采用恰当的夹紧方法，减小夹紧力。

4.孔的内表面有明显的棱面铰孔余量过大；铰刀切削部分后角过大；铰刀刃带过宽；工件表面有气孔、砂眼；主轴摆差过大。

解决措施:

减小铰孔余量；减小切削部分后角；修磨刃带宽度；选择合格毛坯；调整机床主轴。

5.内孔表面粗糙度值高切削速度过高；切削液选择不合适；铰刀主偏角过大，铰刀刃口不在同一圆周上；铰孔余量太大；铰孔余量不均匀或太小，局部表面未铰到；铰刀切削部分摆差超差、刃口不锋利，表面粗糙；铰刀刃带过宽；铰孔时排屑不畅；铰刀过度磨损；铰刀碰伤，刃口留有毛刺或崩刃；刃口有积屑瘤；由于材料关系，不适用于零度前角或负前角铰刀。

解决措施:

降低切削速度；根据加工材料选择切削液；适当减小主偏角，正确刃磨铰刀刃口；适当减小铰孔余量；提高铰孔前底孔位置精度与质量或增加铰孔余量；选用合格铰刀；修磨刃带宽度；根据具体情况减少铰刀齿数，加大容屑槽空间或采数控微信公号cncdar用带刃倾角的铰刀，使排屑顺利；定期更换铰刀，刃磨时把磨削区磨去；铰刀在刃磨、使用及运输过程中，应采取保护措施，避免碰伤；对已碰伤的铰刀，应用特细的油石将碰伤的铰刀修好，或更换铰刀；用油石修整到合格，采用前角5°～10°的铰刀。

6.铰刀的使用寿命低铰刀材料不合适；铰刀在刃磨时烧伤；切削液选择不合适，切削液未能顺利地流动切削处；铰刀刃磨后表面粗糙度值太高。

解决措施:

根据加工材料选择铰刀材料，可采用硬质合金铰刀或涂层铰刀；严格控制刃磨切削用量，避免烧伤；根据加工材料正确选择切削液；经常清除切屑槽内的切屑，用足够压力的切削液，经过精磨或研磨达到要求。

7.铰出的孔位置精度超差导向套磨损；导向套底端距工件太远；导向套长度短、精度差；主轴轴承松动。

解决措施:

定期更换导向套；加长导向套，提高导向套与铰刀间隙的配合精度；及时维修机床、调整主轴轴承间隙。

8.铰刀刀齿崩刃铰孔余量过大；工件材料硬度过高；切削刃摆差过大，切削负荷不均匀；铰刀主偏角太小，使切削宽度增大；铰深孔或盲孔时，切屑太多，又未及时清除；刃磨时刀齿已磨裂。

解决措施:

修改预加工的孔径尺寸；降低材料硬度或改用负前角铰刀或硬质合金铰刀；控制摆差在合格范围内；加大主偏角；注意及时清除切屑或采用带刃倾角铰刀；注意刃磨质量。

9.铰刀柄部折断铰孔余量过大；铰锥孔时，粗精铰削余量分配及切削用量选择不合适；铰刀刀齿容屑空间小，切屑堵塞。

解决措施:

修改预加工的孔径尺寸；修改余量分配，合理选择切削用量；减少铰刀齿数，加大容屑空间或将刀齿间隙磨去一齿。

10.铰孔后孔的中心线不直铰孔前的钻孔偏斜，特别是孔径较小时，由于铰刀刚性较差，不能纠正原有的弯曲度；铰刀主偏角过大；导向不良，使铰刀在铰削中易偏离方向；切削部分倒锥过大；铰刀在断续孔中部间隙处位移；手铰孔时，在一个方向上用力过大，迫使铰刀向一端偏斜，破坏了铰孔的垂直度。

解决措施:

增加扩孔或镗孔工序校正孔；减小主偏角；调整合适的铰刀；调换有导向部分或加长切削部分的铰刀；注意正确操作。

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塑料内应力是指在塑料熔融加工过程中由于受到大分子链的取向和冷却收缩等因素而产生的一种内在应力。当大分子链间的作用力和相互缠结力蒙受不住这种动能时，内应力平衡即受到破坏，塑料制品就会产生应力开裂及翘曲变形等现象。






溶剂法

 1、醋酸沉浸
  所使用的乙酸(CH3COOH)必须是95%以上的乙酸且反复使用次数不得超过10次测试。
    ①表面应力测试：将乙酸(冰醋酸)倒入玻璃器皿中，将产品完全浸在乙酸里，时间为30秒。30秒后用夹子将样品取出并马上用净水(自来水即可)冲刷清洁，察看样品表面有无发白及裂纹。断定：不得有任何开裂现象，容许表面有稍微发白。
    ②内应力测试：将表面应力测试及格的样品擦干后完全浸在乙酸里，时间为2分钟。2分钟后将样品取出并当即用清水(自来水即可)冲洗干净，视察样品有无发白及裂纹。判断：不得有任何断裂现象，许可镶件处有轻微裂纹及表面发白现象。

2、甲乙酮+丙酮沉浸法
   将整机完整浸入21摄氏度的1:1的甲乙酮+丙酮的混杂液中，掏出后即时甩干，依上法检讨。

   原理：根据介质应力决裂的现象，即溶济分子渗透到树脂的大分子之间后，降低了分子之间的彼此作用力。内应力大的地方在浸入前分子之间的作用力原来就有所削弱，浸入溶济后这些减弱了的处所进一步减弱，而引起开裂，内应力小的地方在短时间内不会开裂。因此，可以从待镀件表面开裂的时间和程度来断定镀件内应力的大小及其部位。从而断定塑料件是否进行电镀。

仪器法
    用偏振光照耀塑料制件，视彩色光带多寡，剖析内应力的强弱，它只适用于透明的制件。偏振光法所要的仪器昂贵，操作庞杂，且正确度不高，因为制件处理前后变化不显著，光谱带上涌现的光带不一定都是内应力的影响，如制件表面的涟漪也会影响检验的成果。不外此法对制件的机能尚无任何影响，为无损检验，经检验过的制件可继承电镀和使用。

温度骤变法

    这种方法是将塑料待镀件重复受冷受热，依据裂纹呈现的时间是非来评定内应力的大小。它实用于各类塑料成形件。温度骤变法所要的装备简略，然而测验时间较长。经检修后的塑料件已被损坏，不能持续应用。
 
 
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伺服系统是机电产品中的重要环节，它能提供最高水平的动态响应和扭矩密度，所以拖动系统的发展趋势是用交流伺服驱动取替传统的液压、直流、步进和AC变频调速驱动，以便使系统性能达到一个全新的水平，包括更短的周期、更高的生产率、更好的可靠性和更长的寿命。为了实现伺服电机的更好性能，就必须对伺服电机的一些使用特点有所了解。

本文将浅析伺服电机在使用中的常见问题。

问题一噪声，不稳定

客户在一些机械上使用伺服电机时，经常会发生噪声过大，电机带动负载运转不稳定等现象，出现此问题时，许多使用者的第一反应就是伺服电机质量不好，因为有时换成步进电机或是变频电机来拖动负载，噪声和不稳定现象却反而小很多。表面上看，确实是伺服电机的原故，但我们仔细分析伺服电机的工作原理后，会发现这种结论是完全错误的。

交流伺服系统包括：伺服驱动、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光学偏码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行：驱动器从外部接收参数信息，然后将一定电流输送给电机，通过电机转换成扭矩带动负载，负载根据它自己的特性进行动作或加减速，传感器测量负载的位置，使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较，然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致，当负载突然变化引起速度变化时，偏码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器，驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化，并重新返回到设定的速度。交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统，负载波动和速度较正之间的时间滞后响应是非常快的，此时，真正限制了系统响应效果的是机械连接装置的传递时间。

举一个简单例子：有一台机械，是用伺服电机通过V形带传动一个恒定速度、大惯性的负载。整个系统需要获得恒定的速度和较快的响应特性，分析其动作过程。

当驱动器将电流送到电机时，电机立即产生扭矩；一开始，由于V形带会有弹性，负载不会加速到像电机那样快；伺服电机会比负载提前到达设定的速度，此时装在电机上的偏码器会削弱电流，继而削弱扭矩；随着V型带张力的不断增加会使电机速度变慢，此时驱动器又会去增加电流，周而复始。

在此例中，系统是振荡的，电机扭矩是波动的，负载速度也随之波动。其结果当然会是噪音、磨损、不稳定了。不过，这都不是由伺服电机引起的，这种噪声和不稳定性，是来源于机械传动装置，是由于伺服系统反应速度（高）与机械传递或者反应时间（较长）不相匹配而引起的，即伺服电机响应快于系统调整新的扭矩所需的时间。

找到了问题根源所在，再来解决当然就容易多了，针对以上例子，您可以：

（1）增加机械刚性和降低系统的惯性，减少机械传动部位的响应时间，如把V形带更换成直接丝杆传动或用齿轮箱代替V型带；

（2）降低伺服系统的响应速度，减少伺服系统的控制带宽，如降低伺服系统的增益参数值。

当然，以上只是噪声、不稳定的原因之一，针对不同的原因，会有不同的解决办法，如由机械共振引起的噪声，在伺服方面可采取共振抑制，低通滤波等方法，总之，噪声和不稳定的原因，基本上都不会是由于伺服电机本身所造成。

问题二惯性匹配

在伺服系统选型及调试中，常会碰到惯量问题！

具体表现为：

1、在伺服系统选型时，除考虑电机的扭矩和额定速度等等因素外，我们还需要先计算得知机械系统换算到电机轴的惯量，再根据机械的实际动作要求及加工件质量要求来具体选择具有合适惯量大小的电机；

2、在调试时（手动模式下），正确设定惯量比参数是充分发挥机械及伺服系统最佳效能的前题，此点在要求高速高精度的系统上表现由为突出（台达伺服惯量比参数为1-37，JL/JM）。这样，就有了惯量匹配的问题！

那到底什么是“惯量匹配”呢?

1、根据牛顿第二定律：“进给系统所需力矩T=系统传动惯量J×角加速度θ

角加速度θ影响系统的动态特性，θ越小，则由控制器发出指令到系统执行完毕的时间越长，系统反应越慢。如果θ变化，则系统反应将忽快忽慢，影响加工精度。由于马达选定后最大输出T值不变，如果希望θ的变化小，则J应该尽量小。

2、进给轴的总惯量“J=伺服电机的旋转惯性动量JM+电机轴换算的负载惯性动量JL

负载惯量JL由（以工具机为例）工作台及上面装的夹具和工件、螺杆、联轴器等直线和旋转运动件的惯量折合到马达轴上的惯量组成。JM为伺服电机转子惯量，伺服电机选定后，此值就为定值，而JL则随工件等负载改变而变化。如果希望J变化率小些，则最好使JL所占比例小些。这就是通俗意义上的“惯量匹配”。

知道了什么是惯量匹配，那惯量匹配具体有什么影响又如何确定呢?

影响：

传动惯量对伺服系统的精度，稳定性，动态响应都有影响，惯量大，系统的机械常数大，响应慢，会使系统的固有频率下降，容易产生谐振，因而限制了伺服带宽，影响了伺服精度和响应速度，惯量的适当增大只有在改善低速爬行时有利，因此，机械设计时在不影响系统刚度的条件下，应尽量减小惯量。

确定：

衡量机械系统的动态特性时，惯量越小，系统的动态特性反应越好；惯量越大，马达的负载也就越大，越难控制，但机械系统的惯量需和马达惯量相匹配才行。不同的机构，对惯量匹配原则有不同的选择，且有不同的作用表现。例如，CNC中心机通过伺服电机作高速切削时，当负载惯量增加时，会发生：

（1）控制指令改变时，马达需花费较多时间才能达到新指令的速度要求；

（2）当机台沿二轴执行弧式曲线快速切削时，会发生较大误差：

①一般伺服电机通常状况下，当JL≦JM，则上面的问题不会发生

②当JL=3×JM，则马达的可控性会些微降低，但对平常的金属切削不会有影响。（高速曲线切削一般建议JL≦JM）

③当JL≧3×JM，马达的可控性会明显下降，在高速曲线切削时表现突出

不同的机构动作及加工质量要求对JL与JM大小关系有不同的要求，惯性匹配的确定需要根据机械的工艺特点及加工质量要求来确定。

问题三伺服电机选型

在选择好机械传动方案以后，就必须对伺服电机的型号和大小进行选择和确认。

（1）选型条件  —  一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况：

  ●    马达最大转速>系统所需之最高移动转速；

  ●    马达的转子惯量与负载惯量相匹配；

  ●    连续负载工作扭力≦马达额定扭力；

  ●    马达最大输出扭力>系统所需最大扭力（加速时扭力）。

（2）选型计算：

  ●    惯量匹配计算（JL/JM）

  ●    回转速度计算（负载端转速，马达端转速）

  ●    负载扭矩计算（连续负载工作扭矩，加速时扭矩）
 
 
 
 
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加速度传感器是一种能够测量加速力的电子设备。加速力也就是当物体在加速过程中作用在物体上的力。加速度传感器有两种：一种是角加速度传感器，是由陀螺仪改进过来的。另一种就是加速度传感器。它也可以按测量轴分为单轴、双轴和三轴加速度传感器。

现在，加速度传感器广泛应用于游戏控制、手柄振动和摇晃、汽车制动启动检测、地震检测、工程测振、地质勘探、振动测试与分析以及安全保卫振动侦察等多种领域。下面就举例几个例子，更好的认识加速度传感器。

游戏控制

加速度传感器可以检测上下左右的倾角的变化，因此通过前后倾斜手持设备来实现对游戏中物体的前后左右的方向控制，就变得很简单。

图像自动翻转

用加速度传感器检测手持设备的旋转动作及方向，实现所要显示图像的转正。

电子指南针倾斜校正

磁传感器是通过测量磁通量的大小来确定方向的。当磁传感器发生倾斜时，通过磁传感器的地磁通量将发生变化，从而使方向指向产生误差。因此，如果不带倾斜校正的电子指南针，需要用户水平放置。而利用加速度传感器可以测量倾角的这一原理，可以对电子指南针的倾斜进行补偿。

GPS导航系统死角的补偿

GPS系统是通过接收三颗呈120度分布的卫星信号来最终确定物体的方位的。在一些特殊的场合和地貌，如遂道、高楼林立、丛林地带，GPS信号会变弱甚至完全失去，这也就是所谓的死角。而通过加装加速度传感器及以前我们所通用的惯性导航，便可以进行系统死区的测量。对加速度传感器进行一次积分，就变成了单位时间里的速度变化量，从而测出在死区内物体的移动。

计步器功能

加速度传感器可以检测交流信号以及物体的振动，人在走动的时候会产生一定规律性的振动，而加速度传感器可以检测振动的过零点，从而计算出人所走的步或跑步所走的步数，从而计算出人所移动的位移。并且利用一定的公式可以计算出卡路里的消耗。

防手抖功能

用加速度传感器检测手持设备的振动/晃动幅度，当振动/晃动幅度过大时锁住照相快门，使所拍摄的图像永远是清晰的。

闪信功能

通过挥动手持设备实现在空中显示文字，用户可以自己编写显示的文字。这个闪信功能是利用人们的视觉残留现象，用加速度传感器检测挥动的周期，实现所显示文字的准确定位。

硬盘保护

利用加速度传感器检测自由落体状态，从而对迷你硬盘实施必要的保护。大家知道，硬盘在读取数据时，磁头与碟片之间的间距很小，因此，外界的轻微振动就会对硬盘产生很坏的后果，使数据丢失。而利用加速度传感器可以检测自由落体状态。当检测到自由落体状态时，让磁头复位，以减少硬盘的受损程度。
 
 
 
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在钢、铁和合金为代表的现代工业社会，金属材料以其优良的力学性能、加工性能和独特的表面特性，成为现代产品设计中的一大主流材质，亦是产品设计五大材料中最坚硬的一类。金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。


黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%~4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。


铸铁

主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。有两大特点：既笨重又坚硬。可以承受强压，因此在建筑桥梁结构、家具结构和笨重机械底座中被广泛应用。






















 
 
高碳钢












高碳钢在经适当热处理或冷拔硬化后，具有很高的强度和硬度，切削性能尚可。其碳含量在0.65~1.35%，是专门用于制作工具的钢。






不锈钢






















具有优异的耐蚀性、成型性、相容性以及在很宽温度范围内的强韧性等特点，所以在重工业、轻工业、生活用品行业以及建筑装饰等行业中取得广泛的应用。

有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。







铝合金

工业中应用最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造、船舶及化学工业中大量应用。























再生铝

由废旧铝和废铝合金材料或含铝的废料，经重新熔化提炼而得到的铝合金或铝金属，是金属铝的一个重要来源。再生铝主要是以铝合金的形式出现的。



















航空铝合金

航空铝合金比普通的锌材铝合金要轻20%，硬度比普通铝合金硬30%。




















 
黄铜

黄铜是由铜和锌所组成的合金。黄铜常被用于制造阀门、水管、空调内外机连接管和散热器等。



























青铜

青铜是金属冶铸史上最早的合金，铸造性好，耐磨且化学性质稳定。适用于铸造各种器具、机械零件、轴承、齿轮等。



















红铜






















红铜具有很好的导电性和导热性，可塑性极好，易于热压和冷压力加工。大量用于制造电线、电缆、电刷等要求导电性良好的产品。现在将红铜运用到门、窗、扶手等家具及装饰上也是一种流行。
 
 
 
 
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汽车工业对经济增长以及社会就业都起着至关重要的作用。而自动化产品在汽车生产线上的使用也有着悠久的历史，随着自动化水平的提高，生产线对自动检测的要求也越来越高，单纯的人力目测和一般工业传感器已经满足不了自动化生产线的需求。

某汽车企业采用国际最先进的生产线，是专业生产轿车的大型上市公司。通过引进国外造车技术，并结合自主研发，目前旗下品牌已经形成了从入门级轿车至豪华轿车的完整产品线。从汽车零配件制造到整车生产，该车企拥有着完整的生产链，其中，整车产量已经达到年产能20万辆，稳居中国自主品牌中的高端轿车第一品牌的位置。

自动化生产线的很多工序都通过机器手臂来完成，所以在过程运转的时候，如果车的位置出现偏差，就会出现机械手臂无法正常工作，影响生产甚至出现安全事故。

针对这种情况，该车企采取了一些预防措施：

(1)采用一般工业传感器(光栅)来检测车的位置是否正确。但是光栅的作用单一，只能检测车在运转线上的高低。对于特殊情况(平行错位)无法检测。

(2)采用人工目视的检测方法来分辨位置。由于工作环境恶劣、人工效率低下，同时还要考虑到人力成本的增加，人工目测只能作为最后的备选方案。

台达DMV视觉系统的人性化影像界面友好，使用者可以轻松地完成设定，经由400Mbps高速传输速率的IEEE1394数字摄影机进行图片截取，取得影像后再交由DMV视觉控制器内部高速精准的视觉运算处理系统执行面积侦测、距离、计数、角度、瑕疵及斑点、图形比对、字元辨识、坐标、角度运算和自动寻边量测等功能，满足各式各样的视觉检测要求。

DMV视觉控制器内建闪光灯定时输出控制以及双摄像机同步运行功能，可以大幅降低视觉系统的硬件开发成本，并且，通过现在最热门的以太网络、串口以及IO接口输出方式可以将检测完成的资料快速回传至PLC以及各种类型的上位机控制，让DMV视觉系统能够快速应用于自动化系统当中。

在加装了台达视觉系统之后，车间现场定位不良漏检的情况得到了根本性的改善，避免了定位不良的产品流转到下一工位。相较于传感器，视觉系统的适应性更强，随着工艺的改变，如果有其他的特殊定位不良产生，视觉系统可以随时通过增加检测工具的方式来解决。而相较于人工检测，视觉系统属于一次性投资，不仅节省了成本，还可以实现24小时不间断地工作，提高了检测效率。

汽车作为一种交通运输工具，对使用安全和生产安全的要求都很高，视觉系统的使用可以有效地检测和预防不良品的产生。

在自动化生产线上使用视觉系统，可以避免工人在恶劣的工作环境中超负荷的工作，有效地保护工人的身心健康，同时，还可以最大程度地降低企业的用工成本。
 
 
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随着机器人技术的发展，搬运机器人的使用越来越多。在金属浇注领域，搬运机器人有着广泛的应用和需求。下面就是我们依据客户要求开发的一台在铝锭浇注生产线上工作的搬运机器人，其特点是负载范围大，小到几公斤，大到几吨；运行速度快，且速度可调整；动作灵活，可以完成复杂的工作任务；可靠性高，维护简单。

一、任务要求：
按工作类：运动空间为三维，四自由度运动。
行程：X方向2200mm, Y方向1500mm, Z方向1200mm, 水平旋转：+-900
能够和生产线融为一体，有良好的通讯功能。
最大负载重量为150Kg,额定负载125Kg。层与层间成90度角交叉排放。
每次共九层，层高1000mm。
最快速度为1000mm/s，平均速度为500mm/s。
精度：1mm

二、机器人组成：

机器人由安装架、机器人定位系统、伺服驱动系统、供胶系统及涂胶枪、控制系统及电控配电系统、安全防护装置等组成。
1、机器人安装架
因为该机器人寻位的运动速度很快，起停状态对安装架有很大的冲击。安装架必须有非常好的刚性才能保证机器人运行的稳定。因而我们以焊接钢架结构作为支撑架。

2、机器人定位系统
机器人定位系统是整台设备的核心，为日本OTC公司产品，因运动速度快，而重复精度并不高， X,Y,Z三坐标均选择为同步齿形带传动，单坐标重复定位精度为0.1mm，最快直线运动速度：1000mm/s。其中X坐标轴为两根长度为 3000mm，跨度为2200mm的定位系统ELZ100，由同步传输器保证两根定位系统运动的同步，由一台3000W伺服电机驱动。出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台减速机。
Y轴选用双定位系统，之所以选者如此大截面的定位单元，主要是因为Y轴为双端支撑，中间悬空结构，如果选择的截面不够，将不能保证机器人运 动的平稳性，机器人在高速运动时将发生振颤。一为主驱动结构，一为辅助结构。两根定位单元并排使用，将Z轴夹在中间，能够很好的平衡负载，这种安装方式具 有非常好的稳定性。两根定位系统由一台2500W伺服电机驱动，出于驱动扭矩及惯量的匹配，需要配一台行星减速机。Z轴选用双滑快全包围定位系统，牢固稳定。

旋转轴与Z轴是集成在一起的，通过在Z轴定位体中心添加一根贯穿的长轴实现的。长轴的最上端作为驱动端，与伺服电机安装在一起。长轴的最下 端作为负载端，用于安装物体。因物体较重，转动惯量较大，不能直接安装在驱动轴，必须加一台盘式减速机才能匹配。伺服电机的动力先由长轴传输到减速机再传 输到负载，就实现了旋转负载的功能。

3、伺服驱动系统
该搬运机器人的选用具有Profibus 功能的伺服电机。每个运动轴配有一台伺服电机及一台减速机，四个运动轴，共四套伺服电机和四台减速机，其中垂直运动轴为带抱闸伺服电机。

4、机器抓手
该机械手选用日本OTC机器人抓手，压力可调，配备压力缓冲阀，使夹持动作平稳抓手上装有感应机构，能够自动感知物体，并通知控制中心进行物体抓放。

5、控制系统
控制系统由大型PLC、触摸屏组成。该系统拥有强大的Profibus通讯功能。能够将数据实时传输给以太网，能够将控制指令以总线的方式发送给伺服系统，使整个的运动相当流畅。该系统可预置多种工件的程序，更换品种时可在触摸屏上调用相应程序。

6、安全防护装置
该机具有故障提示及报警功能，并且每次出现故障时都能准确的反映出故障具体位置，便于迅速排除故障，主要包括：机器人碰撞保护功能；工件安装到位检测；光幕安全保护。
 
 
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伺服的应用
如果用在机床上，则控制部分硬件可以设计得相对简单一些，成本也相应低些。如果用于军工，则内部固件设计时控制算法应该更灵活，比如提供位置环滤波、速度环滤波、非线性、最优化或智能化算法。当然不需要在一个硬件部分上实现。可以面向对象做成几种类型的产品。 

而交流伺服在加工中心、自动车床、电动注塑机、机械手、印刷机、包装机、弹簧机、三坐标测量仪、电火花加工机等等方面的设备有广阔的应用。






关于步进电机和交流伺服电机的性能有较大差别。步进电机是一种离散运动的装置，它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中，步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现，交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势，运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。 

虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。如：

1、控制精度不同

2、低频特性不同

3、矩频特性不同

4、过载能力不同

5、运行性能不同

6、速度响应性能不同

交流伺服系统在性能方面优于步进电机，但在某些特定场合还是会用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

伺服电机寻找原点时，当碰到原点开关时，马上减速停止，以此点为原点。

回原点时直接寻找编码器的Z相信号，当有Z相信号时，马上减速停止。这种回原方法一般只应用在旋转轴，且回原速度不高，精度也不高。  


同步带的安装对伺服定位也有很大影响吗？这个情况，得知道伺服是不是调得很软？常见伺服是用脉冲控制的，那么，位置环的比例增益，速度环比例增益、积分时间常数分别是多少？


位置环比例增益：21rad/s 
速度环比例增益：105rad/s 
速度环积分时间常数：84ms

伺服应用的4大难题


1  怎样判断伺服电机与伺服驱动器的故障区别？ 

看驱动器上的错误、报警号，然后查手册。如果连报警都没有了，那自然就是驱动器故障，当然，还有可能是根本伺服就没有故障，而是控制信号错误导致伺服没有动作。 

除了看驱动器上的错误、报警号，然后查手册外，有时最直接判断方法是更换，如X与Z轴伺服互换（型号相同才可以）。或修改参数，如把X轴锁住，不让系统检测X轴 。






但应注意：X轴与Z轴互换，即使型号相同，进口设备也可能因为负载不同、参数不同而产生问题。当然，如果是国产设备，通常不会针对使用情况调整伺服参数，一般不会有问题。但应注意X轴与Z轴电机功率转矩是否相同、电机丝杆是否直联以及电子齿轮减速比方面事宜。  

2  交流同步伺服、交流异步伺服的额定转速与极数是否有关？n1=60f/2p，额定转速以下输出恒转矩，额定转速以上恒功率，那么额定转速的界定是由电机本身的机械决定还是驱动器来决定？ 

当然有关，同步转速n1=60f/2p，异步机还有滑差s，n=(1-s)n1，同步机n=n1，2p为极对数。控制中弱磁速度的界定是由驱动器判断的。 

额定转速可以由几个方面决定：同步伺服的反电势高低、电机铁心材料允许的驱动电流交变频率、额定转矩下电机的最大功率、最高温升等，最主要还是反电势；异步电机主要受材料允许的最高频率以及极对数限制。 

额定转速的界定由电机本身的机械和电器特性来决定。 

3  交、直流伺服的区分是否取决于驱动器与电机间的电流或电压的形式？但直流无刷伺服的电流方向也变化？是否可以理解为交流？交流伺服是否是以直流无刷伺服的原理为基础演变的？ 

交流伺服通常指以正弦波驱动方式的伺服，无刷驱动相当于整流子数为6（7）的有刷直流电机的控制精度，一般低速特性较差。商业上也有称他为交流伺服，仅因为他甩掉了电刷，但特性恐怕比好的交流伺服、直流伺服有差距，10000倍的调速比无刷电机绝难达到。

直流无刷马达其实是自控式永磁同步马达的一种，不过是矩形波供电，而通常说的永磁同步马达是正弦波供电的。之所以说是“直流电机”，主要考虑到无刷马达的控制器相当于直流有刷马达的电刷和换向器，实现“电子换向”，从直流母线侧看相当于直流电机。 

直流伺服用于直流电机，不是直流无刷电机；直流无刷电机与交流伺服电机其实是一回事，就是交流同步电机（交流永磁同步伺服电机）。

4  电机的极对数？ 

n1=60*f/2p 


p一般表示电机的极对数数，2p是极数。1对极包括N极和S极，极数当然是极对数的两倍。同步电机机械转速=60*运行频率/极对数；异步电机机械转速=60*运行频率*（1-滑差率）/极对数 。


交流伺服电动机应用趋势  

自动控制系统不仅在理论上飞速发展，在其应用器件上也日新月异。模块化、数字化、高精度、长寿命的器件每隔3～5年就有更新换代的产品面市。传统的交流伺服电机特性软，并且其输出特性不是单值的;步进电机一般为开环控制而无法准确定位，电动机本身还有速度谐振区，pwm调速系统对位置跟踪性能较差，变频调速较简单但精度有时不够，直流电机伺服系统以其优良的性能被广泛的应用于位置随动系统中，但其也有缺点，例如结构复杂，在超低速时死区矛盾突出，并且换向刷会带来噪声和维护保养问题。目前，新型的永磁交流伺服电机发展迅速，尤其是从方波控制发展到正弦波控制后，系统性能更好，它调速范围宽，尤其是低速性能优越。  

直、交流伺服电机对比

1  两种电机的简单实验比较 
 
将系统原先的直流误差信号直接接入交流伺服驱动器的模拟控制输入端，用交流伺服电机和它的驱动器代替原先的差分功放、电机放大机和直流伺服电机，而控制部分和测角元件等均不变。

实验目的：简单比较两种方案的输出特性。


实验过程：原先的直流伺服电机，额定电压为100v，额定转速为3000r/min，空载启动电压为2v，空载时，当其输入电压为1 v电机不转，输入电压为2～2.5v时，眼睛可观察到电机转速不匀，这是因为碳刷、油封等以及力矩角引起的不可避免的现象。而交流伺服电机因为无碳刷使其摩擦力小，还因为霍尔器件的存在而使其电磁力始终垂直于旋转半径（这既是所谓的正弦控制），从而其低速性能明显优于前者。当时将其转速放在很低，用肉眼很难分辨电机的转动，只能通过它自己的软件界面观察指示的电枢位置在转动，也观察不到爬行现象发生，用手也感觉不到有特性软的现象，原先直流系统低速要求为0.1°/s，若用交流电机估计低速至少可到0.01°/s。采用交流伺服系统，是对低速性能要求高的系统最为简单可行的方法。 

实验结果：交流伺服电机的输出特性画法也和直流伺服电机完全不同，它不是负斜率的一组直线，而是几乎画成矩形。这也说明了输出特性硬，速度范围宽。  

2   归纳两种电机的不同之处  

功率驱动

对于在雷达上经常使用的直流伺服系统的驱动电动机功率放大部分，当天线重量轻，转速慢，驱动功率较小时，一般为几十瓦，可以直接用直流电源控制电动机。当驱动功率要求在近千瓦或千瓦以上时，选择驱动方案，也即放大直流电动机的电枢电流，就是设计伺服系统的重要部分。大功率直流电源目前采用较多的有：晶体管功放、晶闸管功放和电机放大机等等。对于千瓦级的晶体管功放使用的较少。可控硅技术在上世纪60～70年代初得到快速的发展和广泛的应用，但因当时的各方面原因，如可靠性等，不少产品放弃了可控硅控制。目前的集成驱动模块一般都为晶体管或晶闸管制造。电机放大机是传统的直流伺服电机的功放装置，因其控制简单，结实耐用，目前的新型号的雷达产品上仍有采用。下面主要以放大电机为例，和交流伺服电机比较其优缺点。 

放大电机常称为扩大机，一般是用交流异步感应电动机拖动串联的两级直流发电机组，以此来实现直流控制。两组控制绕组，每组的输入阻抗为几千欧，若串接使用输入阻抗约10千欧，一般为互补平衡对称输入，当系统输入不为零时打破其平衡，使放大电机有输出信号。当输入电流为十几到几十毫安时其输出可达100v以上的直流电压和几安到几十安的电流，直接接到直流伺服电机的电枢绕组上。其主要缺点是体积重量大，非线性度，尤其在零点附近不是很好，这对于要求高的系统需要仔细处理。

而交流伺服电机都配有专门的驱动器，它在体积和重量上远小于同功率的放大电机，它靠内部的晶体管或晶闸管组成的开关电路，根据伺服电机内的光电编码器或霍尔器件判断转子当时的位置，决定驱动电机的a、b、c三相应输出的状态，因此它的效率和平稳性都很好。所以不像控制放大电机需要做专门的功放电路。这种电机一般都为永磁式的，驱动器产生的a、b、c三相变化的电流控制电机转动，因此称为交流伺服电机;驱动器输入的控制信号可以是脉冲串，也可以是直流电压信号（一般为±10v），所以也有将其称为直流无刷电动机。 


安全保护

较大天线伺服系统的保护应是一个重要的设计环节，因为一旦失控，可能引起重大的设备损坏或人身事故。国外有些雷达在这方面有十种左右的保护措施，如某些系统的门打开后将使伺服电机不能启动等。 
 
过流过载保护电路的敏感元件最好设计在靠近电机的直接控制部分，但这里的电流很大，使设计有一定的困难。常用的熔断器、热继电器等器件，往往因其升温到动作完成须有一定的时间，使其对瞬间就损坏设备的故障不能起到保护作用。例如曾经因某型号雷达跟随器的运放失效而使电容充电时间加长，平常还不容易发现此类故障，从而使测角元件双通道电感移相器的粗精纠错部分出错，因此输出的天线角度值叠加了一个粗大误差，（粗精比为1:32，粗大误差为11°15′）并反复出现，称之为“跳大点”。因系统的开环增益在两千倍以上，当随动系统判断到这个大失调角时，以最大的加速度达到最大的速度，去追赶这个失调角，从而使电机高速旋转时突然判断反转，这不但很容易引起永磁电机退磁使性能降低，当时还使减速机彻底损坏，但是这时熔断器、热继电器等无一动作。现在采用数字计算机可以较容易的判断这类现象，但因干扰、通讯等原因，不能将此类宝完全押在计算机上。而交流伺服电机，数据处理芯片安装在驱动器内，驱动器的i/o口都经过光耦隔离，因此可靠性好；并有许多现成可用的功能方便使用，如力矩电流限制，速度限制，加速度限制等等。 
 





直流电机的额定过载线，如果不外接专门的限制断路器件，则额定线仅仅是在图上画出的，传递函数中并无此饱和线，顶多也就是超过此线后线性度可能有所降低。而交流电机的额定过载线却是实实在在的存在，一旦超过此线则系统立即停止。因此，一来可靠的保护了系统不会损坏，二来设计时要注意这个区别，尤其是不能随便停机的系统，电机的功率要有足够的余量。  

控制方法

采用交流伺服电机，可以使控制部分的设计简单，也可以容易的代替原先系统的驱动电机部分。系统构成典型的方法是: 
 
上位机如pc机、plc、嵌入机等;随动系统中主要用于调试系统，以及完成系统通讯，信号采集等其他任务，控制任务可以放在上位机内，也可放在控制器中; 
多轴控制器，一般可控制2至8个轴，可构成方位、俯仰、横滚等轴的控制，对于单轴控制，常使用带控制器的驱动器，可省去这一项; 

驱动器，多为专用的，和电机配套出售; 
 
总之，采用这种方案，可以省去许多硬件电路和软件计算编程工作，实现模块化，提高了可靠性和可维修性。 
 
 
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当机器人技术在不断改进和发展时，越来越多的企业开始采购和使用机器人。如何才能知道要选择哪个种类的机器人呢？如何避免我们可能并不了解的那些误区，甚至是那些已经在应用上取得成功而并不适合自己的？机器人投资通常从几万到百万美元，在第一时间作出正确的选择并且避免常见的错误是非常重要的，因为错误将导致不必要的开支或者任务的延期。为了帮助工程师和设计人员避免最严重的错误，文中列出了机器人应用避免的十大误区。 
误区一： 低估了有效负荷和惯性 
机器人用户在应用中的误区排在第一位的是低估了有效负荷和惯性需求。通常大多是因为在计算负荷时没有包括机械臂末端所装工具的重量造成的。其次造成这个错误的原因是低估或者完全忽略了偏心负荷产生的惯性力。惯性力有可能造成机器人轴的超负荷。在SCARA机器人中，旋转轴的超负荷是很常见的。不将这个问题纠正也会对机器人造成伤害.减少负荷或者减小速度参数可以对这种情况进行弥补。但是，减小速度将会增加不必要的周期时间--作为投资回报减少一部分的周期在购买机器人方面是排在首位的。这也是为什么负荷相关因素从一开始就非常重要的原因。 







于仁颇黎：有效负荷非常重要，一般机器人技术参数给出的一些信息，都有详细的说明，额定负载是在额定速度的情况才是有效的，达到最大负载的其中一个重要条件就是要除低机器人运行速度，另外过大负载也有可能破坏机器人的精度。


误区二： 试图让机器人做过多事情 
有时，机器人能力和灵活性使得设计者要它承担过多的工作以至于机器人单元太过于复杂。这种结果一旦产生就很难确定正确的周期时间，或者给解决方案带来额外的困难，甚至由于处理器速度限制将产生大量的困难。而且一旦生产出现故障，这种错误常常被放大。在生产中，非计划的停产将会导致巨大的损失。 
另外一种情况就是机器人和工作单元的使用超出了原始设计的能力要求。当增加的工作是在仿真之后才增加的，这时很容易出现令人失望的情况。尤其是在推进计划之前没有做新的仿真，那么规定的循环周期就有可能达不到。因此要保证机器人的一个循环周期在规定的时间以内，那么超出机器人能力范围的事情就得非常小心。
于仁颇黎：在使用机器人之前，一定要经过模拟仿真，按照设计要求，确定机器人的应用的行程负载，还有周期时间，如果增加机器人新的应用，先进行一定的验证后再进入。

误区三 ： 低估了电缆的管理问题 
正如看起来那么简单，也可能因为看起来过于简单，所以电缆管理经常超负荷。但是，优化到机械臂末端所装工具的电缆或外围设备的路径对于机器人设备的运动来说是非常重要的。缺少对潜在问题的估计将导致机器人为避免电缆纠缠和受压而产生不必要的动作。并且，如果不运用动态电缆或者减少电缆的压力可能会导致电线的损坏和停机。 
于仁颇黎：目前使用的机器人末端执行器(end-effector)，一般是气体驱动或电器驱动的，无可避免的会有相应的气管或电缆连接。大部分的工业机器人的气路和电器回路是走外面的，所以机器人运动控制的时候要相当的小心；也有一部的工业机器人的气路和电气回路是内置的，这时就非常的方便，只要考虑手臂与末端执行器的相对运动时线缆的管理就可以的。







误区四：在选择机器人系统之前应考虑的问题 


通过对每个应用的考虑，当系统安装以后，你就可以确定各个方面的应用是你需要的以及避免由于可能出现的错误而造成的严重超支。需要考虑的因素有： 
Load（负载）--考虑有效负荷，方向和力矩； 
Orientation（方向）--考虑移动的平面，在移动的平面中可能的障碍和润滑以及维护中的各种影响
Speed（速度）--考虑速度、加速、减速以及它们产生的惯量； 
Travel （移动）--考虑移动的距离、校正、加润滑油间隔期和万向球螺钉的突然移动； 
Environment（环境）--考虑环境温度、清洁度和腐蚀剂的存在；
Duty Cycle（负载循环）--考虑是否运转的时间比例和零件的热效应。
于仁颇黎：除这些之外，还有就是机器人的工作行程也是要考虑的问题之一。行程确定时，不能只按照机器人技术参数的行程来确定是否可以达到应用的要求，应该要实际考虑到末端执行器安装后，机器人的运动轨迹是否可能达到行程所需。这也是要进行模拟仿真的关键原因之一。对于环境来说，不同的环境，会有专门定制的工业机器人，比如喷涂行业需要的是有防爆能力的工业机器人，这与标准的机器人就有所不同，还有洁净室的使用等等。还有机器人的可靠性与其故障率，消耗的电力等等都是在选用是必须要考虑的问题。

误区五 ： 对精确性和可重复性的误解 
一台精确的机器是可以重复的，但一个可重复性的机器不一定具有精确性。可重复性是指机器人依照规定的工作路径，在既定的位置之间精确往返来体现的。精确性是依照工作路径精确地移动到一个经过计算的点来体现的。搬运动作中机器人通过计算移动到一些既定点的位置，运用的是机器人的精确性能。精确性与机械耐受度以及机器人手臂的精确度有直接的关系。

于仁颇黎：精确性与机械手臂的机械精度有着极大的关系，精度越高，才能保证有精确的高速度，机器人减速器是保证机器人精度的一个重要的关键结构。一般的工业机器人都是选用ＲＶ类型的标准减速器，如果需要应用于一些精度制造方面的应用，可以考虑选用机器人始祖staubli unimation的工业机器人。

误区六 ： 挑选机器人系统只依赖于控制系统的优劣 
大多数机器人制造商考虑更多的可能是机器人的控制器而不是机械性能。但是如果一旦配置了机器人，正常运行时间就主要依赖于机械的耐用性。产品丧失生产能力很可能不是由于控制器和电子设备差造成的，而是由于机械性能不好造成的。通常选择一个机器人系统是基于使用者对控制器和软件的精通。如果在这方面机器人同时又有很出色的机械性能，那么这将是一个非常具有竞争力的优势。相反，如果机器人在安装以后需要不断地进行维修，那么精通控制所带来省时优势将很快被消耗掉。

于仁颇黎：机械部分是首先保证工业机器人性能的关键，精度，速度和耐用度，都于机械部分有着及大的关系。机器人的机构组成比较简单，一般就是马达与减速器，如果选用的机器人经常需要维修减速器部分，或其他机械结构，那是非常麻烦的。

误区七： 没有正确的机器人知识 
机器人的制造商和系统集成商设计一个机器人单元通常都只是为一种应用，但是如果用户没有正确的机器人方面的知识，就有可能会面临失败。任何生产设备的使用时间是和用户如何使用、维护设备紧密关联的。一些第一次用机器人的用户拒绝培训并不少见。机器人保持正常工作至关重要的条件是充分了解机器人的能力并在工作范围内最佳使用。

于仁颇黎：工业机器人是很特殊的设备，其操作复杂程度丝毫不亚于一台数控机床。同样的，使用机器人的必须要熟悉基本的工业机器人的安全操作知识，否则对设备对人都是非常不安全的。使用机器人的操作员，一定要由系统制造商进行系统的安全操作培训后，才允许实际操作。
误区八： 忽视了机器人应用的相关设备 
示教器、通讯电缆以及一些特殊的软件通常都是必须的，但是在最初的订购中很容易被遗忘。这些将导致整个计划的耽搁甚至费用超过预算。要正确地挑选机器人产品时，首先要考虑自己综合需求以及满足设备选择的各个方面。有种很常见的情况就是，顾客有时为了省钱而没有将一些关键设备和机器人整合在一起。

于仁颇黎：在进行项目的开始阶段，必须要明白项目所需要配置的相关设备，软件等一系列内容。采购过程中，要时刻按照项目的应用来考虑订购的相关产品。







误区九： 过高或过低估量机器人控制系统能力 
过低地估计机器人控制系统能力将会产生系统重复投资和不必要的浪费。在安全电路上采用双重备份非常的普遍。而过高的估计控制系统能力将会产生额外设备成本、返工以及误工费用等尝试控制太多的I/O端口和增加伺服系统是一个常见的误区。

于仁颇黎：安全控制是一个非常重要的问题，在考虑安全的同时，也要尽量的优化应用的安全逻辑信号，程序中的重复是不必要的。
误区十： 根本就没有考虑到运用机器人技术 
受到投资规模的限制，缺乏对机器人技术的了解的人和过去在采用机器人方面有失败的尝试是很多人远离机器人技术的理由。但是为了提高生产率和在市场的最终竞争中获胜，非常重要的是摆脱这方面的误机器人技术虽然不能单独提高生产率，但是在很多情况下它能帮助提高整体生产效率.市场反应时间、增加的生产效率、简单的操作、灵活性、可重复使用、可靠性、精密度、控制能力以及能够长期使用，这些都是采用机器人技术强有力的原因。

于仁颇黎：应用机器人是一个长远的投资，方便管理，同时也可以保证产品的良品率，提高生产率，并且完全自动化应用的工厂，自然也给客户一个稳定的支柱。

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