工业机器人系统

CAM系統NC系統工業機器人系統電腦輔助加工系統NC系統CAM系統定義電腦數值控制NC程式設計CAM系統定義CAM(Computer-AidedManufacturing)即電腦輔助製造的簡稱，一般是指於生產製造時，利用電腦的功能來協助規劃管理及控制的各項過程。其包含的範圍應由生產準備就算是CAM的部份，直至生產加工完後的檢測、包裝均是CAM的領域。因此CAM系統實比CAD系統要更多且複雜。就一般而言CAM所包含的項目有電腦數值控制(CNC)，電腦輔助製程規劃(CAPP)，生產排程(MPS)，物料需求規劃(MRP)，自動倉儲系統，彈性製造系統(FMS).....等。CAM系統定義CAM的應用可分為二大項，如下:1．電腦監視與控制:為了達到監視與控制的目的，而把電腦直接與製造過程相連線。CAM系統定義2．製造支援應用:間接應用電腦來支援生產作業，但在電腦與製造過程中並無直接的介面。另外電腦監視與控制可區分為監視應用與控制應用兩部份。電腦製程監視在製造程序中含有一個直接的電腦介面，用以觀察程序與設備，同時電腦是作程序搜集資料，而本身並沒有直接去控制作業程序。電腦數值控制傳統之數值控制(NC)，若增加了電腦控制的功能，即成為電腦數值控制(ComputerNC)。目前大多使用的綜合加工機屬於CNC的佔大多數一部NC系統應包括三部份:1‧指令程式(NC碼)2．機器控制單元(MCU)3．工具機。電腦數值控制執行流程如圖所示，首先將欲加工之工件，依其加工方法、步驟及尺寸資料、加工條件……等寫成加工程式，按著再以下打孔紙帶、磁帶或直接存入記憶體之方式儲存。當這些NC程式經過CNC的控制單元後即轉換成各種控制動作，來進行所需的加工。因此，只要改變NC程式，即可執行不同的加工，是富有彈性之加工方式。電腦數值控制CNC與NC比較:CNC主要是把NC的各種功能用電腦之微處理機(CPU)來控制，所以，CNC是以微電腦為中心，來執行NC功能的，比NC操作更方便。為使工件設計師能設計相對於工件的一連串刀具的位置和運動，必須建立一套標準座標系統來定義座標。為使程式師更方便工作，假想工件是靜止不動的，而主軸相對於它移動。所以座標系統的座標軸是設定在機器工作台上。如下圖所示:電腦數值控制工件程式設計師有時可以選擇不同的刀具位置定位方法，一種是絕對系統(Absolutesystem)，另一種是增量系統(Incrementalsystem)。絕對位置定位(Absolutepositioning)法是指刀具位置依相對於零點的座標而定義。兩增量位置定位(Incrementalpositioning)法是指刀具位置，依相對於前一點(或指定點)之座標而定。如下圖所示:電腦數值控制NC運動控制系統，可分為三種方式:1．點到點型(Point-to-point,PTP):此型中，工具機控制系統的目標就是要將刀具移到事先已定義好的位置上。至於移動位置過程問的速度與路徑，對點到點的NC並不重要。如下圖所示，最常用於鎖孔與點焊之控制。電腦數值控制2．直切型(Straight-out):直切型控制系統可將切削刀具沿著主軸的平行線上，以適合加工的速率移動。所以其最適合於銑削外形為矩形的工作。這種型式的NC系統，只能依某單軸方向運動，所以對於在工件上做某角度的切削工作是不可能的。如下圖所示。電腦數值控制3.輪廓型(Contouring):此型較以上兩種更複雜，它可以同時沿著多軸而運動，因此可以走曲線。常用於銑削與車削之控制。如下圖所示。電腦數值控制綜合加工機(MachingCenter;MC)是在NC工具機上附加兩種機能。一為刀具自動交換機能，另一為自動指度(index)工作兩個以上的機能。綜合加工機由於能做一系列加工，一面交換刀具，一面指出工件的加工位置，故能縮短時間，提高生產力。電腦數值控制綜合加工機中刀具自動交換是以稱為ATC(AtomaticToolChanger)的裝置來進行。此裝置是將各種刀具事先安裝於刀具庫內，依據輸入程式中有關刀具交換資料的指令來做刀具交換。刀具交換最簡單的方式是刀具依加工順序插入刀具庫內，然後逐次取出。稍複雜者是在刀具上附有識別號碼，以此識別號碼做刀具交換的指示，故刀具交換可以任意順序進行。NC程式CAM領域中，有一項很重要的事項，即是必須要懂NC程式設計，雖然有些CAD/CAM軟體具備了自動產生NC程式(POST)之功能，但是NC程式產生後必須還是要經過設計者的修改後才算完全確定可以於NC工具機上實際切削，於是本單元就來介紹NC程式，但是詳細的設計及說明指令，請讀者參考NC設計之書籍。NC程式一般NC程式均是由一區段中的字組所組成的。其字組的型式有以下幾種:1．順序號碼:區別各個區段而設之號碼，如:N0003。2．準備機能:用來執行各種G功能，如:N02(圓弧順時針切削)。3．座標字組:定義刀具的位置座標，如X3.256Y-35.60Z30.00。4．進給率:設定進給速度，如300。5．切削速率:設定主軸轉速，如S20。6‧刀具選擇:可自動更換刀具，如:T02。7．輔助機能:定義某些輔助或雜項功能，如M03(表示主軸開始旋轉)而NC程式產生的方式有兩大類：NC程式1．人工程式設計：由NC程式設計師來製作NC程式，此只限於較簡單之加工路徑，若是複雜3D運動路徑，用人工去設計那將是一件既無效率且不可能的事。2‧電腦輔助NC程式設計：目前大部份的CAD/CAM軟體均有自動產生NC程式之功能，只要設計者將刀具路徑(CL檔)產生出來，再經由後處理(POST)程式，就可以產生出與刀具路徑相同的NC程式。故依此方法將可以節省不少的計算座標點與設計路徑的時間，尤其是3D以上切削時，故此為目前程式設計發展之趨勢。NC程式一般用CAD/CAM軟體來產NC程式時，一般會產生一個叫CL(CutterLocationfile)檔的刀具路徑檔。因為目前各種NC，CNC之控制器均不同，故先產生CL檔後，再視所用之控制器型式，利用適當之後處理程式，產生所需NC程式。NC程式另外有一種NC程式語言即APT(AutomaticallyProgrcemingTooI)語言。APT語言不僅是NC語言，同時利用APT語言之指令也可以用來計算刀具位置，並可至多作到5軸的控制。APT語言的敘述(Statement)分為四種型式:1．幾何敘述:定義工件的幾何形狀元素。2．動作敘述:用來描述刀具運動之路徑。3‧後處理器敘述:用來指定進給連率、切削、速度及啟動機器……等之動作。4．輔助敘述:用來辨別工件、刀具、公差…等方面之敘述。NC程式APT系統對形狀定義的方式並不是直接定義產品的形狀，而是採用刀具移動所產生的結果，亦即間接的方式。其方式如下。應用表示刀具刀刃位置的工件面(Partsurface)、表示刀具移動面的驅動面(Drivesurface)以及表示刀具移動方向變化的檢查面(Checksurface'.等三個面來定義刀具的移動。以這三個面正確決定刀具的最初位置後，逐次指定驅動面及檢查面就能控制刀具的移動。如下圖所示。NC程式而檢查面的指定方式如下圖所示有三種方法。圖中，「TO」具有將檢查面指定在刀具前面，「ON」指定在刀具中心，「PAST」指定在刀具後面。程式設計者可視工件形狀。以其中較方便的方法來指定檢查面。NC程式以下列出一個用APT語言寫成之範例程式:MACHIN/DRILL.5CLPRINCUTTER/0.750PO=POINT/-2.0，0.0，0.0P1=POINT/1.25，1.0，0.0P2=POINT/4.75，1.0，0.0SPINDL/500PEDRAT/3.55COOLNT/ONFROM/PCGOTO/P1GODLTA/O，0，-1.5GODLTA/O，0，1.5GOTO/P2GODLTA/O，0，-15GODLTA/0，0，1.5GOTO/POCOOLNT/OFFFINI而用APT的處理流程如下圖所示NC程式NC程式及APT語言程式，可藉由某些CAD/CAM軟體來完成。首先利用CAD系統將模型顯示於顯示器上，然後建立曲面模式，再由CAM系統模擬加工情況而產生刀具路徑，進行產生NC程式。但有一點很重要:不管是在那套CAD/CAM軟體產生的NC程式，均要檢查。最常用的方式即是輸入NC程式於顯示器模擬切削時利用眼睛來檢查。另外，則是利用電腦，將刀具、治具、素材…等更換為實體模型後，然後再將NC資料輸入，模擬加工模型的動作。NC程式以上的檢查都沒有問題之後，再於NC工具機上實際空跑(dryrun)一次，並檢查有無缺失。或用工業塑膠或苯乙烯之樹脂來實際切削來確認加工的情況。直接數值控制傳統的NC系統，大都以NC紙帶為媒介來執行程式，本身並無儲存資料及顯示資料之功能。而且前幾乎所有的數值控制系統均以微電腦當作控制單元，用以讀取程式，並將之轉成工具機所懂的機械碼，這種具有微電腦的NC系統即為CNC系統。NC程式而目前更有直接數值控制(DirectNumericalControl,DNC)的出現，DNC系統是以一台或數台電腦直接與數台工具機運線，而直接對工具機控制或傳輸資料。如此更能夠達到自動化生產與控制的境地，使各工具機不會浪費效率，依所設定之順序來控制。NC程式一般DNC的優點如下:1.不必使用NC紙帶與讀帶機。2.計算能力更強大。3.NC工件程式易儲存於電腦中。4.NC程式以CL檔之型式儲存，將更有彈性。5.生產效率資料之收集、處理及報表。6.建立自動化工廠的架構。NC程式若DNC與CNC兩者組合，亦有以下優點:1.增加電腦化製造系統的能力與修改現有資料的能力。2.DNC電腦可持程式直接載入CNC電腦記憶扭體，節省資料傳輸所佔用之時間。3.若DNC中央電腦故障，不必將系統各部機器停機，我們可用備份資料給NC，仍可使其獨立運作。4.改善中央電腦與工廠間之通訊。