CAD2D3D

自《工业机器人系统集成&自动化生产线方案设计大师》第一版（2021.01.04）发布已经两年有余，本以为第二版可以很快完稿，没想到拖了这么长时间，不由想起了赵本山的小品《小崔说事儿》里面白云的巨著《月子2》，至此我对白云感同身受，写文章太难了，写一篇好文章更是难上加难。

《方案大师2 》在原有基础上新增和细化了很多内容，全文字数由2.1万增加至3.6万，详细讲述了工业机器人系统集成及自动化生产线方案设计的方方面面，是相关从业人员必备教材。

《方案大师2 》追求图文并茂，里面含有大量配图，尝试用通俗易懂的词语讲清相关知识点，努力做到让每一个初学者快速入门并迅速成长为专业的方案设计人员。

— 前言 —

本书由 CAD2D3D.com 网站创始人尚延伟编写，主要包含机器人、自动化 生产线概述、浇铸生产线方案设计、锻造生产线方案设计、机加工生产线方案设 计、物流仓储以及各种自动化专机等，详细介绍机器人系统集成项目的方案设计 思路和方法。

随着智能制造的推进，机器人、视觉、数字化技术等快速进入制造业，全自动化的无人车间正在快速崛起，制造业对自动化相关专业人才需求强烈，自动化 行业前景可期。

本书适用于机械工程师、电气工程师、设备工程师、自动化工程师等人员使用，通过本书学习，可以快速掌握机器人及自动化生产线相关知识，能够独立自主的完成一个专业的自动化生产线的方案设计。

— 作者简介 —

尚延伟，工业自动化CAD2D3D.com网站创始人，拥有一级建造师（机电）、机械工程师、网页设计师和网络工程师（中级）等证书，目前从事工业机器人的系统集成工作，设计过众多金属浇铸、锻造、机加工等自动化生产线，并负责过多个整厂自动化的规划设计，精通工业机器人的选型和使用，对各种自动化设备和零部件等了如指掌。

— 目录 —

《方案大师》教材主要内容：

1 工业机器人的世界 1

1.1 什么是工业机器人 1
1.2 工业机器人的分类 6
1.3 工业机器人的组成 7
1.4 工业机器人的运动学方程 7

1.4.1 理论知识 9

1.4.1.1 向量 9
1.4.1.2 矩阵 10
1.4.1.3 坐标系变换 11

1) 平面内平移变换 11
2) 平面内旋转变换 13
3) 三维空间平移变换 16
4) 三维空间旋转变换 17
5) 如何找出变换矩阵？ 18

1.4.2 运动学方程 20

1.4.2.1 机器人运动学方程（正解） 20

1) 坐标系变换法 20
2) D-H矩阵参数法（Denavit-Hartenberg Parameters） 21

1.4.2.2 机器人运动学方程（反解） 29

1) 最简单的情况：1个旋转关节 29
2) 2个旋转关节 30

1.5 工业机器人的规格参数 34
1.6 工业机器人的选型方法 38
1.7 工业机器人的节拍计算 43
1.8 工业机器人高级功能 44

1.8.1 软浮动功能 Soft Float 44

1.8.1.1 功能描述 44
1.8.1.2 具体含义 44
1.8.1.3 具体用法 45

1.8.2 线性速追踪功能 Line Track 47

1.8.2.1 功能描述 47
1.8.2.2 具体含义 47
1.8.2.3 具体用法 48

1.8.3 视觉引导 53

1.8.3.1 功能描述 53
1.8.3.2 FANUC机器人视觉具体用法 54

1.9 机器人离线编程和仿真模拟 56

2 自动化技术 57

2.1 气缸 57
2.2 气爪 58
2.3 保压阀/先导阀 61
2.4 电机 63
2.5 减速机 71
2.6 导向 72
2.7 传动 73
2.8 夹紧 74
2.9 定位 76
2.10 分离对接机头（气、液） 77
2.11 快速对接接头（强电、弱电） 80
2.12 旋转接头 81
2.13 力/力矩传感器 83
2.14 视觉 85

2.14.1 2D视觉 85
2.14.2 3D视觉 88

2.14.2.1 双目立体视觉 88
2.14.2.2 结构光 89
2.14.2.3 线激光 90

2.14.3 像素、分辨率、精度和公差的关系 91

2.14.3.1 分辨率（Resolution） 91
2.14.3.2 精度（Accuracy）. 91
2.14.3.3 公差（Tolerance） 92

2.14.4 总结 92

3 自动化生产线的世界 93

3.1 什么是自动化生产线 93
3.2 自动化生产线主要参数 93
3.3 自动化生产线节拍计算方法 94

3.3.1 生产线平衡率 94
3.3.2 节拍计算注意事项 95
3.3.3 节拍计算案例 95

3.3.3.1 案例1：锻造自动化生产线节拍计算 96
3.3.3.2 案例2：机加工自动化生产线节拍计算 97

3.4 自动化生产线主要设备 99

3.4.1 主机设备 99

3.4.1.1 浇铸机 99
3.4.1.2 压铸机 101
3.4.1.3 锻压机 101
3.4.1.4 机床 106

3.4.2 辅助设备 110

3.4.2.1 清洗机 110
3.4.2.2 尺寸检测 112
3.4.2.3 打标机 119

3.4.3 机器人和机械手 122

3.4.3.1 机器人 122
3.4.3.2 机械手 122
3.4.3.3 地轨 123
3.4.3.4 手爪 124

1) 平行开合气缸 124
2) 大行程开合气缸 125
3) 电永磁手爪 126
4) 定心三爪气缸 127
5) 真空吸盘 128
6) 手爪案例 129

3.4.4 自动化设备 129

3.4.4.1 翻转机 130

1) 单立柱翻转机 130
2) 双立柱翻转机 131
3) 90°翻转机 132
4) 180°翻转机 133
5) 柔性环形链翻转机 134

3.4.4.2 升降机 134

1) 直接顶升式升降机 134
2) 剪刀叉折叠式升降机 136
3) 丝杠升降机 137

3.4.5 物流转运设备 138

3.4.5.1 皮带输送机 139
3.4.5.2 链条输送机 140
3.4.5.3 链板输送机 141
3.4.5.4 平顶链输送机 142
3.4.5.5 差速链（倍速链）输送机 143
3.4.5.6 辊筒（辊筒）输送线 144
3.4.5.7 网带输送机 145
3.4.5.8 悬挂输送线 146
3.4.5.9 RGV电动平车（钢轨车） 147
3.4.5.10 AGV自动导引车 148
3.4.5.11 无轨电动平车 149
3.4.5.12 滑橇输送机 150

3.5 电气控制系统 151
3.6 信息化 152

3.6.1 概述 152
3.6.2 定义 153
3.6.3 信息化是为谁服务的？ 154
3.6.4 生产线信息化行业现状 155
3.6.5 信息化功能模块 155

3.6.5.1 工艺管理功能 155
3.6.5.2 质量追溯功能 155
3.6.5.3 成本管理功能 156
3.6.5.4 计划排产功能 156
3.6.5.5 进度计划管理 156
3.6.5.6 设备状态管理 156
3.6.5.7 资源分配管理 156

3.6.6 信息化核心软件KEPServerEX 156
3.6.7 主要硬件组成 158
3.6.8 信息化总结 158

3.7 人工智能 158

4 方案设计方法和流程 159

4.1 客户需求 159
4.2 解决方案 160
4.3 设计流程 160

5 典型自动化生产线设计方案 161

5.1 铝合金浇铸自动化生产线 161
5.1.1 浇铸基础知识 161
5.1.2 发动机缸体浇铸工艺流程 162
5.1.3 发动机缸体浇铸生产线组成及布局 163
5.1.4 浇铸节拍时序 164
5.1.5 浇铸自动化配套设备详述 165

5.1.5.1 保温炉 165
5.1.5.2 重力铸造机 166
5.1.5.3 机器人 167
5.1.5.4 第7轴及液面探针 167
5.1.5.5 浇勺 168
5.1.5.6 吹氧化皮装置 169

5.1.6 浇铸经验教训 170
5.1.7 浇铸案例展示 171

5.2 铝合金压铸自动化生产线 172

5.2.1 压铸基础知识 172
5.2.2 压铸工艺流程 173
5.2.3 变速箱底壳压铸生产线组成及布局 173
5.2.4 压铸节拍时序 175
5.2.5 压铸自动化配套设备详述 176

5.2.5.1 压铸机 176
5.2.5.2 铸件缺陷检测装置 179
5.2.5.3 冷却装置 180
5.2.5.4 铸件渣包清理装置 180
5.2.5.5 切料柄装置 180
5.2.5.6 下料输送装置 182
5.2.5.7 自动喷雾装置 182
5.2.5.8 机器人取件手爪 183

5.2.6 压铸经验教训 183
5.2.7 压铸案例展示 184

5.3 锻造自动化生产线 186

5.3.1 锻造基础知识 186
5.3.2 曲轴锻造工艺流程 186
5.3.3 曲轴锻造生产线组成及布局 187
5.3.4 锻造节拍时序 188
5.3.5 锻造自动化配套设备详述 190

5.3.5.1 5000T压机 190
5.3.5.2 500T冲床 190
5.3.5.3 模座模具 191
5.3.5.4 快速换模装置 191
5.3.5.5 中频炉 194
5.3.5.6 中频炉下料定位输送装置 195
5.3.5.7 高压水除鳞机 195
5.3.5.8 喷嘴及机械手 196
5.3.5.9 机器人手爪 197
5.3.5.10 锻造除尘 197

5.3.6 锻造经验教训 198
5.3.7 锻造案例展示 198

5.4 机加工自动化生产线 199

5.4.1 机加工基础知识 199
5.4.2 机加工工艺流程 200
5.4.3 发动机壳体机加工生产线组成及布局 200
5.4.4 机加工节拍时序 201
5.4.5 机加工自动化配套设备详述 202

5.4.5.1 机床 202

1) 对刀仪 202
2) 工件测量头 203
3) 机床工装夹具 205

5.4.5.2 机器人手爪 206
5.4.5.3 机器人桁架 207

5.4.6 机加工经验教训 207
5.4.7 机加工案例展示 208

5.5 码垛拆垛自动化生产线 210

5.5.1 码垛拆垛基础知识 210
5.5.2 码垛节拍时序 211
5.5.3 码垛拆垛自动化配套设备详述 211

5.5.3.1 码垛专用4轴机器人 211
5.5.3.2 码垛手爪 212
5.5.3.3 输送线 213

5.6 焊接自动化生产线 213

5.6.1 焊接基础知识 213
5.6.2 焊接生产线组成及布局 213
5.6.3 锻造自动化配套设备详述 214

5.6.3.1 弧焊机器人 214
5.6.3.2 焊接电源 214
5.6.3.3 焊缝激光跟踪传感器 215

5.7 喷涂 215

5.7.1 喷涂基础知识 215
5.7.2 喷涂生产线组成及布局 216
5.7.3 喷涂配套设备详述 216

5.7.3.1 喷涂机器人 216
5.7.3.2 喷漆房 217
5.7.3.3 供漆系统 218
5.7.3.4 自动喷枪 218

5.8 打磨 219

5.8.1 打磨基础知识 219
5.8.2 机器人打磨单元 220
5.8.3 打磨离线编程 220
5.8.4 打磨自动化配套设备详述 221

5.8.4.1 气动浮动打磨头 221
5.8.4.2 打磨工具 222

6 总结 224

— 内容预览 —

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