第六章 柔性制造技术.ppt

第六章 柔性制造技术,柔性制造技术（FMT）——是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产 柔性——指制造系统能够适应产品变化的能力6.1 柔性制造系统（FMS）概述,1.FMS产生的背景条件,1）随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断 更新和多样化，中小批量、多品种生产已成为机械制造业的 一个重要特征； 2）科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高一、 FMS的产生和发展,2.FMS的产生过程,1950年，美国MIT诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机 电一体化及数控（NC）的概念出现了 机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（CN）、 计算机直接控制（又称群控）（DNC）、计算机辅助制造 （CAM）、计算机辅助设计（CAD）、成组技术（GT）、计算 机辅助工艺规程（CAPP）、工业机器人技术（ROBOT）等新 技术FMS的雏形源于美国MALROSE公司，该公司在1963年制造了世界上第一条多品种柴油机零件的数控生产线 FMS的概念由英国MOLIN公司最早正式提出，并在1965年取得了发明专利，1967年FMS正式形成。

在这些新技术的基础上，为多品种、小批量生产的需要而兴起的 柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（FMS）、柔性制造单元（FMC）和柔性制造自动线（FML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）最具代表性FMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发展； 1985年世界各国已投入运行的FMS有500多套，88年近800套，90年超过1000套，目前约共有4000多套FMS在运行； 我国是1984年开始研制FMS，1986年从日本引进第一套FMS3.FMS的发展状况,按照系统规模和投资强度，可将柔性自动化制造设备分为如下5个不同层次： 1、柔性制造模块（FMM） 是指一台扩展了自动化功能的数控机床，如刀具库、自动换刀装置、托盘交换器等，FMM相当于功能齐全的加工中心 2、柔性制造单元（FMC） 由1～2台数控机床组成，除了能够自动换刀之外，还配有存储工件的托盘站和自动上下料的工件交换台 FMC自成体系，占地面积小、成本低、功能完善、有廉价小型FMS之称 3、柔性制造系统（FMS） 包括2台以上的CNC、FMM或FMC组成，其控制与管理功能比FMC强，规模比FMC大，对数据管理和通信网络要求高。

4、柔性制造生产线（FML） 其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合机床，如数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等，工件输送线多为单线、固定，柔性较低、专用性强、生产率高，相当于数控化的自动生产线，一般用于少品种、中大批量生产、可以说，FML相当于专用FMS 5、柔性制造工厂（FMF） 将柔性制造自动化由FMS扩展到全企业范围，通过计算机网络系统的有机联系，实现在全企业范围内的生产经营管理过程、设计开发过程、加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动化工厂的目标二、 FMS的基本组成及主要功能,1.FMS的的定义及基本组成,我国国家军用标准则定义：柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产国外有关专家进行的直观定义：柔性制造系统是至少两台机床，一套物料运储装置和一套计算机控制系统组成的自动化制造系统，通过简单改变软件的方法便能制造出多咱零件中任何一种零件1）加工的数控加工系统 （2）自动化的物料储运系统 （3）计算机控制的信息系统,典型的FMS主要由以下三个子系统组成：,,典型的柔性制造系统示意图1,,典型的柔性制造系统示意图2,,典型的柔性制造系统示意图3,,典型的柔性制造系统示意图4,,实例：,2.FMS的主要功能,1、能自动管理工件的生产过程。

2、简单改变的软件或参数，就能制造出某一工件族的多种零件3、物流的运输和存贮必须是看自动的4、能解决多机床条件下工件的混流加工，且不用额增加费用5、具有优化高度管理功能，能实现无人或少人化加工,1、柔性制造能力强； 2、设备利用率高； 3、减少了设备成本与占地面积； 4、减少了直接生产工人，提高了劳动生产率； 5、减少了在制品数量，提高了对市场的反应能力； 6、产品质量得以提高； 7、FMS可以逐步地实现实施计划3. FMS的优点及效益（P186）,6.2 FMS的自动加工系统,1）加工系统在FMS中的作用:,加工系统担任把原材料转化为最终产品的任务，是实际完成改变物性任务的执行系统. 加工系统是FMS最基本的组成部分，也是FMS中耗资最多的部分，FMS的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系统所决定的一、 自动加工系统的功能和机床配置,1. 加工系统的作用和机床设备的选用,选用通用模块化的机床结构，其外部通信功能和内部管理功能强，有内装的可编程序控制器（PLC），易与辅助装置连接，方便系统的调整和扩展，以减轻网络通信和上级控制器的负载2）FMS对加工设备的要求,对于纳入FMS运行的加工机床应当是可靠的、自动化的、高效率的加工设备。

它应满足如下性能要求：,1、工序集中,通过减少工位数来减轻FMS物流的负担；通过减少装夹次数来保证FMS的加工质量因而，宜选用如加工中心这类多功能机床2、控制能力强、扩展性好,比如导轨油可回收，排屑处理快速、彻底，以延长刀具使用寿命，节省运行费用，保证系统能安全、稳定、长时间无人值守而自动运行选用切削能力强，加工质量稳定，生产效率高的机床3、高刚度、高精度、高速度,4、自保护与自维护性好,应设有过载保护装置，设有行程与工作区域限制装置，导轨和各相对运动件等无需润滑或能自动加注润滑，具有故障诊断和预警功能5、使用经济性好,对工作环境的温度、湿度、粉尘等要求不高，各种密封件性能可靠、无渗漏，能及时排除烟雾和异味、噪声，振动小，能保证良好的生产环境,6、对环境的适应性与保护性好,3）FMS加工系统的常用配置形式,FMS上加工的零件,CJK6146型经济型数控车床,XH714A型立式加工中心,FMS中机床设备的配置有互替式、互补式以及混合式等多种形式，以满足FMS柔性和高效率的生产要求是指纳入FMS中的机床是一种并联关系，各机床功能可以互相代替，工件可随机输送到任何一台恰好空闲的机床上加工 在这种配置中，若某台机床发生了故障，系统仍能维持正常的工作，因此具有较大的工艺柔性和较宽的工艺范围，但技术利用率和生产率较低。

1）互替式机床配置,是指纳入FMS中各机床功能是互相补充的，各自完成特定的加工任务，工件在一定程度上必须按顺序经过各台加工机床 这种配置形式的特点是具有较高的生产率，能充分发挥机床的性能，但由于是串联配置形式，因而降低了系统的可靠性，即当某台机床发生故障时，系统就不再正常的工作，柔性较低2）互补式配置,是指在FMS中，有些机床按互替形式布置，而有些机床则按互补形式布置，以发挥各自的优点大多数FMS采用这种形式3）混合式配置,二、机床辅助及自动上下料装置,1、机床夹具 夹具是一种直接用来夹持工件的机床辅具FMS夹具要求尽可能一次装夹便能完成工件所有部位的加工，以较少装夹次数，避免不必要的累积误差在允许的情况下，还应尽可能考虑单一夹具能安装多个零件，这就可以大大较少托盘和刀具的更换次数，节省辅助工作时间，提高机床的利用率 目前，用于FMS的夹具有两个重要的发展趋势：①、大量使用组合夹具，使夹具零部件标准化，可针对不同的服务对象快速拼装出所需的夹具，提高夹具的重复利用率；②、开发柔性夹具，使一部夹具能为多个加工对象服务2、托盘 托盘是FMS加工系统中重要的配套件在FMS中，工件通常是用夹具安装在托盘上。

当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台支撑着工件完成加工任务； 当工件输送时，托盘又承载着工件和夹具在机床之间传送 在FMS中，不论各机床各自形式如何，都必须采用统一的接口，这样才能使所有加工单元连接成为一个系统整体因此，要求FMS中的托盘必须采用统一的结构形式国际化组织制定的托盘标准： 公称尺寸小于等于800mm的托盘标准：ISO/DIS8526-1 公称尺寸大于800mm的托盘标准：ISO/DIS8526-2 托盘代号的组成：ISO号、宽X长、顶面形式号、槽距或孔距、 工件的定位方式、托盘的定位方式 例：ISO8526-2-1000X1250-1-100-a-b 表示是ISO8526-2矩形托盘，顶面尺寸为1000X1250，带螺孔系 顶系的顶面，螺孔的中心距为100，工件用侧定位块定位，托盘用 两锥孔和支撑件上的两圆锥销定位ISO托盘的基本结构图,在FMS中为加工机床上下料的装置通常有托盘交换器和工业机器人等 托盘交换器可作为联接FMS加工系统和物料运储系统的桥梁，还可作为工件的暂时存储器当物料系统产生堵塞时，托盘交换器可储存几个工件，以保证加工单元的正常运行，对系统起到一个缓冲作用。

托盘交换器有不同的结构形式，例如：回转式托盘交换器和往复式托盘交换器等3、自动上下料装置,托盘交换器的工作方式,直线式交换,回转式交换,（1）加工系统的控制装置必须是CNC或相当的设备，并具有DNC通信和数据交换功能，其加工控制程序应为整个FMS控制系统的一个组成部分 （2）必须提供自动和手动两种操作方式 （3）具有足够存储容量，以便存储任意工位加工所需的最大零件加工程序，零件程序必须能随机地而不是按照顺序地进行选择 （4）必须提供确定的手段，保证零件在下一道切削工序之前完成前一道工序 （5）在电源中断或其他非计划停机的情况下，至少在12小时内不应丢失控制装置中任何数据和失去任何同步,三、FMS对加工系统的控制功能和其他项目的要求,1.FMS对控制装置的要求,（1）系统中每台机床在接受夹具、刀具、零件程序 时应具有互换性2.FMS对支持设备的要求,（2）机床应备有足够容量和速度的切削输送装置，以便清除所有零件加工时产生的切屑 （3）喷射冷却系统应在无需人工调整的情况下，不管刀具的长度和直径如何，都能使切削液指向所有正在工作的刀具刃部进行喷射 （4）要为所有机床安装切屑和切削液溅射防护罩，并应在装卸合适的照明设备。

（5）如果主控制设备安装在其他地方，则应在装卸工位再提供一个悬垂式操纵板或小型控制台物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当少的一部分时间是用于机床的切削加工，而大部分时间则消耗于物料的输送和储存过程因此，合理地选择FMS的物料运储系统，可以大大减少物料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率6.3 FMS的物料输送与储存系统,物流系统包括的三个方面：,物流系统执行输送的装置：,物料存贮设备：,一、物料的输送系统,用于直线往返输送物料它往返于加工设备、装卸站与立体仓库之间，按指令自动运行到指定的工位自动存取工件 常见的有轨运输车有两种：链索牵引小车和电动机牵引行走小车1、有轨运输车（RGV）,①、加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件； ②、因导轨固定，故行走平稳，停车位置比较准确； ③、控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广； ④、行走路线不便改变，转弯角度不能太小； ⑤、噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全AGV是当前FMS中具有较大优势和潜力的运输装置它具有较高的柔性，能实时监视和扩展，并且安全可靠，维护方便。

有轨小车的特点：,2、无轨运输车（AGV，自动导向小车）,3、物料输送系统的基本回路,二、自动存储和检索系统（ASRS）,自动立体仓库,自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求。