现代制造技术柔性制造技术.ppt

2018/10/25,现代制造技术,2-1,第6章 柔性制造技术,柔性制造技术概述 柔性制造技术的加工系统 FMS的物料运储系统 FMS刀具管理系统 FMS的控制系统,主要内容：,2018/10/25,现代制造技术,2-2,第1节 柔性制造技术概述,柔性制造技术（FMT——Flexible Manufacturing Technology）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1. 柔性制造技术与柔性制造系统,柔性制造系统 （FMS）是数控机床或设备自动化的延伸，FMS的一般定义可以用以下三方面来概括；FMS是一个计算机控制的生产系统；系统采用半独立的NC机床；这些机床通过物料输送系统联成一体其中，数控机床提供灵活的加工工艺，物料输送系统将数控机床互相联系起来，计算机则不断对设备的动作进行监控、检测，同时提供控制指令并进行工程记录，还可通过仿真来预示系统各部件的行为柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式2018/10/25,现代制造技术,2-3,2. 柔性制造系统的分类,(1) 柔性制造单元( FMC——Flexible Manufacturing Cell） 由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。

FMC比MC功能全，比FMS规模小可靠，便于连成功能可扩展的FMS2) 柔性制造系统（FMS）它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成,配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等,由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测2018/10/25,现代制造技术,2-4,(3) 柔性制造生产线(FML--Flexible Manufacturing Line)是在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展起来的，用计算机控制管理，保留了组合机床模块结构和高效特点，又加入了数控技术的有限柔性它将FMS中的各机床按工艺过程布局,构成既具有生产节拍, 又具有可变性的加工生产线,是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合2018/10/25,现代制造技术,2-5,(4) 柔性制造工厂(FMF)又可称为工厂自动化(FA)它是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行有机地联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS它也包括了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际使用，实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料储运过程的全盘自动化。

FMF是自动化的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现生产系统柔性化及自动化，进而实现工厂柔性化及自动化2018/10/25,现代制造技术,2-6,3.柔性制造系统的组成,柔性制造系统,加工系统,运储系统,控制与管理系统,,,,,加工设备,辅助设备,,,检测设备,,工件流,刀具流,,,过程控制,,过程调度,,过程监视,,含两台以上数控机床、加工中心或柔性制造单元及其他加工设备，如测量机、清洗机、动平衡机等，用以自动完成多种工序加工,含传送带、小车、机器人、立体仓库、刀库、托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工件和原材料等进行自动装卸和运储,实现加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等,,,软件系统,,,,,,计划调度软件,设计规划软件,过程分析软件,管理监控软件,用以确保FMS有效地适应中、小批量多品种生产过程的管理、控制及优化工作,2018/10/25,现代制造技术,2-7,,,◆ 柔性制造系统的组成示意图,2018/10/25,现代制造技术,2-8,◆以GT(成组技术）为基础,4.柔性制造系统特点,◆具有较大柔性,◆高度自动化,◆控制与管理相结合——可自动实现系统内的计划、调度,2018/10/25,现代制造技术,2-9,5.柔性制造系统的适用范围,,,,0 10 100 1000,少 零件品种数 多,,,,,10000,1000,100,10,大 零件批量 小,,,,,数控机床通用机床,柔性制造单元,柔性制造系统,柔性制造生产线,专用机床,自动线,生产率提高,柔性增大,,,,2018/10/25,现代制造技术,2-10,1. 加工系统中常用的加工设备,常用加工设备主要类型如下:按工艺用途可分为:镗铣加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。

按主轴的空间位置可分为:立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心第2节 柔性制造技术的加工系统,FMS是一个计算机化的自动制造系统，能以最少的人工干预加工任一范围零件族的零件因此，FMS的加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备(有的还带有工件清洗、检测等辅助设备)构成，系统中的加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其他子系统相连接的标准接口2018/10/25,现代制造技术,2-11,如图所示加工中心是典型的适应FMS需要的加工中心机床它由主轴头1、换刀机构和刀库2、立柱3、立柱底座4、回转工作台5、工作台底座6等部分组成，具有自动换刀、刀具半径和长度自动补偿等功能卧式加工中心 1—主轴头；2—刀库；3—立柱；4—立柱底座；5—工作台；6—工作台底座,2018/10/25,现代制造技术,2-12,下图为一台车削加工中心，在机床的右端有一个小刀库1；上端有换刀机械手3，用于回转刀架2与刀库刀具的交换；机床左端配备一个上、下工件的机械手4，工件存放在机床左前方的存储站5内2018/10/25,现代制造技术,2-13,在FMS加工系统中还有一类加工中心，它们配有一个储存工件的托盘站和自动工件交换台，如图示。

当加工中心1 加工完一个工件后，托盘交换装置5便将加工完的工件连同托盘2一起拖至环形工件台4的空闲位置，然后按指令将下一个待加工的工件(托盘)转到交换装置上，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧和加工柔性制造单元1—加工中心机床；2—托盘；3—托盘座；4—环形工作台；5—托盘交换装置,2018/10/25,现代制造技术,2-14,2.FMS加工系统的机床配置,（1）FMS的加工对象及所配机床类型1) 棱柱体类（包括箱体形、平板形）2) 回转体类（长轴形、盘套形） 对加工系统而言,用于加工棱柱体类工件的FMS由立、卧式加工中心,数控组合机床和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的FMS由数控车床,车削中心,数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成加工系统的结构形式以及所配置的机床的数量、规格、类型取决于工件的形状、尺寸和精度要求，同时也取决于生产的批量及加工自动化程度2018/10/25,现代制造技术,2-15,当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，FMS可以只配置数量足够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的2）机床配置形式:1) 互替式（并联）2) 互补式（串联）3) 混合式（并串联）,当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时,FMS需要配置几种不同型号的机床,各自完成特定的工作,这些机床之间是互相补充的,不能相互替代。

2018/10/25,现代制造技术,2-16,◆ 机床配置形式与特征比较,,,,说明:配置形式取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而非取决于设备的物理布局2018/10/25,现代制造技术,2-17,3. FMS加工系统的辅具及自动上、下料装置,（1）机床夹具,由于FMS所加工的零件类型多，其夹具的结构种类也多种多样一台好的夹具应能实现一次装夹便可完成所有部位的加工，减少装夹定位次数，避免不必要的累积误差.目前，用于FMS的夹具有两个发展趋势，其一是大量使用组合夹具，可针对不同的服务对象快速拼装出所需要的夹具，使夹具的重复利用率提高；其二是开发柔性夹具，使一台夹具能为多个对象服务.图示为德国斯图加特大学机床研究所利用双向旋转原理所研制的柔性夹具1—液压缸； 2—夹紧元件3—支撑元件； 4—定位元件,2018/10/25,现代制造技术,2-18,（2）托盘,在FMS中，工件一般安装在夹具上，而夹具又被安装在托盘上,因而托盘是工件和夹具的承载体当工件在机床上加工时,托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时, 托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送从某种意义上说,托盘是一种工件和机床之间的硬件接口。

因此,在同一个FMS之间的所有机床,不管各自的形式如何,都必须采用这种统一的接口, 使各台机床连接成为一个整体系统,这就要求系统中的所有托盘采用同一种结构形式托盘结构有箱式、板式等托盘的上表面有便于工件安装的T型槽、矩阵螺孔，下表面有供在机床工作台上定位的基面和输送基面，其在机床工作台上定位通常是采用锥面定位2018/10/25,现代制造技术,2-19,（3）自动上、下料装置,自动上、下料装置是指机床与托盘站之间工件／托盘的装卸装备，加工中心中最常见的自动上、下料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et Changer—APC）,它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，还可作为工件的暂时储存器，当系统阻塞时起到物流系统工件缓冲站的作用托盘交换器按其运动方式有回转式和往复式两种2018/10/25,现代制造技术,2-20,下图是多托盘的往复式托盘交换器它由托盘库和托盘交换器组成，托盘库可以存放五个托盘当机床加工完后，工作台横向移动到卸料位置，将加工好的工件及其托盘移至托盘库的空位上；然后工作台横移至装料位置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台上由于设置了托盘交换器，工件的装卸时间得到了大幅度的缩减。

2018/10/25,现代制造技术,2-21,4.加工系统的监控,监 控 功 能,设备运行状态,切削 加工 状态,产品质量状态,2018/10/25,现代制造技术,2-22,第3节 FMS的物料运储系统,物流是FMS中物料流动的总称在FMS中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液物料运储系统又称物流系统,主要完成两种工作：一是将零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬进系统并将加工好的成品及工具换下来从系统中搬运走；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬运和存储在一般情况下前者需要人工干预，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动完成合理地选择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2018/10/25,现代制造技术,2-23,1. FMS的物料运储系统的组成,主要由: 运输装置 储存装置 等组成2018/10/25,现代制造技术,2-24,,,(1)运输装置 运输装置分类如下:,2018/10/25,现代制造技术,2-25,,1)输送带 用于工件或工件托盘的输送，输送带分为动力型和无动力型；从结构方式上分有辊式、链式、带式之分；从空间位置和输送物料的方式上分又有台式和悬挂式之分。

辊式 链式 带式,2018/10/25,现代制造技术,2-26,2) 自动运输小车有轨小车----所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道分地面有轨小车和高架有轨小车也可有自驱和它驱两种形式自驱由交直流伺服电机驱动，它驱由外部链索牵引有轨小车特点是加速移动比较快，适合运送重型工件，行走平稳，停车位置比较准确，控制系统较简单，可靠性好，成本低，行走路线不能变更，噪声大；,。