《數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)原理與應(yīng)用》柔性制造系統(tǒng)（FMS）

1、第8章 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 本章要點(diǎn) 8.1 FMS的形成與發(fā)展8.2 FMS的分類與特點(diǎn) 8.3 FMS的組成、工作原理及作用 8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng) 8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng) 8.6 FMS的信息流系統(tǒng) 8.7 FMS的控制系統(tǒng) 本章要點(diǎn)本章要點(diǎn) :1熟悉FMS的產(chǎn)生與發(fā)展過(guò)程，掌握其應(yīng)用背景。2掌握FMS的組成原理以及分類特點(diǎn)，熟悉其實(shí)際應(yīng)用中的作用。3掌握FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)。4掌握FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)。5掌握FMS的信息系統(tǒng)。6掌握FMS的控制系統(tǒng)。下一頁(yè)本章要點(diǎn) 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)給機(jī)械制造業(yè)的剛性自動(dòng)線產(chǎn)生了沖擊。所謂剛性自動(dòng)線，即指物流設(shè)備和加工工藝是相對(duì)固

2、定的，它只能加工一個(gè)零件，或者加工幾個(gè)相互類似的零件。特別是計(jì)算機(jī)數(shù)控（CNC）、計(jì)算機(jī)直接控制（又稱群控，即DNC）、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、成組技術(shù)（GT）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程（CAPP）、工業(yè)機(jī)器人（ROBOT）等新技術(shù)的出現(xiàn)，迫使我們將剛性自動(dòng)線與新技術(shù)相結(jié)合形成適應(yīng)現(xiàn)代制造需求的“柔性制造系統(tǒng)”（Flexible Manufacturing System，簡(jiǎn)稱為FMS）。 上一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展 8.1.1 FMS的形成與發(fā)展對(duì)于大批量、少品種的生產(chǎn)情況，一般采用自動(dòng)流水線制造設(shè)備，包括物流設(shè)備和相對(duì)固定的加工工藝，這稱為剛性自動(dòng)化（Fixe

3、d Automation）方式。其優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率很高，缺點(diǎn)是設(shè)備固定，產(chǎn)品更新對(duì)自動(dòng)流水線改動(dòng)大等。追求高生產(chǎn)率，是選擇自動(dòng)流水線最主要的依據(jù)。因此，一種靈活、適應(yīng)強(qiáng)的FMS方式應(yīng)運(yùn)而生。 下一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展 FMS經(jīng)歷了一個(gè)由簡(jiǎn)到繁的發(fā)展過(guò)程，主要結(jié)構(gòu)和組成有計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNCS）、柔性制造單元（FMC）、柔性制造生產(chǎn)線（FML）和柔性制造系統(tǒng)（FMS）。 一計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（CNCS：Computerized Numerical Control System）FMS初級(jí)階段是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)CNCS，它用計(jì)算機(jī)通過(guò)執(zhí)行其寄存器內(nèi)的程序來(lái)完成數(shù)控系統(tǒng)的部分或全部功能，并配有

4、接口電路、輸入輸出設(shè)備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等組成的一種專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。 二柔性制造單元（FMC：Flexible Manufacturing Cell）上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展FMC由單臺(tái)帶有多托盤系統(tǒng)的加工中心或三臺(tái)以下的CNC機(jī)床組成，它可以自動(dòng)地加工一族工件，適用于小批量多品種加工。其外部系統(tǒng)包括：工件與刀具運(yùn)輸系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)、過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)等。 三柔性制造生產(chǎn)線（FML：Flexible Manufacturing Line）柔性制造生產(chǎn)線（FML）又稱為柔性自動(dòng)線（FTL）或可變自動(dòng)線，它與傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線的區(qū)別在于它能同時(shí)或依次加工少量不

5、同的工件。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展 四柔性制造系統(tǒng)（FMS：Flexible Manufacture System）FMS是由兩臺(tái)以上CNC機(jī)床組成并配備有自動(dòng)化物料貯運(yùn)子系統(tǒng)的制造系統(tǒng)，它是適用于中小批量、較多品種加工的高柔性、高智能的制造系統(tǒng)。8.1.2 FMS的定義目前對(duì)FMS還沒(méi)有統(tǒng)一的定義，它作為一種先進(jìn)制造技術(shù)的代表，不局限于零件的加工，在與加工和裝配相關(guān)的領(lǐng)域里也得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。所以，有關(guān)FMS的定義和描述有多種。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展在我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中FMS被定義為：柔性制造系統(tǒng)是由數(shù)控加工設(shè)備、物流貯運(yùn)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成的自動(dòng)

6、化制造系統(tǒng)，它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為：使用計(jì)算機(jī)控制柔性工作站和集成物料運(yùn)儲(chǔ)裝置來(lái)控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列的一種集成制造系統(tǒng)。為方便對(duì)FMS的理解，更為直觀的定義為：FMS由兩臺(tái)以上的機(jī)床、一套物料運(yùn)輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動(dòng)化）和一套控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)所組成的制造系統(tǒng)。它采用簡(jiǎn)單地改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.1 FMS的形成與發(fā)展FMS的工作過(guò)程可描述如下：在裝卸站將毛坯安裝在早已固定在托盤上的夾具中

7、。然后物料傳送系統(tǒng)把毛坯連同夾具和托盤輸送到進(jìn)行第一道加工工序的加工中心旁邊排隊(duì)等候，一旦加工中心空閑，零件就立即送到加工中心加工。每道工序加工完畢后，物料傳輸系統(tǒng)還要將該加工中心完成的半成品取出并送至執(zhí)行下一工序的加工中心旁邊排隊(duì)等候。如此不停地進(jìn)行至最后一道加工工序。在完成零件的整個(gè)加工過(guò)程中，除進(jìn)行加工工序外，若有必要還要進(jìn)行清洗、檢驗(yàn)以及壓套組裝等工序。如圖8-9所示是一個(gè)典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖。上一頁(yè)返回8.2 FMS的分類與特點(diǎn) 一FMS的分類FMS具有良好的柔性，但是這并不意味著一條FMS就能生產(chǎn)各種類型的產(chǎn)品。它既要兼顧對(duì)生產(chǎn)率和柔性的要求，也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的負(fù)荷率

8、。因此就產(chǎn)生了三種類型的FMS，它們分別是：配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS、配備可互相替換機(jī)床的FMS和混合式的FMS。1配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS這類FMS中，通過(guò)物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)將數(shù)臺(tái)CNC機(jī)床連接起來(lái)，不同機(jī)床的工藝能力可以互補(bǔ)，工件通過(guò)安裝站進(jìn)入系統(tǒng)，然后在計(jì)算機(jī)控制下從一臺(tái)機(jī)床到另一臺(tái)機(jī)床，按順序加工，如圖8-10所示。工件通過(guò)系統(tǒng)的路徑是固定的。 下一頁(yè)返回8.2 FMS的分類與特點(diǎn)2配備可互相替換機(jī)床的FMS這種類型的FMS，系統(tǒng)內(nèi)的機(jī)床是可以相互代替的，工件可以被送到適合加工它的任一臺(tái)加工中心上。計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)器存有每臺(tái)機(jī)床的工作情況，可以對(duì)機(jī)床分配加工零件。一臺(tái)加工中心可以完成部分或全部加工工序，

9、如圖8-11所示。 3混合式的FMS這類FMS是互補(bǔ)式FMS和替換式FMS的綜合，即FMS中有一些機(jī)床按替換式布置，而另一些機(jī)床按互補(bǔ)式安排，以發(fā)揮各自的特點(diǎn)。大多數(shù)FMS采用這種形式，如圖8-12所示。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.2 FMS的分類與特點(diǎn) 二FMS的特點(diǎn)雖然FMS的定義描述各不相同，但它們反映了FMS應(yīng)具備的特點(diǎn)如下：1機(jī)床連續(xù)24h運(yùn)行：在兩個(gè)日班，工人給設(shè)備提供毛坯并進(jìn)行必要的維護(hù)，操作人員通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行調(diào)度和監(jiān)控。在夜班，由計(jì)算機(jī)獨(dú)立監(jiān)控加工情況。2縮短生產(chǎn)周期：這是由于計(jì)算機(jī)能進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃、調(diào)度和機(jī)床監(jiān)控，提高了生產(chǎn)率。3減少直接勞動(dòng)工人數(shù)：在FMS中，加工、換刀、裝夾、測(cè)量和

10、物料搬運(yùn)，全部由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，工人只需負(fù)責(zé)觀察運(yùn)行情況。4減少在制品庫(kù)存量：FMS采用的是流水線加工原理，因此在制品的中間存儲(chǔ)緩沖站可減到最小。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.2 FMS的分類與特點(diǎn)5減少刀具和夾具：在FMS生產(chǎn)的零件品種較多，所用的是通用刀具和夾具。6柔性高：FMS通過(guò)編程能運(yùn)用于多品種、中小批量生產(chǎn)，柔性好，性能價(jià)格比高。7自動(dòng)化程度高：在計(jì)算機(jī)直接控制下實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的自動(dòng)化制造，大大提高了加工精度和生產(chǎn)效率，同時(shí)提高了設(shè)備的利用率，使生產(chǎn)過(guò)程可靠性提高。上一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用 一FMS的組成由于FMS強(qiáng)調(diào)制造過(guò)程的柔性和高效率，因而適應(yīng)于多品種、中小批量的生產(chǎn)。

11、FMS的主要硬件設(shè)備有：計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、托盤、傳輸線、自動(dòng)搬運(yùn)小車和自動(dòng)立體倉(cāng)庫(kù)等。它實(shí)現(xiàn)了工廠中工程設(shè)計(jì)、制造和經(jīng)營(yíng)管理三大功能中的“制造”功能。FMS概括起來(lái)可由下列三部分組成：多工位的數(shù)控加工系統(tǒng)、自動(dòng)化的物料貯運(yùn)系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)控制的信息系統(tǒng)，其構(gòu)成框圖如圖8-13所示。下一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用1加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能是以任意順序自動(dòng)加工各種工件，并能自動(dòng)地更換工件和刀具。常由若干臺(tái)對(duì)工件進(jìn)行加工的CNC機(jī)床和所使用的刀具構(gòu)成。 2物流系統(tǒng)在FMS中工件和工具流統(tǒng)稱為物流，物流系統(tǒng)即物料貯運(yùn)系統(tǒng)，是柔性制造系統(tǒng)中的一個(gè)重要組成部分。物流系統(tǒng)一般由三個(gè)部分組成

12、：（1）輸送系統(tǒng)：建立各加工設(shè)備之間的自動(dòng)化聯(lián)系。（2）貯存系統(tǒng)：具有自動(dòng)存取機(jī)能，用以調(diào)節(jié)加工節(jié)拍的差異。（3）操作系統(tǒng)：建立加工系統(tǒng)同物流系統(tǒng)和貯存系統(tǒng)之間的自動(dòng)化系統(tǒng)。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用 3信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)包括過(guò)程控制及過(guò)程監(jiān)控兩個(gè)系統(tǒng)。其功能分別為：過(guò)程控制系統(tǒng)進(jìn)行加工系統(tǒng)及物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制；過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行在線狀態(tài)數(shù)據(jù)自動(dòng)采集和處理。信息系統(tǒng)的核心是一個(gè)分布式數(shù)據(jù)庫(kù)管理和控制系統(tǒng)，其主要任務(wù)是：組織和指揮制造流程，并對(duì)制造流程進(jìn)行控制和監(jiān)視；向FMS的加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)提供全部控制信息并進(jìn)行過(guò)程監(jiān)視，反饋各種在線檢測(cè)數(shù)據(jù)，以便修正控制信息，保證安

13、全運(yùn)行。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用二FMS的工作原理FMS的原理框圖如圖8-15所示。其工作過(guò)程可描述如下：柔性制造系統(tǒng)接到上一級(jí)控制系統(tǒng)的有關(guān)生產(chǎn)計(jì)劃信息和技術(shù)信息后，由其信息系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的處理、分配，并按照所給的程序?qū)ξ锪飨到y(tǒng)進(jìn)行控制。物料庫(kù)和夾具庫(kù)根據(jù)生產(chǎn)的品種及調(diào)度計(jì)劃信息提供相應(yīng)品種的毛坯，選出加工所需要的夾具。毛坯的隨行夾具由輸送系統(tǒng)送出。工業(yè)機(jī)器人或自動(dòng)裝卸機(jī)按照信息系統(tǒng)的指令和工件及夾具的編碼信息，自動(dòng)識(shí)別和選擇所裝卸的工件及夾具，并將其安裝到相應(yīng)機(jī)床上。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用機(jī)床的加工程序識(shí)別裝置根據(jù)送來(lái)的工件及加工

14、程序編碼，選擇加工所需的加工程序，并進(jìn)行檢驗(yàn)。全部加工完畢后，由裝卸及運(yùn)輸系統(tǒng)送入成品庫(kù)，同時(shí)把加工質(zhì)量、數(shù)量信息送到監(jiān)視和記錄裝置，隨行夾具被送回夾具庫(kù)。當(dāng)需要改變加工產(chǎn)品時(shí)，只要改變傳輸給信息系統(tǒng)的生產(chǎn)計(jì)劃信息、技術(shù)信息和加工程序，整個(gè)系統(tǒng)即能迅速、自動(dòng)地按照新要求來(lái)完成新產(chǎn)品的加工。中央計(jì)算機(jī)控制著系統(tǒng)中物流的循環(huán)，執(zhí)行進(jìn)度安排、調(diào)度和傳送協(xié)調(diào)等功能。它不斷收集每個(gè)工位上的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和其它制造信息，以便作出系統(tǒng)的控制決策。FMS是在加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物流和信息流的自動(dòng)化，其“柔性”是指生產(chǎn)組織形式和自動(dòng)化制造設(shè)備對(duì)加工任務(wù)的適應(yīng)性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.3 FMS的組成、工作原理及作用三

15、FMS的作用 FMS是一個(gè)計(jì)算機(jī)化的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，能以最少的人工干預(yù)加工任一范圍的零件族工件。FMS的加工系統(tǒng)包括銑削加工中心、車削加工中心、主軸箱更換式機(jī)床等設(shè)備。加工系統(tǒng)中所需設(shè)備的類型、數(shù)量、尺寸等均由被加工零件的類型、尺寸范圍和批量大小來(lái)決定。目前主要有兩類零件在FMS中加工，即棱柱體零件（包括箱體形、平板形等）和回轉(zhuǎn)體類零件。因此，加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)既取決于被加工零件的類型、形狀、尺寸、精度要求，也取決于批量大小及FMS的自動(dòng)化程度。FMS既可由銑削加工中心（MC）或車削加工中心（TC）等同一類型的設(shè)備組成，也可由數(shù)控機(jī)床、其他專用設(shè)備、加工中心等多類型的設(shè)備組成。加工系統(tǒng)擔(dān)任把原材料

16、轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)，是FMS的基石。上一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)FMS的自動(dòng)加工系統(tǒng)包括銑削加工中心、車削加工中心、主軸箱更換式機(jī)床等設(shè)備。目前主要有兩類零件在FMS中加工，即棱柱體零件（包括箱體形、平板形等）和回轉(zhuǎn)體類零件。FMS既可由銑削加工中心（MC）或車削加工中心（TC）等同一類型的設(shè)備組成，也可由數(shù)控機(jī)床、其他專用設(shè)備、加工中心等多類型的設(shè)備組成。加工系統(tǒng)擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)，是FMS的基石。一FMS對(duì)加工設(shè)備的要求由于FMS是一高自動(dòng)化的制造系統(tǒng)，不是任何加工設(shè)備均可納入FMS中。所以納入FMS運(yùn)行的機(jī)床必須具備三個(gè)特點(diǎn)，即工序集中、高柔性與高生產(chǎn)率和控制方便

17、。下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)1加工工序集中由于FMS是適應(yīng)小批量多品種加工的高度自動(dòng)化制造系統(tǒng)，造價(jià)昂貴，這就要求加工工位的數(shù)目盡可能少，而且接近滿負(fù)荷工作。此外，加工工位較少，還可減輕工件流的輸送負(fù)擔(dān)，所以同一機(jī)床加工工位上的加工工序集中就成為柔性制造系統(tǒng)中機(jī)床的主要特征。2高柔性和高生產(chǎn)率為滿足高柔性和高生產(chǎn)率要求，近年來(lái)在機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上形成兩個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：柔性化組合機(jī)床和模塊化加工中心。所謂柔性化組合機(jī)床又稱為可調(diào)式機(jī)床，如自動(dòng)更換主軸箱機(jī)床和轉(zhuǎn)塔主軸箱機(jī)床。模塊化加工中心把加工中心設(shè)計(jì)成若干通用部件、標(biāo)準(zhǔn)模塊，根據(jù)加工對(duì)象的不同要求組合成不同的加工中心。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4

18、FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)3控制方便FMS所采用的機(jī)床必須適合納入整個(gè)制造系統(tǒng)，因此機(jī)床的控制系統(tǒng)不僅要能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)加工循環(huán)，還要能適應(yīng)加工對(duì)象的改變，易于重新調(diào)整，也就是說(shuō)要具有“柔性”。二加工設(shè)備選擇的原則FMS中的加工設(shè)備應(yīng)該是可靠的、自動(dòng)化的、高效率的和高柔性的。在選擇時(shí)，需考慮到該FMS加工零件的尺寸范圍、經(jīng)濟(jì)效益、零件的工藝性、加工精度和材料等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)三典型加工設(shè)備1加工中心（MC）加工中心一般指銑削加工中心，是自身帶有刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置（ATC）的一種多工序數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，能完成銑、鏜、鉆、鉸、攻螺紋等多工序的加工，并且有多種選刀或換刀功能

19、，從而使生產(chǎn)效率和自動(dòng)化程度大大提高。加工中心至少有三個(gè)坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)軸X、Y、Z和三個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)A、B、C的適當(dāng)組合而成。按控制軸數(shù)分，MC可分為：（1）三坐標(biāo)加工中心，即具有X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)控制功能；（2）四坐標(biāo)加工中心，即具有X、Y、Z三軸聯(lián)動(dòng)和B軸功能；（3）五坐標(biāo)加工中心，即具有X、Y、Z三軸和B軸，另加C軸功能。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)若按主軸的位置分，可分為立式加工中心、臥式加工中心和立臥兩用加工中心（又稱五面加工中心）。 2車削加工中心（TC）車削加工中心是一種高精度、高效率的數(shù)控機(jī)床。它的主體是數(shù)控機(jī)床，配上刀庫(kù)和自動(dòng)換刀裝置后，就構(gòu)成車削加工中心（TC）。如圖

20、8-17所示為車削加工中心結(jié)構(gòu)圖。車削加工中心按主軸的方向是水平或垂直分為臥式和立式兩大類。主要應(yīng)用于回轉(zhuǎn)體零件的復(fù)合加工。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)3主軸箱更換式機(jī)床根據(jù)加工零件的需要，通過(guò)更換在主軸驅(qū)動(dòng)單元上的單軸、多軸或多軸頭，從而實(shí)現(xiàn)機(jī)床加工的柔性與生產(chǎn)率，這就是主軸箱更換式機(jī)床（Head Changing Machines）的設(shè)計(jì)思路。主軸箱更換式機(jī)床以12臺(tái)主軸驅(qū)動(dòng)單元為中心，在其周圍設(shè)有可供更換主軸箱的箱庫(kù)。根據(jù)加工需要將要更換的主軸箱從其箱庫(kù)中自動(dòng)地輸送到驅(qū)動(dòng)單元的位置上與驅(qū)動(dòng)單元連接后進(jìn)行加工。主軸箱更換式機(jī)床按照主軸箱更換方式分為三種類型：（1）循環(huán)式輸送

21、主軸箱更換式機(jī)床；（2）直線式輸送主軸箱更換式機(jī)床；（3）鼓輪式輸送主軸箱更換式機(jī)床。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng) 四自動(dòng)化加工設(shè)備在FMS中的控制與集成1數(shù)字控制數(shù)控機(jī)床是大規(guī)模集成電路（VLSI）、高精度電機(jī)位置伺服控制系統(tǒng)和轉(zhuǎn)速控制系統(tǒng)與多坐標(biāo)機(jī)床結(jié)合的產(chǎn)物。它采用硬件邏輯控制，用可編程控制器（PLC）進(jìn)行加工動(dòng)作和輔助動(dòng)作的成組控制，由存儲(chǔ)器來(lái)存儲(chǔ)NC程序和PLC程序，并由數(shù)字硬件電路來(lái)完成NC程序中的移動(dòng)指令和插補(bǔ)運(yùn)算。系統(tǒng)具有NC程序編程支持功能，操作人員可手工在系統(tǒng)上編程。同時(shí)，系統(tǒng)也有通信功能，接受自動(dòng)編程機(jī)或CAD/CAM系統(tǒng)生成的NC程序。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.

22、4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)2自適應(yīng)控制數(shù)控機(jī)床上的自適應(yīng)控制主要具有三個(gè)方面的功能：檢測(cè)及識(shí)別加工環(huán)境中影響機(jī)床性能的隨機(jī)性變化；決定如何修正控制策略或修正控制器的某些部分，以獲得最優(yōu)的加工性能；修正控制策略，以實(shí)現(xiàn)期望的決策。由此可見(jiàn)，自適應(yīng)控制的三個(gè)基本任務(wù)是：識(shí)別、決策和修改。3控制傳感器為了滿足數(shù)控系統(tǒng)的需要，必須對(duì)刀具和工件工作臺(tái)的位移及轉(zhuǎn)角、驅(qū)動(dòng)裝置的速度、切削力、刀具與切削面的距離、刀具溫度、切削深度參數(shù)進(jìn)行測(cè)量。因此設(shè)置有各類傳感器，如：位置與速度傳感器、溫度傳感器、力和力矩傳感器等。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.4 FMS自動(dòng)加工系統(tǒng)4計(jì)算機(jī)數(shù)字控制CNC系統(tǒng)與NC系統(tǒng)的功能基本相同，只不

23、過(guò)系統(tǒng)中包含有一套計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。邏輯控制、幾何數(shù)據(jù)處理及NC程序執(zhí)行等許多控制均由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具有更強(qiáng)的柔性。5集成化DNC系統(tǒng)通常NC或CNC系統(tǒng)具有串行數(shù)據(jù)通信接口，可用于實(shí)現(xiàn)NC程序的雙向傳送功能。如果CNC系統(tǒng)支持DNC功能，則可通過(guò)串口及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)來(lái)連接FMS系統(tǒng)控制器。6通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的通信集成現(xiàn)代的CNC，提供了通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)和通過(guò)CNC系統(tǒng)直接支持以太網(wǎng)的通信集成方式。它具有通信可靠、通信速度快、系統(tǒng)開(kāi)放性好及控制功能全的優(yōu)點(diǎn)，是DNC系統(tǒng)發(fā)展和應(yīng)用的方向。上一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)在FMS中，零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)包含在制造自動(dòng)化系統(tǒng)之間及其內(nèi)部零件自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)儲(chǔ)存兩方面工作。一

24、零件的自動(dòng)運(yùn)輸零件運(yùn)輸系統(tǒng)主要完成兩類不同的任務(wù)：一類是零件毛坯、原材料由外界搬運(yùn)進(jìn)系統(tǒng)，以及將加工好的成品從系統(tǒng)中搬運(yùn)走；另一類是毛坯、原材料、半成品在FMS內(nèi)部的搬運(yùn)。在一般情況下前者是需要人工干預(yù)的，而后者可以在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一管理和控制下自動(dòng)完成。1零件運(yùn)輸系統(tǒng)的形式按零件運(yùn)輸?shù)穆肪€可將工件運(yùn)輸系統(tǒng)分為五種形式。下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)（1）直線運(yùn)輸形式主要用于單向順序傳送，傳送工具是各種傳輸帶或自動(dòng)輸送小車且不能反向傳送。該運(yùn)輸形式貯存容量很小，常需另設(shè)貯存庫(kù)。（2）環(huán)形運(yùn)輸形式運(yùn)輸工具只能沿環(huán)形線路單向移動(dòng)，順序到達(dá)各個(gè)工作站。（3）帶支路的直線運(yùn)輸形式運(yùn)輸工具具有隨機(jī)改變

25、運(yùn)動(dòng)方向的能力，且包含有支路，運(yùn)輸工具可隨機(jī)地進(jìn)入其他的支路。該運(yùn)輸形式便于實(shí)現(xiàn)隨機(jī)存取，具有較大的柔性。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)（4）帶支路的環(huán)形運(yùn)輸形式它是以環(huán)形回路作為基礎(chǔ)，含有若干支路。運(yùn)輸工具隨機(jī)存取。（5）網(wǎng)絡(luò)型運(yùn)輸形式該運(yùn)輸形式是隨著各類自動(dòng)導(dǎo)向小車的研制和應(yīng)用而發(fā)展的，由于它在地面布線，輸送線路的安排具有很大的柔性，而且機(jī)床敞開(kāi)性好、零件運(yùn)輸靈活高等優(yōu)點(diǎn)，在中、小批量多品種生產(chǎn)的FMS中應(yīng)用越來(lái)越多。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)2零件運(yùn)輸工具系統(tǒng)在FMS中，零件運(yùn)輸系統(tǒng)執(zhí)行搬運(yùn)的機(jī)構(gòu)主要采用以下三種：有軌輸送系統(tǒng)（傳輸帶：RGV）、無(wú)軌輸送系統(tǒng)（

26、AGV）和機(jī)器人傳送系統(tǒng)。其選擇與生產(chǎn)系統(tǒng)的布局和運(yùn)行直接相關(guān)，且要與生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)備類型相適應(yīng)，對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率、復(fù)雜程度、占用資金多少和經(jīng)濟(jì)效益都有較大的影響。（1）有軌輸送系統(tǒng)（RGV）有軌輸送系統(tǒng)主要是指有軌運(yùn)輸車（RGVRail Guided Vehicle），用于直線往返輸送物料。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)有軌運(yùn)輸車有三種工作方式：在線工作方式：運(yùn)輸車接受上位計(jì)算機(jī)的指令工作。離線自動(dòng)工作方式：可利用操作面板上的鍵盤來(lái)編制工件輸送程序，然后按自動(dòng)啟動(dòng)按鈕，使其按所編制程序運(yùn)行。手動(dòng)工作方式：有軌運(yùn)輸車沿軌道方向有較高的定位精度要求，通常采用光電碼盤檢測(cè)反饋的

27、半閉環(huán)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。（2）無(wú)軌輸送系統(tǒng)（AGV）無(wú)軌輸送系統(tǒng)即無(wú)軌運(yùn)輸自動(dòng)導(dǎo)向小車（AGVAutomatic Guide Vehicle）。在剛剛出現(xiàn)時(shí)，AGV被稱為無(wú)人駕駛小車。它在柔性制造系統(tǒng)中具有以下功能：把工件、刀具和夾具傳送到加工、排序和裝配站，以及從加工、排序、裝配站傳送工件、刀具和夾具到指定地方。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)把毛坯輸送到加工單元。從系統(tǒng)把加工完成的工件輸送到裝配地點(diǎn)。把工件、刀具和夾具輸送到自動(dòng)存貯和檢索系統(tǒng)（ASRS），以及從自動(dòng)存貯和檢索系統(tǒng)把工件、刀具和夾具輸送到其它地方。傳送廢屑箱。把托盤自動(dòng)升、降到加工和排序站里的短程運(yùn)輸機(jī)械上的記錄位置，

28、進(jìn)行裝卸工作。 AGV系統(tǒng)主要由運(yùn)輸小車、地板設(shè)備及系統(tǒng)控制器等三部分組成。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)AGV和RGV的根本區(qū)別在于：AGV是將導(dǎo)向軌道埋設(shè)在地面之下，由AGV自動(dòng)識(shí)別軌道的位置并按照中央計(jì)算機(jī)的指令在相應(yīng)的軌道上運(yùn)行的“無(wú)軌小車”；而RGV是將軌道直接鋪在地面上或架設(shè)在空中的“有軌小車”。AGV還可以自動(dòng)識(shí)別軌道分岔，因此AGV比RGV柔性更好。 （3）機(jī)器人傳送系統(tǒng)機(jī)器人傳送系統(tǒng)是柔性制造單元（FMC）和柔性制造系統(tǒng)（FMS）的主要組成部分，主要用于物料、工件的裝卸和貯運(yùn)?？捎盟鼇?lái)將工件從一個(gè)輸送裝置送到另一個(gè)輸送裝置，或?qū)⒓庸ね甑墓ぜ囊慌_(tái)機(jī)床再安裝到另一

29、臺(tái)加工機(jī)床上去。如圖8-26所示是由兩臺(tái)車削中心、四臺(tái)加工中心、一條往復(fù)式傳輸帶和兩臺(tái)機(jī)器人組成的一個(gè)柔性制造系統(tǒng)。這兩臺(tái)機(jī)器人的任務(wù)是完成工件裝卸和搬運(yùn)工作。第一臺(tái)機(jī)器人為兩臺(tái)車床服務(wù)，第二臺(tái)機(jī)器人為四臺(tái)加工中心服務(wù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)二零件的自動(dòng)儲(chǔ)存零件的自動(dòng)儲(chǔ)存設(shè)備主要有：托盤緩沖站、工件裝卸站和自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)。1托盤緩沖站在FMS物流系統(tǒng)中，除了必須設(shè)置適當(dāng)?shù)闹醒肓蠋?kù)和托盤庫(kù)外，還必須設(shè)置各種形式的緩沖貯區(qū)來(lái)保證系統(tǒng)的柔性。因?yàn)樵谏a(chǎn)線中會(huì)出現(xiàn)偶然的故障，如刀具折斷或機(jī)床故障。為了不致阻塞工件向其它工位的輸送，輸送線路中可設(shè)置若干個(gè)側(cè)回路或多個(gè)交叉點(diǎn)的并行物料庫(kù)以暫

30、時(shí)存放故障工位上的工件。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)2工件裝卸站在FMS中，工件裝卸站是工件進(jìn)出系統(tǒng)的地方。裝卸工件通常采用人工操作完成。FMS如果采用托盤裝夾運(yùn)送工件，則工件裝卸站必須有可與小車等托盤運(yùn)送系統(tǒng)交換托盤的工位。3自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)是指用巷式起重堆垛機(jī)的立體倉(cāng)庫(kù)。庫(kù)房由一些貨架組成，貨架之間留有巷道，根據(jù)需要可以有若干條巷道。一般情況下入庫(kù)和出庫(kù)都布置在巷道的某一端，有時(shí)也可以設(shè)計(jì)成由巷道的兩端入庫(kù)和出庫(kù)。每個(gè)巷道都有自己專用的堆垛起重機(jī)。堆垛機(jī)可采用有軌和無(wú)軌方式，其控制原理與運(yùn)輸小車相似，只是起重的高度比較高。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)三自動(dòng)上

31、下料裝置在FMS中，自動(dòng)上下料裝置是完成加工設(shè)備之間、加工設(shè)備與自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)之間的輸送和搬運(yùn)等。另外FMS中的所有機(jī)床必須接受同一形式的托盤。自動(dòng)上下料裝置通常有托盤交換器（Automated Pallet Changing）、多托盤庫(kù)運(yùn)載交換器（Automatic Pallet Magazine）、機(jī)器人（Robot）等。托盤交換器（或稱自動(dòng)托盤交換裝置）在FMS中起連接作用，也可以暫存工件，起到防止系統(tǒng)阻塞的緩沖作用。它有回轉(zhuǎn)式托盤交換器和往復(fù)式托盤交換器兩種形式。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.5 FMS零件運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)1回轉(zhuǎn)式托盤交換器回轉(zhuǎn)式托盤交換器有兩位、四位和多位等形式。多位的托盤交換器可以儲(chǔ)存若

32、干個(gè)工件，所以也稱托盤緩沖站或托盤庫(kù)。2往復(fù)式托盤交換器它由一個(gè)托盤庫(kù)和一個(gè)托盤交換器組成。當(dāng)機(jī)床加工完畢后，工作臺(tái)橫向移動(dòng)到卸料位置，將裝有加工好的工件托盤移至托盤庫(kù)的空位上；然后工作臺(tái)橫移至裝料位置，托盤交換器再將待加工的工件移至工作臺(tái)上。上一頁(yè)返回8.6 FMS的信息流系統(tǒng)一FMS的信息流模型要保證FMS的各種設(shè)備裝置與物流系統(tǒng)能自動(dòng)協(xié)調(diào)工作，并具有充分的柔性，能迅速響應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)外部的變化，及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，關(guān)鍵就是要準(zhǔn)確地規(guī)劃信息流，使各個(gè)子系統(tǒng)之間的信息有效、合理地流動(dòng)，從而保證系統(tǒng)的計(jì)劃、管理、控制和監(jiān)視功能有條不紊地進(jìn)行。（1）計(jì)劃層該層屬于工廠一級(jí)，包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、

33、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理等。它規(guī)劃的時(shí)間范圍可從幾個(gè)月到幾年。下一頁(yè)返回8.6 FMS的信息流系統(tǒng)（2）管理層該層屬于車間或系統(tǒng)管理級(jí)，包括作業(yè)計(jì)劃、工具管理、在制品及毛坯管理、工藝系統(tǒng)分析等。其規(guī)劃時(shí)間從幾周到幾個(gè)月。（3）單元層該層屬于系統(tǒng)控制級(jí)，擔(dān)負(fù)分布式數(shù)控、輸送系統(tǒng)與加工系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、工況和機(jī)床數(shù)據(jù)采集等。其規(guī)劃時(shí)間可從幾小時(shí)到幾周。（4）設(shè)備控制層該層屬于設(shè)備控制級(jí)，包括數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人控制、運(yùn)輸和倉(cāng)庫(kù)控制等。其規(guī)劃時(shí)間范圍可以從幾分鐘到幾小時(shí)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.6 FMS的信息流系統(tǒng)（5）動(dòng)作執(zhí)行層通過(guò)伺服系統(tǒng)執(zhí)行控制指令而產(chǎn)生機(jī)械運(yùn)動(dòng)，或通過(guò)傳感器采集數(shù)據(jù)和監(jiān)控工況等。規(guī)劃時(shí)間范圍可

34、以從幾毫秒到幾分鐘。對(duì)于柔性制造系統(tǒng)而言，管理層和單元層可分別由高性能計(jì)算機(jī)或超級(jí)計(jì)算機(jī)作為硬件平臺(tái)，而設(shè)備控制層大多由具有通信功能的數(shù)控系統(tǒng)和可編程控制器組成。 二FMS的信息流要素、聯(lián)系和特征1FMS的信息流要素FMS系統(tǒng)中共有三種不同類型的數(shù)據(jù)，分別是基本數(shù)據(jù)、控制數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)。（1）基本數(shù)據(jù)基本數(shù)據(jù)在柔性制造系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)建立，并在運(yùn)行中逐漸補(bǔ)充，它包括系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)和物料基本數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置數(shù)據(jù)有機(jī)床編號(hào)、類型、貯存工位號(hào)、數(shù)量等。 上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.6 FMS的信息流系統(tǒng)（2）控制數(shù)據(jù)即有關(guān)加工工件的數(shù)據(jù)，包括：工藝規(guī)程、數(shù)控程序、刀具清單技術(shù)控制數(shù)據(jù)、加工任務(wù)單。加工任務(wù)單指明加工任務(wù)類型、批量及完成期限。（3）狀態(tài)數(shù)據(jù)它描述了資源利用的工況，包括：機(jī)床加工中心、清洗機(jī)、測(cè)量機(jī)、裝卸系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)等裝置的運(yùn)行時(shí)間、停機(jī)時(shí)間及故障原因等的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，表明隨行夾具、刀具的壽命及地址識(shí)別的物料狀態(tài)數(shù)據(jù)和工件實(shí)際加工進(jìn)度、加工工位、加工時(shí)間及成品率的工件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。上一頁(yè)下一頁(yè)返回8.6 FMS的信息流系統(tǒng)2FMS的信息流間的聯(lián)系在FMS系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，這些數(shù)據(jù)相互之間有著各種聯(lián)系，主要表現(xiàn)為以下三種形式：（1）數(shù)據(jù)聯(lián)系數(shù)據(jù)聯(lián)系是指系統(tǒng)中不同功能模塊或不同任務(wù)需要同一種數(shù)據(jù)或者有相