柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)柔性制造系統(tǒng)的組成、原理柔性制造系統(tǒng)的類型、應(yīng)用成組技術(shù)與零件分類編碼FMS加工系統(tǒng)的配置FMS物流系統(tǒng)的組成FMS控制管理系統(tǒng)簡(jiǎn)介主要內(nèi)容：4/14/20241.柔性制造技術(shù)和柔性制造系統(tǒng)

柔性制造技術(shù)（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)，主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)。

柔性——指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力

柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)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)。(“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”)柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術(shù)的主要應(yīng)用形式。4/14/20242.柔性制造系統(tǒng)組成柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)加工設(shè)備輔助設(shè)備檢測(cè)設(shè)備工件流刀具流過程控制過程調(diào)度過程監(jiān)視以任意順序自動(dòng)加工多種工件，自動(dòng)更換工件和刀具，增加功能后可實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)清洗與測(cè)量等滿足可變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)、輸送和交換的要求。增加功能后可實(shí)現(xiàn)刀具預(yù)調(diào)和管理等加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線資料自動(dòng)采集和處理，運(yùn)行仿真及故障診斷等4/14/20243.柔性制造系統(tǒng)工作原理

4/14/20244.1很強(qiáng)的柔性制造能力2設(shè)備利用率高3勞動(dòng)生產(chǎn)率高4自動(dòng)化程度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定5經(jīng)濟(jì)效益高

柔性制造系統(tǒng)特點(diǎn)4/14/20245.柔性制造系統(tǒng)的類型1柔性制造單元（FMC——FlexibleManufacturingCell）FMC由單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床或加工中心、環(huán)形托盤輸送裝置或工業(yè)機(jī)器人組成。2柔性制造系統(tǒng)（FMS）它由兩臺(tái)或兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元所組成，配有工件自動(dòng)上下料裝置（如托盤交換裝置、機(jī)器人）、自動(dòng)輸送裝置、自動(dòng)化倉庫等，由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行加工控制、計(jì)劃調(diào)度安排及工況監(jiān)測(cè)。3柔性制造生產(chǎn)線（FML——FlexibleManufacturingLine）將FMS中的各機(jī)床按工藝過程布局，可以有生產(chǎn)節(jié)拍，但是可變的加工生產(chǎn)線，是剛性自動(dòng)線與柔性制造系統(tǒng)的一種結(jié)合。244FM摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸加工自動(dòng)線4/14/20246.柔性制造系統(tǒng)的適用范圍0101001000少零件品種數(shù)多10000100010010大零件批量小數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造生產(chǎn)線專用機(jī)床自動(dòng)線生產(chǎn)率提高柔性增大4/14/20247.成組技術(shù)（GT—GroupTechnology)

成組技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械加工方面，是將多種零件按其工藝的相似性分類成組以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生產(chǎn)量匯集成較大的成組生產(chǎn)量，大大減少了生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間，從而使小批量生產(chǎn)能獲得接近于大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效果。大量的零件統(tǒng)計(jì)表明，在各種機(jī)械產(chǎn)品中：各類零件有基本固定的出現(xiàn)率，并相對(duì)穩(wěn)定；同類零件存在形狀結(jié)構(gòu)上的相似性

→工藝方法也有相似性；4/14/20248.常用的零件分類成組方法1視檢法視檢法是由有生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)的人員通過對(duì)零件圖紙仔細(xì)閱讀和判斷，把具有某些特征屬性的一些零件歸結(jié)為一類。2生產(chǎn)流程分析法（PFA——ProductionFlowAnalysis）生產(chǎn)流程分析法是以零件生產(chǎn)流程及生產(chǎn)設(shè)備明細(xì)表等技術(shù)文件，通過對(duì)零件生產(chǎn)流程的分析，可以把工藝過程相近的，即使用同一組機(jī)床進(jìn)行加工的零件歸結(jié)為一類。3編碼分類法先將待分類的各零件進(jìn)行編碼，即將零件的有關(guān)設(shè)計(jì)、制造等方面的信息轉(zhuǎn)譯為代碼（代碼可以是數(shù)字元或數(shù)字元、字母兼用），然后根據(jù)代碼對(duì)零件進(jìn)行分類。

4/14/20249.零件的分類編碼零件的代碼識(shí)別碼分類碼

a)識(shí)別碼是唯一的，用來區(qū)別不同零件；b)識(shí)別碼一般是零件的件號(hào)或圖號(hào)，表示零件與產(chǎn)品的隸屬關(guān)系。

a)分類碼對(duì)每個(gè)零件不是唯一的；b)分類碼用來反映零件的功能、結(jié)構(gòu)、工藝等信息。4/14/202410.零件分類編碼的作用1有利于設(shè)計(jì)、工藝的標(biāo)準(zhǔn)化2便于檢索和重復(fù)利用已有的資料3有利于實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)企業(yè)按產(chǎn)品專業(yè)化生產(chǎn)體制按零件專業(yè)化集中生產(chǎn)體制4有助于生產(chǎn)信息管理、使用的合理化零件分類編碼的直接目的是：a)對(duì)零件分類分組b)信息收集和檢索4/14/202411.傳統(tǒng)的獨(dú)立垂直生產(chǎn)體系4/14/202412.專業(yè)化生產(chǎn)結(jié)構(gòu)體系4/14/202413.分類系統(tǒng)組成分類系統(tǒng)縱向環(huán)節(jié)012…縱向環(huán)節(jié)012…橫向環(huán)節(jié)Ⅰ橫向環(huán)節(jié)Ⅱ分類環(huán)節(jié)分類標(biāo)志碼位特征項(xiàng)或特征信息表示各分類環(huán)節(jié)的具體含義，如結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、材料等。粗分細(xì)分分類——使相似或相同的事物合在一起，使相異的事物分開。4/14/202414.分類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)IIIIIIN0123...90123...90123...90123...9橫向分類環(huán)節(jié)——碼位縱向分類環(huán)節(jié)——特征項(xiàng)IIIIIIN012901..901..90..90..90..90..90..90..9獨(dú)立環(huán)節(jié)分類系統(tǒng)——鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)分類系統(tǒng)——樹式結(jié)構(gòu)4/14/202415.分類系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和容量分類系統(tǒng)的容量是指系統(tǒng)縱向環(huán)節(jié)總數(shù)設(shè)：N——橫向環(huán)節(jié)總數(shù)，L——關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)數(shù)Z——每一橫向環(huán)節(jié)所屬的縱向環(huán)節(jié)數(shù)則：鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)ＲL＝Ｚ＋Ｚ＋Ｚ＋˙˙˙＋Ｚ＝ＮＺ樹式結(jié)構(gòu)

ＲS＝Ｚ＋Ｚ２＋Ｚ３＋˙˙˙＋ＺＮ＝ΣZ

i

(i=1,2,…,N)混合結(jié)構(gòu)ＲH＝（N－L）Z＋ΣZ

i（i=1,2,…,L）若令N=4，L=2，Z=10，則：ＲL＝4×10＝40ＲS＝10+102+103+104＝11110ＲH＝(4-2)×10+10+102＝130

樹式結(jié)構(gòu)具有緊湊、縱向環(huán)節(jié)數(shù)多的優(yōu)點(diǎn)，但它的橫向環(huán)節(jié)的從屬關(guān)系復(fù)雜，使用不便。

鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)獨(dú)立環(huán)節(jié)分類系統(tǒng)樹式結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)環(huán)節(jié)分類系統(tǒng)混合結(jié)構(gòu)混合環(huán)節(jié)分類系統(tǒng)分類系統(tǒng)4/14/202416.分類標(biāo)志安排順序在橫向環(huán)節(jié)中：先安排與設(shè)計(jì)有關(guān)的，后安排與工藝有關(guān)的在縱向環(huán)節(jié)中：先簡(jiǎn)——后繁，先易——后難，先小——后大，先一般——后特殊

4/14/202417.零件分組方法直接用分類編碼劃分工藝相似零件組存在的問題：a)導(dǎo)致許多結(jié)構(gòu)相似但工藝不同的零件被劃分在同一組，而工藝相似但結(jié)構(gòu)不同的零件卻無法劃分在同一組；

因此提出如下零件的分組方法：1特征碼位法2碼域法3特征位碼域法b)零件組數(shù)多，每組零件種類多，且代碼中許多分類標(biāo)志無工藝特征。4/14/202418.特征碼位法代碼Ⅰ：零件類別代碼Ⅱ：零件外部形狀及要素代碼Ⅵ：最大尺寸代碼Ⅶ：材料種類例：零件號(hào)2、5，其特征碼位為[2313]零件號(hào)1,3,4,6,其特征碼位為[2613]特征碼位法分組的缺點(diǎn)：——從零件整個(gè)分類代碼中選擇出對(duì)某種目的影響最大的部分代碼作為特征碼位，并以特征碼位為分組依據(jù)?！Y(jié)果較粗，忽視了次要表面的工藝問題4/14/202419.碼域法分類步驟：

1)按零件分類編碼結(jié)果統(tǒng)計(jì)各分類標(biāo)志出現(xiàn)的頻數(shù)，2)制訂各種零件組的相似性標(biāo)準(zhǔn)，按標(biāo)準(zhǔn)得到各組碼域（No.1,No.2，…）3)比較每個(gè)零件編碼的各位代碼是否包括在某一碼域內(nèi)（如No.1）ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ0VVVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代碼的數(shù)縱向環(huán)節(jié)代碼碼位-----橫向環(huán)節(jié)No.14/14/202420.特征位碼域法思路：選取若干特征性較強(qiáng)的碼位，并在這些碼位上規(guī)定允許的特征項(xiàng)資料變化范圍，得到相似性特征矩陣，以此作為分組的依據(jù)。ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ0VVVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代碼的數(shù)縱向環(huán)節(jié)代碼碼位-----橫向環(huán)節(jié)No.14/14/202421.FMS加工系統(tǒng)的配置FMS的加工對(duì)象1)棱柱體類（包括箱體形、平板形）2)回轉(zhuǎn)體類（長(zhǎng)軸形、盤套形）

對(duì)加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機(jī)床（數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù)控機(jī)床等）和托盤交換器等構(gòu)成；用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控組合機(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。當(dāng)所選定零件組的全部工序可以被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號(hào)機(jī)床，這些機(jī)床之間是可以相互代替的。1互替式（并聯(lián)）2互補(bǔ)式（串聯(lián)）3.混合式（并串聯(lián)）當(dāng)所選定零件組的全部工序不能被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS需要配置幾種不同型號(hào)的機(jī)床，各自完成特定的工作，這些機(jī)床之間是互相補(bǔ)充的，不能相互替代。4/14/202422.機(jī)床配置形式與特征比較配置形式互替式互補(bǔ)式混合式簡(jiǎn)圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術(shù)利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強(qiáng)度比高低中說明：這些配置主要取決于機(jī)床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設(shè)備的物理布局。

4/14/202423.FMS對(duì)機(jī)床的要求1工序集中2控制功能強(qiáng)、柔性好3具有通信接口4高剛度、高精度、高速度5其它要求a)使用經(jīng)濟(jì)性好b)操作性、可靠性、維修性好c)自保護(hù)性、自維護(hù)性好d)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好e)技術(shù)資料齊全，機(jī)床上的各種顯示、標(biāo)記等清楚，機(jī)床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。

4/14/202424.加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備常見加工中心的分類按工藝用途可分為鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。

鏜銑加工中心與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動(dòng)換刀裝置。加工中心（鏜銑加工中心）臥式加工中心4/14/202425.加工中心刀庫加工中心的刀庫有鏈?zhǔn)?、盤式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型。

4/14/202426.雙臂式機(jī)械手

從刀庫中挑選所需刀具的方法有：順序選擇法刀座編碼法刀具編碼法刀具刀座跟蹤記憶法

常用雙臂式機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手4/14/202427.換料裝置加工中心中最為常見的換料裝置是托盤交換器（AutomaticPal1etChanger——APC），它不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件輸送接口，也起物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運(yùn)動(dòng)方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種。

4/14/202428.加工系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容

通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、與系統(tǒng)外的協(xié)調(diào)、NC控制、PLC控制、誤動(dòng)作、加工時(shí)間、生產(chǎn)業(yè)績(jī)、故障診斷、故障預(yù)警、故障檔案、過程決策與處理等

機(jī)床

主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、主軸負(fù)載、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、切削力、振動(dòng)、噪聲、切削熱等

夾具安裝、精度、夾緊力等

刀具識(shí)別、交換、損傷、磨損、壽命、補(bǔ)償?shù)?/p>

工件識(shí)別、交換、裝夾等

其它切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災(zāi)等

形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等

監(jiān)控功能

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

切削加工狀態(tài)

產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)4/14/202429.FMS物流系統(tǒng)物流是FMS中物料流動(dòng)的總稱。在FMS中流動(dòng)的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。

物流系統(tǒng)主要由輸送裝置、交換裝置、緩沖裝置和存儲(chǔ)裝置等組成。FMS物流系統(tǒng)對(duì)輸送裝置的要求1)通用性2)變更性3)擴(kuò)展性4)靈活性5)可靠性

6)安全性

4/14/202430.輸送裝置（1）——輸送帶1輸送帶輸送帶分為動(dòng)力型和無動(dòng)力型；從結(jié)構(gòu)方式上有輥式、鏈?zhǔn)?、帶式之分；從空間位置和輸送物料的方式上又有臺(tái)式和懸掛式之分。

輥式