現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)【業(yè)界研究】

1、柔 性 制 造 技 術(shù),1,專業(yè)傾力,目 錄,2,專業(yè)傾力,1、柔性制造系統(tǒng)的組成、原理,柔性制造系統(tǒng)的定義 根據(jù)“中華人民共和國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語”的定義，柔性制造系統(tǒng)（FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，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)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。 美國制造工程師協(xié)會(SME)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)和應(yīng)用協(xié)會把柔性制造系統(tǒng)定義為“使用計(jì)算機(jī)、柔性加工單元和集成物料儲運(yùn)裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。 更直觀的定義是：柔性制造系統(tǒng)是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動化的工藝設(shè)

2、備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成，在加工自動化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)物料流和信息流的自動化。,3,專業(yè)傾力,我國FMS的研究狀況 我國采取引進(jìn)和開發(fā)相結(jié)合的方針，引進(jìn)箱體類零件、旋轉(zhuǎn)體件及鈑金件加工FMS的全部或部分硬件技術(shù)。 1984是我國研制FMS的起步時(shí)間，比國外晚了17年。我國第一套FMS系統(tǒng)是由北京機(jī)床研究所于1985年10月開發(fā)完成的（JCS-FMS-1），用于加工數(shù)控機(jī)床直流伺服電機(jī)中的主軸、端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等，它由5臺國產(chǎn)加工中心、日本富士電機(jī)公司的AGV（自動導(dǎo)引車）及4臺日本產(chǎn)的機(jī)器人組成，其控制系統(tǒng)由

3、FANUC提供，據(jù)分析它的投資回收期約為兩年半。 1983年1985年，在國家的支持下北京第一機(jī)床廠、湖南江麓機(jī)床廠、鄭州紡織機(jī)械廠、廣西柳州開關(guān)廠等一些單位分別率先從德國、日本進(jìn)口了國內(nèi)第一批FMS。,4,專業(yè)傾力,1985年后在國家機(jī)電部“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持和國家863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃自動化領(lǐng)域的工作的帶動下，F(xiàn)MS得到極大的重視和發(fā)展，進(jìn)入了自行開發(fā)和部分進(jìn)口的交叉階段。 1988年北京機(jī)床研究所為天津減速機(jī)廠提供的加工減速機(jī)機(jī)座的JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開發(fā)和配套的，它標(biāo)志著我國已具有自主開發(fā)FMS系統(tǒng)的實(shí)力。 近幾年來，國內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較雄厚的工廠（北京第一機(jī)床廠，

4、上海第二紡織機(jī)械廠，天津減速機(jī)總廠，山西經(jīng)緯紡織機(jī)械廠等），為實(shí)施CIMS，又進(jìn)口了一些國外的FMS系統(tǒng)。,5,專業(yè)傾力,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,以任意順序自動加工多種工件，自動更換工件和刀具，增加功能后可實(shí)現(xiàn)工件自動清洗與測量等,滿足可變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動識別、存儲、輸送和交換的要求?？蓪?shí)現(xiàn)刀具的預(yù)調(diào)和管理等,加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動控制和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線資料自動采集和處理，運(yùn)行仿真及故障診斷等,6,專業(yè)傾力,7,專業(yè)傾力,8,專業(yè)傾力,綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不

5、同，但都反映了FMS應(yīng)具備以下特點(diǎn)： 硬件組成： （1）兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他加工設(shè)備，包括測量機(jī)、清洗機(jī)、動平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等。 （2）一套能自動裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具儲運(yùn)和工件及原材料儲運(yùn)。具體結(jié)構(gòu)可采用傳輸帶、有軌小車、無軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤站等。 （3）一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。 軟件組成： （1）FMS的運(yùn)行控制系統(tǒng) （2）FMS的質(zhì)量保證系統(tǒng) （3）FMS的數(shù)據(jù)管理和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),9,專業(yè)傾力,2、柔性制造系統(tǒng)的類型、應(yīng)用,FMS適用于中小批量的生產(chǎn)，既要兼顧對生產(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。因此，就產(chǎn)生了三種類型的

6、FMS：,a)互替式 b)互補(bǔ)式 c)混合式,10,專業(yè)傾力,FMS 機(jī)床配置形式與特征比較,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。,11,專業(yè)傾力,FMS 機(jī)床配置形式,配備可互相替換機(jī)床的FMS 這一類FMS采用多個(gè)同構(gòu)的或可互相替換的機(jī)床構(gòu)成FMS。例如，由八臺加工中心、一個(gè)貯料系統(tǒng)和一條往復(fù)式物料運(yùn)輸線及計(jì)算機(jī)控制設(shè)備構(gòu)成FMS。 在該類系統(tǒng)中，工件可以被送到適合加工它的任一臺加工中心上；由計(jì)算機(jī)根據(jù)各臺機(jī)床任務(wù)量和狀態(tài)對機(jī)床分配加工零件，每臺機(jī)床都有自動換刀裝置，并可完成部分或全部加工工序。 此類FMS的最大優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)系

7、統(tǒng)只須局部停機(jī)即可，但由于機(jī)床種類單一，可能會造成加工能力不足或造價(jià)過高。,12,專業(yè)傾力,配備互補(bǔ)機(jī)床的FMS 這一類FMS通過物料運(yùn)儲系統(tǒng)將數(shù)臺不同的NC機(jī)床連接起來，使不同機(jī)床的工藝加工能力可以互補(bǔ)。 工件通過安裝站進(jìn)入系統(tǒng)，然后在計(jì)算機(jī)控制下從一個(gè)工作站到另一工作站，按順序加工，每臺機(jī)床所完成的工序數(shù)取決于工件的設(shè)計(jì)和機(jī)加工藝，不同的零件可采用不同的機(jī)床加工。 這類FMS比較經(jīng)濟(jì)，且加工能力互補(bǔ)，但一旦設(shè)備出現(xiàn)故障可能因影響到系統(tǒng)的加工能力而造成系統(tǒng)停機(jī)?？刹捎煤髠錂C(jī)床彌補(bǔ)這一不足。,13,專業(yè)傾力,混合式FMS 這在一個(gè)FMS中包含不同類的機(jī)床，但每一類機(jī)床又都有多臺機(jī)床存在。 在實(shí)

8、際使用中，很少有前兩類FMS，通常采用兩類的綜合方式，即在一個(gè)FMS中包含不同類的機(jī)床，但每一類機(jī)床又都有多臺機(jī)床存在。這樣，不同類機(jī)床可相互互補(bǔ)加工能力，又可避免因單臺設(shè)備故障造成系統(tǒng)癱瘓。只是在系統(tǒng)控制上更加復(fù)雜一些。,14,專業(yè)傾力,不同類型的柔性制造設(shè)備 柔性制造模塊（FMM）相當(dāng)于功能齊全的加工中心。 柔性制造單元（FMC）小型FMS，由1-2臺機(jī)床組成，自動更換刀具，自動上下工件。 柔性制造系統(tǒng)（FMS）控制與管理功能比FMC強(qiáng)，管理通信要求高。 柔性制造生產(chǎn)線（FML）數(shù)控組合機(jī)床設(shè)備，專用性強(qiáng)、生產(chǎn)率高，相當(dāng)于數(shù)控自動生產(chǎn)線，用于少品種、中大批量生產(chǎn)，為專用FMS。 柔性制造工

9、廠（FMF）全企業(yè)范圍生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)開發(fā)、加工制造和物料運(yùn)儲全盤自動化。,15,專業(yè)傾力,柔性制造系統(tǒng)的應(yīng)用,16,專業(yè)傾力,實(shí)際柔性制造生產(chǎn)線,17,專業(yè)傾力,3、FMS的加工系統(tǒng),加工系統(tǒng)的功能與要求： 加工系統(tǒng)是FMS的最基本的組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)。 具體要求如下： （1）工序集中，減輕物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)； （2）控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好； （3）高剛度、高精度、高速度； （4）自保護(hù)與自維護(hù)性好； （5）使用經(jīng)濟(jì)性好； （6）對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。,18,專業(yè)傾力,加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備簡介,目前FMS的加工對象主要有兩大類： （

10、1）棱柱體類 （2）回轉(zhuǎn)體類 加工中心 加工中心（Machining Center，MC）是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。 （1）棱柱體類：常用鏜銑加工中心 （2）回轉(zhuǎn)體類：常用車削加工中心,19,專業(yè)傾力,臥式加工中心,20,專業(yè)傾力,1、刀庫 2、回轉(zhuǎn)刀架 3、換刀機(jī)械手 4、上下工件機(jī)器人 5、工件存儲站,車削加工中心,21,專業(yè)傾力,4、FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng),FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng)組成 工件裝卸站 設(shè)在FMS入口，由人工完成裝卸； 托盤緩沖站 工件中間存儲站，起緩沖物料作用； 物料存儲裝置 自動化倉庫、自動料架、緩沖料架； 物料運(yùn)送裝置 負(fù)責(zé)

11、在機(jī)床、自動化倉庫和托盤緩沖站之間物料搬運(yùn)作業(yè)。 （1）傳送帶：用于小零件短程傳送，占據(jù)空間大、易磨損； （2）自動運(yùn)輸小車：分有軌小車、無軌小車； （3）搬運(yùn)機(jī)器人：具有較高柔性和控制水平。,22,專業(yè)傾力,FMS物料輸送基本回路 直線輸送回路 沿直線路線單向或雙向移動，順序地在各個(gè)連接點(diǎn)?？浚?環(huán)形輸送回路 運(yùn)載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動； 網(wǎng)狀輸送回路 由多個(gè)回路相互交叉組成，可由一條環(huán)路移動到另一回路。,23,專業(yè)傾力,自動化倉庫 貨 架 為一個(gè)個(gè)存儲單元，設(shè)有地址編碼，貨架之間有有巷道，每個(gè)巷道配有專用堆垛機(jī)。 堆垛機(jī) 由托架、貨叉、支柱、上下導(dǎo)軌、移動電動機(jī)以及傳感器構(gòu)成的三維搬

12、運(yùn)設(shè)備。 控制與管理系統(tǒng) 負(fù)責(zé)物料信息的登錄、識別，物料自動存取，倉庫管理。,24,專業(yè)傾力,自動化倉庫示意圖,25,專業(yè)傾力,FMS的刀具管理系統(tǒng),刀具運(yùn)儲系統(tǒng)的組成 刀具預(yù)調(diào)站 設(shè)在FMS之外，按要求對刀具進(jìn)行裝配和調(diào)整； 刀具裝卸站 是刀具進(jìn)出FMS入口，多為排架式框架結(jié)構(gòu)； 刀具庫系統(tǒng) 存放當(dāng)前加工所需的機(jī)床刀庫，容量?。淮娣鸥骷庸卧蚕淼闹醒氲稁?，容量大； 刀具運(yùn)載交換裝置 負(fù)責(zé)刀具運(yùn)輸和交換，適時(shí)向加工單元提供所需刀具； 計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng) 控制刀具運(yùn)輸、存儲和管理，監(jiān)控管理刀具的使用，及時(shí)取走已報(bào)廢或壽命已耗盡的刀具。,26,專業(yè)傾力,刀具運(yùn)儲系統(tǒng)作業(yè)過程,刀具刃磨 人工組裝,

13、刀具 預(yù)調(diào),刀具 裝卸站,中央 刀具庫,需重磨或報(bào)廢刀具,加工單元刀庫,加工單元刀庫,加工單元刀庫,27,專業(yè)傾力,5、FMS的控制系統(tǒng),FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 遞階控制結(jié)構(gòu)：將復(fù)雜系統(tǒng)分層分模塊設(shè)置，各層相對獨(dú)立，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護(hù)。 遞階控制特點(diǎn)：愈往底層，實(shí)時(shí)性愈強(qiáng)；愈到上層，處理信息量愈大，實(shí)時(shí)性要求愈小。 FMS三層遞階控制結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級任務(wù)，制 定系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行； 過程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調(diào) 工件流動、運(yùn)行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息； 設(shè)備控制層-控制設(shè)備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令， 反饋現(xiàn)場數(shù)據(jù)。,28,專業(yè)傾力,單元控制器,銑削工作站,車削工作站,物流管理工作站,CNC No1,CNC No2,PLC,自動化倉庫,AGV,ROBOT,刀具管理,.,CNC No1,CNC No2,PLC,.,單元層,工作站層,設(shè)備層,FMS遞階控制結(jié)構(gòu)