先进制造技术第五章幻灯片.ppt

先进制造技术第五章第1页，共32页，编辑于2022年，星期四柔性制造技术（柔性制造技术（FMTFlexibleManufacturingFMTFlexibleManufacturingTechnologyTechnology）是自动化制造系统的基本单元技术。主要用于多）是自动化制造系统的基本单元技术。主要用于多品种小批量或变批量生产，对各种不同形状的加工对象进行有品种小批量或变批量生产，对各种不同形状的加工对象进行有效地且适应性地转化为成品，是集数控技术、计算机技术、机效地且适应性地转化为成品，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。具有先进性，器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术。具有先进性，柔性化、自动化、效率高的制造技术。柔性化、自动化、效率高的制造技术。柔性柔性指制造系统能够适应产品变化的能力。指制造系统能够适应产品变化的能力。柔性制造技术4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征2第2页，共32页，编辑于2022年，星期四由一个传输系统联接起来的一些设备由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自动换刀装通常是具有自动换刀装置的加工中心机床置的加工中心机床)组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控装置上送到各加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。制下，使工件加工准确、迅速和自动化。FMS的定义美国国家标准局定义：美国国家标准局定义：日本国际贸易与工业部定义：日本国际贸易与工业部定义：北京机械工业自动化研究所北京机械工业自动化研究所 定义：定义：4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征由由2 2台或更多台或更多NCNC机床组成的系统，这些机床与自动物料管理设备一机床组成的系统，这些机床与自动物料管理设备一一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操作，从而一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操作，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。可加工多个不同形状和尺寸的工件。将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性化系统。化系统。3第3页，共32页，编辑于2022年，星期四柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）是由数控加工设备、物料运储装）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包括多置和计算机控制系统等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。进行调整，适用于多品种、中小批量生产。柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征4第4页，共32页，编辑于2022年，星期四4.4.2 柔性制造系统的组成柔性制造系统的组成图4-4 FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站5第5页，共32页，编辑于2022年，星期四6第6页，共32页，编辑于2022年，星期四高柔性高柔性高效率高效率高度自动化高度自动化FMS的特征柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：另一种工件转换。其主要特征是：4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量柔性、扩展柔性、生产柔性。柔性、扩展柔性、生产柔性。FMSFMS正是将正是将“柔性柔性”和和“自动自动”两者结合。两者结合。7第7页，共32页，编辑于2022年，星期四柔性制造系统组成柔性制造系统组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统物流系统物流系统控制与管理系统控制与管理系统加加工工设设备备辅辅助助设设备备检检测测设设备备工工件件流流刀刀具具流流过过程程控控制制过过程程调调度度过过程程监监视视 以任意顺序自以任意顺序自动加工多种工件，动加工多种工件，自动更换工件和刀自动更换工件和刀具，增加功能后可具，增加功能后可实现工件自动清洗实现工件自动清洗与测量等与测量等 满足可变节拍满足可变节拍生产的物料自动识生产的物料自动识别、存储、输送和别、存储、输送和交换的要求。增加交换的要求。增加功能后可实现刀具功能后可实现刀具预调和管理等预调和管理等 加工系统和物加工系统和物流系统的自动控制流系统的自动控制和作业协调，在线和作业协调，在线资料自动采集和处资料自动采集和处理，运行仿真及故理，运行仿真及故障诊断等障诊断等8第8页，共32页，编辑于2022年，星期四4.4.2 柔性制造系统的分类柔性制造系统的分类柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）这是一种简单的柔性制造系统，通常由加工中心（MC）与自动交换工件（托盘站和工件交换台）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。图4-31所示为一柔性制造单元的示意图。图图4-31 柔性制造单元柔性制造单元 9第9页，共32页，编辑于2022年，星期四4.4.2 柔性制造系统的分类柔性制造系统的分类柔性制造系统柔性制造系统（FMS）较大的柔性制造系统有两个以上柔性制造单元或多台数控机床、加工中心组成，并用一个物料输送系统将机床联系起来。工件被装在夹具和托盘上，自动的按加工顺序在机床间逐个输送。柔性柔性生产线（FTL）在零件生产批量较大而品种较少的情况下，柔性制造系统的机床可以完全按照工件加工顺序排列成生产线的形式，这种生产线与传统的刚性生产线的不同之处在于能同时或依次加工少量不同的零件。当零件更换时，其生产节拍可作相应的调整。各机床的主轴箱也可自动进行调整。这种生产线称为柔性生产线。10第10页，共32页，编辑于2022年，星期四柔性制造系统的适用范围0101001000少零件品种数多10000100010010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4.4.3 柔性制造系统的特点与应用柔性制造系统的特点与应用11第11页，共32页，编辑于2022年，星期四4.4.3 柔性制造系统的特点与应用柔性制造系统的特点与应用qFMS特点除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换24小时运行，只一班有人以以GTGT为基础为基础 生产零件的品种由4至100种不等（2030种居多）生产零件的批量由40至2000件不等（50200件居多）大部分加工对象为相似零件（个别例外）具有较大柔性具有较大柔性 可加工多种零件没有固定的生产节拍故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）高度自动化高度自动化 控制与管理相结合控制与管理相结合可自动实现系统内的计划、调度12第12页，共32页，编辑于2022年，星期四FMS对机床的要求1 1 工序集中工序集中2 2 控制功能强、柔性好控制功能强、柔性好3 3 具有通信接口具有通信接口4 4 高刚度、高精度、高速度高刚度、高精度、高速度5 5 其它要求其它要求 a)a)使用经济性好使用经济性好 b)b)操作性、可靠性、维修性好操作性、可靠性、维修性好 c)c)自保护性、自维护性好自保护性、自维护性好 d)d)对环境的适应性与保护性好对环境的适应性与保护性好 e)e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。与系统协调。4.4.4 FMS的加工系统的加工系统13第13页，共32页，编辑于2022年，星期四FMS加工系统的配置FMS的加工对象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，通常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（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）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。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。1 1 互替式（并联）互替式（并联）2 2 互补式（串联）互补式（串联）3.3.混合式（并串联）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。4.4.4 FMS的加工系统的加工系统14第14页，共32页，编辑于2022年，星期四机床配置形式与特征比较配置形式互替式互补式混合式简 图生产柔性低中高生产率低高中技术利用率低中高系统可靠性高低中投资强度比高低中说明：这些配置主要取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。4.4.4 FMS的加工系统的加工系统15第15页，共32页，编辑于2022年，星期四加工系统中常用的加工设备常见加工中心的分类常见加工中心的分类按工艺用途可分为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。按主轴在加工时的空间位置可分为按主轴在加工时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。镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。加工中心加工中心 （镗铣加工中心）（镗铣加工中心）卧式加工中心卧式加工中心4.4.4 FMS的加工系统的加工系统16第16页，共32页，编辑于2022年，星期四加工中心刀库加工中心的刀库有加工中心的刀库有链式链式、盘式盘式和和转塔式转塔式等基本类型。等基本类型。4.4.4 FMS的加工系统的加工系统17第17页，共32页，编辑于2022年，星期四双臂式机械手 从刀库中挑选所需刀具从刀库中挑选所需刀具的方法有：的方法有：顺序选择法顺序选择法刀座编码法刀座编码法刀具编码法刀具编码法刀具刀座跟踪记忆法刀具刀座跟踪记忆法 常常用用双双臂臂式式机机械械手手的的手手爪爪结结构构形形式式有有钩钩手手、抱抱手手、伸伸缩缩手手和和叉手叉手4.4.4 FMS的加工系统的加工系统18第18页，共32页，编辑于2022年，星期四换料装置 加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（AutomaticPal1etChangerAPC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起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。4.4.4 FMS的加工系统的加工系统19第19页，共32页，编辑于2022年，星期四 物流是物流是FMSFMS中物料流动的总称。在中物料流动的总称。在FMSFMS中流动的物料主要有工件、刀具、中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。夹具、切屑及切削液。物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。FMSFMS物流系统对输送装置的要求物流系统对输送装置的要求1)1)通用性通用性 2)2)变更性变更性 3)3)扩展性扩展性4)4)灵活性灵活性 5)5)可靠性可靠性6)6)安全性安全性4.4.4 FMS的物流系统的物流系统20第20页，共32页，编辑于2022年，星期四工件装卸站托盘缓冲站自动化仓库存储设备 4.4.4 FMS的物流系统的物流系统21第21页，共32页，编辑于2022年，星期四又称立体仓库或自动化仓库系统（AutomatedStorageandRetrieva1System一ASRS），由高层料架、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。自动仓库（图4-7）图4-7自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架4.4.4 FMS的物流系统的物流系统22第22页，共32页，编辑于2022年，星期四传输装置 滚式链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）带式有轨无轨（AGV）固定路线随机路线电磁式（图7-8）光电式（图7-9）传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人4.4.4 FMS的物流系统的物流系统23第23页，共32页，编辑于2022年，星期四输送装置（1）输送带1 输送带输送带分为动力型和无动力型；从结构方式上有辊式、链式、带式之分；从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。辊式辊式 链式链式 带式带式4.4.4 FMS的物流系统的物流系统24第24页，共32页，编辑于2022年，星期四输送装置（2）有轨小车2 自动小车1)有轨小车-地面有轨小车和高架有轨小车 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。4.4.4 FMS的物流系统的物流系统25第25页，共32页，编辑于2022年，星期四输送装置（3）无轨小车2)无轨小车自动导向小车（AGV Automatic Guided Vehicle）无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。4.4.4 FMS的物流系统的物流系统26第26页，共32页，编辑于2022年，星期四 小车上有托盘交换台3，工作台1与托盘2由交换台推上机床的工作台进行加工，加工好的工件连同托盘拉回到小车的交换台上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车路线常用电缆或光电引导。4.4.4 FMS的物流系统的物流系统27第27页，共32页，编辑于2022年，星期四沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。光学引导方式原理（图4-9）信号孔感光元件光道光源反光带图4-9光学引导原理4.4.4 FMS的物流系统的物流系统28第28页，共32页，编辑于2022年，星期四 切屑处理系统断屑 加工部位封闭排屑 机床、工夹具设计要便于排屑 冷却液冲，或压缩空气吹切屑输送（通常采用地下输送管道）切屑再处理（打包）4.4.4 FMS的物流系统的物流系统29第29页，共32页，编辑于2022年，星期四4.4.5 FMS的控制与管理的控制与管理 工厂计算机：制定、修改、更新生产（作业）计划；对中央计算机和物流计算机进行控制。单元控制器：监视与控制机床加工、检测、上下料 物流计算机：根据工厂计算机制定的作业计划对自动仓库、堆垛机、缓冲站、运输小车等进行监视与控制。中央计算机：根据工厂计算机制定的作业计划对各加工单元进行监视与控制。信息传输网络：在控制计算机与单元控制器之间进行信息传递。q计算机控制系统FMS的控制与管理系统，是实现FMS加工过程中的物料流动过程的控制、协调、调度、监测和管理的信息流系统。30第30页，共32页，编辑于2022年，星期四自动仓库自动仓库AGV小车小车交通管理交通管理车间计算机车间计算机中央管理计算机中央管理计算机 负责全面管负责全面管理、协调和控制理、协调和控制FMSFMS的各项活动的各项活动 协调各种设备协调各种设备的操作的操作执行各种操作执行各种操作A制造单元制造单元计算机计算机物流管理物流管理计算机计算机B制造单制造单元计算机元计算机机器人4.4.5 FMS的控制与管理的控制与管理31第31页，共32页，编辑于2022年，星期四图7-12飞机零件加工FMS（Cincinnati）1装卸站2运输小车3MC4切屑处理站5清洗站6检测站7手工检测站8计算机室9小车维修站10包装站qFMS实例32第32页，共32页，编辑于2022年，星期四