4.4 柔性制造技术.ppt

第四章第四章 制造招待会技术制造招待会技术第四节第四节 柔性制造技术柔性制造技术 柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell）由单台数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统等组成。1.FMC控制系统 FMC控制系统一般分为两级，分别是单元控制级和设备控制级。设备控制级。单元控制级。一、柔性制造系统一、柔性制造系统一、柔性制造系统一、柔性制造系统q柔性制造单元(FMC)FMC的基本控制功能包括：单元中各加工设备的任务管理与调度。单元内物流设备的管理与调度。刀具系统的管理。下图所示为一以加工回转体零件为主的柔性制造单元。qFMC的基本控制功能柔性制造单元柔性制造单元q 柔性制造系统（Flexible Manufacturing SystemFMS）的组成 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 络工夹具站整个系统由3台组合铣床、2台双面镗床、双面多轴钻床、单面多轴钻床、车削中心、装配机、测量机、装配机器人和清洗机等组成，加工箱体零件并进行装配。物料输送系统由主通道和区间通道组成，通过沟槽内隐藏的拖拽传动链带动无轨输送车运动。区间通道还可作为临时寄存库。除工件在随行夹具上的安装、组合夹具的拼装等极少数工作由手工完成外，整个系统由计算机控制。q一个较完善的FMS平面布置图q 加工单元CNC（MC）机床工作台架（暂存工件）机器人或托盘交换装置检测、监控装置设备运行状态监控与检测传感器群信号采集预处理特征提取状态识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常状态模式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配状态异常报警预知故障报警输出设备运行状态监控与检测框图 钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。加工过程监控与检测重点是刀具磨损、破损监控与检测。下图为声发射钻头破损检测装置示意图。加工过程中，一旦钻头破损，声发射传感器检测到钻头破损信号，将其送至钻头破损检测器进行处理。钻头破损检测器声发射钻头破损检测装置系统图交换机床控制器工件折断工作台声发射传感器破损信号q 物料传输系统又称立体仓库或自动化仓库系统（Automated Storage and Retrieva1 System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。自动仓库自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架自动化立体仓库堆垛起重机 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光电式传送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人转向舵比较放大电路信号拾取线圈引导电缆电磁引导原理在地面上埋设引导电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。电磁导向方式原理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。光学引导方式原理信号孔感光元件光道光源反光带光学引导原理 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）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 JCS-FMS-1控制级结构中央管理计算机FM-11AD2+物流控制计算机局域网络LAN文件库自动编程机单元控制机CNC车床CNC磨床单元控制机立式MC卧式MC单元控制机CNC车床管理级单元级设备级JCS-FMS-1JCS-FMS-1控制级结构控制级结构q FMS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q FMS应用品种零件品种、批量与自动化加工方式010 100 1000 批量10,000 1000 100 10FMLFMCFMS数控机床通用机床刚性线生产柔性产量FMS布置构造布置构造 直线型(in-line)布置 回路型(loop)布置 阶梯型(ladder)布置 敞开型(open-field)布置 n包括了回路、阶梯等以适用于处理大量的零件族Robot-centered layout机器人为中心的工作单元飞机零件加工FMS（Cincinnati）1装卸站 2运输小车 3MC 4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q FMS实例（1）冲床冲压FMSq FMS实例（2）十分之一原则：测量不准确度十分之一原则：测量不准确度 工件容差的工件容差的1/101/10三分之一原则：测量精密度三分之一原则：测量精密度 工件许用精密度的工件许用精密度的1/31/3（用（用标准差标准差 表示）表示）自动化传送和装卸被测件；自动化传送和装卸被测件；自动完成检测过程；自动完成检测过程；传送传送/装卸与检测过程全部自动化。装卸与检测过程全部自动化。q 自动检测内容多采用传感器多采用传感器/计算机反馈控制系统计算机反馈控制系统 q 自动检测系统接触式传感器：检测尺寸、形状、相互位置接触式传感器：检测尺寸、形状、相互位置非接触式传感器（光学、非光学）：无接触变形，速度快非接触式传感器（光学、非光学）：无接触变形，速度快q 自动检测传感技术q“十分之一”与“三分之一”原则二、自动检测技术二、自动检测技术二、自动检测技术二、自动检测技术离线检测：过程稳定，超差风险小离线检测：过程稳定，超差风险小PROCAUTPROCAUTPROCAUTINSPMAN抽样抽样离线检测离线检测PROCAUTINSPMAN在线在线/过程中检测过程中检测反馈信号在线在线/过程后检测过程后检测PROCAUTINSPMANSORTAUT分类指令成品成品废品废品三类检测三类检测q 离线与在线检测在线在线/过程中检测：实时，瓶颈工序过程中检测：实时，瓶颈工序在线在线/过程后检测：滞后时间短，应用较多过程后检测：滞后时间短，应用较多q 坐标测量机a）b）c）d）坐标测量机的结构形式结构形式悬臂式结构：测头易于接近工件，刚性差悬臂式结构：测头易于接近工件，刚性差桥式结构：刚性好，应用广泛桥式结构：刚性好，应用广泛立柱式结构：结构与立车相似立柱式结构：结构与立车相似门架式结构：结构与门式起重机相似，用于大件测量门架式结构：结构与门式起重机相似，用于大件测量 操作控制 手动控制：人工完成手动控制：人工完成计算机辅助手动控制：计算机完成数据处理和相关计算计算机辅助手动控制：计算机完成数据处理和相关计算计算机辅助电动控制：电机驱动测头，计算机完成数据计算机辅助电动控制：电机驱动测头，计算机完成数据 处理和相关计算处理和相关计算直接计算机控制：同直接计算机控制：同CNCCNC 编程方法 示教再现编程：似机器人编程示教再现编程：似机器人编程数控编程：离线数控编程：离线 可完成测量项目 坐标测量机可完成的测量项目可完成的测量项目测量原理尺寸孔径与孔中心线坐标圆柱体轴心线与直径球心坐标与球面半径平面度两平面夹角两平面的平行度两条线的交点与交角由两个给定面坐标的差值确定尺寸测量孔上3点，计算确定孔径与孔中心线坐标测量圆柱面上3点，计算确定轴心线与直径测量球面上4点，计算确定球心坐标与球面半径用3点接触法测定，与理想平面比较确定平面度按平面上3个触点最小值规定平面，再计算夹角根据两平面交角确定平行度先确定两线夹角，再测定交点 实物照片 中华台亚齿轮托架FMC生产线n设置时间：85.5-87.5n工件：M44&M30n年产能：40,000件/三班n稼动率：90%以上n操作人力：21人/班n总投资：3,510万元三阳公司机车引擎汽缸体FTL生产线n设置时间：84.12-86.9 工件：125 cc 机车汽缸体n年产能：12万件/三班 稼动率：85%以上n操作人力：2.50.5人/班n总投资额：2,492万元CNC車床立式综合加工中心清洗机搪磨机检测机测洩机走行机器人供料机系统监控註:FTLFlexible Transfer Line规划时间：83.7-84.6 工件种类：5 种年产能：5.9 万件/双班 操作人力：11人/班福特汽车引擎汽缸体福特汽车引擎汽缸体FMS生产线规划生产线规划本节结束本节结束