amt-5-柔性制造

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1、第第4 4章章 制造自动化技术制造自动化技术Manufacturing Automation Manufacturing Automation TechnologyTechnology4 4.4 .4 柔性制造系统柔性制造系统Flexible ManufacturingFlexible Manufacturing S Systemystem1 柔性制造技术（柔性制造技术（FMTFlexible Manufacturing FMTFlexible Manufacturing TechnologyTechnology）是自动化制造系统的基本单元技术。主要用）是自动化制造系统的基本单元技术。主要用

2、于多品种小批量或变批量生产，对各种不同形状的加工对于多品种小批量或变批量生产，对各种不同形状的加工对 象进行有效地且适应性地转化为成品，是集数控技术、计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、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造算机技术、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，柔性化、自动化、效率高的制造技技术，。具有先进性，柔性化、自动化、效率高的制造技 术。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。柔性制造技术柔性制造技术4.4.1 FMS4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征2 由一个传输系统联接

3、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通常是具有自动换刀 装置的加工中心机床装置的加工中心机床) )组成，传输装置把工件放在托盘或其他组成，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 算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。 FMSFMS的定义的定义 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 FMS4.

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，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。处理操作，从而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。的柔性化系统。 3 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）是由数控加工设备、物料运储是由数控加工设备、物料运储 装置和计算机

5、控制系统等组成的自动化制造系统。它包装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包 括多个柔性制造单元，括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变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、中小批量生产化迅速进行调整，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 FMS4.4.1 FMS的定义与特征的定义与特征44.4.2 4.4.2 柔性制造系统的组成柔性制造系统的组成FMS结构框图 5 高柔性高柔性 高效率高效率 高度自动化高度自动化FMSFMS的特征的特征 柔性制造系统是利用计算机控制

6、系统和物料输送系统，把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，形成若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍没有固定加工顺序和节拍的自动的自动 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，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：4.4.1 FMS4.4.1 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、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。批量柔性、扩展柔性、生产柔

7、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。6q 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7柔性制造系统组成柔性制造

8、系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加工设备辅助设备检测设备工件流刀具流过程控制过程调度过程监视以任意顺序自 动加工多种工件， 自动更换工件和刀 具，增加功能后可 实现工件自动清洗 与测量等满足可变节拍 生产的物料自动识 别、存储、输送和 交换的要求。增加 功能后可实现刀具 预调和管理等加工系统和物 流系统的自动控制 和作业协调，在线 资料自动采集和处 理，运行仿真及故 障诊断等84.4.2 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

9、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4-31 柔性制造单元 94.4.2 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

10、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柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 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 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11FMS 对机床的要求1 工序集中2 控制功能强、柔性好3 具有通信接口4 高刚度、高精度、高速度5 其它要求a) 使用经济性好b) 操作性、可靠性、维修性好c) 自保护性、自维护性好d) 对环境的适应性与保护性好e

11、) 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。 4.4.4 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统12FMS 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

12、相同型号机 床，这些机床之间是可以相互代替的。1 互替式（并联）2 互补式（串联）3.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 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统13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 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统14

13、加工系统中常用的加工设备常见加工中心的分类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 （镗铣加工中心）卧式加工中心4.4.4 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统15加工中心刀库加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型。 4.4.4 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统16双臂式机械手从刀库中挑选所需刀具的方法有：顺序选择

14、法刀座编码法刀具编码法刀具刀座跟踪记忆法 常用双臂式机械手 的手爪结构形式有钩手 、抱手、伸缩手和叉手4.4.4 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统17换料装置加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPC），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 4.4.4 FMSFMS的加工系统的加工系统18物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流动的物料主要有工件、 刀具、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

15、 成。 FMS物流系统对输送装置的要求1)通用性 2)变更性 3)扩展性4)灵活性 5)可靠性 6)安全性 4.4.4 4.4.4 FMSFMS的物流系统的物流系统19工件装卸站托盘缓冲站自动化仓库 存储设备 4.4.4 4.4.4 FMSFMS的物流系统的物流系统20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（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 4.4.4 FMSFMS的物流系统的物流系统21 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 4