《柔性制造系统幻灯片-陈刚》由会员分享，可在线阅读，更多相关《柔性制造系统幻灯片-陈刚（44页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、柔性制造系统（FMS)总述,陈刚 11033410,一、FMS的产生过程,一、FMS的产生过程 随着经济的发展和消费水平的提高，人们对商品的需求不断增长，更注重产品的不断更新和多样化。中小批量、多品种、小批量生产的需要而兴起的柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术应用具体应用的柔性制造系统（FMS)、柔性制造单元（FMC)和柔性制造制动线(FML)等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（FMS）最具代表性。,发展,FMS是一种高效率、高金度、高柔性的加工系统。自1967年第一条FMS在英国问世以来，就显示出强大的生命力。经过10年多的发展和完善，到70年代末80年代初，FMS开始走
2、出实验室逐渐成为先进制造企业的主力装备。据欧洲经济委员会统计，1985年在全世界安装的FMS达349套。到80年代末期，由于FMS技术逐渐成熟而得到迅速的应用，1988年世界已拥有760套FMS. 目前，随着全球化市场的形成和发展，无论是发达国家还是发展中国家都越来越注重视柔性制造技术的发展。,二、FMS的定义,根据“中华人民共和国国家军用标准”有关“武器装备柔性制造系统术语”的定义，FMS被定义为：“柔性制造系统（Flexible Manufacturing System，简称FMS）是数控加工设备、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。它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或
3、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。” 美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为：“使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系统。”,组成,典型的FMS主要由以下三个子系统组成： （1）加工系统 包括有两台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元（FMC)以及其它的加工设备所组成。 （2）运储系统 (物流系统） 包含传送带、有轨小车、搬运及其人等 （3）计算机控制系统 能够实现对FMS运行控制、刀具管理、质量控制，以及FMS的数据管理和网络通信。,FMS的组成框图及功能特征,典型的柔性制造系
4、统示意图1,1-自动仓库 2-装卸站 3-托盘站 4-检验机器人 5-自动小车 6-卧式加工中心 7-立式加工中心 8-磨床 9-组装交付站 10-计算机控制室,典型的柔性制造系统示意图2,三、FMS的优点,（1）有很强的柔性制造能力 （2）提高设备利用率 （3）减少设备成本与占地面积 （4）减少直接生产工人，提高劳动效率 （5）减少在制品数量，提高对市场反应能力 （6）产品质量提高,FMS的配备形式,配备互补机床的FMS 配备可互相替换机床的FMS 混合式FMS。,配备互补机床的FMS,特点：非常经济，生产率较高，能充分发挥机床的性能。从系统的输入和输出的角度看，互补机床是串联环节，它减少了
5、系统的可靠性，即当一台机床发生故障时，全系统将瘫痪。,在计算机控制下从一台机床到另一台机床，按顺序加工。工件通过系统的路径是固定的。,2.配备可互相替换机床的FMS,系统中的机床可以互相代替，工件可被送到适合加工它的任一台加工中心上。计算机的存储器存有每台机床的工作情况，可以对机床分配加工零件、一台加工中心可以完成部分或全部加工工序。 从系统的输出和输入看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，同时这种配置形式具有较大的柔性和较宽的工艺范围，可以达到较高的机床利用率。,2.混合式FMS,即FMS中有一些机床按替换式布置，而另一些机床按互补式安排，以发挥各自的优点。大多数FMS采用这种形式。,
6、第二节、FMS的加工系统,加工系统在FMS中的作用: 加工系统担任把原材料转化为最终产品的任务，是实际完成改变物性任务的执行系统. 加工系统是FMS最基本的组成部分，也是FMS中耗资最多的部分，FMS的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系统所决定。,加工系统的要求,（l）工序集中 （2）控制功能强、可扩展性好 （3）高刚度、高精度、高速度 （4）使用经济性好 （5）操作性好、可靠性好、维修性好 （6）具有自保护性和自维护性 （7）对环境适应性与保护性好 （8）其他如技术资料齐全，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。,加工设备选择的原则,设备应该是可靠的、自动化的、高
7、效率的和高柔性的。选择时需考虑该FMS加工零件的尺寸范围、经济效益、零件工艺性、加工精度和材料。 FMS上待加工的零件决定着各加工设备（如加工中心）所需要的功率、加工尺寸范围和精度。此外，设备还会受物料运储系统连接问题限制。 加工中心都具有刀具存储能力，采用斗笠式、鼓形和链形等各种形式的刀库。为满足柔性制造，通常加工中心具有一定的刀库容量。,加工系统中的机床辅具及自动上下料装置,机床辅具的两种情况 1、机床夹具 2、托盘 托盘是工件和夹具的承载体 3、自动上下料装置的两种情况 （1）回转式托盘交换器 （2）往复式托盘交换器,第三节FMS的物料运储,物料运储系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分
8、。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中；只有相当小的一部分时间用于机床的切削加工，而大部分时间则消耗于物料的运储过程。 物料运储包括以下四个内容 一、物料运储系统的组成 二、物料系统的基本回路 三、自动导向小车 四、自动化仓库,物料运储的组成 、工件装卸站 、托盘缓冲站 、自动化仓库 、 物料装卸站 物料运储的基本回路 直线顺序装卸运输回路 环形顺序装卸运输回路 带支路直线移动运输回路 带支路环形运输回路 网络式运输回路,a)直线顺序装卸运输回路 b)环形顺序装卸运输回路 c)带支路直线移动运输回路 d)带支路环形运输回路 e)网络式运输回路,自动仓库 1、自动仓库的职能 （1)实现物料的自动
9、储存和自动检索 （2）形成物料信息网 （3）支持物料需求计划（MRP)的执行 自动仓库的组成 （1）货架 （2）堆垛机 （3）计算机控制系统,堆垛机 1-顶部导轨 2-支柱 3-物料 4-托架 5-移动电动机 6-定位传感器 7-底部导轨,第四节 FMS的刀具管理系统,FMS的刀具管理系统的组成： 刀具管理系统主要负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提供所需的刀具，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或耐用度已耗尽的刀具，在保证正常生产的同时，最大程度地降低刀具的成本，刀具管理系统的功能和柔性程度直接影响到整个FMS的柔性和生产率。 典型的FMS的刀具管理系统通常由刀库系统、刀具预调站、
10、刀具装卸站、刀具交换装置以及管理控制刀具流的计算机组成。,刀具流的组成及运行过程,刀具交换加工中心的自动换刀,自动换刀装置自动换刀装置应当满足换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储存量、刀库占地面积小以及安全可靠等基本要求。 机械手是一种最常见的自动换刀装置，因为它灵活性大、换刀时间短。,常用换刀机械手,钩手式、抱手式、伸缩式、叉手式等四种机械手,加工中心机床自动换刀方式,l）顺序选刀方式 将所需使用的刀具按加工顺序，依次放入刀库的每个刀座内。每次换刀时，刀座按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需的刀具。 2）刀座编码方式 对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具一一放入指定的刀座
11、中，然后根据刀座编码选取刀具。 3）刀具编码方式 采用特殊结构的刀柄，并对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，根据数控系统发出的换刀指令代码，在刀库中寻找所需要的刀具。这种装刀换刀方便，刀库容量减小，还可避免因刀具顺序的差错所造成的事故。,加工中心的刀库有转塔式、链式和盘式等基本类型。,转塔式刀库：所有刀具固定在同一转塔上，无换刀臂，储刀数量有限，通常为68把。 扩展性好、在加工中心上的配置位置灵活，但结构复杂。一般仅用于轻便简单机型，常见于车削中心和钻削中心。,工中心的刀库有转塔式、链式和盘式等基本类型。,链式刀库：储存的刀具数量多，选刀、取刀动作简便，大型刀库通常采用此种方式，一般刀
12、具数在30120把。当增加链条长度时就可增加刀具数，刀库结构有较大的灵活性。,加工中心的刀库有转塔式、链式和盘式等基本类型。,盘式刀库：又称斗笠式刀库，这种刀库中的刀具沿盘面垂直排列、沿盘面径向排列或成锐角排列，刀库结构简单紧凑，应用较多，但刀具单环排列，空间的利用率低，如增加刀库容量必须使刀库的外径增大，那么转动惯量也相应增大，选刀运动时间长。刀具数量一般不多于32把。,盘式刀库示例,三、刀具的监控和信息管理,刀具的监控：主要是为了及时了解每时每刻在使用的大量刀具因磨损、破损而发生的性质变化。主要从刀具寿命、刀具磨损、刀具破损以及其他形式的刀具故障等方面进行。 加工系统的刀具监控分加工前、加
13、工中、加工后三个时间段。加工前和加工后的监控通常采用离线直接测量法，加工中的监控主要采用在线间接测量法，因而要求检测方法快速、准确、稳定、可,刀具的信息管理,FMS中的刀具信息可以分为动态信息和静态信息两个部分。 所谓动态信息是指在使用过程中不断变化的一些刀具参数，如刀具寿命、工作直径、工作长度以及参与切削加工的其它几何参数。这些信息随加工过程的延续，不断发生变化，直接反映了刀具使用时间的长短、磨损量的大小、对工件加工精度和表面质量的影响。 而静态信息是一些加工过程中固定不变的信息，如刀具的编码、类型、属性、几何形状以及一些结构参数等。 为便于刀具信息的输入、检索、修改和输出控制，FMS以数据
14、库形式对刀具信息进行集中的管理，其数据库模式通常采用四层次式结构。,FMS的刀具数据库层次结构,第五节、FMS的控制系统,控制系统的结构 ： 通常采用递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。 通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控制的难度和控制软件开发的难度。 FMS的递阶控制结构一般采用三层：,控制系统的特点,在上述三级递阶控制结构中，每层的信息流都是双向流动的：向下可下达控制指令，分配控制任务，监控下层的作业过
15、程；向上可反馈控制状态，报告现场生产数据。 在控制的实时性和处理信息量方面，各层控制计算机是有所区别的：愈往底层，其控制的实时性要求愈高，而处理的信息量则愈小；愈到上层，其处理信息量愈大，而对实时性要求则愈小。,控制系统的任务中央管理计算机,负责全面的管理工作和支持FMS按计划的调度和控制 （1）控制系统方面主要用来向下层实时地发送控制命令和分配数据。 （2）监控系统方面主要用来实时采集现场工况，把收集的信息看作系统的反馈信号，以它们为基础作出决策，控制被监控的过程。 （3）监测系统方面主要用来观察系统的运行情况，将所收到的信息登录备用，计算机将利用这些信息定期打印报告，供决策系统检索。,控制
16、系统的任务工作站层计算机,这层计算机主要是协调各种设备的操作。 它需要作出如下的决策： 零件的工艺路线； 物料的运送； 程序和命令的分配； 刀具的管理； 对异常事件的反应等。,控制系统的任务设备层计算机,该层计算机的任务是执行各种操作。系统中的主要设备是由CNC系统控制的，只要下达的程序和命令没有差错，所有设备都能按照指令完成规定的操作。这一级控制系统要完成的主要操作任务有： 接收程序和命令； 接受调度命令，运输物料； 各类工作站设备按程序执行操作； 为下一步操作准备刀夹具或更换已磨损的刀具； 传感器信息采样，部分采样信息作为CNC系统的反馈信息，其它送往上层计算机。,请在此键入您自己的内容,谢谢,
