第六章柔性制造系統(tǒng)(FMS)技術1.ppt

1、FMS國際發(fā)展,AVG：有軌自動導引小車,數(shù)控加工設備+物料運儲裝置,計算機控制與管理系統(tǒng),自動化制造系統(tǒng),2臺以上,1套以上,美國國家標準局定義FMS：由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設備，傳輸裝置把工件放在其它聯(lián)結裝置上送到各加工設備，使工件加工準確、迅速、自動化。中央控制系統(tǒng)控制機床與傳輸系統(tǒng)。,典型的FMS一般由三個子系統(tǒng)組成。它們是加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的構成框圖及功能特征如圖1所示。 三個子系統(tǒng)構成了一個制造系統(tǒng)的能量流（通過制造工藝改變工件的形狀和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造過程的信息和數(shù)據(jù)處理）。,表 1 機床配置形式與特征比較,2.2

2、 FMS的加工系統(tǒng),2.2.1 加工系統(tǒng)的功能及要求 1)加工系統(tǒng)的作用 完成工件成型加工，主要加工兩類零件: 棱柱體零件，如箱形體、平板形 回轉體,2.2.2 加工系統(tǒng)中常用加工設備介紹,1）數(shù)控加工中心（MCMachining Center ） 加工中心是一種備有刀庫并能按預定程序自動更換刀具，對工件進行多工序加工的高效數(shù)控機床。它的最大特點是工序集中和自動化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質、高效加工。,常見加工中心按工藝用途可分為： 鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。,加工中心按主軸在加工時的空間

3、位置可分為： 立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復合）加工中心。,在實際應用中，以加工棱柱體類工件為主的鏜銑加工中心和以加工回轉體類工件為主的車削加工中心最為多見。 由于鏜銑加工中心（1958年由美國KM公司在數(shù)控銑床上加刀庫）最早出現(xiàn)，且名為加工中心（Machining Center），所以習慣上常把“鏜銑加工中心”稱為“加工中心”。我們不妨也沿用此習慣。,數(shù)控加工中心運動軸： 至少X，Y，Z三個平動軸 還有A，B，C三個轉動軸 五軸聯(lián)動機床： X，Y，Z加B軸，A（或C軸）,主刀頭,換刀機構和刀庫,立軸（Y）,工作臺,控制面板,工作臺底座,立式加工中心,Y,X,Z,A

4、,C,B,臥式加工中心,立臥加工中心,2）鏜銑加工中心 加工中心可完成鏜、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動換刀裝置，如圖2所示。 加工中心是復雜曲面加工的理想途徑。,3 )車削加工中心（TC-Turning Center）,分臥式和立式 回轉零件的復合加工 外圓車削、鏜孔、鉆孔、端面銑 加工外圓上的平面、徑向孔、槽，凸緣上的孔、槽、端面,視頻,2.2.3 FMS的刀具儲運系統(tǒng),1) FMS刀庫形式 中央刀庫 一條由10臺加工中心組成的FMS，大約需要30005000把刀具。若低于這個數(shù)目，生產(chǎn)線可能會由于等待刀具而造成停工. 加工中心刀庫 2

5、080把刀具.,FMS環(huán)境下刀具流的組成及運行過程,預調站：刀柄、刀具組裝，刀具測試、記錄并輸入計算機系統(tǒng)。,裝卸站：臨時存儲站,2) 加工中心的刀庫,轉塔式: 68把刀具,適用于輕便簡單機型,如車削中心，鉆削中心。 盤式： 32把刀，適應于中小型加工中心。 盤式和轉塔式刀庫的特點是構造簡單、適當選擇刀庫位置可省略換刀機械手，但刀庫容量有限。 鏈式： 30120把， 鏈式刀庫的特點是存刀量多、擴展性好，但結構復雜。,3) 自動換刀裝置,衡量加工中心刀庫的指標有：刀具存儲量、刀具（加刀柄和刀桿等）最大尺寸與重量、可擴展性等； 衡量自動換刀裝置的指標有：換刀重復定位精度、換刀時間等 。,常采用公用

6、換刀機械手有單臂式、雙臂式、回轉式和軌道式等。 由于雙臂式機械手換刀時，可在一只手臂從刀庫中取刀的同時，另一只手臂從機床主軸上拔下已用過的刀具，這樣既可縮短換刀時間又有利于使機械手保持平衡，所以被廣泛采用。 常用雙臂式機械手的手爪結構形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手，如圖4所示。此外，還有多機械手換刀方式，即刀庫中每把刀有一個機械手。,加工中心換刀時需從刀庫中選擇指定的刀具，主軸頭也必須回到換刀位置。從刀庫中挑選所需刀具的方法有： 順序選擇法：按加工順序。不能放錯，刀具不能重復利用。 （已少用） 刀座編碼法：不能放錯、刀具能重復利用應用普遍 刀具編碼法：刀柄上有識別碼，可任意放，可重復用（難定位

7、） 刀具刀座跟蹤記憶法。刀座、刀具同時識別（容易定位） 其中，刀具刀座跟蹤記憶法在加工設備內使用最為方便，刀具編碼法適合于FMS刀具的集中管理，所以在FMS中常將這兩種方法混合使用。,4) 加工中心刀位管理,5) 換刀時間,加工中心的換刀時間有兩種定量方法： 刀對刀換刀時間（主軸和刀庫刀座都回到換刀點后交換刀具所需的時間）。 加工對加工換刀時間（從上一把刀加工結束到刀具交換后下一把刀進入加工所需的時間）。 通常加工中心的技術參數(shù)中給出的換刀時間是刀對刀換刀時間（或稱凈換刀時間），目前最快為0.45s，一般為5s左右。,2.2.4 自動換料裝置,功能：完成加工設備間、加工設備與自動化倉庫間的工件

8、運輸與搬運。 工件更換方式：工件用夾具安裝在托盤上，托盤成為機床的工作臺，更換工件則連同托盤一起更換。,見書中P15圖2-10,1）托盤交換器,它完成或協(xié)助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用。,2)工業(yè)機器人,功能:搬運材料、零件、工具等 組成：由執(zhí)行機構、驅動機構（電氣、液壓、氣動）、控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)等 種類：固定式機器人、移動式機器人等,國際上有代表性的機器人公司有： 瑞典：ABB Robotics 日本：FRANUC，Yaskawa 德國：KUKA Roboter 美國：Adept Technology，AmercianRobot 意大利：COMAU 英國：AutoTech R

9、obotics 加拿大：Jcd International Robotics 以色列：Robogroup 中國：中科院沈陽自動化所新松機器人公司,掃描臂,延伸肘,擺動肩,計算機控制系統(tǒng),2.2.5 零件運儲系統(tǒng),1）功能： 對外的運輸。即運進毛坯，運出產(chǎn)品。 內部運輸。原料、半產(chǎn)品在FMS內部運輸。 2）FMS內部的運輸工具： 傳送帶已越來越少 自動運輸小車：有軌（地軌與高架）、無軌（有線/遙控導向、光電導向、激光導向）?，F(xiàn)多采用無軌小車。 搬運機器人：應用越來越廣,3）運輸形式 直線 環(huán)行 直線+支線 環(huán)形+支線 網(wǎng)絡,4）自動導向小車 自動導向小車組成（P19 圖2-16） 由可控小車+托

10、盤+托盤裝夾機構組成 自動導向小車特點 高柔性：通過改變導向程序，容易修改路線 實時監(jiān)視與擴展：提高計算機可控同頻率小車 安全可靠：速度低1070M/MIN，定位準確,5）自動導向小車類型 有軌：移動快，定位準，轉彎半徑大 線導：,感應線圈,掃描線圈,遙控小車 光導小車：熒光材料鋪出軌跡，光敏傳感器識別,2.2.6 自動化倉庫,自動化倉庫組成： 庫房 貨架 堆垛起重機 控制計算機 狀態(tài)檢測器,2.2.7 FMS 控制系統(tǒng),1）控制系統(tǒng)結構：遞階控制的方式,FMS分三層結構: 設備層 工作站層 單元層,2）功能模塊 控制與管理系統(tǒng)的設計與開發(fā)普遍采用功能結構模塊化方法。常見功能模塊（也稱功能子系統(tǒng)）見表1。當然這些功能模塊并非相互完全獨立，而是相對獨立相互關聯(lián)的。,重點,柔性制造系統(tǒng)的主要構成 加工中心的功能 在FMS系統(tǒng)中那些地方體現(xiàn)了制造的柔性 查閱資料，舉例說明FMS的組成、功能,FMS的組成部分 FMS機床配置有幾種形式，按柔性高低如何排列 加工中心與普通機床的主要區(qū)別是什么,2.1.2