先進(jìn)制造技術(shù)第五章

先進(jìn)制造技術(shù)第五章第一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二柔性制造技術(shù)（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是自動(dòng)化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)。主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)，對(duì)各種不同形狀的加工對(duì)象進(jìn)行有效地且適應(yīng)性地轉(zhuǎn)化為成品，是集數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)器人技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)。具有先進(jìn)性，柔性化、自動(dòng)化、效率高的制造技術(shù)。柔性——指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。柔性制造技術(shù)4.4.1FMS的定義與特征2第二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二由一個(gè)傳輸系統(tǒng)聯(lián)接起來(lái)的一些設(shè)備(通常是具有自動(dòng)換刀裝置的加工中心機(jī)床)組成，傳輸裝置把工件放在托盤(pán)或其他聯(lián)接裝置上送到各加工設(shè)備，加工設(shè)備和傳輸系統(tǒng)在中央計(jì)算機(jī)控制下，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動(dòng)化。FMS的定義◆美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局定義：

◆日本國(guó)際貿(mào)易與工業(yè)部定義：

◆北京機(jī)械工業(yè)自動(dòng)化研究所定義：4.4.1FMS的定義與特征由2臺(tái)或更多NC機(jī)床組成的系統(tǒng)，這些機(jī)床與自動(dòng)物料管理設(shè)備一一連接，在計(jì)算機(jī)或類似設(shè)備控制下完成自動(dòng)加工或處理操作，從而可加工多個(gè)不同形狀和尺寸的工件。將自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)從少品種大批量生產(chǎn)型轉(zhuǎn)向多品種生產(chǎn)型的柔性化系統(tǒng)。

3第三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術(shù)的主要應(yīng)用形式。4.4.1FMS的定義與特征4第四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.2柔性制造系統(tǒng)的組成圖4-4FMS的組成自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)工廠計(jì)算機(jī)中央計(jì)算機(jī)物流控制計(jì)算機(jī)運(yùn)輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網(wǎng)絡(luò)工夾具站5第五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二6第六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二高柔性高效率高度自動(dòng)化FMS的特征◆柔性制造系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和物料輸送系統(tǒng)，把若干臺(tái)設(shè)備聯(lián)系起來(lái)，形成沒(méi)有固定加工順序和節(jié)拍的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。它在加工完一批某種工件后，能在不停機(jī)調(diào)整的情況下，自動(dòng)地向另一種工件轉(zhuǎn)換。其主要特征是：4.4.1FMS的定義與特征設(shè)備柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、工序柔性、運(yùn)行柔性、批量柔性、擴(kuò)展柔性、生產(chǎn)柔性。

FMS正是將“柔性”和“自動(dòng)”兩者結(jié)合。7第七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二柔性制造系統(tǒng)組成柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)加工設(shè)備輔助設(shè)備檢測(cè)設(shè)備工件流刀具流過(guò)程控制過(guò)程調(diào)度過(guò)程監(jiān)視以任意順序自動(dòng)加工多種工件，自動(dòng)更換工件和刀具，增加功能后可實(shí)現(xiàn)工件自動(dòng)清洗與測(cè)量等滿足可變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)、輸送和交換的要求。增加功能后可實(shí)現(xiàn)刀具預(yù)調(diào)和管理等加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動(dòng)控制和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線資料自動(dòng)采集和處理，運(yùn)行仿真及故障診斷等8第八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.2柔性制造系統(tǒng)的分類◆柔性制造單元（FMC）

這是一種簡(jiǎn)單的柔性制造系統(tǒng)，通常由加工中心（MC）與自動(dòng)交換工件（托盤(pán)站和工件交換臺(tái)）的裝置所組成，同時(shí)數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動(dòng)檢測(cè)與工況自動(dòng)監(jiān)控等功能。圖4-31所示為一柔性制造單元的示意圖。圖4-31柔性制造單元

9第九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.2柔性制造系統(tǒng)的分類◆柔性制造系統(tǒng)（FMS）

較大的柔性制造系統(tǒng)有兩個(gè)以上柔性制造單元或多臺(tái)數(shù)控機(jī)床、加工中心組成，并用一個(gè)物料輸送系統(tǒng)將機(jī)床聯(lián)系起來(lái)。工件被裝在夾具和托盤(pán)上，自動(dòng)的按加工順序在機(jī)床間逐個(gè)輸送?！羧嵝陨a(chǎn)線（FTL）

在零件生產(chǎn)批量較大而品種較少的情況下，柔性制造系統(tǒng)的機(jī)床可以完全按照工件加工順序排列成生產(chǎn)線的形式，這種生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線的不同之處在于能同時(shí)或依次加工少量不同的零件。當(dāng)零件更換時(shí)，其生產(chǎn)節(jié)拍可作相應(yīng)的調(diào)整。各機(jī)床的主軸箱也可自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整。這種生產(chǎn)線稱為柔性生產(chǎn)線。10第十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二柔性制造系統(tǒng)的適用范圍0101001000少零件品種數(shù)多10000100010010大零件批量小數(shù)控機(jī)床通用機(jī)床柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造生產(chǎn)線專用機(jī)床自動(dòng)線生產(chǎn)率提高柔性增大4.4.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用11第十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用FMS特點(diǎn) 除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動(dòng)化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動(dòng)轉(zhuǎn)換 24小時(shí)運(yùn)行，只一班有人◆以GT為基礎(chǔ)——生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（20～30種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50～200件居多）大部分加工對(duì)象為相似零件（個(gè)別例外）◆具有較大柔性——可加工多種零件沒(méi)有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動(dòng)化——◆控制與管理相結(jié)合——可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計(jì)劃、調(diào)度12第十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二

FMS對(duì)機(jī)床的要求1工序集中2控制功能強(qiáng)、柔性好3具有通信接口4高剛度、高精度、高速度5其它要求a)使用經(jīng)濟(jì)性好b)操作性、可靠性、維修性好c)自保護(hù)性、自維護(hù)性好d)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好e)技術(shù)資料齊全，機(jī)床上的各種顯示、標(biāo)記等清楚，機(jī)床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。

4.4.4FMS的加工系統(tǒng)13第十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二FMS加工系統(tǒng)的配置FMS的加工對(duì)象1)棱柱體類（包括箱體形、平板形）2)回轉(zhuǎn)體類（長(zhǎng)軸形、盤(pán)套形）

對(duì)加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機(jī)床（數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù)控機(jī)床等）和托盤(pán)交換器等構(gòu)成；用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控組合機(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。當(dāng)所選定零件組的全部工序可以被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號(hào)機(jī)床，這些機(jī)床之間是可以相互代替的。1互替式（并聯(lián)）2互補(bǔ)式（串聯(lián)）3.混合式（并串聯(lián)）當(dāng)所選定零件組的全部工序不能被一種機(jī)床獨(dú)立完成時(shí)，F(xiàn)MS需要配置幾種不同型號(hào)的機(jī)床，各自完成特定的工作，這些機(jī)床之間是互相補(bǔ)充的，不能相互替代。4.4.4FMS的加工系統(tǒng)14第十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二機(jī)床配置形式與特征比較配置形式互替式互補(bǔ)式混合式簡(jiǎn)圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術(shù)利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強(qiáng)度比高低中說(shuō)明：這些配置主要取決于機(jī)床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設(shè)備的物理布局。

4.4.4FMS的加工系統(tǒng)15第十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備常見(jiàn)加工中心的分類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。按主軸在加工時(shí)的空間位置可分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬(wàn)能、五面體、復(fù)合）加工中心。鏜銑加工中心與普通數(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(kù)和自動(dòng)換刀裝置。加工中心（鏜銑加工中心）臥式加工中心4.4.4FMS的加工系統(tǒng)16第十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二加工中心刀庫(kù)加工中心的刀庫(kù)有鏈?zhǔn)?、盤(pán)式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型。

4.4.4FMS的加工系統(tǒng)17第十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二雙臂式機(jī)械手

從刀庫(kù)中挑選所需刀具的方法有：順序選擇法刀座編碼法刀具編碼法刀具刀座跟蹤記憶法

常用雙臂式機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手4.4.4FMS的加工系統(tǒng)18第十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二換料裝置

加工中心中最為常見(jiàn)的換料裝置是托盤(pán)交換器（AutomaticPal1etChanger——APC），它不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件輸送接口，也起物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤(pán)交換器按其運(yùn)動(dòng)方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種。

4.4.4FMS的加工系統(tǒng)19第十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二物流是FMS中物料流動(dòng)的總稱。在FMS中流動(dòng)的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。物流系統(tǒng)主要由輸送裝置、交換裝置、緩沖裝置和存儲(chǔ)裝置等組成。

FMS物流系統(tǒng)對(duì)輸送裝置的要求1)通用性2)變更性3)擴(kuò)展性4)靈活性5)可靠性

6)安全性

4.4.4FMS的物流系統(tǒng)20第二十頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二工件裝卸站托盤(pán)緩沖站自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)◆

存儲(chǔ)設(shè)備

4.4.4FMS的物流系統(tǒng)21第二十一頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二又稱立體倉(cāng)庫(kù)或自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)（AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS），由高層料架、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識(shí)別裝置等組成。具有自動(dòng)化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點(diǎn)。◆自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)（圖4-7）圖4-7自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)運(yùn)輸小車出入庫(kù)裝卸站堆垛機(jī)料架4.4.4FMS的物流系統(tǒng)22第二十二頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二◆

傳輸裝置滾式鏈?zhǔn)剑▊魉蛶в捎谌嵝圆睿壳拜^少使用）帶式有軌無(wú)軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）……傳送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人4.4.4FMS的物流系統(tǒng)23第二十三頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二輸送裝置（1）——輸送帶1輸送帶輸送帶分為動(dòng)力型和無(wú)動(dòng)力型；從結(jié)構(gòu)方式上有輥式、鏈?zhǔn)健街?；從空間位置和輸送物料的方式上又有臺(tái)式和懸掛式之分。

輥式鏈?zhǔn)綆?.4.4FMS的物流系統(tǒng)24第二十四頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二輸送裝置（2）——有軌小車2自動(dòng)小車1)有軌小車-----地面有軌小車和高架有軌小車所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。4.4.4FMS的物流系統(tǒng)25第二十五頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二輸送裝置（3）—無(wú)軌小車2)無(wú)軌小車－自動(dòng)導(dǎo)向小車（AGV－AutomaticGuidedVehicle）無(wú)軌小車是一種利用微機(jī)控制的，能按照一定的程序自動(dòng)沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。

4.4.4FMS的物流系統(tǒng)26第二十六頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二小車上有托盤(pán)交換臺(tái)3，工作臺(tái)1與托盤(pán)2由交換臺(tái)推上機(jī)床的工作臺(tái)進(jìn)行加工，加工好的工件連同托盤(pán)拉回到小車的交換臺(tái)上，送裝卸工位，由人工卸下并裝上新的待加工工件。小車的行車路線常用電纜或光電引導(dǎo)。4.4.4FMS的物流系統(tǒng)27第二十七頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)控制小車的舵輪。◎光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖4-9）信號(hào)孔感光元件光道光源反光帶圖4-9光學(xué)引導(dǎo)原理4.4.4FMS的物流系統(tǒng)28第二十八頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二◆

切屑處理系統(tǒng)斷屑加工部位封閉排屑機(jī)床、工夾具設(shè)計(jì)要便于排屑冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）4.4.4FMS的物流系統(tǒng)29第二十九頁(yè)，共三十二頁(yè)，編輯于2023年，星期二4.4.5FMS的控制與管理◆

工廠計(jì)算機(jī)：制