現(xiàn)代制造技術(shù)-柔性制造技術(shù)

第6章柔性制造技術(shù)

柔性制造技術(shù)概述柔性制造技術(shù)的加工系統(tǒng)FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng)FMS刀具管理系統(tǒng)FMS的控制系統(tǒng)主要內(nèi)容：12/25/20231現(xiàn)代制造技術(shù)第1節(jié)柔性制造技術(shù)概述柔性制造技術(shù)〔FMT——FlexibleManufacturingTechnology〕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)，主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)。

1.柔性制造技術(shù)與柔性制造系統(tǒng)

柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕是數(shù)控機(jī)床或設(shè)備自動化的延伸，F(xiàn)MS的一般定義可以用以下三方面來概括；FMS是一個計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)系統(tǒng)；系統(tǒng)采用半獨(dú)立的NC機(jī)床；這些機(jī)床通過物料輸送系統(tǒng)聯(lián)成一體。其中，數(shù)控機(jī)床提供靈活的加工工藝，物料輸送系統(tǒng)將數(shù)控機(jī)床互相聯(lián)系起來，計(jì)算機(jī)那么不斷對設(shè)備的動作進(jìn)行監(jiān)控、檢測，同時提供控制指令并進(jìn)行工程記錄，還可通過仿真來預(yù)示系統(tǒng)各部件的行為。柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術(shù)的主要應(yīng)用形式。12/25/20232現(xiàn)代制造技術(shù)

2.柔性制造系統(tǒng)的分類(1)柔性制造單元(FMC——FlexibleManufacturingCell〕由單臺計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控機(jī)床或加工中心、環(huán)形托盤輸送裝置或工業(yè)機(jī)器人組成。FMC比MC功能全，比FMS規(guī)模小可靠，便于連成功能可擴(kuò)展的FMS。(2)柔性制造系統(tǒng)〔FMS〕它由兩臺或兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心或柔性制造單元所組成,配有工件自動上下料裝置〔如托盤交換裝置、機(jī)器人〕、自動輸送裝置、自動化倉庫等,由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行加工控制、方案調(diào)度安排及工況監(jiān)測。

12/25/20233現(xiàn)代制造技術(shù)(3)柔性制造生產(chǎn)線(FML--FlexibleManufacturingLine)是在已有的傳統(tǒng)組合機(jī)床及其自動線根底上開展起來的，用計(jì)算機(jī)控制管理，保存了組合機(jī)床模塊結(jié)構(gòu)和高效特點(diǎn)，又參加了數(shù)控技術(shù)的有限柔性。它將FMS中的各機(jī)床按工藝過程布局,構(gòu)成既具有生產(chǎn)節(jié)拍,又具有可變性的加工生產(chǎn)線,是剛性自動線與柔性制造系統(tǒng)的一種結(jié)合。12/25/20234現(xiàn)代制造技術(shù)

(4)柔性制造工廠(FMF)又可稱為工廠自動化(FA)。它是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)地聯(lián)系，采用從訂貨、設(shè)計(jì)、加工、裝配、檢驗(yàn)、運(yùn)送至發(fā)貨的完整FMS。它也包括了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)，并使計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)投入實(shí)際使用，實(shí)現(xiàn)全廠范圍的生產(chǎn)管理、產(chǎn)品加工及物料儲運(yùn)過程的全盤自動化。FMF是自動化的最高水平，反映出世界上最先進(jìn)的自動化應(yīng)用技術(shù)。它是將制造、產(chǎn)品開發(fā)及經(jīng)營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質(zhì)流的智能制造系統(tǒng)(IMS)為代表，其特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)柔性化及自動化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工廠柔性化及自動化。

12/25/20235現(xiàn)代制造技術(shù)3.柔性制造系統(tǒng)的組成柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)運(yùn)儲系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)加工設(shè)備輔助設(shè)備檢測設(shè)備工件流刀具流過程控制過程調(diào)度過程監(jiān)視含兩臺以上數(shù)控機(jī)床、加工中心或柔性制造單元及其他加工設(shè)備，如測量機(jī)、清洗機(jī)、動平衡機(jī)等，用以自動完成多種工序加工

含傳送帶、小車、機(jī)器人、立體倉庫、刀庫、托盤、交換工作臺等機(jī)構(gòu)，能對刀具、工件和原材料等進(jìn)行自動裝卸和運(yùn)儲

實(shí)現(xiàn)加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動控制和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線資料自動采集和處理，運(yùn)行仿真及故障診斷等軟件系統(tǒng)方案調(diào)度軟件設(shè)計(jì)規(guī)劃軟件過程分析軟件管理監(jiān)控軟件用以確保FMS有效地適應(yīng)中、小批量多品種生產(chǎn)過程的管理、控制及優(yōu)化工作

12/25/20236現(xiàn)代制造技術(shù)◆

柔性制造系統(tǒng)的組成示意圖

FMS的組成自動倉庫工廠計(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12/25/20237現(xiàn)代制造技術(shù)◆以GT(成組技術(shù)〕為根底

4.柔性制造系統(tǒng)特點(diǎn)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）大部分加工對象為相似零件（個別例外）◆具有較大柔性可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機(jī)床出現(xiàn)故障，其它機(jī)床可進(jìn)行擬補(bǔ)）◆高度自動化

除毛坯準(zhǔn)備與毛坯安裝外全部自動化 可在不停機(jī)的條件下實(shí)現(xiàn)加工工件的自動轉(zhuǎn)換 24小時運(yùn)行，只一班有人◆控制與管理相結(jié)合——可自動實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的方案、調(diào)度12/25/20238現(xiàn)代制造技術(shù)5.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)床自動線生產(chǎn)率提高柔性增大12/25/20239現(xiàn)代制造技術(shù)1.加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備常用加工設(shè)備主要類型如下: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〔也稱萬能、五面體、復(fù)合〕加工中心。第2節(jié)柔性制造技術(shù)的加工系統(tǒng)

FMS是一個計(jì)算機(jī)化的自動制造系統(tǒng)，能以最少的人工干預(yù)加工任一范圍零件族的零件。因此，F(xiàn)MS的加工系統(tǒng)主要由數(shù)控機(jī)床、加工中心等加工設(shè)備(有的還帶有工件清洗、在線檢測等輔助設(shè)備)構(gòu)成，系統(tǒng)中的加工設(shè)備在工件、刀具和控制三個方面都具有可與其他子系統(tǒng)相連接的標(biāo)準(zhǔn)接口。12/25/202310現(xiàn)代制造技術(shù)如下圖加工中心是典型的適應(yīng)FMS需要的加工中心機(jī)床。它由主軸頭1、換刀機(jī)構(gòu)和刀庫2、立柱3、立柱底座4、回轉(zhuǎn)工作臺5、工作臺底座6等局部組成，具有自動換刀、刀具半徑和長度自動補(bǔ)償?shù)裙δ堋ＥP式加工中心1—主軸頭；2—刀庫；3—立柱；4—立柱底座；5—工作臺；6—工作臺底座12/25/202311現(xiàn)代制造技術(shù)以下圖為一臺車削加工中心，在機(jī)床的右端有一個小刀庫1；上端有換刀機(jī)械手3，用于回轉(zhuǎn)刀架2與刀庫刀具的交換；機(jī)床左端配備一個上、下工件的機(jī)械手4，工件存放在機(jī)床左前方的存儲站5內(nèi)。12/25/202312現(xiàn)代制造技術(shù)在FMS加工系統(tǒng)中還有一類加工中心，它們配有一個儲存工件的托盤站和自開工件交換臺，如圖示。當(dāng)加工中心1加工完一個工件后，托盤交換裝置5便將加工完的工件連同托盤2一起拖至環(huán)形工件臺4的空閑位置，然后按指令將下一個待加工的工件(托盤)轉(zhuǎn)到交換裝置上，由托盤交換裝置將它送到機(jī)床上進(jìn)行定位夾緊和加工。柔性制造單元1—加工中心機(jī)床；2—托盤；3—托盤座；4—環(huán)形工作臺；5—托盤交換裝置12/25/202313現(xiàn)代制造技術(shù)2.FMS加工系統(tǒng)的機(jī)床配置〔1〕FMS的加工對象及所配機(jī)床類型1)棱柱體類〔包括箱體形、平板形〕2)回轉(zhuǎn)體類〔長軸形、盤套形〕對加工系統(tǒng)而言,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)床和托盤交換器等構(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。

加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式以及所配置的機(jī)床的數(shù)量、規(guī)格、類型取決于工件的形狀、尺寸和精度要求，同時也取決于生產(chǎn)的批量及加工自動化程度。

12/25/202314現(xiàn)代制造技術(shù)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，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號機(jī)床，這些機(jī)床之間是可以相互代替的?！?〕機(jī)床配置形式: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,FMS需要配置幾種不同型號的機(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。12/25/202315現(xiàn)代制造技術(shù)◆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)度比高低中說明:配置形式取決于機(jī)床功能、FMS的物料流和信息流，而非取決于設(shè)備的物理布局。12/25/202316現(xiàn)代制造技術(shù)3.FMS加工系統(tǒng)的輔具及自動上、下料裝置〔1〕機(jī)床夾具由于FMS所加工的零件類型多，其夾具的結(jié)構(gòu)種類也多種多樣。一臺好的夾具應(yīng)能實(shí)現(xiàn)一次裝夾便可完成所有部位的加工，減少裝夾定位次數(shù)，防止不必要的累積誤差.目前，用于FMS的夾具有兩個開展趨勢，其一是大量使用組合夾具，可針對不同的效勞對象快速拼裝出所需要的夾具，使夾具的重復(fù)利用率提高；其二是開發(fā)柔性夾具，使一臺夾具能為多個對象效勞.圖示為德國斯圖加特大學(xué)機(jī)床研究所利用雙向旋轉(zhuǎn)原理所研制的柔性夾具。1—液壓缸；2—夾緊元件3—支撐元件；4—定位元件12/25/202317現(xiàn)代制造技術(shù)〔2〕托盤

在FMS中，工件一般安裝在夾具上，而夾具又被安裝在托盤上,因而托盤是工件和夾具的承載體。當(dāng)工件在機(jī)床上加工時,托盤成為機(jī)床工作臺并支撐工件；運(yùn)輸時,托盤又承載著工件和夾具在機(jī)床之間進(jìn)行傳送。從某種意義上說,托盤是一種工件和機(jī)床之間的硬件接口。因此,在同一個FMS之間的所有機(jī)床,不管各自的形式如何,都必須采用這種統(tǒng)一的接口,使各臺機(jī)床連接成為一個整體系統(tǒng),這就要求系統(tǒng)中的所有托盤采用同一種結(jié)構(gòu)形式。

托盤結(jié)構(gòu)有箱式、板式等。托盤的上外表有便于工件安裝的T型槽、矩陣螺孔，下外表有供在機(jī)床工作臺上定位的基面和輸送基面，其在機(jī)床工作臺上定位通常是采用錐面定位。12/25/202318現(xiàn)代制造技術(shù)〔3〕自動上、下料裝置自動上、下料裝置是指機(jī)床與托盤站之間工件／托盤的裝卸裝備，加工中心中最常見的自動上、下料裝置是托盤交換器〔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，還可作為工件的暫時儲存器，當(dāng)系統(tǒng)阻塞時起到物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運(yùn)動方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種。12/25/202319現(xiàn)代制造技術(shù)以下圖是多托盤的往復(fù)式托盤交換器。它由托盤庫和托盤交換器組成，托盤庫可以存放五個托盤。當(dāng)機(jī)床加工完后，工作臺橫向移動到卸料位置，將加工好的工件及其托盤移至托盤庫的空位上；然后工作臺橫移至裝料位置，托盤交換器再將待加工的工件移至工作臺上。由于設(shè)置了托盤交換器，工件的裝卸時間得到了大幅度的縮減。12/25/202320現(xiàn)代制造技術(shù)4.加工系統(tǒng)的監(jiān)控

通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、與系統(tǒng)外的協(xié)調(diào)、NC控制、PLC控制、誤動作、加工時間、生產(chǎn)業(yè)績、故障診斷、故障預(yù)警、故障檔案、過程決策與處理等機(jī)床

主軸轉(zhuǎn)動、主軸負(fù)載、進(jìn)給驅(qū)動、切削力、振動、噪聲、切削熱等夾具安裝、精度、夾緊力等

刀具識別、交換、損傷、磨損、壽命、補(bǔ)償?shù)裙ぜR別、交換、裝夾等

其它切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災(zāi)等形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等監(jiān)控功能

設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

切削加工狀態(tài)

產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)12/25/202321現(xiàn)代制造技術(shù)第3節(jié)FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng)

物流是FMS中物料流動的總稱。在FMS中流動的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。

物料運(yùn)儲系統(tǒng)又稱物流系統(tǒng),主要完成兩種工作：一是將零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬進(jìn)系統(tǒng)并將加工好的成品及工具換下來從系統(tǒng)中搬運(yùn)走；二是零件、工具和配套件等在系統(tǒng)內(nèi)部的搬運(yùn)和存儲。在一般情況下前者需要人工干預(yù)，而后者可以在計(jì)算機(jī)的統(tǒng)一管理和控制下自動完成。合理地選擇FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng)，可以大大減少物料的運(yùn)送時間，提高整個制造系統(tǒng)的柔性和效率。12/25/202322現(xiàn)代制造技術(shù)1.FMS的物料運(yùn)儲系統(tǒng)的組成主要由:運(yùn)輸裝置儲存裝置等組成。12/25/202323現(xiàn)代制造技術(shù)(1)運(yùn)輸裝置

運(yùn)輸裝置分類如下:輥式鏈?zhǔn)剑ㄝ斔蛶в捎谌嵝圆?，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機(jī)路線電磁式光電式……輸送帶運(yùn)輸小車機(jī)器人固定式機(jī)器人行走式機(jī)器人12/25/202324現(xiàn)代制造技術(shù)1)輸送帶用于工件或工件托盤的輸送，輸送帶分為動力型和無動力型；從結(jié)構(gòu)方式上分有輥式、鏈?zhǔn)健街郑粡目臻g位置和輸送物料的方式上分又有臺式和懸掛式之分。輥式鏈?zhǔn)綆?2/25/202325現(xiàn)代制造技術(shù)2)自動運(yùn)輸小車有軌小車----所謂有軌是指有地面或空間的機(jī)械式導(dǎo)向軌道。分地面有軌小車和高架有軌小車。也可有自驅(qū)和它驅(qū)兩種形式。自驅(qū)由交直流伺服電機(jī)驅(qū)動，它驅(qū)由外部鏈索牽引。有軌小車特點(diǎn)是加速移動比較快，適合運(yùn)送重型工件，行走平穩(wěn)，停車位置比較準(zhǔn)確，控制系統(tǒng)較簡單，可靠性好，本錢低，行走路線不能變更，噪聲大；12/25/202326現(xiàn)代制造技術(shù)無軌小車—-自動導(dǎo)向小車(AGV--AutomaticGuidedVehicle)無軌小車是一種利用微機(jī)控制的,能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛,并具有停車選擇裝置、平安保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。自動導(dǎo)向小車無人駕駛，以蓄電瓶驅(qū)動物料搬運(yùn)設(shè)備，其行駛路線和?？课恢檬强删幊痰摹Ｓ蛇\(yùn)輸小車、地下電纜、控制器組成。行走路線分直線、分支、環(huán)路或網(wǎng)狀。小車上設(shè)有托盤交換裝置和平安防護(hù)裝置.12/25/202327現(xiàn)代制造技術(shù)3)搬運(yùn)機(jī)器人搬運(yùn)機(jī)器人是FMS中非常重要的一種設(shè)備，由于它具有較高的柔性和較強(qiáng)的控制水平，因而已成為FMS中不可缺少的局部。除了上述三種常用的物料運(yùn)載裝置之外，在FMS中往往還采用如支架式起重機(jī)、物料叉車等物料運(yùn)送工具。自動化物料儲運(yùn)設(shè)備的選擇與生產(chǎn)系統(tǒng)的布局和運(yùn)行直接相關(guān)，要與生產(chǎn)流程和生產(chǎn)設(shè)備類型相適應(yīng)，它對生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率、復(fù)雜程度、資金占用和經(jīng)濟(jì)效果都有較大的影響。12/25/202328現(xiàn)代制造技術(shù)〔2〕物料存儲設(shè)備1〕工件裝卸站工件裝卸站設(shè)在FMS的入口處，用于完成工件的裝卸工作。由于裝卸操作比較復(fù)雜，通常由人工完成對毛坯和待加工零件的裝卸。為了方便工件的傳送以及在各臺機(jī)床上進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和夾緊，通常先將工件夾緊在專用的夾具中，然后再將夾具夾持在托盤上，這樣，完成裝夾的工件將與夾具和托盤組合成為一個整體在系統(tǒng)中進(jìn)行傳送。2〕托盤緩沖站托盤緩沖站是一種待加工零件的中間存儲站，也稱為托盤站。由于FMS不可能像單一的流水線/自動線那樣到達(dá)各機(jī)床工作站的節(jié)拍完全相等，因而防止不了會產(chǎn)生加工工作站前的排隊(duì)現(xiàn)象，托盤緩沖站正是為此目的而設(shè)置的，起著緩沖物料的作用。托盤緩沖站一般設(shè)置在加工機(jī)床的附近，可存儲假設(shè)干只工件/托盤組合體。假設(shè)機(jī)床發(fā)出已準(zhǔn)備好接受工件的信號時，通過托盤交換器便可將工件從托盤緩沖站送到機(jī)床上進(jìn)行加工。12/25/202329現(xiàn)代制造技術(shù)3〕自動倉庫又稱立體倉庫或自動化倉庫系統(tǒng)〔AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS〕,由高層料架、堆垛機(jī)、控制計(jì)算機(jī)和物料識別裝置等組成。具有自動化程度高、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)。自動倉庫運(yùn)輸小車出入庫裝卸站堆垛機(jī)料架12/25/202330現(xiàn)代制造技術(shù)2.物料運(yùn)儲系統(tǒng)的根本回路在FMS物料運(yùn)儲系統(tǒng)中，物料運(yùn)送線路的布局往往是一個比較復(fù)雜的問題，其主要原因?yàn)椋孩龠\(yùn)輸路線較長，柔性很大的機(jī)器人無法使用；②運(yùn)送物料的種類多，除了工件之外，至少還需考慮刀具運(yùn)輸問題。由于多種物料同時運(yùn)輸，因而影響運(yùn)輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和管理方法，③連接點(diǎn)的性質(zhì)不一，除通常的加工工作站作為連接點(diǎn)之外，往往還需要連接自動化倉庫、裝卸站、托盤緩沖站以及各種輔助處理工作站。由于連接點(diǎn)的工作性質(zhì)不同，使輸送路線、位置以及交換設(shè)備各不相同。盡管如此，但經(jīng)分析可知，它們必定是由通過連接點(diǎn)、分支點(diǎn)和匯總點(diǎn)的一些根本回路組成的。12/25/202331現(xiàn)代制造技術(shù)FMS中物料運(yùn)儲系統(tǒng)的根本回路可分為以下五種形式：12/25/202332現(xiàn)代制造技術(shù)用根本回路設(shè)計(jì)的物流系統(tǒng),可使系統(tǒng)的線路規(guī)格化,有利于系統(tǒng)的擴(kuò)展。實(shí)際應(yīng)用中的FMS運(yùn)儲系統(tǒng)常常采用以下幾種根本回路的組合形式:12/25/202333現(xiàn)代制造技術(shù)12/25/202334現(xiàn)代制造技術(shù)3.自動導(dǎo)向小車(AGV)簡介(AutomaticGuidedVehicle)是一種由計(jì)算機(jī)控制的，按照一定程序或軌道自動完成運(yùn)輸任務(wù)的運(yùn)輸工具。AGV是當(dāng)前FMS中的主要運(yùn)輸設(shè)備和裝置，它具有運(yùn)行速度快、運(yùn)載能力強(qiáng)、定位精度高、平安可靠、維修方便等優(yōu)點(diǎn)。如下圖，AGV的主體是無人駕駛小車，小車的上部為一平臺，平臺上裝備有托盤交換裝置，托盤上夾持著夾具和工件，小車的開停、行走和導(dǎo)向均由計(jì)算機(jī)控制，小車的兩端裝有自動剎車緩沖器，以防意外。12/25/202335現(xiàn)代制造技術(shù)〔1〕AGV的系統(tǒng)組成AGV系統(tǒng)主要有運(yùn)輸小車、地板設(shè)備及系統(tǒng)控制器等三局部組成。1)較高的柔性2)實(shí)時監(jiān)視和擴(kuò)展3)平安可靠4)維護(hù)方便5)制造本錢高，技術(shù)難度較大?！?〕AGV的特點(diǎn)12/25/202336現(xiàn)代制造技術(shù)〔3〕AGV的分類按導(dǎo)向方法的不同可將AGV分為以下幾種類型：1)有軌小車有軌小車是通過鋪設(shè)的鐵軌進(jìn)行運(yùn)動的，它可以很方便地在同一軌道上來回移動。有軌小車的移動速度和加速過程都比較快，負(fù)載能力比其他所有AGV小車都大，短距離移動時它的機(jī)動性能比較好，停靠準(zhǔn)確，易于與傳統(tǒng)設(shè)備結(jié)合。其缺乏之處是，一旦導(dǎo)軌鋪設(shè)好后就不便改動，此外轉(zhuǎn)彎的角度亦不能太小。

12/25/202337現(xiàn)代制造技術(shù)2)線導(dǎo)小車線導(dǎo)小車是利用電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理進(jìn)行導(dǎo)向的。如圖示，除了驅(qū)動系統(tǒng)外，小車前部裝有一對掃描線圈。當(dāng)埋入地溝內(nèi)的導(dǎo)線通以低頻交變電流時，在導(dǎo)線周圍便形成一個環(huán)形磁場。當(dāng)導(dǎo)線從小車前部兩個掃描線圈中間通過時，兩個掃描線圈中的感應(yīng)電勢相等，當(dāng)小車偏離軌道時，掃描線圈就會產(chǎn)生感應(yīng)電勢差，其電勢差經(jīng)放大后反響給轉(zhuǎn)向制導(dǎo)電動機(jī)，使AGV朝向減少誤差的方向偏轉(zhuǎn)，直至電勢差消除為止，從而保證小車始終沿著導(dǎo)線方向運(yùn)行。12/25/202338現(xiàn)代制造技術(shù)3)光導(dǎo)小車光導(dǎo)小車是采用光電制導(dǎo)原理進(jìn)行導(dǎo)向的。通常采用一種帶有熒光材料的油漆或色帶在地板上繪制出運(yùn)輸路線圖，小車上安裝有光源及光敏元件，小車運(yùn)行時，由車上的光源發(fā)出的光束照射在地板上，小車內(nèi)的光敏元件接受反射光，通過光電信號的轉(zhuǎn)換產(chǎn)生路線識別信號，從而控制小車沿著繪制的路線運(yùn)行。這種制導(dǎo)方式的優(yōu)點(diǎn)是改變路線非常容易，但對環(huán)境的要求比較嚴(yán)格，因此只適用于實(shí)驗(yàn)室等環(huán)境非常潔凈的場合。

12/25/202339現(xiàn)代制造技術(shù)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,其發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的舵輪?！蚬鈱W(xué)引導(dǎo)方式原理〔光導(dǎo)小車〕信號孔感光元件光道光源反光帶

光學(xué)引導(dǎo)原理12/25/202340現(xiàn)代制造技術(shù)4)遙控制導(dǎo)小車這種小車沒有傳送信息的電纜，而是使用無線電或激光發(fā)送和接收設(shè)備來傳送控制命令和信息。這種小車的活動范圍和路線根本不受限制，具有柔性高、擴(kuò)展性好、對環(huán)境要求不高等優(yōu)點(diǎn)。但其控制系統(tǒng)和操縱系統(tǒng)較為復(fù)雜，目前還處于實(shí)驗(yàn)研究階段。相信隨著激光制導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)一步開展，這種遙控制導(dǎo)小車可望不久將會投入實(shí)際應(yīng)用。12/25/202341現(xiàn)代制造技術(shù)

4.自動化倉庫

自動化倉庫在FMS中占有非常重要的地位,以它為中心組成了一個毛坯、半成品、配套件或成品的自動存儲／檢索系統(tǒng)。在管理信息系統(tǒng)的支持下,自動化倉庫與加工系統(tǒng)、運(yùn)載設(shè)備等一道成為FMS的重要支柱。

自動化倉庫一般由貨架、堆垛機(jī)以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)三局部組成?！?/p>

貨架貨架是倉庫的主體結(jié)構(gòu)，是存放物料的場所。FMS的自動化倉庫屬于專用性車間級倉庫，也即針對既定的產(chǎn)品類型存放毛坯、原材料、半成品、成品以及各種工藝裝備。

自動化倉庫內(nèi)物料按品類和細(xì)目分別存放在貨架的一個個儲存籠內(nèi)，每個儲存籠均有固定的地址編碼，每種物料也都編有物料碼，這些代碼按一一對應(yīng)的關(guān)系存儲在計(jì)算機(jī)內(nèi)，這樣可方便地根據(jù)儲存籠的地址查找所存放的物料代碼，也可根據(jù)物料代碼反過來找到它的存儲地址。12/25/202342現(xiàn)代制造技術(shù)圖示為FMS中常見的物料存儲裝置

〔a〕立體倉庫〔b〕水平回轉(zhuǎn)型自動料架〔c〕垂直回轉(zhuǎn)型自動料架〔d〕緩沖料架12/25/202343現(xiàn)代制造技術(shù)★

堆垛機(jī)

一般由升降工作臺、移動電動機(jī)、支柱、上下導(dǎo)軌以及位置傳感器構(gòu)成。移動電動機(jī)能夠驅(qū)動堆垛機(jī)沿巷道進(jìn)行前后移動,一旦堆垛機(jī)找到需要的貨位,就可以將物料或貨箱自動推入貨架的儲存籠內(nèi),或?qū)⒇浵浜臀锪蠌呢浖艿膬Υ婊\中拉出。12/25/202344現(xiàn)代制造技術(shù)

自動化倉庫的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)主要擔(dān)負(fù)以下的三項(xiàng)任務(wù)：識別和登錄物料信息、物料的自動存取控制、倉庫管理。

(1)識別和登錄物料信息FMS中物料的活動與物料的信息在整個物料處理過程中是同步的，就是說物料從準(zhǔn)備入庫到物料完成加工，物料本身的信息與其代碼、存放地址和工藝流程等信息結(jié)合在一起，隨著物料的流動始終由計(jì)算機(jī)進(jìn)行跟蹤，并不斷更新物料的有關(guān)信息，以記錄它的當(dāng)前狀況。這種物料信息網(wǎng)要求自動倉庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在物料入庫時，就必須對物料進(jìn)行識別和登錄，這種識別和登錄是FMS中物料流和信息流結(jié)合的開始。FMS中物料的識別通常通過條形碼來實(shí)現(xiàn)。

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計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)12/25/202345現(xiàn)代制造技術(shù)(2)物料的自動存取控制自動化倉庫的入庫、搬運(yùn)和出庫等工作都是由倉庫計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行控制的。物料入庫時，由于管理員已將物料存放的地址通過條形碼輸入到計(jì)算機(jī)，因而計(jì)算機(jī)便可方便地控制堆垛機(jī)進(jìn)行移動，自動檢索待存放物料的存儲地址，一旦到達(dá)指定地址后，堆垛機(jī)便停止移動，并將工件推入存儲籠內(nèi)。當(dāng)物料要出庫時，由管理員輸入待取的物料代碼，由計(jì)算機(jī)查找出物料的存放地址，再驅(qū)動堆垛機(jī)進(jìn)行移動檢索，到指定地址的存儲籠內(nèi)取出所需物料，并送出倉庫。(3)倉庫管理計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)可對全倉庫進(jìn)行物資、賬目、貨位以及其他物料信息的管理，定期或不定期地打印各種報表。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，還可以通過總控制臺的操作按鈕進(jìn)行“動態(tài)改賬和信息修正〞，并判斷出發(fā)生故障的巷道，及時對發(fā)生故障的巷道進(jìn)行封閉，以待管理人員從事修復(fù)工作。12/25/202346現(xiàn)代制造技術(shù)大型立體倉庫的功能框圖如下圖。12/25/202347現(xiàn)代制造技術(shù)12/25/202348現(xiàn)代制造技術(shù)第4節(jié)FMS刀具管理系統(tǒng)

1.FMS的刀具管理系統(tǒng)的組成及其作業(yè)過程

典型FMS的刀具管理系統(tǒng)如下圖,通常由刀庫系統(tǒng)、刀具預(yù)調(diào)站、刀具交換裝置以及管理控制刀具流的計(jì)算機(jī)組成。12/25/202349現(xiàn)代制造技術(shù)FMS的刀庫系統(tǒng)包括機(jī)床刀庫和中央刀庫兩個獨(dú)立局部，機(jī)床刀具庫存放加工單元當(dāng)前所需要的刀具，其刀具容量有限，一般存放40--120把刀具；而中央刀具庫的容量很大，有些FMS的中央刀具庫可容納數(shù)千把各種刀具，可供各個加工單元共享。刀具預(yù)調(diào)站一般設(shè)置在FMS之外，用于對加工中所使用的刀具按規(guī)定要求進(jìn)行預(yù)先調(diào)整。刀具裝卸站是刀具進(jìn)出FMS的門戶，其結(jié)構(gòu)多為框架式，是一種專用的刀具排架。刀具交換裝置是一種在刀具裝卸站、中央刀具庫和機(jī)床刀具庫之間進(jìn)行刀具傳遞和搬運(yùn)的工具。12/25/202350現(xiàn)代制造技術(shù)FMS的刀具管理系統(tǒng)的作業(yè)過程可大致描述如下：刃磨好的專用刀具或買來的標(biāo)準(zhǔn)刀具在進(jìn)入FMS之前，首先由人工將刀具與標(biāo)準(zhǔn)刀柄刀套進(jìn)行組裝，然后在刀具預(yù)調(diào)站由人工通過對刀儀對刀具進(jìn)行預(yù)調(diào)，測量有關(guān)參數(shù)，再將刀具的幾何參數(shù)、刀具代碼以及其他有關(guān)信息輸入到刀具管理計(jì)算機(jī)。預(yù)調(diào)好的刀具，一般是由人工搬運(yùn)到刀具裝卸站，準(zhǔn)備進(jìn)入系統(tǒng)。根據(jù)刀具管理計(jì)算機(jī)的指令，刀具交換裝置將刀具從刀具裝卸站搬移到中央刀具庫，以供加工時調(diào)用，同時再根據(jù)生產(chǎn)方案和工藝規(guī)程的要求，從中央刀具庫將各加工單元需求的刀具取出，送至各加工單元的刀具庫。工件加工完成后，如發(fā)現(xiàn)某些刀具暫時不再使用，根據(jù)刀具管理計(jì)算機(jī)的指令，刀具交換裝置將這些已使用過的刀具從各個加工單元刀具庫中取出，送回中央刀具庫，如發(fā)現(xiàn)有一些刀具需要重磨、重新調(diào)整以及斷裂報廢的，刀具交換裝置可直接將它們送至刀具裝卸站進(jìn)行更換和重磨，否那么就存儲在中央刀具庫，供下次某個加工單元需要時調(diào)用。送至刀具裝卸站的刀具，一般都是需要重磨、重調(diào)或報廢的刀具。12/25/202351現(xiàn)代制造技術(shù)2.刀具的交換

FMS的刀具交換包含三個方面的內(nèi)容：①加工機(jī)床刀具庫與工作主軸之間的刀具交換②刀具裝卸站、中央刀庫以及各加工機(jī)床刀庫之間的刀具交換③運(yùn)載工具(如AGV)的刀架與機(jī)床刀庫之間的刀具交換。

(1)自動換刀裝置FMS中的所有加工中心都備有自動換刀裝置(ATC)，用于將機(jī)床刀庫中的刀具更換到機(jī)床主軸上，并取出使用過的刀具放回到機(jī)床刀庫。機(jī)械手是常見的自動換刀裝置，它具有靈活性大、換刀時間短的特點(diǎn)。12/25/202352現(xiàn)代制造技術(shù)

◆

換刀機(jī)械手結(jié)構(gòu)示意

從刀庫中挑選所需刀具常用的方法有：順序選擇法刀具編碼法刀座編碼法

換刀常用雙臂式機(jī)械手,其手爪結(jié)構(gòu)形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手12/25/202353現(xiàn)代制造技術(shù)◆加工中心刀庫加工中心的刀庫有鏈?zhǔn)?、盤式和轉(zhuǎn)塔式等根本類型。12/25/202354現(xiàn)代制造技術(shù)(2)刀具輸送裝置

在FMS的刀具裝卸站、中央刀庫以及各加工機(jī)床之間進(jìn)行遠(yuǎn)距離的刀具交換，必須有刀具運(yùn)載工具的支持。刀具運(yùn)載工具如同工件的運(yùn)載工具一樣也有許多種類，常見的有換刀機(jī)器人和刀具輸送小車(AGV)。假設(shè)按運(yùn)行軌道的不同，刀具運(yùn)載工具也可分為有軌和無軌兩種。無軌刀具運(yùn)載工具價格昂貴，而有軌的價格相對較低，且工作可靠性高，因此在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中多采用有軌的換刀裝置。有軌刀具運(yùn)載工具又可分為地面軌道和高架軌道兩種。高架軌道的空間利用率高，結(jié)構(gòu)緊湊，但技術(shù)難度較地軌式結(jié)構(gòu)要大一些。高架軌道一般采用雙列直線式導(dǎo)軌，平行于加工中心和中央刀庫布局，這樣便于換刀機(jī)器人在加工中心和中央刀庫之間進(jìn)行移動。為了能使換刀機(jī)器人方便地到達(dá)中央刀庫的每一個角落，高架導(dǎo)軌一般都比較長。12/25/202355現(xiàn)代制造技術(shù)以下圖示為高架導(dǎo)軌的刀具交換裝置，其核心局部為換刀機(jī)器人，它由縱向行走的橫梁、橫向移動的滑臺、垂直升降體、手臂旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和手爪五局部組成.1——縱向?qū)к墸?——橫梁；3——滑臺；4——換刀機(jī)器人12/25/202356現(xiàn)代制造技術(shù)刀具的輸送路線主要有直線型和環(huán)型兩種形式，如下圖。為了防止與工件的輸送路線發(fā)生干預(yù)，要求刀具運(yùn)輸路線與工件運(yùn)輸路線分開。(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(tǒng)(b)環(huán)形刀具自動輸送線12/25/202357現(xiàn)代制造技術(shù)(3)裝載刀架與機(jī)床之間的刀具交換

將刀具由AGV裝載刀架自動裝入機(jī)床刀庫的方法通常有以下幾種形式；

1)利用機(jī)床主軸作為過渡裝置,解決把刀具由AGV裝載刀架自動裝入機(jī)床刀庫的問題。

2)采用專門的刀具取放裝置。

3)在AGV上附設(shè)一小機(jī)器人,當(dāng)AGV到達(dá)一個目標(biāo)時,由附設(shè)的機(jī)器人進(jìn)行刀具交換操作。如圖示

4)將機(jī)床刀庫作為交換對象進(jìn)行刀具交換。1—AGV；2—裝載刀具；3—機(jī)器人；4—機(jī)床刀庫

12/25/202358現(xiàn)代制造技術(shù)3.刀具監(jiān)控和信息管理(1)刀具監(jiān)控刀具監(jiān)控主要是為了及時地了解每時每刻所使用的刀具因磨損、破損而發(fā)生的性質(zhì)的變化。目前，刀具的監(jiān)控主要從刀具壽命、刀具磨損、刀具斷裂以及其他形式的刀具故障等方面進(jìn)行。刀具壽命值可以用計(jì)算法或試驗(yàn)方法求得，求得的壽命值記錄在各刀具文件中。當(dāng)?shù)毒哐b入機(jī)床之后，通過計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)各刀具的實(shí)際工作時間，并將這個數(shù)值適時地記錄在刀具文件內(nèi)。管理員根據(jù)這些報告，查詢有關(guān)刀具的供貨情況，并決定當(dāng)前刀具的更換方案。刀具磨損或破損的監(jiān)測，需要采用專門的監(jiān)測裝置。目前，學(xué)術(shù)界探索了許多刀具磨損或破壞的監(jiān)測方法，有利用切削力、切削力矩、切削功率對刀具磨損進(jìn)行監(jiān)測的，也有利用噪聲頻譜、紅外發(fā)射、探針測量等方法進(jìn)行監(jiān)測的，其中的許多方法已在現(xiàn)場得到實(shí)際使用。12/25/202359現(xiàn)代制造技術(shù)(2)刀具的信息管理系統(tǒng)

由于FMS中所使用的刀具品種多、數(shù)量大、規(guī)格型號不一,因而涉及的信息量較大。例如,我國鏜銑類數(shù)控機(jī)床TSG82刀具系列就有12大類,45個品種,674個規(guī)格(見圖6.26)。所有這些刀具信息都需要集中統(tǒng)一地加以管理,才能有序地為FMS正常生產(chǎn)效勞。12/25/202360現(xiàn)代制造技術(shù)為了便于刀具信息的輸入、檢索、修改和輸出控制,FMS以數(shù)據(jù)庫形式對刀具信息