現(xiàn)代機械制造技術課件

柔性制造技術現(xiàn)代機械制造技術目錄柔性制造系統(tǒng)的組成、原理1柔性制造系統(tǒng)的類型、應用2柔性制造系統(tǒng)的加工系統(tǒng)3柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng)4柔性制造系統(tǒng)的控制管理系統(tǒng)5現(xiàn)代機械制造技術1、柔性制造系統(tǒng)的組成、原理柔性制造系統(tǒng)的定義根據“中華人民共和國國家軍用標準”有關“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術語”的定義，柔性制造系統(tǒng)（FMS）是數控加工設備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)，包括多個柔性制造單元，能根據制造任務或生產環(huán)境的變化迅速調整，適用于多品種、中小批量生產。美國制造工程師協(xié)會(SME)的計算機輔助系統(tǒng)和應用協(xié)會把柔性制造系統(tǒng)定義為“使用計算機、柔性加工單元和集成物料儲運裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。更直觀的定義是：柔性制造系統(tǒng)是一組數控機床和其他自動化的工藝設備，由計算機信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運系統(tǒng)有機結合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個子系統(tǒng)組成，在加工自動化的基礎上實現(xiàn)物料流和信息流的自動化。現(xiàn)代機械制造技術我國FMS的研究狀況我國采取引進和開發(fā)相結合的方針，引進箱體類零件、旋轉體件及鈑金件加工FMS的全部或部分硬件技術。1984是我國研制FMS的起步時間，比國外晚了17年。我國第一套FMS系統(tǒng)是由北京機床研究所于1985年10月開發(fā)完成的（JCS-FMS-1），用于加工數控機床直流伺服電機中的主軸、端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等，它由5臺國產加工中心、日本富士電機公司的AGV（自動導引車）及4臺日本產的機器人組成，其控制系統(tǒng)由FANUC提供，據分析它的投資回收期約為兩年半。1983年－1985年，在國家的支持下北京第一機床廠、湖南江麓機床廠、鄭州紡織機械廠、廣西柳州開關廠等一些單位分別率先從德國、日本進口了國內第一批FMS?，F(xiàn)代機械制造技術1985年后在國家機電部“七五”重點科技攻關項目的支持和國家863高技術發(fā)展計劃自動化領域的工作的帶動下，F(xiàn)MS得到極大的重視和發(fā)展，進入了自行開發(fā)和部分進口的交叉階段。1988年北京機床研究所為天津減速機廠提供的加工減速機機座的JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開發(fā)和配套的，它標志著我國已具有自主開發(fā)FMS系統(tǒng)的實力。近幾年來，國內一些經濟實力比較雄厚的工廠（北京第一機床廠，上海第二紡織機械廠，天津減速機總廠，山西經緯紡織機械廠等），為實施CIMS，又進口了一些國外的FMS系統(tǒng)?，F(xiàn)代機械制造技術柔性制造系統(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)加工設備輔助設備檢測設備工件流刀具流過程控制過程調度過程監(jiān)視以任意順序自動加工多種工件，自動更換工件和刀具，增加功能后可實現(xiàn)工件自動清洗與測量等滿足可變節(jié)拍生產的物料自動識別、存儲、輸送和交換的要求?？蓪崿F(xiàn)刀具的預調和管理等加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動控制和作業(yè)協(xié)調，在線資料自動采集和處理，運行仿真及故障診斷等現(xiàn)代機械制造技術FMS的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網絡工夾具站現(xiàn)代機械制造技術現(xiàn)代機械制造技術綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不同，但都反映了FMS應具備以下特點：硬件組成：（1）兩臺以上的數控機床或加工中心以及其他加工設備，包括測量機、清洗機、動平衡機、各種特種加工設備等。（2）一套能自動裝卸的運輸系統(tǒng)，包括刀具儲運和工件及原材料儲運。具體結構可采用傳輸帶、有軌小車、無軌小車、搬運機器人、上下料托盤站等。（3）一套計算機控制系統(tǒng)及信息通信網絡。軟件組成：（1）FMS的運行控制系統(tǒng)（2）FMS的質量保證系統(tǒng)（3）FMS的數據管理和通信網絡系統(tǒng)現(xiàn)代機械制造技術2、柔性制造系統(tǒng)的類型、應用FMS適用于中小批量的生產，既要兼顧對生產率和柔性的要求，也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機床的負荷率。因此，就產生了三種類型的FMS：a)互替式

b)互補式

c)混合式現(xiàn)代機械制造技術FMS機床配置形式與特征比較配置形式互替式互補式混合式簡圖生產柔性低中高生產率低高中技術利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強度比高低中說明：這些配置主要取決于機床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設備的物理布局。現(xiàn)代機械制造技術FMS機床配置形式配備可互相替換機床的FMS這一類FMS采用多個同構的或可互相替換的機床構成FMS。例如，由八臺加工中心、一個貯料系統(tǒng)和一條往復式物料運輸線及計算機控制設備構成FMS。在該類系統(tǒng)中，工件可以被送到適合加工它的任一臺加工中心上；由計算機根據各臺機床任務量和狀態(tài)對機床分配加工零件，每臺機床都有自動換刀裝置，并可完成部分或全部加工工序。此類FMS的最大優(yōu)點是當設備發(fā)生故障時系統(tǒng)只須局部停機即可，但由于機床種類單一，可能會造成加工能力不足或造價過高。現(xiàn)代機械制造技術配備互補機床的FMS

這一類FMS通過物料運儲系統(tǒng)將數臺不同的NC機床連接起來，使不同機床的工藝加工能力可以互補。工件通過安裝站進入系統(tǒng)，然后在計算機控制下從一個工作站到另一工作站，按順序加工，每臺機床所完成的工序數取決于工件的設計和機加工藝，不同的零件可采用不同的機床加工。這類FMS比較經濟，且加工能力互補，但一旦設備出現(xiàn)故障可能因影響到系統(tǒng)的加工能力而造成系統(tǒng)停機?？刹捎煤髠錂C床彌補這一不足?，F(xiàn)代機械制造技術混合式FMS

這在一個FMS中包含不同類的機床，但每一類機床又都有多臺機床存在。在實際使用中，很少有前兩類FMS，通常采用兩類的綜合方式，即在一個FMS中包含不同類的機床，但每一類機床又都有多臺機床存在。這樣，不同類機床可相互互補加工能力，又可避免因單臺設備故障造成系統(tǒng)癱瘓。只是在系統(tǒng)控制上更加復雜一些?，F(xiàn)代機械制造技術不同類型的柔性制造設備柔性制造模塊（FMM）相當于功能齊全的加工中心。柔性制造單元（FMC）小型FMS，由1-2臺機床組成，自動更換刀具，自動上下工件。柔性制造系統(tǒng)（FMS）控制與管理功能比FMC強，管理通信要求高。柔性制造生產線（FML）數控組合機床設備，專用性強、生產率高，相當于數控自動生產線，用于少品種、中大批量生產，為專用FMS。柔性制造工廠（FMF）全企業(yè)范圍生產管理、設計開發(fā)、加工制造和物料運儲全盤自動化。現(xiàn)代機械制造技術柔性制造系統(tǒng)的應用現(xiàn)代機械制造技術實際柔性制造生產線現(xiàn)代機械制造技術3、FMS的加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)的功能與要求：加工系統(tǒng)是FMS的最基本的組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，擔任把原材料轉化為最終產品的任務。具體要求如下：

（1）工序集中，減輕物流負擔，減少裝夾次數；

（2）控制功能強、擴展性好；（3）高剛度、高精度、高速度；（4）自保護與自維護性好；（5）使用經濟性好；（6）對環(huán)境的適應性與保護性好?，F(xiàn)代機械制造技術加工系統(tǒng)中常用的加工設備簡介目前FMS的加工對象主要有兩大類：

（1）棱柱體類（2）回轉體類加工中心

加工中心（MachiningCenter，MC）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控機床。（1）棱柱體類：常用鏜銑加工中心（2）回轉體類：常用車削加工中心現(xiàn)代機械制造技術臥式加工中心現(xiàn)代機械制造技術1、刀庫2、回轉刀架3、換刀機械手4、上下工件機器人5、工件存儲站車削加工中心

現(xiàn)代機械制造技術4、FMS的物料運儲系統(tǒng)FMS的物料運儲系統(tǒng)組成工件裝卸站設在FMS入口，由人工完成裝卸；托盤緩沖站工件中間存儲站，起緩沖物料作用；物料存儲裝置自動化倉庫、自動料架、緩沖料架；物料運送裝置負責在機床、自動化倉庫和托盤緩沖站之間物料搬運作業(yè)。（1）傳送帶：用于小零件短程傳送，占據空間大、易磨損；（2）自動運輸小車：分有軌小車、無軌小車；（3）搬運機器人：具有較高柔性和控制水平。現(xiàn)代機械制造技術FMS物料輸送基本回路直線輸送回路沿直線路線單向或雙向移動，順序地在各個連接點停靠；環(huán)形輸送回路運載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動；網狀輸送回路由多個回路相互交叉組成，可由一條環(huán)路移動到另一回路?，F(xiàn)代機械制造技術自動化倉庫貨架為一個個存儲單元，設有地址編碼，貨架之間有有巷道，每個巷道配有專用堆垛機。堆垛機由托架、貨叉、支柱、上下導軌、移動電動機以及傳感器構成的三維搬運設備。控制與管理系統(tǒng)負責物料信息的登錄、識別，物料自動存取，倉庫管理?，F(xiàn)代機械制造技術自動化倉庫示意圖現(xiàn)代機械制造技術FMS的刀具管理系統(tǒng)刀具運儲系統(tǒng)的組成刀具預調站設在FMS之外，按要求對刀具進行裝配和調整；刀具裝卸站是刀具進出FMS入口，多為排架式框架結構；刀具庫系統(tǒng)存放當前加工所需的機床刀庫，容量??；存放各加工單元共享的中央刀庫，容量大；刀具運載交換裝置負責刀具運輸和交換，適時向加工單元提供所需刀具；計算機控制管理系統(tǒng)控制刀具運輸、存儲和管理，監(jiān)控管理刀具的使用，及時取走已報廢或壽命已耗盡的刀具?，F(xiàn)代機械制造技術刀具運儲系統(tǒng)作業(yè)過程刀具刃磨人工組裝刀具預調刀具裝卸站中央刀具庫需重磨或報廢刀具加工單元刀庫加工單元刀庫加工單元刀庫現(xiàn)代機械制造技術5、FMS的控制系統(tǒng)FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結構遞階控制結構：將復雜系統(tǒng)分層分模塊設置，各層相對獨立，便于系統(tǒng)的開發(fā)和維護。遞階控制特點：愈往底層，實時性愈強；愈到上層，處理信息量愈大，實時性要求愈小。FMS三層遞階控制結構系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級任務，制

定系統(tǒng)作業(yè)計劃，進行任務分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行；過程協(xié)調與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調

工件流動、運行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息；設備控制層-控制設備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制指令，

反饋現(xiàn)場數據?，F(xiàn)代機械制造技術單元控制器銑削工作站車削工作站……物流管理工作站CNCNo1CNCNo2PLC自動化倉庫AGVROBOT刀具管理...CNCNo1CNCNo2PLC...單元層工作站層設備層FMS遞階控制結構現(xiàn)代