柔性制造技术

柔性制造技术柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的类型、应用成组技术与零件分类编码FMS加工系统的配置FMS物流系统的组成FMS控制管理系统简介主要内容：4/14/20241.柔性制造技术和柔性制造系统

柔性制造技术（FMT——FlexibleManufacturingTechnology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。

柔性——指制造系统能够适应产品变化的能力

柔性制造系统（FMS）是由数控加工设备、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。(“中华人民共和国国家军用标准”)柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。4/14/20242.柔性制造系统组成柔性制造系统加工系统物流系统控制与管理系统加工设备辅助设备检测设备工件流刀具流过程控制过程调度过程监视以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等4/14/20243.柔性制造系统工作原理

4/14/20244.1很强的柔性制造能力2设备利用率高3劳动生产率高4自动化程度高，产品质量稳定5经济效益高

柔性制造系统特点4/14/20245.柔性制造系统的类型1柔性制造单元（FMC——FlexibleManufacturingCell）FMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置或工业机器人组成。2柔性制造系统（FMS）它由两台或两台以上的数控机床或加工中心或柔性制造单元所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。3柔性制造生产线（FML——FlexibleManufacturingLine）将FMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。244FM摩托车发动机汽缸加工自动线4/14/20246.柔性制造系统的适用范围0101001000少零件品种数多10000100010010大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大4/14/20247.成组技术（GT—GroupTechnology)

成组技术应用于机械加工方面，是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，大大减少了生产准备时间，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。大量的零件统计表明，在各种机械产品中：各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；同类零件存在形状结构上的相似性

→工艺方法也有相似性；4/14/20248.常用的零件分类成组方法1视检法视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。2生产流程分析法（PFA——ProductionFlowAnalysis）生产流程分析法是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。3编码分类法先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字元或数字元、字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。

4/14/20249.零件的分类编码零件的代码识别码分类码

a)识别码是唯一的，用来区别不同零件；b)识别码一般是零件的件号或图号，表示零件与产品的隶属关系。

a)分类码对每个零件不是唯一的；b)分类码用来反映零件的功能、结构、工艺等信息。4/14/202410.零件分类编码的作用1有利于设计、工艺的标准化2便于检索和重复利用已有的资料3有利于实现专业化生产企业按产品专业化生产体制按零件专业化集中生产体制4有助于生产信息管理、使用的合理化零件分类编码的直接目的是：a)对零件分类分组b)信息收集和检索4/14/202411.传统的独立垂直生产体系4/14/202412.专业化生产结构体系4/14/202413.分类系统组成分类系统纵向环节012…纵向环节012…横向环节Ⅰ横向环节Ⅱ分类环节分类标志码位特征项或特征信息表示各分类环节的具体含义，如结构形状、尺寸、材料等。粗分细分分类——使相似或相同的事物合在一起，使相异的事物分开。4/14/202414.分类系统的结构IIIIIIN0123...90123...90123...90123...9横向分类环节——码位纵向分类环节——特征项IIIIIIN012901..901..90..90..90..90..90..90..9独立环节分类系统——链式结构关联环节分类系统——树式结构4/14/202415.分类系统的结构和容量分类系统的容量是指系统纵向环节总数设：N——横向环节总数，L——关联环节数Z——每一横向环节所属的纵向环节数则：链式结构ＲL＝Ｚ＋Ｚ＋Ｚ＋˙˙˙＋Ｚ＝ＮＺ树式结构

ＲS＝Ｚ＋Ｚ２＋Ｚ３＋˙˙˙＋ＺＮ＝ΣZ

i

(i=1,2,…,N)混合结构ＲH＝（N－L）Z＋ΣZ

i（i=1,2,…,L）若令N=4，L=2，Z=10，则：ＲL＝4×10＝40ＲS＝10+102+103+104＝11110ＲH＝(4-2)×10+10+102＝130

树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用不便。

链式结构独立环节分类系统树式结构关联环节分类系统混合结构混合环节分类系统分类系统4/14/202416.分类标志安排顺序在横向环节中：先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的在纵向环节中：先简——后繁，先易——后难，先小——后大，先一般——后特殊

4/14/202417.零件分组方法直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题：a)导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组；

因此提出如下零件的分组方法：1特征码位法2码域法3特征位码域法b)零件组数多，每组零件种类多，且代码中许多分类标志无工艺特征。4/14/202418.特征码位法代码Ⅰ：零件类别代码Ⅱ：零件外部形状及要素代码Ⅵ：最大尺寸代码Ⅶ：材料种类例：零件号2、5，其特征码位为[2313]零件号1,3,4,6,其特征码位为[2613]特征码位法分组的缺点：——从零件整个分类代码中选择出对某种目的影响最大的部分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。——结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题4/14/202419.码域法分类步骤：

1)按零件分类编码结果统计各分类标志出现的频数，2)制订各种零件组的相似性标准，按标准得到各组码域（No.1,No.2，…）3)比较每个零件编码的各位代码是否包括在某一码域内（如No.1）ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ0VVVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代码的数纵向环节代码码位-----横向环节No.14/14/202420.特征位码域法思路：选取若干特征性较强的码位，并在这些码位上规定允许的特征项资料变化范围，得到相似性特征矩阵，以此作为分组的依据。ⅠⅡⅢⅣⅤⅥⅦⅧⅨ0VVVVVVV1VVVV2VVV3VVVV4VV5V6V7V89代码的数纵向环节代码码位-----横向环节No.14/14/202421.FMS加工系统的配置FMS的加工对象1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）2)回转体类（长轴形、盘套形）

对加工系统而言，通常用于加工棱柱体类工件的FMS由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的FMS由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，FMS可以只配置数量足够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。1互替式（并联）2互补式（串联）3.混合式（并串联）当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时，FMS需要配置几种不同型号的机床，各自完成特定的工作，这些机床之间是互相补充的，不能相互替代。4/14/202422.机床配置形式与特征比较配置形式互替式互补式混合式简图生产柔性低中高生产率低高中技术利用率低中高系统可靠性高低中投资强度比高低中说明：这些配置主要取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。

4/14/202423.FMS对机床的要求1工序集中2控制功能强、柔性好3具有通信接口4高刚度、高精度、高速度5其它要求a)使用经济性好b)操作性、可靠性、维修性好c)自保护性、自维护性好d)对环境的适应性与保护性好e)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。

4/14/202424.加工系统中常用的加工设备常见加工中心的分类按工艺用途可分为镗铣加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。

镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。加工中心（镗铣加工中心）卧式加工中心4/14/202425.加工中心刀库加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型。

4/14/202426.双臂式机械手

从刀库中挑选所需刀具的方法有：顺序选择法刀座编码法刀具编码法刀具刀座跟踪记忆法

常用双臂式机械手的手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩手和叉手4/14/202427.换料装置加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（AutomaticPal1etChanger——APC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式和往复式两种。

4/14/202428.加工系统的监控内容

通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、NC控制、PLC控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等

机床

主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等

夹具安装、精度、夹紧力等

刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等

工件识别、交换、装夹等

其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等

形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等

监控功能

设备运行状态

切削加工状态

产品质量状态4/14/202429.FMS物流系统物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。

物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。FMS物流系统对输送装置的要求1)通用性2)变更性3)扩展性4)灵活性5)可靠性

6)安全性

4/14/202430.输送装置（1）——输送带1输送带输送带分为动力型和无动力型；从结构方式上有辊式、链式、带式之分；从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。

辊式