《AMT柔性制造》PPT课件.ppt

1,第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation Technology,2,柔性制造技术（FMTFlexible Manufacturing Technology）是自动化制造系统的基本单元技术。主要用于多品种小批量或变批量生产，对各种不同形状的加工对象进行有效地且适应性地转化为成品，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，。具有先进性，柔性化、自动化、效率高的制造技术。 柔性指制造系统能够适应产品变化的能力。,4.4.1 FMS的定义与特征,3,由一个传输系统联接起来的一些设备(通常是具有自动换刀装置的加工中心机床)组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。,美国国家标准局定义：,日本国际贸易与工业部定义：,北京机械工业自动化研究所 定义：,4.4.1 FMS的定义与特征,由2台或更多NC机床组成的系统，这些机床与自动物料管理设备一一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操作，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。,将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性化系统。,4,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。 柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。,4.4.1 FMS的定义与特征,5,4.4.2 柔性制造系统的组成,FMS结构框图,6,高柔性 高效率 高度自动化,柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成没有固定加工顺序和节拍的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：,4.4.1 FMS的定义与特征,设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量柔性、扩展柔性、生产柔性。 FMS正是将“柔性”和“自动”两者结合。,7,FMS特点,以GT为基础 ,具有较大柔性 ,高度自动化 ,控制与管理相结合可自动实现系统内的计划、调度,8,柔性制造系统组成,9,4.4.2 柔性制造系统的分类,柔性制造单元（FMC）,这是一种简单的柔性制造系统，通常由加工中心（MC）与自动交换工件（托盘站和工件交换台）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。图4-31所示为一柔性制造单元的示意图。,图4-31 柔性制造单元,10,4.4.2 柔性制造系统的分类,柔性制造系统（FMS）,较大的柔性制造系统有两个以上柔性制造单元或多台数控机床、加工中心组成，并用一个物料输送系统将机床联系起来。工件被装在夹具和托盘上，自动的按加工顺序在机床间逐个输送。,柔性生产线（FTL）,在零件生产批量较大而品种较少的情况下，柔性制造系统的机床可以完全按照工件加工顺序排列成生产线的形式，这种生产线与传统的刚性生产线的不同之处在于能同时或依次加工少量不同的零件。当零件更换时，其生产节拍可作相应的调整。各机床的主轴箱也可自动进行调整。这种生产线称为柔性生产线。,11,4.4.3 柔性制造系统的特点与应用,12,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。,4.4.4 FMS的加工系统,13,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。,4.4.4 FMS的加工系统,14,机床配置形式与特征比较,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。,4.4.4 FMS的加工系统,15,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,4.4.4 FMS的加工系统,16,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。,4.4.4 FMS的加工系统,17,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,4.4.4 FMS的加工系统,18,换料装置,加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPC），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。,4.4.4 FMS的加工系统,19,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,4.4.4 FMS的物流系统,20,工件装卸站,托盘缓冲站,自动化仓库, 存储设备,4.4.4 FMS的物流系统,21,又称立体仓库或自动化仓库系统（Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高层料架 、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。, 自动仓库（图4-7）,4.4.4 FMS的物流系统,22, 传输装置,4.4.4 FMS的物流系统,23,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 链式 带式,4.4.4 FMS的物流系统,24,输送装置（2） 有轨小车,2 自动小车 1)有轨小车-地面有轨小车和高架有轨小车 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。,4.4.4 FMS的物流系统,25,输送装置（3）无轨小车,2)无轨小车 自动导向小车（AGV Automatic Guided Vehicle） 无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。,4.4.4 FMS的物流系统,26,小车上有托盘交换台3，工作台1与托盘2由交换台推上机床的工作台进行加工，加工好的工件连同托盘拉回到小车的交换台上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车路线常用电缆或光电引导。,4.4.4 FMS的物流系统,27,在地面上埋设引导电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。,电磁导向方式原理（图4-8）,4.4.4 FMS的物流系统,28,沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。,光学引导方式原理（图4-9）,4.4.4 FMS的物流系统,29, 切屑处理系统,4.4.4 FMS的物流系统,30,物流系统的监控,物流系统的监控主要完成以下功能： 1)采集物流系统的状态数据。 2)监视物流系统状态。 3)处理异常情况。 4)人机交互。 5)接受上级控制与管理系统下发的计划和任务，并控制执行机构去完成。,物流系统的监控与管理一般有集中式和分布式两种方案,4.4.4 FMS的物流系统,31,FMS实例,32,第4章 制造自动化技术 Manufacturing Automation Technology,33,制造过程的检测技术就是采用人工或自动的检测手段，通过各种检测工具或自动化检测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要的参数和数据。这些参数和数据可以是几何的、工艺的或物理的。 检测监控系统是用以采集、传输、处理和利用制造系统的工况数据（包括原材料检验数据、制造过程工艺数据、设备状态数据、产品检测数据、能源动力数据以及环境状态数据等），监视系统的运行状态并作必要的干预控制，预测系统的未来，诊断系统的故障或问题，提供系统优化和维护修理的咨询，为制造系统的运行控制和优化调度提供决策依据。,4.5 自动检测与监控技术,34,传感器是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。,4.5.1 传感技术,敏感元件是在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。这一非电量通过传感元件后就被转换成电参量。测量转换电路的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。,35,传感器的主要性能指标,36,传感检测方法,直线位移检测 电感式，如线性差动变压器式、衔铁移动电感式、涡流式。 电容式，如变面积、变间隙电容式传感器。 激光式，如全息显微测长、调试法测距、扫描法测尺寸、量子干涉测长。,力和力矩的检测 电阻丝应变传感器 弹性杆轴向载荷传感器 悬臂梁式力传感器 压电晶体传感器 扭矩传感器,转速的检测 旋转物体的转速一般采用间接方法测量，即通过各种形式的变换器，将转速变换为其他物理量，如机械量、电量、磁和光等。 电容式转速传感器 涡流式转速传感器 光电数字式转速检测系统,37,自动化制造系统的检测与监控系统从功能角度可分为系统运行状态检测监控和加工过程检测监控。 运行状态检测监控功能主要是检测与收集自动化制造系统各基本组成部分与系统运行状态有关的信息。把这些信息处理后，传送给监控计算机，对异常情况做出相应处理，保证系统的正常运行。 加工过程检测与监控功能主要是对零件加工精度的检测和加工过程中刀具的磨损和破损情况的检测与监控。,4.5.2 检测与监控系统的组成,38,1工件尺寸精度检测 工件尺寸精度是直接反映产品质量的指标，因此在许多自动化制造系统中都采用直接测量工件尺寸的方法来保证产品质量和系统的正常运行。,4.5.2 自动化加工系统的检测,（1）专用的主动测量装置 在大规模生产条件下，常将专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机，就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化，并能根据测得的结果发出相应的信号，控制机床的加工过程（如变换切削用量、刀具补偿、停止进给，退刀和停机等）。自动测量原理如图。,（2） 三坐标测量机 （3） 三维测头与循环内检测技术 （4） 机器人辅助测量技术,39,2刀具磨损和破损的监测 在切削过程中，刀具工况（如磨钝、破损和刀刃塑变等）与砂轮工况（如砂轮磨钝和砂轮修整控制等）对切/磨削过程的正常进行有重要的影响。统计数据表明，刀具失效是引起数控机床加工中断的首要因素，它占机床故障停机总时间的22.4%；砂轮与工件的接触监控可以提高磨削效率10%30%。,4.5.3 自动化加工系统的检测,40,刀具磨损的监测方法,41,刀具破损的监测方法,42,自动化加工监控系统主要由信号检测、特征提取、状态识别、决策和控制四个部分组成,4.5.4 自动化加工的监控系统,（1）信号检测 常见被检信号包括：切削力、切削功率、电压、电流、声发射信号（AE）、振动信号、切削温度、切削参数、切削扭矩等。 （2）特征提取 特征提取是对检测信号的进一步加工处理，从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的特征参数。 （3）状态识别 状态识别实质上是通过建立合理的识别模型，根据所获取加工状态的特征参数对加工过程的状态进行分类判断。从数学角度来理解模型的功能就是特征参数与加工状态的映射。 （4）决策与控制 根据状态识别的结果，在决策模型指导下对加工状态中