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柔性制造系统 FlexibleManufacturingSystem 柔性制造系统 本讲结构 柔性制造的关键技术 1 1柔性制造系统的定义 根据国标 FMS被定义为 柔性制造系统 FlexibleManufacturingSystem 简称FMS 是数控加工设备 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 美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会定义为 使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的 或一系列工序的一种集成制造系统 1 1 22刚性制造系统 刚性生产系统是用于工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序链接起来 在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统 适合进行大批量生产 效率高 成本低 质量稳定 程序固化 柔性制造系统 建立在成组技术的基础上 由计算机控制的自动化生产系统 可同时加工形状相近的一组或一类产品 英文简称FMS 适合多品种 小批量的高效制造模式 减少毛坯和在制品的库存量 减少直接劳动力 1 2柔性制造系统的优势 1 2柔性制造系统的优势 1 3柔性制造系统的发展 FMC初级系统流程简化示意图 70年代初期原联邦德国 日本 前苏联 意大利等相继开发了本国的第一代FMS 1968年 美国怀特 森斯特兰公司开发了可变任务系统 后来它成为广泛流传的柔性制造系统的原型 它由八台加工中心和两台多轴钻床组成 按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工 欧洲伴随着最初FMS的应用 出现了大量原则不适合实际应用等一系列问题 因此开启了改良运动热潮 历经10年的完善 FMS开始从实验室逐步成为先进制造业的主流 20世纪80年代初 机器人 无人自动导向小车 柔性自动化成为制造自动化的主打曲 1976年 日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元 简称FMC 原料 机器人 运输机构 检测部分 加工中心 检测部分 AGV 工件储存库 计算机控制 FMC流程示意图 80年代末期 由于FMS技术逐渐成熟而得到迅速的应用 1982年 日本发那科公司建成自动化电机加工车间 拥有60个柔性制造单元 包括50个工业机器人 和一个立体仓库 另有两台自动引导台车传送毛坯和工件1985年北京研究所用于加工数控机床直流伺服电机的主轴 端盖 法兰盘而开发第一套FMS 1988年世界已拥有760套FMS 据统计数据 2014年我国自动化生产线需求量达到21 100条 而国内厂商产量仅为8 780条 较大的市场份额被国外厂商占据 尽管2010年至2014年期间 国内自动化生产线产量保持了25 32 的年均增长速度 但目前国内厂商依然无法满足旺盛的市场需求 在老龄化加剧 劳动力成本持续升温和我国产业结构面临转型调整压力等因素的综合影响下 实现 中国制造2025 规划成为推动我国工业转型升级的基石产业 产业国家扶持力度不断加大 国务院 智能制造装备产业 十二五 发展规划 中明确指出 至2020年我国将建立完善的智能制造装备产业体系 产业销售收入超过3万亿元 实现装备的智能化及制造过程的自动化 使产业生产效率 产品技术水平和质量得到显著提高 因此未来5年将是我国自动化制造业实现突破的关键窗口期 行业有望保持快速增长趋势 机床的柔性 通过配置相应的刀具 夹具 NC程序 能够在需要时容易地 模块化地扩展系统的可能性 能对每一种零件改变工序顺序 FMS能够生产各类零件 当系统中的设备出现故障时 制造系统对故障的处理能力 1 4FMS柔性的体现 本讲结构 2柔性制造系统的主要组成 集中冷却润滑系统 切屑运输系统 自动清洗装置 自动去毛刺设备等 1 柔性制造系统的组成 2 1柔性制造系统概述 1 自动仓库2 装卸站3 托盘站4 检验机器人5 自动小车6 卧式加工中心7 立式加工中心8 磨床9 组装交付站10 计算机控制室 典型的柔性制造系统示意图 2 2柔性制造系统的加工系统 1 加工系统的性能要求 2机床的选用 棱柱类零件箱体框架平板 立式加工中心 卧式加工中心 立卧两用加工中心 2 2柔性制造系统FMS的加工系统 回转类零件轴类轮盘类 2机床的选用 数控车削机床 车削加工中心 2 2柔性制造系统的加工系统 3机床的配置形式 2 2柔性制造系统的加工系统 4加工系统的辅助装置 2 2柔性制造系统的加工系统 2 2柔性制造系统的加工系统 4加工系统的辅助装置 1 机床夹具 一个好的夹具应能允许一次装夹便能完成零件上所有部位的加工 减少装夹定位次数 避免不必要的累积误差 2 2柔性制造系统的加工系统 4加工系统的辅助装置 2 托盘 托盘既是工件的承载体 又是一种工件和机床之间的硬件接口 在同一条FMS中的所有托盘 必须采用同一种结构形式 2 2柔性制造系统的加工系统 4加工系统的辅助装置 3 自动上下料装置 指机床与托盘之间工件 托盘的装卸装置 托盘交换装置 ACP 工业机器人 托盘交换装置是连接FMS加工设备和物料运送系统的桥梁 不仅起到连接作用 还可以作为工件的暂时储存器 2 2柔性制造系统的加工系统 4加工系统的辅助装置 3 自动上下料装置 2 3物料运输系统 2 3 1物料运储系统 作用在加工系统之间及内部的物料自动搬运及控制 自动装卸及存储 1物料输送系统工具 1 有轨运输车 RGV 往返于加工设备 装卸站与立体仓库之间 按指令自动运行到指定工位自动存取物料 优点 定位精度高 载重量大 运行速度快 控制简单 缺点 改动困难 距离有限 容易引发堵塞 2 3 1物料运储系统 2 无轨运输车 自动导向小车 AGV 2 3 1物料运储系统 优点 柔性强 不会堵塞物流 扩展性能好 传送距离远 成本低 缺点 传送量小 控制复杂 2 3 1物料运储系统 2 无轨运输车 自动导向小车 AGV 3 传送带 皮带式 辊筒式 链板式 高架式 优点 传送量大 传送频率高 传送可靠 缺点 改动困难 2 3 1物料运储系统 2 3 1物料运储系统 2物料输送系统基本回路 2 3 1物料运储系统 3物料存储系统 1 分类 工件装卸站 托盘缓冲区 自动化立体仓库 物料存储系统 2 3 1物料运储系统 2 3 1物料运储系统 2 自动化仓库的计算机控制与管理 负责刀具的运输 存储和管理 适时地向加工单元提供所需的刀具 监控刀具的使用以及取走已报废或寿命已耗尽的刀具 2 4FMS的刀具管理系统 1刀具管理系统的职能 2 4FMS的刀具管理系统 2刀具管理系统的组成及运作 2 4刀具管理系统 3刀具的交换与存储 顺序选择方式 刀座编码方式 刀具编码方式 2 4刀具管理系统 3刀具的交换与存储 2 4刀具管理系统 4刀具监控与信息管理 刀具监控的目的 及时了解所使用刀具因磨损 破损而发生的性质的变化 接触法图像匹配法 工件表面质量监测切削温度监测超声波监测振动监测切削力监测功率监测声发射监测 3工业机器人 柔性制造系统 FMS 3 工业机器人 3工业机器人 3 1机器人的概念 ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddText ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddText 机器人是一种用于移动各种材料 零件 工具或专用装置 通过程序动作来执行各种任务 并具有编程能力的多功能操作机 机器人是一种自动的 位置可控的 具有编程能力的多功能操作机 机器人是一种能自动控制 可重复编程 多功能 多自由度的操作机 能搬运材料 工件或操持工具 用以完成各种作业 3 工业机器人 3 2工业机器人的发展历程 3工业机器人 3 3工业机器人的组成 3工业机器人 3 4工业机器人的分类 1 按系统功能分类 以固定地点 固定程序工作结构简单 无独立控制系统 造价低廉 适用于大批量生产 有独立控制系统 工作程序可变 可完成多种作业 结构复杂 工作范围大 定位精度高 通用性强 适用于柔性制造系统 由人示教后 能按示教的顺序 位置 条件与其他信息反复重现复杂的示教动作 适用于多工位和经常变化工作路线的工作 具有视觉 听觉 触觉功能 通过比较和识别 作出决策和规划 完成预定的动作 3 工业机器人 3 4工业机器人的分类 2 按驱动方式分类 液压式机器人 气压式机器人 电力式机器人 采用液压驱动 负载能力强 传动平稳 结构紧凑 动作灵敏 使用广泛 以压缩空气作为动力源 动作迅速 结构简单 成本低 适用于高速轻载 高温和粉尘大的环境 电机驱动 结构简单 响应快 精度高 近来发展迅速 3 工业机器人 3 4工业机器人的分类 3 按手臂动作形态分类 直角坐标机器人 圆柱坐标型机器人 易于编程 定位精度高 结构简单 所占空间大 灵活性较差 相比直角坐标型相比 所占体积小 运动范围大 3 工业机器人 多关节机器人 球坐标机器人 3 4工业机器人的分类 3 按手臂动作形态分类 直角坐标机器人 圆柱坐标型机器人 易于编程 定位精度高 结构简单 所占空间大 灵活性较差 相比直角坐标型相比 所占体积小 运动范围大 结构紧凑 工作范围大 结构较复杂 工作范围大 动作灵活 通用性强 应用较广 3 工业机器人 3 5工业机器人的工作过程 3 工业机器人 3 6工业机器人的技术参数 机器人在规定的性能范围内 机械接口处能承受的最大负载量 包括手部 在工作载荷条件下 匀速运动过程中 机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度 精度重复精度分辨率 机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合 3 工业机器人 恶劣的工作环境 重复的工作环境 难以装卸的场合 多班次作业 生产批量和操作工位多变的生产场合 3 工业机器人 3 7工业机器人的应用 3 工业机器人 3 工业机器人 3 工业机器人 3 工业机器人 4柔性制造的关键技术 4 1计算机辅助设计 CAD技术引入专家系统 使之具有智能化 它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度 4 2模糊控制技术 模糊数学的实际是模糊控制器 最近开发出的高性能模糊控制器具有自动功能 可在控制过程中不断获取新的信息并自动对控制量作调整 使系统性能大为改善 其中尤其以基于人工神经的自学引起人们极大的关注 4 3人工智能技术及专家系统 迄今 柔性制造技术中所采用的人工智能大多指基于规则的专家系统 专家系统利用专业知识和推理规则进行推理 求解各类问题 如解释 预测 诊断 查找故障 设计 计划 监