第二章-典型自动化制造系统PPT课件

1 第二章典型自动化制造系统 第一节典型自动化制造系统的比较第二节刚性自动线第三节柔性制造单元FMC第四节柔性制造系统FMS第五节柔性制造线FML第六节柔性装配线FAL 2 图1 柔性制造系统的适用范围 第一节典型自动化制造系统对比 一 自动化制造系统的对比 3 表1 1三种自动化形式比较 4 图6 1汽车后桥齿轮箱加工自动线 制造自动化技术的主要形式 5 6 式中TTLC 生产某种产品所需总时间 B 批数 Q 批量 T1 单件工时 T2 每批产品所需生产准备时间 包括原材料订货时间 制定生产计划时间 工艺装备调整时间 T3 每种产品所需设计及生产准备时间 产品设计 工艺设计 工艺装备设计与制造 Groover产品寿命周期模型 1 1 二 自动化制造系统的产品寿命周期模型 7 1 2 式中TLC 生产每件产品所需平均时间 式 1 2 即为Groover产品寿命周期模型 TLC是一个综合指标 减小TLC常被作为生产活动追求的目标 式 1 1 两边除以BQ 得到 刚性自动化 着眼降低T1 单件工时 柔性自动化 着眼降低T1和T2 部分 综合自动化 同时减小T1 T2 T3 特别是T2和T3 因而在多品种 中小批量生产中具有重要意义 8 刚性自动线一般由刚性自动化加工设备组成 1 自动化加工设备组成刚性自动线的加工设备有组合机床和专用机床 它们是针对某一种或某一组零件的加工工艺而设计制造的 由于采用多面 多轴 多刀同时加工 所以自动化程度和生产率均很高 加工设备按工件的加工工艺顺序依次排列 2 工件输送装置刚性自动线中的工件输送装置以一定的生产节拍将工件从一个工位输送到下一个工位 工件输送装置包括工件装卸工位 自动上下料装置 中间贮料装置 输送装置 随行夹具返回装置 升降装置和转位装置 输送装置采用各种传送带 如步伐式 链条式 辊道式传送带等 图 图 第二节刚性自动线 9 3 切屑输送装置刚性自动线中常采用集中排屑方式 切屑输送装置有刮板式 螺旋式等 4 控制系统刚性自动线的控制系统对全线机床 工件输送装置 切屑输送装置进行集中控制 控制系统采用传统的电气控制 继电器一接触器 目前倾向于用可编程控制器 5 刀具加工机床上的切削刀具由人工安装 调整 实行定时强制换刀 如果出现刀具破损 折断 进行应急换刀 10 图2 曲拐加工自动线1 斗式切屑提升机2 链板式排屑装置3 全线泵站4 工件输送带及工件装卸台5 工件提升机6 中央控制台 直线布局 随行夹具 步伐式输送带 定位夹紧 人工找正 压缩空气喷吹方式排除切屑 排屑装置 无自动上下料装置 11 柔性制造单元由1 3台数控机床和加工中心 工件自动输送及更换系统 刀具存储 输送及更换系统 设备控制器和单元控制器等组成 单元内的机床在工艺能力上通常是相互补充的 可混流加工不同的零件 具有单元层和设备层两级计算机控制 对外具有接口 可组成柔性制造系统 第三节柔性制造单元FMC 12 实例3 柔性制造单元 13 实例1 图3 5所示为一加工回转体零件为主的柔性制造单元 它包括1台数控车床 1台加工中心 2台运输小车用于在工件装卸工位3 数控车床1和加工中心2之间的输送 龙门式机械手4用来为数控车床装卸工件和更换刀具 机器人5进行加工中心刀具库和机外刀库6之间的刀具交换 控制系统由车床数控装置7 龙门式机械手控制器8 小车控制器9 加工中心控制器10 机器人控制器11和单元控制器12等组成 单元控制器负责对单元组成设备的控制 调度 信息交换和监视 图3 5 14 功能 加工回转体设备组成 控制系统 设备及单元二级控制 图2 柔性制造单元1 数控车床2 加工中心3 装卸工位4 龙门式机械手5 机器人6 机外刀库7 车床数控装置8 龙门式机械手控制器9 小车控制器10 加工中心控制器11 机器人控制器12 单元控制器13 14 运输小车 15 16 FMS是集数控技术 计算机技术 机器人技术以及现代生产哲理于一体的先进制造技术 FMS已成为自动化制造系统的重要发展方向 一 FMS的定义和组成定义 FMS是在计算机统一控制下 由自动装卸与输送系统将若干台机床或加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种 中小批量生产的先进制造系统 第四节柔性制造系统 FMS 17 FMS组成 18 柔性制造系统组成 19 柔性 是指生产组织形式和自动化制造设备对加工任务 工件 的适应性 1 自动化加工设备组成FMS的自动化加工设备有数控机床 加工中心 车削中心等 也可能是柔性制造单元 这些加工设备都是计算机控制的 加工零件的改变一般只需要改变数控程序 因而具有很高的柔性 自动化加工设备是自动化制造系统最基本 也是最重要的设备 详见后续内容 2 工件储运系统工件储运系统由工件库 工件运输设备和更换装置等组成 工件库包括自动化立体仓库和托盘 工件 缓冲站 工件运输设备包括各种传送带 运输小车 机器人或机械手等 工件更换装置包括各种机器人或机械手 托盘交换装置等 20 3 刀具储运系统刀具储运系统由刀具库 刀具输送装置和交换机构等组成 刀具库有中央刀库和机床刀库 刀具输送装置有不同形式的运输小车 机器人或机械手 刀具交换装置通常是指机床上的换刀机构 如换刀机械手 4 多层计算机控制系统FMS的控制系统采用计算机多层控制 通常是三层控制 即单元层 工作站层和设备层 除了上述4个基本组成部分以外 FMS还可以加以扩展 自动清洗工作站 自动去毛刺设备 自动测量设备 集中切屑运输系统 集中冷却润滑系统等 21 二 柔性制造系统工作原理 1 计算机控制系统对输入的生产计划信息和技术信息进行处理 分配 并按程序对储运系统进行控制 2 料库和夹具库根据产品的品种和调度计划信息供应相应的毛坯和夹具 并由输送系统送出 3 机器人或自动装卸机按控制系统的指令和编码信息 自动识别和选择工件及夹具 并安装到相应的机床上 4 机床根据工件和加工程序的编码 选择加工程序 刀具和工艺参数 进行加工 5 加工完毕 按控制信息转换工序和检验 并由运储系统将工件送成品库 将夹具送夹具库 6 计算机控制系统的监视记录装置随时采集加工质量和数量信息 7 当改变加工产品时 只要改变生产计划信息 技术信息和加工程序 FMS就能自动调整并完成产品加工 22 图3 3是一种较典型的FMS 4台加工中心直线布置 工件储运系统由托盘站2 托盘运输小车4 工件装卸工位3和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成 刀具储运系统由中央刀库8 刀具进出站6 刀具输送机器人移动车7和刀具预调仪5等组成 单元控制器9 工作站控制器 因中未标出 和设备控制装置组成三级计算机控制 切屑运输系统没有采用集中运输方式 每台加工中心均配有切屑运输装置 FMS实例1 23 FMS实例2 24 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 25 三 FMS的机床配置形式和加工对象 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 互替式强调工序集中 较大的柔性和较宽的工艺范围 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 互补式主要考虑生产率 较多利用立式机床甚至专用机床 26 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 FMS特性与机床配置形式的关系 27 四 柔性制造系统的特点 28 第五节柔性制造线 FML 自动化加工设备组成FML的自动化加工设备有数控机床 可换主轴箱机床 可换主轴箱机床是介于加工中心和组合机床之间的一种中间机型 可换主轴箱机床周围有主轴箱库 根据加工工件的需要更换主轴箱 主轴箱通常是多轴的 可换主轴箱机床对工件进行多面 多轴 多刀同时加工 是一种高效机床 工件输送系统FML的工件输送系统和刚性自动线类似 采用各种传送带输送工件 工件的流向与加工顺序一致 依次通过各加工站 刀具可换主轴箱上装有多把刀具 主轴箱本身起着刀具库的作用 刀具的安装 调整一般由人工进行 采用定时强制换刀 FML由自动化加工设备 工件输送系统和控制系统组成 29 图3 7为一加工箱体零件的柔性自动线示意图 它由2台对面布置的数控铣床 4台两两对面布置的转塔式换箱机床和l台循式换箱机床组成 采用辊道传送带输送工件 这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区别 但它具有一定的柔性 FML同时具有刚性自动线和FMS的某些特征 30 柔性装配线FAL FlexibleAssemblyLine 的组成 1 装配站FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人 不可编程的自动装配装置和人工装配工位 2 物料输送装置根据装配工艺流程 物料输送装置将不同的零件和已装配成的半成品送到相应的装配站 输送装置由传送带和换向机构等组成 3 控制系统FAL的控制系统对全线进行调度和监控 主要是控制物料的流向 自动装配站和装配机器人 第六节柔性装配线 FAL 31 组成 无人驾驶输送装置1 传送带2 双臂装配机器人3 装配机器人4 拧螺纹机器人5 自动装配站6 人工装配工位7和投料工作站8 投料工作站中有料库和取料机器人 料库有多层重迭放置的盒子 这些盒子可以抽出 也称之为抽屉 待装配的零件存放在这些盒子中 取料机器人有各种不同的夹爪 它可以自动地将零件从盒子中取出 并摆放在一个托盘中 盛有