现代制造技术 柔性制造技术

1、2021-10-13现代制造技术2-1第第6 6章章 柔性制造技术柔性制造技术 柔性制造技术概述柔性制造技术概述 柔性制造技术的加工系统柔性制造技术的加工系统 FMSFMS的物料运储系统的物料运储系统 FMSFMS刀具管理系统刀具管理系统 FMSFMS的控制系统的控制系统 主要内容：主要内容：2021-10-13现代制造技术2-2第第1 1节节 柔性制造技术概述柔性制造技术概述 柔性制造技术柔性制造技术（FMTFlexible Manufacturing TechnologyFMTFlexible Manufacturing Technology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理

2、技术为一体的是集数控技术、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。现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。 1. 1. 柔性制造技术与柔性制造系统柔性制造技术与柔性制造系统 柔性制造系统柔性制造系统 （FMSFMS）是数控机床或设备自动化的延伸，）是数控机床或设备自动化的延伸，FMSFMS的的一般定义可以用以下三方面来概括；一般定义可以用以下三方面来概括；FMSFMS是一个计算机控制的生产是一个计算机控制的生产系统；系统采用半独立的系统；系统采用半独立的NCNC机床；这些机床通过物料输送系统联成机床；这些机床通过物料输送系统联成一体。

3、其中，数控机床提供灵活的加工工艺，物料输送系统将数控一体。其中，数控机床提供灵活的加工工艺，物料输送系统将数控机床互相联系起来，计算机则不断对设备的动作进行监控、检测，机床互相联系起来，计算机则不断对设备的动作进行监控、检测，同时提供控制指令并进行工程记录，还可通过仿真来预示系统各部同时提供控制指令并进行工程记录，还可通过仿真来预示系统各部件的行为。件的行为。 柔性制造系统柔性制造系统是是柔性制造技术柔性制造技术的主要的主要应用形式。应用形式。2021-10-13现代制造技术2-3 2. 2. 柔性制造系统的分类柔性制造系统的分类 (1) (1) 柔性制造单元柔性制造单元( FMCFlexib

4、le Manufacturing ( FMCFlexible Manufacturing CellCell） 由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形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。托盘输送装置或工业机器人组成。 FMCFMC比比MCMC功能全，比功能全，比FMSFMS规模小可靠，便于连成功能可扩展的规模小可靠，便于连成功能可扩展的FMSFMS。 (2) (2) 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）它由两台或两台以上的数控机）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床或加工中心或柔性制造单元所组成, ,配有工件自动上下配有工件自动

5、上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自料装置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等动化仓库等, ,由计算机控制系统进行加工控制、计划调度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。安排及工况监测。 2021-10-13现代制造技术2-4 (3) (3) 柔性制造生产线柔性制造生产线(FML-Flexible Manufacturing (FML-Flexible Manufacturing Line)Line)是在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展是在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展起来的，用计算机控制管理，保留了组合机床模块结构起来的，用计

6、算机控制管理，保留了组合机床模块结构和高效特点，又加入了数控技术的有限柔性。它将和高效特点，又加入了数控技术的有限柔性。它将FMSFMS中的各机床按工艺过程布局中的各机床按工艺过程布局, ,构成既具有生产节拍构成既具有生产节拍, , 又又具有可变性的加工生产线具有可变性的加工生产线, ,是刚性自动线与柔性制造系是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。统的一种结合。2021-10-13现代制造技术2-5 (4) (4) 柔性制造工厂柔性制造工厂(FMF)(FMF)又可称为工厂自动化又可称为工厂自动化(FA)(FA)。它是。它是将多条将多条FMSFMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统连接起

7、来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行有机地联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、进行有机地联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整运送至发货的完整FMSFMS。它也包括了计算机辅助设计。它也包括了计算机辅助设计(CAD)(CAD)、计算机辅助制造计算机辅助制造(CAM)(CAM)，并使计算机集成制造系统，并使计算机集成制造系统(CIMS)(CIMS)投投入实际使用，实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料储入实际使用，实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料储运过程的全盘自动化。运过程的全盘自动化。FMFFMF是自动化的最高水平是自动化的最高水平，反映出世，反映出世界上最

8、先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统制造系统(IMS)(IMS)为代表，其特点是实现生产系统柔性化及自为代表，其特点是实现生产系统柔性化及自动化，进而实现工厂柔性化及自动化。动化，进而实现工厂柔性化及自动化。 2021-10-13现代制造技术2-6 3. 3.柔性制造系统的组成柔性制造系统的组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统运储系统运储系统控制与管理系统控制与管理系统加工设备加工设备辅助设备辅助设备检测设备检测设

9、备工件流工件流刀具流刀具流过程控制过程控制过程调度过程调度过程监视过程监视含两台以上数控机含两台以上数控机床、加工中心或柔床、加工中心或柔性制造单元及其他性制造单元及其他加工设备，如测量加工设备，如测量机、清洗机、动平机、清洗机、动平衡机等，用以自动衡机等，用以自动完成多种工序加工完成多种工序加工 含传送带、小车、含传送带、小车、机器人、立体仓库、机器人、立体仓库、刀库、托盘、交换刀库、托盘、交换工作台等机构，能工作台等机构，能对刀具、工件和原对刀具、工件和原材料等进行自动装材料等进行自动装卸和运储卸和运储 实现加工系统和物实现加工系统和物流系统的自动控制流系统的自动控制和作业协调，在线和作业

10、协调，在线资料自动采集和处资料自动采集和处理，运行仿真及故理，运行仿真及故障诊断等障诊断等软件系统软件系统计划调度软件计划调度软件设计规划软件设计规划软件过程分析软件过程分析软件管理监控软件管理监控软件用以确保用以确保FMSFMS有效有效地适应中、小批地适应中、小批量多品种生产过量多品种生产过程的管理、控制程的管理、控制及优化工作及优化工作 2021-10-13现代制造技术2-7 柔性制造系统的组成示意图柔性制造系统的组成示意图 FMS的组成自动自动仓库仓库工厂计算机工厂计算机中央计算机中央计算机物流控制计算机运输小车运输小车加工加工单元单元1加工加工单元单元2加工加工单元单元n信信 息息 传

11、传 输输 网网 络络工夹具站工夹具站2021-10-13现代制造技术2-8 以以GT(GT(成组技术）为基础成组技术）为基础 4.4.柔性制造系统特点柔性制造系统特点生产零件的品种由生产零件的品种由4 4至至100100种不等（种不等（20-3020-30种居多）种居多）生产零件的批量由生产零件的批量由4040至至20002000件不等（件不等（50-20050-200件居多）件居多）大部分加工对象为相似零件（个别例外）大部分加工对象为相似零件（个别例外）可加工多种零件可加工多种零件没有固定的生产节拍没有固定的生产节拍故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补故障可容（一台机床出现故障，其

12、它机床可进行拟补）高度自动化高度自动化除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换2424小时运行，只一班有人小时运行，只一班有人可自动实现系统内的计划、调度可自动实现系统内的计划、调度2021-10-13现代制造技术2-95.5.柔性制造系统的适用范围柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 少少 零件品种数零件品种数 多多10000100010010大大 零件批量零件批量 小小数控机床通用机床数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造单元柔性制造系统柔性制造系统柔性制造生产线柔性制造生产线

13、专用机床专用机床自动线自动线生产率提高生产率提高柔性增大柔性增大2021-10-13现代制造技术2-10 常用加工设备主要类型如下常用加工设备主要类型如下: : 按工艺用途可分为按工艺用途可分为: :镗铣加工中心、镗铣加工中心、 车削加工中心、钻车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。 按主轴的空间位置可分为按主轴的空间位置可分为: :立式加工中心、卧式加工中立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。第第2 2节节 柔性制造技术的加工系统柔性制造技术的加

14、工系统 FMSFMS是一个计算机化的自动制造系统，能以最少的人工干是一个计算机化的自动制造系统，能以最少的人工干预加工任一范围零件族的零件。因此，预加工任一范围零件族的零件。因此，FMSFMS的加工系统主要由的加工系统主要由数控机床、加工中心数控机床、加工中心等加工设备等加工设备( (有的还带有工件清洗、在线有的还带有工件清洗、在线检测等辅助设备检测等辅助设备) )构成，系统中的加工设备在工件、刀具和控构成，系统中的加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其他子系统相连接的标准接口。制三个方面都具有可与其他子系统相连接的标准接口。 2021-10-13现代制造技术2-11 如图所示加工中心

15、是典型的适应如图所示加工中心是典型的适应FMSFMS需要的加工中心机床。它由主轴需要的加工中心机床。它由主轴头头1 1、换刀机构和刀库、换刀机构和刀库2 2、立柱、立柱3 3、立柱底座、立柱底座4 4、回转工作台、回转工作台5 5、工作台底座、工作台底座6 6等部分组成，等部分组成，具有自动换刀、刀具半径和长度自动补偿具有自动换刀、刀具半径和长度自动补偿等功能。等功能。卧式加工中心卧式加工中心11主轴头；主轴头；22刀库；刀库；33立柱；立柱；44立柱底座；立柱底座；55工作台；工作台；66工作台底座工作台底座2021-10-13现代制造技术2-12 下图为一台车削加工中心，在机床的右端有一个

16、小刀库下图为一台车削加工中心，在机床的右端有一个小刀库1 1；上端有；上端有换刀机械手换刀机械手3 3，用于回转刀架，用于回转刀架2 2与刀库刀具的交换；机床左端配备一个与刀库刀具的交换；机床左端配备一个上、下工件的机械手上、下工件的机械手4 4，工件存放在机床左前方的存储站，工件存放在机床左前方的存储站5 5内。内。2021-10-13现代制造技术2-13 在在FMSFMS加工系统中还有一类加工中心，它们配有一个储存工件的托加工系统中还有一类加工中心，它们配有一个储存工件的托盘站和自动工件交换台，如图示。当加工中心盘站和自动工件交换台，如图示。当加工中心1 1 加工完一个工件后，加工完一个工

17、件后，托盘交换装置托盘交换装置5 5便将加工完的工件连同托盘便将加工完的工件连同托盘2 2一起拖至环形工件台一起拖至环形工件台4 4的空的空闲位置，然后按指令将下一个待加工的工件闲位置，然后按指令将下一个待加工的工件( (托盘托盘) )转到交换装置上，转到交换装置上，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧和加工。由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧和加工。柔性制造单元柔性制造单元 11加工中心机床；加工中心机床；22托盘；托盘；33托盘座；托盘座；44环形工作台；环形工作台；55托盘交换装置托盘交换装置2021-10-13现代制造技术2-142.FMS2.FMS加工系统的机床配置加工系统

18、的机床配置（1 1）FMSFMS的加工对象及所配机床类型的加工对象及所配机床类型 1) 1) 棱柱体类棱柱体类（包括箱体形、平板形）（包括箱体形、平板形） 2) 2) 回转体类回转体类（长轴形、盘套形）（长轴形、盘套形） 对加工系统而言对加工系统而言, ,用于加工棱柱体用于加工棱柱体类工件的类工件的FMSFMS由立、卧式由立、卧式加工中心加工中心, ,数控组合机床和托盘交换器等构成；数控组合机床和托盘交换器等构成；用于加工回转用于加工回转体体类工件的类工件的FMSFMS由数控车床由数控车床, ,车削中心车削中心, ,数控组合机床和上下料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。机

19、械手或机器人及棒料输送装置等构成。 加工系统的结构形式以及所配置的机床的数量、规格、类加工系统的结构形式以及所配置的机床的数量、规格、类型取决于工件的形状、尺寸和精度要求，同时也取决于生产型取决于工件的形状、尺寸和精度要求，同时也取决于生产的批量及加工自动化程度。的批量及加工自动化程度。 2021-10-13现代制造技术2-15当所选定零件组的全部工序可以被一当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，种机床独立完成时，FMSFMS可以只配置数可以只配置数量足够的相同型号机床，这些机床之量足够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。间是可以相互代替的。（2 2）机床配置形式）机床配

20、置形式: : 1) 1) 互替式（并联）互替式（并联） 2) 2) 互补式（串联）互补式（串联） 3) 3) 混合式（并串联）混合式（并串联）当所选定零件组的全部工序不能被当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时一种机床独立完成时,FMS,FMS需要配置需要配置几种不同型号的机床几种不同型号的机床, ,各自完成特定各自完成特定的工作的工作, ,这些机床之间是互相补充的这些机床之间是互相补充的, ,不能相互替代。不能相互替代。2021-10-13现代制造技术2-16 机床配置形式与特征比较机床配置形式与特征比较配置形式配置形式互替式互替式互补式互补式混合式混合式简简 图图生产柔性生产柔性

21、低低中中高高生产率生产率低低高高中中技术利用率技术利用率低低中中高高系统可靠性系统可靠性高高低低中中投资强度比投资强度比高高低低中中 说明说明: :配置形式取决于机床功能、配置形式取决于机床功能、FMSFMS的物料流和信息流，而非取决于设备的物理布局。的物料流和信息流，而非取决于设备的物理布局。 2021-10-13现代制造技术2-17 （1 1）机床夹具）机床夹具 由于由于FMSFMS所加工的零件类型多，所加工的零件类型多，其夹具的结构种类也多种多样。其夹具的结构种类也多种多样。一台好的夹具应能实现一次装夹一台好的夹具应能实现一次装夹便可完成所有部位的加工，减少便可完成所有部位的加工，减少装

22、夹定位次数，避免不必要的累装夹定位次数，避免不必要的累积误差积误差. .目前，用于目前，用于FMSFMS的夹具有的夹具有两个两个发展趋势发展趋势，其一是大量使用，其一是大量使用组合夹具组合夹具，可针对不同的服务对，可针对不同的服务对象快速拼装出所需要的夹具，使象快速拼装出所需要的夹具，使夹具的重复利用率提高；其二是夹具的重复利用率提高；其二是开发开发柔性夹具柔性夹具，使一台夹具能为，使一台夹具能为多个对象服务多个对象服务. .图示为德国斯图加图示为德国斯图加特大学机床研究所利用双向旋转特大学机床研究所利用双向旋转原理所研制的柔性夹具。原理所研制的柔性夹具。11液压缸；液压缸； 22夹紧元件夹紧

23、元件33支撑元件；支撑元件； 44定位元件定位元件2021-10-13现代制造技术2-18托盘托盘 在在FMSFMS中，工件一般安装在夹具上，而夹具又被安装中，工件一般安装在夹具上，而夹具又被安装在托盘上在托盘上, ,因而因而托盘是工件和夹具的承载体托盘是工件和夹具的承载体。当工件在机。当工件在机床上加工时床上加工时, ,托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时, , 托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。从某种意托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。从某种意义上说义上说, ,托盘是一种工件和机床之间的硬件接口托盘是一种工件和机床之间的硬件接口。因此。因

24、此, ,在在同一个同一个FMSFMS之间的所有机床之间的所有机床, ,不管各自的形式如何不管各自的形式如何, ,都都必须必须采用这种统一的接口采用这种统一的接口, , 使各台机床连接成为一个整体系统使各台机床连接成为一个整体系统, ,这就要求系统中的这就要求系统中的所有托盘采用同一种结构形式所有托盘采用同一种结构形式。 托盘结构有箱式、板式等。托盘的上表面有便于工件托盘结构有箱式、板式等。托盘的上表面有便于工件安装的安装的T T型槽、矩阵螺孔，下表面有供在机床工作台上定位型槽、矩阵螺孔，下表面有供在机床工作台上定位的基面和输送基面，其在机床工作台上定位通常是采用锥的基面和输送基面，其在机床工作

25、台上定位通常是采用锥面定位。面定位。2021-10-13现代制造技术2-19 自动上、下料装置是指机床与托盘站之间工件托盘的装卸装备，自动上、下料装置是指机床与托盘站之间工件托盘的装卸装备，加工中心中最常见的自动上、下料装置是加工中心中最常见的自动上、下料装置是托盘交换器托盘交换器（Automatic Automatic Pal1et ChangerAPCPal1et ChangerAPC）, ,它不仅是加工系统与物流系统间的它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接工件输送接口口，还可作为工件的暂时储存器，当系统阻塞时起到物流系统工件缓冲站，还可作为工件的暂时储存器，当系统阻塞时起到物流系统工

26、件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式回转式和和往复式往复式两种。两种。 2021-10-13现代制造技术2-20 下图是多托盘的下图是多托盘的往复式托盘交换器往复式托盘交换器。它由托盘库和托盘交换器组成，。它由托盘库和托盘交换器组成，托盘库可以存放五个托盘。当机床加工完后，工作台横向移动到卸料位置，托盘库可以存放五个托盘。当机床加工完后，工作台横向移动到卸料位置，将加工好的工件及其托盘移至托盘库的空位上；然后工作台横移至装料位将加工好的工件及其托盘移至托盘库的空位上；然后工作台横移至装料位置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台上。由于设置了托盘交换器

27、，置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台上。由于设置了托盘交换器，工件的装卸时间得到了大幅度的缩减。工件的装卸时间得到了大幅度的缩减。2021-10-13现代制造技术2-214.4.加工系统的监控加工系统的监控 通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间通信及接口、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、的协调、与系统外的协调、NCNC控制、控制、PLCPLC控制、误动控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等障档案、过程决策与处理等 机床机床 主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪

28、主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等声、切削热等 夹具夹具安装、精度、夹紧力等安装、精度、夹紧力等 刀具刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等 工件工件识别、交换、装夹等识别、交换、装夹等 其它其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等灾等 形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等 监控功能 设备运行状态设备运行状态 切削切削加工加工状态状态 产品质量状态2021-10-13现代制造技术2-22第第3 3节节 FMSFMS的物料运储系统的

29、物料运储系统 物流是物流是FMSFMS中物料流动的总称。在中物料流动的总称。在FMSFMS中流动的物料主要中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。 物料运储系统又称物流系统物料运储系统又称物流系统, ,主要完成主要完成两种工作两种工作：一是一是将将零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬进系统并将加零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬进系统并将加工好的成品及工具换下来从系统中搬运走；工好的成品及工具换下来从系统中搬运走；二是二是零件、工具零件、工具和配套件等在系统内部的搬运和存储。在一般情况下前者需和配套件等在系统内部的搬运和存储。在一般情况下前

30、者需要人工干预，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动要人工干预，而后者可以在计算机的统一管理和控制下自动完成。合理地选择完成。合理地选择FMSFMS的物料运储系统，可以大大减少物料的的物料运储系统，可以大大减少物料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。 2021-10-13现代制造技术2-231. FMS1. FMS的物料运储系统的组成的物料运储系统的组成主要由主要由: :运输装置运输装置储存装置储存装置等组成。等组成。2021-10-13现代制造技术2-24输装置输装置 运运输装置分类如下输装置分类如下: :辊式辊式链式（输送带由于柔性差，目前

31、较少使用）链式（输送带由于柔性差，目前较少使用）带式带式有轨有轨无轨（无轨（AGV）固定路线固定路线随机路线随机路线电磁式电磁式光电式光电式输送带输送带运输小车运输小车机器人机器人固定式机器人固定式机器人行走式机器人行走式机器人2021-10-13现代制造技术2-251)1)输送带输送带 用于用于工件或工件托盘的输送，工件或工件托盘的输送，输送带分为动力型输送带分为动力型 和无动力型；从结构方式上分有辊式、链式、带和无动力型；从结构方式上分有辊式、链式、带 式之分；从空间位置和输送物料的方式上分又有式之分；从空间位置和输送物料的方式上分又有 台式和悬挂式之分。台式和悬挂式之分。 辊式辊式 链式

32、链式 带式带式2021-10-13现代制造技术2-26 2) 2) 自动运输小车自动运输小车 有轨小车有轨小车-所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。分地面有所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。分地面有轨小车和高架有轨小车。也可轨小车和高架有轨小车。也可有自驱和它驱两种形式。自驱由交直流伺服有自驱和它驱两种形式。自驱由交直流伺服电机驱动，它驱由外部链索牵引。有轨小车特点是加速移动比较快，适合电机驱动，它驱由外部链索牵引。有轨小车特点是加速移动比较快，适合运送重型工件，行走平稳，停车位置比较准确，控制系统较简单，可靠性运送重型工件，行走平稳，停车位置比较准确，控制系统较简单，可靠性好，

33、成本低，行走路线不能变更，噪声大；好，成本低，行走路线不能变更，噪声大； 2021-10-13现代制造技术2-27 无轨小车无轨小车-自动导向小车自动导向小车(AGV-Automatic Guided Vehicle)(AGV-Automatic Guided Vehicle) 无轨小车是一种利用微机控制的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能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶径行驶, ,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。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。自动导向小车无人驾驶，以蓄电瓶驱动物料搬运设备，其行

34、驶路线和停靠自动导向小车无人驾驶，以蓄电瓶驱动物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。由运输小车、地下电缆、控制器组成。行走路线分直线、位置是可编程的。由运输小车、地下电缆、控制器组成。行走路线分直线、分支、环路或网状。小车上设有托盘交换装置和安全防护装置分支、环路或网状。小车上设有托盘交换装置和安全防护装置. . 2021-10-13现代制造技术2-28 3) 3) 搬运机器人搬运机器人 搬运机器人是搬运机器人是FMSFMS中非常重要的一种设备，由于它具有中非常重要的一种设备，由于它具有较高的柔性和较强的控制水平，因而已成为较高的柔性和较强的控制水平，因而已成为FMSFMS中不可缺少中

35、不可缺少的部分。的部分。 除了上述三种常用的物料运载装置之外，在除了上述三种常用的物料运载装置之外，在FMSFMS中往往中往往还采用如还采用如支架式起重机支架式起重机、物料叉车物料叉车等物料运送工具。等物料运送工具。 自动化物料储运设备的选择与生产系统的布局和运行自动化物料储运设备的选择与生产系统的布局和运行直接相关，要与生产流程和生产设备类型相适应，它对生直接相关，要与生产流程和生产设备类型相适应，它对生产系统的生产效率、复杂程度、资金占用和经济效果都有产系统的生产效率、复杂程度、资金占用和经济效果都有较大的影响。较大的影响。2021-10-13现代制造技术2-29物料存储设备物料存储设备

36、1 1）工件装卸站）工件装卸站 工件装卸站设在工件装卸站设在FMSFMS的入口处，用于完成工件的装卸工作。由于装的入口处，用于完成工件的装卸工作。由于装卸操作比较复杂，通常由人工完成对毛坯和待加工零件的装卸。为了方卸操作比较复杂，通常由人工完成对毛坯和待加工零件的装卸。为了方便工件的传送以及在各台机床上进行准确的定位和夹紧，通常先将工件便工件的传送以及在各台机床上进行准确的定位和夹紧，通常先将工件夹紧在专用的夹具中，然后再将夹具夹持在托盘上，这样，完成装夹的夹紧在专用的夹具中，然后再将夹具夹持在托盘上，这样，完成装夹的工件将与夹具和托盘组合成为一个整体在系统中进行传送。工件将与夹具和托盘组合成

37、为一个整体在系统中进行传送。 2 2）托盘缓冲站）托盘缓冲站 托盘缓冲站是一种待加工零件的中间存储站，也称为托盘站。由于托盘缓冲站是一种待加工零件的中间存储站，也称为托盘站。由于FMSFMS不可能像单一的流水线不可能像单一的流水线/ /自动线那样达到各机床工作站的节拍完全相自动线那样达到各机床工作站的节拍完全相等，因而避免不了会产生加工工作站前的等，因而避免不了会产生加工工作站前的排队现象排队现象，托盘缓冲站正是为，托盘缓冲站正是为此目的而设置的，起着缓冲物料的作用。托盘缓冲站一般设置在加工机此目的而设置的，起着缓冲物料的作用。托盘缓冲站一般设置在加工机床的附近，可存储若干只工件床的附近，可存

38、储若干只工件/ /托盘组合体。若机床发出已准备好接受托盘组合体。若机床发出已准备好接受工件的信号时，通过托盘交换器便可将工件从托盘缓冲站送到机床上进工件的信号时，通过托盘交换器便可将工件从托盘缓冲站送到机床上进行加工。行加工。2021-10-13现代制造技术2-30 又称立体仓库或自动又称立体仓库或自动化仓库系统（化仓库系统（Automated Automated Storage and Retrieva1 Storage and Retrieva1 SystemSystem一一ASASRSRS）, ,由高层由高层料架料架 、堆垛机、控制计算、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成机和物料识别

39、装置等组成。具有自动化程度高、料。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小际需求扩展、占地面积小等优点。等优点。 自动仓库自动仓库运输小车运输小车出入库装卸站出入库装卸站堆垛机堆垛机料料架架2021-10-13现代制造技术2-312. 2. 物料运储系统的基本回路物料运储系统的基本回路 在在FMSFMS物料运储系统中，物料物料运储系统中，物料运送线路的布局运送线路的布局往往是往往是一个一个比较复杂比较复杂的问题，其的问题，其主要原因主要原因为：为：运输路线较长，运输路线较长，柔性很大的机器人无法使用；柔性

40、很大的机器人无法使用；运送物料的种类多，除了运送物料的种类多，除了工件之外，至少还需考虑刀具运输问题。由于多种物料同工件之外，至少还需考虑刀具运输问题。由于多种物料同时运输，因而影响运输系统的结构和管理方法，时运输，因而影响运输系统的结构和管理方法，连接点连接点的性质不一，除通常的加工工作站作为连接点之外，往往的性质不一，除通常的加工工作站作为连接点之外，往往还需要连接自动化仓库、装卸站、托盘缓冲站以及各种辅还需要连接自动化仓库、装卸站、托盘缓冲站以及各种辅助处理工作站。由于连接点的工作性质不同，使输送路线、助处理工作站。由于连接点的工作性质不同，使输送路线、位置以及交换设备各不相同。位置以及

41、交换设备各不相同。尽管如此尽管如此，但经分析可知，但经分析可知，它们必定是由通过连接点、分支点和汇总点的一些基本回它们必定是由通过连接点、分支点和汇总点的一些基本回路组成的。路组成的。 2021-10-13现代制造技术2-32FMSFMS中物料运储系统的基本回路可分为以下五种形式：中物料运储系统的基本回路可分为以下五种形式：2021-10-13现代制造技术2-33 用基本回路设计的物流系统用基本回路设计的物流系统, ,可使系统的线路规格化可使系统的线路规格化, ,有利于系统的扩有利于系统的扩展。实际应用中的展。实际应用中的FMSFMS运储系统常常采用以下几种基本回路的组合形式运储系统常常采用以

42、下几种基本回路的组合形式: :2021-10-13现代制造技术2-342021-10-13现代制造技术2-353. 3. 自动导向小车自动导向小车(AGV)(AGV)简介简介 (Automatic Guided Vehicle)(Automatic Guided Vehicle)是一种由计算机控制的，按照一是一种由计算机控制的，按照一定程序或轨道自动完成运输任务定程序或轨道自动完成运输任务的运输工具。的运输工具。AGVAGV是当前是当前FMSFMS中的中的主要运输设备和装置，它具有运主要运输设备和装置，它具有运行速度快、运载能力强、定位精行速度快、运载能力强、定位精度高、安全可靠、维修方便等优

43、度高、安全可靠、维修方便等优点。点。如图所示如图所示，AGVAGV的主体是无人的主体是无人驾驶小车，小车的上部为一平台，驾驶小车，小车的上部为一平台，平台上装备有托盘交换装置，托平台上装备有托盘交换装置，托盘上夹持着夹具和工件，小车的盘上夹持着夹具和工件，小车的开停、行走和导向均由计算机控开停、行走和导向均由计算机控制，小车的两端装有自动刹车缓制，小车的两端装有自动刹车缓冲器，以防意外。冲器，以防意外。2021-10-13现代制造技术2-36AGVAGV的系统组成的系统组成 AGVAGV系统主要有运输小车、地板设备及系统控制器系统主要有运输小车、地板设备及系统控制器等三部分组成。等三部分组成。

44、 1) 1) 较高的柔性较高的柔性 2) 2) 实时监视和扩展实时监视和扩展 3) 3) 安全可靠安全可靠 4) 4) 维护方便维护方便 5) 5) 制造成本高，技术难度较大。制造成本高，技术难度较大。AGVAGV的特点的特点 2021-10-13现代制造技术2-37AGVAGV的分类的分类 按导向方法的不同可将按导向方法的不同可将AGVAGV分为以下几种类型：分为以下几种类型： 1) 1) 有轨小车有轨小车 有轨小车是通过铺设的铁轨进行运动的，有轨小车是通过铺设的铁轨进行运动的，它可以很方便地在同一轨道上来回移动。有轨小车的移它可以很方便地在同一轨道上来回移动。有轨小车的移动速度和加速过程都

45、比较快，负载能力比其他所有动速度和加速过程都比较快，负载能力比其他所有AGVAGV小车都大，短距离移动时它的机动性能比较好，停靠准小车都大，短距离移动时它的机动性能比较好，停靠准确，易于与传统设备结合。其确，易于与传统设备结合。其不足之处不足之处是，一旦导轨铺是，一旦导轨铺设好后就不便改动，此外转弯的角度亦不能太小。设好后就不便改动，此外转弯的角度亦不能太小。 2021-10-13现代制造技术2-38 2) 2) 线导小车线导小车 线导小车是利用电磁感应制导原理进行导向的。如图示，线导小车是利用电磁感应制导原理进行导向的。如图示，除了驱动系统外，小车前部装有一对扫描线圈。当埋入地沟内的导线通除

46、了驱动系统外，小车前部装有一对扫描线圈。当埋入地沟内的导线通以低频交变电流时，在导线周围便形成一个环形磁场。当导线从小车前以低频交变电流时，在导线周围便形成一个环形磁场。当导线从小车前部两个扫描线圈中间通过时，两个扫描线圈中的感应电势相等，当小车部两个扫描线圈中间通过时，两个扫描线圈中的感应电势相等，当小车偏离轨道时，扫描线圈就会产生感应电势差，其电势差经放大后反馈给偏离轨道时，扫描线圈就会产生感应电势差，其电势差经放大后反馈给转向制导电动机，使转向制导电动机，使AGVAGV朝向减少误差的方向偏转，直至电势差消除为止，朝向减少误差的方向偏转，直至电势差消除为止，从而保证小车始终沿着导线方向运行

47、。从而保证小车始终沿着导线方向运行。2021-10-13现代制造技术2-39 3)3)光导小车光导小车 光导小车是采用光电制导原理进行导向的。光导小车是采用光电制导原理进行导向的。通常采用一种带有荧光材料的油漆或色带在地板上绘制通常采用一种带有荧光材料的油漆或色带在地板上绘制出运输路线图，小车上安装有光源及光敏元件，小车运出运输路线图，小车上安装有光源及光敏元件，小车运行时，由车上的光源发出的光束照射在地板上，小车内行时，由车上的光源发出的光束照射在地板上，小车内的光敏元件接受反射光，通过光电信号的转换产生路线的光敏元件接受反射光，通过光电信号的转换产生路线识别信号，从而控制小车沿着绘制的路线

48、运行。这种制识别信号，从而控制小车沿着绘制的路线运行。这种制导方式的优点是改变路线非常容易，但对环境的要求比导方式的优点是改变路线非常容易，但对环境的要求比较严格，因此只适用于实验室等环境非常洁净的场合。较严格，因此只适用于实验室等环境非常洁净的场合。 2021-10-13现代制造技术2-40沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼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龙带），小车上装有发光器和受光器, ,其发出的光经反光其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

49、的舵轮。小车的舵轮。 光学引导方式原理（光导小车）光学引导方式原理（光导小车）信号孔信号孔感光元件感光元件光道光道光源光源反光带反光带 光学引导原理光学引导原理2021-10-13现代制造技术2-41 4) 4)遥控制导小车遥控制导小车 这种小车没有传送信息的电缆，而这种小车没有传送信息的电缆，而是使用无线电或激光发送和接收设备来传送控制命令是使用无线电或激光发送和接收设备来传送控制命令和信息。这种小车的活动范围和路线基本不受限制，和信息。这种小车的活动范围和路线基本不受限制，具有柔性高、扩展性好、对环境要求不高等优点。但具有柔性高、扩展性好、对环境要求不高等优点。但其控制系统和操纵系统较为复

50、杂，目前还处于实验研其控制系统和操纵系统较为复杂，目前还处于实验研究阶段。相信随着激光制导技术的进一步发展，这种究阶段。相信随着激光制导技术的进一步发展，这种遥控制导小车可望不久将会投入实际应用。遥控制导小车可望不久将会投入实际应用。2021-10-13现代制造技术2-42 4. 4. 自动化仓库自动化仓库 自动化仓库在自动化仓库在FMSFMS中占有非常重要的地位中占有非常重要的地位, ,以它为中心组成了一个毛以它为中心组成了一个毛坯、半成品、配套件或成品的自动存储检索系统。在管理信息系统的坯、半成品、配套件或成品的自动存储检索系统。在管理信息系统的支持下支持下, ,自动化仓库与加工系统、运载

51、设备等一道成为自动化仓库与加工系统、运载设备等一道成为FMSFMS的重要支柱。的重要支柱。 自动化仓库一般由自动化仓库一般由货架、堆垛机货架、堆垛机以及计以及计算机控制系统算机控制系统三部分组成。三部分组成。 货架货架 货架是仓库的主体结构，是存放物料的场所。货架是仓库的主体结构，是存放物料的场所。FMSFMS的自动化仓库属于的自动化仓库属于专用性车间级仓库，也即专用性车间级仓库，也即针对既定的产品类型存放毛坯、原材料、半成针对既定的产品类型存放毛坯、原材料、半成品、成品以及各种工艺装备。品、成品以及各种工艺装备。 自动化仓库内物料按自动化仓库内物料按品类品类和和细目细目分别存放在货架的一个个

52、储存笼内，分别存放在货架的一个个储存笼内，每个每个储存笼储存笼均有固定的均有固定的地址编码地址编码，每种物料也都编有，每种物料也都编有物料码物料码，这些代码按，这些代码按一一对应一一对应的关系的关系存储在计算机存储在计算机内，这样可方便地内，这样可方便地根据根据储存笼的储存笼的地址地址查查找找所所存放的存放的物料代码物料代码，也可，也可根据根据物料物料代码代码反过来反过来找找到它的存储到它的存储地址地址。 2021-10-13现代制造技术2-43图示为图示为FMSFMS中常见的物料存储装置中常见的物料存储装置 （a a）立体仓库）立体仓库 （b b）水平回转型自动料架）水平回转型自动料架 （c

53、 c）垂直回转型自动料架）垂直回转型自动料架 （d d）缓冲料架）缓冲料架2021-10-13现代制造技术2-44堆垛机堆垛机 一般由升降工作台、移动一般由升降工作台、移动电动机、支柱、上下导轨以及电动机、支柱、上下导轨以及位置传感器构成。移动电动机位置传感器构成。移动电动机能够驱动堆垛机沿巷道进行前能够驱动堆垛机沿巷道进行前后移动后移动, ,一旦堆垛机找到需要一旦堆垛机找到需要的货位的货位, ,就可以将物料或货箱就可以将物料或货箱自动推入货架的储存笼内自动推入货架的储存笼内, ,或或将货箱和物料从货架的储存笼将货箱和物料从货架的储存笼中拉出。中拉出。2021-10-13现代制造技术2-45

54、自动化仓库的计算机控制系统主要担负以下的三项任务：自动化仓库的计算机控制系统主要担负以下的三项任务：识别识别和登录物料信息、物料的自动存取控制、仓库管理和登录物料信息、物料的自动存取控制、仓库管理 。 (1)(1)识别和登录物料信息识别和登录物料信息 FMSFMS中物料的中物料的活动活动与物料的与物料的信息信息在整在整个物料处理过程中是个物料处理过程中是同步同步的，就是说物料从准备入库到物料完成加工，的，就是说物料从准备入库到物料完成加工，物料本身的信息与其代码、存放地址和工艺流程等信息结合在一起，物料本身的信息与其代码、存放地址和工艺流程等信息结合在一起，随着物料的流动始终由计算机进行跟踪，

55、并不断更新物料的有关信息，随着物料的流动始终由计算机进行跟踪，并不断更新物料的有关信息，以记录它的当前状况。这种物料信息网以记录它的当前状况。这种物料信息网要求要求自动仓库计算机控制系统自动仓库计算机控制系统在物料入库时在物料入库时，就必须，就必须对物料进行识别和登录对物料进行识别和登录，这种识别和登录是，这种识别和登录是FMSFMS中物料流和信息流结合的开始。中物料流和信息流结合的开始。FMSFMS中中物料的识别通常通过条形码物料的识别通常通过条形码来实现。来实现。 计算机控制系统计算机控制系统2021-10-13现代制造技术2-46 (2)(2)物料的自动存取控制物料的自动存取控制 自动化

56、仓库的自动化仓库的入库、搬运和出库入库、搬运和出库等工作都是等工作都是由仓库计算机控制系统进行控制的。物料由仓库计算机控制系统进行控制的。物料入库入库时，由于管理员已将物时，由于管理员已将物料存放的地址料存放的地址通过条形码通过条形码输入到计算机，因而计算机便可方便地控制输入到计算机，因而计算机便可方便地控制堆垛机进行移动，堆垛机进行移动，自动检索自动检索待存放物料的待存放物料的存储地址存储地址，一旦到达指定地，一旦到达指定地址后，堆垛机便停止移动，并将工件推入存储笼内。当物料要出库时，址后，堆垛机便停止移动，并将工件推入存储笼内。当物料要出库时，由由管理员输入待取的管理员输入待取的物料代码物

57、料代码，由计算机查，由计算机查找找出物料的出物料的存放地址存放地址，再，再驱动堆垛机进行移动检索，到指定地址的存储笼内取出所需物料，并驱动堆垛机进行移动检索，到指定地址的存储笼内取出所需物料，并送出仓库。送出仓库。 (3)(3)仓库管理仓库管理 计算机控制系统可对全仓库进行计算机控制系统可对全仓库进行物资物资、账目账目、货位货位以及以及其他物料其他物料信息信息的的管理管理，定期或不定期地打印各种报表。当系统出现故，定期或不定期地打印各种报表。当系统出现故障时，还可以通过总控制台的操作按钮进行障时，还可以通过总控制台的操作按钮进行“动态改账和信息修正动态改账和信息修正”，并判断出发生故障的巷道，

58、及时对发生故障的巷道进行封闭，以待管并判断出发生故障的巷道，及时对发生故障的巷道进行封闭，以待管理人员从事修复工作。理人员从事修复工作。2021-10-13现代制造技术2-47 大型立体仓库的功能框图如图所示。大型立体仓库的功能框图如图所示。 2021-10-13现代制造技术2-482021-10-13现代制造技术2-49第第4 4节节 FMSFMS刀具管理系统刀具管理系统1. FMS1. FMS的刀具管理系统的组成及其作业过程的刀具管理系统的组成及其作业过程 典型典型FMSFMS的刀的刀具管理系统如具管理系统如图所示图所示, ,通常通常由由刀库系统刀库系统、刀具预调站、刀具预调站、刀具交换装

59、置刀具交换装置以及管理控制以及管理控制刀具流的刀具流的计算计算机机组成。组成。2021-10-13现代制造技术2-50 FMS FMS的的刀库系统刀库系统包括包括机床刀库机床刀库和和中央刀库中央刀库两个独立部两个独立部分，机床刀具库存放加工单元当前所需要的刀具，其刀具分，机床刀具库存放加工单元当前所需要的刀具，其刀具容量有限，一般存放容量有限，一般存放40-12040-120把刀具；而中央刀具库的容把刀具；而中央刀具库的容量很大，有些量很大，有些FMSFMS的中央刀具库可容纳数千把各种刀具，的中央刀具库可容纳数千把各种刀具，可供各个加工单元共享。可供各个加工单元共享。刀具预调站刀具预调站一般设

60、置在一般设置在FMSFMS之外，之外，用于对加工中所使用的刀具按规定要求进行预先调整。用于对加工中所使用的刀具按规定要求进行预先调整。刀刀具装卸站具装卸站是刀具进出是刀具进出FMSFMS的门户，其结构多为框架式，是的门户，其结构多为框架式，是一种专用的刀具排架。一种专用的刀具排架。刀具交换装置刀具交换装置是一种在刀具装卸站、是一种在刀具装卸站、中央刀具库和机床刀具库之间进行刀具传递和搬运的工具。中央刀具库和机床刀具库之间进行刀具传递和搬运的工具。2021-10-13现代制造技术2-51 FMSFMS的刀具管理系统的作业过程可大致描述如下：的刀具管理系统的作业过程可大致描述如下： 刃磨好的专用刀