现代机械制造技术

1、LOGOa1柔柔 性性 制制 造造 技技 术术a2目目 录录柔性制造系统的组成、原理柔性制造系统的组成、原理1柔性制造系统的类型、应用柔性制造系统的类型、应用2柔性制造系统的加工系统柔性制造系统的加工系统3柔性制造系统的物流系统柔性制造系统的物流系统4柔性制造系统的控制管理系统柔性制造系统的控制管理系统a31、柔性制造系统的组成、原理v 柔性制造系统的定义柔性制造系统的定义v 根据根据“中华人民共和国国家军用标准中华人民共和国国家军用标准”有关有关“武器装备柔性制造武器装备柔性制造系统术语系统术语”的定义，柔性制造系统的定义，柔性制造系统（FMSFMS）是数控加工设备、物是数控加工设备、物料运

2、储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，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调整，个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。适用于多品种、中小批量生产。v 美国制造工程师协会美国制造工程师协会(SME)(SME)的计算机辅助系统和应用协会把柔性的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为制造系统定义为“使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集

3、成制造系统”。v 更直观的定义是：柔性制造系统是一组数控机床和其他自动化的更直观的定义是：柔性制造系统是一组数控机床和其他自动化的工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合工艺设备，由计算机信息控制系统和物料自动储运系统有机结合的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成，的整体。柔性制造系统由加工、物流、信息流三个子系统组成，在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。a4v 我国FMS的研究状况v 我国采取我国采取引进和开发引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋转体件及相结合的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣

4、金件加工钣金件加工FMSFMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。 19841984是我国研制是我国研制FMSFMS的起步时间，比国外晚了的起步时间，比国外晚了1717年。我国第一套年。我国第一套FMSFMS系统是由北京机床研究所于系统是由北京机床研究所于19851985年年1010月开发完成的（月开发完成的（JCS-FMS-1JCS-FMS-1），），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由刷架体等，它由5 5台国产加工中心、日本富士电机公司的台国产加工中心、日本富士电机公司的AGVAGV（自动

5、（自动导引车）及导引车）及4 4台日本产的机器人组成，其控制系统由台日本产的机器人组成，其控制系统由FANUCFANUC提供，据提供，据分析它的投资回收期约为两年半。分析它的投资回收期约为两年半。 19831983年年19851985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批日本进口了国内第一批FMSFMS。a5 19851985年后在国家机电部年后在国家机电部“七五七五”重点科技攻关项目的支持和国家重点科

6、技攻关项目的支持和国家863863高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，FMSFMS得到极大的重视和得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。发展，进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。 19881988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机机座的JCS-FMS-2JCS-FMS-2系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发开发FMSFMS系统的实力。系统的实力。 近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床

7、厂，近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施为实施CIMSCIMS，又进口了一些国外的，又进口了一些国外的FMSFMS系统。系统。a6柔性制造系统组成柔性制造系统组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统物流系统物流系统控制与管理系统控制与管理系统加加工工设设备备辅辅助助设设备备检检测测设设备备工工件件流流刀刀具具流流过过程程控控制制过过程程调调度度过过程程监监视视以任意顺序自动以任意顺序自动加工多种工件，加工多种工件，自动更换工件和自动更换工件和刀

8、具，增加功能刀具，增加功能后可实现工件自后可实现工件自动清洗与测量等动清洗与测量等满足可变节拍生满足可变节拍生产的物料自动识产的物料自动识别、存储、输送别、存储、输送和交换的要求。和交换的要求。可实现刀具的预可实现刀具的预调和管理等调和管理等加工系统和物流加工系统和物流系统的自动控制系统的自动控制和作业协调，在和作业协调，在线资料自动采集线资料自动采集和处理，运行仿和处理，运行仿真及故障诊断等真及故障诊断等a7FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信 息 传 输 网 络工夹具站a9v 综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了综上

9、所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了FMSFMS应具应具备以下特点：备以下特点：v 硬件组成：硬件组成： （1 1）两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括测量机、清洗）两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等。机、动平衡机、各种特种加工设备等。 （2 2）一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材料储运。具体）一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等。结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等。 （3

10、3）一套计算机控制系统及信息通信网络。）一套计算机控制系统及信息通信网络。v 软件组成：软件组成： （1 1）FMSFMS的运行控制系统的运行控制系统 （2 2）FMSFMS的质量保证系统的质量保证系统 （3 3）FMSFMS的数据管理和通信网络系统的数据管理和通信网络系统a102、柔性制造系统的类型、应用v FMSFMS适用于中小批量的生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，也要适用于中小批量的生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此，就产生了三种类型的考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此，就产生了三种类型的FMSFMS：a)a)互替式互替式 b) b)互补式

11、互补式 c) c)混合式混合式a11FMS 机床配置形式与特征比较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、说明：这些配置主要取决于机床功能、FMSFMS的物料流和信息流，而并的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。非取决于加工设备的物理布局。 a12FMS 机床配置形式机床配置形式v配备可互相替换机床的FMS 这一类这一类FMSFMS采用多个同构的或可互相替换的机床构成采用多个同构的或可互相替换的机床构成FMSFMS。例如，。例如，由八台加工中心、一个贮料系统和一条往复式物料运输线及计算机由八台加工中心、一个贮料系统和一条往复式物料运输线及计算机控制设备构成控制设备构

12、成FMSFMS。 在该类系统中，工件可以被送到适合加工它的任一台加工中心在该类系统中，工件可以被送到适合加工它的任一台加工中心上；由计算机根据各台机床任务量和状态对机床分配加工零件，每上；由计算机根据各台机床任务量和状态对机床分配加工零件，每台机床都有自动换刀装置，并可完成部分或全部加工工序。台机床都有自动换刀装置，并可完成部分或全部加工工序。 此类此类FMSFMS的最大优点是当设备发生故障时系统只须局部停机即可，的最大优点是当设备发生故障时系统只须局部停机即可，但由于机床种类单一，可能会造成加工能力不足或造价过高。但由于机床种类单一，可能会造成加工能力不足或造价过高。a13v配备互补机床的F

13、MS 这一类这一类FMSFMS通过物料运储系统将数台不同的通过物料运储系统将数台不同的NCNC机床连接起来，使机床连接起来，使不同机床的工艺加工能力可以互补。不同机床的工艺加工能力可以互补。 工件通过安装站进入系统，然后在计算机控制下从一个工作站到工件通过安装站进入系统，然后在计算机控制下从一个工作站到另一工作站，按顺序加工，每台机床所完成的工序数取决于工件的另一工作站，按顺序加工，每台机床所完成的工序数取决于工件的设计和机加工艺，不同的零件可采用不同的机床加工。设计和机加工艺，不同的零件可采用不同的机床加工。 这类这类FMSFMS比较经济，且加工能力互补，但一旦设备出现故障可能比较经济，且加

14、工能力互补，但一旦设备出现故障可能因影响到系统的加工能力而造成系统停机。可采用后备机床弥补这因影响到系统的加工能力而造成系统停机。可采用后备机床弥补这一不足。一不足。a14v混合式FMS 这在一个这在一个FMSFMS中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机床存在。床存在。 在实际使用中，很少有前两类在实际使用中，很少有前两类FMSFMS，通常采用两类的综合方式，通常采用两类的综合方式，即在一个即在一个FMSFMS中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机床存中包含不同类的机床，但每一类机床又都有多台机床存在。这样，不同类机床可相互互补加工能力，

15、又可避免因单台设备在。这样，不同类机床可相互互补加工能力，又可避免因单台设备故障造成系统瘫痪。只是在系统控制上更加复杂一些。故障造成系统瘫痪。只是在系统控制上更加复杂一些。a15v 不同类型的柔性制造设备v 柔性制造模块（柔性制造模块（FMMFMM）相当于功能齐全的加工中心。）相当于功能齐全的加工中心。v 柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）小型）小型FMSFMS，由，由1-21-2台机床组成，自动更换刀具，台机床组成，自动更换刀具，自动上下工件。自动上下工件。v 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）控制与管理功能比）控制与管理功能比FMCFMC强，管理通信要求高。强，管理通信要求

16、高。v 柔性制造生产线（柔性制造生产线（FMLFML）数控组合机床设备，专用性强、生产率高，）数控组合机床设备，专用性强、生产率高，相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批量生产，为专用相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批量生产，为专用FMSFMS。v 柔性制造工厂（柔性制造工厂（FMFFMF）全企业范围生产管理、设计开发、加工制造和）全企业范围生产管理、设计开发、加工制造和物料运储全盘自动化。物料运储全盘自动化。a16柔性制造系统的应用柔性制造系统的应用a17实际柔性制造生产线a183、FMS的加工系统v 加工系统的功能与要求： 加工系统是FMS的最基本的组成部分，也是FMS中耗资最多的

17、部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。 具体要求如下： （1）工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数； （2 2）控制功能强、扩展性好；）控制功能强、扩展性好； （3 3）高刚度、高精度、高速度；）高刚度、高精度、高速度； （4 4）自保护与自维护性好；）自保护与自维护性好； （5 5）使用经济性好；）使用经济性好； （6 6）对环境的适应性与保护性好。）对环境的适应性与保护性好。a19加工系统中常用的加工设备简介加工系统中常用的加工设备简介v 目前目前FMSFMS的加工对象主要有两大类：的加工对象主要有两大类： （1）棱柱体类（2 2）回转体类）回转体类v 加工中心加工中心 加工中心（加工中

18、心（Machining CenterMachining Center，MCMC）是一种备有刀库并）是一种备有刀库并能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的能按预定程序自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效数控机床。高效数控机床。 （1 1）棱柱体类：常用镗铣加工中心 （2）回转体类：常用车削加工中心a20卧式加工中心a211、刀库 2、回转刀架 3、换刀机械手 4、上下工件机器人 5、工件存储站 车削加工中心 a224、FMS的物料运储系统的物料运储系统v FMS的物料运储系统组成工件装卸站 设在FMS入口，由人工完成装卸；托盘缓冲站 工件中间存储站，起缓冲物料作用；物料存储装置 自

19、动化仓库、自动料架、缓冲料架；物料运送装置 负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。（1 1）传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；）传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；（2 2）自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；）自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；（3 3）搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。）搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。a23vFMS物料输送基本回路v直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在各个连接点停靠；v环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动；v网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环路移动到另一回路。a24v自动化

20、仓库v货 架 为一个个存储单元，设有地址编码，货架之间有有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。v堆垛机 由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的三维搬运设备。v控制与管理系统 负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。a25自动化仓库示意图a26FMS的刀具管理系统的刀具管理系统v 刀具运储系统的组成v 刀具预调站 设在FMS之外，按要求对刀具进行装配和调整；v 刀具装卸站 是刀具进出FMS入口，多为排架式框架结构；v 刀具库系统 存放当前加工所需的机床刀库，容量小；存放各加工单存放当前加工所需的机床刀库，容量小；存放各加工单元共享的中央刀库，容量大；元共享的中央刀库，容量大

21、；v 刀具运载交换装置 负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具；v 计算机控制管理系统 控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。a27v刀具运储系统作业过程刀具刃磨人工组装刀具预调刀具装卸站中央刀具库需重磨或报废刀具加工单元刀库加工单元刀库加工单元刀库a285、FMS的控制系统的控制系统vFMS控制与管理系统的体系结构递阶控制结构：递阶控制结构：将复杂系统分层分模块设置，各层相对独立，便于将复杂系统分层分模块设置，各层相对独立，便于系统的开发和维护。系统的开发和维护。递阶控制特点：递阶控制特点：愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处理信息量愈大，实时性要求愈小。vFMS三层递