柔性制造系统中组合夹具在制造业中的应用

1、柔性制造系统课程论文题 目:柔性制造系统中组合夹具在制造业中的应用 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 数控技术1001班 学生姓名： 葛乾坤 学 号： 201038540126 柔性制造系统中组合夹具在制造业中的应用【摘要】随着机械制造业的飞速发展，产品的更新换代越来越快，传统的大批量生产模式逐步被中小批量生产模式所取代，机械制造系统欲适应这种变化需具备较高的柔性。国外己把柔性制造系统(FMS)作为开发新产品的有效手段，并将其作为机械制造业的主要发展方向。柔性化的着眼点主要在机床和工装两个方面，组合夹具是工装柔性化的重点。组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预

2、先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具。它可以拆卸、清洗，并可重新组装成新的夹具，其应用非常普遍，尤其适合于多品种、中小批量的生产。由于组合夹具的平均设计和组装时间是专用夹具所花时间的5%-20%，可以认为组合夹具就是柔性夹具的代名词。关键字：柔性制造 先进制造 组合夹具 柔性制造系统的应用一. 柔性制造系统1规模按规模大小FMS可分为如下4类：（1)柔性制造单元(FMC)。FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6-8年。它是由1 2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成 具有适应加工多品种产品的灵活性。FM

3、C可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物。其特点是实现单机柔性化及自动化。迄今已进入普及应用阶段。(2)柔性制造系统(FMS)。通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)。由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来。可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。(3)柔性制造线(FML)。它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心 CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床。对物料搬运系统柔性的要求低于FMS 但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制

4、系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。(4)柔性制造工厂(FMF)。FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CADCAM。并使计算机集成制造系统(ClMS)投入实际 实现生产系统柔性化及自动化。进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平。反映出世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制造系统(IMS)为代表。其特点是实现工厂柔性

5、化及自动化。二、规模 按规模大小FMS可分为如下4类：  1.柔性制造单元(FMC) FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚68年，它是由12台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。  2.柔性制造系统(FMS) 通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。&

6、#160; 3.柔性制造线(FML) 它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。  4.柔性制造工厂(FMF) FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CA

7、D/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世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制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。 三、关键技术 1.计算机辅助设计 未来CAD技术发展将会引入专家系统，使之具有智能化，可处理各种复杂的问题。当前设计技术最新的一个突破是光敏立体成形技术，该项新技术是直接利用CAD数据，通过计算机控制的激光扫描系统，将三维数

8、字模型分成若干层二维片状图形，并按二维片状图形对池内的光敏树脂液面进行光学扫描，被扫描到的液面则变成固化塑料，如此循环操作，逐层扫描成形，并自动地将分层成形的各片状固化塑料粘合在一起，仅需确定数据，数小时内便可制出精确的原型。它有助于加快开发新产品和研制新结构的速度。  2.模糊控制技术模糊数学的实际应用是模糊控制器。最近开发出的高性能模糊控制器具有自学习功能，可在控制过程中不断获取新的信息并自动地对控制量作调整，使系统性能大为改善，其中尤其以基于人工神经网络的自学方法更引起人们极大的关注.3.人工智能、专家系统及智能传感器技术 迄今，FMS中所采用的人工智能大多指基于规则

9、的专家系统。专家系统利用专家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、监视、修复、命令及控制等)。由于专家系统能简便地将各种事实及经验证过的理论与通过经验获得的知识相结合，因而专家系统为FMS的诸方面工作增强了柔性。展望未来，以知识密集为特征，以知识处理为手段的人工智能(包括专家系统)技术必将在FMS(尤其智能型)中起着关键性的作用。人工智能在未来FMS中将发挥日趋重要的作用。目前用于FMS中的各种技术，预计最有发展前途的仍是人工智能。预计到21世纪初，人工智能在FMS中的应用规模将要比目前大4倍。智能制造技术(IMT)旨在将人工智能融入制造过程的各个环节

10、，借助模拟专家的智能活动，取代或延伸制造环境中人的部分脑力劳动。在制造过程，系统能自动监测其运行状态，在受到外界或内部激励时能自动调节其参数，以达到最佳工作状态，具备自组织能力。故IMT被称为未来21世纪的制造技术。对未来智能化FMS具有重要意义的一个正在急速发展的领域是智能传感器技术。该项技术是伴随计算机应用技术和人工智能而产生的，它使传感器具有内在的“决策”功能。  4.人工神经网络技术 人工神经网络(ANN)是模拟智能生物的神经网络对信息进行并行处理的一种方法。故人工神经网络也就是一种人工智能工具。在自动控制领域，神经网络不久将并列于专家系统和模糊控制系统，成为现代自

11、支化系统中的一个组成部分。 四柔性制造系统的优点 柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。具体优点如下。 (1)设备利用率高。一组机床编入柔性制造系统后，产量比这组机床在分散单机作业时的产量提高数倍。 (2)在制品减少80%左右。 (3)生产能力相对稳定。自动加工系统由一自或多台机床组成，发生故障时，有降级运转的能力，物料传送系统也有自行绕过故障机床的能力。 (4)产品质量高。零件在加工过程中，装卸一次完成，加工精度嵩，加工形式稳定。 (5)运行灵活。有些柔性制造系统的检

12、验、装卡和维护工作可在第一班完成，第二、第三班可在无人照看下正常生产。在理想的柔性制造系统中，其监控系统还能处理诸如刀具的磨损调换、物流的堵塞疏通等运行过程中不可预料的问题。 (6)产品应变能力大。刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面布置合理，便于增减设备，满足市场需要。 (7)经济效果显著。采用FMS的主要技术经济效果是：能按装配作业配套需要，及时安排所需零件的加工，实现及时生产，从而减少毛坯和在制品的库存量，及相应的流动资金占用量，缩短生产周期；提高设备的利用率，减少设备数量和厂房面积；减少直接劳动力，在少人看管条件下可实现昼夜24小时的连续“无人化生产”；提高产品质量的一致性。

13、五组合夹具的特点组合夹具按其结构型式分为孔系组合夹具、槽系组合夹具、组合冲模三大系列。槽系组合夹具又分16mm、12mm、8mm三种型式。也就是我们通常所说的大型、中型、小型组合夹具。组合夹具具有以下几方面的特点:(1)通用性强，可重复利用。组合夹具是在机床夹具元件高度标准化的前提下发展起来的。组合夹具的元件具有较高的尺寸精度和几何精度，较高的硬度和耐磨性，而且具有完全互换性。元件的平均使用寿命可达巧年以上。组合夹具的组装如同搭积木一样，由于它拼装起来变化多，夹具结构型式变化无穷，它能满足各种零部件的加工要求。(2)适用范围广。组合夹具可适用于机械制造业中的车、铣、刨、磨、镗、钻等工种，在划线

14、、检验、装配、焊接等工种也可应用。(3)可降低生产成本，提高劳动效率。组合夹具用后拆散，元件可以继续使用，这样既能减少夹具库存和因夹具报废造成的浪费，同时又能节省夹具制造的时间和费用，从而降低生产成本，提高劳动效率。六组合夹具在制造业中的应用1组合夹具在数控机床中的应用随着机械制造业的发展，对于组合夹具数控机床有许多不同于普通机床的特殊要求，如:粗加工时要求夹具具有很好的刚度，能承受大功率、高速切削;精加工时要求工件在夹具中产生的定位及夹紧误差最小;为提高工效，要求组合夹具元件能大、中融合一体，安装在同一块基础板上，以适应单件或多件同时加工等。孔系夹具靠销孔定位，故坐标孔系一定，组装程度简单，

15、无需测量调整就能确定工件在机床坐标中的位置。当使用多夹具基础板时，既可组装单个大零件夹具，又可组装多个中小零件夹具，工效高，柔性好。孔系夹具的特点，适用于数控机床和柔性制造系统的配套工装或随行夹具，在数控中的应用覆盖面超过槽系夹具，占据主导地位。2组合夹具在焊接中的应用Grove公司是生产汽车液压吊车的著名制造企业。过去焊接工序全部依靠手工焊接临时工装和专用焊接夹具去完成。现在该公司设计出组合夹具系统，其核心是安装焊接零件、各式各样的标准角度支承、支承块及各种附件的三维工作台。此台设计成一个坚实的平台，并由带加强筋的高强度钢制成，加工到很严的公差以保证稳定性和平直度在0.033mm/m以内。三

16、维工作台做成数种尺寸，设计成单独使用或用螺栓将数个工作台连接在一起以适应较大焊接零件。每一工作台作为焊接夹具的主要结构元件，由孔径28mm和l0mm的孔遍布工作台面及四周的网状孔系组成。需要更准确的孔距时，可用网孔密度为一倍的辅助板，这些板的网状孔距为50mm-6Omm，并很容易安装在三维工作台上。这些网状孔系设计成将结构零件和夹具元件安装在工作台上并保持孔的位置精度为士0.025mm，整体为士0.05mm。除网状孔系外有些夹具元件也制成28mm宽的槽系，这些槽允许不同夹具元件精确定位以适应焊接零件需要的位置。为使每一焊工容易理解每项焊接任务，每一焊接工作地上有一本夹具组装手册，手册中包括一切

17、照片、图形以及每一种零件的相关资料。每一次每项特定任务重复进行时，焊工简易地参考这一手册作为组装所需夹具的指南，今天随着工装设计的功能集成到CAD系统中，焊工和工具工程师紧密配合，将点焊夹具与CAD系统合在一起为每一焊接夹具准备好必需的生产文件。3组合夹具在加工特殊工件中的应用在组合夹具使用过程中，针对一些形状复杂、尺寸较大、要求精度较高、定位压紧有困难的零件，单纯用组合夹具无法完成的，可以采取以下方法:(1)设计专用零件配合组合夹具元件使用。使用最多也最常用的是设计制造专用定位心轴和钻模板。因工件孔定位时，多数情况下不是最后工序，孔没有做到尺寸，都留有磨量。由于产品图样和工艺要求不一样，孔所

18、留的磨量各异，组合夹具元件不能满足要求，为保证定位精度，设计制造专用定位心轴或者定位盘，下面与组合夹具元件一级精度配合，上面和零件孔配合，从而解决了定位精度问题。(2)采用半组合夹具形式。对一些工件加工内容复杂，精度要求高，用组合夹具和专用夹具都不好解决的，可以采用半组合夹具形式。某加工回转体类零件的FMS如图所示，该系统的概况如下。图 组合夹具的FMS(1)加工对象为箱体类零件。(2)加工系统是由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的加工单元。(3)物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。(4)控制系统。中央管理系统(MAIN CPU)：总体管理和决策控制单元控制装置(CCU)：单元生产过程控制搬运控制和管理装置(MCU)：物流控制计算机数控(CNC)：切削加工控制其他：托盘库和装卸站零件的识别采用托盘库里托盘编码方式识读在装卸站由人工完成零件装卸，采用无轨导向车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷却液和切削系统集中处理，冷却液可循环利用。机床主轴和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人工进行。采用本系统后，获得的主要效益是提高机床利用率50，缩短生产周期35。提高了产品的质量，保证了产品质量的一致性3七组合夹具的发展趋势组合夹具的发展趋势是:(1)夹具元件多功能模块化:能单