汽车制造工艺学（第4版）课件：汽车先进制造技术

汽车先进制造技术目录01机械制造系统自动化与计算机辅助制造02汽车制造中的冲压FMS与锻造FMS03智能制造与数字化工厂PART

1机械制造系统自动化与计算机辅助制造一、柔性制造系统(FMS)1.FMS的基本概念FMS是指以数控机床、加工中心及辅助设备为基础,将柔性的自动化运输、存储系统有机地结合起来,由计算机对系统的软硬件资源实施集中管理和控制而形成的一个物料流与信息流密切结合的、没有固定加工顺序和工作节拍的自动化制造系统,主要适用于多品种、中小批量生产的高效自动化制造系统。柔性制造系统的适应范围很广。图7-1所示为柔性制造系统的适应范围,图中柔性制造单元、柔性制造生产线都属于柔性制造系统的范畴。2.FMS的组成一个功能完善的FMS一般由以下4个具体功能系统组成,即自动加工系统、自动物流系统、自动监控系统和综合软件系统。图7-2为上述组成的基本框图。1)自动加工系统FMS的自动加工系统一般由加工设备、检验设备和清洗设备等组成,是完成加工的硬件系统。它的功能是以任意顺序自动加工各种零件,并能自动更换工件和刀具。FMS中所使用的加工设备,一般为数控机床和加工中心,以加工中心最为常用。加工中心是一种具有自动换刀装置(AutomaticToolChanger,简称ATC)的复合型数控机床。工件在一次装夹中,可以完成对不同加工表面的多功能(如铣削、镗削、钻削、攻螺纹)的连续加工,因而可以大大提高加工精度和效率。ATC主要包括刀库和刀具自动交换用的机械手。刀库可设置在机床主轴的上部、内壁或侧壁上,一般可容纳20~30把刀具,大型的可存放100把左右。刀库的设置形式主要有转塔式、链式、盘式和鼓式。自动加工系统的检验设备主要包括各种测量机和传感器,以检验加工系统的加工情况、切削异常状态及刀具的破损情况等。自动加工系统的清洗设备主要包括切屑的自动排出和运送装置。自动排屑功能是实现无人化、自动化加工的必要条件。图7-1柔性制造系统的适应范围一、柔性制造系统(FMS)2.FMS的组成2)自动物流系统为实现柔性加工,FMS应能按照不同的加工顺序,以不同的运输路线按不同的生产节拍对不同产品零件同时加工。同时,为提高物料运动的准确性和及时性,系统中还应具有自动化储料仓库、中间仓库、零件仓库、夹具库和刀具库等。自动搬运和储料功能是FMS提高设备利用率,实现柔性加工的重要条件。FMS中的自动物流系统一般由存储、搬运等子系统组成,包括运送工件、刀具及切削液等加工中所需“物料”的自动搬运装置,装卸工作站及自动化仓库等。FMS的自动搬运装置主要有输送带、运输小车和机器人。运输小车分为有轨和无轨两种,主要用于搬运较重的物品。工业机器人可完成CNC机床上工件的装夹,也可在数台机床之间完成坯料、半成品、工件的工序传递,还可进行刀具、夹具的交换,甚至可完成装配任务。自动仓库系统是FMS自动物流系统的重要组成部分,用以储存坯料、半成品、成品、刀具、夹具和托盘等。它应具有高度的柔性,以适应生产负荷变化时的存储要求,并能在规定的时间内把所需要的“物料”自动地供给指定的场所。3)自动监控系统利用各种传感测量和反馈控制技术,及时地监控和诊断加工过程并做出相应的处理,是保证FMS正常工作的基础。FMS自动监控系统包括过程控制和过程监视两个子系统,其功能分别是进行加工系统及物流系统的自动控制,以及在线状态数据的自动采集和处理。图7-2柔性制造系统的基本组成框图一、柔性制造系统(FMS)2.FMS的组成4)综合软件系统综合软件系统是将以上三者综合起来的系统。它应包括生产计划和管理程序、自动加工及物料存储、输送以及故障处理程序的制订与运行、生产信息的论证及系统数据库的建立等。FMS是一个物料流与信息流紧密结合的复杂的自动化系统。从系统信息处理的角度来看,FMS的综合软件系统通常可分为以下3个部分。(1)生产控制软件。它是FMS保证正常工作的基本软件系统,一般包括数据管理软件,如生产计划、工件、刀具、加工程序的数据管理;运行控制软件,如加工过程、搬运过程及工件加工顺序的控制;运行监视软件,如运行状态、加工状态、故障诊断和处理情况的监视。此外,还包括状态显示等软件系统。(2)管理处理软件。它主要用于生产的宏观管理和调度,以确保FMS能有效而经济地达到生产目标。如根据市场需要的变化来调整生产计划和设备负荷计划,对设备、刀具、工件等的数量和状态进行有效的管理。(3)技术信息处理软件。它主要用于对生产中的技术信息(如加工顺序的确定、设备和工艺装备的选择、加工条件和刀具路线的确定等)进行处理。图7-2柔性制造系统的基本组成框图一、柔性制造系统(FMS)3.FMS的类型和应用按照制造系统的规模、柔性和其他特性,柔性制造系统分为3种形式。1)柔性制造单元(FMC)FMC是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,采用切削监视系统实现自动加工,实现不停机转换品种进行连续生产,如图7-3所示。2)柔性制造系统柔性制造系统是指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,配有自动输送装置、工件自动上下料装置、自动化仓库,并有计算机综合控制功能、数据管理功能、生产计划与调度管理功能和监控功能的自动化加工系统。图7-4所示为由两台加工中心所组成的柔性制造系统,它配有有轨运输车和托盘交换装置。3)柔性制造生产线柔性制造生产线是针对某种类型(族)零件的,带有专业化生产或成组化生产的特点。它由多台加工中心或数控机床组成,其中有些机床带有一定的专用性。全线机床按工件的加工工艺过程布局、可以有生产节拍,但是本质上是柔性的,为可变加工生产线。图7-5为一条比较完善的柔性制造系统平面布置图。整个系统由3台组合镗床、2台双面镗床、双面多轴钻床、单面多轴钻床、车削加工中心、装配机、测量机、装配机器人和清洗机等硬件设备组成。其加工对象是箱体零件并进行装配。物料输送系统由主通道和区间通道组成,通过沟槽内隐蔽着的拖曳传动链带动无轨输送车运动。若循环时间较短,区间通道还可以作为临时寄存库。整个系统由计算机控制,但有些工作需由手工完成,如工件在随行夹具上的安装、组合夹具的拼装。图7-3柔性制造单元示意图图7-4两台加工中心组成的柔性制造系统图7-5柔性制造系统一、柔性制造系统(FMS)3.FMS的类型和应用4)汽车发动机零部件以加工中心为主体的柔性生产线为了提高生产效率,适应多品种、中小批量生产的需求,近十多年来国内外各大汽车公司均已采用以加工中心为主体的柔性制造生产线,用以加工发动机的零部件,如发动机的缸体、缸盖等。(1)汽车发动机零部件以加工中心为主体的柔性制造生产线的组成。它是由数十台加工中心组成,其中,由几台加工中心组成一个柔性制造单元(FMC)。各个柔性制造单元之间通过机械手和自动辊道连接起来,以完成上下料及工件传输。生产线还配备了必需的清洗、压装、试漏、珩磨、在线测量、线外测量等设备以及切削液集中处理装置等。整个生产线利用计算机管理与控制。较为典型的此类柔性制造生产线有日本的牧野(Makino)生产线、德国的赫尔勒(Heller)生产线及中国神农汽车公司的柯马(Coma)生产线。(2)国内发动机缸体柔性制造线应用实例。以国内自主开发且已应用于某内燃机有限公司的汽车发动机缸体柔性制造线为例,阐述其开发要点与组成特点。该线采用柔性加工中心单元与组合机床组成的发动机缸体柔性加工生产线。其总体工艺方案的设计是在消化国外先进技术的基础上,针对具体零件的加工内容和所选机床装备的特点,制订了一套全新的加工工艺方案与工艺流程,其平面布置如图7-6所示。该生产线由柔性加工中心单元和特殊工序用组合机床、专机及辅机构成,以完成对缸体的加工、检测、清洗和联锁装置、自动上下料、自动在线测量、刀具磨损自动补偿、集中冷却、集中排屑等工艺内容与功能。图7-6汽车发动机缸体柔性线示意图一、柔性制造系统(FMS)3.FMS的类型和应用5)白车身制造中的柔性定位单元(1)柔性定位单元的构成。柔性定位单元是基于三轴运动机器人的原理而设计的,由6个柔性单元分布在白车身生产线的一个工位,通过PLC、人-机交互界面及现场总线对6个柔性定位单元(图7-7)共计18台伺服电机进行快速、精确、同步调整,以对不同规格尺寸的白车身进行支撑与定位。(2)柔性定位单元的使用。柔性定位单元使用在白车身合装线及地板生产线,用于以下两种情况;①同一平台不同车型(两厢、三厢、旅行车、皮卡)的变化;②同等级的不同车型的变化。(3)柔性定位单元的主要技术指标。①不同车型切换时间:小于6s;②一次定位精度:小于0.1mm;③重复定位精度:小于0.02mm;④调整范围:X轴为300~500mm;Y轴为300~400mm;Z轴为100~200mm。⑤承载能力:单体最大负荷1200N。硬件组成:PLC+多轴运动控制卡+数字通讯。柔性定位单元属高精度数控设备,其控制精度范围接近机械加工误差,所以系统误差受加工过程、外购件品质及安装等因素的影响较大,其误差构成比较复杂,对不同性质的误差应分别处理。在调试中,应对每个柔性定位单元的特性单独进行测试、标定,并建立数字档案。采用柔性定位单元与标准机器人配合使用,能在生产线不停车的情况下,实现多车型的快速自动切换,达到了生产线柔性化。图7-7柔性定位单元构成一、柔性制造系统(FMS)3.FMS的类型和应用6)车身覆盖件半柔性自动冲压线(1)大型车身覆盖件半柔性自动冲压线的构成。它由5台不同性能的大型机械式压力机、前处理系统、物料传送系统、快速换模系统、线尾与在线检测系统、控制系统等构成。该自动冲压线具有构成紧凑、占地面积小、工作自动、有序等特点。板料依次在各台压力机上按顺序完成拉深、修边、冲孔、翻边、校正等冲压工序,同时配备有工序间物料传送系统及线尾在线检测系统,能高效、自动、有序地完成车身覆盖件的冲压成型作业。该自动冲压线通过调整压力机的行程和采用快速换模系统及调整程序控制,能更换所冲压的产品品种,故具有柔性加工特征。车身覆盖件自动冲压线与白车身装焊生产线及车身油漆线一起构成了现代汽车车身先进制造系统。(2)车身覆盖件自动冲压线的工作过程。①上料。将所需的板坯吊运至拆垛小车上,随后小车开进拆垛站,进行拆垛并分发所需要的单件板坯。之后板坯通过清洗机与涂油机,进行清洗并涂上润滑剂。然后板坯前进至对中台上调好位置后,由机械手将其送至首台拉深压力机上。②冲压连续自动作业。开动冲压自动线,通过工序间传送系统,便能按既定工序顺序完成冲压作业,最后在线尾皮带机上出件。③在线检测。利用线尾皮带机延长段上的检测装置进行在线检测,及时发现冲压件上的开裂、皱纹、暗坑等缺陷,之后将废品剔除并分送至废品输送系统。④离线检查。由专职检查人员利用检具对冲压件的关键特征点进行尺寸抽检,以便及时发现质量问题。⑤装箱、入库。由机器人将质量合格的制品装进专用器具,之后由叉车运送至成品库。一、柔性制造系统(FMS)3.FMS的类型和应用6)车身覆盖件半柔性自动冲压线(3)物料传输及快速换模系统。①工序间的物料传送。该自动线工序间的物料传送采用机械手或机器人,并通过端拾器来夹持工件实现工序间的传输。在传送过程中通过计算机编程控制,可实现冲压方向的改变(翻转)、传送高度的变化并能防止与模具的干涉。②快速换模。快速换模是针对占用的设备停歇时间而言,即“设备的生产品种转换时间”。从前一个品种的最后一个工件下线至一个品种的第一个工件下线的时间即为品种转换时间,在这段时间内设备不生产。快速换模的步骤为:a.先将各台压力机的滑块降落至下止点;b.将各模具的上模夹紧松开,合模后滑块升至上止点;c.压力机工作台移出,另一侧工作台上放有下一品种所用的模具;d.更换端拾器,同时设备进行闭合高度调整,并对工序间传送装置进行相应调整;e.将装有下一个品种所用模具的另一侧工作台开入;f.压力机滑块下落至装模高度,分别将上模夹紧;g.滑块上升至上止点后,将滑块微调至闭合高度;h.观察全线正常后即可开动压力机,开始下一个品种的首件生产。本自动冲压线的物料传输、冲压加工、模具更换及在线检测等功能均由计算机控制系统进行管理、控制与协调。二、计算机辅助制造(CAM)1.CAM的基本概念利用计算机分级结构将产品的设计信息自动地转换成制造信息,以控制产品的加工、装配、检验、试验、包装等全过程以及与这些过程有关的全部物流系统和初步生产调度,这就是计算机辅助制造(CAM)。2.计算机辅助制造系统的结构计算机辅助制造过程是一个庞大的系统工程,一个大规模的计算机辅助制造系统就是一个计算机分级结构的网络,它由两级或三级计算机组成。其中,中央计算机控制全局,提供经过处理的信息;主计算机管理某一方面的工作,并对下属的计算机工作站或微型计算机发布指令和进行监控;而计算机工作站或微型计算机则承担单一的工艺过程控制或管理工作。图7-8所示为计算机辅助制造系统的分级结构,由此可看出其功能是全面而广泛的,涉及整个制造领域。计算机辅助制造系统的组成可分为硬件系统和软件系统两方面:硬件方面有数控机床、加工中心、输送装置、装卸装置、存储装置、检测装置、计算机等;软件方面有数据库、计算机辅助工艺过程设计、计算机辅助数控程序编制、计算机辅助工装设计、计算机辅助作业计划编制与调度、计算机辅助质量控制等。3.CAM的应用的分类目前CAM的应用可概括为两大类。一类是计算机直接与制造过程连接,以对制造过程及其加工设备实施监视与控制,这是CAM的直接应用,如CNC、FMS。另一类是计算机并不直接与制造过程连接,而是用计算机提供生产计划、进行技术准备和发出各种指令及有关信息,以便使生产资源和管理更为有效,从而对制造过程进行支持,这是CAM的间接应用,如计算机辅助数控编程、计算机辅助工艺设计、计算机辅助车间管理。图7-8计算机辅助制造系统的分级结构三、计算机集成制造系统(CIMS)1.CIMS的概念CIMS是在计算机技术、信息技术和自动化制造技术(如CAD/CAM、FMS)基础上,通过计算机及其软件,将制造工厂全部生产活动所需的种种分散的自动化系统有机地集成起来,是适合于多品种、小批量生产的,总体高效益、高柔性的智能制造系统,是目前计算机控制制造系统自动化技术的最高层次。CIMS是一个信息与知识高度集成的制造系统。2.CIMS的基本组成CIMS的主要技术基础是FMS,但又不同于一般的FMS,而是集成化的FMS。作为一个复杂系统的集成,CIMS必须是有层次的。一般认为,CIMS可分为5层,如图7-9所示。第一层为工厂层,它是决策工厂整体资源、生产活动和经营管理的最高层。第二层为车间层(又称为区间层),这里的车间并不是目前工厂中“车间”的概念,车间层表示它要执行工厂整体活动中的某部分功能,进行资源调配和任务管理。第三层为单元层,这一层将支配一个产品的加工或装配过程。第四层为工作站层,它将协调站内的一组设备。第五层为设备层,这是一些具体的设备,如机床、测量机,将执行具体的加工、装配或测量任务。按照上述层级原理组成的CIMS,一般可看成是由管理信息系统,计算机辅助工程系统,生产过程控制和管理系统,物料的储存、运输和保障系统,以及一个数据库组成的大系统。图7-10为CIMS的组成框图。图7-9CIMS5层图图7-10CIMS的组成框图三、计算机集成制造系统(CIMS)2.CIMS的基本组成1)管理信息系统管理信息系统是生产系统的最高层次,是企业的灵魂。这将对生产进行战略决策和宏观管理。它根据市场需求及物资供应等信息,从全局和长远的观点出发,通过决策模型来决定投资策略和生产计划。同时将决策结果的信息和数据,通过数据库和通信网络与各子系统进行联系和交换,对各子系统进行管理。2)计算机辅助工程系统计算机辅助工程系统是企业产品研究的开发系统,并能进行生产技术的准备工作。它能根据决策信息进行产品的计算机辅助设计,对零件、产品的使用性能、结构、强度等进行分析计算;利用成组技术的方法对零件、刀具和其他信息进行分类和编码,并在此基础上进行零件加工的计算机辅助工艺设计和编制数控加工程序,以及进行相应的工、夹具设计等技术准备工作。3)生产过程控制与管理系统生产过程控制和管理系统从数据库中取出由管理信息系统和计算机辅助工程系统传出的相应信息数据,对生产过程进行实时控制和管理,并把生产中出现的新信息通过数据库反馈给有关子系统,如质量问题、生产统计数据、废次品率,以便决策机构做出相应的反应,及时调整生产。4)物料的储存、运输和保障系统物料的储存、运输和保障系统是组织原材料和配件的供应、成品和半成品的管理与输送,以及各功能部门与车间之间的物流系统。上述的3)、4)两项构成了CIMS的制造系统,在这里物料流与信息流交汇,具有加工制造功能。5)数据库CIMS中数据库涉及的部门众多,含有不同类型、不同逻辑结构和物理结构的数据,以及不同的操作语言和不同的定义。因此,除各部门经常使用的某些信息可由中央数据库统一管理外,一般都在各部门或地区内建立专用的数据库,即在整个系统中建立一个分布式数据库。分布式数据是由数据库技术和计算机网络通信技术相结合而发展起来的,在CIMS中采用这种技术可以有效地实现异机同构、数据共享。三、计算机集成制造系统(CIMS)3.CIMS的应用实例CIMS是在新生产组织原理和先进制造技术概念下形成的一种最新型的智能化生产模式,CIMS将成为占主导地位的先进制造技术。因此,我国于1992在清华大学建成了国家CIMS工程研究中心(CIMS-ERC),该系统由车间、单元、工作站、设备四级组成,在计算机网络和分布式数据库支持下,将不同类型的计算机及设备控制器按信息共享、柔性生产的目的集成起来,从而形成了从工程设计、生产调度与控制到加工制造的实验制造系统。该系统可以完成对有限加工对象(回转体和非回转体的有限品种)的CAD/CAPP/CAM的集成;建立了一个包括加工制造、物料储存、刀具与夹具管理及测量等8个工作站的柔性制造单元,并实现了CAD/CAM的集成;实现了车间层、单元层、工作站层、设备层的递阶调度与控制。该系统的结构如图7-11所示。它由信息系统和制造系统两大部分组成。1)信息系统信息系统包括系统各层的规划与控制系统和完成工程设计(CAD/CAPP/CAM)所需要的软硬件系统,以及支持上述两个系统的工厂自动化网络、分布式数据库及CIMS仿真3个支持系统软硬件。2)制造系统制造系统包括加工、检测系统由卧式加工中心、立式加工中心、车削中心和三坐标测量机各一台组成;物料储运系统由立体仓库、机器人、无轨输送小车及缓冲站组成;刀具管理系统由中央刀具库、对刀仪和刀具装备间组成;工件装夹管理系统由组合夹具、装卸台组成。制造系统在信息系统的管理和控制下工作,并及时地将制造信息反馈给信息系统。CIMS-ERC的整个工作过程从工厂/车间计划开始,向设计部门及单元控制器下达零件设计及周生产计划。根据设计计划,CAD进行零件设计,产生零件图样;CAPP/CAM再根据CAD的结果进行工艺设计,产生工艺路线及数控加工程序;夹具CAD产生组合夹具组装图;根据周生产计划,单元控制器将产生双日滚动计划,并通过调度模块产生作业单,下发给各有关工作站,最后通过监控模块对各工作站进行监控;刀具工作站根据作业单准备好刀具,在对刀仪上测量刀具尺寸后,将刀具装到加工中心的辅助刀库上;物流工作站准备好毛坯,并将其运送到装夹站,装夹站安装好待加工的毛坯,由无轨输送小车运送到缓冲站或加工中心。与此同时,加工工作站根据调度指令将向加工中心加载加工程序代码,控制加工中心进行加工。图7-11CIMS-ERC的工程系统结构示意图PART

2汽车制造中的冲压FMS与锻造FMS一、车身覆盖件冲压FMS1.车身覆盖件冲压FMS的构成及特点车身覆盖件FMS一般由物料前处理系统、大型冲压设备、物料传送系统、快速(自动)换模系统、在线检测系统、搬运与储存系统及控制系统等构成。它具有构成紧凑、占地面积小、工作自动有序等特点。对克服汽车生产中的“瓶颈”问题,提高产品质量和生产效率,减轻工人劳动强度等具有显著的效果。因此近期获得快速发展与应用,并与车身焊装线及车身油漆线一起构成了现代汽车车身的先进制造系统。2.典型的车身覆盖件冲压FMS实例1)全柔性车身覆盖件冲压自动线全柔性车身覆盖冲压FMS是美国Tranemo公司于20世纪80年代中期研制的,适用于生产七种规格的覆盖件、安装板和支撑件,工件的最大尺寸为1625mm×1625mm,质量为30kg。所用的模具的最大尺寸为2030mm×1725mm,质量约为10t。该条FMS如图7-12所示,其工作主机为两台5000kN板料成型液压机4和9。其快速换模系统由模具库12、模具传送台车13和模具快速夹紧装置组成。模具传送台车为液压传动并下面带有车轮,其运行轨道从液压机后部一直通到模具库。模具快速夹紧装置安装在液压机工作台模板上,由液压传动来自动夹紧或松开模具,整个换模时间不到10min。在冲压作业中板料及工件的自动传送过程如下:剪切下料后的板料对齐成垛,由叉车送至板垛台车1上,运送至液压机4前等待加工。加工时,由机器人3吸取板料并放在液压机4的下模上,通过模具中的小汽缸来使板料对中以保证定位精度在±1mm之内。在液压机4上进行落料或成形后,顶料杆将工序件顶出,由右侧机器人3将工序件送到转运台车5上。当转运台车5上的传感器测得有工序件时,可移动台车7上的机器人8的夹钳便夹持此工序件并将其送至第2台液压机9左侧的接料台5上。再由机器人3将此半成品工件送到液压机9的下模上,以完成后续的切边、冲孔、翻边等工序。待全部冲压工序完成后,由液压机9右侧的机器人取出工件并送至输送装置上运走。在模具传送台车13进行装卸模具时,可移动式台车7应先让开。待装完模具并调整好后,模具传送台车开走后,可移动式台车亦归位。这条冲压FMS共用7台微型计算机进行控制,由一台中央计算机对各种功能进行协调和监控。这条冲压FMS1min可生产同规格的车身覆盖件4件,而在采用自动化的柔性加工方法之前,每4min才能生产1件。图7-12Tranemo公司的覆盖件冲压FMS一、车身覆盖件冲压FMS2.典型的车身覆盖件冲压FMS实例2)用于冲压小型车身零件的冲压FMS较前述的车身覆盖件冲压FMS不同,用于冲压小型车身零件的冲压FMS采用多工位压力机用来冲压成型车身的小型结构件。它由多工位压力机、机器人、坯料供给装置、换模装置、模具库和控制装置等组成,如图7-13所示。其主机为公称压力为1500kN的多工位压力机,其上配置有可同时换4副模具的模架、模具自动选择及装模高度自动设定装置,以方便产品更换。系统中所配置的机器人用于上、下料,有4个自由度,最大合成速度为2.25m/s。由坯料供给装置将托架上的板料先送至机器人的抓料位置。在一个托架上可堆放6垛板料,每个堆垛处均有升降机构,以保证机器人的吸盘能吸到板料。由吊车先将模具运送到换模装置上,再由换模装置将模具送到压力机上,而用过的模具则返回模具库。经多工位冲压成型的工件由工件传送带15运出,废料则由废料运出传送带运走。该冲压FMS可用于冲压车身结构件及车身附件,所能完成的冲压工序包括冲孔、成型、弯曲、修边及精压等。其控制原理如图7-14所示。图7-13小型车身冲压件的冲压FMS1-多工位压力机;2-机器人;3-压力机操作盘;4-坯料供给装置操作盘;5-坯料供给装置;6-料垛托架;7-换模装置操作盘;8-吊车;9-模具库;10-模具存放架;11-模座放置台;12-废料托架;13-废料运出传送带;14-工件托架;15-工件传送带(运出);16-换模装置图7-14小型车身冲压件冲压FMS控制原理图一、车身覆盖件冲压FMS2.典型的车身覆盖件冲压FMS实例3)采用多台机器人横向传送的车身覆盖件冲压FMS采用多台机器人横向传送的车身覆盖件冲压FMS是在原有的由输送带连接的冲压流水线基础上进行技术改造而建成的。它由5台不同用途的大型机械压力机11及12、拆垛装置1和清洗与涂油装置3及对中台4组成的前处理系统;由上料机器人或机械手5与传送机器人7及翻转传送机器人8和搬出成品机器人9所构成的物料传送系统;尾线输出及在线检测系统14和废品输送系统13、主控制台15等构成,如图7-15所示。该冲压FMS能高效、自动、有序地完成车身覆盖件的冲压成形作业,其冲压工作过程如下:(1)上料。将所需的板料吊运至拆垛小车上,小车随后开进拆垛架站,进行拆垛并分发所需要的单件板料。之后板料通过清洗机与涂油机,进行清洗并涂上润滑剂。随后板料前进至对中台上调好位置,由机器人将其送至首台拉深压力机的下模上。(2)冲压连续自动作业。开动冲压自动线,通过工序间传送系统,便能按既定工序顺序完成冲压作业,最后在线尾皮带机上出件。(3)在线检测。利用线尾皮带机延长段上的检测装置进行在线检测,及时发现冲压件上的开裂、皱纹、暗坑等缺陷,之后将废品剔除并分送至废品输送系统。(4)装箱、入库。将质量合格的成品由机器人装进专用器具,之后由叉车运送到成品库。为了适应车型更换和多品种中批量的生产,传送系统中各台机器人的自由度数目均为6,并配备有不同功能和规格的端拾器(吸盘),夹持质量为36kg,手臂伸缩范围为前后1800mm,上下垂直升降180mm;手臂横摆±1mm。通过更换模具及与其相适应的端拾器并改变程序,使该冲压FMS可以冲压不同车型轿车的22种覆盖件。该冲压FMS采用SIEMENSS7-400PLC、SIMENSPROFLBUS-DF现场总线控制,各单元控制和总线控制相结合,具备储存、动态模拟、故障检索、以太网远程控制等功能。图7-15采用机器人横向传送的车身覆盖件冲压FMS1-拆垛装置;2-废料存放处;3-清洗、涂油;4-对中台;5-上料机械手;6-左/右移动工作台;7-传送机器人;8-翻转传输机器人;9-搬出成品机器人;10-工位器具;11-叉车;12-抽检平台;13-废品输送系统;14-尾线输出及在线检测;15-主控制台二、锻造FMS和模锻FMS1.适用于生产汽车配件的锻造FMS生产汽车配件的锻造FMS系统用于生产多品种较小批量的汽车用锻件,它由锻锤、感应加热炉、推料及排料汽缸、模具润滑装置、操作机器人及锻件箱等组成,如图7-16所示。锻造操作机器人为关节型机器人,它有手臂伸缩、俯仰摆动以及手爪旋转、俯仰与开闭夹爪等动作,能在程序控制下完成手爪与手臂的各种动作,并自动按程序要求从加热炉中抓取锻件,之后将锻件放入锻锤的模膛中,在锻造完成后将锻件从模膛中取出。采用光电高温计测量坯料在加热后及每次锻造之前的温度,还可用来判断机器人是否已将锻坯送进模膛,或者是否及时将坯料取走。本FMS系统设置有多种非接触式接近开关,以检测各液压缸、汽缸中活塞的运动状况及上、下锻模的闭合情况。锻造FMS的控制程序方框图如图7-17所示。2.适用于汽车重要锻件的模锻FMS简介以德国拉斯科(Lasco)公司设计制造的一条模锻FMS为例。该系统用以生产汽车发动机连杆、拨叉等杆类锻件和齿轮等盘形锻件。它主要由感应加热炉、6300kN预成形液压机、40000kN双工位液压螺旋压力机和切边校正液压机组成,还包括传送及上、下料机械手、换模车、带回转台的换模装置等。该模锻FMS可自动根据锻件的更换而更换模具与传送装置,并自动进行参数调节,在工作过程中不断测量、显示和记录锻件的厚度和最大成型压力等数据,并与设定值进行比较,能根据比较结果来调整工艺参数。因此能较快更换锻件品种和保证产品质量的稳定。此外,该模锻FMS还具有生产管理与统计分析功能。图7-16生产汽车配件的锻造FMS1-感应加热炉;2-推料汽缸;3-排料汽缸;4-锻锤;5-模具润滑装置;6-操作机器人;7-锻件箱三、我国汽车用锻件模锻FMS应用例1.连杆自动化精密锻造自动线随着汽车发动机档次的提高,连杆精锻件需求量剧增,同时对连杆精锻件的重量公差、尺寸公差、产品质量要求越来越高。如轿车用连杆重量公差为产品重量的2%~3%。因此,国内便引进和自主研发了多条连杆自动化精密锻造自动线。(1)我国自主研发的连杆锻造自动线。连杆锻造生产线配置如下:①辊锻制坯:用250kW中频加热炉,用φ400辊锻机。②两台摩擦压力机分别预锻和终锻。③两台机械压力机进行切边、冲孔。工序间连接用输送机。(2)引进的连杆精锻自动生产线。吉林省白城中一锻造有限公司自德国奥穆科(EUMUCO)公司引进生产线,由300kW中频感应加热、由φ370辊锻机制坯和25kJ程控液压模锻锤模锻、1000kN压力机切边冲孔,之后余热正火。该生产线已成批为一汽集团公司产轿车配套连杆锻件。2.汽车大型锻件模锻自动生产线我国东风汽车集团公司1979年引进德国奥穆科120000kN前梁自动锻造生产线,我国一汽集团公司仿奥穆科由自己研制的该类生产线系由感应中频加热、辊锻制坯、120000kN楔式压力机预锻、终锻,16000kN压力机切边、校正,锻件余热处理。该生产线生产效率高,锻件质量高。图7-17生产汽车配件的锻造FMS控制方框图PART

3智能制造与数字化工厂一、智能制造技术是新一轮工业革命的核心技术1.智能制造技术的内涵与特征智能制造技术是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化智能技术等的先进技术的基础上,通过智能化的感知、人机交互、决策和执行技术,实现设计过程、制造过程和制造装备的智能化。它是信息技术与智能技术和装备制造过程技术的深度融合与集成。2.智能制造的核心特征智能制造的核心特征如图7-18所示,包括制造体系的纵向集成,产品全生命周期端到端集成及网络化生产企业间横向集成。3.智能制造的技术路线(1)通过软件和网络进行产品开发,对生产和服务沟通。(2)机器与产品实时进行信息和指令交互。(3)自主控制和优化。图7-18智能制造的核心特征一、智能制造技术是新一轮工业革命的核心技术4.智能制造的关键技术(1)数字化制造。它包括如下内容:①数字化建模;②虚拟设计;③创新设计;④数字样机设计;⑤面向制造DFM。(2)数字控制。它包括:①智能控制技术;②高速高精度驱动;③嵌入式数字制造;④远程诊断;⑤智能维护。(3)生产管理。它包括:①控制传感技术;②实时信息管理技术;③数字化车间技术;④制造系统建模;⑤决策控制。(4)企业协作。它包括:①高速通讯网络协作;②信息集成技术;③资料共享技术;④信息安全技术。(5)工业机器人。其是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机。可用于焊接、装配、喷漆、搬运、码垛等,代替人工操作,构成自动生产线。一、智能制造技术是新一轮工业革命的核心技术4.智能制造的关键技术(6)3D打印。其制造工艺上叫作增材制造,是通过对CAD数据离散分析,得到堆积的约束、路径及方法,通过材料叠加堆积而形成三维实体模型。其技术特点如下: