工件储运系统

1、8.1概况8.2数控机械接触8.3工件储藏设备8.4工业机器人8.5检查和监控系统8.6辅助设备的思考问题，所谓自动制造系统，是指以较少的人工直接或间接干涉将原材料加工成零件，或将零件组装成产品，在加工中实现管理过程和流程的自动化。 管理流程包括产品优化设计、程序编制和流程生成、设备组织和协调、材料规划和分配、环境监测等。 工艺包括工件的装卸、储藏和输送、工具的组装、调整、输送和交换、工件的切削加工、排屑、清洗和测量、切屑的输送、切削液的净化处理等。 8.1概要、自动制造系统包括刚性制造和柔性制造。 “刚性”是指该生产线只能生产某种或生产技术接近的种类的产品，表现为生产产品的单一性。 刚性制造

2、有复合机床、专用机床、刚性自动化生产线等。 所谓“灵活性”，是指生产组织形式、生产产品和流程的多样性和偏差，可以具体表现为机床的灵活性、产品的灵活性、加工的灵活性、批量的灵活性等。 柔性制造有柔性制造单元(FMC )、柔性制造系统(FMS )、柔性生产线(FML )、柔性组装线(FAL )、计算机集成制造系统(CIMS )等。 根据自动化制造系统的生产能力和智能程度进行分类介绍。 8.1.1刚性自动化生产1 .刚性半自动化单体除上下材料外，机床能自动完成单工艺的加工周期，这种机床被称为刚性半自动化机床。 该机床一般是机械和电液复合控制式复合机床和专用机床，可同时加工多面、多轴、多刃，加工设备按

3、工件的加工过程顺序排列，切削工具可人工安装、调整，执行定时强制更换，工具破损、折断时可进行应急更换，如单一复合机床、通用从复杂性来说，刚性半自动化单体实现的是加工自动化的最低水平，但投资少，效果快，适用于产品品种变化范围和生产批量大的制造系统的缺点是调整工作量多，加工质量差，工人的劳动强度也大。 2、刚性自动化单体它是在刚性半自动化单体上追加了自动上下材料等辅助装置的自动化机床。 其辅助装置有自动工件搬运、上材、下材、自动夹具、升降装置、变位装置等的切屑处理，一般用刮板和螺旋输送机进行。 这台机床实现了单一流程的所有加工周期。 这台机床多需要定制和改造，品种变化小，但生产批量特别大时常用。 主

4、要特点是投资少，效果快，但通用性差，是大量生产最常见的加工设备。 3、刚性自动化生产线刚性自动化生产线是一条在多站生产过程中，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定顺序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。 在刚性自动生产线上，被加工零件以一定的节拍通过各作业位置，自动完成零件预定的所有加工过程和部分检查过程。 因此，与刚性自动化单体相比，结构复杂，完成任务的工序多，生产效率也高，是少品种、大量生产不可缺少的加工装置。 此外，刚性自动生产线还具有缩短生产周期、取消半成品中间库存、缩短材料流动、减少生产面积、改善工作条件、容易管理等优点。 其主要缺点是投资大，系统

5、调整周期长，产品更换不便。 为了消除这些缺点，人们发展了复合机床的自动线，大幅度地缩短了建设周期，更换了产品后，只需要更换机床的一部分零件(例如可以更换主轴箱)，就可以大幅度地缩短系统的调整时间，降低生产成本，获得好的使用效果和经济效果复合机床的自动线主要用于箱型零件和其他类型的非旋转体的钻头、扩展、铰链、镗孔、攻丝、磨机等工序的加工。 刚性自动化生产线现在向刚柔耦合的方向发展。 图8-1表示加工弯曲零件的刚性自动线整体的布局图。 这条自动线每年生产曲线零件17000点，空白是球墨铸铁零件。 工件形状不规则，没有适当的输送基板，所以采用托盘安装定位，工件的输送变得容易了。 图8-1曲柄加工自动

6、线(a )的主视图(b )俯视图，该曲线加工自动线由7台组装机床和一个装卸站构成。 全线定位夹紧机构从一个泵站集中加油。 工件的输送采用阶梯输送机，输送机由钢丝牵引式驱动器驱动。 空白在托盘上定位需要人手，没有采用自动上下的装置。 在机床的加工站采用压缩空气吹气方式排除切屑，在所有生产线集中供给压缩空气。 切屑输送采用链式切屑排出装置，从机床中间基座的下方输送切屑。 自动纱线布局采用直线式，工件输送机贯通各工作站，工件装卸台4设置在自动纱线的末端。 托盘被工件升降机5连同工件原材料一起抬起，从机床上方输送到自动线的始端，输送中切削屑没有落到机床、输送机、地面上。 切屑输送方向与工件输送方向相反

7、，铲斗式切屑升降机1设置在自动线始端。 中央控制台6设置在自动线的末端。 刚性自动线的生产率高，但柔软性低，加工工件时，需要停止、停止、机床、夹具、工具等工装设备的调整和更换(主轴箱、工具、夹具等的更换)，通常调整工作量多，生产停止时间长。 8.1.2柔性制造单元(FMC )柔性制造单元(flexiblemanufactureuringcell )由单个数控机床、加工中心、自动搬运和交换系统等构成。 这是实现单工序加工的可变加工单元，单元内的机床在工艺能力方面总是得到补充，可对不同的零件进行混流加工。 系统可以在外部设置接口，与其他单元构成灵活的制造系统。 1.FMC控制系统FMC控制系统通常

8、分为两个级，分别为单元控制级和设备控制级。 (1)设备控制等级。 这个等级分别控制机器人、机床、坐标测量机、手推车、搬运装置等各种设备。 这一级别的控制系统在上面用接口与单元控制系统连接，在下面与设备连接。 设备控制器的功能是将工作站控制器的指令转换为可操作、有顺序的简单任务，用各种传感器监视这些任务的执行。 设备控制级一般采用具有强控制功能的微机、总线控制器和可编程控制器等控制功能。 (2)单元控制电平。 该班控制系统指挥和协调单元各设备的活动，处理从资材储藏系统传递来的零件托盘，通过控制工件调整、零件夹紧、切削加工、切屑去除、加工中的检查、工件卸下、工件清洗等功能来控制设备级的各子系统单元

9、控制系统通常采用具有有限的实时处理能力的微计算机或工作站。 单元控制级可以经由RS-232接口与设备控制级通信，并且经由该接口与其他系统配置FMS。 2.FMC的基本控制功能FMC的基本控制功能包括： (1)单元内各加工设备的任务管理和日程。 其中包括机组工作计划的制定、计划的管理和日程、设备和机组运行状态的登记和报告。 (2)单元内物流设备的管理和调度。 这些设备包括传送带、有轨或无轨材料运输车、机器人、托盘系统、工件装卸站等。 (3)刀具系统的管理。 其中包括向工厂控制器和对刀仪提出工具要求，向需要工具的机床分发等。 图8-2显示了以加工旋转体的零件为中心的弹性制造单元。由于一台数控车床、

10、一台加工中心、两台运输小车在工件装卸站3、数控车床1和加工中心2之间输送工件，门式机器人4用于数控车床的工件装卸和工具交换，机器人5用于加工中心的工具库和机外工具库控制系统由车床NC装置7、龙门式机器人控制器8、小车控制器9、加工中心控制器10、机器人控制器11、单元控制器12等构成。 单元控制器负责单元构成设备的控制、调度、信息交换和监视。 图8-2挠性制造单元，图8-3表示加工棱镜部件的挠性制造单元。 单元本体为卧式加工中心，工具库容量为70个，采用双手更换，配备8站自动更换托盘库。 托盘库是环状转台，托盘库的台面被圆柱环轨支撑，被内侧的环链拖着旋转，链轮由电动机驱动。 调色板的选择和定位

11、由可编程控制器控制，调色板库具有正反旋转、随机选择、跳跃索引等功能。 托盘的更换通过设置在转台中央的液压牵引机构实现。 托盘仓旁边有工件装卸站，机床两侧有自动排屑装置。图8-3带托盘库的柔性制造单元、8.1.3柔性制造系统(FMS )柔性制造系统(FlexibleManufacturingSystem )由2台以上的加工中心或NC机床构成，基于加工的自动化其基本组成部分有自动加工设备、工件储藏系统、工具储藏系统和多层计算机控制系统等。 1、自动加工设备构成FMS的自动加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，可能是一个灵活的制造单元。 这些加工设备都是由计算机控制的，加工零件的变更一般只变更数

12、控程序，具有很高的灵活性。 自动加工设备是自动制造系统的基本，也是最重要的设备。 2 .工件储藏系统FMS工件储藏系统由工件仓库、工件输送设备和更换装置等组成。 工作库包括自动化的立体仓库和托盘(工作)缓冲站。 工件输送设备中包括各种输送机、输送推车、机器人和机器人等的工件交换装置有各种机器人和机器人、托盘交换装置等。 3、工具储藏系统FMS的工具储藏系统由工具仓库、工具输送装置和交换机构等构成。 工具库中有中央工具库和机床工具库。刀具输送装置中有不同形式的运输推车、机器人或机械手的工具更换装置通常是指机床上的更换机构，如更换机器人。 4 .辅助设备FMS可根据生产需要配置辅助设备。 辅助设备

13、有自动清洗站、自动去毛刺设备、自动测量设备、集中切屑输送系统、集中冷却润滑系统等。 图8-4FMS控制系统的例子，5 .多层计算机控制系统FMS的控制系统采用三级控制，分别为单元控制级、工作站控制级、设备控制级。 图8-4是FMS控制系统的例子，该系统包括自动引导车(AGV )、TH6350卧式加工中心、XH714A立式加工中心和仓库设备等。 (1)设备控制等级。 设备控制级分别控制机器人、机床、坐标测量机、推车、输送装置、储藏/检索设备等各种设备。 这一级的控制系统通过接口与工作站的控制系统连接，并与设备连接. 设备控制器的功能是将工作站控制器的指令转换为可操作、有顺序的简单任务，用各种传感

14、器监视这些任务的执行。 (2)工作站控制等级。 PS站一般分为加工站和物流站。 加工站完成各站的加工流程、工具交换、检查等管理的物流站完成原料、成品和半成品的储存、运输、站转换等管理。本级控制系统负责指挥机组内设备集团的活动，处理从物料储存系统传递来的零件托盘，通过控制工件的调整、零件的夹紧、切削加工、切屑的去除、加工中的检查、工件的卸下、工件的清洗等功能来控制设备级的各子系统设备控制级和工作站控制级等控制系统一般具有强的控制功能，采用了能进行实时控制的微机、总线控制器和可编程控制器等控制功能。 (3)单元控制等级。 单元控制级作为FMS的最高级别控制，是所有生产活动的整体控制系统，同时也是与

15、上司(现场)的控制器信息联系的桥梁。 因此，单元控制器实现了基础三层的有效集成控制，对提高FMS的经济效益特别是生产能力具有重要意义。 设备控制等级一般采用具有较强的实时处理能力的小型计算机和工作站。 图8-5柔性制造系统的结构，图8-5是典型的FMS，4台加工中心直线配置，工件储藏系统由托盘工作站2、托盘搬运车4、工件装卸站3和配置在加工中心前面的托盘交换装置12等构成工具储藏系统由工具仓库8、工具出入站6、机器人移动车7和工具预报器5等构成。 单元控制器9、工作站控制器(未图示)和设备控制装置构成三级计算机控制。 切屑输送系统不采用集中输送方式，在各加工中心装有切屑输送装置。 图8-6显示

16、了一个具有组装功能的柔性制造系统。 图的右部是柔性加工系统，有镗削加工中心10和台车切削加工中心8。 9是多坐标测定器，7是立体仓库，14是卡盘站。 图左侧是一个灵活的组装系统，其中有装载机器人12、3个夹具机器人3、4、13、双臂机器人5、1个手工作站2和输送机。 在柔性加工和柔性组件这两个系统中，自动引导车15作为输送系统而被连接。 测量设备也被整合在统一系统的范围内。 图8-6是一个具有组装功能的柔性制造系统，柔性制造系统的主要特征是灵活性高，适合多品种、小批量生产，系统内机床的技术能力相互补充， 相互替代的不同零件可以混流加工系统的局部调整和修理可以不中断系统整体的动作和上位计算机网络

17、连接的多层计算机控制3组无人生产。 8.1.4柔性生产线(FML )柔性生产线(flexiblemanufactureuringline )由自动加工设备、工件搬运系统和控制系统等构成。 柔性生产线FML和柔性制造系统的边界也很模糊，两者的重要差异在于前者像刚性自动生产线一样，具有一定的生产节拍，工作按一定的方向依次传递，后者没有一定的生产节拍，工件的输送方向也是随机的。 柔性生产线主要适用于品种变化小的中批量和大量生产，生产线上的机床主要是多轴主轴箱的更换箱和转塔加工中心。 工件转换后，各机床主轴箱可自动更换，同时转入相应的数控程序，生产节拍也相应调整。 柔性生产线的主要优点是具有刚性自动生

18、产线的大部分优点。在批次不太大的情况下，生产成本比刚性自动线低得多，品种变化时，系统所需的调整时间比刚性自动线少得多，但制作系统的总费用比刚性自动线少得多为了节省投资，提高系统的运转效率，柔性生产线总是采用刚柔结合的形式，生产线上的一些设备采用刚性专用设备(主要是复合机床)，另一部分采用更换箱和更换刃式柔性加工机床。 1、自动加工设备构成FML的自动加工设备是数控机床、可更换主轴箱机床。 更换主轴箱机床是介于加工中心和复合机床之间的中间机型。 可更换主轴箱机床周围有主轴箱库，可根据加工工件的需要更换主轴箱。主轴箱通常为多轴，可更换主轴箱机床是对工件同时进行多面、多轴、多刃加工的高效机床。 2 .工件输送系统FML的工件输送系统与刚性自动线类似，用各种输送机输送工件，工件流程与加工顺序一致，工件依次通过各加工站。 3 .可更换刀具的主轴箱里有很多刀具，主轴箱本身起到了刀具库的作用。 工具的安装、调整一般由人手进行，采用定时强制更换。 图8-7是加工箱子零件的柔性自动线图，由配置在两台对面的数控铣床、配置在四台对面的转塔式变换箱机床和一台循环式变换箱机床构成。 用辊式输送机输送工件。 这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区别，但有一定的