【自动化制造系统大作业】柴油机曲轴柔性制造系统的研究

1、柴油机曲轴柔性制造系统的研究1.加工对象：曲轴是发动机上一个重要的零部件。它在工作时要承受很大的扭矩。以及大小和方向都在变化的弯曲力。曲轴的工作情况决定了曲轴的结构，进而也决定了曲轴制造工艺的复杂性。2.工艺分析：柴油机曲轴大致有3部分组成：( 1 )曲轴前端（小头）( 2 )由连杆轴颈、曲柄臂及主轴颈组 成的曲拐；( 3 )曲轴后端 ( 法兰) 。按照曲轴加工步骤，可分为粗加工和精加工2部分。 1 )曲轴粗加工工艺 曲轴粗加工工艺采用 A V L新工艺。工艺流程见图1 。加工工艺中，采用复合加工数控机床引入了 “ 一次装卡，全部完工”的概念。该 F MS车铣中心集成了双主轴车削中心，五轴加工

2、中心。深孔镗、铣、钻和三坐标功能于一身，在一台具有双主轴的车铣复合加工中心上可以对曲轴进行完全加工。加工后的曲轴可直接转入精加工工序。图12 )曲轴精加工工艺 在曲轴精加工方面 ，则采用工序集成的CBN数控磨床，即一次装夹可完成磨削曲轴全部主轴颈和连杆轴颈的所有工序，此类磨床一般配有双砂轮头架。图2中给出了曲轴的精加工工艺流程。 图23.系统组成：曲轴柔性制造系统由数控加工设备、物料储运系统和信息控制系统3部分组成，如图3所示。 图31 )加工子系统 根据曲轴工艺要求 。曲轴 FMS加工子系统主要是由2台复合数控加工中心 ( 数控复合粗加工中心和数控复合磨床) 、与之相配的工业机器人、自动气压

3、夹具、数控清洗机、检测装配设备组成。 2 )物流子系统 物流子系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸。以及完成工序间的 自动传送、调运和存贮工作。包括各种传送机构、自动导引小车、工业机器人及专用起吊运送机、工件装卸站、工件存储工位、刀具输入输出站、刀库等。物流子系统在计算机的控制下自动完成刀具和工件的输送工作。曲轴FMS系统由全自动立体仓库、工件出入托盘站、上下料机械手臂、2条输送带和编码系统组成。 3 )信息子系统 计算机控制系统用以处理柔性制造系统的各种信息，输出控制 CNC机床和物料系统等自动操作所需的信息、实现各子系统之间的信息联系，对系统进行管理，确保系统的正常工作。通常采用三级

4、( 设备级、工作站级、单元级)分布式计算机控制系统，其中单元级控制系统 ( 单元控制器)是柔性制造系统的核心。本系统操作单元由复合数控加工中心系统、数控精磨系统、仓储管理系统、堆垛控制系统组成。系统集成软件由设计规划软件、生产过程分析软件、生产过程调度软件、系统管理和监控软件组成。 4.系统布局：在加工发动机曲轴时其加工工艺主要是铣面、钻孔、铣外颈等几个主要加工工序 ，其工序比较单纯，因此机床布置必须要以形成有序的排列、简化物流管理为原则来进行。在布置机床的同时还要考虑物料输送路线。由于零件较大，须采用传送带传送，机床布置宜采取直线布置。另外，在机床布置时还应考虑成品、在制品、外购件仓库的布置

5、，工件装卡的准备区，刀具、夹具保养保管区及中心管理室的位置。该系统布局如图4所示。 图45.系统建模：1）FMS系统控制建模曲轴的柔性制造系统是一个大型的、复杂的、离散事情的动态系统，由于采用了高度柔性的加工设备零件的加工路径可随加工刀具在加工中心的配置而改变。加工路线约束的降低使生产更灵活、高效，但相应的动态调度更加复杂。同时由于系统中存在着一些不可预见的事情或随机事情。如机器故障、紧急作业计划、作业计划的缩减等，更增添了调度的复杂性。针对FMS的优越性及其调度的复杂性 ，F MS建模时采用IDEF0建模法，将其象为一个离散事情的动态系统.对其信息加以概和描述，具体地确定模型结构和参数.通过

6、以上析 ，针对曲轴 F MS的功能建模通过活动的不断分解和细化，各活动之间的关系整个系统的信息得到充分表达，如图5所示。 图5从图中可以看出，动态调度过程是由系统状驱动的，不同的系统状态对应不同的调度过程，件的加工工艺路线和作业计划是调度过程必须满的约束。 2）FMS系统功能建模根据曲轴粗加工的AVL新工艺 ，采用IDEF0方法构建FMS功能模型的步骤如下： ( 1 ) 数据采集；( 2 ) 选择范围、 观点及目的； ( 3 ) 建立内外关系图； ( 4 ) 画出顶层图； ( 5 ) 建立一系列图形； ( 6 ) 写文字说明； ( 7 ) 模型评审。该柴油机曲轴FMS功能模型图如图6所示。 图66对系统进行可靠性分析：自动化制造系统是具有高柔性和高度自动化的生产加工线。它至少应