柔性制造技术.ppt

1、2020/9/8,现代制造技术,2-1,柔性制造技术,柔性制造系统的组成、原理 柔性制造系统的类型、应用 成组技术与零件分类编码 FMS 加工系统的配置 FMS 物流系统的组成 FMS 控制管理系统简介,主要内容：,2020/9/8,现代制造技术,2-2,柔性制造技术和柔性制造系统,柔性制造技术（FMTFlexible Manufacturing Technology）是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。 柔性指制造系统能够适应产品变化的能力,柔性制造系统（FMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的自动化

2、制造系统。它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进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“中华人民共和国国家军用标准”) 柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。,2020/9/8,现代制造技术,2-3,柔性制造系统组成,柔性制造系统,加工系统,物流系统,控制与管理系统,加工设备,辅助设备,检测设备,工件流,刀具流,过程控制,过程调度,过程监视,以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等,满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等,加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采

3、集和处理，运行仿真及故障诊断等,2020/9/8,现代制造技术,2-4,柔性制造系统工作原理,2020/9/8,现代制造技术,2-5,1 很强的柔性制造能力 2 设备利用率高 3 劳动生产率高 4 自动化程度高，产品质量稳定 5 经济效益高,柔性制造系统特点,2020/9/8,现代制造技术,2-6,柔性制造系统的类型,1 柔性制造单元（FMCFlexible Manufacturing Cell） FMC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。,2 柔性制造系统（FMS） 它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，配有工件自动上下料装置（如托盘

4、交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，由计算机控制系统进行加工控制、计划调度安排及工况监测。,3 柔性制造生产线（FMLFlexible Manufacturing Line） 将FMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。,244FM摩托车发动机汽缸加工自动线,2020/9/8,现代制造技术,2-7,柔性制造系统的适用范围,0 10 100 1000,少 零件品种数 多,10000,1000,100,10,大 零件批量 小,数控机床通用机床,柔性制造单元,柔性制造系统,柔性制造生产线,专用机床,自动线,生产率提高,柔性

5、增大,2020/9/8,现代制造技术,2-8,成组技术（GT Group Technology),成组技术应用于机械加工方面，是将多种零件按其工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，大大减少了生产准备时间，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。 大量的零件统计表明，在各种机械产品中： 各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定； 同类零件存在形状结构上的相似性 工艺方法也有相似性；,2020/9/8,现代制造技术,2-9,常用的零件分类成组方法,1 视检法 视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些

6、零件归结为一类。 2 生产流程分析法（PFAProduction Flow Analysis） 生产流程分析法是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。 3 编码分类法 先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字元或数字元、字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。,2020/9/8,现代制造技术,2-10,零件的分类编码,零件的代码,识别码,分类码,a)识别码是唯一的，用来区别不同零件； b)识别码一般是零件的件号或图号，表示零件与产品的隶属关系。,a)分

7、类码对每个零件不是唯一的； b)分类码用来反映零件的功能、结构、工艺等信息。,2020/9/8,现代制造技术,2-11,零件分类编码的作用,1 有利于设计、工艺的标准化 2 便于检索和重复利用已有的资料 3 有利于实现专业化生产,企业按产品专业化生产体制,按零件专业化集中生产体制,4 有助于生产信息管理、使用的合理化 零件分类编码的直接目的是： a)对零件分类分组 b)信息收集和检索,2020/9/8,现代制造技术,2-12,传统的独立垂直生产体系,2020/9/8,现代制造技术,2-13,专业化生产结构体系,2020/9/8,现代制造技术,2-14,分类系统组成,分类系统,纵向环节 0 1

8、2,纵向环节 0 1 2,横向环节,横向环节,分类环节,分类标志,码位,特征项或特征信息,表示各分类环节的具体含义， 如结构形状、尺寸、材料等。,粗分,细分,分类使相似或相同的事物合在一起，使相异的事物分开。,2020/9/8,现代制造技术,2-15,分类系统的结构,I,II,III,N,0 1 2 3 . . . 9,0 1 2 3 . . . 9,0 1 2 3 . . . 9,0 1 2 3 . . . 9,横向分类环节码位,纵向分类环节特征项,I,II,III,N,0,1,2,9,0 1 . . 9,0 1 . . 9,0 . . 9,0 . . 9,0 . . 9,0 . . 9,0

9、 . . 9,0 . . 9,独立环节分类系统链式结构,关联环节分类系统树式结构,2020/9/8,现代制造技术,2-16,分类系统的结构和容量,分类系统的容量是指系统纵向环节总数 设：N横向环节总数， L关联环节数 Z每一横向环节所属的纵向环节数 则：链式结构 L 树式结构 SZ i (i=1,2,N) 混合结构 H（NL）ZZ i（i=1,2,L） 若令N=4，L=2，Z=10，则： L41040 S10+102+103+10411110 H(4-2)10+10+102130 树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用不便。,链 式 结 构,独 立 环 节 分

10、 类 系 统,树 式 结 构,关 联 环 节 分 类 系 统,混 合 结 构,混 合 环 节 分 类 系 统,分类系统,2020/9/8,现代制造技术,2-17,分类标志安排顺序,在横向环节中： 先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的 在纵向环节中： 先简后繁，先易后难，先小后大，先一般后特殊,2020/9/8,现代制造技术,2-18,零件分组方法,直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题： a) 导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组；,因此提出如下零件的分组方法： 1 特征码位法 2 码域法 3 特征位码域法,b) 零件组数多，每组零

11、件种类多，且代码中许多分类标志无工艺特征。,2020/9/8,现代制造技术,2-19,特征码位法,代码：零件类别 代码：零件外部形状 及要素 代码：最大尺寸 代码：材料种类 例：零件号2、5，其 特征码位为2313 零件号1,3,4,6, 其特征码位为2613 特征码位法分组的缺点：,从零件整个分类代码中选择出对某种目的影响最大的部 分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。, 结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题,2020/9/8,现代制造技术,2-20,码域法,分类步骤： 1)按零件分类编码结果统计各分类标志出现的频数， 2)制订各种零件组的相似性标准，按标准得到各组码域（No.1, No

12、. 2，） 3)比较每个零件编码的各位代码是否包括在某一码域内（如No.1）,代 码 的 数 纵 向 环 节,代码码位 - 横向环节,No.1,2020/9/8,现代制造技术,2-21,特征位码域法,思路： 选取若干特征性较强的码位，并在这些码位上规定允许的特征项资料变化范围，得到相似性特征矩阵，以此作为分组的依据。,代 码 的 数 纵 向 环 节,代码码位 - 横向环节,No.1,2020/9/8,现代制造技术,2-22,FMS 加工系统的配置,FMS的加工对象 1) 棱柱体类（包括箱体形、平板形） 2) 回转体类（长轴形、盘套形） 对加工系统而言，通常用于加工棱柱体类工件的FMS由立、卧式

13、加工中心，数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等）和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的FMS由数控车床、车削中心、数控组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。,当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，FMS可以只配置数量足够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。,1 互替式（并联） 2 互补式（串联） 3.混合式（并串联）,当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时，FMS需要配置几种不同型号的机床，各自完成特定的工作，这些机床之间是互相补充的，不能相互替代。,2020/9/8,现代制造技术,2-23,机床配置形式与特征比

14、较,说明：这些配置主要取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。,2020/9/8,现代制造技术,2-24,FMS 对机床的要求,1 工序集中 2 控制功能强、柔性好 3 具有通信接口 4 高刚度、高精度、高速度 5 其它要求 a) 使用经济性好 b) 操作性、可靠性、维修性好 c) 自保护性、自维护性好 d) 对环境的适应性与保护性好 e) 技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色美观且与系统协调。,2020/9/8,现代制造技术,2-25,加工系统中常用的加工设备,常见加工中心的分类 按工艺用途可分为镗铣加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心

15、、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。 按主轴在加工时的空间位置可分为立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）加工中心。,镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。,加工中心 （镗铣加工中心）,卧式加工中心,2020/9/8,现代制造技术,2-26,加工中心刀库,加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型。,2020/9/8,现代制造技术,2-27,双臂式机械手,从刀库中挑选所需刀具的方法有： 顺序选择法 刀座编码法 刀具编码法 刀具刀座跟踪记忆法,常用双臂式机械手的手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩手和叉手,2020/9/8,现代制造技

16、术,2-28,换料装置,加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式和往复式两种。,2020/9/8,现代制造技术,2-29,加工系统的监控内容,监 控 功 能,设备运行状态,切削 加工 状态,产品质量状态,2020/9/8,现代制造技术,2-30,FMS 物流系统,物流是FMS中物料流动的总称。在FMS中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。 物流系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。,FMS物流系统对输送

17、装置的要求 1)通用性 2)变更性 3)扩展性 4)灵活性 5)可靠性 6)安全性,2020/9/8,现代制造技术,2-31,输送装置（1） 输送带,1 输送带 输送带分为动力型和无动力型； 从结构方式上有辊式、链式、带式之分； 从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。,辊式 链式 带式,2020/9/8,现代制造技术,2-32,输送装置（2） 有轨小车,2 自动小车 1)有轨小车-地面有轨小车和高架有轨小车 所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。,2020/9/8,现代制造技术,2-33,输送装置（3） 无轨小车,2)无轨小车 自动导向小车（AGV Automatic Guided Vehicle） 无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。,2020/9/8,现代制造技术,2-34,物流系统的监控,物流系统的监控主要完成以下功