第六章柔性制造系統(tǒng)(FMS)技術(shù)1.ppt

1、FMS國際發(fā)展,AVG：有軌自動導(dǎo)引小車,數(shù)控加工設(shè)備+物料運儲裝置,計算機(jī)控制與管理系統(tǒng),自動化制造系統(tǒng),2臺以上,1套以上,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局定義FMS：由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)系起來的一些設(shè)備，傳輸裝置把工件放在其它聯(lián)結(jié)裝置上送到各加工設(shè)備，使工件加工準(zhǔn)確、迅速、自動化。中央控制系統(tǒng)控制機(jī)床與傳輸系統(tǒng)。,典型的FMS一般由三個子系統(tǒng)組成。它們是加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的構(gòu)成框圖及功能特征如圖1所示。 三個子系統(tǒng)構(gòu)成了一個制造系統(tǒng)的能量流（通過制造工藝改變工件的形狀和尺寸）、物料流（主要指工件流和刀具流）和信息流（制造過程的信息和數(shù)據(jù)處理）。,表 1 機(jī)床配置形式與特征比較,2.2

2、 FMS的加工系統(tǒng),2.2.1 加工系統(tǒng)的功能及要求 1)加工系統(tǒng)的作用 完成工件成型加工，主要加工兩類零件: 棱柱體零件，如箱形體、平板形 回轉(zhuǎn)體,2.2.2 加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備介紹,1）數(shù)控加工中心（MCMachining Center ） 加工中心是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動更換刀具，對工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。它的最大特點是工序集中和自動化程度高，可減少工件裝夾次數(shù)，避免工件多次定位所產(chǎn)生的累積誤差，節(jié)省輔助時間，實現(xiàn)高質(zhì)、高效加工。,常見加工中心按工藝用途可分為： 鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。,加工中心按主軸在加工時的空間

3、位置可分為： 立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。,在實際應(yīng)用中，以加工棱柱體類工件為主的鏜銑加工中心和以加工回轉(zhuǎn)體類工件為主的車削加工中心最為多見。 由于鏜銑加工中心（1958年由美國KM公司在數(shù)控銑床上加刀庫）最早出現(xiàn)，且名為加工中心（Machining Center），所以習(xí)慣上常把“鏜銑加工中心”稱為“加工中心”。我們不妨也沿用此習(xí)慣。,數(shù)控加工中心運動軸： 至少X，Y，Z三個平動軸 還有A，B，C三個轉(zhuǎn)動軸 五軸聯(lián)動機(jī)床： X，Y，Z加B軸，A（或C軸）,主刀頭,換刀機(jī)構(gòu)和刀庫,立軸（Y）,工作臺,控制面板,工作臺底座,立式加工中心,Y,X,Z,A

4、,C,B,臥式加工中心,立臥加工中心,2）鏜銑加工中心 加工中心可完成鏜、銑、鉆、攻螺紋等工作，它與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動換刀裝置，如圖2所示。 加工中心是復(fù)雜曲面加工的理想途徑。,3 )車削加工中心（TC-Turning Center）,分臥式和立式 回轉(zhuǎn)零件的復(fù)合加工 外圓車削、鏜孔、鉆孔、端面銑 加工外圓上的平面、徑向孔、槽，凸緣上的孔、槽、端面,視頻,2.2.3 FMS的刀具儲運系統(tǒng),1) FMS刀庫形式 中央刀庫 一條由10臺加工中心組成的FMS，大約需要30005000把刀具。若低于這個數(shù)目，生產(chǎn)線可能會由于等待刀具而造成停工. 加工中心刀庫 2

5、080把刀具.,FMS環(huán)境下刀具流的組成及運行過程,預(yù)調(diào)站：刀柄、刀具組裝，刀具測試、記錄并輸入計算機(jī)系統(tǒng)。,裝卸站：臨時存儲站,2) 加工中心的刀庫,轉(zhuǎn)塔式: 68把刀具,適用于輕便簡單機(jī)型,如車削中心，鉆削中心。 盤式： 32把刀，適應(yīng)于中小型加工中心。 盤式和轉(zhuǎn)塔式刀庫的特點是構(gòu)造簡單、適當(dāng)選擇刀庫位置可省略換刀機(jī)械手，但刀庫容量有限。 鏈?zhǔn)剑?30120把， 鏈?zhǔn)降稁斓奶攸c是存刀量多、擴(kuò)展性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,3) 自動換刀裝置,衡量加工中心刀庫的指標(biāo)有：刀具存儲量、刀具（加刀柄和刀桿等）最大尺寸與重量、可擴(kuò)展性等； 衡量自動換刀裝置的指標(biāo)有：換刀重復(fù)定位精度、換刀時間等 。,常采用公用

6、換刀機(jī)械手有單臂式、雙臂式、回轉(zhuǎn)式和軌道式等。 由于雙臂式機(jī)械手換刀時，可在一只手臂從刀庫中取刀的同時，另一只手臂從機(jī)床主軸上拔下已用過的刀具，這樣既可縮短換刀時間又有利于使機(jī)械手保持平衡，所以被廣泛采用。 常用雙臂式機(jī)械手的手爪結(jié)構(gòu)形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手，如圖4所示。此外，還有多機(jī)械手換刀方式，即刀庫中每把刀有一個機(jī)械手。,加工中心換刀時需從刀庫中選擇指定的刀具，主軸頭也必須回到換刀位置。從刀庫中挑選所需刀具的方法有： 順序選擇法：按加工順序。不能放錯，刀具不能重復(fù)利用。 （已少用） 刀座編碼法：不能放錯、刀具能重復(fù)利用應(yīng)用普遍 刀具編碼法：刀柄上有識別碼，可任意放，可重復(fù)用（難定位

7、） 刀具刀座跟蹤記憶法。刀座、刀具同時識別（容易定位） 其中，刀具刀座跟蹤記憶法在加工設(shè)備內(nèi)使用最為方便，刀具編碼法適合于FMS刀具的集中管理，所以在FMS中常將這兩種方法混合使用。,4) 加工中心刀位管理,5) 換刀時間,加工中心的換刀時間有兩種定量方法： 刀對刀換刀時間（主軸和刀庫刀座都回到換刀點后交換刀具所需的時間）。 加工對加工換刀時間（從上一把刀加工結(jié)束到刀具交換后下一把刀進(jìn)入加工所需的時間）。 通常加工中心的技術(shù)參數(shù)中給出的換刀時間是刀對刀換刀時間（或稱凈換刀時間），目前最快為0.45s，一般為5s左右。,2.2.4 自動換料裝置,功能：完成加工設(shè)備間、加工設(shè)備與自動化倉庫間的工件

8、運輸與搬運。 工件更換方式：工件用夾具安裝在托盤上，托盤成為機(jī)床的工作臺，更換工件則連同托盤一起更換。,見書中P15圖2-10,1）托盤交換器,它完成或協(xié)助完成物料（工件）的裝卸與交換，并起緩沖作用。,2)工業(yè)機(jī)器人,功能:搬運材料、零件、工具等 組成：由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)（電氣、液壓、氣動）、控制系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)等 種類：固定式機(jī)器人、移動式機(jī)器人等,國際上有代表性的機(jī)器人公司有： 瑞典：ABB Robotics 日本：FRANUC，Yaskawa 德國：KUKA Roboter 美國：Adept Technology，AmercianRobot 意大利：COMAU 英國：AutoTech R

9、obotics 加拿大：Jcd International Robotics 以色列：Robogroup 中國：中科院沈陽自動化所新松機(jī)器人公司,掃描臂,延伸肘,擺動肩,計算機(jī)控制系統(tǒng),2.2.5 零件運儲系統(tǒng),1）功能： 對外的運輸。即運進(jìn)毛坯，運出產(chǎn)品。 內(nèi)部運輸。原料、半產(chǎn)品在FMS內(nèi)部運輸。 2）FMS內(nèi)部的運輸工具： 傳送帶已越來越少 自動運輸小車：有軌（地軌與高架）、無軌（有線/遙控導(dǎo)向、光電導(dǎo)向、激光導(dǎo)向）。現(xiàn)多采用無軌小車。 搬運機(jī)器人：應(yīng)用越來越廣,3）運輸形式 直線 環(huán)行 直線+支線 環(huán)形+支線 網(wǎng)絡(luò),4）自動導(dǎo)向小車 自動導(dǎo)向小車組成（P19 圖2-16） 由可控小車+托

10、盤+托盤裝夾機(jī)構(gòu)組成 自動導(dǎo)向小車特點 高柔性：通過改變導(dǎo)向程序，容易修改路線 實時監(jiān)視與擴(kuò)展：提高計算機(jī)可控同頻率小車 安全可靠：速度低1070M/MIN，定位準(zhǔn)確,5）自動導(dǎo)向小車類型 有軌：移動快，定位準(zhǔn)，轉(zhuǎn)彎半徑大 線導(dǎo)：,感應(yīng)線圈,掃描線圈,遙控小車 光導(dǎo)小車：熒光材料鋪出軌跡，光敏傳感器識別,2.2.6 自動化倉庫,自動化倉庫組成： 庫房 貨架 堆垛起重機(jī) 控制計算機(jī) 狀態(tài)檢測器,2.2.7 FMS 控制系統(tǒng),1）控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：遞階控制的方式,FMS分三層結(jié)構(gòu): 設(shè)備層 工作站層 單元層,2）功能模塊 控制與管理系統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)普遍采用功能結(jié)構(gòu)模塊化方法。常見功能模塊（也稱功能子系統(tǒng)）見表1。當(dāng)然這些功能模塊并非相互完全獨立，而是相對獨立相互關(guān)聯(lián)的。,重點,柔性制造系統(tǒng)的主要構(gòu)成 加工中心的功能 在FMS系統(tǒng)中那些地方體現(xiàn)了制造的柔性 查閱資料，舉例說明FMS的組成、功能,FMS的組成部分 FMS機(jī)床配置有幾種形式，按柔性高低如何排列 加工中心與普通機(jī)床的主要區(qū)別是什么,2.1.2