機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔性制造系統(tǒng)剖析

1、機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模塊目標(biāo)模塊目標(biāo) 1.了解教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)組成及控制原理； 2.了解柔性制造系統(tǒng)中加工工作站控制器硬件、軟件結(jié)構(gòu)； 3.學(xué)生掌握對教學(xué)型柔性制造系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)操作。 重點(diǎn): 1.掌握THMSRX-2型柔性系統(tǒng)控制原理、操作。 難點(diǎn): 1.教學(xué)型THMSRX-2型柔性制造系統(tǒng)控制原理。 模模 塊塊 7 柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng) 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模塊導(dǎo)學(xué)模塊導(dǎo)學(xué) 模模 塊塊 7 隨著社會(huì)的進(jìn)步和生活水平的提高，社會(huì)對產(chǎn)品多樣化，低制造成本及短制 造周期等需求日趨迫切，傳統(tǒng)的制造技術(shù)已不能滿足市場對多品種小批量，更具 特色符合顧客

2、個(gè)人要求樣式和功能的產(chǎn)品的需求。90年代后，由于微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、機(jī)械與控制設(shè)備的發(fā)展，制造業(yè)自動(dòng)化進(jìn)入一個(gè)嶄新的 時(shí)代，技術(shù)日臻成熟。柔性制造技術(shù)已成為各工業(yè)化國家機(jī)械制造自動(dòng)化的研制 發(fā)展重點(diǎn)。本模塊將結(jié)合THMSRX-2型柔性系統(tǒng)和加工工作站控制器技術(shù)向?qū)W者作 一個(gè)全面的介紹。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 項(xiàng)目項(xiàng)目7-1教學(xué)型模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用教學(xué)型模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線的應(yīng)用 模模 塊塊 7 柔性制造系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 教學(xué)型THMSRX-2型柔性制造系 統(tǒng)由哪幾個(gè)單元構(gòu)成？ 柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展 柔性制造系統(tǒng)的定義 教學(xué)型模塊式柔 性自動(dòng)化生產(chǎn)線

3、的應(yīng)用 項(xiàng)目思考 項(xiàng)目知識 項(xiàng)目實(shí)踐 知識拓展 教學(xué)型THMSRX-2型柔性系統(tǒng) 柔性制造的分類規(guī)模 拆卸上料檢測單元 組裝上料檢測單元 柔性制造技術(shù)的發(fā)展方向 知識分布網(wǎng)絡(luò) 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.1.1 7.1.1 項(xiàng)目思考（思）項(xiàng)目思考（思） 模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是一種最為典型的機(jī)電一體化、自動(dòng)化類 產(chǎn)品，它是為職業(yè)院校、技工學(xué)校、教育培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等而研制的，它適合機(jī)械制造 及其自動(dòng)化、機(jī)電一體化、電氣工程及自動(dòng)化、自動(dòng)化工程、控制工程、測控技 術(shù)、計(jì)算機(jī)控制、自動(dòng)控制、機(jī)械電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)與理論、等相關(guān)專業(yè)的教 學(xué)和培訓(xùn)。它在接近工業(yè)生產(chǎn)制造

4、現(xiàn)場基礎(chǔ)上又針對教學(xué)進(jìn)行了專門設(shè)計(jì)，強(qiáng)化 了各種控制技術(shù)和工程實(shí)踐能力。本書以THMSRX-2型柔性系統(tǒng)來作介紹。 提出問題： 1.教學(xué)型THMSRX-2型柔性制造系統(tǒng)由哪幾個(gè)單元構(gòu)成？ 2.柔性制造系統(tǒng)有哪些優(yōu)點(diǎn)？ 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.1.2 7.1.2 項(xiàng)目知識（學(xué)）項(xiàng)目知識（學(xué)） 知識點(diǎn)知識點(diǎn)1 1 柔性制造系統(tǒng)的定義：柔性制造系統(tǒng)的定義： FMS集自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)和制作加工技術(shù)于一體，把以往工廠企業(yè)中相互孤立的工程 設(shè)計(jì)、制造、經(jīng)營管理等過程，在計(jì)算機(jī)及其軟件和數(shù)據(jù)庫的支持下，構(gòu)成一個(gè)覆蓋整個(gè)企 業(yè)的有機(jī)系統(tǒng)。 知識點(diǎn)知識點(diǎn)2 2 柔性制造系

5、統(tǒng)的發(fā)展：柔性制造系統(tǒng)的發(fā)展： 1967年，英國莫林斯公司首次根據(jù)威廉森提出的FMS基本概念，研制了“系統(tǒng)24”。 同年，美國的懷特森斯特蘭公司建成 Omniline I系統(tǒng)，它由八臺加工中心和兩臺多軸 鉆床組成，工件被裝在托盤上的夾具中，按固定順序以一定節(jié)拍在各機(jī)床間傳送和進(jìn)行加工。 日本、前蘇聯(lián)、德國等也都在60年代末至70年代初，先后開展了FMS的研制工作。 1976年，日本發(fā)那科公司展出了由加工中心和工業(yè)機(jī)器人組成的柔性制造單元(簡稱 FMC)，為發(fā)展FMS提供了重要的設(shè)備形式。 70年代末期，柔性制造系統(tǒng)在技術(shù)上和數(shù)量上都有較大發(fā)展，80年代初期已進(jìn)入實(shí)用 階段，其中以由35臺設(shè)備組

6、成的柔性制造系統(tǒng)為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 知識點(diǎn)知識點(diǎn)3 3 柔性制造的分類規(guī)模：柔性制造的分類規(guī)模： 1.1.柔性制造單元（柔性制造單元（FMCFMC） FMC由單臺帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺以下的機(jī)床組成,具有適應(yīng)加 工多品種產(chǎn)品的靈活性。 2.2.柔性制造線柔性制造線(FML) (FML) FML是處于非柔性自動(dòng)線和FMS之間的生產(chǎn)線,對物料系統(tǒng)的柔性要求低于FMS, 但生產(chǎn)效率更高。FML采用的機(jī)床大多為多軸主軸箱的換箱式或轉(zhuǎn)塔式組合加工中 心,能同時(shí)或依次加工少量不同的零件。 3.3.柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)(

7、FMS) (FMS) FMS通常包括3臺以上的CNC機(jī)床(或加工中心),由集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng) 連接起來,可在不停機(jī)情況下實(shí)現(xiàn)多品種、中小批量的加工管理。FMS是使用柔性 制造技術(shù)最具代表性的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 知識點(diǎn)知識點(diǎn)4 4 教學(xué)型教學(xué)型THMSRX-2THMSRX-2型柔性系統(tǒng)：型柔性系統(tǒng)： 本書現(xiàn)就以教學(xué)型THMSRX-2型柔性系統(tǒng)為例，介紹模塊式柔性自動(dòng)化生產(chǎn)線 實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)，方便學(xué)生進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)訓(xùn)操作。該實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)由7個(gè)單元組成。分別為： 上料檢測單元、搬運(yùn)單元、加工與檢測單元、安裝單元、安裝搬運(yùn)單元、分類單 元和主控單元。 T

8、HMSRX-2型 西門子控制器采用PROFIBUS-DP通信實(shí)現(xiàn)七個(gè)單元與主站之間的網(wǎng) 絡(luò)控制方案，通過S7-300主機(jī)采集并處理各站的相應(yīng)信息，完成六個(gè)單元間的聯(lián)動(dòng) 控制。將DP聯(lián)線首端出線的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器接到300主機(jī)的DP口上，其它網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接器依 次接到六個(gè)單元的EM277模塊DP口上。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 PROFIBUS-DP為保證系統(tǒng)中各站能聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行，必須將各站的PLC連接在一起使 獨(dú)立的各站間能交換信息。而且加工過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，如工件顏色裝配信息 等，也需要向下站傳送，以保證工作正確。 上料檢測站 搬運(yùn)站 加工站 分類站 安裝站 安裝搬運(yùn)站 圖7

9、-1 工作過程示意圖 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 1.1.上料檢測站上料檢測站 1)主要組成與功能 上料檢測站主由料斗、回轉(zhuǎn)臺、導(dǎo)料機(jī)構(gòu)、平面推力軸承、工件滑道、提升裝置、檢測工件和顏色識別 光電開關(guān)、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、直流減速電機(jī)、電 磁閥及氣缸組成，主要完成將工件從回傳上料臺依次送到檢測工位，提升裝置將工件提升并檢測工件顏色。 如圖7-2。 圖7-2上料檢測站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 2）控制面板連線端子排 控制面板連線端子排如圖7-3所示。 圖7-3控制面板連線端子排 3）氣動(dòng)

10、回路原理圖 氣動(dòng)控制系統(tǒng)是本工作單元的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)的邏輯控制功能是由 PLC實(shí)現(xiàn)的，氣動(dòng)控制回路的工作原理見圖7-4。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 圖7-4 氣動(dòng)控制回路的工作原理 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 4）PLC的控制原理圖 該站PLC主要負(fù)責(zé)檢測貨料是否到位、貨料的顏色、開始按鈕等信號，控制料 盤電機(jī)、貨盤電磁閥、開始燈等輸出信號。圖7-5為該站PLC的控制原理圖。 圖7-5 PLC的控制原理圖 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 5）網(wǎng)絡(luò)控制 該單元的復(fù)位信號、開始信號、停止信號均從觸摸屏發(fā)出，經(jīng)過

11、S7-300程序 處理后，向各單元發(fā)送控制要求，以實(shí)現(xiàn)各站的復(fù)位、開始、停止等操作。 表7-1 網(wǎng)絡(luò)讀寫數(shù)據(jù)規(guī)劃 序號系統(tǒng)輸入網(wǎng)絡(luò)向MES發(fā)送數(shù)據(jù)200從站數(shù)據(jù)從站1（上料）300主站對應(yīng)數(shù)據(jù)主站（S7-300） 上電I0.7V 10.7I22.7 開始I1.0V 11.0I23.0 復(fù)位I1.1V 11.1I23.1 調(diào)試I1.2V 11.2I23.2 手動(dòng)I1.3V 11.3I23.3 聯(lián)機(jī)I1.4V 11.4I23.4 停止I1.5V 11.5I23.5 開始燈Q1.0V 13.0I25.0 復(fù)位燈Q1.1V 13.1I25.1 已經(jīng)加工VW8IW20 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)

12、剖析 模模 塊塊 7 6）開機(jī)前檢查項(xiàng)目 7）操作過程 系統(tǒng)上電后，將本單元“單/聯(lián)”開關(guān)打到“單”、“手/自”開關(guān)打到“手” 狀態(tài)。上電后“復(fù)位”按鈕燈閃爍，按“復(fù)位”按鈕，本單元回到初始位置，同 時(shí)“開始”按鈕燈閃爍；按“開始”按鈕，等待進(jìn)入單站工作狀態(tài)，要運(yùn)行時(shí)， 按下“調(diào)試”按鈕即可按工作流程動(dòng)作。 8）工作流程 上料單元運(yùn)行，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)，將工件從轉(zhuǎn)盤經(jīng)過滑道送入貨臺上，物料臺檢測 傳感器檢測到有工件后物料臺上升，工件在30秒內(nèi)沒有送到物料臺上時(shí)警示黃燈 亮，物料臺在上升過程中卡住時(shí)（3秒內(nèi)氣缸沒有運(yùn)行到上限位）警示紅燈亮。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 2.

13、2. 搬運(yùn)站搬運(yùn)站 1）主要組成與功能 搬運(yùn)站主由氣動(dòng)機(jī)械手、氣動(dòng)手指、雙導(dǎo)桿氣缸、回轉(zhuǎn)臺、單桿氣缸、旋轉(zhuǎn)氣 缸、磁性傳感器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口板、 電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥組成。主要完成將工件從上料單元搬運(yùn)到加工單元待 料區(qū)工位。如圖7-6。 圖7-6搬運(yùn)站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 3 3加工站加工站 1）主要組成與功能 加工站主由6工位回轉(zhuǎn)工作臺、刀具庫（3種刀具）、升降式加工系統(tǒng)、加工組件、檢測組 件、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、三相步進(jìn)電機(jī)、光電傳感器、接近開關(guān)、開關(guān)電源、平面推力軸承、可編程 序控制器、按鈕、I/O接口板、電氣網(wǎng)孔

14、板、通訊接口板、直流減速電機(jī)、多種類型電磁閥及氣 缸組成，回轉(zhuǎn)工作臺有六個(gè)旋轉(zhuǎn)工位，加工站主要完成工件的加工（鉆孔、銑孔），并進(jìn)行工 件檢測。如圖7-7。 圖7-7 加工站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 4. 4. 安裝搬運(yùn)站安裝搬運(yùn)站 1）主要組成與功能 由平移工作臺、塔吊臂、機(jī)械手、齒輪齒條傳動(dòng)、工業(yè)導(dǎo)軌、開關(guān)電源、可 編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥及 氣缸組成，主要完成將上站工件拿起放入安裝平臺，等待安裝站將小工件安裝到 位后，將裝好工件拿起放下站。如圖7-8。 圖7-8 安裝搬運(yùn)站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖

15、析 模模 塊塊 7 5 5安裝站安裝站 1）主要組成與功能 安裝站主要由吸盤機(jī)械手、搖臂部件、旋轉(zhuǎn)氣缸、料倉換位部件、工件推出 部件、真空發(fā)生器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口 板、電氣網(wǎng)孔板、多種類型電磁閥及氣缸組成，主要完成選擇要安裝工件的料倉， 將工件從料倉中推出，將工件安裝到位。如圖7-9。 圖7-9 安裝站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 6.6.分類站分類站 1）主要組成與功能 由滾珠絲杠、滑桿推出部件、分類料倉、步進(jìn)電機(jī)、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器、電感傳感 器、開關(guān)電源、可編程序控制器、按鈕、I/O接口板、通訊接口板、電氣網(wǎng)孔板、 多種類型電磁閥

16、及氣缸組成，主要完成按工件類型分類，將工件推入料倉。如圖7- 10。 圖7-10 分類站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7. 7. 主控站主控站 1）主要組成與功能 采用了先進(jìn)的總線控制方式，增配有主控PLC、工業(yè)觸摸屏等，系統(tǒng)更加完 整性，更能展現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場的工作狀態(tài)及現(xiàn)代制造工業(yè)的發(fā)展方向。如圖7-11。 圖7-11主控站 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.1.3 7.1.3 項(xiàng)目制作（做）項(xiàng)目制作（做） 項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求 機(jī)械拆裝THMSRX-2型柔性制造系統(tǒng)上料檢測單元。具體要求： (1)識別各種工具，掌握正確使用方法。 (2)拆

17、卸、組裝各機(jī)械零部件、控制部件，如：氣缸、電機(jī)、轉(zhuǎn)盤、過濾器、PLC、開關(guān)電源、按鈕等。 (3)裝配所有零部件，裝配到位，密封良好，轉(zhuǎn)動(dòng)自如。 項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 1. 1. 拆卸上料檢測單元拆卸上料檢測單元 工作臺面： (1)準(zhǔn)備各種拆卸工具，熟悉工具的正確使用方法。 (2)了解所拆卸的機(jī)器主要結(jié)構(gòu)，分析和確定主要拆卸內(nèi)容。 (3)端蓋、壓蓋、外殼類拆卸；接管、支架、輔助件拆卸。 (4)主軸、軸承拆卸。 (5)內(nèi)部輔助件及其它零部件拆卸、清洗。 (6)各零部件分類、清洗、記錄等。 網(wǎng)孔板： (1)準(zhǔn)備各種拆卸工具，熟悉工具的正確使用方法。 (2)了解所拆卸的器件主要分布，分析和確定主要拆

18、卸內(nèi)容。 (3)主機(jī)PLC、空氣開關(guān)、保險(xiǎn)絲座、I/O接口板、轉(zhuǎn)接端子及端蓋、開關(guān)電源、導(dǎo)軌拆卸。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 2. 2. 組裝上料檢測單元組裝上料檢測單元 (1)理清組裝順序，先組裝內(nèi)部零部件，組裝主軸及軸承。 (2)組裝軸承固定環(huán)、上料地板等工作部件。 (3)組裝內(nèi)部件與殼體。 (4)組裝壓蓋、接管、各輔助部件等。 (5)檢查是否有未裝零件，檢查組裝是否合理、正確和適度。 (6)具體組裝、可參考總圖。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 項(xiàng)項(xiàng) 目目 總總 結(jié)結(jié) 本項(xiàng)目以教學(xué)型THMSRX-2型柔性系統(tǒng)為例，分別對上料檢測單元、

19、搬運(yùn)單元等7個(gè)單元作了介紹，重 點(diǎn)介紹了上料檢測單元的組成、控制原理和注意事項(xiàng)。在項(xiàng)目實(shí)施部分通過機(jī)械拆裝上料檢測單元，讓 學(xué)生對該單元機(jī)械元件、整體結(jié)構(gòu)、控制原理有一個(gè)清晰的認(rèn)識和了解。 項(xiàng)項(xiàng) 目目 評評 價(jià)價(jià) 在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成任務(wù)，各組自我評價(jià)并進(jìn)行展示，各組之間根據(jù)評價(jià)表進(jìn)行檢查。檢查與評價(jià)表 如表7-2所示。 表7-2 項(xiàng)目評價(jià)表 項(xiàng)目 目標(biāo) 分值 評分 得分 拆卸上料檢測單元 正確使用工具，能按照拆卸 步驟進(jìn)行拆卸，無元 件損壞 50 （1）不能按照拆卸步驟進(jìn)行拆卸， 每處扣5分 （2）損壞工具或元件扣10分 組裝上料檢測單元 能按照組裝步驟進(jìn)行組裝， 無元件損壞 50 （1）不能按

20、照組裝步驟進(jìn)行組裝， 每處扣5分 （2）損壞工具或元件扣10分 總分100 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.1.4 7.1.4 知識拓展（拓）知識拓展（拓） 1、柔性制造技術(shù)的發(fā)展方向柔性制造技術(shù)的發(fā)展方向 1)不斷推出新型控制軟件。 2）控制軟件的模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化。 3)迅速發(fā)展新型軟件。 4)積極引入設(shè)計(jì)新方法。 5)發(fā)展新型控制體系結(jié)構(gòu)。 6)大力開發(fā)應(yīng)用人工智能技術(shù)。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 項(xiàng)目項(xiàng)目7-2 7-2 柔性制造系統(tǒng)中加工工作站控制技術(shù)柔性制造系統(tǒng)中加工工作站控制技術(shù) 項(xiàng)目思考 柔性制造系統(tǒng)中加工工作站主要由哪幾部分

21、 組成？ 加工工作站控制器主要管理哪些信息？ 柔性制造系統(tǒng)中加工系統(tǒng)技術(shù) 加工工作站控制器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 加工工作站控制器的軟件模塊設(shè)計(jì) 知識分布網(wǎng)絡(luò) 采用柔性制造系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 柔性制造系統(tǒng)組成及功能特征 項(xiàng)目知識 項(xiàng)目實(shí)踐 知識拓展 柔性制造系統(tǒng) 中加工工作站 控制技術(shù) 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.2.1 7.2.1 項(xiàng)目思考（思）項(xiàng)目思考（思） 柔性制造系統(tǒng)FMS一般由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)和控制與管理系統(tǒng)組成。在工 廠的經(jīng)營管理、工程設(shè)計(jì)、制造三大功能中，F(xiàn)MS負(fù)責(zé)制造功能的實(shí)施，所有產(chǎn) 品的物理轉(zhuǎn)換都是由制造單元完成的。工廠的經(jīng)營管理所制定的經(jīng)營目標(biāo)，設(shè)計(jì) 部

22、門所完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)等都要由制造單元來實(shí)現(xiàn)。可見制造單元的運(yùn) 行特性對整個(gè)工廠具有舉足輕重的作用。而其中加工工作站負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)車間 中的一個(gè)加工設(shè)備小組的活動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)柔性制造自動(dòng)化，要求FMS具有良好的 制造管理及優(yōu)化生產(chǎn)調(diào)度的功能，且系統(tǒng)中的制造設(shè)備必須協(xié)調(diào)運(yùn)行，這就對加 工工作站提出了較高的要求，它運(yùn)行的有效性和柔性將直接影響FMS運(yùn)行的有效 性和柔性。 提出問題： 1. 柔性制造系統(tǒng)中加工工作站主要由哪幾部分組成？ 2. 加工工作站控制器主要管理哪些信息？ 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.2.2 7.2.2 項(xiàng)目知識（學(xué)）項(xiàng)目知識（學(xué)） 知識點(diǎn)知識

23、點(diǎn)1 1 柔性制造系統(tǒng)組成及功能特征：柔性制造系統(tǒng)組成及功能特征： 典型的FMS一般由三個(gè)子系統(tǒng)組成。各子系統(tǒng)的構(gòu)成框圖及功能特征如圖7- 12所示。 加工系統(tǒng)和物流 系統(tǒng)的自動(dòng)控制 和作業(yè)協(xié)調(diào)；在 線數(shù)據(jù)自動(dòng)采集 和處理；運(yùn)行仿 真及故障診斷等 加 工 設(shè) 備 輔 助 設(shè) 備 檢 測 設(shè) 備 工 件 流 刀 具 流 過 程 控 制 過 程 調(diào) 度 過 程 監(jiān) 視 以任意順序自動(dòng) 加工多種工件， 自動(dòng)更換工件和 刀具，增加功能 后可實(shí)現(xiàn)工件自 動(dòng)清洗與測量等 滿足可變節(jié)拍生 產(chǎn)的物料自動(dòng)識 別、存儲、輸送 和交換的要求。 增加功能后可實(shí) 現(xiàn)刀具預(yù)調(diào)和管 理等 柔性制造系統(tǒng) 加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)控制

24、與管理系統(tǒng) 圖7-12 FMS組成框圖及功能特征 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 知識點(diǎn)知識點(diǎn)2 2 柔性制造系統(tǒng)中加工系統(tǒng)技術(shù)：柔性制造系統(tǒng)中加工系統(tǒng)技術(shù)： 1 1加工系統(tǒng)的配置加工系統(tǒng)的配置 對加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心， 數(shù)控組合機(jī)床（數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù)控機(jī)床等） 和托盤交換器等構(gòu)成；用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控 組合機(jī)床和上下料機(jī)械手或機(jī)器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。 2 2加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備介紹加工系統(tǒng)中常用加工設(shè)備介紹 加工中心是一種備有刀庫并能按預(yù)定程序自動(dòng)更換刀具

25、，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(diǎn)是工序集中和自動(dòng)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(shí)間，實(shí)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(shí)的空間位置可分為立 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。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 1)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(dòng)換刀裝置，如圖7-13所示。 a)臥式

26、 b) 立式 圖7-13 加工中心 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 加工中心的刀庫有鏈?zhǔn)健⒈P式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型，如圖7-14所示。 a) 轉(zhuǎn)塔式 b) 鏈?zhǔn)?c) 盤式 圖7-14 加工中心刀庫的基本類型 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 2）車削加工中心 車削加工中心簡稱為車削中心（Turning Center），它是在數(shù)控車床的基礎(chǔ) 上為擴(kuò)大其工藝范圍而逐步發(fā)展起來的。 3）數(shù)控組合機(jī)床 數(shù)控組合機(jī)床是指數(shù)控專用機(jī)床、可換主軸箱數(shù)控機(jī)床、模塊化多動(dòng)力頭數(shù) 控機(jī)床等加工設(shè)備。 3. 3. 加工系統(tǒng)中的刀具與夾具加工系統(tǒng)中的刀具與夾具 FMS的加

27、工系統(tǒng)要完成它的加工任務(wù)，必須配備相應(yīng)的刀具、夾具和輔具。目 前國內(nèi)在設(shè)計(jì)FMS和選擇FMS加工設(shè)備時(shí)，或者在介紹國外的制造水平時(shí)往往都強(qiáng)調(diào) 系統(tǒng)功能和設(shè)備功能。而從國外眾多使用FMS的企業(yè)來看，他們更重視實(shí)用性，即 機(jī)床和刀、夾、輔具的合理配合與有效利用，企業(yè)現(xiàn)有制造技術(shù)和工藝訣竅在FMS 中的應(yīng)用。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 4.4.加工系統(tǒng)的監(jiān)控加工系統(tǒng)的監(jiān)控 FMS加工系統(tǒng)的工作過程都是在無人操作和無人監(jiān)視的環(huán)境下高速進(jìn)行，為保 證系統(tǒng)的正常運(yùn)行,防止事故、保證產(chǎn)品質(zhì)量，必須對系統(tǒng)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。通 常加工系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容見表7-3。 表7-3 加工系統(tǒng)的

28、監(jiān)控內(nèi)容 監(jiān) 控 工 能 設(shè)備運(yùn)行狀態(tài) 通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內(nèi)各設(shè)備間的協(xié)調(diào)、與系統(tǒng)外的協(xié)調(diào)、 NC控制、PLC控制、誤動(dòng)作、加工時(shí)間、生產(chǎn)業(yè)績、故障診斷、故障預(yù)警、 故障檔案、過程決策與處理等 切削加工狀態(tài) 機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)、主軸負(fù)載、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)、切削力、振動(dòng)、噪聲、切削熱等 夾具安裝、精度、夾緊力等 刀具識別、交換、損傷、磨損、壽命、補(bǔ)償?shù)?工件識別、交換裝夾等 其他切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災(zāi)等 產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)形狀精度、尺寸精度、表面粗造度、合格率等 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 5.5.加工工作站控制器加工工作站控制器 加工工作站控制

29、器是柔性制造系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)集成和信息集成的關(guān)鍵，它 執(zhí)行前端控制職能，既要能接收單元控制器的命令并上報(bào)命令執(zhí)行情況，也要能 獨(dú)立運(yùn)行，對設(shè)備實(shí)施控制和監(jiān)視。其功能需求如下： 1）加工操作排序 2） 加工設(shè)備監(jiān)控 3） 加工工作信息管理 6.6.集線器集線器 集線器（HUB）屬于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)備，它和雙絞線等傳輸介質(zhì)一 樣，是集線器一種不需任何軟件支持或只需很少管理軟件管理的硬件設(shè)備。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 7.2.3 7.2.3 項(xiàng)目制作（做）項(xiàng)目制作（做） 項(xiàng)項(xiàng) 目目 要要 求求 現(xiàn)有加工設(shè)備是兩臺立臥轉(zhuǎn)換加工中心和三臺立式綜合加工中心，均采用日本F

30、ANUCOM控制系統(tǒng)。要 求如下： 1.設(shè)計(jì)出加工工作站控制器的硬件結(jié)構(gòu)圖。 2.設(shè)計(jì)出加工工作站控制器的軟件模塊圖。 項(xiàng)項(xiàng) 目目 實(shí)實(shí) 施施 因加工中心進(jìn)線是實(shí)現(xiàn)柔性制造的必要條件之一，而五臺數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)均未配備DNC接口， 不具備直接進(jìn)線功能，于是另外設(shè)計(jì)了五套獨(dú)立的DNC接口裝置，實(shí)現(xiàn)工作站與設(shè)備間的信息傳送和工作 站對設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。 1 1加工工作站控制器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)加工工作站控制器的硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 加工工作站控制器是基于網(wǎng)絡(luò)通訊的DNC數(shù)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對5臺加工中心的DNC控制及通訊。它通過 EtbernetTCPIP與單元控制器連接，通過DNCFSO與設(shè)備控制

31、器連接。 2）硬件結(jié)構(gòu) 該加工工作站控制器用于監(jiān)控5臺加工中心，實(shí)現(xiàn)DNC控制。其控制結(jié)構(gòu)如圖7-15。 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 HUB 加工工作站控制器 立臥轉(zhuǎn)換 加工中心 RS- 232C IO DNC FSO 立臥轉(zhuǎn)換 加工中心 RS- 232C IO DNC FSO 立 式 綜 合 加工中心 RS- 232C IO DNC FSO 立 式 綜 合 加工中心 RS- 232C IO DNC FSO 立 式 綜 合 加工中心 RS- 232C IO DNC FSO Ethernet 圖7-15 加工工作站控制結(jié)構(gòu)圖 機(jī)電一體化技術(shù)模塊七柔 性制造系統(tǒng)剖析 模模 塊塊 7 2.2.加工工作站控制器的軟件模塊設(shè)計(jì)加工工作站控