柔性機(jī)械設(shè)計(jì)

柔性制造系統(tǒng)簡稱FMS，是一組數(shù)控機(jī)床和其他自動化的工藝設(shè)備，由計(jì)算機(jī)信息控制系統(tǒng)和物料自動儲運(yùn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合的整體。柔性制造系統(tǒng)由加工、物流、信息流三個(gè)子系統(tǒng)組成。柔性制造系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲運(yùn)系統(tǒng)和一組數(shù)字控制加工設(shè)備組成，能適應(yīng)加工對象變換的自動化機(jī)械制造系統(tǒng)(FlexibleManufacturingSystem)，英文縮寫為FMS。FMS的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)，它按照成組的加工對象確定工藝過程，選擇相適應(yīng)的數(shù)控加工設(shè)備和工件、工具等物料的儲運(yùn)系統(tǒng)，并由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，故能自動調(diào)整并實(shí)現(xiàn)一定范圍內(nèi)多種工件的成批高效生產(chǎn)(即具有“柔性”)，并能及時(shí)地改變產(chǎn)品以滿足市場需求。FMS兼有加工制造和部分生產(chǎn)管理兩種功能，因此能綜合地提高生產(chǎn)效益。 FMS的工藝范圍正在不斷擴(kuò)大，可以包括毛坯制造、機(jī)械加工、裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)等。 80年代中期投入使用的FMS，大都用于切削加工，也有用于沖壓和焊接的。采用FMS的主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果是：能按裝配作業(yè)配套需要，及時(shí)安排所需零件的加工，實(shí)現(xiàn)及時(shí)生產(chǎn)，從而減少毛坯和在制品的庫存量，及相應(yīng)的流動資金占用量，縮短生產(chǎn)周期；提高設(shè)備的利用率，減少設(shè)備數(shù)量和廠房面積；減少直接勞動力，在少人看管條件下可實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)的連續(xù)“無人化生產(chǎn)”；提高產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。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”。其主要設(shè)備是六臺模塊化結(jié)構(gòu)的多工序數(shù)控機(jī)床，目標(biāo)是在無人看管條件下，實(shí)現(xiàn)晝夜24小時(shí)連續(xù)加工，但最終由于經(jīng)濟(jì)和技術(shù)上的困難而未全部建成。同年，美國的懷特?森斯特蘭公司建成OmnilineI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。這種柔性自動化設(shè)備適于少品種、大批量生產(chǎn)中使用，在形式上與傳統(tǒng)的自動生產(chǎn)線相似，所以也叫柔性自動線。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。柔性制造單元(FMC)一般由1?2臺數(shù)控機(jī)床與物料傳送裝置組成，有獨(dú)立的工件儲存站和單元控制系統(tǒng)，能在機(jī)床上自動裝卸工件，甚至自動檢測工件，可實(shí)現(xiàn)有限工序的連續(xù)生產(chǎn)，適于多品種小批量生產(chǎn)應(yīng)用。70年代末期，F(xiàn)MS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3?5臺設(shè)備組成的FMS為最多，但也有規(guī)模更龐大的系統(tǒng)投入使用。1982年，日本發(fā)那科公司建成自動化電機(jī)加工車間，由60個(gè)柔性制造單元（包括50個(gè)工業(yè)機(jī)器人）和一個(gè)立體倉庫組成，另有兩臺自動引導(dǎo)臺車傳送毛坯和工件，此外還有一個(gè)無人化電機(jī)裝配車間，它們都能連續(xù)24小時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種自動化和無人化車間，是向?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的自動化工廠邁出的重要一步。與此同時(shí)，還出現(xiàn)了若干僅具有FMS基本特征，但自動化程度不很完善的經(jīng)濟(jì)型FMS,使FMS的設(shè)計(jì)思想和技術(shù)成就得到普及應(yīng)用。典型的柔性制造系統(tǒng)由數(shù)字控制加工設(shè)備、物料儲運(yùn)系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng)組成。加工設(shè)備主要采用加工中心和數(shù)控車床，前者用于加工箱體類和板類零件，后者則用于加工軸類和盤類零件。中、大批量少品種生產(chǎn)中所用的 FMS，常采用可更換主軸箱的加工中心，以獲得更高的生產(chǎn)效率。儲存和搬運(yùn)系統(tǒng)搬運(yùn)的的物料有毛坯、工件、刀具、夾具、檢具和切屑等；儲存物料的方法有平面布置的托盤庫，也有儲存量較大的桁道式立體倉庫。毛坯一般先由工人裝入托盤上的夾具中，并儲存在自動倉庫中的特定區(qū)域內(nèi)，然后由自動搬運(yùn)系統(tǒng)根據(jù)物料管理計(jì)算機(jī)的指令送到指定的工位。固定軌道式臺車和傳送滾道適用于按工藝順序排列設(shè)備的FMS，自動引導(dǎo)臺車搬送物料的順序則與設(shè)備排列位置無關(guān)，具有較大靈活性。工業(yè)機(jī)器人可在有限的范圍內(nèi)為1?4臺機(jī)床輸送和裝卸工件，對于較大的工件常利用托盤自動交換裝置（簡稱APC）來傳送，也可采用在軌道上行走的機(jī)器人，同時(shí)完成工件的傳送和裝卸。磨損了的刀具可以逐個(gè)從刀庫中取出更換，也可由備用的子刀庫取代裝滿待換刀具的刀庫。車床卡盤的卡爪、特種夾具和專用加工中心的主軸箱也可以自動更換。切屑運(yùn)送和處理系統(tǒng)是保證FMS連續(xù)正常工作的必要條件，一般根據(jù)切屑的形狀、排除量和處理要求來選擇經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)方案。FMS信息控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成形式很多，但一般多采用群控方式的遞階系統(tǒng)。第一級為各個(gè)工藝設(shè)備的計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC），實(shí)現(xiàn)各的口工過程的控制；第二級為群控計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)把來自第三級計(jì)算機(jī)的生產(chǎn)計(jì)劃和數(shù)控指令等信息，分配給第一級中有關(guān)設(shè)備的數(shù)控裝置，同時(shí)把它們的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況信息上報(bào)給上級計(jì)算機(jī)；第三級是FMS的主計(jì)算機(jī)（控制計(jì)算機(jī)），其功能是制訂生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃，實(shí)施FMS運(yùn)行狀態(tài)的管理，及各種數(shù)據(jù)的管理；第四級是全廠的管理計(jì)算機(jī)。性能完善的軟件是實(shí)現(xiàn)FMS功能的基礎(chǔ)，除支持計(jì)算機(jī)工作的系統(tǒng)軟件外，數(shù)量更多的是根據(jù)使用要求和用戶經(jīng)驗(yàn)所發(fā)展的專門應(yīng)用軟件，大體上包括控制軟件（控制機(jī)床、物料儲運(yùn)系統(tǒng)、檢驗(yàn)裝置和監(jiān)視系統(tǒng)）、計(jì)劃管理軟件（調(diào)度管理、質(zhì)量管理、庫存管理、工裝管理等）和數(shù)據(jù)管理軟件（仿真、檢索和各種數(shù)據(jù)庫）等。為保證FMS的連續(xù)自動運(yùn)轉(zhuǎn)，須對刀具和切削過程進(jìn)行監(jiān)視，可能采用的方法有：測量機(jī)床主軸電機(jī)輸出的電流功率，或主軸的扭矩；利用傳感器拾取刀具破裂的信號；利用接觸測頭直接測量刀具的刀刃尺寸或工件加工面尺寸的變化；累積計(jì)算刀具的切削時(shí)間以進(jìn)行刀具壽命管理。此外，還可利用接觸測頭來測量機(jī)床熱變形和工件安裝誤差，并據(jù)此對其進(jìn)行補(bǔ)償。柔性制造系統(tǒng)按機(jī)床與搬運(yùn)系統(tǒng)的相互關(guān)系可分為直線型、循環(huán)型、網(wǎng)絡(luò)型和單元型。加工工件品種少、柔性要求小的制造系統(tǒng)多采用直線布局，雖然加工順序不能改變，但管理容易；單元型具有較大柔性，易于擴(kuò)展，但調(diào)度作業(yè)的程序設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。柔性制造系統(tǒng)未來將向發(fā)展各種工藝內(nèi)容的柔性制造單元和小型FMS；完善FMS的自動化功能；擴(kuò)大FMS完成的作業(yè)內(nèi)容，并與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造技術(shù)(CAD/CAM)相結(jié)合，向全盤自動化工廠方向發(fā)展。柔性制造系統(tǒng)的組成與功能系統(tǒng)的組成：(1)中央管理和控制計(jì)算機(jī)(2)物流控制裝置(3)自動化倉庫(4)無人輸送臺(5)制造單元(6)中央刀具庫(7)夾具站(8)信息傳輸網(wǎng)絡(luò)(9)隨行工作臺系統(tǒng)的功能：1)以成組技術(shù)為核心的對零件分析編組的功能。2)以微型計(jì)算機(jī)為核心的編排作業(yè)計(jì)劃的智能功能。3)以加工中心為核心,自動換刀、換工件的加工功能。4)以托盤和運(yùn)輸系統(tǒng)為核心的工件存放與運(yùn)輸功能。5)以各種自動檢測裝置為核心的自動測量、定位與保護(hù)功能柔性制造系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)在進(jìn)行柔性制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、規(guī)劃時(shí),主要涉及以下幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù),包括:柔性制造系統(tǒng)的監(jiān)控和管理系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)的物流系統(tǒng),柔性制造系統(tǒng)的刀