柔性制造系統(tǒng)技術(shù)

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1、第二章 柔性制造系統(tǒng)技術(shù),一、學(xué)習(xí)要求 1、了解：柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和特點(diǎn)； 2、掌握：柔性制造系統(tǒng)的定義、組成及類型。,二、學(xué)習(xí)要點(diǎn) 1、柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生、特點(diǎn)； 2、FMS的定義、組成及類型； 3、物料運(yùn)送裝置；4、加工中心的分類及其換刀方式、刀庫(kù)類型。,2.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)的廣義內(nèi)涵 2.1.2 柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀 2.1.3 柔性自動(dòng)化制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì) 2.1.4 制造自動(dòng)化技術(shù)涉及的相關(guān)內(nèi)容,第一節(jié) 制造自動(dòng)化技術(shù)概述,2.1.1 制造自動(dòng)化技術(shù)的廣義內(nèi)涵,一、自動(dòng)化概念的不斷發(fā)展變化 自動(dòng)化技術(shù)是人類在長(zhǎng)期的生產(chǎn)活動(dòng)中不斷追求的主要目標(biāo)之一。,1、19

2、36年美國(guó)通用汽車公司工作人員認(rèn)為：在一個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中，機(jī)器之間的零件轉(zhuǎn)移不用人去搬運(yùn)就是“自動(dòng)化”。即：以機(jī)械代替人力操作，自動(dòng)完成特定的作業(yè)。 2、隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和應(yīng)用，自動(dòng)化的概念擴(kuò)展為：用機(jī)器包括計(jì)算機(jī)代替或輔助人的體力勞動(dòng)和腦力勞動(dòng)，按照需求和目標(biāo)，靈活、自動(dòng)地完成特定的作業(yè)。 3、今天，柔性自動(dòng)化制造技術(shù)是指：在廣義制造過(guò)程中的所有環(huán)節(jié)采用自動(dòng)化技術(shù)，即對(duì)制造全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化規(guī)劃、組織、運(yùn)作、協(xié)調(diào)、控制與管理，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效、低耗、敏捷和綠色生產(chǎn)的目標(biāo)，并取得社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。,二、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)在形式上的三層含義,1、代替人的體力勞動(dòng)； 2、代替或輔助人的腦力勞動(dòng)； 3、實(shí)現(xiàn)制造

3、系統(tǒng)中人、機(jī)及整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、管理、控制和優(yōu)化。,三、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)在功能上的含義 可用TQCSEF模型來(lái)描述柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的目標(biāo)。,T（Time）時(shí)間，加速新產(chǎn)品研制，縮短交貨期 Q（Quality）質(zhì)量 C（Cost） 成本 S（Service）服務(wù) E（Environment）環(huán)保 F（Flexible）柔性,四、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的內(nèi)涵,自動(dòng)化：自動(dòng)去完成特定的作業(yè)。 制造自動(dòng)化（狹義）：生產(chǎn)車間內(nèi)，產(chǎn)品機(jī)械加工、裝配和檢驗(yàn)過(guò)程的自動(dòng)化； 制造自動(dòng)化（廣義）：包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)、企業(yè)管理、加工裝配和質(zhì)量控制等產(chǎn)品制造全過(guò)程綜合集成自動(dòng)化。 制造自動(dòng)化意義：顯著提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提

4、高產(chǎn)品質(zhì)量、降低制造成本、提高經(jīng)濟(jì)效益，改善勞動(dòng)條件、提高勞動(dòng)者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動(dòng)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展、提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。,剛性自動(dòng)化 設(shè)備--自動(dòng)/半自動(dòng)機(jī)床、組合機(jī)床、組合機(jī)床自動(dòng)線； 對(duì)象--單一品種大批量生產(chǎn)自動(dòng)化； 特點(diǎn)--生產(chǎn)效率高、加工品種單一。 柔性自動(dòng)化 設(shè)備--NC、CNC、FMC、FMS等。 對(duì)象--多品種小批量甚至單件生產(chǎn)自動(dòng)化； 綜合自動(dòng)化 經(jīng)營(yíng)管理、開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、加工裝配、質(zhì)量保證自動(dòng)化，CIMS、CE、LP、AM等。,2.1.2 柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀,一、發(fā)展歷程的第一種劃分方法（三個(gè)階段）,機(jī)械加工自動(dòng)化,,,,制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式,,,

5、,汽車后橋齒輪箱加工自動(dòng)線,制造自動(dòng)化技術(shù)的主要形式,,,,二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個(gè)階段）,1、第一階段（1913年）：剛性自動(dòng)化，包括剛性生產(chǎn)線和自動(dòng)單機(jī)。 該階段技術(shù)在20世紀(jì)40年代已經(jīng)相當(dāng)成熟。 特點(diǎn)：大批量生產(chǎn)；僅適用于單一品種 新技術(shù)：繼電器程序控制組合機(jī)床 2、第二階段（1930）：數(shù)控加工，包括數(shù)控和計(jì)算機(jī)數(shù)控。 其中數(shù)控在20世紀(jì)50-70年代發(fā)展迅速并已成熟，70-80年代計(jì)算機(jī)數(shù)控加工取代了數(shù)控加工。 特點(diǎn)：柔性好；適用于多品種中小批量生產(chǎn) 新技術(shù)：數(shù)控技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程技術(shù)等,二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個(gè)階段）,3、第三階段（1965年）

6、：柔性制造，包括計(jì)算機(jī)直接控制（DNC）、FMS和FMC。 特點(diǎn)：柔性、高效率；適用于多品種中小批量生產(chǎn)； 新技術(shù)：GT，DNC，F(xiàn)MS，監(jiān)控技術(shù) 4、第四階段（1973）：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)CIMS CIMS在20世紀(jì)80年代以來(lái)發(fā)展迅速。 特點(diǎn)：強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)性和集成性； 新技術(shù)：現(xiàn)代制造技術(shù)、管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)工程技術(shù),二、發(fā)展歷程的第二種劃分方法（五個(gè)階段）,5、第五階段（1991年）：智能制造系統(tǒng)（IMS），包括計(jì)算機(jī)直接控制（DNC）、FMS和FMC。 1990年4月由日本倡導(dǎo)。 特點(diǎn)：集成日本的企業(yè)技術(shù)、歐共體的精密工程技術(shù)、美國(guó)的系

7、統(tǒng)技術(shù)等,以上介紹五個(gè)階段，是國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展歷程。我國(guó)與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，有所滯后，目前正在努力跟進(jìn)。,作 業(yè),1、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了哪五個(gè)階段？ （1）剛性自動(dòng)化 （2）數(shù)控加工 （3）柔性制造 （4）計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng) （5）智能制造系統(tǒng),三、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀,1、集成技術(shù)和系統(tǒng)技術(shù) 研究熱點(diǎn)。 CIMS：信息集成和功能集成； CE：過(guò)程集成； AM：企業(yè)間集成； 2、人機(jī)一體化系統(tǒng) 全盤自動(dòng)化和無(wú)人化工廠或車間曾經(jīng)是制造自動(dòng)化發(fā)展的目標(biāo)。在對(duì)無(wú)人制造中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行反思的基礎(chǔ)上，人們重新認(rèn)識(shí)了人在柔性自動(dòng)制造系統(tǒng)中有著機(jī)器不可替代的重要作用。

8、將人作為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的有機(jī)組成部分。,三、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀,3、單元系統(tǒng)及其技術(shù) 單元系統(tǒng)：以一臺(tái)或多臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備與物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)為主體，在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下，可進(jìn)行多品種、中小批量零件自動(dòng)化加工生產(chǎn)的機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的總稱。 是CIMS的重要組成部分。 4、制造過(guò)程中的計(jì)劃與調(diào)度 在多品種、中小批量生產(chǎn)中，加工時(shí)間僅占生產(chǎn)時(shí)間的約5，其余 95均為周轉(zhuǎn)等待時(shí)間；加工時(shí)間中真正進(jìn)行切削的時(shí)間不足30% 。,5、柔性制造自動(dòng)化制造技術(shù)的深度與廣度 FMC FMLFMS； 但物流自動(dòng)化設(shè)備投資在整個(gè)FMS的投資中占有相當(dāng)大的比例，因此FMS的應(yīng)用受到其投資大、見(jiàn)效慢和可靠性相對(duì)較

9、差等不足的限制。 DNC具有投資小、見(jiàn)效快和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)研究較為活躍。 6、適應(yīng)現(xiàn)代生產(chǎn)模式的制造環(huán)境 JIT； CE； LP； AM 7、加工系統(tǒng)的復(fù)合化和智能化 日本提出了智能完備制造系統(tǒng)（HMS）；,制造敏捷化 使企業(yè)面臨市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)作出快速響應(yīng)； 制造網(wǎng)絡(luò)化 實(shí)現(xiàn)制造過(guò)程的集成，實(shí)現(xiàn)異地制造、遠(yuǎn)程協(xié)調(diào)作業(yè)； 制造虛擬化 保證產(chǎn)品和制造過(guò)程一次成功，盡早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)與生產(chǎn)中可避免的缺陷和錯(cuò)誤； 制造智能化 擴(kuò)大、延伸、部分取代人類專家在制造過(guò)程中的腦力勞動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的制造過(guò)程。 制造全球化 市場(chǎng)國(guó)際化，產(chǎn)品制造跨國(guó)化，制造資源跨國(guó)家的協(xié)調(diào)、共享和優(yōu)化利用； 制造綠色

10、化 使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、使用到報(bào)廢處理全生命周期中，對(duì)環(huán)境影響最小，資源利用率最高。,2.1.3 制造自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),2.1.4 制造自動(dòng)化技術(shù)涉及的相關(guān)內(nèi)容,1、數(shù)控技術(shù)與系統(tǒng) 數(shù)控相關(guān)課程已學(xué)習(xí)，本門課程不再講述 2、柔性制造系統(tǒng) 本章主要內(nèi)容 3、工業(yè)機(jī)器人 本門課程第5章講述 4、自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù) 部分內(nèi)容在機(jī)械測(cè)試技術(shù)或傳感器相關(guān)課程中已講述，本章在介紹刀具監(jiān)控時(shí)將簡(jiǎn)要介紹。,第二節(jié) 柔性制造系統(tǒng)技術(shù)概述,一、柔性制造系統(tǒng)的產(chǎn)生和特點(diǎn) 1、產(chǎn)生背景： （1）市場(chǎng)變化導(dǎo)致中小批量、多品種生產(chǎn)方式成為需要。 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的加劇及顧客需求的多樣化，導(dǎo)致傳統(tǒng)的以規(guī)模效應(yīng)帶動(dòng)成本降低的剛性

11、生產(chǎn)線不再適應(yīng)市場(chǎng)的變化。 剛性生產(chǎn)線忽略了可能增加的庫(kù)存而帶來(lái)的成本的增加； 1973年石油危機(jī)，使大批量生產(chǎn)的缺點(diǎn)暴露。,（2）科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步推動(dòng)了自動(dòng)化程度和制造水平的提高。 NC、CNC、DNC CAD、CAM GT、CAPP ROBOT,2、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的產(chǎn)生 世界上公認(rèn)的第一條柔性制造系統(tǒng)是英國(guó)莫林（Molin）機(jī)床公司1967年建成的“Molin System-24”； 20世紀(jì)70年代末和80年代初，計(jì)算機(jī)輔助管理物料自動(dòng)搬運(yùn)，刀具管理和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展以及CAD/CAM技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了更加系統(tǒng)化、規(guī)模更加擴(kuò)大的柔性制造系統(tǒng)。 20世紀(jì)80年代末，F(xiàn)MS已經(jīng)

12、成為一項(xiàng)成熟的技術(shù)，并在世界范圍得到廣泛應(yīng)用。,3、我國(guó)FMS的研究狀況 我國(guó)采取引進(jìn)和開(kāi)發(fā)相結(jié)合的方針，引進(jìn)箱體類零件、旋轉(zhuǎn)體件及鈑金件加工FMS的全部或部分硬件技術(shù)。 1984是我國(guó)研制FMS的起步時(shí)間，比國(guó)外晚了17年。我國(guó)第一套FMS系統(tǒng)是由北京機(jī)床研究所于1985年10月開(kāi)發(fā)完成的（JCS-FMS-1），用于加工數(shù)控機(jī)床直流伺服電機(jī)中的主軸、端蓋、法蘭盤、殼體和刷架體等，它由5臺(tái)國(guó)產(chǎn)加工中心、日本富士電機(jī)公司的AGV（自動(dòng)導(dǎo)引車）及4臺(tái)日本產(chǎn)的機(jī)器人組成，其控制系統(tǒng)由FANUC提供，據(jù)分析它的投資回收期約為兩年半。 1983年1985年，在國(guó)家的支持下北京第一機(jī)床廠、湖南江麓機(jī)床廠、

13、鄭州紡織機(jī)械廠、廣西柳州開(kāi)關(guān)廠等一些單位分別率先從德國(guó)、日本進(jìn)口了國(guó)內(nèi)第一批FMS。,1985年后在國(guó)家機(jī)電部“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目的支持和國(guó)家863高技術(shù)發(fā)展計(jì)劃自動(dòng)化領(lǐng)域的工作的帶動(dòng)下，F(xiàn)MS得到極大的重視和發(fā)展，進(jìn)入了自行開(kāi)發(fā)和部分進(jìn)口的交叉階段。 1988年北京機(jī)床研究所為天津減速機(jī)廠提供的加工減速機(jī)機(jī)座的JCS-FMS-2系統(tǒng)是全部自行開(kāi)發(fā)和配套的，它標(biāo)志著我國(guó)已具有自主開(kāi)發(fā)FMS系統(tǒng)的實(shí)力。 近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些經(jīng)濟(jì)實(shí)力比較雄厚的工廠（北京第一機(jī)床廠，上海第二紡織機(jī)械廠，天津減速機(jī)總廠，山西經(jīng)緯紡織機(jī)械廠等），為實(shí)施CIMS，又進(jìn)口了一些國(guó)外的FMS系統(tǒng)。,4、FMS的兩個(gè)主要特點(diǎn)

14、：柔性和自動(dòng)化 所謂柔性，是指制造系統(tǒng)（企業(yè)）對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部及外部環(huán)境的一種適應(yīng)能力，也是指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。 可分為瞬時(shí)、短期和長(zhǎng)期柔性三種,5、FMS的其它特點(diǎn)： P16 （1）-（5） 了解，自學(xué)。,二、FMS的定義、組成和類型,,柔性制造實(shí)體,,柔性制造系統(tǒng)仿真,1、FMS的定義 根據(jù)“中華人民共和國(guó)國(guó)家軍用標(biāo)準(zhǔn)”有關(guān)“武器裝備柔性制造系統(tǒng)術(shù)語(yǔ)”的定義，柔性制造系統(tǒng)（FMS）是數(shù)控加工設(shè)備、物料運(yùn)儲(chǔ)裝置和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)等組成的自動(dòng)化制造系統(tǒng)，包括多個(gè)柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境的變化迅速調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。 美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)(SME)的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)

15、和應(yīng)用協(xié)會(huì)把柔性制造系統(tǒng)定義為“使用計(jì)算機(jī)、柔性加工單元和集成物料儲(chǔ)運(yùn)裝置完成零件族某一工序或一系列工序的一種集成制造系統(tǒng)”。,更直觀的定義是：“柔性制造系統(tǒng)是至少由兩臺(tái)數(shù)控機(jī)床，一套物料運(yùn)輸系統(tǒng)（從裝載到卸載具有高度自動(dòng)化）和一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)所組成的制造自動(dòng)化系統(tǒng)。它采用簡(jiǎn)單改變軟件的方法便能制造出某些部件中的任何零件”。 綜上所述，各種定義的描述方法雖然有所不同，但都反映了FMS應(yīng)具備以下特點(diǎn)： 硬件組成 兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其他加工設(shè)備，包括測(cè)量機(jī)、清洗機(jī)、動(dòng)平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等； 一套能自動(dòng)裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具儲(chǔ)運(yùn)和工件及原材料儲(chǔ)運(yùn)。具體結(jié)構(gòu)可采用傳輸帶、有軌小

16、車、無(wú)軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤站等； 一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。,軟件組成 FMS的運(yùn)行控制系統(tǒng)； FMS的質(zhì)量保證系統(tǒng)； FMS的數(shù)據(jù)管理和通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 FMS必須具備的功能 能自動(dòng)管理零件的生產(chǎn)過(guò)程，自動(dòng)控制制造質(zhì)量，自動(dòng)進(jìn)行故障診斷及處理，自動(dòng)進(jìn)行信息收集及傳輸； 簡(jiǎn)單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù)，便能制造出某一零件族的多種零件； 物料的運(yùn)輸和儲(chǔ)存必須為自動(dòng)(包括刀具等工裝和工件的自動(dòng)運(yùn)輸)； 能解決多機(jī)床條件下零件的混流加工，且無(wú)需額外增加費(fèi)用； 具有優(yōu)化調(diào)度管理功能，能實(shí)現(xiàn)無(wú)人化或少人化加工。,2、FMS的組成（硬件） 典型的FMS主要有三個(gè)子系統(tǒng)組成： 加工系統(tǒng) 運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)

17、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng),作 業(yè),2、 FMS是如何定義的？其硬件組成主要包括哪幾部分？,FMS基本組成,典型的柔性制造系統(tǒng),典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖1-自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)；2-裝卸站；3-托盤站；4-檢驗(yàn)機(jī)器人；5-自動(dòng)小車；6-臥式加工中心； 7-立式加工中心；8-磨床；9-組裝交付站；10-計(jì)算機(jī)控制室,a)互替式 b)互補(bǔ)式 c)混合式,3、FMS的類型 FMS適用于中小批量的生產(chǎn)，既要兼顧對(duì)生產(chǎn)率和柔性的要求，也要考慮系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床的負(fù)荷率。因此，就產(chǎn)生了三種類型的FMS：,4、不同類型的柔性制造設(shè)備 柔性制造模塊（FMM） 相當(dāng)于功能齊全的加工中心； 柔性制造單元（FMC） 小型FMS，

18、由1-2臺(tái)機(jī)床組成，自動(dòng)更換刀具，自動(dòng)上下工件； 柔性制造系統(tǒng)（FMS） 控制與管理功能比FMC強(qiáng)，管理通信要求高； 柔性制造生產(chǎn)線（FML） 數(shù)控組合機(jī)床設(shè)備，專用性強(qiáng)、生產(chǎn)率高，相當(dāng)于數(shù)控自動(dòng)生產(chǎn)線，用于少品種、中大批量生產(chǎn)，為專用FMS。 柔性制造工廠（FMF） 全企業(yè)范圍生產(chǎn)管理、設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)、加工制造和物料運(yùn)儲(chǔ)全盤自動(dòng)化。,40,實(shí)際柔性制造生產(chǎn)線,,柔性制造單元（Flexible Manufacturing Cell，簡(jiǎn)稱FMC）是一種最簡(jiǎn)單的柔性加工系統(tǒng)，通常由單臺(tái)加工中心及托盤輸送裝置（或工業(yè)機(jī)器人）組成。,由一臺(tái)臥式鏜銑類加工中心和自動(dòng)化的托盤庫(kù)組成的柔性制造單元,,相對(duì)于柔性制

19、造系統(tǒng)，柔性制造單元投資小，實(shí)現(xiàn)周期短，見(jiàn)效快，更適合于廣大的中小企業(yè)。因此，表現(xiàn)出比柔性制造系統(tǒng)更廣泛的市場(chǎng)需求和發(fā)展前景。,第二節(jié) FMS的加工系統(tǒng),一、加工系統(tǒng)的功能與要求 加工系統(tǒng)是FMS的最基本的組成部分，也是FMS中耗資最多的部分，擔(dān)任把原材料轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的任務(wù)。加工系統(tǒng)的要求如下：,,工序集中，減輕物流負(fù)擔(dān)，減少裝夾次數(shù)； 控制功能強(qiáng)、擴(kuò)展性好； 高剛度、高精度、高速度； 自保護(hù)與自維護(hù)性好； 使用經(jīng)濟(jì)性好； 對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好。,二、加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備簡(jiǎn)介 1、目前FMS的加工對(duì)象主要有兩大類： 棱柱體類 回轉(zhuǎn)體類,2、加工中心 加工中心（Machining

20、Center，MC）是一種備有刀庫(kù)并能按預(yù)定程序自動(dòng)更換刀具，對(duì)工件進(jìn)行多工序加工的高效數(shù)控機(jī)床。 棱柱體類：常用鏜銑加工中心 回轉(zhuǎn)體類：常用車削加工中心,臥式加工中心 1-主軸頭 2-刀庫(kù) 3-刀庫(kù) 4-立柱底座 5-回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、6-工作臺(tái)底座,臥式加工中心,車削加工中心 1-刀庫(kù) 2-回轉(zhuǎn)刀架 3-換刀機(jī)械手 4-上下工件機(jī)器人 5-工件存儲(chǔ)站,3、加工系統(tǒng)的輔助裝置 機(jī)床夾具 組合夾具：利用標(biāo)準(zhǔn)化夾具零部件快速拼裝所需夾具； 柔性?shī)A具：一部夾具能為多個(gè)加工對(duì)象服務(wù)。 托盤（Pallet）承載工件和夾具完成加工任務(wù)，是各加工單元間的硬件接口。 自動(dòng)上下料裝置 托盤交換器：聯(lián)接加工系統(tǒng)和物

21、料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)橋梁； 工業(yè)機(jī)器人：具有較大的柔性度。,組合夾具,柔性?shī)A具,ISO標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的托盤基本形狀 1-托盤導(dǎo)向面 2-側(cè)面定位面 3-安裝螺孔 4-工件安裝面 5-中心孔 6-托盤擱置面 7底面 8-工件固定孔 9-托盤夾緊面 10-托盤定位面,回轉(zhuǎn)式托盤交換器,往復(fù)式托盤交換器,工件裝卸站 設(shè)在FMS入口，由人工完成裝卸； 托盤緩沖站 工件中間存儲(chǔ)站，起緩沖物料作用； 物料存儲(chǔ)裝置 自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)、自動(dòng)料架、緩沖料架； 物料運(yùn)送裝置 負(fù)責(zé)在機(jī)床、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)和托盤緩沖站之間物料搬運(yùn)作業(yè)。 傳送帶：用于小零件短程傳送，占據(jù)空間大、易磨損； 自動(dòng)運(yùn)輸小車：分有軌小車、無(wú)軌小車； 搬運(yùn)機(jī)器人：具有較高

22、柔性和控制水平。,一、FMS的物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)組成,第三節(jié) FMS的物料運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng),二、FMS物料輸送基本回路 直線輸送回路 沿直線路線單向或雙向移動(dòng)，順序地在 各個(gè)連接點(diǎn)?？?； 環(huán)形輸送回路 運(yùn)載工具沿環(huán)形路線單向或雙向移動(dòng)； 網(wǎng)狀輸送回路 由多個(gè)回路相互交叉組成，可由一條環(huán) 路移動(dòng)到另一回路。,三、自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù) 貨架 為一個(gè)個(gè)存儲(chǔ)單元，設(shè)有地址編碼，貨架之間有巷道，每個(gè)巷道配有專用堆垛機(jī)。 堆垛機(jī) 由托架、貨叉、支柱、上下導(dǎo)軌、移動(dòng)電動(dòng)機(jī)以及傳感器構(gòu)成的三維搬運(yùn)設(shè)備。 控制與管理系統(tǒng) 負(fù)責(zé)物料信息的登錄、識(shí)別，物料自動(dòng)存取，倉(cāng)庫(kù)管理。,自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù)示意圖,堆垛機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 1-上導(dǎo)軌 2-支

23、柱 3-物料 4-托架 5-移動(dòng)電動(dòng)機(jī) 6-傳感器,四、自動(dòng)導(dǎo)向小車 線導(dǎo)小車 電磁感應(yīng)導(dǎo)向，柔性大、擴(kuò)展性好、不怕污染、工作可靠。 光導(dǎo)小車 采用帶有熒光材料油漆或色帶，通過(guò)光電制導(dǎo)，改變線路非常容易，對(duì)環(huán)境要求嚴(yán)格。 遙控制導(dǎo)小車 小車頂部裝有激光裝置，通過(guò)固定位置反射激光束信息，確定小車位置。,運(yùn)輸小車,結(jié)構(gòu)： 車體 安裝平臺(tái) 托盤交換裝置 蓄電池 控制系統(tǒng),運(yùn)輸小車,AGV電磁感應(yīng)制導(dǎo)原理,激光燈臺(tái)制導(dǎo)原理,刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)的組成 刀具預(yù)調(diào)站 設(shè)在FMS之外，按要求對(duì)刀具進(jìn)行裝配和調(diào)整； 刀具裝卸站 是刀具進(jìn)出FMS入口，多為排架式框架結(jié)構(gòu)； 刀具庫(kù)系統(tǒng) 存放當(dāng)前加工所需的機(jī)床刀庫(kù)，容量小

24、；存放各加工單元共享的中央刀庫(kù)，容量大； 刀具運(yùn)載交換裝置 負(fù)責(zé)刀具運(yùn)輸和交換，適時(shí)向加工單元提供所需刀具； 計(jì)算機(jī)控制管理系統(tǒng)--控制刀具運(yùn)輸、存儲(chǔ)和管理，監(jiān)控管理刀具的使用，及時(shí)取走已報(bào)廢或壽命已耗盡的刀具。,第四節(jié) FMS的刀具管理系統(tǒng),刀具運(yùn)儲(chǔ)系統(tǒng)作業(yè)過(guò)程,刀具刃磨 人工組裝,刀具 預(yù)調(diào),刀具 裝卸站,中央 刀具庫(kù),需重磨或報(bào)廢刀具,加工單元刀庫(kù),加工單元刀庫(kù),加工單元刀庫(kù),,,,,,,,,,,,,刀具運(yùn)載交換裝置 FMS中刀具交換內(nèi)容： 機(jī)床刀庫(kù)與機(jī)床主軸刀具交換-由機(jī)床換刀裝置完成； 刀具裝卸站、中央刀庫(kù)、各機(jī)床刀庫(kù)間刀具交換； AGV運(yùn)載刀架與機(jī)床刀庫(kù)間刀具交換。 刀具交換運(yùn)載工

25、具： 換刀機(jī)器人-有地軌和高架導(dǎo)軌形式； 刀具運(yùn)載小車-在小車上放置一個(gè)裝載刀架，并附設(shè)小 型機(jī)器人，負(fù)責(zé)刀具交換。,高架導(dǎo)軌式的換刀機(jī)器人 1-縱向?qū)к?2-橫梁 3-滑臺(tái) 4-換刀機(jī)器人,AGV小車換刀機(jī)器人 1-AGV 2-裝載刀架 3-機(jī)器人 4-機(jī)床刀庫(kù),刀具破損的監(jiān)控,FMS刀具信息的管理,刀具的信息管理 靜態(tài)刀具信息：固定不變的信息，如刀具類型、編碼、幾何 形狀、結(jié)構(gòu)參數(shù)等。 動(dòng)態(tài)刀具信息：隨時(shí)間不斷變化的刀具參數(shù)，如刀具壽命、 實(shí)際參與切削時(shí)間、工作直徑和長(zhǎng)度等。 四層結(jié)構(gòu)的刀具信息管理系統(tǒng)： 第1層-實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)文件，每把在線刀具都擁有獨(dú)立文件， 記載刀具實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)；

26、第2層-靜態(tài)刀具類型文件，每一類刀具擁有一個(gè)文件； 第3層-刀具組件文件； 第4層-刀具元件文件。,加工中心的刀庫(kù)類型 盤式刀庫(kù) 鏈?zhǔn)降稁?kù) 轉(zhuǎn)塔式刀庫(kù),FMS控制與管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 遞階控制結(jié)構(gòu)：將復(fù)雜系統(tǒng)分層分模塊設(shè)置，各層相對(duì)獨(dú)立，便于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和維護(hù)。 遞階控制特點(diǎn)：愈往底層，實(shí)時(shí)性愈強(qiáng)；愈到上層，處理信息量愈大，實(shí)時(shí)性要求愈小。 FMS三層遞階控制結(jié)構(gòu) 系統(tǒng)管理與控制層（單元控制層）-接受上級(jí)任務(wù)，制 定系統(tǒng)作業(yè)計(jì)劃，進(jìn)行任務(wù)分配，監(jiān)控系統(tǒng)執(zhí)行； 過(guò)程協(xié)調(diào)與監(jiān)控層（工作站層）-加工程序分配、協(xié)調(diào) 工件流動(dòng)、運(yùn)行狀態(tài)采集監(jiān)控、向上層反饋信息； 設(shè)備控制層-控制設(shè)備工作循環(huán)，執(zhí)行上層控制

27、指令， 反饋現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。,,第五節(jié) FMS的控制系統(tǒng),單元控制器,銑削工作站,車削工作站,,物流管理工作站,CNC No1,CNC No2,PLC,自動(dòng)化倉(cāng)庫(kù),AGV,ROBOT,刀具管理,...,,,,,,,,,,,,,,,FMS遞階控制結(jié)構(gòu),CNC No1,CNC No2,PLC,...,,,,,,單元層,工作站層,設(shè)備層,,,,FMS單元控制器功能 通信管理與運(yùn)行控制--實(shí)現(xiàn)上下層信息通訊，控制內(nèi)部模塊運(yùn)行； 系統(tǒng)信息管理--對(duì)單元信息進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和維護(hù)； 作業(yè)計(jì)劃制定--根據(jù)上級(jí)下達(dá)任務(wù)制定本單元作業(yè)計(jì)劃，并進(jìn)行計(jì)劃調(diào)整； 系統(tǒng)作業(yè)調(diào)度--具有系統(tǒng)仿真、靜/動(dòng)態(tài)調(diào)度、系統(tǒng)資源調(diào)度等功能

28、； 系統(tǒng)過(guò)程監(jiān)控--監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)變化，故障處理，其結(jié)果傳送至系統(tǒng)信息管理模塊和上級(jí)控制器。,FMS單元控制器的功能模型,FMS控制系統(tǒng)的信息流,一、自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)的目的 為了保證FMS的正常運(yùn)行及其制造質(zhì)量，需要對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)及其加工過(guò)程進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控。,二、自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù)的主要功能 1、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的檢測(cè)與監(jiān)控 包括物流、加工設(shè)備、信息流、系統(tǒng)安全等的基本流動(dòng)與位置狀態(tài)。 2、加工過(guò)程的檢測(cè)與監(jiān)控 包括工件加工質(zhì)量、刀具的磨損與破損等。,第六節(jié) 自動(dòng)檢測(cè)與監(jiān)控技術(shù),三、傳感技術(shù),1、該選用何種傳感器？ 2、傳感器的安裝方式？ 3、傳感器的安裝位置（檢測(cè)點(diǎn)的布置）?,四、自動(dòng)檢測(cè)技術(shù),1、自動(dòng)檢測(cè)的作用 反饋質(zhì)量信息 確定質(zhì)量等級(jí) 2、按采用的傳感器分類 接觸式 非接觸式 3、按時(shí)間順序分類 離線檢測(cè) 實(shí)時(shí)檢測(cè) 加工過(guò)程后檢測(cè),本章作業(yè),1、柔性自動(dòng)化制造技術(shù)的發(fā)展先后經(jīng)歷了哪五個(gè)階段？ 2、FMS是如何定義的？其硬件組成主要包括哪幾部分？,