柔性制造技术.pptx

柔性制造技术和柔性制造系统柔性制造技术和柔性制造系统 柔柔 性性 制制 造造 技技 术术（FMTFMTFlexible Flexible Manufacturing Manufacturing TechnologyTechnology）是是集集数数控控技技术术、计计算算机机技技术术、机机器器人人技技术术、现现代代管管理理技技术术为为一一体体的的现现代代制制造造技技术术，主主要要用用于于多多品品种种小小批批量量或或变变批批量量生产。生产。柔性柔性指制造系统能够适应产品变化的能力指制造系统能够适应产品变化的能力 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）是由数控加工设备、物料运储装置和计）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制造系统。它包括多个柔性制造单算机控制系统等组成的自动化制造系统。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。品种、中小批量生产。(“中华人民共和国国家军用标准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。柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。柔性制造系统组成柔性制造系统组成柔性制造系统柔性制造系统加工系统加工系统物流系统物流系统控制与管理系统控制与管理系统加加工工设设备备辅辅助助设设备备检检测测设设备备工工件件流流刀刀具具流流过过程程控控制制过过程程调调度度过过程程监监视视 以任意顺序自动以任意顺序自动加工多种工件，自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增更换工件和刀具，增加功能后可实现工件加功能后可实现工件自动清洗与测量等自动清洗与测量等 满足可变节拍生满足可变节拍生产的物料自动识别、产的物料自动识别、存储、输送和交换的存储、输送和交换的要求。增加功能后可要求。增加功能后可实现刀具预调和管理实现刀具预调和管理等等 加工系统和物流加工系统和物流系统的自动控制和作系统的自动控制和作业协调，在线资料自业协调，在线资料自动采集和处理，运行动采集和处理，运行仿真及故障诊断等仿真及故障诊断等柔柔性性制制造造系系统统工工作作原原理理 1 很强的柔性制造能力很强的柔性制造能力2 2 设备利用率高设备利用率高3 3 劳动生产率高劳动生产率高4 4 自动化程度高，产品质量稳定自动化程度高，产品质量稳定5 5 经济效益高经济效益高 柔性制造系统特点柔性制造系统特点柔性制造系统的类型柔性制造系统的类型1 1 柔性制造单元柔性制造单元（FMCFMCFlexible Manufacturing CellFlexible Manufacturing Cell）FMCFMC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。或工业机器人组成。2 2 柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）它由两台或两台以上的数控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所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、置（如托盘交换装置、机器人）、自动输送装置、自动化仓库等，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、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。计划调度安排及工况监测。3 3 柔性制造生产线柔性制造生产线（FMLFMLFlexible Manufacturing LineFlexible Manufacturing Line）将将FMSFMS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。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柔性制造系统的适用范围柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 少 零件品种数 多10000100010010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增大柔性制造的关键技术柔性制造的关键技术成组技术成组技术FMS 加工系统加工系统加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备FMS 物流系统物流系统物流系统的监控物流系统的监控成组技术成组技术（GT GT Group Technology)Group Technology)成组技术应用于机械加工方面，是将多种零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，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，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从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。经济效果。大量的零件统计表明，在各种机械产品中：大量的零件统计表明，在各种机械产品中：1)1)各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；2)2)同类零件存在形状结构上的相似性同类零件存在形状结构上的相似性 工艺方法也有相似性；工艺方法也有相似性；常用的零件分类成组方法常用的零件分类成组方法1 1 视检法视检法 视视检检法法是是由由有有生生产产经经验验的的人人员员通通过过对对零零件件图图纸纸仔仔细细阅阅读读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。2 2 生产流程分析法生产流程分析法（PFAPFAProduction Flow AnalysisProduction Flow Analysis）生生产产流流程程分分析析法法是是以以零零件件生生产产流流程程及及生生产产设设备备明明细细表表等等技技术术文文件件，通通过过对对零零件件生生产产流流程程的的分分析析，可可以以把把工工艺艺过过程程相相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。3 3 编码分类法编码分类法 先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、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、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。字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。柔性制造的关键技术柔性制造的关键技术成组技术成组技术FMS 加工系统加工系统加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备FMS 物流系统物流系统物流系统的监控物流系统的监控FMS FMS 加工系统的配置加工系统的配置 所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，完成时，FMSFMS可以只配置数量足够的相同型号机床，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。这些机床之间是可以相互代替的。1 1 互替式（并联）互替式（并联）2 2 互补式（串联）互补式（串联）3.3.混合式（并串联）混合式（并串联）所选定零件组的全部工序不能被一种机床所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时，独立完成时，FMSFMS需要配置几种不同型号的机床，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。充的，不能相互替代。FMS FMS 加工系统的配置加工系统的配置FMSFMS的加工对象的加工对象1)1)棱柱体类（包括箱体形、平板形）棱柱体类（包括箱体形、平板形）2)2)回转体类（长轴形、盘套形）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对加工系统而言，通常用于加工棱柱体类工件的FMSFMS由立、卧式加工中心，数控组合机床（数控专用机由立、卧式加工中心，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；托盘交换器等构成；加工回转体类工件的加工回转体类工件的FMSFMS由数控车床、车削中心、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。等构成。机床配置形式与特征比较机床配置形式与特征比较配置形式配置形式互替式互替式互补式互补式混合式混合式简简 图图生产柔性生产柔性低低中中高高生产率生产率低低高高中中技术利用率技术利用率低低中中高高系统可靠性系统可靠性高高低低中中投资强度比投资强度比高高低低中中说明：这些配置主要取决于机床功能、说明：这些配置主要取决于机床功能、FMSFMS的物料流的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。柔性制造的关键技术柔性制造的关键技术成组技术成组技术FMS 加工系统加工系统加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备FMS 物流系统物流系统物流系统的监控物流系统的监控 FMS FMS 对机床的要求对机床的要求1 1 工序集中工序集中2 2 控制功能强、柔性好控制功能强、柔性好3 3 具有通信接口具有通信接口4 4 高刚度、高精度、高速度高刚度、高精度、高速度5 5 其它要求其它要求a)a)使用经济性好使用经济性好b)b)操作性、可靠性、维修性好操作性、可靠性、维修性好c)c)自保护性、自维护性好自保护性、自维护性好d)d)对环境的适应性与保护性好对环境的适应性与保护性好e)e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床技术资料齐全，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。外形、颜色美观且与系统协调。加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备常见加工中心的分类常见加工中心的分类按工艺用途可分为按工艺用途可分为镗铣加镗铣加工中心、工中心、车削加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。工中心及磨削加工中心等。按主轴在加工时的空间位按主轴在加工时的空间位置可分为置可分为立式加工中心、立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复（也称万能、五面体、复合）加工中心。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。之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。加工中心加工中心 （镗铣加工中心）（镗铣加工中心）卧式加工中心卧式加工中心加工中心刀库加工中心刀库加工中心的刀库有加工中心的刀库有链式链式、盘式盘式和和转塔式转塔式等基本类型。等基本类型。双臂式机械手双臂式机械手 从刀库中挑选所从刀库中挑选所需刀具的方法有：需刀具的方法有：顺序选择法顺序选择法 刀座编码法刀座编码法 刀具编码法刀具编码法 刀具刀座跟踪记忆法刀具刀座跟踪记忆法 常常用用双双臂臂式式机机械械手手的的手手爪爪结结构构形形式式有有钩钩手手、抱抱手手、伸伸缩缩手手和叉手和叉手换料装置换料装置 加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPCAutomatic Pal1et ChangerAPC），），作用：不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口，也起作用：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。物流系统工件缓冲站的作用。分类：按其运动方式有分类：按其运动方式有回转式回转式和和往复式往复式两种。两种。柔性制造的关键技术柔性制造的关键技术成组技术成组技术FMS 加工系统加工系统加工系统中常用的加工设备加工系统中常用的加工设备FMS 物流系统物流系统物流系统的监控物流系统的监控加工系统的监控内容加工系统的监控内容 通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、间的协调、与系统外的协调、NCNC控制、控制、PLCPLC控制、控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等预警、故障档案、过程决策与处理等 机床机床 主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等噪声、切削热等 夹具夹具安装、精度、夹紧力等安装、精度、夹紧力等 刀具刀具识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等 工件工件识别、交换、装夹等识别、交换、装夹等 其它其它切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等火灾等 形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等 监监控控功功能能 设备运行状态设备运行状态 切削切削加工加工状态状态 产品质量状态产品质量状态FMS FMS 物流系统物流系统 物流是物流是FMSFMS中物料流动的总称。在中物料流动的总称。在FMSFMS中流动的中流动的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。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。装置和存储装置等组成。FMSFMS物流系统对输送装置的要求物流系统对输送装置的要求1)1)通用性通用性 2)2)变更性变更性 3)3)扩展性扩展性4)4)灵活性灵活性 5)5)可靠性可靠性6)6)安全性安全性输送装置（输送装置（1 1）输送带输送带1 1 输送带输送带输送带分为动力型和无动力型；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从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。式之分。辊式辊式 链式链式 带式带式输送装置（输送装置（2 2）有轨小车有轨小车2 2 自动小车自动小车1)1)有轨小车有轨小车-地面有轨小车和高架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。所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。输送装置（输送装置（3 3）无轨小车无轨小车2)2)无轨小车无轨小车自动导向小车自动导向小车（AGV AGV Automatic Guided Automatic Guided VehicleVehicle）无轨小车是一种无轨小车是一种利用微机控制的，利用微机控制的，能按照一定的程序能按照一定的程序自动沿规定的引导自动沿规定的引导路径行驶，并具有路径行驶，并具有停车选择装置、安停车选择装置、安全保护装置以及各全保护装置以及各种移载装置的输送种移载装置的输送小车。小车。物流系统的监控物流系统的监控 物流系统的监控物流系统的监控主要完成以下功能：主要完成以下功能：1 1)采集物流系统的状采集物流系统的状态数据。态数据。2)2)监视物流系统状态。监视物流系统状态。3)3)处理异常情况。处理异常情况。4)4)人机交互。人机交互。5)接受上级控制与管接受上级控制与管理系统下发的计划和理系统下发的计划和任务，并控制执行机任务，并控制执行机构去完成。构去完成。物流系统的监控与管理一般有物流系统的监控与管理一般有集集中式中式和和分布式分布式两种方案两种方案FMSFMS控制管理系统控制管理系统自动仓库自动仓库AGV小车小车交通管理交通管理车间计算机车间计算机中央管理计算机中央管理计算机最最高高层层中中间间层层设设备备层层 负责全面负责全面管理、协调和管理、协调和控制控制FMSFMS的各项的各项活动活动 协调各种设协调各种设备的操作备的操作执行各种操作执行各种操作管理系统体系结构：管理系统体系结构：多级计算机递阶控制多级计算机递阶控制A制造单元制造单元计算机计算机物流管理物流管理计算机计算机B制造单元制造单元计算机计算机机器人1 简述计算机辅助制造（简述计算机辅助制造（CAM）的概念。）的概念。2 简述柔性制造系统（简述柔性制造系统（FMS）的概念及适用范）的概念及适用范围。围。3 简述简述FMS的组成。的组成。4 简述简述FMS需要哪些关键技术？需要哪些关键技术？