柔性制造系统技术.ppt

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1、第二章 柔性制造系统技术一、学习要求一、学习要求1 1、了解：柔性制造系统的产生和特点；、了解：柔性制造系统的产生和特点；2 2、掌握：柔性制造系统的定义、组成及类型。、掌握：柔性制造系统的定义、组成及类型。二、学习要点二、学习要点1 1、柔性制造系统的产生、特点；、柔性制造系统的产生、特点；2 2、FMSFMS的定义、组成及类型的定义、组成及类型；3 3、物料运送装置；、物料运送装置；4 4、加工中心的分类及其换刀方式、刀库类型。、加工中心的分类及其换刀方式、刀库类型。2.1.1 2.1.1 制造自动化技术的广义内涵制造自动化技术的广义内涵 2.1.2 2.1.2 柔性自动化制造技术的发展历

2、程及现状柔性自动化制造技术的发展历程及现状 2.1.3 2.1.3 柔性自动化制造技术发展趋势柔性自动化制造技术发展趋势 2.1.4 2.1.4 制造自动化技术涉及的相关内容制造自动化技术涉及的相关内容第一节 制造自动化技术概述2.1.1 2.1.1 制造自动化技术的广义内涵制造自动化技术的广义内涵一、自动化概念的不断发展变化一、自动化概念的不断发展变化自自动动化化技技术术是是人人类类在在长长期期的的生生产产活活动动中中不不断断追追求的主要目标之一。求的主要目标之一。1、1936年年美美国国通通用用汽汽车车公公司司工工作作人人员员认认为为：在在一一个个生生产产过过程程中中，机机器器之之间间的的

3、零零件件转转移移不不用用人人去去搬搬运运就就是是“自自动动化化”。即：。即：以机械代替人力操作，自动完成特定的作业。以机械代替人力操作，自动完成特定的作业。2、随随着着计计算算机机的的出出现现和和应应用用，自自动动化化的的概概念念扩扩展展为为：用用机机器器包包括括计计算算机机代代替替或或辅辅助助人人的的体体力力劳劳动动和和脑脑力力劳劳动动，按按照照需求和目标，灵活、自动地完成特定的作业。需求和目标，灵活、自动地完成特定的作业。3、今今天天，柔柔性性自自动动化化制制造造技技术术是是指指：在在广广义义制制造造过过程程中中的的所所有有环环节节采采用用自自动动化化技技术术，即即对对制制造造全全过过程程

4、进进行行优优化化规规划划、组组织织、运运作作、协协调调、控控制制与与管管理理，以以实实现现优优质质、高高效效、低低耗耗、敏捷和绿色生产的目标，并取得社会经济效益。敏捷和绿色生产的目标，并取得社会经济效益。二、柔性自动化制造技术在形式上的三层含义二、柔性自动化制造技术在形式上的三层含义1、代替人的体力劳动；、代替人的体力劳动；2、代替或辅助人的脑力劳动；、代替或辅助人的脑力劳动；3、实实现现制制造造系系统统中中人人、机机及及整整个个系系统统的的协协调调、管管理、控制和优化。理、控制和优化。三、柔性自动化制造技术在功能上的含义三、柔性自动化制造技术在功能上的含义可可用用TQCSEF模模型型来来描描

5、述述柔柔性性自自动动化化制制造造技技术术的目标。的目标。T（Time）时时间间，加加速速新新产产品品研研制制，缩缩短短交交货货期期Q（Quality）质量质量C（Cost）成本成本S（Service）服务服务E（Environment）环保环保F（Flexible）柔性柔性四、柔性自动化制造技术的内涵四、柔性自动化制造技术的内涵自动化：自动化：自动去完成特定的作业。自动去完成特定的作业。制制造造自自动动化化（狭狭义义）：生生产产车车间间内内，产产品品机机械械加加工工、装配和检验过程的自动化；装配和检验过程的自动化；制制造造自自动动化化（广广义义）：包包含含产产品品设设计计、企企业业管管理理、加

6、加工工装装配配和和质质量量控控制制等等产产品品制制造造全全过过程程综综合合集集成成自自动动化。化。制制造造自自动动化化意意义义：显显著著提提高高劳劳动动生生产产率率、提提高高产产品品质质量量、降降低低制制造造成成本本、提提高高经经济济效效益益，改改善善劳劳动动条条件件、提提高高劳劳动动者者的的素素质质、有有利利于于产产品品更更新新、带带动动相相关关技技术术的发展、提高企业的市场竞争能力。的发展、提高企业的市场竞争能力。刚性自动化刚性自动化 设备设备-自动自动/半自动机床、组合机床、组合机床自动线；半自动机床、组合机床、组合机床自动线；对象对象-单一品种大批量生产自动化；单一品种大批量生产自动化

7、特点特点-生产效率高、加工品种单一。生产效率高、加工品种单一。柔性自动化柔性自动化 设备设备-NCNC、CNCCNC、FMCFMC、FMSFMS等。等。对象对象-多品种小批量甚至单件生产自动化；多品种小批量甚至单件生产自动化；综合自动化综合自动化 经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，CIMSCIMS、CECE、LPLP、AMAM等。等。2.1.2 2.1.2 柔性自动化制造技术的发展历程及现状柔性自动化制造技术的发展历程及现状一、发展历程的第一种划分方法（三个阶段）一、发展历程的第一种划分方法（三个阶段）机械加工自动化机械加工自动化三种

8、自动化形式比较比较项目刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目标减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，缩短产品制造周期除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，提高对市场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点通过机、电、液气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面典型系统与装备自动机床、组合机床，机械手，自动生产线NC机床，加工中心，工业机器人，DNC，FMC，FMSCAD/

9、CAM系统，MRP，CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生产各种生产类型关键技术继电器程序控制技术，经典控制论数控技术，计算机控制，GT，现代控制论系统工程，信息技术，计算机技术，管理技术制造自动化技术的主要形式制造自动化技术的主要形式 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代制造自动化技术的主要形式制造自动化技术的主要形式 柔性自动化50年代焊接机器人综合自动化70年代综合自动化二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）1、第第一一阶阶段段（1913年年）：刚刚性性自自动动化化，包包括括刚刚性性生生产产线和自动单机。线和自动单机。该阶段技术在该

10、阶段技术在20世纪世纪40年代已经相当成熟。年代已经相当成熟。特点：大批量生产；仅适用于单一品种特点：大批量生产；仅适用于单一品种新技术：继电器程序控制组合机床新技术：继电器程序控制组合机床2、第第二二阶阶段段（1930）：数数控控加加工工，包包括括数数控控和和计计算算机机数控。数控。其其中中数数控控在在20世世纪纪50-70年年代代发发展展迅迅速速并并已已成成熟熟，70-80年代计算机数控加工取代了数控加工。年代计算机数控加工取代了数控加工。特点：柔性好；适用于多品种中小批量生产特点：柔性好；适用于多品种中小批量生产新技术：数控技术、计算机编程技术等新技术：数控技术、计算机编程技术等二、发展

11、历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）3、第第三三阶阶段段（1965年年）：柔柔性性制制造造，包包括括计计算算机机直直接接控制（控制（DNC）、）、FMS和和FMC。特点：柔性、高效率；适用于多品种中小批量生产；特点：柔性、高效率；适用于多品种中小批量生产；新技术：新技术：GT，DNC，FMS，监控技术，监控技术4、第四阶段（、第四阶段（1973）：）：计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMSCIMS在在20世纪世纪80年代以来发展迅速。年代以来发展迅速。特点：强调系统性和集成性；特点：强调系统性和集成性；新新技技术术：现现代代制制造造技技术术、管管理理技

12、技术术、计计算算机机技技术术、自动化技术、信息技术、系统工程技术自动化技术、信息技术、系统工程技术二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）5、第第五五阶阶段段（1991年年）：智智能能制制造造系系统统（IMS），包包括计算机直接控制（括计算机直接控制（DNC）、）、FMS和和FMC。1990年年4月由日本倡导。月由日本倡导。特特点点：集集成成日日本本的的企企业业技技术术、欧欧共共体体的的精精密密工工程程技技术、美国的系统技术等术、美国的系统技术等以以上上介介绍绍五五个个阶阶段段，是是国国外外发发达达国国家家的的发发展展历历程程。我我国国与国外发达国家相比

13、有所滞后，目前正在努力跟进。与国外发达国家相比，有所滞后，目前正在努力跟进。作 业1、柔性自动化制造技术的发展先后经历了哪柔性自动化制造技术的发展先后经历了哪五个阶段？五个阶段？（1）刚性自动化）刚性自动化（2）数控加工）数控加工（3）柔性制造）柔性制造（4）计算机集成制造系统）计算机集成制造系统（5）智能制造系统）智能制造系统三、柔性自动化制造技术的研究现状三、柔性自动化制造技术的研究现状1、集成技术和系统技术、集成技术和系统技术研究热点。研究热点。CIMS：信息集成和功能集成；：信息集成和功能集成；CE：过程集成；：过程集成；AM：企业间集成；：企业间集成；2、人机一体化系统、人机一体化

14、系统全全盘盘自自动动化化和和无无人人化化工工厂厂或或车车间间曾曾经经是是制制造造自自动动化化发发展展的的目目标标。在在对对无无人人制制造造中中出出现现的的问问题题进进行行反反思思的的基基础础上上，人人们们重重新新认认识识了了人人在在柔柔性性自自动动制制造造系系统统中中有有着着机机器器不不可可替替代代的重要作用。的重要作用。将人作为系统结构中的有机组成部分。将人作为系统结构中的有机组成部分。三、柔性自动化制造技术的研究现状三、柔性自动化制造技术的研究现状3、单元系统及其技术、单元系统及其技术单单元元系系统统：以以一一台台或或多多台台数数控控加加工工设设备备与与物物料料储储运运系系统统为为主主体体

15、在在计计算算机机统统一一控控制制下下，可可进进行行多多品品种种、中中小小批批量量零件自动化加工生产的机械加工工艺系统的总称。零件自动化加工生产的机械加工工艺系统的总称。是是CIMS的重要组成部分。的重要组成部分。4、制造过程中的计划与调度、制造过程中的计划与调度在在多多品品种种、中中小小批批量量生生产产中中，加加工工时时间间仅仅占占生生产产时时间间的的约约5，其其余余95均均为为周周转转等等待待时时间间；加加工工时时间间中中真真正正进进行切削的时间不足行切削的时间不足30%。595调整、装夹、对刀、检测等切削3070加工时间运输与等待时间制造周期加工时间多品种、中小批量生产的时间分配5、柔性

16、制造自动化制造技术的深度与广度、柔性制造自动化制造技术的深度与广度FMCFMLFMS；但但物物流流自自动动化化设设备备投投资资在在整整个个FMS的的投投资资中中占占有有相相当当大大的的比比例例，因因此此FMS的的应应用用受受到到其其投投资资大大、见见效效慢慢和和可可靠靠性相对较差性相对较差等不足的限制。等不足的限制。DNC具具有有投投资资小小、见见效效快快和和可可靠靠性性高高等等优优点点，近近年年来来研究较为活跃。研究较为活跃。6、适应现代生产模式的制造环境、适应现代生产模式的制造环境JIT；CE；LP；AM7、加工系统的复合化和智能化、加工系统的复合化和智能化日本提出了智能完备制造系统（日本

17、提出了智能完备制造系统（HMS）；）；制造敏捷化制造敏捷化 使企业面临市场竞争作出快速响应；使企业面临市场竞争作出快速响应；制造网络化制造网络化 实现制造过程的集成，实现异地制造、实现制造过程的集成，实现异地制造、远程协调作业；远程协调作业；制造虚拟化制造虚拟化 保证产品和制造过程一次成功，尽早发保证产品和制造过程一次成功，尽早发现设计与生产中可避免的缺陷和错误；现设计与生产中可避免的缺陷和错误；制造智能化制造智能化 扩大、延伸、部分取代人类专家在制造扩大、延伸、部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。制造全球化制造全球化 市场国际

18、化，产品制造跨国化，制造资市场国际化，产品制造跨国化，制造资源跨国家的协调、共享和优化利用；源跨国家的协调、共享和优化利用；制造绿色化制造绿色化 使产品从设计、制造、使用到报废处理使产品从设计、制造、使用到报废处理全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。2.1.3 2.1.3 制造自动化技术发展趋势制造自动化技术发展趋势2.1.4 2.1.4 制造自动化技术涉及的相关内容制造自动化技术涉及的相关内容1 1、数控技术与系统、数控技术与系统数控相关课程已学习，本门课程不再讲述数控相关课程已学习，本门课程不再讲述2 2、柔性制造系统、柔性制造系统本

19、章主要内容本章主要内容3 3、工业机器人、工业机器人本门课程第本门课程第5 5章讲述章讲述4 4、自动检测与监控技术、自动检测与监控技术 部分内容在部分内容在机械测试技术机械测试技术或或传感器传感器相关课程中已讲述，本章在介绍相关课程中已讲述，本章在介绍刀具监控时将简要介绍。刀具监控时将简要介绍。第二节 柔性制造系统技术概述一、柔性制造系统的产生和特点一、柔性制造系统的产生和特点1 1、产生背景：、产生背景：（1 1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应市场竞争的加剧及顾客需求的多样

20、化，导致传统的以规模效应带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化。带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化。刚性生产线忽略了可能增加的刚性生产线忽略了可能增加的库存库存而带来的成本的增加；而带来的成本的增加；19731973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。（2 2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。NCNC、CNCCNC、DNCDNCCADCAD、CAMCAMGTGT、CAPPCAPPROBOTROBOT2 2、柔性自动化制造技术的产生、柔性自动化制造技术的产生世界上公认的第一条柔性制造

21、系统是英国莫林（世界上公认的第一条柔性制造系统是英国莫林（MolinMolin）机）机床公司床公司19671967年建成的年建成的“Molin System-24Molin System-24”；2020世纪世纪7070年代末和年代末和8080年代初，计算机辅助管理物料自动搬年代初，计算机辅助管理物料自动搬运，刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及运，刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及CAD/CAMCAD/CAM技术的成熟，出现了更加系统化、规模更加扩大的技术的成熟，出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统。柔性制造系统。2020世纪世纪8080年代末，年代末，FMSFMS已经

22、成为一项成熟的技术，并在世界已经成为一项成熟的技术，并在世界范围得到广泛应用。范围得到广泛应用。3 3、我国、我国FMSFMS的研究状况的研究状况 我国采取我国采取引进和开发相结合引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工转体件及钣金件加工FMSFMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。19841984是我国研制是我国研制FMSFMS的起步时间，比国外晚了的起步时间，比国外晚了1717年。年。我国第我国第一套一套FMSFMS系统是由北京机床研究所于系统是由北京机床研究所于19851985年年1010月开发完成的月开发完成的（JCS-FMS-1

23、JCS-FMS-1），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由5 5台国产加工中心、台国产加工中心、日本富士电机公司的日本富士电机公司的AGVAGV（自动导引车）及（自动导引车）及4 4台日本产的机器台日本产的机器人组成，其控制系统由人组成，其控制系统由FANUCFANUC提供，据分析它的投资回收期提供，据分析它的投资回收期约为两年半。约为两年半。19831983年年19851985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广

24、西柳州开关厂等一些单位江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批分别率先从德国、日本进口了国内第一批FMSFMS。19851985年后在国家机电部年后在国家机电部“七五七五”重点科技攻关项目的支持重点科技攻关项目的支持和国家和国家863863高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，FMSFMS得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。阶段。19881988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减

25、速机机座的机座的JCS-FMS-2JCS-FMS-2系统是全部自行开发和配套的，它标志着系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发我国已具有自主开发FMSFMS系统的实力。系统的实力。近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施纺织机械厂等），为实施CIMSCIMS，又进口了一些国外的，又进口了一些国外的FMSFMS系系统。统。4 4、FMSFMS的两个主要特点：的两个主要特点：柔性和自动化柔性和自动化

26、所谓柔性，是指制造系统（企业）对系统内部及外部所谓柔性，是指制造系统（企业）对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力化的能力。可分为瞬时、短期和长期柔性三种可分为瞬时、短期和长期柔性三种5 5、FMSFMS的其它特点：的其它特点：P16 P16（1 1）-（5 5）了解，自学。了解，自学。二、二、FMS的定义、组成和类型的定义、组成和类型FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站柔柔 性性 制制 造造 实实 体体柔柔 性性 制制 造造 系系 统统

27、 仿仿 真真1、FMS的定义的定义根据根据“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”有关有关“武器装备武器装备柔性制造系统术语柔性制造系统术语”的定义，的定义，柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）是数）是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成的控加工设备、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，包括多个柔性制造单元，能根据制造自动化制造系统，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调整，适用于多品种、中小任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。批量生产。美国制造工程师协会美国制造工程师协会(SME)(SME)的计算机辅

28、助系统和应用协的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为会把柔性制造系统定义为“使用计算机、柔性加工单元使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统的一种集成制造系统”。更直观的定义是：更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数控机柔性制造系统是至少由两台数控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的

29、任何零用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件件”。综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了映了FMSFMS应具备以下特点：应具备以下特点：硬件组成硬件组成1)1)两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包括包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；2)2)一套能自动装卸的运输系统，一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原材包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、料储运。具体结构可

30、采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；搬运机器人、上下料托盘站等；3)3)一套计算机控制系统及信息通信网络。一套计算机控制系统及信息通信网络。软件组成软件组成1)1)FMSFMS的运行控制系统；的运行控制系统；2)2)FMSFMS的质量保证系统；的质量保证系统；3)3)FMSFMS的数据管理和通信网络系统。的数据管理和通信网络系统。FMSFMS必须具备的功能必须具备的功能1)1)能自动管理零件的生产过程能自动管理零件的生产过程，自动控制制造质量，自动进，自动控制制造质量，自动进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；2)2)简单

31、地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的多简单地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的多种零件；种零件；3)3)物料的运输和储存必须为自动物料的运输和储存必须为自动(包括刀具等工装和工件的自包括刀具等工装和工件的自动运输动运输)；4)4)能解决多机床条件下零件的混流加工能解决多机床条件下零件的混流加工，且无需额外增加费，且无需额外增加费用；用；5)5)具有优化调度管理功能具有优化调度管理功能，能实现无人化或少人化加工。，能实现无人化或少人化加工。2、FMS的组成（硬件）的组成（硬件）典型的典型的FMS主要有三个子系统组成：主要有三个子系统组成：加工系统加工系统运储系统运储系统计算机控制

32、系统计算机控制系统作 业2、FMS是如何定义的？其硬件组成主要包是如何定义的？其硬件组成主要包括哪几部分？括哪几部分？FMS基本组成典型的柔性制造系统典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图1-1-自动仓库；自动仓库；2-2-装卸站；装卸站；3-3-托盘站；托盘站；4-4-检验机器人；检验机器人；5-5-自动小车；自动小车；6-6-卧式加工中心；卧式加工中心；7-7-立式加工中心；立式加工中心；8-8-磨床；磨床；9-9-组装交付站；组装交付站；10-10-计算机控制室计算机控制室 a)a)互替式互替式 b)b)互补式互补式 c)c)混合式混合式3、FMS的类型的类型FMSFMS适适用

33、用于于中中小小批批量量的的生生产产，既既要要兼兼顾顾对对生生产产率率和和柔柔性性的的要要求求，也也要要考考虑虑系系统统的的可可靠靠性性和和机机床床的的负负荷荷率率。因因此此，就就产生了三种类型的产生了三种类型的FMSFMS：4、不同类型的柔性制造设备 柔性制造模块柔性制造模块（FMMFMM）相当于功能齐全的加工中心；相当于功能齐全的加工中心；柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）小型小型FMSFMS，由，由1-21-2台机床组成，自台机床组成，自动更换刀具，自动上下工件；动更换刀具，自动上下工件；柔性制造系统柔性制造系统（FMSFMS）控制与管理功能比控制与管理功能比FMCFMC强，管理通

34、强，管理通信要求高；信要求高；柔性制造生产线柔性制造生产线（FMLFML）数控组合机床设备，专用性强、数控组合机床设备，专用性强、生产率高，相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批生产率高，相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批量生产，为量生产，为专用专用FMSFMS。柔性制造工厂柔性制造工厂（FMFFMF）全企业范围生产管理、设计开发、全企业范围生产管理、设计开发、加工制造和物料运储全盘自动化。加工制造和物料运储全盘自动化。40实际柔性制造生产线柔柔性性制制造造单单元元（Flexible Flexible Manufacturing Manufacturing CellCell，简简称称F

35、MCFMC）是是一一种种最最简简单单的的柔柔性性加加工工系系统统，通通常常由由单单台台加加工工中中心及托盘输送装置（或工业机器人）心及托盘输送装置（或工业机器人）组成。组成。由一台卧式镗铣类加工中心和自动化的托盘库组成的柔性制造单元由一台卧式镗铣类加工中心和自动化的托盘库组成的柔性制造单元 相相对对于于柔柔性性制制造造系系统统，柔柔性性制制造造单单元元投投资资小小，实实现现周周期期短短，见见效效快快，更更适适合合于于广广大大的的中中小小企企业业。因因此此，表表现现出出比比柔柔性性制制造造系系统统更更广广泛泛的的市市场场需需求求和和发发展展前前景景。第二节 FMS的加工系统一、加工系统的功能与要

36、求一、加工系统的功能与要求 加工系统是加工系统是FMSFMS的最基本的组成部分，也是的最基本的组成部分，也是FMSFMS中耗资最中耗资最多的部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。加工系统多的部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。加工系统的要求如下：的要求如下：工序集中，减轻物流负担，减少工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数；装夹次数；控制功能强、扩展性好；控制功能强、扩展性好；高刚度、高精度、高速度；高刚度、高精度、高速度；自保护与自维护性好；自保护与自维护性好；使用经济性好；使用经济性好；对环境的适应性与保护性好。对环境的适应性与保护性好。二、加工系统中常用的加工设备简介二、加工系统中常

37、用的加工设备简介1 1、目前、目前FMSFMS的加工对象主要有两大类：的加工对象主要有两大类：棱柱体类棱柱体类回转体类回转体类2 2、加工中心、加工中心 加工中心（加工中心（Machining CenterMachining Center，MCMC）是一种是一种备有刀库备有刀库并并能按预定程序能按预定程序自动更换刀具自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效，对工件进行多工序加工的高效数控机床。数控机床。棱柱体类：常用镗铣加工中心棱柱体类：常用镗铣加工中心回转体类：常用车削加工中心回转体类：常用车削加工中心Real卧式加工中心1-主轴头 2-刀库 3-刀库 4-立柱底座 5-回转工作台、6-工作

38、台底座卧式加工中心车削加工中心1-刀库 2-回转刀架 3-换刀机械手 4-上下工件机器人 5-工件存储站3 3、加工系统的辅助装置、加工系统的辅助装置 机床夹具机床夹具 组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。托盘托盘（PalletPallet）承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单元间的硬件接口。元间的硬件接口。自动上下料装置自动上下料装置 托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁；托盘交换器：联接加工系统和物料运储系

39、统桥梁；工业机器人：具有较大的柔性度。工业机器人：具有较大的柔性度。组合夹具柔性夹具ISO标准规定的托盘基本形状1-托盘导向面2-侧面定位面3-安装螺孔4-工件安装面5-中心孔6-托盘搁置面7底面8-工件固定孔9-托盘夹紧面10-托盘定位面回转式托盘交换器往复式托盘交换器 工件装卸站工件装卸站 设在设在FMSFMS入口，由人工完成装卸；入口，由人工完成装卸；托盘缓冲站托盘缓冲站 工件中间存储站，起缓冲物料作用；工件中间存储站，起缓冲物料作用；物料存储装置物料存储装置 自动化仓库、自动料架、缓冲料架；自动化仓库、自动料架、缓冲料架；物物料料运运送送装装置置 负负责责在在机机床床、自自动动化化仓仓

40、库库和和托托盘盘缓缓冲冲站站之之间物料搬运作业。间物料搬运作业。传送带传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；自动运输小车自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；：分有轨小车、无轨小车；搬运机器人搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。：具有较高柔性和控制水平。一、一、FMSFMS的物料运储系统组成的物料运储系统组成第三节第三节 FMSFMS的物料运储系统的物料运储系统二、二、FMSFMS物料输送基本回路物料输送基本回路直线输送回路直线输送回路 沿直线路线单向或双向移动，顺序地在沿直线路线单向或双向移动，顺序地在 各个连接点停靠；各个连接点停靠；环形输

41、送回路环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动；运载工具沿环形路线单向或双向移动；网状输送回路网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环由多个回路相互交叉组成，可由一条环 路移动到另一回路。路移动到另一回路。三、自动化仓库三、自动化仓库 货架货架 为一个个存储单元，设有地址编码，货架为一个个存储单元，设有地址编码，货架之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。堆垛机堆垛机 由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的三维搬运设备。电动机以及传感器构成的三维搬运设备。控制与管理系统控制与管理系统 负责物料信息

42、的登录、识别，负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。物料自动存取，仓库管理。自动化仓库示意图堆垛机结构示意图1-上导轨 2-支柱 3-物料 4-托架 5-移动电动机 6-传感器Real四、自动导向小车四、自动导向小车线导小车线导小车 电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕污染、工作可靠。污染、工作可靠。光导小车光导小车 采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电制导，改变线路非常容易，对环境要求严格。制导，改变线路非常容易，对环境要求严格。遥控制导小车遥控制导小车 小车顶部装有激光装置，通过固定位小车顶部装有激光装置，

43、通过固定位置反射激光束信息，确定小车位置。置反射激光束信息，确定小车位置。运输小车运输小车结构：车体安装平台托盘交换装置蓄电池控制系统运输小车运输小车AGVAGV电磁感应制导原理电磁感应制导原理激光灯台制导原理Real刀具运储系统的组成刀具运储系统的组成刀具预调站刀具预调站 设在设在FMSFMS之外，按要求对刀具进行装配和调整；之外，按要求对刀具进行装配和调整；刀具装卸站刀具装卸站 是刀具进出是刀具进出FMSFMS入口，多为排架式框架结构；入口，多为排架式框架结构；刀刀具具库库系系统统 存存放放当当前前加加工工所所需需的的机机床床刀刀库库，容容量量小小；存存放放各加工单元共享的各加工单元共享的

44、中央刀库中央刀库，容量大；，容量大；刀刀具具运运载载交交换换装装置置 负负责责刀刀具具运运输输和和交交换换，适适时时向向加加工工单单元元提供所需刀具；提供所需刀具；计计算算机机控控制制管管理理系系统统-控控制制刀刀具具运运输输、存存储储和和管管理理，监监控控管管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。第四节第四节 FMSFMS的刀具管理系统的刀具管理系统刀具运储系统作业过程刀具运储系统作业过程刀具刃磨人工组装刀具预调刀具装卸站中央刀具库需重磨或报废刀具加工单元刀库加工单元刀库加工单元刀库刀具运载交换装置刀具运载交换装置FMSFMS中刀具交

45、换内容：中刀具交换内容：机床刀库与机床主轴刀具交换机床刀库与机床主轴刀具交换-由机床换刀装置完成；由机床换刀装置完成；刀具装卸站、中央刀库、各机床刀库间刀具交换；刀具装卸站、中央刀库、各机床刀库间刀具交换；AGVAGV运载刀架与机床刀库间刀具交换。运载刀架与机床刀库间刀具交换。刀具交换运载工具：刀具交换运载工具：换刀机器人换刀机器人-有地轨和高架导轨形式；有地轨和高架导轨形式；刀具运载小车刀具运载小车-在小车上放置一个装载刀架，并附设小在小车上放置一个装载刀架，并附设小 型机器人，负责刀具交换。型机器人，负责刀具交换。高架导轨式的换刀机器人高架导轨式的换刀机器人1-1-纵向导轨纵向导轨 2-2

46、横梁横梁 3-3-滑台滑台 4-4-换刀机器人换刀机器人AGVAGV小车换刀机器人小车换刀机器人1-1-AGV 2-AGV 2-装载刀架装载刀架 3-3-机器人机器人 4-4-机床刀库机床刀库刀具破损的监控刀具破损的监控监测方法传 感 原 理传 感 器直接法光学图像光发射、折射、TV摄像光敏、激光、光纤、CCD、摄像管接触电阻，开关量，磁力线电阻电路，开关电路，磁间隙传感器间接法切削力切削力，切削分力比例应变片，力传感器扭矩主轴或进给系统扭矩应变片，电流表功率主轴或进给系统功率消耗功率传感器振动切削过程振动及其变化加速度计，振动传感器超声波接受超声波的反射波超声波换能器与接受器噪声切削区环境

47、噪声探测拾音器声发射刀具破损时声发射信号声发射传感器FMSFMS刀具信息的管理刀具信息的管理刀具的信息管理刀具的信息管理静态刀具信息：静态刀具信息：固定不变的信息，如刀具类型、编码、几何固定不变的信息，如刀具类型、编码、几何 形状、结构参数等。形状、结构参数等。动态刀具信息：动态刀具信息：随时间不断变化的刀具参数，如刀具寿命、随时间不断变化的刀具参数，如刀具寿命、实际参与切削时间、工作直径和长度等。实际参与切削时间、工作直径和长度等。四层结构的刀具信息管理系统：四层结构的刀具信息管理系统：第第1 1层层-实时动态文件，每把在线刀具都拥有独立文件，实时动态文件，每把在线刀具都拥有独立文件，记载刀

48、具实时动态数据；记载刀具实时动态数据；第第2 2层层-静态刀具类型文件，每一类刀具拥有一个文件；静态刀具类型文件，每一类刀具拥有一个文件；第第3 3层层-刀具组件文件；刀具组件文件；第第4 4层层-刀具元件文件。刀具元件文件。加工中心的刀库类型加工中心的刀库类型盘式刀库盘式刀库链式刀库链式刀库转塔式刀库转塔式刀库RealFMSFMS控制与管理系统的体系结构控制与管理系统的体系结构递递阶阶控控制制结结构构：将将复复杂杂系系统统分分层层分分模模块块设设置置，各各层层相相对对独独立，便于系统的开发和维护。立，便于系统的开发和维护。递递阶阶控控制制特特点点：愈愈往往底底层层，实实时时性性愈愈强强；愈愈

49、到到上上层层，处处理理信息量愈大，实时性要求愈小。信息量愈大，实时性要求愈小。FMSFMS三层递阶控制结构三层递阶控制结构系统管理与控制层（单元控制层）系统管理与控制层（单元控制层）-接受上级任务，制接受上级任务，制 定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；过程协调与监控层（工作站层）过程协调与监控层（工作站层）-加工程序分配、协调加工程序分配、协调 工件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；工件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；设备控制层设备控制层-控制设备工作循环，执行上层控制指令，控制设备工作循环，执行上层控制指令，反馈现场数据。反

50、馈现场数据。第五节第五节 FMSFMS的控制系统的控制系统单元控制器铣削工作站车削工作站物流管理工作站CNCNo1CNCNo2PLC自动化仓库AGVROBOT刀具管理.FMS递阶控制结构CNCNo1CNCNo2PLC.单元层工作站层设备层现场总线ProfibusethernetWin-ACCP5613(一类主站)P4微机Win-CC(二类主站)ET200I/O接口工业机器人数控铣床加工中心成品库毛坯库RGV缓冲库CAD/CAMMISProfibus接口DNC管理层单元层设备层YGFMS单元控制器层次结构FMSFMS单元控制器功能单元控制器功能通信管理与运行控制-实现上下层信息通讯，控制内部模块