柔性制造技术

单击此处编辑母版标题样式,*,现代制造技术,2-,*,柔性制造技术,柔性制造系统的组成、原理,柔性制造系统的类型、应用,成组技术与零件分类编码,FMS,加工系统的配置,FMS,物流系统的组成,FMS,控制管理系统简介,主要内容：,9/21/2024,1,现代制造技术,柔性制造技术和柔性制造系统,柔性制造技术,（,FMTFlexible Manufacturing Technology,）,是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变批量生产。,柔性,指制造系统能够适应产品变化的能力,柔性制造系统,（,FMS,）,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。,(“,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。,9/21/2024,2,现代制造技术,柔性制造系统组成,柔性制造系统,加工系统,物流系统,控制与管理系统,加工设备,辅助设备,检测设备,工件流,刀具流,过程控制,过程调度,过程监视,以任意顺序自动加工多种工件，自动更换工件和刀具，增加功能后可实现工件自动清洗与测量等,满足可变节拍生产的物料自动识别、存储、输送和交换的要求。增加功能后可实现刀具预调和管理等,加工系统和物流系统的自动控制和作业协调，在线资料自动采集和处理，运行仿真及故障诊断等,9/21/2024,3,现代制造技术,柔性制造系统工作原理,9/21/2024,4,现代制造技术,1,很强的柔性制造能力,2,设备利用率高,3,劳动生产率高,4,自动化程度高，产品质量稳定,5,经济效益高,柔性制造系统特点,9/21/2024,5,现代制造技术,柔性制造系统的类型,1,柔性制造单元,（,FMC,Flexible Manufacturing Cell,）,FMC,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。,2,柔性制造系统,（,FMS,）,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所组成，配有工件自动上下料装置（如托盘交换装置、机器人）、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、计划调度安排及工况监测。,3,柔性制造生产线,（,FMLFlexible Manufacturing Line,）,将,FMS,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。,244FM,摩托车发动机汽缸加工自动线,9/21/2024,6,现代制造技术,柔性制造系统的适用范围,0 10 100 1000,少 零件品种数 多,10000,1000,100,10,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,9/21/2024,7,现代制造技术,成组技术,（,GT Group Technology),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，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，从而使小批量生产能获得接近于大批量生产的经济效果。,大量的零件统计表明，在各种机械产品中：,各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；,同类零件存在形状结构上的相似性,工艺方法也有相似性；,9/21/2024,8,现代制造技术,常用的零件分类成组方法,1,视检法,视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。,2,生产流程分析法,（,PFA,Production Flow Analysis,）,生产流程分析法是以零件生产流程及生产设备明细表等技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。,3,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、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。,9/21/2024,9,现代制造技术,零件的分类编码,零件的代码,识别码,分类码,a),识别码是唯一的，用来区别不同零件；,b),识别码一般是零件的件号或图号，表示零件与产品的隶属关系。,a),分类码对每个零件不是唯一的；,b),分类码用来反映零件的功能、结构、工艺等信息。,9/21/2024,10,现代制造技术,零件分类编码的作用,1,有利于设计、工艺的标准化,2,便于检索和重复利用已有的资料,3,有利于实现专业化生产,企业按产品专业化生产体制,按零件专业化集中生产体制,4,有助于生产信息管理、使用的合理化,零件分类编码的直接目的是：,a),对零件分类分组,b),信息收集和检索,9/21/2024,11,现代制造技术,传统的独立垂直生产体系,9/21/2024,12,现代制造技术,专业化生产结构体系,9/21/2024,13,现代制造技术,分类系统组成,分类系统,纵向环节,0 1 2,纵向环节,0 1 2,横向环节,横向环节,分类环节,分类标志,码位,特征项或特征信息,表示各分类环节的具体含义，,如结构形状、尺寸、材料等。,粗分,细分,分类,使相似或相同的事物,合,在一起，使相异的事物,分,开,。,9/21/2024,14,现代制造技术,分类系统的结构,I,II,III,N,0,1,2,3,.,.,.,9,0,1,2,3,.,.,.,9,0,1,2,3,.,.,.,9,0,1,2,3,.,.,.,9,横向分类环节,码位,纵向分类环节,特征项,I,II,III,N,0,1,2,9,0,1,.,.,9,0,1,.,.,9,0,.,.,9,0,.,.,9,0,.,.,9,0,.,.,9,0,.,.,9,0,.,.,9,独立环节分类系统,链式结构,关联环节分类系统,树式结构,9/21/2024,15,现代制造技术,分类系统的结构和容量,分类系统的容量是指系统纵向环节总数,设：,N,横向环节总数，,L,关联环节数,Z,每一横向环节所属的纵向环节数,则：链式结构 ,L,树式结构,S,Z,i,(,i,=1,2,N),混合结构 ,H,（,N,L,）,Z,Z,i,（,i,=1,2,L,）,若令,N=4,，,L=2,，,Z=10,，,则：,L,410,40,S,10+10,2,+10,3,+10,4,11110,H,(4-2)10+10+10,2,130,树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用不便。,链,式,结,构,独,立,环,节,分,类,系,统,树,式,结,构,关,联,环,节,分,类,系,统,混,合,结,构,混,合,环,节,分,类,系,统,分类系统,9/21/2024,16,现代制造技术,分类标志安排顺序,在横向环节中：,先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的,在纵向环节中：,先简,后繁，先易,后难，先小,后大，先一般,后特殊,9/21/2024,17,现代制造技术,零件分组方法,直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题：,a),导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组；,因此提出如下零件的分组方法：,1,特征码位法,2,码域法,3,特征位码域法,b),零件组数多，每组零件种类多，且代码中许多分类标志无工艺特征。,9/21/2024,18,现代制造技术,特征码位法,代码,：零件类别,代码,：零件外部形状,及要素,代码,：最大尺寸,代码,：材料种类,例：零件号,2,、,5,，其,特征码位为,2313,零件号,1,3,4,6,其特征码位为,2613,特征码位法分组的缺点：,从零件整个分类代码中选择出对某种目的影响最大的部 分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。,结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题,9/21/2024,19,现代制造技术,码域法,分类步骤：,1),按零件分类编码结果统计各分类标志出现的频数，,2),制订各种零件组的相似性标准，按标准得到各组码域（,No.1, No. 2,，,）,3),比较每个零件编码的各位代码是否包括在某一码域内（如,No.1,）,0,V,V,V,V,V,V,V,1,V,V,V,V,2,V,V,V,3,V,V,V,V,4,V,V,5,V,6,V,7,V,8,9,代,码,的,数,纵,向,环,节,代码码位,-,横向环节,No.1,9/21/2024,20,现代制造技术,特征位码域法,思路：,选取若干特征性较强的码位，并在这些码位上规定允许的特征项资料变化范围，得到相似性特征矩阵，以此作为分组的依据。,0,V,V,V,V,V,V,V,1,V,V,V,V,2,V,V,V,3,V,V,V,V,4,V,V,5,V,6,V,7,V,8,9,代,码,的,数,纵,向,环,节,代码码位,-,横向环节,No.1,9/21/2024,21,现代制造技术,FMS,加工系统的配置,FMS,的加工对象,1),棱柱体类（包括箱体形、平板形）,2),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,FMS,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）和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的,FMS,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等构成。,当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独立完成时，,FMS,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。,1,互替式（并联）,2,互补式（串联）,3.,混合式（并串联）,当所选定零件组的全部工序不能被一种机床独立完成时，,FMS,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充的，不能相互替代。,9/21/2024,22,现代制造技术,机床配置形式与特征比较,配置形式,互替式,互补式,混合式,简 图,生产柔性,低,中,高,生产率,低,高,中,技术利用率,低,中,高,系统可靠性,高,低,中,投资强度比,高,低,中,说明：这些配置主要取决于机床功能、,FMS,的物料流和信息流，而并非取决于加工设备的物理布局。,9/21/2024,23,现代制造技术,FMS,对机床的要求,1,工序集中,2,控制功能强、柔性好,3,具有通信接口,4,高刚度、高精度、高速度,5,其它要求,a),使用经济性好,b),操作性、可靠性、维修性好,c),自保护性、自维护性好,d),对环境的适应性与保护性好,e),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。,9/21/2024,24,现代制造技术,加工系统中常用的加工设备,常见加工中心的分类,按工艺用途可分为,镗铣加工中心、 车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。,按主轴在加工时的空间位置可分为,立式加工中心、卧式加工中心、立卧两用（也称万能、五面体、复合）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之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。,加工中心,（镗铣加工中心）,卧式加工中心,9/21/2024,25,现代制造技术,加工中心刀库,加工中心的刀库有,链式,、,盘式,和,转塔式,等基本类型。,9/21/2024,26,现代制造技术,双臂式机械手,从刀库中挑选所需刀具的方法有：,顺序选择法 刀座编码法 刀具编码法 刀具刀座跟踪记忆法,常用双臂式机械手的手爪结构形式有,钩手、抱手、伸缩手,和,叉手,9/21/2024,27,现代制造技术,换料装置,加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（,Automatic Pal1et Changer,APC,），,它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。托盘交换器按其运动方式有,回转式,和,往复式,两种。,9/21/2024,28,现代制造技术,加工系统的监控内容,通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、,NC,控制、,PLC,控制、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,机床,主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等,夹具,安装、精度、夹紧力等,刀具,识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等,工件,识别、交换、装夹等,其它,切屑、切削液、温度、,湿,度、油压、气压、电压、火灾等,形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等,监,控,功,能,设备运行状态,切削,加工,状态,产品质量状态,9/21/2024,29,现代制造技术,FMS,物流系统,物流是,FMS,中物料流动的总称。在,FMS,中流动的物料主要有工件、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、缓冲装置和存储装置等组成。,FMS,物流系统对输送装置的要求,1),通用性,2),变更性,3),扩展性,4),灵活性,5),可靠性,6),安全性,9/21/2024,30,现代制造技术,输送装置（,1,）,输送带,1,输送带,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；,从空间位置和输送物料的方式上又有台式和悬挂式之分。,辊式 链式 带式,9/21/2024,31,现代制造技术,输送装置（,2,）,有轨小车,2,自动小车,1),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。,9/21/2024,32,现代制造技术,输送装置（,3,）,无轨小车,2),无轨小车,自动导向小车（,AGV,Automatic Guided Vehicle,）,无轨小车是一种利用微机控制的，能按照一定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全保护装置以及各种移载装置的输送小车。,9/21/2024,33,现代制造技术,物流系统的监控,物流系统的监控主要完成以下功能：,1),采集物流系统的状态数据。,2),监视物流系统状态。,3),处理异常情况。,4),人机交互。,5),接受上级控制与管理系统下发的计划和任务，并控制执行机构去完成。,物流系统的监控与管理一般有,集中式,和,分布式,两种方案,9/21/2024,34,现代制造技术,FMS,控制管理系统,自动仓库,AGV,小车,交通管理,车间计算机,中央管理计算机,最,高,层,中,间,层,设,备,层,负责全面管理、协调和控制,FMS,的各项活动,协调各种设备的操作,执行各种操作,管理系统体系结构：,多级计算机递阶控制,A,制造单元计算机,物流管理计算机,B,制造单元计算机,机器人,9/21/2024,35,现代制造技术,