AMT柔性制造教学ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,由一个传输系统联接起来的一些设备,(,通常是具有自动换刀装置的加工中心机床,),组成，传输装置把工件放在托盘或其他联接装置上送到各加工设备，加工设备和传输系统在中央计算机控制下，使工件加工准确、迅速和自动化。,FMS,的定义,美国国家标准局定义：,日本国际贸易与工业部定义：,北京机械工业自动化研究所 定义：,4.4.1 FMS,的定义与特征,由,2,台或更多,NC,机床组成的系统，这些机床与自动物料管理设备一一连接，在计算机或类似设备控制下完成自动加工或处理操作，从而可加工多个不同形状和尺寸的工件。,将自动化生产系统从少品种大批量生产型转向多品种生产型的柔性化系统。,第1页/共45页,2,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,。,柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。,4.4.1 FMS,的定义与特征,第2页/共45页,3,4.4.2,柔性制造系统的组成,FMS,结构框图,第3页/共45页,4,高柔性,高效率,高度自动化,FMS,的特征,柔性制造系统是利用计算机控制系统和物料输送系统，把若干台设备联系起来，形成,没有固定加工顺序和节拍,的自动化制造系统。它在加工完一批某种工件后，能在不停机调整的情况下，自动地向另一种工件转换。其主要特征是：,4.4.1 FMS,的定义与特征,设备柔性、工艺柔性、产品柔性、工序柔性、运行柔性、批量柔性、扩展柔性、生产柔性。,FMS,正是将“柔性”和“自动”两者结合。,第4页/共45页,5,FMS,特点,除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化,可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换,24,小时运行，只一班有人,以,GT,为基础,生产零件的品种由,4,至,100,种不等（,20,30,种居多）,生产零件的批量由,40,至,2000,件不等（,50,200,件居多）,大部分加工对象为相似零件（个别例外）,具有较大柔性,可加工多种零件,没有固定的生产节拍,故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）,高度自动化,控制与管理相结合,可自动实现系统内的计划、调度,第5页/共45页,6,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,第6页/共45页,7,4.4.2,柔性制造系统的分类,柔性制造单元（,FMC,）,这是一种简单的柔性制造系统，通常由加工中心（,MC,）与自动交换工件（托盘站和工件交换台）的装置所组成，同时数控系统还增加了自动检测与工况自动监控等功能。图,4-31,所示为一柔性制造单元的示意图。,图,4-31,柔性制造单元,第7页/共45页,8,4.4.2,柔性制造系统的分类,柔性制造系统,（,FMS,）,较大的柔性制造系统有两个以上柔性制造单元或多台数控机床、加工中心组成，并用一个物料输送系统将机床联系起来。工件被装在夹具和托盘上，自动的按加工顺序在机床间逐个输送。,柔性,生产线（,FTL,）,在零件生产批量较大而品种较少的情况下，柔性制造系统的机床可以完全按照工件加工顺序排列成生产线的形式，这种生产线与传统的刚性生产线的,不同之处在,于能同时或依次加工少量不同的零件。当零件更换时，其生产节拍可作相应的调整。各机床的主轴箱也可自动进行调整。这种生产线称为柔性生产线。,第8页/共45页,9,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,4.4.3,柔性制造系统的特点与应用,第9页/共45页,10,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。,4.4.4 FMS,的加工系统,第10页/共45页,11,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。,4.4.4 FMS,的加工系统,第11页/共45页,12,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。,4.4.4 FMS,的加工系统,第12页/共45页,13,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,4.4.4 FMS,的加工系统,第13页/共45页,14,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。,4.4.4 FMS,的加工系统,第14页/共45页,15,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,4.4.4 FMS,的加工系统,第15页/共45页,16,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 ChangerAPC,），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。,4.4.4 FMS,的加工系统,第16页/共45页,17,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,4.4.4 FMS,的物流系统,第17页/共45页,18,工件装卸站,托盘缓冲站,自动化仓库,存储设备,4.4.4 FMS,的物流系统,第18页/共45页,19,又称立体仓库或自动化仓库系统（,Automated Storage and Retrieva1 System,一,AS,RS,），由高层料架 、堆垛机、控制计算机和物料识别装置等组成。具有自动化程度高、料位空间尺寸和额定存放重量大、料位总数可根据实际需求扩展、占地面积小等优点。,自动仓库,（,图,4-7,）,图,4,-,7,自动仓库,运输小车,出入库装卸站,堆垛机,料架,4.4.4 FMS,的物流系统,第19页/共45页,20,传输装置,滚式,链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）,带式,有轨,无轨（,AGV,）,固定路线,随机路线,电磁式,（图,7-8,）,光电式（图,7-9,）,传送带,运输小车,机器人,固定式机器人,行走式机器人,4.4.4 FMS,的物流系统,第20页/共45页,21,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,4.4.4 FMS,的物流系统,第21页/共45页,22,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。,4.4.4 FMS,的物流系统,第22页/共45页,23,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。,4.4.4 FMS,的物流系统,第23页/共45页,24,小车上有托盘交换台,3,，工作台,1,与托盘,2,由交换台推上机床的工作台进行加工，加工好的工件连同托盘拉回到小车的交换台上，送装卸工位，由人工卸下并装上新的待加工工件。小车的行车路线常用电缆或光电引导。,4.4.4 FMS,的物流系统,第24页/共45页,25,转向舵,比较放大电路,信号拾取线圈,引导电缆,图,4-8,电磁引导原理,在地面上埋设引导电缆，并通以,5,10kHz,的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增强，控制器根据这些信号的强弱，控制小车的舵轮。,电磁导向方式原理（图,4,-,8,）,4.4.4 FMS,的物流系统,第25页/共45页,26,沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器接受，并将该光信号转换成电信号控制小车的舵轮。,光学引导方式原理（图,4,-,9,）,信号孔,感光元件,光道,光源,反光带,图,4,-,9,光学引导原理,4.4.4 FMS,的物流系统,第26页/共45页,27,切屑处理系统,断屑,加工部位封闭,排屑 机床、工夹具设计要便于排屑,冷却液冲，或压缩空气吹,切屑输送（通常采用地下输送管道）,切屑再处理（打包）,4.4.4 FMS,的物流系统,第27页/共45页,28,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,4.4.4 FMS,的物流系统,第28页/共45页,29,图,7-12,飞机零件加工,FMS,（,Cincinnati,）,1,装卸站,2,运输小车,3MC 4,切屑处理站,5,清洗站,6,检测站,7,手工检测站,8,计算机室,9 ,小车维修站,10 ,包装站,FMS,实例,第29页/共45页,30,第,4,章,制造自动化技术,Manufacturing Automation Technology,4,.5,自动检测与监控技术,The Technology of Automatic Detecting and Monitoring,第30页/共45页,31,制造过程的检测技术,就是采用人工或自动的检测手段，通过各种检测工具或自动化检测装置，为控制加工过程、产品质量等提供必要的参数和数据。这些参数和数据可以是几何的、工艺的或物理的。,检测监控系统,是用以采集、传输、处理和利用制造系统的工况数据（包括原材料检验数据、制造过程工艺数据、设备状态数据、产品检测数据、能源动力数据以及环境状态数据等），监视系统的运行状态并作必要的干预控制，预测系统的未来，诊断系统的故障或问题，提供系统优化和维护修理的咨询，为制造系统的运行控制和优化调度提供决策依据。,4.5,自动检测与监控技术,第31页/共45页,32,传感器,是一种以测量为目的，以一定的精度把被测量转换为与之有确定关系的、便于处理的另一种物理量的测量器件。传感器的输出信号多为易于处理的电量，如电压、电流、频率等。,4.5.1,传感技术,敏感元件,是在传感器中直接感受被测量的元件，即被测量通过传感器的敏感元件转换成与被测量有确定关系、更易于转换的非电量。这一非电量通过,传感元件,后就被转换成电参量。,测量转换电路,的作用是将传感元件输出的电参量转换成易于处理的电压、电流或频率量。,第32页/共45页,33,传感器的主要性能指标,第33页/共45页,34,传感检测方法,直线位移检测,电感式，如线性差动变压器式、衔铁移动电感式、涡流式。,电容式，如变面积、变间隙电容式传感器。,激光式，如全息显微测长、调试法测距、扫描法测尺寸、量子干涉测长。,力和力矩的检测,电阻丝应变传感器,弹性杆轴向载荷传感器,悬臂梁式力传感器,压电晶体传感器,扭矩传感器,转速的检测,旋转物体的转速一般采用间接方法测量，即通过各种形式的变换器，将转速变换为其他物理量，如机械量、电量、磁和光等。,电容式转速传感器,涡流式转速传感器,光电数字式转速检测系统,第34页/共45页,35,自动化制造系统的检测与监控系统从功能角度可分为系统运行状态检测监控和加工过程检测监控。,运行状态检测监控,功能主要是检测与收集自动化制造系统各基本组成部分与系统运行状态有关的信息。把这些信息处理后，传送给监控计算机，对异常情况做出相应处理，保证系统的正常运行。,加工过程检测与监控,功能主要是对零件加工精度的检测和加工过程中刀具的磨损和破损情况的检测与监控。,4.5.2,检测与监控系统的组成,第35页/共45页,36,1,工件尺寸精度检测,工件尺寸精度是直接反映产品质量的指标，因此在许多自动化制造系统中都采用直接测量工件尺寸的方法来保证产品质量和系统的正常运行。,4.5.2,自动化加工系统的检测,（,1,）专用的主动测量装置,在大规模生产条件下，常将专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机，就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化，并能根据测得的结果发出相应的信号，控制机床的加工过程（如变换切削用量、刀具补偿、停止进给，退刀和停机等）。自动测量原理如图。,（,2,）,三坐标测量机,（,3,） 三维测头与循环内检测技术,（,4,） 机器人辅助测量技术,第36页/共45页,37,2,刀具磨损和破损的监测,在切削过程中，刀具工况（如磨钝、破损和刀刃塑变等）与砂轮工况（如砂轮磨钝和砂轮修整控制等）对切,/,磨削过程的正常进行有重要的影响。统计数据表明，刀具失效是引起数控机床加工中断的首要因素，它占机床故障停机总时间的,22.4%,；砂轮与工件的接触监控可以提高磨削效率,10%,30%,。,4.5.3,自动化加工系统的检测,第37页/共45页,38,刀具磨损的监测方法,第38页/共45页,39,刀具破损的监测方法,第39页/共45页,40,自动化加工监控系统主要由,信号检测,、,特征提取,、,状态识别,、,决策和控制,四个部分组成,4.5.4,自动化加工的监控系统,（,1,）,信号检测,常见被检信号包括：切削力、切削功率、电压、电流、声发射信号（,AE,）、振动信号、切削温度、切削参数、切削扭矩等。,（,2,）,特征提取,特征提取是对检测信号的进一步加工处理，从大量检测信号中提取出与加工状态变化相关的特征参数。,（,3,）,状态识别,状态识别实质上是通过建立合理的识别模型，根据所获取加工状态的特征参数对加工过程的状态进行分类判断。从数学角度来理解模型的功能就是特征参数与加工状态的映射。,（,4,）,决策与控制,根据状态识别的结果，在决策模型指导下对加工状态中出现的故障做出判决，并进行相应的控制和调整，例如改变切削参数、更换刀具、改变工艺等。,第40页/共45页,41,加工系统的监控内容,形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等,切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等,其它,识别、交换、装夹等,工件,识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等,刀具,安装、精度、夹紧力等,夹具,主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等,机床,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,监,控,功,能,设备运行状态,切削,加工,状态,产品质量状态,第41页/共45页,42,设备运行状态监控与检测（图,4-5,）,传感器群,信号采集,预处理,特征提取,状态识别,诊断决策,预维修决策,监控检测报告,正常状态模式,预诊断知识库,预维修知识库,学习训练,匹配,状态异常,报警,预知故障,报警,输出,图,4-5,设备运行状态监控与检测框图,4.5.4,自动化加工的监控系统,第42页/共45页,43,钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进行比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。,加工过程监控与检测,重点是刀具磨损、破损监控与检测。图,4-6,为声发射钻头破损检测装置示意图。加工过程中，一旦钻头破损，声发射传感器检测到钻头破损信号，将其送至钻头破损检测器进行处理。,钻头破损检测器,图,4,-,6,声发射钻头破损检测装置系统图,交换,机床,控制器,工件,折断,工作台,声发射传感器,破损信号,4.5.4,自动化加工的监控系统,第43页/共45页,44,You are Welcome,第44页/共45页,45,感谢您的观赏！,第45页/共45页,