课程设计CA6140车床齿轮工艺规程与夹具设计

前言 课程设计是在等专业课程所学的理论知识，发展专业知识解决时间生产问题的依次实践训练。 通过这次设计以巩固我们所学的理论知识和专业技能，提高自己解决实际生产问题的能力。在设计中能逐步掌握查阅手册，查阅有关书籍的能力。在设计中逐步培养了我们一丝不苟的工作态度，严谨的工作作风，对我们今后参加工作有极大的帮助。 第一部分 工艺设计1.零件加工工艺设计1.11 审查零件的工艺性 齿轮零件的图样的视图正确、完整、尺寸、公差及技术要求齐全。但基准孔68K7mm要求Ra0.8m有些偏高。本零件各表面的加工并不困难。关于4个5mm的小孔，其位置是在外圆柱面上6mmX1.5mm的沟槽内，孔中心线距沟槽一侧面距离为3mm。由于这里不能上传完整的毕业设计（完整的应包括毕业设计说明书、相关图纸CAD/PROE、中英文文献及翻译等），此文档也稍微删除了一部分内容（目录及某些关键内容）如需要其他资料的朋友，请加叩扣:贰二壹伍八玖壹壹五一由于加工时不能选用沟槽的侧面为定位基准，故要较精确地保证上述要求比较困难。分析该小孔是做油孔之用，位置精度不需要太高，只要钻到沟槽之内，即能使油路畅通，因此4个5mm的孔加工亦不成问题。1.12 主要技术要求零件图上的主要技术要求为： 精 度：766FL JB17983 热处理：齿部G52 4槽内侧G48 淬硬2mm 1.13 加工表面的尺寸及要求 90mm外圆面： 表面粗糙度Ra3.2m 106.5mm外圆面： 表面粗糙度Ra6.3m 齿圈外圆面： 表面粗糙度Ra3.2m 68K7mm内孔： 表面粗糙度Ra0.8m 94mm内孔： 表面粗糙度Ra6.3m 端面： 表面粗糙度Ra3.2m及Ra6.3m 齿面： 表面粗糙度Ra1.6m 精度766FL 槽： 表面粗糙度Ra3.2m和Ra6.3m 5mm小孔： 表面粗糙度Ra2.5m 1.14 零件的材料 零件的材料为45钢1.2 选择毛坯的形状、尺寸、公差 齿轮是最常用的传动件，要求具有一定的强度。该零件的材料为45钢，轮廓尺寸不大，形状亦不复杂，又属成批生产，做毛坯可采用模锻成型。 零件形状并不复杂，因此毛坯形状可以与零件的形状尽量接近。即外形做成台阶形，内部孔锻出。 1.3 定位基准的选择 本零件是带孔的盘状齿轮，孔是其设计基准（亦是装配基准和测量基准），为避免由于基准不重合而产生的误差，应选孔为定位基准，即遵循“基准重合”的原则。具体而言，即选68K7mm孔及一端面作为精基准。 由于本齿轮全部表面都需加工，而孔作为精基准应选进行加工，因此应选外圆及一端面为粗基准。外圆117h11表面不平整有飞边等缺陷，定位不可靠，故不能选为粗基准。1.4 零件表面加工方法的选择 本零件的加工面有外圆、内孔、端面、齿面、槽及小孔等，材料为45钢。参考有关资料，其加工方法选择如下： （1）90mm外圆面：为未标注公差尺寸，根据GB180079规定其公差等级为IT14，需进行粗车及半精车（见1表1.4-6）。 （2）齿圈外圆面：公差等级为IT11，粗车、精车即可（见1表1.4-6）。 （3）106.5mm外圆面：公差等级为IT12，粗车即可（见1表1.4-6）。 （4）68K7mm内孔：公差等级为IT7，毛坯孔已锻出，为未淬火钢，根据1表1.4-7，又是大批量生产，故加工方法采用粗镗、半精镗、拉孔。 （5）94mm内孔：为未标注公差尺寸，公差等级按IT14，毛坯孔已锻出，只需粗镗即可（见1表1.4-7）。 （6）端面：本零件的端面为回转体端面，尺寸精度都要求不高，表面粗糙度有两种要求。要求Ra3.2m的端面经粗车和半精车，要求Ra6.3m的端面，经粗车即可。（1表1.4-8） （7）齿面：齿轮模数为2.2，齿数为50，采用AA级单头滚刀滚齿（1表1.4-16、表1.4-17）。 （8）槽：槽宽和槽深的公差等级分别为IT13和IT14，采用三面刃铣刀，粗铣、半精铣（参考1表1.4-8）。 （9）5mm小孔：采用复合钻头一次钻出即可。1.5制订工艺路线 齿轮的加工工艺路线一般是先进行齿坯的加工，再进行齿面加工。齿坯加工包括各圆柱表面及端面加工。按照先加工基准面及先粗后精的原则，齿坯加工按下述工艺路线进行： 工序10：以外圆106.5mm及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆90mm及台阶面，粗车外圆117mm,粗镗孔68mm 工序20：以粗车后的外圆90mm及端面定位，粗车另一端面，粗车外圆106.5mm及台阶面，车6mmX1.5mm沟槽，粗镗孔94mm，倒角。 工序30：以粗车后的外圆106.5mm及端面定位，半精车另一端面，半精车外圆90mm及台阶面，半精车外圆117mm，半精镗孔68K7,倒角。 工序40：以外圆90mm及端面定位，拉68K7孔，镗孔内的沟槽，倒角。 工序50：以68K7孔及端面定位，滚齿，齿部淬火G52。 4个槽与4个小孔的加工安排在最后，考虑定位方便，应先铣槽后钻孔。 工序60：以孔68K7及端面定位，粗铣4个槽，4槽内侧淬火G48 淬硬2mm。 工序70：以孔68K7、端面及粗铣后的一个槽定位，半精铣4个槽。 工序80：以孔68K7、端面及一个槽定位，钻4个小孔。 工序90：钳工去毛刺。 工序100：终检。1.6确定工序机械加工余量、工序尺寸及公差 本零件各圆柱表面的工序加工余量、工序尺寸及公差 加工表面工序双边余量/mm工序尺寸及公差/mm粗半精 精粗 半精精117h11外圆2.51.5 118.50-0.541170-0.22106.5 0-0.4外圆3.5 106.5 0-0.4 90 外圆2.51.591.5 9094孔5 94 68K7孔32165+0.19067+0.074068+0.009-0.021确定轴向工序尺寸。本零件各工序的轴向尺寸如下图：a.确定各加工表面的工序加工余量工序加工表面总加工余量工序加工余量12Z11=1.322Z12=1.331.7Z32=1.741.7Z42=1.751.7Z52=1.712Z13=0.722Z23=0.7b.确定工序尺寸L13、L23、L5及L6。该尺寸在工序20、工序30中应达到零件图样的要求，L13=64+0.50mm, L5=6mm，L6=2.5mm，L23=20mm。c.确定工序尺寸L12、L11、L21。这些尺寸只与加工余量有关，则 L12=L13+Z13=(66+0.7)mm=64.7mm L11=L12+Z32=(64.7+1.7)mm=66.4mm L21=L23+Z13-Z23=(20+0.7-0.7)=20mmd.确定工序尺寸L3。尺寸L3需解工艺尺寸链才能确定，工艺尺寸链如下图所示。 图中L7为未标注公差尺寸，其公差等级按IT14，查公差表得公差值为0.27mm，则L7=120-0.43mm。根据尺寸链计算公式有 L7=L13-L23-L3 L3=L13-L23-L7=(64-20-12)mm=32mm T7=T13+T23+T3(L7为封闭环) 由于T13=0.5mm，T7=0.43mm，不能满足尺寸公差的关系式，必须减小其公差。现按加工方法的经济精度确定偏差，则L13=64mm，L23=20mm，L3作调整尺寸，L7=120-0.43mm求得L3=32+0.250mm.e.确定工序尺寸L4。 工序尺寸L4亦需解工艺尺寸链才能确定。工艺尺寸链如下图所示。 图中L8为零件图样上要求保证的尺寸33。其公差值按公差等级IT13查表为0.39mm ,L8=32mm。解工艺尺寸链，其中L13=64mm，L8为封闭环。得L4=31mm。f.确定工序尺寸L11、L12、L21。按加工方法的经济精度IT12及偏差入体原则，得L11=66.4mm，L12=64.7mm，L21=20mm。g.确定铣槽的工序尺寸。半精铣可达到零件图样的要求，则该工序尺寸：槽宽16+0.280mm，槽深15mm。粗铣时，为半精铣留有加工余量：槽宽双边余量为2mm，槽深余量为2mm。则粗铣的工艺尺寸：槽宽为13mm，槽深13mm。1.7 选择机床设备及工艺装备工序机床设备夹具量具切削刀具工序10CA6140三爪自定心卡盘游标卡尺YT5900偏刀 YT5镗刀工序20CA6140三爪自定心卡盘YT5900偏刀 YT5450外圆车刀 YT5镗刀 切槽刀工序30CA6140三爪自定心卡盘游标卡尺 深度百分尺外径百分尺内径百分尺YT15900偏刀 YT5镗刀 倒角刀工序40卧式内拉床CA6140三爪自定心卡盘圆柱塞规拉刀 切槽刀 倒角刀工序50Y3150心轴公法线百分表AA级单头滚刀滚齿工序60X6132铣床夹具游标卡尺高速钢错齿 三面刃铣刀（125）工序70X6132铣床夹具游标卡尺高速钢错齿 三面刃铣刀工序80Z518钻床夹具高速钢麻花钻5 锪钻2.填写工艺文件按以上确定的工艺规程填写机械加工工艺卡和工序卡第二部分 夹具的设计1.设计任务 设计加工孔5的钻床夹具2.确定定位方案、选择定位元件 孔5需要限制6个自由度，完全定位。3.夹紧机构的选择与设计 夹紧机构有斜楔行夹紧机构、螺旋夹紧机构、偏心夹紧机构、铰链夹紧机构、联动夹紧机构等。该孔加工为钻孔加工，钻孔的冲击力较大，震动较大，所以不适合偏心夹紧机构、斜楔行夹紧机构。联动夹紧机构的结构比较复杂，这里选择螺旋夹紧机构。4.对刀装置的选择在加工中要确定孔的位置。选用钻套对刀，选择GB 2262-1991钻套。5.夹具在机床上的定位与夹紧夹具用支撑架可限制6个自由度，使用紧固螺旋夹紧。专题论文夹具在现代工程技术中的应用李 超（黑龙江科技学院 哈尔滨市 150027）摘要：本文主要介绍了固定夹具、随行夹具、组合夹具、通用夹具、成组夹具等现代制造工程中常用夹具的结构特点及应用。明确了现代机床夹具的发展方向以及现代制造业对夹具设计制造的基本要求。关键词：随行夹具、组合夹具、通用夹具、成组夹具Abstract: This text mainly introduced fixed fixture,with go fixture,the assembly fixture,in general use fixture and become the set fixture etc. modern production the structure characteristics and application of the in common use fixture in the engineering.Explicit basic request of the development direction and modern manufacturing industry of the modern engine bed fixture to the fixture design production.Keyword: With go fixture,the assembly fixture,in general use fixture and become set fixture1绪论在机械制造业中，为了保证产品的质量，改善工人的作业条件，提高劳动生产率，在产品的制造工艺过程中，除了使用机床等设备外还需要夹具、刀具、量具等多种工艺装备，所以从广义上说，夹具是一种保证产品的加工质量，提高工艺过程效率的工艺装备，但同时也是机床的辅助装置，近年来，随着先进制造技术的发展，新型机床的出现，夹具的设计、制造也产生了很大的变化。现代科学技术的高速发展和社会需求的不断变化，使得多品种，中小批量生产逐渐占优势，因此，在大批量生产中有着长足优势的专用夹具逐渐暴露出它的不足，因而为适应多品种、中小批量生发展了组合夹具、通用可调夹具和成组夹具，由于数控技术的发展，数控机床在机械制造工程中有了广泛的应用，数控机床夹具也随之发展起来，并在现代机床夹具中占有了一定的地位。现代机床夹具虽然各具特色，但它们的定位、夹紧的原理以及组成都是和传统夹具相同的。夹具组成和工作原理：夹具主要有定位元件、夹紧元件和装置、对刀及导向元件、夹具体和连接元件组成。夹具就是用来装夹工件的，装夹就是将工件在机床和夹具中进行定位和夹紧的过程，定位是为了确定工件在机床或夹具中的正确位置，夹紧是为了定位后将工件压紧、夹牢，是其在加工过程中保持定位位置的不变，这样工件在切削力、重力、离心力、和惯性力的作用下就能保证定位时所获得位置不变。2专题正文2.1固定夹具和随行夹具在自动线上的应用自动线夹具的种类主要有固定夹具和随行夹具两大类。1、固定夹具用于工件直接运输的生产自动线上，通常要求工件具有良好的定位和输送基面，例如箱体零件、轴承环等。这类夹具和一般机车夹具相似，在结构上具有自动定位、夹紧装置，设计原则上应保证工件输送方便，夹紧、定位可靠与切屑的顺利排除。2、随行夹具 随行夹具用于工件间接输送的自动线，主要适用于工件形状复杂、没有合适的输送基面，或者随有合适的输送基面，但属于易磨损的非铸材料工件，使用随行夹具可以避免表面划伤与磨损。工件装在随行夹具上，自动线的输送机构带着随行夹具依次输送到自动线的各个加工位置上，各个加工位置的机床的上都有一个相同的机床夹具来定位和夹紧该随行夹具，所以，自动线上应有许多随行夹具在机床的加工位置上进行加工，另有一些要进入装卸工位，卸下加工好的工件，装好待加工的毛坯件，这些随行夹具也等待送入机床工作位置进行加工的指令，就这样不停地循环工作。随行夹具在自动线上的输送和返回系统是生产自动线设计的一个十分重要的环节，随行夹具的返回方式有垂直下方返回，垂直上方返回、斜上方或斜下方和水平返回方式。根据随行夹具的尺寸、返回系统的占地面积、输送装置的复杂程度操作、和机床刚性等因素来选择不同的随行夹具的返回系统。图（1）是垂直上方返回的系统图。图（1）随行夹具的垂直返回系统其中1、随行夹具 2、随行夹具输送器 3、7、升降台 4、推杆 5、倾斜返回轨道6、限位器。如图（2）所示为活塞加工自动线的随行夹具，工件以止口端面和两半圆定位在随行夹具1的环形布置的10个定位块6和定位销2、4上定位，但不夹紧。待随行夹具到达加工位置时，将工件和随行夹具一起夹紧在机床夹具上。随行夹具上的T型槽在T型输送轨道上移动，到达加工位置时，机床夹具的定位销插入随行夹具的定位套5的孔中实现定心，盖板3防止切屑落入定位孔中。采用这种夹紧方法必须保证工件在随行夹具的运送过程中不出现任何位移。图（2）活塞加工自动线上的随行夹具1、随行夹具2、4、定位销5、定位套6、定位块由于随行夹具在生产自动线中不断地流动，因此在随行夹具中大多采用螺旋夹紧机构来夹紧工件，因为螺旋夹紧机构自锁性能好，在随行夹具的输送过程中不容易松动。而随行夹具在机床夹具常采用“一面两孔”的定位方式，利用随行夹具的周边进行夹紧。随行夹具的底面既是定位基面又是输送基面。所以必须有一定的耐磨性以保证定位准确，并能长久地保持精度。随行夹具在自动线上循环输送，它同时也带着切屑和切削液进入各个加工位置，因而也影响了随行夹具的精确定位，所以必要采取一定的防护措施，常在自动线末端或返回输送带上设置清洗工位。随行夹具多采用“一面两孔”的统一定位方法，又需要成批制造，因此实现随行夹具的结构的通用化有十分重要的意义，但自动线加工对象各不相同，要使整个随行夹具的结构通用化困难较大，为此可以将随行夹具分为通用底板和专用结构两部分。这样不但使随行夹具结构通用化，而且也使自动线的机床夹具、随行夹具的输送装置结构通用化，从而提高整个自动线的通用化程度，缩短自动线的设计制造周期，降低制造成本。2.2组合夹具的应用 组合夹具在夹具元件高度标准化、通用化、系列化的基础上发展起来的一种夹具。这种夹具我国是从20世纪50年代后期开始使用的，到60年代得到了发展。组合夹具由一套预先制造好的，具有各种形状、功用、规格、和系列尺寸的标准元件和组件组成，如基础件、支承件、定位件、导向件、压紧件、紧固件等。根据工件的加工要求，利用这些标准元件和组件组装成不同的夹具。图三是钻斜孔的组合夹具，其中图a是工件，在其上钻3斜孔。工件以背面在支承件上定位，底面则支承在一定位销和一定盘上。根据斜角要图（3）a工件图图（3）b 钻斜孔组合夹具1、基础件2、支承件3、定位件4、导向减5、压紧件6、紧固件求，按正弦定理可以计算出定位销轴线和定位盘轴线间的垂直与水平距离尺寸，工件右端则由挡销定位。斜孔加工需要有确定钻摸板上钻套轴线位置的工艺孔，在此组合夹具中可利用定位盘兼作工艺辅助基准，计算出定位盘轴线到钻套轴线的水平距离尺寸。按此尺寸要求调整钻模板，即可保证斜孔轴线47和18两个位置尺寸。 对多品种、中小批量生产，使用专用夹具是不经济的。但对一些加工质量要求高的关键零件，不采用夹具又难以保证加工质量，采用组合家具就可以解决这一问题，特别是对于新产品试制和产品对象经常变换不定的生产，采用组合夹具不会因试制后产品改型或加工对象变换造成原来使用的夹具报废。采用组合夹具即能保证产品加工质量，提高效率，又能节约使用夹具的费用，充分发挥了组合夹具的优势。由于夹具设计、制造劳动量在整个生产准备工作中占有较大的比例。采用组合夹具后不需要专门的设计制造夹具，节约了设计和制造夹具所需要的工时、材料和制造费用，缩短了生产准备周期。2.3通用可调夹具和成组夹具的应用 专用夹具和组合夹具各有优缺点，如果将这两种夹具的优势结合起来，既能发挥专用夹具精度高的优点，又能发挥组合夹具成本低的特点，这就发展了通用可调夹具。其原理是通过调节或更换装在通用底座上的某些可调节或可更换元件，以装夹多种不同类的夹具的工件；而成组夹具则是根据成组工艺的原则，针对一组相似零件而设计的有通用底座和可调节或可更换元件的夹具。从结构上看二者十分相似，都具有通用底座固定部分和和可调节和更换部分，但是二者的设计原则不同。在设计时通用可调夹具的应用对象不明确，只提出了一个大概的加工规格和范围；而成组夹具是根据成组工艺，针对某一零件的加工而设计的，它的应用对象是十分明确的。如图4-57是通用可调铣床夹具的可换前口的调整图，其通用底座可以固定在铣床的工作台上，而钳口可以根据不同的加工要求进行设计和更换。2.4夹具在数控机床上的应用 数控机床的特点是在加工时，机床、刀具、夹具和工件之间应有严格的坐标位置，所以数控机床夹具在机床上应相对数控机床的坐标原点具有严格的坐标位置，以保证所装夹的工件处于规定的坐标位置上。为此数控机床夹具常采用网格状的固定基础板，并将它长期固定在数控机床的工作台上，板上加工出有准确孔心距位置的一组定位孔和一组紧固螺孔，它们成网络分布。网络基础板预先调整好相对数控机床的坐标位置。利用基础板上的定位孔可以安装各种夹具，当加工零件的对象发生变化时，只需要改变网络板上的相应的夹具就可以了。生产中也经常常立方固定基础板。它安装在数控机床工作台的转台上，其四面都有分布的定位孔和紧固螺孔，上面可安装各类夹具的底版。当加工对象变换时，只需转台转位，便可以迅速转换到加工新的零件用的夹具上，十分方便。数控机床的夹紧装置要求结构简单紧凑、体积小、采用机动夹紧方式，以满足数控加工的要求。近十年来国内外常采用高压（10-25MPa）小流量液压夹紧系统，由于压力较高，可省去中间增力机构。工件液压采用小直径（10-50mm）单作用液压缸，结构紧凑，而零部件设计成单元式结构，在夹具底座上变换安装位置十分容易。数控机床夹具实质上是通用可调夹具和组合夹具的结合和发展，它的固定基础板部分和可换部分的组合是通用可调夹具组成原理的应用，而它的元件和组件高度标准化和组合化，又是组合夹具标准元件的演变和发展。3结束语总之，现代工程技术中所经常使用的夹具逐渐向着 标准化、可调化、组合化、精密化、模块化、高效自动化的方向发展着，但是在定位、夹紧以及组成原理等方面和常用的普通夹具是没有什么差别的。4 经济性与资源分析经济性是机械产品的一个重要指标之一，在产品产品的整个生命周期内，包括原材料制备、设计、制造、包装、运输、使用、回收或再生过程，都应该始终贯彻经济性原则，尽量地节约能源和资源，降低生产成本，提高劳动省生产率。在该夹具的设计过程中，在满足夹具使用要求的前提下，充分地考虑了夹具的经济性，利用了现有的资源，主要体现在以下几个方面。（1）合理地选择了各部分零件的材料，充分地发挥了它们的性能。以不至于大材小用，造成材料的浪费。如夹具底座比较大，形状复杂，要求精度高，加工比较困难，选用铸铁材料20-40。因为铸铁可以研磨角度面，达到要求精度；铸铁材料的刚性比较好，还可以吸收拉削过程中产生的震动。分度销主要承受剪切力，所以材料选用40Cr，热处理HRC33-38,韧性好。（2）夹具整体结构尽量紧凑、合理。为保障零件的加工精度，提高生产效率，在夹具上设计了很多辅助机构，在夹具的设计过程中，对这些辅助机构作了合理的布局，把它们放在合理的位置，避免了整个夹具的体积庞大，造成资源的浪费。并且该夹具的分度和夹紧机构均采用了液压机构，有行程开关控制，降低了工人的劳动强度，提高了生产率，而且便于实现自动化。（3）在加工设备的选择时，在能满足加工要求的条件下 选用了现有的卧式拉床L6120、移动安装座及辅助液压系统，其中移动安装座起到了连接拉床和夹具的作用，相当于转接头，更有利于夹具的安装。（4）尽量把夹具中部件模块化，以节约资源，扩大夹具的适用范围，更有利于以后的回收、利用。在该夹具的分度装置的设计过程中，将分度装置设计成端齿盘和分度盘两部分，一方面是为了便于加工，另一方面是为了扩大夹具的适用范围，如在拉削53个榫槽的发动机涡轮盘时，就可以将分度盘换成53个分度销的分度盘，在调整部分辅助装置的位置就可以了。参考文献1 狄瑞春、潘晓红主编.机械制造工艺学.浙江大学出版社.2004：175-2092 华茂发主编.机械制造技术.机械工业出版社.2004：298-3053 寒秋实主编.机械制造技术基础.机械工业出版社.2005：142-3224 王先奎主编.机械制造工艺学.机械工业出版社.2003：90-1575 王隆太主编.先进制造技术.机械工业出版社.2003：112-156附录1中文译文柔性制造系统介绍对制造系统和先进的制造业的技术的讨论，对定义制造系统这一术语是用的。一个制造系统可以被定义为一系列的把原材料转换成有用的形式和最终产品的增值的制造过程。柔性是现代制造业的一个重要特性， 它的意思就是制造系统的工艺范围广、适应生产的能力强 ,有时候也能相对地提高生产率。柔性制造系统能很快地调整生产线以适应不同零件的加工。柔性制造系统是由一个或一组机床，在计算机控制系统和自动化物料运储系统的协调控制下工作的。之所以把它叫做一个柔性制造系统，是因为在计算机控制下，这个系统能够根据零件的不同进行多样性、广泛地调整。典型的FMS包括: 处理设备,例如：机床、工作站、和机械手 物料运储设备,例如：机械手、运送装置和 AGVs(自动导向运输装置) 一个交换系统 一个计算机控制系统柔性制造系统业主要向着集成制造的目标发展。 它包括自动制造过程的集成， 在柔性制造业系统, 那些数控机床 (例如 ,车床,钻床)和自动化的物料运储系统经由计算机网络控制系统进行共享和及时的协调。 这就是一个小规模的集成。柔性制造业系统向着能够完全集成的制造目标逐步形成了一些自动化制造的观念: 计算机对机床的数字控制 (CNC) 分配数字控制制造系统 (DNC) 自动物料运储系统 成组技术 (部份的组合)当这些自动化程序，将机器和人的思想进行集成在一起成为一个系统，带来了这些自动化的过程，这就是FMS结果。 人和计算机是FMS的主要的角色。当然，在这个系统中人的劳动量要比用手工操作的制造系统少的多。 但是人仍然在FMS 的操作中扮演着一个重要的角色。 人所从事的工作主要包括以下几项: 修理和维护设备 工具更换和安装 装载和卸货系统 数据输入 部分计划变更 计划的实施柔性制造系统的设备 , 像所有的制造业的设备一样,也一定能被检测出严重的故障, 和被破坏。当有问题被发现的时候,一个人修理时必须认清楚它的来源，并且能够制定解决问题的措施。 人也可以根据那些制定的措施来维修那些发生故障的设备。 即使是所有的系统都能正常的运作,也必须进行周期的维护工作。操作员应也能够调整机器和工具, 并且给工作系统配置必需品。 增加工具能提高 FMS的能力, 但是不能除去人在工具变更中的作用。 FMS的装载和卸货是相同的。 一但原材料已经被载入自动化物料运储系统,它将以被规定的方式由系统控制运动。 但是,在完成的产品卸货之前进行新材料的的载入。人和那些计算机的也是相互作用的，人必须通过计算机来控制 FMS 的程序。当再重新配置 FMS， 生产另外类型的零件的时候 , 他们也必须改变原来的程序。人在FMS 中扮演着小而且重要的角色，但是这个角色在关键时候仍然是十分重要的。在 FMS 的所有控制系统都是由计算机提供。 个别的机床在 FMS 里面被 CNC 控制。 全部的系统被 DNC 控制。自动化物料运储系统就象数据收集、系统监听、工具控制和交通控制的其他功能一样,也是用计算机来控制的,人/ 计算机的相互作用这就是 FMS 的柔性。一、 柔性制造业的发展历史柔性制造业最初是有英国的莫林公司在 1960 年提出的, 24小时无人值守自动运行 。 这个24小时的无人值守的系统就是真正的 FMS 。但是,由于自动化，集成化和计算机控制技术仍未发展到可以能够支撑系统, 所以它一开始就有很多局限性。 首先FMS 是在支撑系统发展完善的时间之前发展的。它发展到最后被丢弃也是再所难免的。在1960年到1970年间，柔性制造业的概念还只是存在与一些大学里。 然而，在 1970年后期和 1980年早期由于复杂的计算机控制技术的出现，柔性制造业发展迅速的概念。 在美国柔性制造业主要使用者在汽车，卡车和发动机的制造业中。二、柔性制造业的原理在生产制造过程中制造的生产率和柔性之间总是存在着一定的不协调的关系。 一方面是生产线中有很高的生产率, 但是柔性非常低。另一方面是独立的 CNC 虽然生产率低，但是能提供最大的柔性, 但是有能力的机器。 在这两方面之间是柔性制造业发展最合适的方面。当仍然维持柔性制造的情况下，能够制造出在保持较高生产率，在以上两方面总折中的制造系统制造吗？生产线能够以高的生产率生产大量的零件。 这种生产需要采取很多的装备, 但是可以把这些大量的设备的相同的部分关掉。 它的主要缺点就是在任何一个部份中，哪怕甚至十分小的设计的变化也能够引起整个的生产线的停工或者是重新再配置。 这样的生产线最主要的弱点就是在没有宝贵的时间进行重新配置的情况下，不能够生产制造同一部机械的各个不同的部份的零件。传统地CNC机床已经开始用来生产那些在设计中微不足道的各种不同的的部份零件。因为这些设备可能被很快地就被重新调整、规划，以适应较小的或是甚至更主要的设计的改变 , 所以这些机床对这一个目的是十分理想的。 但是，这些机车设备不能够独立地或以较高的生产率来生产体积大零件。FMS能够生产体积大的和生产率高而优越于独立的CNC机床。 虽然这些机床和柔性十分不相配，但是它们也是闭合的。对于柔性制造系统特别地重要的、大概是最集中的能力就是在现在的生产制造形式下，能够以很高的生产率、很大的柔性，为了生产另外的零件或产品快速地重新配置生产设备。柔性制造业就填充这一持续很久的制造业的空缺。柔性制造业凭借自己的特有的能力，给生产者带来了很多的便利: 柔性可以加工一系列的零件 加工零件的任意性 同时制造不同的零件 减少装备时间和调试时间 高效率地应用机床 减少直接的和间接的劳动成本 能够对不同的材料进行识别处理 如果一部机床损坏，不影响零件的制造三、柔性制造系统组成FMS 主要有四个部分来组成: 机床工具 控制系统 材料处理系统 操作人员1.机床工具一个柔性制造系统和任何其他的制造业的系统一样，使用的是同一类型的机床工具,它们是自动化或用手操作的，用工具工作。这些机床包括车床，磨床，钻床 , 锯床, 等。 在 FMS 中所使用的机床的类型实际上是靠这些机床各自的用途来设定的，一些 FMS 需要被设计成符合定义明确要求的特性。在这些情况下，包括在系统中的机床的操作计划都是必须的。 一个这样的系统就是一个能够很好提供服务的系统。在一个车间的配置设定中,真实的请求不能被及时地识别任何其他的设定，或一定必然要有很高的可靠性、可能性, 机器系统会至少能够包含标准的制造业的操作。这样的系统就是一个用途一般的系统。2.控制系统控制系统是为FMS的其它系统提供了许多的不同控制功能: 规划零件的运储和分配 控制和监听工作流程 控制加工过程 系统/工具控制/监听在FMS的控制系统中运行的计算机控制区域能够对任何一个FMS的部分的所有的活动进行控制和检测。FMS 控制软件是相当复杂和烦琐的，因为它必须同时地执行许多不同的任务。不管曾经在这一区域中实行的什么样的研究,都没有和FMS软件一样的设计方案功能和结构。调度程序功能包括计划该如何生成FMS的命令通用的容量,考虑机床工具的现在工作状态，工作进程,工作工具,工作夹具,等等。 行程能够自动地安排，也可能在一个操作员的协助下进行工作。 也有很多FMS的控制系统是联合自动机械和手工操作员操作的。发送功能包括实行程序调度和协调车间内各部分的动作，也就是说 , 能够决定何时何地传送一个货盘, 什么时候该开始在在加工中心中处理, 等等。监视器的功能与监听工作进展 , 机器状态 , 警报信息等等, 有关系,而且能够给调度进程和发送者提供输入所产生各种不同的制造报告和警报信息。系统里面处理部份原料的运输由一个传送控制模块来管理。 用多点控制的运输工具由一个 AGV 系统控制,控制逻辑就变的相当地复杂，并成为FMS控制软件的一个十分重要的部份。当在载入区域的部分为它收集做好准备时， 在一个终端机中的一个装载/ 卸载模块能够在载入区域分别告知操作者进入到系统，并且使他或她能够更新控制系统的状态。一个储存控制模块能够中保留一个部份被储存的帐户在AS/RS 中的精确位置。 工具管理模块维持所有的有关工具的账户数据的并保持工具在FMS中的真实的位置。工具管理模块能够管理远远胜过正常的数目，而且此外，模块还能控制工具的准备和流程。 DNC 功能是在生产车间中为FMS控制程序和工作机床和各种装置之间提供接口技术。对 FMS来说， 生产车间的装备中DNC功能和作用是很重要的; 一个功能齐全的DNC通过通信的条款能够控制在远处的机械的请求。关于以前的DNC 讨论的片段)事实上有很多机器工具的制造商已经发展了专有的通信条款， 这些条款是很复杂的，因为在FMS中包含中很多设备的的发展和集成。 除此之外，那些多设备的物理的集成实际上是十分困难的；举例来说，在托盘中各种各样的装载/ 卸载的机械装置都是应用很复杂的机械工具，它们来自各种不同的生产厂商。因此，仅仅可取的方法就是从主要的机械工具制造商中购买一个比较接近用具的关键系统，工具购买实现 FMS 的唯一适当的方式要购买来自主要的工作母机制造业者之一的一个关键系统。这个系统必须是可靠的和能很好地进行测试，并且应该由多个厂商负责帮助这个系统进行故障的处理。3.物料运储系统自动化的物料运储系统的是一个的能够协助独立的 CNC 机床形成一组，并加入到全面的 FMS 之内的基本的成分。系统必须能让那些安装在托盘上的工件从一个工作站移动到另外一个工作站上。当工件等待着去一个指定的工作站被处理的时候，这个系统必须尽可能地给它提供适当的位置。物料运储系统必须能够卸载在工作站上的工件，并且能够装载另外一个运输到下一个工作站上的零件。它还必须能够适应计算机的控制，并且完全地与柔性制造系统中的其他的成分相容。最后， 在FMS中物料运储系统必须能够承受车间的严格环境。 一些 FMSs 配置的自动化引导小车(AGVs)，如物料运储就是一个重要的方法。在FMS中自动储存和取回系统 (AS/RS) 常常集合在一起的。 这使系统能在无人操纵的情况下正常地运行，降低了劳动强度。在白天班将那些未加工的零件固定在货盘中，载入系统并且储存的AS/RS中，等待着机器可能的需要时的命令。当工序完成的时候, 运输机就把零件运回到AS/RS，在AS/RS里等待下一个工序或者被从 FMS 被卸载，FMSs 的完全无人值守的操作非常少见的；在大部份的情形下一或较多的操作员将会总是不在长场的, 他们很少在重要的情形下干涉系统，(这个被计算机控制系统正常地自动地工作 ) ，但是系统能够纠正那些较小的错误，并且能让系统高的效率运行。 4. 人类的操作员FMS 的最后成分是人的成分。 虽然柔性制造的观念是尽量减少制造过程中人的参与次数,但是它还不能完全不用人参与。而且,人在柔性制造业中所扮演的角色仍然是十分重要的。包括规划,操作,监听,控制,和维护系统。2.3.4 制造控制阶层的性质当描述和讨论制造控制和在先进制造系统自动化工厂中应用 FMS 和 CIM( 计算机整合的制造业 ) 技术的时候，它对于安排许多计划和在透视阶层的控制活动是很方便的,全部的策略计划在顶部，和制造程序的操作控制在底部。那两个最重要的组织，NBS( 国家标准局 )现在被叫做NIST( 国家标准和技术的学会 ) ，美国的(NBS模型) 和 ISO( 国际的标准化组织 ),提议为先进的制造系统的控制水平的定义了一个国际的标准( ISO- 模型 )。 NBS模型识别五个层次，即工厂层，车间层，单元层、工作站和设备层。 ISO- 模型增加了一层，在它的模型中包括六个层次，即企业，工厂层/制造厂，部分层/区域，车间层，工作站，设备层。这些阶层的模型在计划和执行计算机集成制造系统中主要地被当作叁考的框架使用，但是他们也是可适用于讨论生产计划和大概的控制活动。这对讨论制造业的控制水平的定义是有关系的，因为在文学和商业产品的描述中常常会用到一些自动化工厂的专业术语。不同的级的典型的工作和职务在如下列各项:1)企业控制包括全部的企业的战略计划。 这是产品的需求计划，市场策略 , 和区分企业内部的各分区的工作。 制造业控制被运用在企业的标准，就是负责的完成企业的使命; 这些年来规划的水平在应用中得到了衡量，并没有常常发生变化。2)设备控制负责实现企业策略。 它在制造设备控制和运行方面有这样的功能例如加工制造和产品工程学，数据管理和其他的长期活动。3)区域控制负责在车间内的资源配置和制造的协调。 这一个典型的操作控制水平能够在好几个天或数个星期维持同一个状态。 这一个层也经常被称为命 车间层 ，“车间控制层”术语包括区域控制和下一层的控制，在美国的著作中，车间控制经常被称为 制造活动控制 ,在 柔性制造系统中FMS控制软件将会对区域实行控制。4)单元控制负责在制造单元里工作站间的作业调度。这包括资源分配, 作业指令的发放，工作路线的确定,分配给个别的工作站 , 对工作和工作站的工作情况的监听。5)工作站控制负责协调工作站上被实行运行分配到工作站的一个工作,这一个功能操作可以在几秒到几小时的时间内完成6)设备层是在一部机器上执行具体的工作。 在一个工作机床上，这一层的特点是局部地的控制机床的主轴速度 , 冷却等等。附录2外文文献Flexible Manufacturing SystemAs an introduction to the subsequent discussions of production system and advanced manufacturing technologies it is useful to present a definition of the term manufacturing system .A manufacturing system can be defined as a series of value-adding manufacturing processes converting the raw materials into more useful forms and eventually finished products.In the modern manufacturing setting，flexibility is an important characteristic It means that a manufacturing system is versatile and adaptable ,while also capable of handing relatively high production runs. A flexible manufacturing system is quickly modified to produce a completely different line of parts.A flexible manufacturing is an individual machine or group of machines served by an automated materials handing system that is computer controlled and has a tool handing capability .Because of its tool handing capability and computer control, such a system can be continually reconfigured to manufacture a wide variety of parts. This is why it is called a flexible manufacturing system.A FMS typically encompasses: Process equipment e.g., machine tools, assembly stations, and robots Material handing equipment e.g. , robots, conveyors, and AGVs(automated guided vehicles) A communication system A computer control systemFlexible manufacturing represents major step toward the goal of fully integrated manufacturing. It involves integration of automated production process. In flexible manufacturing, the automated manufacturing machine (i.e. ,lathe mill, drill) and the automated materials handing system share instantaneous communication via a computer network.Flexible manufacturing tales a major step toward the goal of fully integrated manufacturing by integrating several automated manufacturing concepts: Computer numerical control (CNC) of individual machine tools Distributed numerical control (DNC) of manufacturing system Automated materials handing systems Group technology (families of parts) When these automated processes, machine, and concepts are brought together in one integrated system, an FMS is the result. Humans and computers play major roles in an FMS. The amount of human labor is much less than with a manually operated manufacturing system, of course. However, humans still play a vital role in the operation of an FMS. Human tasks include the following: Equipment troubleshooting maintenance, and repair Tool changing and setup Loading and unloading the system Data input Changing of parts programs Development of programs Flexible manufacturing system equipment, like all manufacturing equipment, must be monitored for bugs, malfunctions, and breakdowns. When a problem is discovered, a human troubleshooter must identify its source and prescribe corrective measures. Humans also undertake the prescribed measures to repair the malfunctioning equipment. Even when all system are properly functioning, periodic maintenance is necessary.Human operators also set up machines, change tools, and reconfigure systems as necessary. The tool handing capability of an FMS increases, but does not eliminate human involvement in tool changing and setup. The same is true of loading and unloading the FMS. Once raw material has been loaded onto the automated materials handing system, it is moved through the system in the prescribed manner. However, the original loading onto the unloading of finished products.Humans are also needed for interaction with the computer .Humans develop part programs that control the FMS via computer .They also change the programs as necessary when reconfiguring the FMS to produce another type of part or parts .Humans play less lab