现代制造技术 柔性制造技术

1、第6章 柔性(ru xn)制造技术 柔性制造技术概述 柔性制造技术的加工系统 FMS的物料(w lio)运储系统 FMS刀具管理系统 FMS的控制系统 主要内容：7/29/20221现代制造技术共六十八页第1节 柔性制造技术(jsh)概述 柔性(ru xn)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。 1. 柔性制造技术与柔性制造系统 柔性制造系统 （FMS）是数控机床或设备自动化的延伸，FMS的一般定义可以用以下三方面来概括；FMS是一个计算机控制

2、的生产系统；系统采用半独立的NC机床；这些机床通过物料输送系统联成一体。其中，数控机床提供灵活的加工工艺，物料输送系统将数控机床互相联系起来，计算机则不断对设备的动作进行监控、检测，同时提供控制指令并进行工程记录，还可通过仿真来预示系统各部件的行为。 柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。7/29/20222现代制造技术共六十八页 2. 柔性制造系统的分类(fn li) (1) 柔性制造单元( FMCFlexible Manufacturing Cell） 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。 FMC比MC功能全，比FMS规模小可靠，便于连成功能可扩展的

3、FMS。 (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(npi)及工况监测。 7/29/20223现代制造技术共六十八页 (3) 柔性制造生产线(FML-Flexible Manufacturing Line)是在已有的传统组合机床及其自动线基础上发展起来的，用计算机控制管理，保留了组合机床模块结构和高效特点，又加入了数控技术的有限柔性。它将FMS中的各机床按工艺过程(guchng)布局,构成既具有生产节拍, 又具有可变性的加工生

4、产线,是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。7/29/20224现代制造(zhzo)技术共六十八页 (4) 柔性制造工厂(FMF)又可称为工厂自动化(FA)。它是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行有机地联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它也包括(boku)了计算机辅助设计(CAD)、计算机辅助制造(CAM)，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际使用，实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料储运过程的全盘自动化。FMF是自动化的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制

5、物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现生产系统柔性化及自动化，进而实现工厂柔性化及自动化。 7/29/20225现代制造(zhzo)技术共六十八页 3.柔性制造系统的组成(z chn)柔性制造系统加工(ji gng)系统运储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含两台以上数控机床、加工中心或柔性制造单元及其他加工设备，如测量机、清洗机、动平衡机等，用以自动完成多种工序加工 含传送带、小车、机器人、立体仓库、刀库、托盘、交换工作台等机构，能对刀具、工件和原材料等进行自动装卸和运储 实现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

6、理，运行仿真及故障诊断等软件系统计划调度软件设计规划软件过程分析软件管理监控软件用以确保FMS有效地适应中、小批量多品种生产过程的管理、控制及优化工作 7/29/20226现代制造技术共六十八页 柔性制造系统的组成(z chn)示意图 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7/29/20227现代(xindi)制造技术共六十八页 以GT(成组技术）为基础(jch) 4.柔性制造系统特点(tdin)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

7、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 控制与管理相结合可自动实现系统内的计划、调度7/29/20228现代制造技术共六十八页5.柔性制造系统的适用范围0 10 100 1000 少 零件(ln jin)品种数 多10000100010010大 零件(ln jin)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7/29/20229现代制造技术共六十八页1. 加

8、工(ji gng)系统中常用的加工(ji gng)设备 常用加工设备主要类型如下: 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(wnnng)、五面体、复合）加工中心。第2节 柔性制造技术的加工系统 FMS是一个计算机化的自动制造系统，能以最少的人工干预加工任一范围零件族的零件。因此，FMS的加工系统主要由数控机床、加工中心等加工设备(有的还带有工件清洗、在线检测等辅助设备)构成，系统中的加工设备在工件、刀具和控制三个方面都具有可与其他子系统相连接的标准接口。 7/29/2

9、02210现代制造技术共六十八页 如图所示加工中心是典型的适应FMS需要的加工中心机床。它由主轴头1、换刀机构和刀库2、立柱3、立柱底座4、回转工作台5、工作台底座6等部分组成，具有自动(zdng)换刀、刀具半径和长度自动(zdng)补偿等功能。卧式加工(ji gng)中心1主轴头；2刀库；3立柱；4立柱底座；5工作台；6工作台底座7/29/202211现代制造技术共六十八页 下图为一台车削加工(ji gng)中心，在机床的右端有一个小刀库1；上端有换刀机械手3，用于回转刀架2与刀库刀具的交换；机床左端配备一个上、下工件的机械手4，工件存放在机床左前方的存储站5内。7/29/202212现代制

10、造(zhzo)技术共六十八页 在FMS加工(ji gng)系统中还有一类加工(ji gng)中心，它们配有一个储存工件的托盘站和自动工件交换台，如图示。当加工(ji gng)中心1 加工(ji gng)完一个工件后，托盘交换装置5便将加工(ji gng)完的工件连同托盘2一起拖至环形工件台4的空闲位置，然后按指令将下一个待加工(ji gng)的工件(托盘)转到交换装置上，由托盘交换装置将它送到机床上进行定位夹紧和加工(ji gng)。柔性制造(zhzo)单元 1加工中心机床；2托盘；3托盘座；4环形工作台；5托盘交换装置7/29/202213现代制造技术共六十八页2.FMS加工系统的机床(jc

11、hung)配置（1）FMS的加工对象及所配机床类型 1) 棱柱体类（包括箱体形(txng)、平板形） 2) 回转体类（长轴形、盘套形） 对加工系统而言,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。 加工系统的结构形式以及所配置的机床的数量、规格、类型取决于工件的形状、尺寸和精度要求，同时也取决于生产的批量及加工自动化程度。 7/29/202214现代制造技术共六十八页当所选定零件(ln jin)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

12、够的相同型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。（2）机床(jchung)配置形式: 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。7/29/202215现代制造技术共六十八页 机床配置形式与特征(tzhng)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:配置形式(xngsh)取决于机床功能、FMS的物料流和信息流，而非取决于设备的物理布局。 7/29/2022

13、16现代制造技术共六十八页 3. FMS加工(ji gng)系统的辅具及自动上、下料装置 （1）机床(jchung)夹具 由于FMS所加工的零件类型多，其夹具的结构种类也多种多样。一台好的夹具应能实现一次装夹便可完成所有部位的加工，减少装夹定位次数，避免不必要的累积误差.目前，用于FMS的夹具有两个发展趋势，其一是大量使用组合夹具，可针对不同的服务对象快速拼装出所需要的夹具，使夹具的重复利用率提高；其二是开发柔性夹具，使一台夹具能为多个对象服务.图示为德国斯图加特大学机床研究所利用双向旋转原理所研制的柔性夹具。1液压缸； 2夹紧元件3支撑元件； 4定位元件7/29/202217现代制造技术共六

14、十八页 （2）托盘(tupn) 在FMS中，工件一般安装在夹具上，而夹具又被安装在托盘上,因而托盘是工件和夹具的承载体。当工件在机床上加工时,托盘成为机床工作台并支撑工件；运输时, 托盘又承载着工件和夹具在机床之间进行传送。从某种意义上说,托盘是一种工件和机床之间的硬件接口。因此,在同一个FMS之间的所有机床,不管(bgun)各自的形式如何,都必须采用这种统一的接口, 使各台机床连接成为一个整体系统,这就要求系统中的所有托盘采用同一种结构形式。 托盘结构有箱式、板式等。托盘的上表面有便于工件安装的T型槽、矩阵螺孔，下表面有供在机床工作台上定位的基面和输送基面，其在机床工作台上定位通常是采用锥面

15、定位。7/29/202218现代制造技术共六十八页（3）自动(zdng)上、下料装置 自动上、下料装置是指机床与托盘站之间工件托盘的装卸装备，加工中心中最常见的自动上、下料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et ChangerAPC）,它不仅是加工系统(xtng)与物流系统(xtng)间的工件输送接口，还可作为工件的暂时储存器，当系统阻塞时起到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。 7/29/202219现代制造技术共六十八页 下图是多托盘的往复式托盘交换器。它由托盘库和托盘交换器组成，托盘库可以存放五个托盘。当机床(jchung)加工完后，工作台横

16、向移动到卸料位置，将加工好的工件及其托盘移至托盘库的空位上；然后工作台横移至装料位置，托盘交换器再将待加工的工件移至工作台上。由于设置了托盘交换器，工件的装卸时间得到了大幅度的缩减。7/29/202220现代(xindi)制造技术共六十八页4.加工(ji gng)系统的监控 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

17、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(ynxng)状态 切削加工状态 产品质量状态7/29/202221现代制造技术共六十八页第3节 FMS的物料(w lio)运储系统 物流是FMS中物料(w lio)流动的总称。在FMS中流动的物料(w lio)主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。 物料运储系统又称物流系统,主要完成两种工作：一是将零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬进系统并将加工好的成品及工具换下来从系统中搬运走；二是零件、工具和配套件等在系统内部的搬运和存储。在一般情况下前者需要人工干预，而后者可以在计

18、算机的统一管理和控制下自动完成。合理地选择FMS的物料运储系统，可以大大减少物料的运送时间，提高整个制造系统的柔性和效率。 7/29/202222现代制造技术共六十八页1. FMS的物料运储系统(xtng)的组成主要由:运输装置储存装置(zhungzh)等组成。7/29/202223现代制造技术共六十八页(1)运输装置 运输装置分类(fn li)如下:辊式链式（输送带由于柔性差，目前较少使用）带式有轨无轨（AGV）固定路线随机路线电磁式光电式输送带运输小车机器人固定式机器人行走式机器人7/29/202224现代制造(zhzo)技术共六十八页1)输送带 用于工件或工件托盘的输送，输送带分为动力型

19、 和无动力型；从结构方式(fngsh)上分有辊式、链式、带 式之分；从空间位置和输送物料的方式上分又有 台式和悬挂式之分。 辊式 链式 带式7/29/202225现代制造(zhzo)技术共六十八页 2) 自动运输小车 有轨小车-所谓有轨是指有地面或空间的机械式导向轨道。分地面有轨小车和高架有轨小车。也可有自驱和它驱两种形式。自驱由交直流伺服电机驱动，它驱由外部链索牵引。有轨小车特点是加速移动比较快，适合运送重型工件，行走平稳，停车位置比较准确，控制系统(kn zh x tn)较简单，可靠性好，成本低，行走路线不能变更，噪声大； 7/29/202226现代制造(zhzo)技术共六十八页 无轨小车

20、-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。自动导向小车无人驾驶，以蓄电瓶驱动物料搬运设备，其行驶路线和停靠位置是可编程的。由运输小车、地下(dxi)电缆、控制器组成。行走路线分直线、分支、环路或网状。小车上设有托盘交换装置和安全防护装置. 7/29/202227现代(xindi)制造技术共六十八页 3) 搬运机器人 搬运机器人是FMS中非常重要的一种设备，由于它具有较高的柔性(ru xn)和较强的控制水平，因而已成为FMS中不可缺

21、少的部分。 除了上述三种常用的物料运载装置之外，在FMS中往往还采用如支架式起重机、物料叉车等物料运送工具。 自动化物料储运设备的选择与生产系统的布局和运行直接相关，要与生产流程和生产设备类型相适应，它对生产系统的生产效率、复杂程度、资金占用和经济效果都有较大的影响。7/29/202228现代(xindi)制造技术共六十八页（2）物料(w lio)存储设备 1）工件装卸站 工件装卸站设在FMS的入口处，用于完成工件的装卸工作。由于装卸操作比较复杂，通常由人工完成对毛坯和待加工零件的装卸。为了方便工件的传送以及在各台机床上进行准确的定位(dngwi)和夹紧，通常先将工件夹紧在专用的夹具中，然后再

22、将夹具夹持在托盘上，这样，完成装夹的工件将与夹具和托盘组合成为一个整体在系统中进行传送。 2）托盘缓冲站 托盘缓冲站是一种待加工零件的中间存储站，也称为托盘站。由于FMS不可能像单一的流水线/自动线那样达到各机床工作站的节拍完全相等，因而避免不了会产生加工工作站前的排队现象，托盘缓冲站正是为此目的而设置的，起着缓冲物料的作用。托盘缓冲站一般设置在加工机床的附近，可存储若干只工件/托盘组合体。若机床发出已准备好接受工件的信号时，通过托盘交换器便可将工件从托盘缓冲站送到机床上进行加工。7/29/202229现代制造技术共六十八页 3） 自动(zdng)仓库 又称立体仓库或自动化仓库系统（Autom

23、ated Storage and Retrieva1 System一ASRS）,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(chngd)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。 自动仓库运输小车出入库装卸站堆垛机料架7/29/202230现代制造技术共六十八页2. 物料(w lio)运储系统的基本回路 在FMS物料运储系统中，物料运送线路的布局往往是一个比较复杂的问题，其主要原因为：运输路线较长，柔性很大的机器人无法使用；运送物料的种类多，除了工件之外，至少还需考虑刀具运输问题。由于多种物料同时(tngsh)运输，因而影响运输系

24、统的结构和管理方法，连接点的性质不一，除通常的加工工作站作为连接点之外，往往还需要连接自动化仓库、装卸站、托盘缓冲站以及各种辅助处理工作站。由于连接点的工作性质不同，使输送路线、位置以及交换设备各不相同。尽管如此，但经分析可知，它们必定是由通过连接点、分支点和汇总点的一些基本回路组成的。 7/29/202231现代制造技术共六十八页FMS中物料运储系统的基本回路(hul)可分为以下五种形式：7/29/202232现代(xindi)制造技术共六十八页 用基本回路设计的物流系统,可使系统的线路规格化,有利于系统的扩展。实际应用中的FMS运储系统常常(chngchng)采用以下几种基本回路的组合形式

25、:7/29/202233现代(xindi)制造技术共六十八页7/29/202234现代制造(zhzo)技术共六十八页3. 自动导向(do xin)小车(AGV)简介 (Automatic Guided Vehicle)是一种由计算机控制的，按照一定程序或轨道自动完成运输任务的运输工具。AGV是当前FMS中的主要运输设备和装置，它具有运行速度快、运载能力强、定位精度高、安全可靠、维修(wixi)方便等优点。如图所示，AGV的主体是无人驾驶小车，小车的上部为一平台，平台上装备有托盘交换装置，托盘上夹持着夹具和工件，小车的开停、行走和导向均由计算机控制，小车的两端装有自动刹车缓冲器，以防意外。7/2

26、9/202235现代制造技术共六十八页（1）AGV的系统(xtng)组成 AGV系统主要有运输(ynsh)小车、地板设备及系统控制器等三部分组成。 1) 较高的柔性 2) 实时监视和扩展 3) 安全可靠 4) 维护方便 5) 制造成本高，技术难度较大。（2）AGV的特点 7/29/202236现代制造技术共六十八页 （3）AGV的分类(fn li) 按导向方法的不同可将AGV分为以下几种类型： 1) 有轨小车 有轨小车是通过铺设的铁轨进行运动的，它可以很方便地在同一轨道上来回(lihu)移动。有轨小车的移动速度和加速过程都比较快，负载能力比其他所有AGV小车都大，短距离移动时它的机动性能比较好

27、，停靠准确，易于与传统设备结合。其不足之处是，一旦导轨铺设好后就不便改动，此外转弯的角度亦不能太小。 7/29/202237现代制造技术共六十八页 2) 线导小车 线导小车是利用电磁感应制导原理进行导向的。如图示，除了驱动系统外，小车前部装有一对扫描线圈。当埋入地沟内的导线通以低频交变电流时，在导线周围便形成一个环形磁场。当导线从小车前部两个扫描线圈中间通过时，两个扫描线圈中的感应电势相等，当小车偏离轨道时，扫描线圈就会产生感应电势差，其电势差经放大后反馈给转向制导电动机，使AGV朝向减少误差的方向(fngxing)偏转，直至电势差消除为止，从而保证小车始终沿着导线方向(fngxing)运行。

28、7/29/202238现代制造(zhzo)技术共六十八页 3)光导小车 光导小车是采用光电制导原理进行导向的。通常(tngchng)采用一种带有荧光材料的油漆或色带在地板上绘制出运输路线图，小车上安装有光源及光敏元件，小车运行时，由车上的光源发出的光束照射在地板上，小车内的光敏元件接受反射光，通过光电信号的转换产生路线识别信号，从而控制小车沿着绘制的路线运行。这种制导方式的优点是改变路线非常容易，但对环境的要求比较严格，因此只适用于实验室等环境非常洁净的场合。 7/29/202239现代(xindi)制造技术共六十八页沿小车预定(ydng)路径在地面上粘贴易反光的反光带（铝带或尼龙带），小车上

29、装有发光器和受光器,其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(yunl)（光导小车）信号孔感光元件光道光源反光带 光学引导原理7/29/202240现代制造技术共六十八页 4)遥控制导小车 这种小车没有传送信息的电缆，而是使用无线电或激光发送(f sn)和接收设备来传送控制命令和信息。这种小车的活动范围和路线基本不受限制，具有柔性高、扩展性好、对环境要求不高等优点。但其控制系统和操纵系统较为复杂，目前还处于实验研究阶段。相信随着激光制导技术的进一步发展，这种遥控制导小车可望不久将会投入实际应用。7/29/202241现代制造(zhzo)技

30、术共六十八页 4. 自动化仓库(cngk) 自动化仓库在FMS中占有非常重要的地位,以它为中心组成了一个毛坯、半成品、配套件或成品的自动存储检索系统。在管理信息系统的支持(zhch)下,自动化仓库与加工系统、运载设备等一道成为FMS的重要支柱。 自动化仓库一般由货架、堆垛机以及计算机控制系统三部分组成。 货架 货架是仓库的主体结构，是存放物料的场所。FMS的自动化仓库属于专用性车间级仓库，也即针对既定的产品类型存放毛坯、原材料、半成品、成品以及各种工艺装备。 自动化仓库内物料按品类和细目分别存放在货架的一个个储存笼内，每个储存笼均有固定的地址编码，每种物料也都编有物料码，这些代码按一一对应的关

31、系存储在计算机内，这样可方便地根据储存笼的地址查找所存放的物料代码，也可根据物料代码反过来找到它的存储地址。 7/29/202242现代制造技术共六十八页图示为FMS中常见(chn jin)的物料存储装置 （a）立体仓库 （b）水平回转型(zhun xn)自动料架 （c）垂直回转型(zhun xn)自动料架 （d）缓冲料架7/29/202243现代制造技术共六十八页 堆垛机 一般由升降工作台、移动电动机、支柱、上下导轨以及(yj)位置传感器构成。移动电动机能够驱动堆垛机沿巷道进行前后移动,一旦堆垛机找到需要的货位,就可以将物料或货箱自动推入货架的储存笼内,或将货箱和物料从货架的储存笼中拉出。7

32、/29/202244现代制造(zhzo)技术共六十八页 自动化仓库的计算机控制系统主要担负以下的三项任务：识别和登录物料信息、物料的自动存取控制、仓库管理 。 (1)识别和登录物料信息 FMS中物料的活动与物料的信息在整个物料处理过程中是同步的，就是说物料从准备入库到物料完成加工，物料本身的信息与其代码、存放地址和工艺流程等信息结合在一起，随着物料的流动始终由计算机进行跟踪，并不断更新物料的有关信息，以记录它的当前状况。这种物料信息网要求(yoqi)自动仓库计算机控制系统在物料入库时，就必须对物料进行识别和登录，这种识别和登录是FMS中物料流和信息流结合的开始。FMS中物料的识别通常通过条形码

33、来实现。 计算机控制系统(kn zh x tn)7/29/202245现代制造技术共六十八页 (2)物料的自动存取控制 自动化仓库的入库、搬运和出库等工作都是由仓库计算机控制系统进行控制的。物料入库时，由于管理员已将物料存放的地址通过条形码输入到计算机，因而计算机便可方便地控制堆垛机进行移动，自动检索待存放物料的存储地址，一旦(ydn)到达指定地址后，堆垛机便停止移动，并将工件推入存储笼内。当物料要出库时，由管理员输入待取的物料代码，由计算机查找出物料的存放地址，再驱动堆垛机进行移动检索，到指定地址的存储笼内取出所需物料，并送出仓库。 (3)仓库管理 计算机控制系统可对全仓库进行物资、账目、货

34、位以及其他物料信息的管理，定期或不定期地打印各种报表。当系统出现故障时，还可以通过总控制台的操作按钮进行“动态改账和信息修正”，并判断出发生故障的巷道，及时对发生故障的巷道进行封闭，以待管理人员从事修复工作。7/29/202246现代制造(zhzo)技术共六十八页 大型立体仓库的功能(gngnng)框图如图所示。 7/29/202247现代制造(zhzo)技术共六十八页7/29/202248现代制造(zhzo)技术共六十八页第4节 FMS刀具(doj)管理系统1. FMS的刀具管理系统的组成及其作业(zuy)过程 典型FMS的刀具管理系统如图所示,通常由刀库系统、刀具预调站、刀具交换装置以及管

35、理控制刀具流的计算机组成。7/29/202249现代制造技术共六十八页 FMS的刀库系统包括机床刀库和中央刀库两个(lin )独立部分，机床刀具库存放加工单元当前所需要的刀具，其刀具容量有限，一般存放40-120把刀具；而中央刀具库的容量很大，有些FMS的中央刀具库可容纳数千把各种刀具，可供各个加工单元共享。刀具预调站一般设置在FMS之外，用于对加工中所使用的刀具按规定要求进行预先调整。刀具装卸站是刀具进出FMS的门户，其结构多为框架式，是一种专用的刀具排架。刀具交换装置是一种在刀具装卸站、中央刀具库和机床刀具库之间进行刀具传递和搬运的工具。7/29/202250现代(xindi)制造技术共六

36、十八页 FMS的刀具管理系统的作业过程可大致描述如下： 刃磨好的专用刀具或买来的标准刀具在进入FMS之前，首先由人工将刀具与标准刀柄刀套进行组装，然后在刀具预调站由人工通过对刀仪对刀具进行预调，测量有关参数，再将刀具的几何参数、刀具代码以及其他(qt)有关信息输入到刀具管理计算机。预调好的刀具，一般是由人工搬运到刀具装卸站，准备进入系统。 根据刀具管理计算机的指令，刀具交换装置将刀具从刀具装卸站搬移到中央刀具库，以供加工时调用，同时再根据生产计划和工艺规程的要求，从中央刀具库将各加工单元需求的刀具取出，送至各加工单元的刀具库。工件加工完成后，如发现某些刀具暂时不再使用，根据刀具管理计算机的指令

37、，刀具交换装置将这些已使用过的刀具从各个加工单元刀具库中取出，送回中央刀具库，如发现有一些刀具需要重磨、重新调整以及断裂报废的，刀具交换装置可直接将它们送至刀具装卸站进行更换和重磨，否则就存储在中央刀具库，供下次某个加工单元需要时调用。送至刀具装卸站的刀具，一般都是需要重磨、重调或报废的刀具。 7/29/202251现代制造(zhzo)技术共六十八页2. 刀具(doj)的交换 FMS的刀具交换包含三个方面的内容(nirng)： 加工机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换 刀具装卸站、中央刀库以及各加工机床刀库之间的刀具交换 运载工具(如AGV)的刀架与机床刀库之间的刀具交换。 (1) 自动换刀装置

38、 FMS中的所有加工中心都备有自动换刀装置(ATC)，用于将机床刀 库中的刀具更换到机床主轴上，并取出使用过的刀具放回到机床刀 库。机械手是常见的自动换刀装置，它具有灵活性大、换刀时间短的 特点。 7/29/202252现代制造技术共六十八页 换刀机械手结构(jigu)示意 从刀库中挑选所需刀具常用(chn yn)的方法有：顺序选择法 刀具编码法刀座编码法 换刀常用双臂式机械手,其手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩手和叉手7/29/202253现代制造技术共六十八页 加工(ji gng)中心刀库加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本(jbn)类型。 7/29/202254现代制造技术共六十八页(

39、2) 刀具(doj)输送装置 在FMS的刀具(doj)装卸站、中央刀库以及各加工机床之间进行远距离的刀具(doj)交换，必须有刀具(doj)运载工具的支持。刀具(doj)运载工具如同工件的运载工具一样也有许多种类，常见的有换刀机器人和刀具输送小车(AGV)。若按运行轨道的不同，刀具运载工具也可分为有轨和无轨两种。无轨刀具运载工具价格昂贵，而有轨的价格相对较低，且工作可靠性高，因此在实际应用系统中多采用有轨的换刀装置。有轨刀具运载工具又可分为地面轨道和高架轨道两种。高架轨道的空间利用率高，结构紧凑，但技术难度较地轨式结构要大一些。高架轨道一般采用双列直线式导轨，平行于加工中心和中央刀库布局，这样

40、便于换刀机器人在加工中心和中央刀库之间进行移动。为了能使换刀机器人方便地到达中央刀库的每一个角落，高架导轨一般都比较长。7/29/202255现代制造技术共六十八页 下图示为高架导轨的刀具交换装置，其核心部分为换刀机器人，它由纵向行走的横梁、横向移动的滑台、垂直(chuzh)升降体、手臂旋转关节和手爪五部分组成.1纵向(zn xin)导轨；2横梁；3滑台；4换刀机器人7/29/202256现代制造技术共六十八页 刀具的输送路线主要有直线型和环型两种形式，如图所示。为了避免与工件的输送路线发生干涉，要求(yoqi)刀具运输路线与工件运输路线分开。 (a)直线型刀具自动输送(sh sn)系统 (b

41、)环形刀具自动输送(sh sn)线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线(a)直线型刀具自动输送系统 (b)环形刀具自动输送线7/29/202257现代制造技术共六十八页(3) 装载刀架与机床(jchung)之间的刀具交换 将刀具由AGV装载刀架自动装入机床刀库的方法通常有以下几种形式； 1)利用机床主轴作为过渡

42、装置,解决把刀具由AGV装载刀架自动装入机床刀库的问题。 2)采用专门的刀具取放装置。 3)在AGV上附设一小(y xio)机器人,当AGV到达一个目标时,由附设的机器人进行刀具交换操作。如图示 4)将机床刀库作为交换对象进行刀具交换。 1AGV；2装载刀具；3机器人；4机床刀库 7/29/202258现代制造技术共六十八页3. 刀具(doj)监控和信息管理 (1) 刀具监控 刀具监控主要是为了及时地了解每时每刻所使用的刀具因磨损、破损而发生的性质的变化。目前，刀具的监控主要从刀具寿命、刀具磨损、刀具断裂以及其他形式的刀具故障等方面进行。 刀具寿命值可以用计算法或试验方法求得，求得的寿命值记录

43、在各刀具文件中。当刀具装入机床之后，通过计算机监控系统统计各刀具的实际工作时间，并将这个数值适时地记录在刀具文件内。管理员根据这些报告，查询有关刀具的供货情况，并决定当前刀具的更换计划。 刀具磨损或破损的监测，需要采用专门的监测装置。目前，学术界探索了许多刀具磨损或破坏的监测方法，有利用切削(qixio)力、切削(qixio)力矩、切削(qixio)功率对刀具磨损进行监测的，也有利用噪声频谱、红外发射、探针测量等方法进行监测的，其中的许多方法已在现场得到实际使用。7/29/202259现代制造技术共六十八页(2) 刀具(doj)的信息管理系统 由于FMS中所使用的刀具品种多、数量(shling

44、)大、规格型号不一,因而涉及的信息量较大。例如,我国镗铣类数控机床TSG82刀具系列就有12大类,45个品种,674个规格(见图6.26)。所有这些刀具信息都需要集中统一地加以管理,才能有序地为FMS正常生产服务。7/29/202260现代制造技术共六十八页 为了便于刀具信息的输入、检索、修改和输出控制,FMS以数据库形式对刀具信息进行集中管理,其数据库模式通常采用层次式结构。按照刀具信息的性质和组成特点(tdin),将之分为四个不同的层次,每一层次都是由若干个数据文件组成的,如下图所示。 FMS的刀具(doj)数据库层次结构 FMS中的刀具信息可以分为动态信息和静态信息。所谓动态信息是指在使用过程中不断变化的一些刀具参数,如刀具寿命、工作直径、工作长度以及参与切削加工的其他几何参数。这些信息随加工过程的延续不断发生变化,直接反映了刀具使用时间的长短、磨损量的大小、对工件加工精度和表面质量的影响。而静态信息是一些在加工过程中固定不变的信息,如刀具的编码、类型、属性、几何形状以及一些结构参数等。7/29/202261现代制造技术共六十八页为刀具的实时动态信息,它由一系列实时数据文件组成；每一把投入使用的刀具都有