制造自动化技术n

1、第四章 制造自动化技术制造自动动化技术术1制造自动动化技术术概述2数控加工工技术3工业机器器人4装配自动动化5柔性制造造系统1制造自动动化技术术概述1.1制造自动动化技术术内涵1.2制造自动动化的发发展及现现状1.3制造自动动化的趋趋势1.1制造自动动化技术术内涵自动化是是美国通通用汽车车公司DSHarder于1936年提出出，核心心含义是是“自动动完成特特定的作作业”。随着科科学技术术的进步步，自动动化的功功能目标标在不断断随着自自动化手手段的提提高，时时代的进进步而变变化。制造自动动化是在在制造过过程的所所有环节节中采用用自动化化技术，实现制制造过程程的自动动化。其其任务是是研究对对制造过

2、过程的规规划，管管理，组组织，控控制与协协调优化化等的自自动化，以使制制造过程程实现高高效，优优质，低低耗，及及时和洁洁净的目目标。1.1制造自动动化技术术内涵制造自动动化的内内涵包括括如下方方面：1）在形式式方面包包括替替代人的的体力劳劳动，替替代和辅辅助人的的脑力劳劳动，制制造系统统中人、机器及及系统的的协调、管理、控制和和优化2）在功能能方面制制造自自动化的的功能目目标是多多方面的的，可以以用TQCSE描述3）在范围围方面制制造自自动化不不仅涉及及到具体体生产制制造过程程，而且且涉及到到产品生生命周期期的所有有过程。1.2制造自动动化的发发展及现现状制造自动动化技术术的发展展过程第一阶段

3、段：刚性性自动化化，包括括刚性自自动线和和自动单单机在20世纪4050年代已相相当成熟熟，应用用传统的的机械设设 计和和制造工工艺方法法，采用用专用机机床和组组合机床床，自动动单机和和自动化化生产线线进行大大批量生生产。其其特征是是高生产产效率和和刚性结结构，很很难实现现产品的的改变。第二阶段段：数控控加工NC和CNCNC在本世纪纪50-70年代发展展，到70-80年代CNC迅速发展展，特点点：柔性性好、加加工质量量高，适适用于多多品种，小批量量的生产产。1.2制造自动动化的发发展及现现状第三阶段段：柔性性制造包括计算算机直接接数控DNC，柔性制制造单元元FMC，FMS，柔性加加工线FML等，

4、特征征：强调调制造过过程的柔柔性、高高效率，适应于于多品种种，中小小批量的的生产。第四阶段段：计算算机集成成制造系系统CIMS特征是强强调制造造全过程程的系统统性和集集成性。第五阶段段：智能能制造系系统IMS。1.2制造自动动化的发发展及现现状1制造系统统中的集集成技术术和系统统技术已已成为制制造自动动化研究究中热点点问题2更加注重重研究制制造自动动化系统统中人的的作用的的发挥3单元系统统的研究究仍然占占有重要要的位置置4制造过程程的计划划和调度度研究十十分活跃跃，但实实用化的的成果还还不多见见5适应现代代生产模模式的制制造环境境的研究究正在兴兴起1.3制造自动动化的趋趋势1）对无人人制造自自

5、动化进进行反思思，提出出“人机机一体化化制造系系统的思思想”2）单元控控制器的的研究占占重要地地位单元控制制软件的的发展，控制软件件的模块块化，标标准化新的设计计方法发展新型型控制体体系结构构，递阶阶控制结结构非非递阶，自治协协商式控控制体系系结构人工智能能技术1.3制造自动动化的趋趋势3）平台技技术的研研究与平平台软件件的开发发是制造造自动化化发展的的方向IBMEnablerDECBasestar, HP AFCON的PCIM4）现代制制造模式式的提出出和研究究直接推推动自动动化的发发展虚拟制造造（Virtual Manufacturing） 动态态组织联联盟（Virtual Organiz

6、ation）5）智能制制造将是是未来制制造自动动化发展展的重要要发展方方向Agent技术2数控加工工技术2.1数控技术术2.2数控加工工技术基基础2.3数控编程程2.4计算机数数字控制制技术2.5应用与发发展2.1数控技术术数字控制制（NumericalControl）技术，简称数数控（NC）技术，是20世纪中期期发展起起来的一一种自动动控制技技术，是是指用数数字化信信息对机机械设备备的运动动及其加加工过程程进行控控制的一一种方法法。2.2数控加工工技术基基础数控技术术是综合合了计算算机、自自动控制制、电机机、电气气传动、测量、监控、机械制制造等学学科领域域最新成成果而形形成的一一门边缘缘科学

7、。数控技术术是指用用数字化化信号对对设备运运行及其其加工过过程进行行控制的的一种自自动化技技术，它它是一种种可编程程的自动动控制方方式，它它控制的的量一般般是位置置、角度度、速度度等机械械量，也也有温度度、压力力、流量量、颜色色等物理理量。2.2数控加工工技术基基础数控机床床就是采采用了数数控技术术的机床床，或着着说装备备了数控控系统的的机床数控机床床的组成成2.2数控加工工技术基基础数控机床床的特点点能加工一一般机床床难以加加工的复复杂型面面精度高，质量稳稳定生产率高高具有广泛泛的适应应性和灵灵活性一机多用用在制品少少，加速速了流动动资金的的周转改善生产产环境，减少劳劳动强度度实现较精精确的

8、成成本核算算和生产产进度安安排2.2数控加工工技术基基础数控机床床的分类类按运动控控制分类类：点位位控制数数控机床床 、直直线控制制数控机机床、轮轮廓控制制数控机机床按控制回回路分类类：开环环控制数数控机床床 、闭闭环控制制数控机机床、半闭环环控制数数控机床床 、混混合控制制数控机机床按数控装装置分类类：硬件件式数控控机床、软件式式数控机机床按加工类类型分类类：金属属切削类类数控机机床、金金属成型型类数控控机床、特种加加工类数数控机床床、其它它类数控控机床2.2数控加工工技术基基础按同时控控制的坐坐标轴分分类：2轴、2.5轴、3轴、4轴、5轴或多轴轴类的数数控机床床按伺服驱驱动装置置分类：液压

9、驱驱动式数数控机床床、气动动式数控控机床、直流伺伺服和交交流伺服服数控化化机床按定位坐坐标分类类：绝对对坐标系系统数控控机床和和增量坐坐标系统统数控机机床2.3数控编程程数控编程是数控加工工准备阶段段的主要要内容之之一，通通常包括括分析零件图样，确确定加工工工艺过程；计计算走刀刀轨迹、得出刀刀位数据据、编写写数控加加工程序序、制作作控制介介质、校校对程序序及首件件试切。手工编程程和自动动编程从零件图图纸到获获得数控控加工程程序的全全过程2.3数控编程程NC编程步骤骤2.3数控编程程首先对零零件图纸纸进行工工艺分析析，在工工艺分析析的基础础上作出出各种处处理，如如确定对对刀点、加工路路线、选选择

10、刀具具和切削削用量等等然后进行行必要的的计算，确定的的工艺过过程、工工艺参数数、刀具具位移量量与方向向以及其其它辅助助操作按加工路路线和所所用数控控机床控控制机规规定的指指令代码码以及程程序格式式编制出出程序单单根据程序序单穿孔孔制带或或将程序序单内容容手动输输入控制制机，以以控制机机床加工工2.3数控编程程数控加工工程序编编制分为为：手工工编程和和自动编编程自动编程程有两种种方法：数控语语言编程程和图形形交换数数控编程程图形交互互数控编编程：编编程人员员通过图图象系统统，以人人与计算算机实时时对话的的交互方方式在机机内逐步步生成零零件几何何图形数数据和走走刀轨迹迹数据，并在图图形显示示器屏幕

11、幕上显示示图形，并可对对图形的的内容、格式、大小、或色彩彩进行动动态控制制。2.4计算机数数字控制制系统数控机床床在数控控系统控控制下，自动按按给定的的程序进进行零件件加工。CNC系统由程程序，输输入输出出设备，计算机机数字控控制装置置，可编编程控制制器，主主轴控制制单元和和进给速速度控制制单元等等组成，如图所所示2.4计算机数数字控制制系统CNC的硬件结结构单微处理理机机构构多微处理理器机构构CNC的软件结结构2.4计算机数数字控制制系统软件的工工作过程程如图2.4计算机数数字控制制系统CNC装置的软软件结构构特点：CNC装置的多多任务并并行处理理前后台型型软件结结构中断型软软件结构构2.5

12、应用与发发展数控技术术经历了了几代变变化第一代数数控硬件件系统， 采用用电子元元件构成成的专用用数控系系统第二代数数控硬件件系统，采用晶晶体管电电路的NC系统第三代数数控硬件件系统，采用中中，小型型集成电电路的NC系统第四代数数控硬件件系统，采用大大规模集集成电路路的小型型通用电电子计算算机控制制系统第五代数数控硬件件系统，采用微微型电子子计算机机和微处处理机组组成的控控制系统统。2.5应用与发发展高速度，高精度度化智能化基于CAD和CAM的数控编编程自动动化发展可靠靠性最大大化开放化网络化2.5应用与发发展市场激烈烈竞争，产品迅迅速更新新换代，采用各各类数控控设备、加工中中心、柔柔性制造造单

13、元、柔性制制造系统统乃至计计算机集集成制造造系统，是必然然的趋势势。数控技术术已是衡衡量一个个国家机机械制造造工业水水平的重重要标志志之一，更是体体现一个个机械制制造企业业技术水水平的重重要标志志。发展数控控技术是是当前我我国机械械制造业业技术改改造的必必经之路路，是未未来工厂厂自动化化的基础础。3装配自动动化3.1装配自动动化概述述3.2装配工艺艺规程的的制定3.3机器装配配自动化化3.1装配自动动化概述述任何机器器都是由由许多零零件装配配而成的的。装配配是机器器制造中中的最后后阶段，机器的的质量是是通过装装配保证证的，装装配质量量在很大大程度上上决定机机器的最最终质量量。在装配过过程中，可

14、以发发现机器器设计和和零件加加工质量量等所存存在的问问题，并并加以改改进，以以保证机机器的质质量。选择合适适的装配配方法，制定合合理的装装配工艺艺规程是是提高产产品质量量和生产产率的重重要保证证。3.1装配自动动化概述述任何机器器都是由由零件，套件，组件，部件等等组成，为保证证有效进进行装配配，通常常将机器器划分为为若干能能进行独独立装配配的部分分，称为为装配单单元。 装配单元元零件，是是组成机机器的最最小单元元。它是是由整块块金属或或其他材材料制成成。零件件一般都都预先装装成套件件，组件件，部件件后才安安装到机机器上，直接装装入机器器的零件件不太多多。3.1装配自动动化概述述套件，是是在以及

15、及基准零零件上，装上一一个或若若干各零零件构成成的，它它是最小小的装配配单元。如图z-1所示组件，是是在一个个基准零零件上，装上若若干套件件及零件件构成。为形成成组件而而进行的的装配称称之为组组装，组组件在以以后的装装配中可可拆，见见图z-23.1装配自动动化概述述部件，是是在一个个基准零零件上，装上若若干组件件，套件件和零件件构成的的。部件件在机器器中能完完成一定定的，完完整的功功能。为为形成部部件而进进行的装装配工作作称之为为部装，见图z-3。整台机器器，在一个个基准零零件上装装上若干干部件、组件、套件和和零件就就构成整整台机器器，把它它们装配配成最终终整台机机器产品品的过程程，称为为总装

16、。图z-1套件图z-2组件装配配系统图图图z-3部件装配配系统图图3.1装配自动动化概述述装配工艺艺系统图图概念：在在装配工工艺规程程制定过过程中，表明产产品零、部件间间相互装装配关系系及装配配流程的的示意图图。表示方法法：图中中每一个个零件用用一个方方格来表表示，在在表格上上表明零零件名称称、编号号及数量量。一般将零零件画在在上方，把套件件、组件件、部件件画在下下方，其其排列的的次序就就是装配配的次序序，见图z-4。图z-4机器装配配系统图图3.2装配工艺艺规程的的制定装配工艺艺规程是是指导装装配生产产的主要要技术文文件，制制定装配配工艺规规程是生生产技术术准备工工作的主主要内容容之一。3.

17、2装配工艺艺规程的的制定1.装配工艺艺规程的的主要内内容分析产品品图样，划分装装配单元元，确定定装配方方法拟定装配配顺序，划分装装配工序序计算并确确定装配配时间定定额确定各工工序装配配技术要要求，质质量检查查方法和和检查工工具规划装配配过程的的物流陪陪送规范范确定装配配时零部部件的输输送方法法及所需需设备和和工具选择和设设计装配配过程中中所需的的工具，夹具和和专用设设备规划装配配后的物物流3.2装配工艺艺规程的的制定2.制定装配配工艺规规程的原原则保证产品品装配质质量，力力求提高高质量合理安排排装配顺顺序和工工序，尽尽量减少少钳工手手工劳动动量，缩缩短周期期，提高高效率尽量减少少装配占占地面积

18、积减少装配配工作所所占成本本提高装配配的自动动化程度度，提高高装配过过程的柔柔性。3.制定装配配工艺规规程的原原始资料料产品的装装配图及及验收技技术标准准产品的生生产纲领领生产条件件3.2装配工艺艺规程的的制定制定装配配工艺规规程的步步骤研究产品品的装配配图及验验收技术术条件确定装配配方法与与组织形形式划分装配配单元，确定装装配顺序序划分装配配工序编制装配配工艺文文件3.3机器装配配自动化化1.装配自动动化概况况装配过程程自动化化包括零零件的供供给、装装配对象象的运送送、装配配作业、装配质质量检测测等环节节的自动动化。3.3机器装配配自动化化2.自动装配配机与装装配机器器人自动装配配机与装装配

19、机器器人可用用于各种种形式的的装配自自动化：1）在机械械加工中中，工艺艺成套件件装配2）被加工工零件的的组，部部件装配配3）用于顺顺序焊接接的零件件的拼装装4）成套部部件的设设备的总总装。3.3机器装配配自动化化自动装配配机与装装配机器器人可以以完成下下列形式式的操作作：零件传输输，定位位及其连连接；用压装或或由紧固固螺钉、螺母使使零件相相互固定定；自动焊接接装配；装配尺寸寸控制，以保证证零件连连接或固固定的质质量；输送组装装完毕的的部件或或产品，并将其其包装或或堆垛4工业机器器人4.1工业机器器人概述述4.2机器人控控制技术术4.3机器人编编程4.4应用与发发展工业机器器人工业机器器人4.1

20、工业机器器人概述述1.基本概念念工业机器器人是一一种可重重复编程程和多功功能的操操作手，用于物物料，零零件和工工具或是是一种可可完成各各种任务务的可编编程的专专用系统统。机器器人技术术综合了了计算机机、控制制论、机机构学、信息和和传感技技术、人人工智能能、仿生生学等多多学科而而形成的的高新技技术。4.1工业机器器人概述述工业机器器人与机机械手机械手是是模拟人人手和臂臂动作的的机电系系统，根根据机电电耦合原原理，按按主从原原则进行行工作，它只是是人手和和臂的延延伸，没没有自主主能力，附属于于主机设设备，动动作简单单，操作作程序固固定的重重复操作作，定位位点不变变的操作作装置。机器人则则是有独独立

21、机械械机构和和控制系系统，能能自主，运动复复杂，工工作自由由度多，操作程程序可变变，可任任意定位位的自动动化操作作机。4.1工业机器器人概述述工业机器器人的定定义在“可编程”“计算机控控制”“机械装置置”三方面的的共同点点是：1）工业机机器人是是一种机机械装置置，可以以搬运物物料、零零件、工工具或完完成多种种操作功功能的专专用机械械装置；2）它由计计算机进进行控制制，是无无人参与与的自主主自动化化控制系系统；3）它是可可编程，具有柔柔性的自自动化系系统，可可以允许许进行人人机联系系。4.1工业机器器人概述述2.基本结构构工业机器器人由操操作机、控制器器、伺服服驱动系系统和检检测传感感装置构构成

22、，是是一种仿仿人操作作、自动动控制、可重复复编程，能在三三维空间间完成各各种作业业的机电电一体化化自动化化生产设设备，适适合于多多品种，变批量量的柔性性生产。一个机器器人系统统，由相相互作用用的四部部分组成成：机械械手、环环境、任任务和控控制器，如图z-6所示4.1工业机器器人概述述图z-6机器人系系统的组组成4.1工业机器器人概述述其中机械械手是具具有传动动执行装装置的机机械，由由臂、关关节和末末端执行行装置构构成，组组合为一一个相互互连接和和相互依依赖的运运动机构构。环境即机机器人所所处环境境，不仅仅由几何何条件所所决定，而且由由环境和和它所包包含的每每个事物物的全部部自然特特性决定定。任

23、务是环环境的两两种状态态（初始始状态和和目标状状态）间间的差别别。控制器是是机器人人的脑子子，一般般是计算算机，机机器人接接受来自自传感器器的信号号，对之之进行数数据处理理，并按按照预存存信息，机器人人的状态态及环境境情况，产生控控制信号号驱动机机器人的的各个关关节。4.1工业机器器人概述述3.机器人的的分类按机器人人研究开开发分：工业机机器人，人工智智能机器器人按自动化化功能层层次分：操作机机器人，顺序控控制机器器人，示示教再现现机器人人，数控控机器人人，传感感控制机机器人，智能机机器人，自适应应机器人人，学习习控制机机器人按技术级级别分：第一代代，第二二代，第第三代按运动自自由度分分：无冗

24、冗余自由由度，有有冗余自自由度按坐标系系分类：笛卡儿儿坐标型型，极坐坐标型，圆柱坐坐标型，多关节节型，SCARA型按控制原原理分：有限顺顺序控制制，伺服服控制，传感器器控制，力控制制，变结结构控制制，自适适应控制制，智能能控制按运动控控制特性性分：点点位控制制，连续续控制按传动类类型分：气动，液压传传动，电电气传动动，复合合传动按用途分分：工业业机器人人，探索索机器人人，服务务机器人人，军事事机器人人4.2机器人控控制系统统1.机器人控控制的驱驱动系统统机器人关关节由专专门型式式的执行行装置驱驱动，其其常用的的驱动系系统是电电力，液液压或气气动驱动动系统，最常见见的驱动动方式是是每个关关节用一

25、一个直流流电机驱驱动。4.2机器人控控制系统统2.机器人控控制类型型机器人的的控制器器可分为为1）有限顺顺序控制制，原理理如下4.2机器人控控制系统统2）伺服控控制，原原理如下下4.2机器人控控制系统统3）智能控控制，原原理如下下4.3机器人编编程机器人编编程指的的是规定定机器人人的机械械操作装装置应该该遵循的的空间路路径和与与其作业业循环相相关活动动的指令令。把程程序指令令写入机机器人控控制器的的存储器器，完成成其程序序编制。有三种编编程方法法：示教教再现编编程、计计算机型型机器人人编程语语言、离离线编程程4.3机器人编编程1示教再再现编程程示教再现现是由人人工控制制法引导导机器人人完成用用

26、户希望望机器人人完成的的一套作作业动作作，经编编辑后机机器人自自动再现现示教过过的全套套作业动动作。它分为三三个步骤骤：由人人工控制制引导机机器人以以比较慢慢的动作作完成作作业，并并在合适适的位置置记录机机器人的的关节角角；由机机器人控控制器编编程后，再现示示教的全全部作业业动作；若经检检测，示示教动作作正确，作业动动作完整整，机器器人以适适当高的的速度自自动重复复作业的的全部动动作。示教方法法有：机机动引导导法；手手动引导导法。4.3机器人编编程2机器人人语言编编程机器人语语言编程程是用户户与机器器人之间间的接口口。根据作业业描述水水平的高高低，通通常分为为动作级、对象级级、任务务级4.3机

27、器人编编程动作级编编程语言言是以机机器人的的动作作作为描述述中心，通常由由手抓从从一个位位置到另另一个位位置的一一系列命命令组成成，代表表语言VAL。对象级编编程语言言是描述述操作物物体间关关系使机机器人动动作的语语言，是是以描述述操作物物体之间间的关系系为中心心的语言言，语言言有AML，AUTOPASS任务级编编程语言言是比较较高级的的机器人人语言，允许使使用者对对工作任任务所要要求达到到的目标标直接下下命令，不需要要规定机机器人所所作的每每个动作作细节。4.3机器人编编程3离线编编程离线编程程是机器器人编程程语言的的拓广，利用计计算机图图形学的的成果，建立机机器人及及其工作作环境磨磨削，再

28、再利用一一些规划划算法，通过对对图形的的控制和和操作，在离线线的情况况下进行行轨迹规规划。离离线编程程系统是是利用计计算机图图形学，建立机机器人编编程环境境，在线线外进行行编程的的系统，不占用用机动时时间，提提高了设设备利用用率，提提高编程程水平。同时它它是CADCAM一体化的的一个组组成部分分，有时时可直接接利用CAD的数据，减少编编程时间间。4.3机器人编编程离线编程程系统的的基本组组成：用户接口口机器人系系统的三三维几何何建模运动学计计算轨迹规划划三维图形形动态仿仿真通讯及后后处理误差的校校正机器人的的应用领领域弧焊机器器人激光焊机机器人电阻焊机机器人自动化焊焊接机器器人点焊机器器人等离

29、子切切割机器器人机器人的的应用领领域清洁机器器人上料机器器人物料输送送机器人人材料去除除机器人人包装机器器人喷漆机器器人堆跺机器器人机器人的的应用领领域涂层机器器人去毛刺机机器人磨销机器器人高温喷涂涂机器人人1机器人人的发展展历程20世纪50年代机器器人的萌萌芽期，1954年首次提提出“工业机器器人”的概念，1958年美国联联合控制制公司研研制出第第一台数数控工业业机器人人原型；1958年美国UNIMATION公司推出出第一台台工业机机器人。20世纪60年代，工工业机器器人进入入成长期期，开始始向实用用化阶段段发展，并用于于焊接和和喷涂作作业中20世纪70年代，机机器人今今天实用用化阶段段，日

30、本本成为机机器人王王国20世纪80年代，机机器人进进入普及及时代，开始在在汽车，电子等等行业得得到大量量使用，推动机机器人产产业的发发展。20世纪90年代，机机器人进进入高潮潮期，还还出现了了有感知知，决策策，动动作能力力的智能能机器人人，产生生了智能能机器或或机器人人化机器器。4.4应用与发发展4.4应用与发发展2发展趋趋势工业机器器人性能能不断提提高，价价格下降降。机械结构构向模块块化，可可重构化化发展工业机器器人控制制系统向向基于PC机的开发发型控制制器方向向发展，便于标标准化，网络化化机器人中中的传感感器作用用日益重重要虚拟现实实技术在在机器人人中的作作用已经经发展到到用于过过程控制制

31、当代遥控控机器人人发展致致力于操操作者与与机器人人的交互互控制机器人化化机械开开始兴起起。5柔性制造造系统5.1柔性制造造系统概概述5.2柔性制造造系统的的基本概概念5.3柔性制造造系统的的加工系系统5.4柔性制造造系统的的物流系系统5.5柔性制造造系统的的刀具储储运系统统5.6柔性制造造系统的的控制系系统5.1柔性制造造系统概概述FMS的雏形源源于美国国MALROSE公司，该该公司在在1963年制造了了世界上上第一条条多品种种柴油机机零件的的数控生生产线。FMS的概念由由英国MOLIN公司最早早正式提提出，并并在965年取得了了发明专专利，1967年FMS正式形成成。5.1柔性制造造系统概概

32、述柔性制造造技术是是一种主主要用于于多品种种小批量量或变批批量生产产的制造造自动化化技术，它是对对各种不不同形状状加工对对象进行行有效适适应性转转化为产产品的各各种技术术总称。它是集集数控技技术、计计算机技技术、机机器人技技术以及及现代管管理技术术为一体体的现代代制造技技术。5.1柔性制造造系统概概述FMS的适用范范围如图图根据“中中华人民民共和国国国家军军用标准准”有关关“武器器装备柔柔性制造造系统术术语”的的定义，FMS被定义为为：“柔性制造造系统（FlexibleManufacturing System，简称FMS）是数控控加工设设备、物物料运储储装置和和计算机机控制系系统等组组成的自自

33、动化制制造系统统。它包括多多个柔性制造造单元，能根据据制造任任务或生生产环境境的变化化迅速进行行调整，适用于于多品种、中小批批量生产产。”美国制造造工程师师协会的的计算机机辅助系系统和应应用协会会把柔性性制造系系统定义义为：“使用计算算机控制制柔性工作作站和集成物料料运储装装置来控制并并完成零零件族某某一系列列工序的的，或一一系列工工序的一一种集成成制造系系统。”5.2柔性制造造系统基基本概念念5.2柔性制造造系统基基本概念念1定义、组成及及功能FMS是由计算算机集中中管理和和控制的的制造系系统，具具有多个个独立或或半独立立工位的的一套物物料储存存运输系系统，加加工设备备主要由由数控机机床或加

34、加工中心心等组成成，用于于高效率率地制造造中小批批量多品品种零件件地自动动化生产产系统。FMS的主要特特点：柔柔性和自自动化柔性，是指制制造系统统对系统内部部及外部部环境的一一种适应应能力，也是指指制造系系统能够够适应产产品变化化的能力力，可分分为瞬时时、短期期和长期期柔性三三种。凡具备上上述三种种柔性特特征之一一的、具具有物料料或信息息流的自动化制制造系统统都可以称称为柔性自动动化。5.2柔性制造造系统基基本概念念FMS的组成（1）从硬件件上看，它由三三部分1）两台以以上的数数控机床床或加工工中心以以及其它它的加工工设备，包括测测量机、清洗机机、动平平衡机、各种特特种加工工设备等等2）一套能

35、能自动装装卸的运运输系统统，包括括刀具的的运储和和工件及及原材料料的运储储，具体体结构可可采用传传送带、有轨小小车、无无轨小车车、搬运运机器人人、上下下料托盘盘站等3）一套计计算机控控制系统统以及信信息通讯讯网络典型的柔柔性制造造系统示示意图5.2柔性制造造系统基基本概念念（2）从软件件内容上上看：FMS运行控制制系统FMS质量保证证系统FMS数据管理理和通讯讯网络系系统5.2柔性制造造系统基基本概念念FMS的功能：能自动管管理零件件的生产产过程、自动控控制制造造质量、自动故故障诊断断及处理理、自动动信息收收集及传传输简单改变变软件和和系统参参数，便便能制造造出某一一零件族族的多种种零件物料的

36、运运输和储储存必须须是自动动的能解决多多机床条条件下零零件的混混流加工工，且无无需额外外增加费费用具有优化化调度管管理功能能，能实实现无人人化或少少人化加加工5.2柔性制造造系统基基本概念念2FMS特征保证系统统具有一一定柔性性的同时时，还具具有较高高的设备备利用率率减少设备备投资减少直接接工时费费用减少工序序中的在在制品量量，缩短短生产准准备时间间加工对象象具有快快速应变变能力维持生产产能力强强产品质量量高，稳稳定性好好运行灵活活产量灵活活便于实现现工厂自自动化投资高，风险大大，管理理水平要要求高5.2柔性制造造系统基基本概念念3FMS的柔性柔性是FMS的显著特特征，系系统柔性性通常指指产品

37、柔柔性，即即系统为为不同产产品和产产品变化化进行设设置，以以提高设设备利用用率，减减少加工工过程中中零件的的中间存存储，迅迅速响应应需求变变化，具具体表现现为：机床的柔柔性加工的柔柔性零件加工工路线的的柔性产量柔性性扩展柔性性生产柔性性5.2柔性制造造系统基基本概念念4类型FMS按其规模模分成四四类：柔性制造造模块柔性制造造单元柔性制造造线柔性制造造系统柔性制造造工厂加工系统统在FMS中的作用用:加工系统统担任把把原材料料转化为为最终产产品的任任务，是是实际完完成改变变物性任任务的执执行系统统.加工系统统是FMS最基本的的组成部部分，也也是FMS中耗资最最多的部部分，FMS的加工能能力很大大程

38、度上上是由它它所包含含的加工工系统所所决定的的。5.3柔性制造造系统加加工系统统5.3柔性制造造系统加加工系统统1加工系系统的功功能与要要求 加工系统统是FMS最基本的的组成，它满足足如下性性能：工序集中中控制功能能强，扩扩展性好好高刚度，高精度度，高速速度自保护与与自维护护性好使用经济济性好对环境的的适应性性与保护护性好5.3柔性制造造系统加加工系统统2加工系系统常用用配置形形式目前，FMS加工的零零件主要要由两大大类：棱棱柱体类类零件，回转体体类零件件。对于于加工棱棱柱体零零件，其其机床设设备一般般选用立立式，卧卧式或者者立卧两两用的加加工中心心。用于于加工回回转类零零件的FMS，通常选选

39、用数控控车床或或车削加加工中心心。FMS机床设备备的配置置有互替替式，互互补式以以及混合合式等多多种形式式。如图图所示：5.3柔性制造造系统加加工系统统配备互补补机床的的FMS这类FMS中，通过过物料运运储系统统将数台台NC机床连接接起来，不同机机床的工工艺能力力可以互互补，工工件通过过安装站站进入系系统，然然后在计计算机控控制下从从一台机机床到另另一台机机床，按按顺序加加工。工工件通过过系统的的路径是是固定的的。特点：非非常经济济，生产产率较高高，能充充分发挥挥机床的的性能。从系统统的输入入和输出出的角度度看，互互补机床床是串联联环节，它减少少了系统统的可靠靠性，即即当一台台机床发发生故障障

40、时，全全系统将将瘫痪。配备可互互相替换换机床的的FMS系统中的的机床可可以互相相代替，工件可可被送到到适合加加工它的的任一台加工中心心上。计计算机的的存储器器存有每每台机床床的工作作情况，可以对对机床分分配加工工零件、一台加加工中心心可以完完成部分分或全部部加工工工序。从系统的的输出和和输入看看，它们们是并联环节节，因而增增加了系系统的可可靠性，同时这这种配置置形式具具有较大大的柔性性和较宽宽的工艺艺范围，可以达达到较高高的机床床利用率率。混合式FMS这类FMS是互补式式FMS和替换式式FMS的综合，即FMS中有一些些机床按按替换式式布置，而另一一些机床床按互补补式安排排，以发发挥各自自的优点

41、点。大多多数FMS采用这种种形式。加工系统统中常用用加工设设备简介介加工中心心（MachiningCenter，MC）是一种种备有刀刀库并能能按预定定程序自自动更换换刀具，对工件件进行多多工序加加工的高高效数控控机床。它的最最大特点点是工序集中中和自动动化程度度高，可可减少工工件装夹夹次数，避免工工件多次次定位所所产生的的累积误误差，节节省辅助助时间，实现高高质、高高效加工工。常见加工工中心按按工艺用途途可分为镗镗铣加工工中心、车削加加工中心心、钻削削加工中中心、攻攻螺纹加加工中心心及磨削削加工中中心等。加工中心心按主轴在加加工时的的空间位位置可分为立立式加工工中心、卧式加加工中心心、立卧卧两

42、用（也称万万能、五五面体、复合）加工中中心。镗铣加工工中心是自身带带有刀库库和自动动换刀装装置（ATC）的一种种多工序序数控机机床。工件经一一次装夹夹后，能能完成铣铣、镗、钻、铰铰、攻螺螺纹等多多种工序序的加工工，并且且有多种种选刀或或换刀切切能，从从而使生生产效率率利自动动化程度度大大提提高。美国WhiteSundstrand公司生产产的OMNIMIL80系列加工工中心5.3柔性制造造系统加加工系统统3加工系系统的辅辅助装置置机床夹具具托盘自动上下下料装置置5.4柔性制造造系统的的物流系系统物流系统统的功能能：使工件在在工作站站间随机机而独立立运动能装卸不不同形状状的工件件暂存储功功能便于工

43、件件装卸与计算机机控制兼兼容5.4柔性制造造系统的的物流系系统物料运输输与存储储系统包包括：物料传输输设备（传送带带、导向向车、运运输小车车和搬运运机器人人）物料存储储设备：自动化化仓库、托盘站站和刀具具库物流控制制系统：自动化化仓库控控制系统统、物料料识别控控制系统统、自动动物料运运输设备备控制系系统、上上下料站站控制系系统5.4柔性制造造系统的的物流系系统FMS物流设备备的布置置：行排列环形布置置梯形布置置开放式布布置以机器人人为中心心5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统1刀具运运储系统统的组成成典型的FMS刀具运储储系统通通常由刀刀具预调调站、刀刀具装卸卸站、刀刀库系统统、刀具具运载

44、交交换装置置以及计计算机控控制管理理系统组组成。刀具预调调站设置置在FMS之外，用用于FMS所应用的的刀具按按给定要要求进行行预先装装配调整整。刀具具装卸站站是刀具具进出FMS的门户，其结构构多为框框架式。刀具库库系统包包括机床床刀库和和中央刀刀具库。刀具运运载交换换装置是是一种在在刀具装装卸站、中央刀刀具库、机床刀刀具库之之间进行行刀具传传递的交交换的工工具。5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统2刀具运运载交换换装置刀具运载载通常由由换刀机机器人或或刀具运运输小车车实现。它们负负责完成成在刀具具装卸站站，中央央刀具库库以及各各加工单单元之间间的刀具具搬运和和交换。FMS中的刀具具交换包包

45、括三个个方面内内容：1）加工机机床刀具具库与工工作主轴轴间的刀刀具交换换，2）刀具装装卸站，中央刀刀具库以以及各加加工单元元之间的的刀具交交换3）AGV运载刀架架与机床床刀库之之间的刀刀具交换换。3.FMS刀具运储储系统的的主要职职能负责刀具具的运输输，存储储和管理理，适时时向加工工单元提提供所需需的刀具具，监控控管理刀刀具的使使用，及及时取走走已报废废的刀具具，保证证正常生生产的同同时，最最大限度度地降低低刀具成成本。5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统加工中心心机床自自动换刀刀方式l）顺序选选刀方式式将所需使使用的刀刀具按加加工顺序序，依次次放入刀刀库的每每个刀座座内。每每次换刀刀时，

46、刀刀座按顺顺序转动动一个刀刀座的位位置，并并取出所所需的刀刀具。2）刀座编编码方式式对刀库的的刀座进进行编码码，并将将与刀座座编码相相对应的的刀具一一一放入入指定的的刀座中中，然后后根据刀刀座编码码选取刀刀具。3）刀具编编码方式式采用特殊殊结构的的刀柄，并对每每把刀具具进行编编码。换换刀时通通过编码码识别装装置，根根据数控控系统发发出的换换刀指令令代码，在刀库库中寻找找所需要要的刀具具。这种种装刀换换刀方便便，刀库库容量减减小，还还可避免免因刀具具顺序的的差错所所造成的的事故。5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统4刀具信信息管理理FMS刀具信息息管理包包括刀具具的输送送，交换换和监控控，以

47、及及刀具信信息的录录入，存存储，跟跟踪，查查询和刀刀具准备备计划等等内容。刀具信息息分为静静态信息息和动态态信息5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统静态信息息就是刀刀具在加加工过程程中固定定不变的的信息，如刀具具类型、属性、编码、几何形形状以及及结构参参数等。动态信息息是指在在使用过过程中不不断变化化的一些些刀具参参数，如如刀具寿寿命、工工作直径径和长度度，以及及参与切切削加工工的其他他几何参参数，这这些信息息随加工工过程的的延续不不断发生生变化，直接反反映了刀刀具使用用时间长长短、磨磨损量的的大小、对工件件加工精精度和表表面质量量的影响响。5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统刀具管理

48、理系统5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统第一层为为刀具实实时动态态信息，由一系系列实时时数据文文件组成成，每一一把在线线刀具都都有一个个相应的的文件进进行描述述，记载载着刀具具的实时时动态数数据，包包括刀具具几何尺尺寸、工工作直径径及长度度、刀具具实际参参与切削削时间。第二层为为静态刀刀具类型型文件，提供了了刀具的的结构组组成和结结构参数数，它既既表示FMS中存在的的刀具，又能表表示可利利用相关关组件和和元件进进行装配配的刀具具。当刀刀具管理理员接到到刀具装装配指令令后，将将按该刀刀具类型型文件所所描述的的刀具结结构组装装所需要要的刀具具。第二层与与第一层层刀具信信息文件件的区别别是：第

49、第一层为为实际投投入FMS使用的刀刀具，而而第二层层则是为为可提供供FMS使用的刀刀具；在在第一层层刀具文文件中，每把刀刀具占有有一个实实时动态态描述文文件，而而第二层层每一文文件描述述一类刀刀具。第三、第第四层分分别为描描述刀具具组件和和元件的的文件。5.5柔性制造造系统的的刀具运运储系统统第五层刀刀具的监监控刀具监控控的目的的是为了了及时了了解每时时每刻的的在线刀刀具因磨磨损，破破损而发发生的性性质变化化，其监监控方法法是通过过刀具寿寿命跟踪踪来实现现。5.6柔性制造造系统的的控制系系统FMS的控制系系统实际际上是实实现FMS加工过程程中的物物料流动动过程的的控制、协调、调度、监测和和管理

50、的的信息流流系统。它由计计算机、工业控控制机、可编程程控制器器、通信信网络、数据库库和相应应的控制制与管理理软件组组成，是是FMS的神经中中枢和核核心部分分。5.6柔性制造造系统的的控制系系统1FMS控制系统统的功能能:传送数据据，给FMS中物料系系统和加加工设备备协调FMS各设备的的活动，保证把把工件和和刀具及及时提供供给加工工设备，使加工工设备高高效运转转生产控制制，包括括对零件件和各种种工件进进入制造造系统的的输入率率的决策策刀具系统统控制，监控刀刀具状态态FMS系统性能能的监控控及报告告5.6柔性制造造系统的的控制系系统2FMS控制结构构车间控制制器单元控制制器工作站控控制器设备控制制器图为FMS递阶四阶阶控制结结构：5.6柔性制造造系统的的控制系系统控制系统统的结构构 ：通常采用用递阶控制的结结构形式式，即通通过对系系统的控制功能能进行正正确、合合理地分分解，划划分成若若干层次次，各层层次分别别进行独独立处理理，完成成各自的的功能，层与层层之间在在网络和和数据库库的支持持下，保保持信息息交换，上层向向下层发发送命令令，下层层向上层层回送命命令的执执行结果果。通过