柔性制造系统

柔性制造系统第1页/共66页柔性制造系统第2页/共66页本讲结构柔性制造系统的概念及发展1柔性制造系统的主要组成2FMS的物料运储系统3FMS的刀具管理系统4

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柔性制造的关键技术第3页/共66页1.1柔性制造系统的定义根据国标，FMS被定义为：“柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem，简称FMS）是数控加工设备、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。”美国制造工程师协会的计算机辅助系统和应用协会定义为：“使用计算机控制柔性工作站和集成物料运储装置来控制并完成零件族某一系列工序的，或一系列工序的一种集成制造系统。”

第4页/共66页1.1.22刚性制造系统刚性生产系统是用于工件输送系统将各种刚性自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序链接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。适合进行大批量生产，效率高、成本低、质量稳定、程序固化。柔性制造系统建立在成组技术的基础上，由计算机控制的自动化生产系统，可同时加工形状相近的一组或一类产品。英文简称FMS。适合多品种、小批量的高效制造模式;减少毛坯和在制品的库存量;减少直接劳动力。1.2柔性制造系统的优势第5页/共66页1.2柔性制造系统的优势FMS优势降低成本效率高适应性强质量高第6页/共66页1.3柔性制造系统的发展20世纪60年代，工程师大卫·威廉逊(DavidWilliamson)提出FMS,并安装了第一套FMS。在计算机控制下，每天进行16小时的无人化加工，简称为“24系统”。1967年由英国莫林斯公司将其公诸于世。人毛坯托盘机床组传输机构工件卸料机构计算机控制FMC初级系统流程简化示意图第7页/共66页70年代初期原联邦德国、日本、前苏联、意大利等相继开发了本国的第一代FMS。

1968年，美国怀特·森斯特兰公司开发了可变任务系统，后来它成为广泛流传的柔性制造系统的原型。它由八台加工中心和两台多轴钻床组成，按固定顺序以一定节拍在各机床间传送和进行加工。欧洲伴随着最初FMS的应用，出现了大量原则不适合实际应用等一系列问题，因此开启了改良运动热潮。第8页/共66页历经10年的完善，FMS开始从实验室逐步成为先进制造业的主流。20世纪80年代初，机器人、无人自动导向小车、柔性自动化成为制造自动化的主打曲。1976年，日本发那科公司展出了由加工中心和工业机器人组成的柔性制造单元(简称FMC)。原料机器人运输机构检测部分加工中心检测部分AGV工件储存库计算机控制FMC流程示意图第9页/共66页80年代末期，由于FMS技术逐渐成熟而得到迅速的应用。1982年，日本发那科公司建成自动化电机加工车间。拥有60个柔性制造单元（包括50个工业机器人）和一个立体仓库，另有两台自动引导台车传送毛坯和工件1985年北京研究所用于加工数控机床直流伺服电机的主轴、端盖、法兰盘而开发第一套FMS。1988年世界已拥有760套FMS。第10页/共66页据统计数据，2014年我国自动化生产线需求量达到21,100条，而国内厂商产量仅为8,780条，较大的市场份额被国外厂商占据。尽管2010年至2014年期间，国内自动化生产线产量保持了25.32%的年均增长速度，但目前国内厂商依然无法满足旺盛的市场需求。第11页/共66页

在老龄化加剧、劳动力成本持续升温和我国产业结构面临转型调整压力等因素的综合影响下，实现《中国制造2025》规划成为推动我国工业转型升级的基石产业，产业国家扶持力度不断加大。国务院《智能制造装备产业“十二五”发展规划》中明确指出，至2020年我国将建立完善的智能制造装备产业体系，产业销售收入超过3万亿元，实现装备的智能化及制造过程的自动化，使产业生产效率、产品技术水平和质量得到显著提高。因此未来5年将是我国自动化制造业实现突破的关键窗口期，行业有望保持快速增长趋势。第12页/共66页故障柔性以不同加工工序和工艺加工一个零件的能力生产柔性能够经济和迅速地转变生产产品加工柔性在加工零件过程中出现局部故障时，能重新选择工件路径并继续加工产品的柔性运行系统适应不同产量并具有好的操作效益零件流动柔性产量柔性扩展柔性操作柔性机床的柔性通过配置相应的刀具、夹具、NC程序能够在需要时容易地、模块化地扩展系统的可能性能对每一种零件改变工序顺序FMS能够生产各类零件当系统中的设备出现故障时，制造系统对故障的处理能力1.4FMS柔性的体现第13页/共66页本讲结构柔性制造系统的概念及发展1柔性制造系统的主要组成2

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柔性制造系统的关键技术4第14页/共66页2柔性制造系统的主要组成加工系统和物流系统的自动控制实现在线数据的自动采集和处理集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等。第15页/共66页1.柔性制造系统的组成2.1柔性制造系统概述第16页/共66页1-自动仓库2-装卸站3-托盘站4-检验机器人5-自动小车6-卧式加工中心7-立式加工中心8-磨床9-组装交付站10-计算机控制室典型的柔性制造系统示意图第17页/共66页

2.2柔性制造系统的加工系统1.加工系统的性能要求使用经济性好控制功能强兼顾柔性和生产率高刚度、高精度、高速度加工工序集中对环境的适应性和保护性好自保护和自维护性好第18页/共66页2机床的选用棱柱类零件箱体框架平板立式加工中心卧式加工中心立卧两用加工中心2.2柔性制造系统FMS的加工系统第19页/共66页回转类零件轴类轮盘类2机床的选用数控车削机床车削加工中心

2.2柔性制造系统的加工系统第20页/共66页3机床的配置形式互替式互补式混合式2.2柔性制造系统的加工系统第21页/共66页4加工系统的辅助装置加工系统的辅助装置机床夹具自动上下料装置托盘2.2柔性制造系统的加工系统第22页/共66页2.2柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置1、机床夹具

一个好的夹具应能允许一次装夹便能完成零件上所有部位的加工，减少装夹定位次数，避免不必要的累积误差。FMS机床夹具的发展趋势大量使用组合夹具开发柔性夹具第23页/共66页2.2柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置2、托盘托盘既是工件的承载体，又是一种工件和机床之间的硬件接口。在同一条FMS中的所有托盘，必须采用同一种结构形式。第24页/共66页

2.2柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置3、自动上下料装置指机床与托盘之间工件/托盘的装卸装置。托盘交换装置（ACP）、工业机器人托盘交换装置是连接FMS加工设备和物料运送系统的桥梁，不仅起到连接作用，还可以作为工件的暂时储存器。第25页/共66页往复式回转式2.2柔性制造系统的加工系统4加工系统的辅助装置3、自动上下料装置第26页/共66页2.3物料运输系统2.3.1物料运储系统2.3.2刀具管理系统第27页/共66页2.3.1物料运储系统作用

在加工系统之间及内部的物料自动搬运及控制、自动装卸及存储。自动小车有轨运输车物料输送系统物料存储系统传送带机器人无轨运输车一般机器人门架机器人自动化仓库托盘库刀具库物料运储系统第28页/共66页1物料输送系统工具1、有轨运输车（RGV）

往返于加工设备、装卸站与立体仓库之间，按指令自动运行到指定工位自动存取物料。优点：定位精度高、载重量大、运行速度快、控制简单。缺点：改动困难，距离有限、容易引发堵塞。2.3.1物料运储系统第29页/共66页2、无轨运输车（自动导向小车；AGV）2.3.1物料运储系统第30页/共66页优点：柔性强、不会堵塞物流、扩展性能好、传送距离远、成本低。缺点：传送量小、控制复杂。2.3.1物料运储系统2、无轨运输车（自动导向小车；AGV）第31页/共66页3、传送带皮带式、辊筒式、链板式、高架式优点：传送量大、传送频率高、传送可靠。缺点：改动困难。2.3.1物料运储系统第32页/共66页2.3.1物料运储系统2物料输送系统基本回路直线输送回路环形输送回路网状输送回路第33页/共66页2.3.1物料运储系统3物料存储系统1、分类工件装卸站托盘缓冲区自动化立体仓库物料存储系统第34页/共66页2.3.1物料运储系统第35页/共66页2.3.1物料运储系统2、自动化仓库的计算机控制与管理物料信息的登录和识别1物料的自动存取2仓库管理3第36页/共66页负责刀具的运输、存储和管理，适时地向加工单元提供所需的刀具，监控刀具的使用以及取走已报废或寿命已耗尽的刀具。2.4FMS的刀具管理系统1刀具管理系统的职能第37页/共66页2.4FMS的刀具管理系统2刀具管理系统的组成及运作第38页/共66页2.4刀具管理系统3刀具的交换与存储加工机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换1刀具装卸站、中央刀具库以及各加工机床之间的刀具交换2顺序选择方式刀座编码方式刀具编码方式第39页/共66页2.4刀具管理系统运载工具上的刀架与机床刀库之间的刀具交换33刀具的交换与存储加工机床刀具库与工作主轴之间的刀具交换1刀具装卸站、中央刀具库以及各加工机床之间的刀具交换2第40页/共66页2.4刀具管理系统4刀具监控与信息管理刀具监控的目的：及时了解所使用刀具因磨损、破损而发生的性质的变化。直接法接触法图像匹配法间接法工件表面质量监测切削温度监测超声波监测振动监测切削力监测功率监测声发射监测第41页/共66页3工业机器人柔性制造系统（FMS）第42页/共66页3.工业机器人第43页/共66页第44页/共66页3.1机器人的概念3.2工业机器人的发展历程3.3工业机器人的组成3.4工业机器人的分类3.5工业机器人的工作过程3.6工业机器人的技术参数3.7工业机器人的应用3工业机器人第45页/共66页3.1机器人的概念ClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddTextClicktoaddText美国机器人协会(RIA)

机器人是一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置，通过程序动作来执行各种任务，并具有编程能力的多功能操作机。ISO

机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能操作机。GB／T12643—90机器人是一种能自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，能搬运材料、工件或操持工具，用以完成各种作业。3.工业机器人第46页/共66页3.2工业机器人的发展历程1920年卡里洛·奇别克的科幻剧《Rossum’sUniversalRobots》首次使用了ROBOT这个名词，意思是“人造的人”。50、60年代

AMF公司生产了柱坐标型Versatran机器人

70年代1974年CincinnatiMilacron公司成功开发了多关节机器人1979年，Unimation公司又推出了PUMA机器人

80年代第二代机器人——有感觉的机器人

目前第三代机器人——智能机器人

3工业机器人第47页/共66页3.3工业机器人的组成执行系统驱动系统传感系统控制系统行走机构机座手臂手腕手部3工业机器人第48页/共66页3.4工业机器人的分类1、按系统功能分类专用机器人1通用机器人2示教再现机器人3智能机器人4以固定地点、固定程序工作结构简单、无独立控制系统、造价低廉。适用于大批量生产。有独立控制系统，工作程序可变，可完成多种作业，结构复杂，工作范围大，定位精度高，通用性强。适用于柔性制造系统。由人示教后，能按示教的顺序、位置、条件与其他信息反复重现复杂的示教动作。适用于多工位和经常变化工作路线的工作。具有视觉、听觉、触觉功能，通过比较和识别,作出决策和规划，完成预定的动作。3.工业机器人第49页/共66页3.4工业机器人的分类2、按驱动方式分类液压式机器人气压式机器人电力式机器人采用液压驱动，负载能力强、传动平稳、结构紧凑、动作灵敏，使用广泛；以压缩空气作为动力源，动作迅速、结构简单、成本低，适用于高速轻载、高温和粉尘大的环境；电机驱动，结构简单、响应快、精度高，近来发展迅速。3.工业机器人第50页/共66页3.4工业机器人的分类3、按手臂动作形态分类直角坐标机器人圆柱坐标型机器人易于编程、定位精度高、结构简单，所占空间大、灵活性较差；相比直角坐标型相比，所占体积小、运动范围大；3.工业机器人第51页/共66页多关节机器人球坐标机器人3.4工业机器人的分类3、按手臂动作形态分类直角坐标机器人圆柱坐标型机器人易于编程、定位精度高、结构简单，所占空间大、灵活性较差；相比直角坐标型相比，所占体积小、运动范围大；结构紧凑、工作范围大、结构较复杂；工作范围大、动作灵活、通用性强、应用较广。3.工业机器人第52页/共66页1机器人接受命令，形成作业过程控制策略完成作业任务23保证正确完成作业4告诉机器人要做什么3.5工业机器人的工作过程3.工业机器人第53页/共66页机器人技术参数3.6工业机器人的技术参数机器人在规定的性能范围内，机械接口处能承受的最大负载量(包括手部)在工作载荷条件下、匀速运动过程中，机械接口中心或工具中心点在单位时间内所移动的距离或转动的角度。自由度精度工作空间承载能力最大工作速度精度重复精度分辨率机器人手臂末端或手腕中心所能达到的所有点的集合3.工业机器人第54页/共66页机器人应用场合恶劣的工作环境重复的工作环境难以装卸的场合多班次作业生产批量和操作工位多变的生产场合3.工业机器人3.7工业机器人的应用第55页/共66页弧焊机器人

激光焊机器人

电阻焊机器人

自动化焊接机器人

点焊机器人

等离子切割机器人

3.工业机器人第56页/共66页清洁机器人

上料机器人

物料输送机器人

材料去除机器人

包装机器人

喷漆机器人

3.工业机器人第57页/共66页部件移动机器人

装配机器