第3章-AMS的组成1-杨教授-南京林业大学

AutomaticManufacturingSystem第三章AMS的组成制作：杨雨图自动化制造系统1本章学习目标了解AMS的常见类型了解AMS中常见的加工设备了解AMS中刀具准备及储运系统了解AMS中工业机器人了解AMS中质量控制与运行监控了解AMS中一些辅助设施了解AMS中控制与通信系统重点：了解AMS常见类型了解AMS中加工设备、刀具及储运系统2学习内容AMS的常见类型AMS中常见的加工设备AMS中工件储运系统AMS中刀具准备及储运系统AMS中工业机器人AMS中质量控制与运行监控AMS中一些辅助设施AMS中控制与通信系统思考题31.AMS的常见类型刚性自动线分布式数字控制DNC柔性制造单元FMC柔性制造系统FMS柔性制造线FML柔性装配线FAL4刚性自动线组成：刚性自动化加工设备、工件输送设备、切屑输送装置和控制系统等组成自动化加工设备：组合机床和专用机床，针对某一种或某一组零件的加工工艺而设计。加工效率很高。控制系统：集中控制，早期是电气控制，目前采用PLC控制。切屑输送装置：集中排屑方式，挂板式、螺旋式。工件输送装置：工件装卸工位、自动上下料装置、中间储料装置、输送装置、随行卡具、升降装置和翻转装置等。刀具系统：人工安装、调整，定时强制换刀。5组合机床自动线布置图－按工序布置加工箱体零件的组合机床自动线1—组合机床，2—组合机床，3—鼓轮，4—组合机床，5—切屑输送装置，6—液压油泵站；7—转台，8—输送带传动装置，9—控制台，10—工件输送线6汽车后桥齿轮箱加工自动线7加工喷油泵的组合机床自动线8发动机缸体组合机床自动线9卧式枪镗导管孔组合机床自动线10采用龙门式机械手上下料缸体粗加工生产线11沈阳机床厂制造的凸轮轴粗加工自动生产线12分布式数字控制DNC组成：中央计算机、CNC控制器、通信接口和联接线路等组成。a)直接DNC系统，也就是直接数字控制DNC(DirectNumericalcontrol)，是早期的DNC概念，其主要功能是将计算机与数控机床的直接连接，只是实现NC程序的下传到数控机床以完成零件的加工而已。b)分布式数控系统(DistributedNumericalControl)随着网络和计算机技术的发展而赋予了DNC新的内涵。不但能够实现NC程序的双向传输，而且具有系统信息采集、状态监视和系统控制等功能。c)柔性DNC系统是随着DNC的发展，DNC和FMS的界限越来越模糊，此时的DNC己成为FMS中必不可少的一部分。d)网络DNC系统，是为了适应敏捷制造、全球制造、分布式制造和远程制造而发展起来的一种DNC系统。这种DNC系统的特点是更强调网络与分布式数据库方面的功能与虚拟集成。13DNC系统14DNC－CNC功能功能任务系统控制作业调度、数控程序分配、数控数据传送机床负荷平衡、系统启动、系统停止数据管理作业计划数据管理、数控程序管理、程序参与管理刀具数据管理、托盘管理、生产数据统计设备运行数据管理系统监控刀具磨损检测、系统运行状态检测15柔性制造单元FMC组成：柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）由1到3台数控机床或加工中心、工件自动输送及更换系统、刀具存储、输送及更换系统、设备控制器和单元控制器等组成。

特点：单元内机床工艺能力相互补充，可混合加工不同种类零件。FMC控制系统

FMC控制系统一般分为两级，分别是单元控制级和设备控制级。

FMC的基本控制功能

（1）单元中各加工设备的任务管理与调度。 （2）单元内物流设备的管理与调度。 （3）刀具系统的管理。16回转体零件的柔性制造单元17加工棱体零件的柔性制造单元单元主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。1－刀具库2－换刀机械手3－托盘库

4－装卸工位

5－托盘交换机构18门式高架机器人搬运式FMC19加工中心组成的缸体柔性加工单元20柔性制造系统柔性：指生产组织形式和自动化制造设备对加工任务的适应性。FMS是在加工自动化基础之上实现物料流和信息流的自动化。组成：（FlexibleManufacturingSystem）由两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其基本组成部分有：自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统和多层计算机控制系统等。1.自动化加工设备包括自动化加工设备有数控机床、加工中心、车削中心等，也可能是柔性制造单元21柔性制造系统2.工件储运系统

FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘（工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运输小车、机器人或机械手等;工件更换装置包括各种机器人或机械手、托盘交换装置等。3.刀具储运系统

FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和交换机构等组成。4.多层计算机控制系统多层控制，通常用单元层、工作站层和设备层。5.其他辅助设备FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备一般包括自动清洗工作站,自动去毛刺设备,自动测量设备,集中切屑运输系统和集中冷却润滑系统等。22柔性制造系统的主要特点柔性高，适应多品种小批量生产系统内的机床工艺能力互补或相互替代可混流加工不同零件系统局部调整或维修不中断整个系统运行多层计算机控制，可和上层计算机联网可三班倒无人干预生产23柔性制造系统示意图24柔性制造系统示意图

柔性制造系统25FMS控制系统实例系统包括自动导向小车（AGV）、TH6350卧式加工中心、XH714A立式加工中心和仓储设备等。26典型的柔性制造系统27某高校柔性制造试验系统28某高校柔性制造试验系统29某高校柔性制造试验系统30柔性制造线FML组成：柔性制造线（FlexibleManufacturingLine）由自动化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成。优点：具有刚性自动线的绝大部分优点；当批量不很大时，生产成本比刚性自动线低得多；当品种改变时，系统所需的调整时间又比刚性自动线少得多，但建立系统的总费用却比刚性自动线高得多。

1.自动化加工设备;数控机床、可换主轴箱机床2.

工件输送系统;与刚性自动线类似3.

刀具;主轴箱机床有多把刀具，刀具安装、调整人工进行，定时强制换刀31柔性制造线示意图图为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由两台对面布置的数控铣床，四台两两对面布置的转塔式换箱机床和一台循环式换箱机床组成。采用辊子传送带输送工件。这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区别，但它具有一定的柔性。FML同时具有刚性自动线和FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在生产率上接近刚性自动线。32244FM摩托车发动机汽缸柔性自动线33柔性装配线FAL组成：柔性装配线（FlexibleAssemblyLine）通常由装配站、物料输送装置和控制系统等组成。

1.装配站

FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人,不可编程的自动装配装置和人工装配工位。

2.物料输送装置

3.控制系统

FAL的控制系统对全线进行调度和监控，主要控制物料的流向和自动装配站、装配机器人。图8-8是FAL的示意图。34柔性装配示意图35AMS中常用自动化加工设备组合机床一般数控机床车削加工中心加工中心MC36组合机床组合机床（modularmachinetool）一般针对某一种零件或某一组零件设计、制造的，常用于箱体、壳体和复杂类零件的平面、各种孔和孔系的加工，一般一台机床上采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式，生产效率比通用机床高几倍至几十倍。优点：1、工序集中，多刀同时加工，生产效率高2、采用专用夹具和刀具，加工质量稳定3、常用液压、气动装置对工件定位、夹紧和松开，实现工件装夹的自动化4、常用随行夹具，方便工件装卸和输送5、更换主轴箱可适应同组零件的加工，有一定柔性6、采用PLC控制，可与上层控制计算机通信7、机床主要部件由通用部件组成，设计、制造周期短，系统建造速度快。37组合机床38双头铣组合机床39双头铣钻组合机床40一般数控机床数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而控制刀具和工件之间的位置，并加工零件。特点：1、柔性高2、自动化程度高3、加工精度高，普遍可达1μm,高精度机床可达0.2μm4、生产效率高转速高，进给速度大5、具有刀具寿命管理功能6、具有通信功能41数控车床42数控车床43数控车床44数控铣床45数控铣床46数控铣床47数控镗床48数控镗床49数控镗床50车削加工中心车削中心是以车床为基本体，并在其础上进一步增加动力铣、钻、镗，以及副主轴的功能，使车件需要二次，三次加工的工序在车削中心上一次完成。特点：工艺范围宽、加工柔性高、人工介入少、加工精度高、生产效率和机床利用率都很高。51车削中心52车削中心53车削中心车削加工中心

1-刀库2-回转刀架3-换刀机械手4-上下工件机器人5-工件存储站

54加工中心MC通常是指镗铣加工中心，主要用于加工箱体及壳体类零件，工艺范围广。加工中心的系统基本组成与一般数控机床一样，只是在此基础上增加了刀库和自动换刀装置而形成一类更复杂，但用途更广，效率更高的数控机床。加工中心配置有刀库和自动换刀装置，能在一台机床上完成车、铣、镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。

特点：加工中心机床具有工序集中，可以有效缩短调整时间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高等优点，因此常用于零件比较复杂，需要多工序加工，且生产批量中等的生产场合。

55立式加工中心56卧式加工中心57卧式加工中心58刀库59AMS中的工件储运系统AMS中工件储运系统的组成AMS中工件输送设备AMS中工件存储系统－自动化立体仓库60AMS中工件储运系统的组成

组成：由存储设备、运输设备和辅助设备等组成。存储：是指将工件毛坯、在制品或成品在仓库中暂时保存起来，以便根据需要取出，投入制造过程，立体仓库是典型自动化仓储设备。运输：是指工件在制造过程中的流动。运输设备：传送带、运输小车、机器人及机器手辅助设备：立体仓库和运输小车、小车与机床工作站之间的连接或托盘交换装置。61工件储运系统在AMS中的作用工件储运系统在AMS中的作用——将被加工零件按系统的要求输送到所需要的设备进行加工或处理，对暂时不需要加工的工件进行有效的存储和管理，使其不仿碍其它工件的流动，对已加工完成的件要送出系统或送入仓库等。工件储运系统对加工零件、夹具以及托盘的运送和存储工作，必须相互合理协调地进行，使系统中加工设备能充分利用，满负荷工作，使整个系统的运行效率最高。62AMS中工件输送设备传送带棘爪步伐式传送带回转步伐式传送带链板履带式传送带托盘及交换装置运输小车有轨小车自动导向小车工件输送装置包括下列装置63传送带类型步伐式输送装置是组合机床自动线上典型的工件输送装置。在加工箱体类零件的自动线以及带随行夹具的自动线中，使用非常普遍。64棘爪式输送带1输送带；2挡销；3销轴；4棘爪；5弹簧；6工件；1中间棘爪；2首端棘爪；3末端棘爪；4侧板；5联接板；65回转步伐式传送带

棘爪步伐输送装置虽然动作简单（因而其传动机构简单），但当输送速度较高时，工件在到达终点时往往因惯性作用向前超程而不能保证位置精度。此外，由于切屑掉入，偶尔也有棘爪卡死、输送失灵的现象。为了提高输送速度及输送工作的可靠性，可以采用回转步伐输送装置1输送带；2拨爪；3工件；66回转步伐式传送带

圆杆；2.回转机构；3.回转接头；4.活塞杆5.油缸；6.缓冲器；7.支承滚轮；67托盘及交换装置

作用：在FMS中，广泛采用托盘和托盘交换装置，实现工件自动更换，缩短消耗在更换工件上的辅助时间。ISO标准规定的托盘基本形状

1-托盘导向面2-侧面定位面3-安装螺孔4-工件安装面5-中心孔6-托盘搁置面7底面8-工件固定孔9-托盘夹紧面10-托盘定位面68托盘及交换装置托盘交换装置是加工中心与工件输送设备之间的连接装置，起着桥梁和接口作用。69托盘及交换装置往复式托盘交换器

70托盘及交换装置柔性制造单元

1-加工中心机床2-托盘3-托盘站

4-环形工作台5-工件交换台71平行式托盘交换器72回转式托盘交换器73有轨小车

有轨小车（RailGuideVehicle）是一种沿着铁轨行走的运输工具，有自驱和它驱两种驱动方式。自驱动有轨小车通过车上的小齿轮和安装在铁轨一侧的齿条啮合，利用交、直流伺服电动机驱动。它驱式有轨小车由外部链索牵引，在小车底盘的前、后各装一导向销，地面上修有一组固定路线的沟槽，导向销嵌入沟槽内，保证小车行进时沿着沟槽移动。有轨小车的特点：加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；导轨固定，行走平稳，停车位置比较准确；控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广应用；行走路线不便改变，转弯角度不能太小；噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。74有轨小车

75自动导向小车

（AutomaticGuidedVehicle——AGV

）自动导向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。因为它没有固定式机械轨道，相对于有轨小车而被称为无轨小车。小车以电池为动力，采用直流伺服电机或步进电机驱动。自动导向小车特点：控制性能好，容易按其需要改变作业计划，灵活地调度小车的运行；由于没有机械轨道，可方便地重新布置或扩大预定运行路径和运行范围以及增减运行的车辆数量，有极好的柔性，应用广泛。76自动导向小车1.AGV的结构;

在自动化制造系统中使用的AGV大多数是磁感应式AGV。下图是一种能同时运送两个工件的AGV。结构：车体、安装平台、托盘交换装置、蓄电池、控制系统77自动导向小车2.AGV的自动导向原理;

下图是磁感应AGV自动导向原理图，小车底部装有弓形天线3，跨设于以感应线4为中心且与感应线垂直的平面内。感应线通以交变电流，产生交变磁场。当天线3偏离感应线任何一侧时，天线的两对称线圈中感应电压有差值，误差信号经过放大，驱动左、右电动机2;左、右电动机有转速差，经驱动轮1使小车转向，使感应线重新位于天线中心，直至误差信号为零。78自动导向小车3.路径寻找;

路径寻找就是自动选取岔道，AGV在车间的行走路线比较复杂，有很多分岔点和交汇点。地面上有中央控制计算机负责车辆调度控制，AGV小车上带有微处理器控制板，AGV的行走路线以图表的格式存储在计算机内存中。79自动导向小车

日本神钢自动导向小车

德国mlr自动导向小车80自动导向小车81AMS中工件存储系统－自动化立体仓库特点：计算机管理，帐目清楚，位置准确相应速度快与搬运设备衔接，及时可靠减少库存，加速资金周转充分利用空间，减少厂房面积减少工件损伤和物料丢失存放物料较宽减少管理人员，降低管理费用耗资较大，适用于一定规模的生产

自动化立体仓库，是利用自动化存储设备同计算机管理系统的协作来实现立体仓库的高层合理化，存取自动化，以及操作简便化。82自动化立体仓库组成组成：自动化立体仓库的主要由货架，巷道式堆垛起重机（堆垛机）、入(出)库工作站台、调度控制系统以及管理系统组成。将物料存放在正确的位置，以便于随时向制造系统供应物料。

货架为一个个存储单元，设有地址编码，货架之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。堆垛机由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的三维搬运设备。控制与管理系统负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。各部分功能：83自动化立体仓库在系统中的位置84自动化立体仓库85巷道堆垛机（narrow-asidestackercrane）堆垛机是立体仓库的主要作业机械，是一种专用起重机。它采用光电检测方法，利用零件表面对光的反射作用，探测货格内有无货箱，防止取空或存货干涉。堆垛起重机可采用有轨或无轨方式，其控制原理与运输小车相似。堆垛机上有检测水移动和升降高度的传感器，辩认货物的位置，一旦找到需要的货位，在水平和垂直方向上制动，货叉将货物自动推入货格，或将货物从货格中取出。86巷道堆垛机（narrow-asidestackercrane）按用途分：单元型、拣选型、单元-拣选型三种。按控制方式分：手动、半自动和全自动三种。按转移巷道方法的分：固定式、转移式和转移车式三种。按照金属结构的形式可分：