1、一、学习要求一、学习要求1 1、了解：柔性制造系统的产生和特点；、了解：柔性制造系统的产生和特点； 2 2、掌握：柔性制造系统的定义、组成及类型。、掌握：柔性制造系统的定义、组成及类型。 二、学习要点二、学习要点1 1、柔性制造系统的产生、特点；、柔性制造系统的产生、特点； 2 2、FMSFMS的定义、组成及类型的定义、组成及类型； 3 3、物料运送装置；、物料运送装置；4 4、加工中心的分类及其换刀方式、刀库类型。、加工中心的分类及其换刀方式、刀库类型。 2.1.1 2.1.1 制造自动化技术的广义内涵制造自动化技术的广义内涵 2.1.2 2.1.2 柔性自动化制造技术的发展历程及现柔性自动
2、化制造技术的发展历程及现状状 2.1.3 2.1.3 柔性自动化制造技术发展趋势柔性自动化制造技术发展趋势 2.1.4 2.1.4 制造自动化技术涉及的相关内容制造自动化技术涉及的相关内容2.1.1 2.1.1 制造自动化技术的广义内涵制造自动化技术的广义内涵一、自动化概念的不断发展变化一、自动化概念的不断发展变化 自动化技术是人类在长期的生产活动中不断追自动化技术是人类在长期的生产活动中不断追求的主要目标之一。求的主要目标之一。1、1936年美国通用汽车公司工作人员认为：在一个生产年美国通用汽车公司工作人员认为：在一个生产过程中，机器之间的零件转移不用人去搬运就是过程中，机器之间的零件转移不
3、用人去搬运就是“自动化自动化”。即：。即：以机械代替人力操作，自动完成特定的作业。以机械代替人力操作，自动完成特定的作业。2、随着计算机的出现和应用，自动化的概念扩展为：、随着计算机的出现和应用，自动化的概念扩展为：用用机器包括计算机代替或辅助人的体力劳动和脑力劳动，按机器包括计算机代替或辅助人的体力劳动和脑力劳动，按照需求和目标，灵活、自动地完成特定的作业。照需求和目标，灵活、自动地完成特定的作业。3、今天，柔性自动化制造技术是指：、今天，柔性自动化制造技术是指：在广义制造过程中在广义制造过程中的所有环节采用自动化技术的所有环节采用自动化技术，即对制造全过程进行优化规，即对制造全过程进行优化
4、规划、组织、运作、协调、控制与管理，以实现优质、高效划、组织、运作、协调、控制与管理，以实现优质、高效、低耗、敏捷和绿色生产的目标，并取得社会经济效益。、低耗、敏捷和绿色生产的目标，并取得社会经济效益。二、柔性自动化制造技术在形式上的三层含义二、柔性自动化制造技术在形式上的三层含义 1、代替人的体力劳动；、代替人的体力劳动；2、代替或辅助人的脑力劳动；、代替或辅助人的脑力劳动；3、实现制造系统中人、机及整个系统的协调、实现制造系统中人、机及整个系统的协调、管理、控制和优化。管理、控制和优化。三、柔性自动化制造技术在功能上的含义三、柔性自动化制造技术在功能上的含义 可用可用TQCSEF模型来描述
5、柔性自动化制造技术模型来描述柔性自动化制造技术的目标。的目标。 T（Time）时间，加速新产品研制，缩短交货时间，加速新产品研制，缩短交货期期Q（Quality）质量质量C（Cost） 成本成本S（Service）服务服务E（Environment）环保环保F（Flexible）柔性柔性四、柔性自动化制造技术的内涵四、柔性自动化制造技术的内涵 自动化：自动化：自动去完成特定的作业。自动去完成特定的作业。制造自动化（狭义）：制造自动化（狭义）：生产车间内，产品机械加工、生产车间内，产品机械加工、装配和检验过程的自动化；装配和检验过程的自动化； 制造自动化（广义）：制造自动化（广义）：包含产品设计
6、、企业管理、包含产品设计、企业管理、加工装配和质量控制等产品制造全过程综合集成自加工装配和质量控制等产品制造全过程综合集成自动化。动化。制造自动化意义：制造自动化意义：显著提高劳动生产率、提高产品显著提高劳动生产率、提高产品质量、降低制造成本、提高经济效益，改善劳动条质量、降低制造成本、提高经济效益，改善劳动条件、提高劳动者的素质、有利于产品更新、带动相件、提高劳动者的素质、有利于产品更新、带动相关技术的发展、提高企业的市场竞争能力。关技术的发展、提高企业的市场竞争能力。刚性自动化刚性自动化 设备设备-自动自动/ /半自动机床、组合机床、组合机床自动线；半自动机床、组合机床、组合机床自动线；
7、对象对象-单一品种大批量生产自动化；单一品种大批量生产自动化； 特点特点-生产效率高、加工品种单一。生产效率高、加工品种单一。柔性自动化柔性自动化 设备设备-NCNC、CNCCNC、FMCFMC、FMSFMS等。等。 对象对象-多品种小批量甚至单件生产自动化；多品种小批量甚至单件生产自动化；综合自动化综合自动化 经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，经营管理、开发设计、加工装配、质量保证自动化，CIMSCIMS、CECE、LPLP、AMAM等。等。 2.1.2 2.1.2 柔性自动化制造技术的发展历程及现柔性自动化制造技术的发展历程及现状状一、发展历程的第一种划分方法（三个阶段）一、发
8、展历程的第一种划分方法（三个阶段） 三种自动化形式比较比较项目刚性自动化柔性自动化综合自动化实现目标 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本 减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，缩短产品制造周期 除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，提高对市场的响应能力控制对象物流物流物流，信息流特点 通过机、电、液气等硬件控制方式实现，因而是刚性的，变动困难 以硬件为基础，以软件为支持，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的 不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且涉及脑力劳动以及设计、经营管理等各方面典型系统与装备 自动机床、组合机床，机械手，自动生产线 NC机
9、床，加工中心，工业机器人，DNC，FMC，FMS CAD/CAM系统，MRP，CIMS应用范围大批大量生产多品种、中小批量生产各种生产类型关键技术 继电器程序控制技术，经典控制论 数控技术，计算机控制，GT，现代控制论 系统工程，信息技术，计算机技术，管理技术 汽车后桥齿轮箱加工自动线刚性自动化20年代 柔性自动化50年代焊接机器人综合自动化70年代综合自动化二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）1、第一阶段（、第一阶段（1913年）：年）：刚性自动化，包括刚性生产刚性自动化，包括刚性生产线和自动单机。线和自动单机。 该阶段技术在该阶段技术在20世纪世
10、纪40年代已经相当成熟。年代已经相当成熟。 特点：大批量生产；仅适用于单一品种特点：大批量生产；仅适用于单一品种 新技术：继电器程序控制组合机床新技术：继电器程序控制组合机床2、第二阶段（、第二阶段（1930）：）：数控加工，包括数控和计算机数控加工，包括数控和计算机数控。数控。 其中数控在其中数控在20世纪世纪50-70年代发展迅速并已成熟，年代发展迅速并已成熟，70-80年代计算机数控加工取代了数控加工。年代计算机数控加工取代了数控加工。 特点：柔性好；适用于多品种中小批量生产特点：柔性好；适用于多品种中小批量生产 新技术：数控技术、计算机编程技术等新技术：数控技术、计算机编程技术等二、发
11、展历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）3、第三阶段（、第三阶段（1965年）：年）：柔性制造，包括计算机直接柔性制造，包括计算机直接控制（控制（DNC）、）、FMS和和FMC。 特点：柔性、高效率；适用于多品种中小批量生产；特点：柔性、高效率；适用于多品种中小批量生产； 新技术：新技术：GT，DNC，FMS，监控技术，监控技术4、第四阶段（、第四阶段（1973）：）：计算机集成制造系统计算机集成制造系统CIMS CIMS在在20世纪世纪80年代以来发展迅速。年代以来发展迅速。 特点：强调系统性和集成性；特点：强调系统性和集成性； 新技术：现代制造技术、管理技
12、术、计算机技术、新技术：现代制造技术、管理技术、计算机技术、自动化技术、信息技术、系统工程技术自动化技术、信息技术、系统工程技术二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）二、发展历程的第二种划分方法（五个阶段）5、第五阶段（、第五阶段（1991年）：年）：智能制造系统（智能制造系统（IMS），包），包括计算机直接控制（括计算机直接控制（DNC）、）、FMS和和FMC。 1990年年4月由日本倡导。月由日本倡导。 特点：集成日本的企业技术、欧共体的精密工程技特点：集成日本的企业技术、欧共体的精密工程技术、美国的系统技术等术、美国的系统技术等 以上介绍五个阶段，是国外发达国家的发展历程。我国以上介绍
13、五个阶段，是国外发达国家的发展历程。我国与国外发达国家相比，有所滞后，目前正在努力跟进。与国外发达国家相比，有所滞后，目前正在努力跟进。作 业1、柔性自动化制造技术的发展先后经历了哪五个阶段？（1）刚性自动化（2）数控加工（3）柔性制造（4）计算机集成制造系统（5）智能制造系统三、柔性自动化制造技术的研究现状三、柔性自动化制造技术的研究现状1、集成技术和系统技术、集成技术和系统技术 研究热点。研究热点。 CIMS：信息集成和功能集成；：信息集成和功能集成； CE：过程集成；：过程集成； AM：企业间集成；：企业间集成；2、人机一体化系统、人机一体化系统 全盘自动化和无人化工厂或车间全盘自动化和
14、无人化工厂或车间曾经是曾经是制造自动化发制造自动化发展的目标。在对无人制造中出现的问题进行反思的基础上，展的目标。在对无人制造中出现的问题进行反思的基础上，人们重新认识了人们重新认识了人人在柔性自动制造系统中有着机器不可替在柔性自动制造系统中有着机器不可替代的重要作用。代的重要作用。 将人作为系统结构中的有机组成部分。将人作为系统结构中的有机组成部分。 三、柔性自动化制造技术的研究现状三、柔性自动化制造技术的研究现状3、单元系统及其技术、单元系统及其技术 单元系统：单元系统：以一台或多台数控加工设备与物料储运系以一台或多台数控加工设备与物料储运系统为主体，在计算机统一控制下，可进行多品种、中小
15、批统为主体，在计算机统一控制下，可进行多品种、中小批量零件自动化加工生产的机械加工工艺系统的总称。量零件自动化加工生产的机械加工工艺系统的总称。 是是CIMS的重要组成部分。的重要组成部分。4、制造过程中的计划与调度、制造过程中的计划与调度 在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间在多品种、中小批量生产中，加工时间仅占生产时间的约的约5，其余，其余 95均为周转等待时间；加工时间中真正进均为周转等待时间；加工时间中真正进行切削的时间不足行切削的时间不足30% 。 5 95调整、装夹、对刀、检测等切削30 70加工时间 运输与等待时间制造周期加工时间多品种、中小批量生产的时间分配5、柔性制
16、造自动化制造技术的深度与广度、柔性制造自动化制造技术的深度与广度 FMC FMLFMS； 但物流自动化设备投资在整个但物流自动化设备投资在整个FMS的投资中占有相当的投资中占有相当大的比例，因此大的比例，因此FMS的应用受到其的应用受到其投资大、见效慢和可靠投资大、见效慢和可靠性相对较差性相对较差等不足的限制。等不足的限制。 DNC具有投资小、见效快和可靠性高等优点，近年来具有投资小、见效快和可靠性高等优点，近年来研究较为活跃。研究较为活跃。6、适应现代生产模式的制造环境、适应现代生产模式的制造环境 JIT； CE； LP； AM 7、加工系统的复合化和智能化、加工系统的复合化和智能化 日本提
17、出了智能完备制造系统（日本提出了智能完备制造系统（HMS）；）； 制造敏捷化制造敏捷化 使企业面临市场竞争作出快速响应；使企业面临市场竞争作出快速响应； 制造网络化制造网络化 实现制造过程的集成，实现异地制造、实现制造过程的集成，实现异地制造、远程协调作业；远程协调作业； 制造虚拟化制造虚拟化 保证产品和制造过程一次成功，尽早发保证产品和制造过程一次成功，尽早发现设计与生产中可避免的缺陷和错误；现设计与生产中可避免的缺陷和错误； 制造智能化制造智能化 扩大、延伸、部分取代人类专家在制造扩大、延伸、部分取代人类专家在制造过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过程。过程中的脑力劳动，以实现优化的制造过
18、程。 制造全球化制造全球化 市场国际化，产品制造跨国化，制造资市场国际化，产品制造跨国化，制造资源跨国家的协调、共享和优化利用；源跨国家的协调、共享和优化利用； 制造绿色化制造绿色化 使产品从设计、制造、使用到报废处理使产品从设计、制造、使用到报废处理全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。全生命周期中，对环境影响最小，资源利用率最高。2.1.3 2.1.3 制造自动化技术发展趋势制造自动化技术发展趋势2.1.4 2.1.4 制造自动化技术涉及的相关内容制造自动化技术涉及的相关内容1 1、数控技术与系统、数控技术与系统数控相关课程已学习，本门课程不再讲述数控相关课程已学习，本门课程不再讲
19、述2 2、柔性制造系统、柔性制造系统本章主要内容本章主要内容3 3、工业机器人、工业机器人本门课程第本门课程第5 5章讲述章讲述4 4、自动检测与监控技术、自动检测与监控技术 部分内容在部分内容在机械测试技术机械测试技术或或传感器传感器相关课程中已讲述，本章在介绍相关课程中已讲述，本章在介绍刀具监控时将简要介绍。刀具监控时将简要介绍。一、柔性制造系统的产生和特点一、柔性制造系统的产生和特点1 1、产生背景：、产生背景：（1 1）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。）市场变化导致中小批量、多品种生产方式成为需要。 市场竞争的加剧及顾客需求的多样化，导致传统的以规模效应市场竞争的加剧及顾
20、客需求的多样化，导致传统的以规模效应带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化。带动成本降低的刚性生产线不再适应市场的变化。刚性生产线忽略了可能增加的刚性生产线忽略了可能增加的库存库存而带来的成本的增加；而带来的成本的增加；19731973年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。年石油危机，使大批量生产的缺点暴露。（2 2）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。）科学技术的进步推动了自动化程度和制造水平的提高。NCNC、CNCCNC、DNCDNCCADCAD、CAMCAMGTGT、CAPPCAPPROBOTROBOT2 2、柔性自动化制造技术的产生、柔性自动化制造技术的产生世界上公认的第
21、一条柔性制造系统是英国莫林（世界上公认的第一条柔性制造系统是英国莫林（MolinMolin）机）机床公司床公司19671967年建成的年建成的“Molin System-24Molin System-24”；2020世纪世纪7070年代末和年代末和8080年代初，计算机辅助管理物料自动搬年代初，计算机辅助管理物料自动搬运，刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及运，刀具管理和计算机网络、数据库技术的发展以及CAD/CAMCAD/CAM技术的成熟，出现了更加系统化、规模更加扩大的技术的成熟，出现了更加系统化、规模更加扩大的柔性制造系统。柔性制造系统。2020世纪世纪8080年代末，年代末，FM
22、SFMS已经成为一项成熟的技术，并在世界已经成为一项成熟的技术，并在世界范围得到广泛应用。范围得到广泛应用。3 3、我国、我国FMSFMS的研究状况的研究状况 我国采取我国采取引进和开发相结合引进和开发相结合的方针，引进箱体类零件、旋的方针，引进箱体类零件、旋转体件及钣金件加工转体件及钣金件加工FMSFMS的全部或部分硬件技术。的全部或部分硬件技术。19841984是我国研制是我国研制FMSFMS的起步时间，比国外晚了的起步时间，比国外晚了1717年。年。我国第我国第一套一套FMSFMS系统是由北京机床研究所于系统是由北京机床研究所于19851985年年1010月开发完成的月开发完成的（JCS
23、-FMS-1JCS-FMS-1），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、），用于加工数控机床直流伺服电机中的主轴、端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由端盖、法兰盘、壳体和刷架体等，它由5 5台国产加工中心、台国产加工中心、日本富士电机公司的日本富士电机公司的AGVAGV（自动导引车）及（自动导引车）及4 4台日本产的机器台日本产的机器人组成，其控制系统由人组成，其控制系统由FANUCFANUC提供，据分析它的投资回收期提供，据分析它的投资回收期约为两年半。约为两年半。19831983年年19851985年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南年，在国家的支持下北京第一机床厂、湖南江麓机床厂、郑州纺
24、织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位江麓机床厂、郑州纺织机械厂、广西柳州开关厂等一些单位分别率先从德国、日本进口了国内第一批分别率先从德国、日本进口了国内第一批FMSFMS。19851985年后在国家机电部年后在国家机电部“七五七五”重点科技攻关项目的支持重点科技攻关项目的支持和国家和国家863863高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，高技术发展计划自动化领域的工作的带动下，FMSFMS得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉得到极大的重视和发展，进入了自行开发和部分进口的交叉阶段。阶段。19881988年北京机床研究所为天津减速机厂提供的加工减速机年北京机床研究所为天津减速机厂
25、提供的加工减速机机座的机座的JCS-FMS-2JCS-FMS-2系统是全部自行开发和配套的，它标志着系统是全部自行开发和配套的，它标志着我国已具有自主开发我国已具有自主开发FMSFMS系统的实力。系统的实力。近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一近几年来，国内一些经济实力比较雄厚的工厂（北京第一机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬机床厂，上海第二纺织机械厂，天津减速机总厂，山西经纬纺织机械厂等），为实施纺织机械厂等），为实施CIMSCIMS，又进口了一些国外的，又进口了一些国外的FMSFMS系系统。统。 4 4、FMSFMS的两个主要特点：的两个主要特点：柔性和自动
26、化柔性和自动化所谓柔性，是指制造系统（企业）对系统内部及外部所谓柔性，是指制造系统（企业）对系统内部及外部环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品环境的一种适应能力，也是指制造系统能够适应产品变化的能力变化的能力。可分为瞬时、短期和长期柔性三种可分为瞬时、短期和长期柔性三种5 5、FMSFMS的其它特点：的其它特点：P16 P16 （1 1）- -（5 5） 了解，自学。了解，自学。二、二、FMS的定义、组成和类型的定义、组成和类型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 络工夹具站柔 性 制 造 实 体柔 性 制 造
27、 实 体柔 性 制 造 系 统 仿 真柔 性 制 造 系 统 仿 真1、FMS的定义的定义根据根据“中华人民共和国国家军用标准中华人民共和国国家军用标准”有关有关“武器装备武器装备柔性制造系统术语柔性制造系统术语”的定义，的定义，柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）是）是数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统等组成数控加工设备、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，包括多个柔性制造单元，能根据制的自动化制造系统，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迅速调整，适用于多品种、中造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量生产。小批量生产。美国制造工
28、程师协会美国制造工程师协会(SME)(SME)的计算机辅助系统和应用协的计算机辅助系统和应用协会把柔性制造系统定义为会把柔性制造系统定义为“使用计算机、柔性加工单元使用计算机、柔性加工单元和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序和集成物料储运装置完成零件族某一工序或一系列工序的一种集成制造系统的一种集成制造系统”。更直观的定义是：更直观的定义是：“柔性制造系统是至少由两台数控机柔性制造系统是至少由两台数控机床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）床，一套物料运输系统（从装载到卸载具有高度自动化）和一套计算机控制系统所组成的制造自动化系统。它采和一套计算机控制系统所组成的制造自
29、动化系统。它采用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零用简单改变软件的方法便能制造出某些部件中的任何零件件”。综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反综上所述，各种定义的描述方法虽然有所不同，但都反映了映了FMSFMS应具备以下特点：应具备以下特点：硬件组成硬件组成1)1)两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备两台以上的数控机床或加工中心以及其他加工设备，包包括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；括测量机、清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等；2)2)一套能自动装卸的运输系统，一套能自动装卸的运输系统，包括刀具储运和工件及原包括刀具储运和工件及原材料储运。具体结
30、构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、材料储运。具体结构可采用传输带、有轨小车、无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等；搬运机器人、上下料托盘站等；3)3)一套计算机控制系统及信息通信网络。一套计算机控制系统及信息通信网络。软件组成软件组成1)1)FMSFMS的运行控制系统；的运行控制系统；2)2)FMSFMS的质量保证系统；的质量保证系统；3)3)FMSFMS的数据管理和通信网络系统。的数据管理和通信网络系统。FMSFMS必须具备的功能必须具备的功能1)1)能自动管理零件的生产过程能自动管理零件的生产过程，自动控制制造质量，自动，自动控制制造质量，自动进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；
31、进行故障诊断及处理，自动进行信息收集及传输；2)2)简单地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的简单地改变软件或系统参数，便能制造出某一零件族的多种零件；多种零件；3)3)物料的运输和储存必须为自动物料的运输和储存必须为自动( (包括刀具等工装和工件的包括刀具等工装和工件的自动运输自动运输) )；4)4)能解决多机床条件下零件的混流加工能解决多机床条件下零件的混流加工，且无需额外增加，且无需额外增加费用；费用；5)5)具有优化调度管理功能具有优化调度管理功能，能实现无人化或少人化加工。，能实现无人化或少人化加工。2、FMS的组成（硬件）的组成（硬件） 典型的典型的FMS主要有三个子系统组成
32、：主要有三个子系统组成：加工系统加工系统运储系统运储系统计算机控制系统计算机控制系统作 业2、 FMS是如何定义的？其硬件组成主要包括哪几部分？FMS基本组成 典型的柔性制造系统 典型的柔性制造系统示意图典型的柔性制造系统示意图1-1-自动仓库；自动仓库；2-2-装卸站；装卸站；3-3-托盘站；托盘站；4-4-检验机器人；检验机器人；5-5-自动小车；自动小车；6-6-卧式加工中心；卧式加工中心； 7-7-立式加工中心；立式加工中心；8-8-磨床；磨床；9-9-组装交付站；组装交付站；10-10-计算机控制室计算机控制室 a)a)互替式互替式 b)b)互补式互补式 c)c)混合式混合式3、FM
33、S的类型的类型 FMSFMS适用于中小批量的生产，既要兼顾对生产率和柔性适用于中小批量的生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此，的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此，就产生了三种类型的就产生了三种类型的FMSFMS： 4、不同类型的柔性制造设备、不同类型的柔性制造设备 柔性制造模块柔性制造模块（FMMFMM） 相当于功能齐全的加工中心；相当于功能齐全的加工中心； 柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC） 小型小型FMSFMS，由，由1-21-2台机床组成，自台机床组成，自动更换刀具，自动上下工件；动更换刀具，自动上下工件； 柔性制造系统柔性制
34、造系统（FMSFMS） 控制与管理功能比控制与管理功能比FMCFMC强，管理通强，管理通信要求高；信要求高； 柔性制造生产线柔性制造生产线（FMLFML） 数控组合机床设备，专用性强、数控组合机床设备，专用性强、生产率高，相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批生产率高，相当于数控自动生产线，用于少品种、中大批量生产，为量生产，为专用专用FMSFMS。 柔性制造工厂柔性制造工厂（FMFFMF） 全企业范围生产管理、设计开发、全企业范围生产管理、设计开发、加工制造和物料运储全盘自动化。加工制造和物料运储全盘自动化。40实际柔性制造生产线柔性制造单元（柔性制造单元（Flexible Manufac
35、turing CellFlexible Manufacturing Cell，简称，简称FMCFMC）是一种最简单的柔性加工系统，通常由是一种最简单的柔性加工系统，通常由单台加工中心及托单台加工中心及托盘输送装置（或工业机器人）盘输送装置（或工业机器人）组成。组成。由一台卧式镗铣类加工中心和自动化的托盘库组成的柔性制造单元由一台卧式镗铣类加工中心和自动化的托盘库组成的柔性制造单元 相对于柔性制造系统，柔性制造单元投资小，实现相对于柔性制造系统，柔性制造单元投资小，实现周期短，见效快，更适合于广大的中小企业。因此，表周期短，见效快，更适合于广大的中小企业。因此，表现出比柔性制造系统更广泛的市场需
36、求和发展前景。现出比柔性制造系统更广泛的市场需求和发展前景。一、加工系统的功能与要求一、加工系统的功能与要求 加工系统是加工系统是FMSFMS的最基本的组成部分，也是的最基本的组成部分，也是FMSFMS中耗资最中耗资最多的部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。加工系统多的部分，担任把原材料转化为最终产品的任务。加工系统的要求如下：的要求如下： 工序集中，减轻物流负担，减少装工序集中，减轻物流负担，减少装夹次数；夹次数； 控制功能强、扩展性好；控制功能强、扩展性好； 高刚度、高精度、高速度；高刚度、高精度、高速度； 自保护与自维护性好；自保护与自维护性好； 使用经济性好；使用经济性好； 对环境
37、的适应性与保护性好。对环境的适应性与保护性好。二、加工系统中常用的加工设备简介二、加工系统中常用的加工设备简介1 1、目前、目前FMSFMS的加工对象主要有两大类：的加工对象主要有两大类：棱柱体类棱柱体类回转体类回转体类2 2、加工中心、加工中心 加工中心（加工中心（Machining CenterMachining Center，MCMC）是一种是一种备有刀库备有刀库并并能按预定程序能按预定程序自动更换刀具自动更换刀具，对工件进行多工序加工的高效，对工件进行多工序加工的高效数控机床。数控机床。 棱柱体类：常用镗铣加工中心棱柱体类：常用镗铣加工中心回转体类：常用车削加工中心回转体类：常用车削加
38、工中心Real卧式加工中心 1-主轴头 2-刀库 3-刀库 4-立柱底座 5-回转工作台、6-工作台底座 卧式加工中心车削加工中心 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 3 3、加工系统的辅助装置、加工系统的辅助装置 机床夹具机床夹具 组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具；组合夹具：利用标准化夹具零部件快速拼装所需夹具； 柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。柔性夹具：一部夹具能为多个加工对象服务。 托盘托盘（PalletPallet）承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单承载工件和夹具完成加工任务，是各加工单元间的硬件接口。元间的硬件接口。
39、自动上下料装置自动上下料装置 托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁；托盘交换器：联接加工系统和物料运储系统桥梁； 工业机器人：具有较大的柔性度。工业机器人：具有较大的柔性度。组合夹具 柔性夹具 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-托盘定位面回转式托盘交换器 往复式托盘交换器 工件装卸站工件装卸站 设在设在FMSFMS入口，由人工完成装卸；入口，由人工完成装卸； 托盘缓冲站托盘缓冲站 工件中间存储站，起缓冲物料作用；工件中间存储站，起缓冲物料作用； 物料存储装置物料
40、存储装置 自动化仓库、自动料架、缓冲料架；自动化仓库、自动料架、缓冲料架； 物料运送装置物料运送装置 负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之负责在机床、自动化仓库和托盘缓冲站之间物料搬运作业。间物料搬运作业。传送带传送带：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；：用于小零件短程传送，占据空间大、易磨损；自动运输小车自动运输小车：分有轨小车、无轨小车；：分有轨小车、无轨小车；搬运机器人搬运机器人：具有较高柔性和控制水平。：具有较高柔性和控制水平。 一、一、FMSFMS的物料运储系统组成的物料运储系统组成二、二、FMSFMS物料输送基本回路物料输送基本回路直线输送回路直线输送回路 沿直线路线单向或双
41、向移动，顺序地在沿直线路线单向或双向移动，顺序地在 各个连接点停靠；各个连接点停靠；环形输送回路环形输送回路 运载工具沿环形路线单向或双向移动；运载工具沿环形路线单向或双向移动；网状输送回路网状输送回路 由多个回路相互交叉组成，可由一条环由多个回路相互交叉组成，可由一条环 路移动到另一回路。路移动到另一回路。三、自动化仓库三、自动化仓库 货架货架 为一个个存储单元，设有地址编码，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。之间有巷道，每个巷道配有专用堆垛机。 堆垛机堆垛机 由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动由托架、货叉、支柱、上下导轨、移动电动机以及传感器构成的
42、三维搬运设备。电动机以及传感器构成的三维搬运设备。 控制与管理系统控制与管理系统 负责物料信息的登录、识别，负责物料信息的登录、识别，物料自动存取，仓库管理。物料自动存取，仓库管理。自动化仓库示意图 堆垛机结构示意图 1-上导轨 2-支柱 3-物料 4-托架 5-移动电动机 6-传感器 Real四、自动导向小车四、自动导向小车线导小车线导小车 电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕电磁感应导向，柔性大、扩展性好、不怕污染、工作可靠。污染、工作可靠。 光导小车光导小车 采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电采用带有荧光材料油漆或色带，通过光电制导，改变线路非常容易，对环境要求严格。制导，改变线路非常
43、容易，对环境要求严格。 遥控制导小车遥控制导小车 小车顶部装有激光装置，通过固定位小车顶部装有激光装置，通过固定位置反射激光束信息，确定小车位置。置反射激光束信息，确定小车位置。 运输小车运输小车结构：车体安装平台托盘交换装置蓄电池控制系统运输小车运输小车AGVAGV电磁感应制导原理电磁感应制导原理 激光灯台制导原理 Real刀具运储系统的组成刀具运储系统的组成 刀具预调站刀具预调站 设在设在FMSFMS之外，按要求对刀具进行装配和调整；之外，按要求对刀具进行装配和调整； 刀具装卸站刀具装卸站 是刀具进出是刀具进出FMSFMS入口，多为排架式框架结构；入口，多为排架式框架结构； 刀具库系统刀具
44、库系统 存放当前加工所需的存放当前加工所需的机床刀库机床刀库，容量小；存放，容量小；存放各加工单元共享的各加工单元共享的中央刀库中央刀库，容量大；，容量大； 刀具运载交换装置刀具运载交换装置 负责刀具运输和交换，适时向加工单元负责刀具运输和交换，适时向加工单元提供所需刀具；提供所需刀具； 计算机控制管理系统计算机控制管理系统-控制刀具运输、存储和管理，监控管控制刀具运输、存储和管理，监控管理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。理刀具的使用，及时取走已报废或寿命已耗尽的刀具。 刀具运储系统作业过程刀具运储系统作业过程刀具刃磨人工组装刀具预调刀具装卸站中央刀具库需重磨或报废刀具加工单元刀
45、库加工单元刀库加工单元刀库刀具运载交换装置刀具运载交换装置FMSFMS中刀具交换内容：中刀具交换内容： 机床刀库与机床主轴刀具交换机床刀库与机床主轴刀具交换- -由机床换刀装置完成；由机床换刀装置完成； 刀具装卸站、中央刀库、各机床刀库间刀具交换；刀具装卸站、中央刀库、各机床刀库间刀具交换； AGVAGV运载刀架与机床刀库间刀具交换。运载刀架与机床刀库间刀具交换。刀具交换运载工具：刀具交换运载工具： 换刀机器人换刀机器人- -有地轨和高架导轨形式；有地轨和高架导轨形式； 刀具运载小车刀具运载小车- -在小车上放置一个装载刀架，并附设小在小车上放置一个装载刀架，并附设小 型机器人，负责刀具交换。
46、型机器人，负责刀具交换。 高架导轨式的换刀机器人高架导轨式的换刀机器人 1-1-纵向导轨纵向导轨 2-2-横梁横梁 3-3-滑台滑台 4-4-换刀机器人换刀机器人 AGVAGV小车换刀机器人小车换刀机器人 1-AGV 2-1-AGV 2-装载刀架装载刀架 3-3-机器人机器人 4-4-机床刀库机床刀库刀具破损的监控刀具破损的监控监测方法传 感 原 理传 感 器直接法光学图像光发射、折射、TV摄像光敏、激光、光纤、CCD、摄像管接触电阻，开关量，磁力线电阻电路，开关电路，磁间隙传感器间接法切削力切削力，切削分力比例应变片，力传感器扭矩主轴或进给系统扭矩应变片，电流表功率主轴或进给系统功率消耗功率
47、传感器振动切削过程振动及其变化加速度计，振动传感器超声波接受超声波的反射波超声波换能器与接受器噪声切削区环境噪声探测拾音器声发射刀具破损时声发射信号声发射传感器FMSFMS刀具信息的管理刀具信息的管理 刀具的信息管理刀具的信息管理静态刀具信息：静态刀具信息：固定不变的信息，如刀具类型、编码、几何固定不变的信息，如刀具类型、编码、几何 形状、结构参数等。形状、结构参数等。动态刀具信息：动态刀具信息：随时间不断变化的刀具参数，如刀具寿命、随时间不断变化的刀具参数，如刀具寿命、 实际参与切削时间、工作直径和长度等。实际参与切削时间、工作直径和长度等。四层结构的刀具信息管理系统：四层结构的刀具信息管理
48、系统： 第第1 1层层- -实时动态文件，每把在线刀具都拥有独立文件，实时动态文件，每把在线刀具都拥有独立文件， 记载刀具实时动态数据；记载刀具实时动态数据；第第2 2层层- -静态刀具类型文件，每一类刀具拥有一个文件；静态刀具类型文件，每一类刀具拥有一个文件；第第3 3层层- -刀具组件文件；刀具组件文件；第第4 4层层- -刀具元件文件。刀具元件文件。加工中心的刀库类型加工中心的刀库类型盘式刀库盘式刀库链式刀库链式刀库转塔式刀库转塔式刀库RealFMSFMS控制与管理系统的体系结构控制与管理系统的体系结构递阶控制结构：递阶控制结构：将复杂系统分层分模块设置，各层相对独将复杂系统分层分模块设
49、置，各层相对独立，便于系统的开发和维护。立，便于系统的开发和维护。递阶控制特点：递阶控制特点：愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处理愈往底层，实时性愈强；愈到上层，处理信息量愈大，实时性要求愈小。信息量愈大，实时性要求愈小。FMSFMS三层递阶控制结构三层递阶控制结构系统管理与控制层（单元控制层）系统管理与控制层（单元控制层）- -接受上级任务，制接受上级任务，制 定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；定系统作业计划，进行任务分配，监控系统执行；过程协调与监控层（工作站层）过程协调与监控层（工作站层）- -加工程序分配、协调加工程序分配、协调 工件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；工
50、件流动、运行状态采集监控、向上层反馈信息；设备控制层设备控制层- -控制设备工作循环，执行上层控制指令，控制设备工作循环，执行上层控制指令， 反馈现场数据。反馈现场数据。 单元控制器铣削工作站车削工作站物流管理工作站CNC No1CNC No2PLC自动化仓库AGVROBOT刀具管理.FMS递阶控制结构CNC No1CNC No2PLC.单元层工作站层设备层现场总线ProfibusethernetWin-ACCP5613(一类主站)P4微机Win-CC(二类主站)ET200I/O接口工业机器人数控铣床加工中心成品库毛坯库RGV缓冲库CAD/CAMMISProfibus接口DNC管理层单元层设备
