1、 柔性制造技术（柔性制造技术（FMTFMT）是集数控技术、计算机技是集数控技术、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，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。主要用于多品种小批量或变批量生产。 柔性柔性指制造系统能够适应产品变化的能力。指制造系统能够适应产品变化的能力。6.1 6.1 柔性制造系统（柔性制造系统（FMSFMS）概述）概述1 1）随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断）随着经济的发展和消费水平的提高，人们更注重产品的不断 更新和多样化，中小批量、多品种生产已成为机械制造业的更新和多样化，中小批量、多品种
2、生产已成为机械制造业的 一个重要特征；一个重要特征；2 2）科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高。）科学技术的迅猛发展推动了自动化程度和制造水平的提高。 1950 1950年，美国年，美国MITMIT诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机诞生了第一台三坐标数控铣床以后，机 电一体化及数控（电一体化及数控（NCNC）的概念出现了。）的概念出现了。机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（机电一体化技术进一步发展，出现了计算机数控（CNCN）、）、 计算机直接控制（又称群控）（计算机直接控制（又称群控）（DNCDNC）、计算机辅助制造）、计算机辅助制造 （CAMCAM）、计算机辅助设计
3、（）、计算机辅助设计（CADCAD）、成组技术（）、成组技术（GTGT）、计算）、计算 机辅助工艺规程（机辅助工艺规程（CAPPCAPP）、工业机器人技术（）、工业机器人技术（ROBOTROBOT）等新）等新 技术。技术。FMSFMS的雏形源于美国的雏形源于美国MALROSEMALROSE公司，该公司在公司，该公司在19631963年制造了世界上年制造了世界上第一条多品种柴油机零件的数控生产线。第一条多品种柴油机零件的数控生产线。FMSFMS的概念由英国的概念由英国MOLINMOLIN公司最早正式提出，并在公司最早正式提出，并在19651965年取得了发年取得了发明专利，明专利，1967196
4、7年年FMSFMS正式形成。正式形成。在这些新技术的基础上，为在这些新技术的基础上，为多品种、小批量生产多品种、小批量生产的需要而兴起的需要而兴起的的 柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体柔性自动化制造技术得到了迅速的发展，作为这种技术具体应用的柔性制造系统（应用的柔性制造系统（FMSFMS）、柔性制造单元（）、柔性制造单元（FMCFMC）和柔性制）和柔性制造自动线（造自动线（FMLFML）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统）等柔性制造设备纷纷问世，其中柔性制造系统（Flexible Manufacturing SystemFlexible Manufacturing S
5、ystem，FMSFMS）最具代表性。）最具代表性。FMSFMS是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有是先进制造技术的一部分，在欧美、日本、俄罗斯有较大的发展；较大的发展；19851985年世界各国已投入运行的年世界各国已投入运行的FMSFMS有有500500多套，多套，8888年近年近800800套，套，9090年超过年超过10001000套，目前约共有套，目前约共有40004000多套多套FMSFMS在运行；在运行；我国是我国是19841984年开始研制年开始研制FMSFMS，19861986年从日本引进第一套年从日本引进第一套FMSFMS。 按照系统规模和投资强度，可将柔性自动化
6、制造设备分按照系统规模和投资强度，可将柔性自动化制造设备分为如下为如下5 5个不同层次：个不同层次： 是指一台扩展了自动化功能的数控机床，如刀具库、自动换刀装是指一台扩展了自动化功能的数控机床，如刀具库、自动换刀装置、托盘交换器等，置、托盘交换器等，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。 由由1 12 2台数控机床组成，除了能够自动换刀之外，还配有存储台数控机床组成，除了能够自动换刀之外，还配有存储工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。工件的托盘站和自动上下料的工件交换台。 FMCFMC自成体系，占地面积小、成本低、功能完善、有廉价小型自成体系，占地面积小、成本低、功
7、能完善、有廉价小型FMSFMS之称。之称。 包括包括2 2台以上的台以上的CNCCNC、FMMFMM或或FMCFMC组成，其控制与管理功能比组成，其控制与管理功能比FMCFMC强，强，规模比规模比FMCFMC大，对数据管理和通信网络要求高。大，对数据管理和通信网络要求高。 其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合其加工设备在采用通用数控机床的同时，更多地采用数控组合机床，如数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机机床，如数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等，工件输送线多为单线、固定，柔性较低、专用性强、生产率床等，工件输送线多为单线、固定，柔性较低、专
8、用性强、生产率高，相当于数控化的自动生产线，一般用于少品种、中大批量生产、高，相当于数控化的自动生产线，一般用于少品种、中大批量生产、可以说，可以说，FMLFML相当于专用相当于专用FMSFMS。 将柔性制造自动化由将柔性制造自动化由FMSFMS扩展到全企业范围，通过计算机网络扩展到全企业范围，通过计算机网络系统的有机联系，实现在全企业范围内的生产经营管理过程、设计系统的有机联系，实现在全企业范围内的生产经营管理过程、设计开发过程、加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动开发过程、加工制造过程和物料运储过程的全盘自动化，实现自动化工厂的目标。化工厂的目标。我国国家军用标准则我国国家军用
9、标准则定义：定义：柔性制造系统是由数控加工设柔性制造系统是由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系备、物料运储装置和计算机控制系统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迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。 国外有关专家进行的直观国外有关专家进行的直观定义：定义：柔性制造系统是至少两台柔性制造系统是至少两台机床，一套物料运储装置和一套计算机控制系统组成的自机床，一套物料运储装置和一套计算机控制系统组成的自动化制造系统，通过简单改变软
10、件的方法便能制造出多咱动化制造系统，通过简单改变软件的方法便能制造出多咱零件中任何一种零件。零件中任何一种零件。（1 1）加工的数控加工系统）加工的数控加工系统（2 2）自动化的物料储运系统）自动化的物料储运系统（3 3）计算机控制的信息系统）计算机控制的信息系统1 1、能自动管理工件的生产过程。、能自动管理工件的生产过程。2 2、简单改变的软件或参数，就能制造出某一工件族的多种零件。、简单改变的软件或参数，就能制造出某一工件族的多种零件。3 3、物流的运输和存贮必须是看自动的。、物流的运输和存贮必须是看自动的。4 4、能解决多机床条件下工件的混流加工，且不用额增加费用。、能解决多机床条件下工
11、件的混流加工，且不用额增加费用。5 5、具有优化高度管理功能，能实现无人或少人化加工、具有优化高度管理功能，能实现无人或少人化加工6.2 FMS6.2 FMS的自动加工系统的自动加工系统1）加工系统在）加工系统在FMS中的作用中的作用: 加工系统担任把原材料转化为最终产品的任务，是实际完成加工系统担任把原材料转化为最终产品的任务，是实际完成改变物性任务的执行系统改变物性任务的执行系统. . 加工系统是加工系统是FMSFMS最基本的组成部分，也是最基本的组成部分，也是FMSFMS中耗资最多的部分，中耗资最多的部分，FMSFMS的加工能力很大程度上是由它所包含的加工系统所决定的。的加工能力很大程度
12、上是由它所包含的加工系统所决定的。1. 加工系统的作用和机床设备的选用加工系统的作用和机床设备的选用 选用通用模块化的机床结构，其外部通信功能和内部管理功能选用通用模块化的机床结构，其外部通信功能和内部管理功能强，有内装的可编程序控制器（强，有内装的可编程序控制器（PLCPLC），易与辅助装置连接，方便），易与辅助装置连接，方便系统的调整和扩展，以减轻网络通信和上级控制器的负载。系统的调整和扩展，以减轻网络通信和上级控制器的负载。2）FMS对加工设备的要求对加工设备的要求 对于纳入对于纳入FMSFMS运行的加工机床应当是可靠的、自动化的、高效运行的加工机床应当是可靠的、自动化的、高效率的加工设
13、备。它应满足如下性能要求：率的加工设备。它应满足如下性能要求： 通过减少工位数来减轻通过减少工位数来减轻FMSFMS物流的负担；通过减少装夹次数来物流的负担；通过减少装夹次数来保证保证FMSFMS的加工质量。因而，宜选用如加工中心这类多功能机床。的加工质量。因而，宜选用如加工中心这类多功能机床。 比如导轨油可回收，排屑处理快速、彻底，以延长刀具使比如导轨油可回收，排屑处理快速、彻底，以延长刀具使用寿命，节省运行费用，保证系统能安全、稳定、长时间无人用寿命，节省运行费用，保证系统能安全、稳定、长时间无人值守而自动运行。值守而自动运行。选用切削能力强，加工质量稳定，生产效率高的机床。选用切削能力强
14、，加工质量稳定，生产效率高的机床。 应设有过载保护装置，设有行程与工作区域限制装置，导轨和应设有过载保护装置，设有行程与工作区域限制装置，导轨和各相对运动件等无需润滑或能自动加注润滑，具有故障诊断和预警各相对运动件等无需润滑或能自动加注润滑，具有故障诊断和预警功能。功能。 对工作环境的温度、湿度、粉尘等要求不对工作环境的温度、湿度、粉尘等要求不高，各种密封件性能可靠、无渗漏，能及时排高，各种密封件性能可靠、无渗漏，能及时排除烟雾和异味、噪声，振动小，能保证良好的除烟雾和异味、噪声，振动小，能保证良好的生产环境生产环境3）FMS加工系统的常用配置形式加工系统的常用配置形式通常选用立式、卧式或通常
15、选用立式、卧式或立卧两用的加工中心立卧两用的加工中心通常选用数控车床或车通常选用数控车床或车削加工中心机床削加工中心机床FMS上加工的零件上加工的零件 FMS FMS中机床设备的配置有互替式、互补式以及混合式等多中机床设备的配置有互替式、互补式以及混合式等多种形式，以满足种形式，以满足FMSFMS柔性和高效率的生产要求。柔性和高效率的生产要求。 是指纳入是指纳入FMSFMS中的机床是一种中的机床是一种关系，各机床功能可以互相代关系，各机床功能可以互相代替，工件可随机输送到任何一台恰好空闲的机床上加工。替，工件可随机输送到任何一台恰好空闲的机床上加工。 在这种配置中，若某台机床发生了故障，系统仍
16、能维持正常的在这种配置中，若某台机床发生了故障，系统仍能维持正常的工作，因此具有较大的工艺柔性和较宽的工艺范围，但技术利用率工作，因此具有较大的工艺柔性和较宽的工艺范围，但技术利用率和生产率较低。和生产率较低。输入输入输出输出 是指纳入是指纳入FMSFMS中各机床功能是互相补充的，各自完成特定的加中各机床功能是互相补充的，各自完成特定的加工任务，工件在一定程度上必须按顺序经过各台加工机床。工任务，工件在一定程度上必须按顺序经过各台加工机床。 这种配置形式的特点是具有较高的生产率，能充分发挥机床的这种配置形式的特点是具有较高的生产率，能充分发挥机床的性能，但由于是性能，但由于是串联串联配置形式，
17、因而降低了系统的可靠性，即当某配置形式，因而降低了系统的可靠性，即当某台机床发生故障时，系统就不再正常的工作，柔性较低。台机床发生故障时，系统就不再正常的工作，柔性较低。 是指在是指在FMSFMS中，有些机床按互替形式布置，而有些机床中，有些机床按互替形式布置，而有些机床则按互补形式布置，以发挥各自的优点。则按互补形式布置，以发挥各自的优点。大多数大多数FMSFMS采用这采用这种形式。种形式。当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台支撑着工件完当工件在机床上加工时，托盘成为机床工作台支撑着工件完成加工任务；成加工任务； 当工件输送时，托盘又承载着工件和夹具在机床之间传送。当工件输送时，托盘又承
18、载着工件和夹具在机床之间传送。托盘交换器的工作方式托盘交换器的工作方式直线式交换直线式交换回转式交换回转式交换（1 1）加工系统的控制装置必须是）加工系统的控制装置必须是CNCCNC或相当的设备，并具有或相当的设备，并具有DNCDNC通信和数据交通信和数据交换功能，其加工控制程序应为整个换功能，其加工控制程序应为整个FMSFMS控制系统的一个组成部分控制系统的一个组成部分（2 2）必须提供自动和手动两种操作方式）必须提供自动和手动两种操作方式（3 3）具有足够存储容量，以便存储任意工位加工所需的最大零件加工程序，）具有足够存储容量，以便存储任意工位加工所需的最大零件加工程序，零件程序必须能随机
19、地而不是按照顺序地进行选择零件程序必须能随机地而不是按照顺序地进行选择（4 4）必须提供确定的手段，保证零件在下一道切削工序之前完成前一道工序）必须提供确定的手段，保证零件在下一道切削工序之前完成前一道工序（5 5）在电源中断或其他非计划停机的情况下，至少在）在电源中断或其他非计划停机的情况下，至少在1212小时内不应丢失控制小时内不应丢失控制装置中任何数据和失去任何同步装置中任何数据和失去任何同步（1 1）系统中每台机床在接受夹具、刀具、零件程序）系统中每台机床在接受夹具、刀具、零件程序 时应具有互换性。时应具有互换性。（2 2）机床应备有足够容量和速度的切削输送装置，以便清除所有零件加）机
20、床应备有足够容量和速度的切削输送装置，以便清除所有零件加工时产生的切屑。工时产生的切屑。（3 3）喷射冷却系统应在无需人工调整的情况下，不管刀具的长度和直径）喷射冷却系统应在无需人工调整的情况下，不管刀具的长度和直径如何，都能使切削液指向所有正在工作的刀具刃部进行喷射。如何，都能使切削液指向所有正在工作的刀具刃部进行喷射。（4 4）要为所有机床安装切屑和切削液溅射防护罩，并应在装卸合适的照）要为所有机床安装切屑和切削液溅射防护罩，并应在装卸合适的照明设备。明设备。（5 5）如果主控制设备安装在其他地方，则应在装卸工位再提供一个悬垂）如果主控制设备安装在其他地方，则应在装卸工位再提供一个悬垂式操
21、纵板或小型控制台。式操纵板或小型控制台。 物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分。一个工物料的储运系统是柔性制造系统中的一个重要组成部分。一个工件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当少的一部分时间是用于件从毛坯到成品的整个生产过程中，只有相当少的一部分时间是用于机床的切削加工，而大部分时间则消耗于物料的输送和储存过程。因机床的切削加工，而大部分时间则消耗于物料的输送和储存过程。因此，合理地选择此，合理地选择FMSFMS的物料运储系统，可以大大减少物料的运送时间，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。提高整个制造系统的柔性和效率。物料系统物料系统工
22、件流工件流工具流工具流配套流配套流原材料、半成品、成品原材料、半成品、成品刀具、夹具刀具、夹具托盘、辅具材料、备件托盘、辅具材料、备件6.3 FMS6.3 FMS的物料输送与储存系统的物料输送与储存系统自动化物流自动化物流执行输送的装置执行输送的装置有轨运输车有轨运输车无轨运输车无轨运输车机器人机器人无轨运输车无轨运输车物料存贮设备物料存贮设备自动化仓库自动化仓库无轨运输车无轨运输车刀具库刀具库托盘站托盘站自动物料储运系统自动物料储运系统存储设备存储设备运输设备运输设备辅助设备辅助设备工件进出站托盘站立体仓库滚道滑道自重传自重传送料道送料道传送带传送带步伐式辊式链式履带式运输小车运输小车牵引式
23、地面有轨空中单轨自导式机器人及机器人及机械手机械手搬用机器人通用机械手专用机械手仓库与运输车的连接装置托盘交换装置工件储运系统的组成设备工件储运系统的组成设备 用于直线往返输送物料。它往返于加工设备、装卸站与用于直线往返输送物料。它往返于加工设备、装卸站与立体仓库之间，按指令自动运行到指定的工位自动存取工件。立体仓库之间，按指令自动运行到指定的工位自动存取工件。 常见的有轨运输车有两种：常见的有轨运输车有两种：链索牵引小车链索牵引小车和和电动机牵引行电动机牵引行走小车走小车。工工作作方方式式在线工作方式：在线工作方式：接受上位计算机指令接受上位计算机指令离线自动工作方式：离线自动工作方式：利用
24、操作面板编制输送程序利用操作面板编制输送程序手动工作方式：手动工作方式：操作按钮手动控制操作按钮手动控制1 1、有轨运输车（、有轨运输车（RGVRGV）、加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；、加速和移动速度都比较快，适合运送重型工件；、因导轨固定，故行走平稳，停车位置比较准确；、因导轨固定，故行走平稳，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；、控制系统简单，可靠性好，制造成本低，便于推广；、行走路线不便改变，转弯角度不能太小；、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。、噪声较大，影响操作工监听加工状况及保护自身安全。
25、 AGV AGV是当前是当前FMSFMS中具有较大优势和潜力的运输装置。它具有较中具有较大优势和潜力的运输装置。它具有较高的柔性，能实时监视和扩展，并且安全可靠，维护方便。高的柔性，能实时监视和扩展，并且安全可靠，维护方便。有轨小车的特点：有轨小车的特点：2 2、无轨运输车（、无轨运输车（AGVAGV，自动导向小车），自动导向小车）3 3、物料输送系统的基本回路、物料输送系统的基本回路 全为双向运行，有很大柔性，输送设备的利用率和容错性高，但控制和调度复杂主要采用无轨小车，用于较大规模的FMS 利用直线双向运行的组合，形成封闭循环，提高柔性和输送设备的利用率 利用直线单向运行的组合，形成封闭循
26、环实现柔性，提高输送设备的利用率 系统柔性低，容错性差，常需另设缓冲站，输送装置采用有轨小车、移动机器人或双向输送带，主要用于小型FMS 主要依靠机床的数控功能实现柔性，输送装置多为输送带，主要用于FML或自动装配线工件装卸站工件装卸站设在设在FMSFMS的入口处，用于完成工件的装卸的入口处，用于完成工件的装卸托盘缓冲站托盘缓冲站起到缓冲物料的作用，一般设置在加工起到缓冲物料的作用，一般设置在加工机床附近机床附近自动化仓库自动化仓库采用巷式起重堆垛机的立式仓库采用巷式起重堆垛机的立式仓库自动化仓库的自动化仓库的计算机控制计算机控制自动化仓库的自动化仓库的认址检索系统认址检索系统识别和登录物料信
27、息识别和登录物料信息物料的自动存取物料的自动存取仓库管理仓库管理自动立体仓库自动立体仓库 自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求应运而生自动立体仓库是应现代化、自动化生产和管理信息化的要求应运而生的。与传统仓库相比的。与传统仓库相比, ,能更有效地利用空间能更有效地利用空间, ,使物品堆放向空中立体发展使物品堆放向空中立体发展; ;配配备有完善的计算机管理系统并具自动控制物品的存取、搬运功能备有完善的计算机管理系统并具自动控制物品的存取、搬运功能, ,能优化物能优化物品的储存数量品的储存数量, ,保持最佳的库存量保持最佳的库存量, ,既减少资金积压又能使生产正常进行既减少资金积压
28、又能使生产正常进行; ;减减少搬运配料人员和仓储管理人员。少搬运配料人员和仓储管理人员。堆跺机堆跺机 图示为双柱式堆跺机是图示为双柱式堆跺机是一种可在自动立体仓库高一种可在自动立体仓库高层货架巷道轨道上穿梭行层货架巷道轨道上穿梭行走走, ,并堆高层货架的物料仓并堆高层货架的物料仓位存取物品的专用起重设位存取物品的专用起重设备。为刚性起见备。为刚性起见, ,通常采用通常采用框架结构。堆跺机通常由框架结构。堆跺机通常由行走机构、升降机构、货行走机构、升降机构、货台与装卸托盘、框架、导台与装卸托盘、框架、导向机构、控制系统和安全向机构、控制系统和安全保护装置等组成。保护装置等组成。 刀具管理系统为各
29、加工设备及时提供所需要的刀刀具管理系统为各加工设备及时提供所需要的刀具，从而实现刀具供给自动化，使柔性制造系统的自动具，从而实现刀具供给自动化，使柔性制造系统的自动化程度进一步提高。化程度进一步提高。 典型的典型的FMSFMS的刀具管理系统通常由刀库系统、刀具的刀具管理系统通常由刀库系统、刀具预调站、刀具装卸站、刀具装卸装置以及管理控制刀具预调站、刀具装卸站、刀具装卸装置以及管理控制刀具流的计算机组成。流的计算机组成。6.4 FMS6.4 FMS的刀具管理系统的刀具管理系统 典型的典型的FMS的刀具管理系统通常由的刀具管理系统通常由刀库系统刀库系统、刀具预调站刀具预调站、刀刀具装卸站具装卸站、
30、刀具装卸装置刀具装卸装置以及管理控制刀具流的以及管理控制刀具流的计算机计算机组成。组成。 减少与刀具有关的调整和停机时间；系统能识别刀具传输与减少与刀具有关的调整和停机时间；系统能识别刀具传输与有关刀具的数据；刀具拥有量最小，通过刀具寿命管理，充分利有关刀具的数据；刀具拥有量最小，通过刀具寿命管理，充分利用刀具，使刀具费用最低。用刀具，使刀具费用最低。 刀具交换通常由换刀机器人或刀具运送小车来实现。它们负刀具交换通常由换刀机器人或刀具运送小车来实现。它们负责完成在刀具装卸站、中央刀库和各加工单元（机床）之间的刀责完成在刀具装卸站、中央刀库和各加工单元（机床）之间的刀具的传递和搬运。具的传递和搬
31、运。 顺序选择方式刀具编码方式刀座编码方式采用过渡装置AGV-ROBOT换刀方式更换刀具库以实现刀具的交换采用专门的刀具取放装置换刀装置的要求：换刀装置的要求： 换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储存量、刀换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储存量、刀具占地面积小、安全可靠。具占地面积小、安全可靠。常用换刀装置：常用换刀装置： 换刀机械手。换刀机械手。 常用双臂式机械手的手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩常用双臂式机械手的手爪结构形式有钩手、抱手、伸缩手和叉手四种。手和叉手四种。常用双刀换刀机械手结构：常用双刀换刀机械手结构：左图所示：左图所示：抓刀爪伸出，抓住刀库抓刀爪伸出，抓住刀
32、库上的待换刀具，刀库刀座上的锁板上的待换刀具，刀库刀座上的锁板拉开。拉开。左图所示：左图所示：机械手带着待换刀具绕竖直机械手带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向转轴逆时针方向转9090，与主轴线平行，与主轴线平行，另一个抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴另一个抓刀爪抓住主轴上的刀具，主轴将刀杆松开。将刀杆松开。左图所示：左图所示：机械手带着待换刀具绕机械手带着待换刀具绕竖直轴逆时针方向转竖直轴逆时针方向转180180，将两，将两刀具交换位置。刀具交换位置。左图所示：左图所示：机械手下移，将刀具从机械手下移，将刀具从主轴孔中拔出。主轴孔中拔出。左图所示：左图所示：抓刀爪缩回，松开主轴抓刀爪缩回，松开主轴上的
33、刀具。机械手绕竖直轴顺时针上的刀具。机械手绕竖直轴顺时针转转9090将刀具放回刀库的相应刀座将刀具放回刀库的相应刀座上，刀库上的锁板合上。上，刀库上的锁板合上。左图所示：左图所示：机械手后退，将新刀具机械手后退，将新刀具装入主轴，主轴将刀具锁住。装入主轴，主轴将刀具锁住。（1）顺序选择方式）顺序选择方式（2）刀具编码方式）刀具编码方式（3）刀座编码方式）刀座编码方式常用换刀方式：常用换刀方式： 这些机械手都能够完成抓刀、拔刀、回转、换刀以及返这些机械手都能够完成抓刀、拔刀、回转、换刀以及返回等全部动作过程。回等全部动作过程。 有些加工中心为降低成本，不用机械手而是直接利用主有些加工中心为降低成
34、本，不用机械手而是直接利用主轴头的运动机能换刀。轴头的运动机能换刀。 在加工之前将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个在加工之前将刀具按加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所刀座内。每次换刀时，刀库按顺序转动一个刀座的位置，并取出所需的刀具。需的刀具。 a a、使用过的刀具可放回原刀座，也可顺序放入下一个刀座；、使用过的刀具可放回原刀座，也可顺序放入下一个刀座； b b、刀库容量大，利用率低；、刀库容量大，利用率低； c c、装刀操作必须十分谨慎，防止事故发生；、装刀操作必须十分谨慎，防止事故发生； d d、结构简单、工作可靠。、结
35、构简单、工作可靠。(1)(1)顺序选刀：顺序选刀：a a、刀具在刀库中排列顺序与工件的加工顺序无关；、刀具在刀库中排列顺序与工件的加工顺序无关；b b、同一把刀可以反复被选用，刀库容量相对减小；、同一把刀可以反复被选用，刀库容量相对减小；c c、机床需配制、机床需配制“刀具识别装置刀具识别装置”；(2)(2)任意选刀任意选刀 根据程序指令的要求来选择所需的刀具，刀具在刀库中不必按根据程序指令的要求来选择所需的刀具，刀具在刀库中不必按照工件的加工顺序排列，可任意存放。采用任意选择方式的自动换照工件的加工顺序排列，可任意存放。采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置。刀系统中必须有刀具识
36、别装置。刀具编码选择、刀座编码选择刀具编码选择、刀座编码选择 a a、刀具号必须与刀座号相符；、刀具号必须与刀座号相符； b b、刀具使用完后必须将刀具放回原来的刀座内；、刀具使用完后必须将刀具放回原来的刀座内； c c、同一把刀具在加工过程中可以重复使用。、同一把刀具在加工过程中可以重复使用。 对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具一一对刀库的刀座进行编码，并将与刀座编码相对应的刀具一一放入指定的刀座中，然后根据刀座的编码选取刀具。放入指定的刀座中，然后根据刀座的编码选取刀具。 上图为圆盘形刀库的编码装置。圆盘周围均匀分布着若干个刀上图为圆盘形刀库的编码装置。圆盘周围均匀分布着若干
37、个刀座，其外侧边缘上装有相应的刀座编码块座，其外侧边缘上装有相应的刀座编码块1 1，在刀库的下方，装有，在刀库的下方，装有固定不动的刀座识别装置，刀库旋转，刀座（刀具）通过识别装固定不动的刀座识别装置，刀库旋转，刀座（刀具）通过识别装置时，选中所需刀具，刀库停止转动等待换刀。置时，选中所需刀具，刀库停止转动等待换刀。（2 2）刀具编码选择）刀具编码选择 采用一种特殊的刀柄结构，对每把刀具进行编码。换刀时通过采用一种特殊的刀柄结构，对每把刀具进行编码。换刀时通过编码识别装置，按换刀指令代码，在刀库中寻找所需的刀具。编码识别装置，按换刀指令代码，在刀库中寻找所需的刀具。1 1）编码刀柄的结构）编码
38、刀柄的结构 编码环有大、小两种，表编码环有大、小两种，表示示“1” 1” 和和“0”0”，通过对，通过对两种环不同的排列，可以得两种环不同的排列，可以得到一系列代码。到一系列代码。 27-1 = 1272 2）刀具识别装置）刀具识别装置原理：原理：识别装置中的触针分别与识别装置中的触针分别与编码环的大环接触，相应的继电编码环的大环接触，相应的继电器通电，编码为器通电，编码为“1”1”，触针与小，触针与小环不接触，相应的继电器不通电环不接触，相应的继电器不通电其数码为其数码为“0”0”。特点：特点：识别装置简单，但由于触识别装置简单，但由于触针有磨损，故寿命较短，可靠性针有磨损，故寿命较短，可靠
39、性较差，且难于快速选刀。较差，且难于快速选刀。原理：原理：编码环用直径相等的导磁编码环用直径相等的导磁材料和非导磁材料制成，分别表材料和非导磁材料制成，分别表示示“1”1”和和“0”0”。识别装置由一。识别装置由一组感组感应线圈组成，应线圈组成，特点：特点：识别装置简单，工作可识别装置简单，工作可靠、寿命长且无噪声。靠、寿命长且无噪声。识别装置识别装置线圈线圈 在在FMSFMS的刀具装卸站、中内刀具库以及各加工机床之间进行远的刀具装卸站、中内刀具库以及各加工机床之间进行远距离的刀具交换，必须有刀具运载工具的支持。距离的刀具交换，必须有刀具运载工具的支持。（1 1）采用过渡装置）采用过渡装置（2
40、 2）采用专门的刀具取放装置）采用专门的刀具取放装置（3 3）AGVAGVROBOTROBOT换刀方式换刀方式（4 4）更换刀库以实现刀具的交换）更换刀库以实现刀具的交换 加工系统的刀具监控分加工加工系统的刀具监控分加工前、加工中、加工后前、加工中、加工后三个时间段。三个时间段。加工前和加工后的监控通常采用加工前和加工后的监控通常采用离线直接测量法离线直接测量法，加工中的监控，加工中的监控主要采用主要采用在线间接测量法在线间接测量法，因而要求检测方法，因而要求检测方法快速、准确、稳快速、准确、稳定、可靠。定、可靠。 主要是为了及时了解每时每刻在使用的大量刀具因磨主要是为了及时了解每时每刻在使用
41、的大量刀具因磨 损、损、破损而发生的性质变化。主要从破损而发生的性质变化。主要从刀具寿命、刀具磨损、刀具寿命、刀具磨损、 刀具刀具破损以及其他形式的刀具故障破损以及其他形式的刀具故障 等方面进行。等方面进行。FMSFMS中的刀具信息可以分为中的刀具信息可以分为动态信息动态信息和和静态信息静态信息两个部分。两个部分。动态信息：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它几何参数。这些命、工作直径、工作长度以及参与切削加工的其它几何参数。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
42、用时间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。的长短、磨损量的大小、对工件加工精度和表面质量的影响。静态信息：静态信息：是一些加工过程中固定不变的信息，如刀具的编码、类是一些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。型、属性、几何形状以及一些结构参数等。第五节、第五节、FMSFMS的控制系统的控制系统 通常采用通常采用递阶递阶控制的结构形式，即通过对系统的控制的结构形式，即通过对系统的控制功能进控制功能进行正确、合理地分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处行正确、合理地分解，划分成
43、若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层回送命令的执行结果。结果。 通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控通过信息联系，构成完整的系统，以减少全局控制的难度和控制软件开发的难度。制的难度和控制软件开发的难度。 在上述三级递阶控制结构中，在上述三级递阶控制结构中，每层的信息流都是双向每层的信息流都是双向流动的：流动的：向下向下可下达控制指令，分配控制任务，监控下层可下达控制指令，分配控制任务，监
44、控下层的作业过程的作业过程；向上向上可反馈控制状态，报告现场生产数据可反馈控制状态，报告现场生产数据。 在控制的实时性和处理信息量方面，在控制的实时性和处理信息量方面，各层控制计算机是各层控制计算机是有所区别的：有所区别的：愈往底层，其控制的实时性要求愈高，而处愈往底层，其控制的实时性要求愈高，而处理的信息量则愈小；愈到上层，其处理信息量愈大，而对理的信息量则愈小；愈到上层，其处理信息量愈大，而对实时性要求则愈小。实时性要求则愈小。 （1 1）控制系统方面主要用来向下层实时地发送控制命令和分配数）控制系统方面主要用来向下层实时地发送控制命令和分配数据。据。 （2 2）监控系统方面主要用来实时采
45、集现场工况，把收集的信息看）监控系统方面主要用来实时采集现场工况，把收集的信息看作系统的反馈信号，以它们为基础作出决策，控制被监控的过程。作系统的反馈信号，以它们为基础作出决策，控制被监控的过程。（3 3）监测系统方面主要用来观察系统的运行情况，将所收到的信）监测系统方面主要用来观察系统的运行情况，将所收到的信息登录备用，计算机将利用这些信息定期打印报告，供决策系统检息登录备用，计算机将利用这些信息定期打印报告，供决策系统检索。索。它需要作出如下的决策：它需要作出如下的决策： 零件的工艺路线；零件的工艺路线； 物料的运送；物料的运送； 程序和命令的分配；程序和命令的分配； 刀具的管理；刀具的管
46、理； 对异常事件的反应等。对异常事件的反应等。这一级控制系统要完成的主要操作任务有：这一级控制系统要完成的主要操作任务有： 接收程序和命令；接收程序和命令； 接受调度命令，运输物料；接受调度命令，运输物料； 各类工作站设备按程序执行操作；各类工作站设备按程序执行操作； 为下一步操作准备刀夹具或更换已磨损的刀具；为下一步操作准备刀夹具或更换已磨损的刀具； 传感器信息采样，部分采样信息作为传感器信息采样，部分采样信息作为CNCCNC系统的反馈信息，系统的反馈信息，其它送往上层计算机。其它送往上层计算机。 思考题与习题思考题与习题. .说明说明FMSFMS的概念及组成。的概念及组成。FMSFMS对加工设备的要求及机床配置形式？对加工设备的要求及机床配置形式？. .说明说明FMSFMS物料运储系统的组成及其基本物料运储系统的组成及其基本回路？回路？4.4.自动换刀有哪几种形式？自动换刀有哪几种形式？
