1、加工设备自动化加工设备自动化第二章第二章 加工设备自动化加工设备自动化加工设备自动化是指在加工过程中所用的加工加工设备自动化是指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。加工设还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。加工设备应满足要求：备应满足要求：（1 1）加工工序集中；）加工工序集中；（2 2）控制方便；）控制方便；（3 3）柔性和生产率兼顾；）柔性和生产率兼顾；（4 4）通信接口；）通信接口；（5 5）系统的可靠性和机床负荷率。）系统的可靠性和机床负荷率。第一节第一节 加工设备自动化概
2、述加工设备自动化概述一、加工设备自动化的意义一、加工设备自动化的意义 加工设备工作过程自动化可以缩短辅助时间，改善加工设备工作过程自动化可以缩短辅助时间，改善工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度。工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度。单台加工设备的自动化能较好地满足零件加工过程单台加工设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提，是机械制造业更进一步向前发展的基础。动化的必要前提，是机械制造业更
3、进一步向前发展的基础。因此，加工设备的自动化是零件整个机械加工工艺过因此，加工设备的自动化是零件整个机械加工工艺过程自动化的基本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自程自动化的基本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的基础动化的基础二、加工设备自动化的途径二、加工设备自动化的途径 加工设备自动化主要是指实现了机床加工循环自加工设备自动化主要是指实现了机床加工循环自动化和实现了辅助工作自动化的加工设备动化和实现了辅助工作自动化的加工设备,需要实现自需要实现自动化的主要内容有：动化的主要内容有：实现加工设备自动化的途径主要有以下几种：实现加工设备自动化的途径主要有以下几种：1 1）对半自动加工设
4、备通过配置自动上下料装置以实）对半自动加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设备的完全自动化；现加工设备的完全自动化；2 2）对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等）对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造；进行自动化改造；3 3）根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的）根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的自动化加工设备，如组合机床等；自动化加工设备，如组合机床等；4 4）采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心）采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心等。等。1 1生产率分析生产率分析 当自动化加工设备连续生产时，加工一个工件的工当自动化加工设备连续生产时，加
5、工一个工件的工作循环时间作循环时间 是由加工时间和空程辅助时间组成的，即是由加工时间和空程辅助时间组成的，即gqftttgt结论：结论：t tf f和和t tq q对机床生产率的影响是相互制约和相对机床生产率的影响是相互制约和相互促进的。当生产工艺发展到一定水平，即工艺生产率互促进的。当生产工艺发展到一定水平，即工艺生产率提高到一定程度时，必须提高机床自动化程度，进一步提高到一定程度时，必须提高机床自动化程度，进一步减少空程辅助时间，促使生产率不断提高。另一方面，减少空程辅助时间，促使生产率不断提高。另一方面，在相对落后的工艺基础上实现机床自动化，生产率的提在相对落后的工艺基础上实现机床自动化
6、，生产率的提高是有限的，为了取得良好的效果，应当在先进的工艺高是有限的，为了取得良好的效果，应当在先进的工艺基础上实现机床自动化。基础上实现机床自动化。2 2自动化加工方式分类自动化加工方式分类 随着科学技术的发展，加工过程自动化水平不断提随着科学技术的发展，加工过程自动化水平不断提高，使得生产率得到了很大的发展，先后开发了适应不高，使得生产率得到了很大的发展，先后开发了适应不同生产率水平要求的自动化加工设备，主要有以下各类：同生产率水平要求的自动化加工设备，主要有以下各类：(1)(1)全（半）自动单机：又分为单轴和多轴全（半）全（半）自动单机：又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类。自动单机两
7、类。（走刀机构）（走刀机构）(2)(2)组合机床组合机床 (3)(3)自动线（自动线（Transfer LineTransfer LineTLTL）(4)(4)一般数控机床一般数控机床 (5)(5)加工中心（加工中心（MCMC）(6)(6)柔性制造单元（柔性制造单元（FMCFMC）第二节第二节 数控机床数控机床一一 数控机床的概念及其特点数控机床的概念及其特点1 1 基本概念基本概念数控数控 数字化信号控制的简称，即用数字指令来控数字化信号控制的简称，即用数字指令来控 制机械执行预定的动作制机械执行预定的动作NC NC Numerical Control Numerical Control 数
8、控数控CNC CNC Computerized Numerical Control Computerized Numerical Control 计算机数控计算机数控数控机床数控机床高效的自动化加工设备，它严格按照加工高效的自动化加工设备，它严格按照加工 程序，可以自动地对被加工工件进行加工。程序，可以自动地对被加工工件进行加工。模具设计模具设计三维造型三维造型模具型腔模具型腔油泵壳体真空压铸模具一油泵壳体真空压铸模具一 CNC加工加工油泵壳体真空压铸模具二油泵壳体真空压铸模具二 2 2、数控机床加工适用范围、数控机床加工适用范围 1 1）多品种小批量零件；）多品种小批量零件；2 2）几何形状
9、复杂的零件；）几何形状复杂的零件；3 3）需要频繁改型的零件；）需要频繁改型的零件；4 4）贵重的、不允许报废的关键零件；）贵重的、不允许报废的关键零件；5 5）批量大、必须严格控制公差的零件；）批量大、必须严格控制公差的零件；6 6）最短周期的急需零件。）最短周期的急需零件。3 3、数控机床发展、数控机床发展 1 1）高速化和高精度化）高速化和高精度化 2 2）多功能化）多功能化 3 3）智能化）智能化 4 4）编程自动化）编程自动化 5 5）高可靠性化）高可靠性化 6 6）系统小型化）系统小型化 二、数控机床的工作过程二、数控机床的工作过程速度检测位置检测检测反馈装置辅助控制装置 伺服系统
10、数控装置输入装置程序编制加工图纸 进给运动 辅助运动机床本体加工零件主运动1.1.加工程序加工程序控制介质是指将零件控制介质是指将零件加工信息传送到数控装置加工信息传送到数控装置去的信息载体，控制介质去的信息载体，控制介质有多种形式，常用的有穿有多种形式，常用的有穿孔纸带、磁带、磁盘等孔纸带、磁带、磁盘等N020 M0N030 M3 M8N040 G0 X-80 Y-80N050 G1 Z-59 F100 2.2.输入装置输入装置 光电读带机、录放机、磁盘驱动器光电读带机、录放机、磁盘驱动器键盘键盘MDI、计算机编程通信、计算机编程通信三三 数控机床的组成数控机床的组成数控装置接受输入数控装置
11、接受输入指令信号，进行运指令信号，进行运算判断、发出的控算判断、发出的控制信号至伺服系统。制信号至伺服系统。3.3.数控装置数控装置4.4.伺服系统伺服系统伺服系统是数控机床的执行机伺服系统是数控机床的执行机构，包括驱动和执行两大部分。构，包括驱动和执行两大部分。伺服系统接收数控系统的指令伺服系统接收数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求信息，并按照指令信息的要求带动机床的移动部件运动或执带动机床的移动部件运动或执行部分动作。行部分动作。5.5.辅助控制装置辅助控制装置 主轴变速、换向和启停，刀具选择和交换，主轴变速、换向和启停，刀具选择和交换，冷冷却、润滑启动停止，工件松开、夹紧等辅助动作
12、。却、润滑启动停止，工件松开、夹紧等辅助动作。6.6.检测反馈检测反馈 传感器将伺服电动机的角位移和数控机床执传感器将伺服电动机的角位移和数控机床执行行机构的直线位移转换成电信号，输送给数控装置，机构的直线位移转换成电信号，输送给数控装置，与指令位置进行比较，纠正误差。与指令位置进行比较，纠正误差。7.7.机床本体机床本体 主轴部件、刀架、尾架、滚珠丝杠、导轨、主轴部件、刀架、尾架、滚珠丝杠、导轨、排排屑、防护、冷却、刀库、自动换刀装置等屑、防护、冷却、刀库、自动换刀装置等MJ-860DTMJ-860DT数控车床的结构外观图数控车床的结构外观图 1 2 3 45 6 7 81 1床身；床身；2
13、 2三爪卡盘；三爪卡盘；3 3导轨；导轨；4 4尾架；尾架；5 5、7 7防护门；防护门；6 6回转刀架；回转刀架；8 8数控操作面板数控操作面板1 1、按控制系统功能分类、按控制系统功能分类 点位控制、直线控制、轮廓控制点位控制、直线控制、轮廓控制2 2、按加工方式分类、按加工方式分类 一般数控机床、加工中心、多坐标数控机床等一般数控机床、加工中心、多坐标数控机床等3 3、按伺服控制方式分类、按伺服控制方式分类 开环控制、闭环控制、半闭环控制系统开环控制、闭环控制、半闭环控制系统4 4、按功能水平分类、按功能水平分类 经济型、标准型、多功能型经济型、标准型、多功能型Next四四 数控机床的分
14、类数控机床的分类按运动轨迹分类按运动轨迹分类1 1、点位控制、点位控制 2 2、直线控制、直线控制 3 3、轮廓控制、轮廓控制返回返回按加工方式分类按加工方式分类数控车床数控车床数控铣床数控铣床返回返回按工艺用途分类按工艺用途分类多坐标数控机床多坐标数控机床多坐标龙门式数控仿形铣床多坐标龙门式数控仿形铣床 CNCCNC六坐标数控刀具磨床六坐标数控刀具磨床返回返回按按控控制制方方式式分分类类 按功能水平分类按功能水平分类 1 1）经济型（低档）经济型（低档）大多指采用开环控制系统的数控机床，其功能大多指采用开环控制系统的数控机床，其功能简单，价格便宜，适用与自动化程度要求不高的场合。简单，价格便
15、宜，适用与自动化程度要求不高的场合。2 2）标准型（中档）标准型（中档）这类数控机床的功能较全，价格适中，应用较这类数控机床的功能较全，价格适中，应用较广。标准型数控机床亦可称为全功能数控机床。广。标准型数控机床亦可称为全功能数控机床。3)3)多功能型（高档）多功能型（高档）这类数控机床的功能齐全价格较贵，加工复这类数控机床的功能齐全价格较贵，加工复杂零件的大中型机床及柔性制造系统、计算机集成制造杂零件的大中型机床及柔性制造系统、计算机集成制造系统中使用的数控机床一般为多功能型。系统中使用的数控机床一般为多功能型。加工中心是带有刀库和自动换刀装置的多工序数加工中心是带有刀库和自动换刀装置的多工
16、序数控机床，它由机械设备和数控系统组成，是一种适用于控机床，它由机械设备和数控系统组成，是一种适用于复杂零件加工的高效自动化机床。复杂零件加工的高效自动化机床。通常，加工中心仅指主要完成镗铣加工的加工中通常，加工中心仅指主要完成镗铣加工的加工中心。这种自动完成多工序集中加工的方法，扩展到各种心。这种自动完成多工序集中加工的方法，扩展到各种类型的数控机床，例如车削中心、滚齿中心、磨削中心类型的数控机床，例如车削中心、滚齿中心、磨削中心等。等。第三节第三节 加工中心加工中心一、加工中心的特点、类型与适用范围一、加工中心的特点、类型与适用范围 (1)(1)适用范围广适用范围广 (2)(2)加工精度高
17、加工精度高 (3)(3)生产率高生产率高 加工中心的类型有立式、卧式、五面、龙门等四种加工中心的类型有立式、卧式、五面、龙门等四种二、二、加工中心的结构加工中心的结构 (1)(1)基础部件，基础部件，(2)(2)主轴部件，主轴部件，(3)(3)自动换刀系统，自动换刀系统，(4)(4)自动托盘交换系统，自动托盘交换系统，(5)(5)数控系统，数控系统，(6)(6)辅助系统辅助系统1.1.基础部件基础部件1)1)基础部件由床身、立柱、工作台等大件组成，是加基础部件由床身、立柱、工作台等大件组成，是加工中心的基础结构。工中心的基础结构。2)2)床身床身支撑滑台、立柱等；支撑滑台、立柱等；立柱立柱放置
18、主轴头和刀具库等；放置主轴头和刀具库等；工作台工作台安放和带动夹具、工件等；安放和带动夹具、工件等；主轴箱体主轴箱体支撑主轴系统支撑主轴系统 十字滑台十字滑台 立柱立柱2 2、主轴部件、主轴部件 1)1)由主轴箱、主轴、主轴电机、轴承、刀具拉紧装由主轴箱、主轴、主轴电机、轴承、刀具拉紧装置，主轴定向停止装置等组成。置，主轴定向停止装置等组成。2)2)在主轴在主轴3 3后端装有一个发磁体后端装有一个发磁体4 4（磁铁块或电磁（磁铁块或电磁铁），磁传感器铁），磁传感器5 5能感应到磁块的位置。当磁块对准磁传能感应到磁块的位置。当磁块对准磁传感器时，传感器就发出信号，经放大器感器时，传感器就发出信号
19、，经放大器6 6放大后，由定向放大后，由定向电路电路7 7使主轴电机使主轴电机1111立刻停止，主轴停在此位置上。立刻停止，主轴停在此位置上。3 3、自动换刀系统、自动换刀系统包括刀具库、自动选刀和自动换刀三项内容包括刀具库、自动选刀和自动换刀三项内容4 4、自动托盘交换系统、自动托盘交换系统 1)1)加工中心要纳入到加工中心要纳入到FMSFMS系统中，必须能够自动上下系统中，必须能够自动上下料，才能形成自动加工循环系统。因此每台加工中心都需料，才能形成自动加工循环系统。因此每台加工中心都需要带有自动托盘交换系统。要带有自动托盘交换系统。2)2)在机床切削工件的同时，托盘交换系统已经将下在机床
20、切削工件的同时，托盘交换系统已经将下一个待加工的工件准备好了，机床停下来等待换件（将加一个待加工的工件准备好了，机床停下来等待换件（将加工完成的工件取下，再将毛坯装上工作台），只是进行托工完成的工件取下，再将毛坯装上工作台），只是进行托盘交换。所以，它使工件装卸时间大幅度减少。盘交换。所以，它使工件装卸时间大幅度减少。3)3)实际上，加工中心再配上一套自动托盘交换装实际上，加工中心再配上一套自动托盘交换装置，就形成了一个柔性制造模块，可以自动完成工件的上置，就形成了一个柔性制造模块，可以自动完成工件的上下料和整个加工循环过程。下料和整个加工循环过程。立式加工中心的基础部件立式加工中心的基础部件
21、 滚动直线导轨滚动直线导轨 用滚动导轨形成的三导轨用滚动导轨形成的三导轨 加工中心除了具有一般数控机床的特点外，它还具有加工中心除了具有一般数控机床的特点外，它还具有其自身的特点。其自身的特点。1 1、自动换刀与刀库、自动换刀与刀库 加工中心的刀具存取方式有顺序方式和随机方式加工中心的刀具存取方式有顺序方式和随机方式两种，刀具随机存取是最主要的方式。两种，刀具随机存取是最主要的方式。2 2、触发式测头测量系统、触发式测头测量系统 主要用于加工循环中的测量。主要用于加工循环中的测量。3 3、刀具长度测量系统、刀具长度测量系统 用以检查刀具长度正确性以及刀具折断、破损现用以检查刀具长度正确性以及刀
22、具折断、破损现象，检测准确度为象，检测准确度为1mm1mm。当发现不合格刀具时，测量系。当发现不合格刀具时，测量系统会发出停车信号。统会发出停车信号。三、加工中心的特点三、加工中心的特点四、加工中心的分类四、加工中心的分类 1 1、有立式，卧式，立卧式等形式的加工中心、有立式，卧式，立卧式等形式的加工中心 2 2、加工中心在数控铣床的基础上，将升降运动放在、加工中心在数控铣床的基础上，将升降运动放在主轴头上，在主轴箱侧面放置一个圆盘刀库和换刀装置，主轴头上，在主轴箱侧面放置一个圆盘刀库和换刀装置，就形成了一台常见的立式加工中心就形成了一台常见的立式加工中心3 3、卧式加工中心、卧式加工中心 结
23、构形式类似于卧式铣床，主轴水平放置，同样结构形式类似于卧式铣床，主轴水平放置，同样是升降运动放在主轴头上，带有刀库和换刀装置。是升降运动放在主轴头上，带有刀库和换刀装置。4 4、立卧式加工中心、立卧式加工中心 立卧式加工中心同时具有立式和卧式的功能，它的立卧式加工中心同时具有立式和卧式的功能，它的柔性更高，可对一个零件的五个面在一次装夹中完成全柔性更高，可对一个零件的五个面在一次装夹中完成全部加工内容，因此又称为五面加工中心。部加工内容，因此又称为五面加工中心。5 5、高速加工中心、高速加工中心 加工速度高，由于主轴转速很高，配合用新型超硬加工速度高，由于主轴转速很高，配合用新型超硬耐磨刀具，
24、使切削速度大大提高，其切削所用时间很短。耐磨刀具，使切削速度大大提高，其切削所用时间很短。其次，由于运动轴的速度和加速度很高，其加工移位、换其次，由于运动轴的速度和加速度很高，其加工移位、换刀等辅助时间也在大幅度减少，所以其加工效率非常高。刀等辅助时间也在大幅度减少，所以其加工效率非常高。机械加工自动线（简称自动线）是用一组运输机机械加工自动线（简称自动线）是用一组运输机构联系起来的由多台自动机床（或工位）、工件存放装构联系起来的由多台自动机床（或工位）、工件存放装置以及统一自动控制装置等组成的自动加工机器系统。置以及统一自动控制装置等组成的自动加工机器系统。在自动线的工作过程中，工件以一定的
25、生产节拍，在自动线的工作过程中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需要工人直接参按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需要工人直接参与操作，自动地完成预定的加工内容。与操作，自动地完成预定的加工内容。作用：自动线能减轻工人的劳动强度，并大大地提作用：自动线能减轻工人的劳动强度，并大大地提高劳动生产率，减少设备布置面积，缩短生产周期，缩高劳动生产率，减少设备布置面积，缩短生产周期，缩减辅助运输工具，减少非生产性的工作量，建立严格的减辅助运输工具，减少非生产性的工作量，建立严格的工作节奏，保证产品质量，加速流动资金的周转和降低工作节奏，保证产品质量，加速流动资金的周转和降低产品成
26、本。产品成本。第四节第四节 机械加工自动线机械加工自动线加工自动线通常由工艺设备、工件输送系统、控制加工自动线通常由工艺设备、工件输送系统、控制和监视系统、检测系统和辅助系统等组成，各个系统中和监视系统、检测系统和辅助系统等组成，各个系统中又包括各类设备和装置。由于工件类型、工艺过程和生又包括各类设备和装置。由于工件类型、工艺过程和生产率等的不同，自动线的结构和布局差异很大，但其基产率等的不同，自动线的结构和布局差异很大，但其基本组成部分都是大致相同的。本组成部分都是大致相同的。自动线的加工对象通常是固定不变的，或在较小的自动线的加工对象通常是固定不变的，或在较小的范围内变化，而且在改变加工品
27、种时要花费许多时间进范围内变化，而且在改变加工品种时要花费许多时间进行人工调整。另外初始投资较多。因此只适用于大批量行人工调整。另外初始投资较多。因此只适用于大批量的生产场合。的生产场合。在通用机床自动线上完成的典型工艺主要是各种车削、在通用机床自动线上完成的典型工艺主要是各种车削、车螺纹、磨外圆、磨内孔、磨端面、铣端面、打中心孔、车螺纹、磨外圆、磨内孔、磨端面、铣端面、打中心孔、铣花键、拉花键孔、切削齿轮和钻分布孔等。铣花键、拉花键孔、切削齿轮和钻分布孔等。一、通用机床自动线一、通用机床自动线串联单纵列串联单纵列串联双纵列串联双纵列串联单横排串联单横排串联双横排串联双横排并联纵列并联纵列机床
28、机床工件输送系统工件输送系统顺序分料示意图顺序分料示意图机机床床工件输送系统工件输送系统并联机床段并联机床段并联机床段并联机床段按需分料示意图按需分料示意图机床机床下料机械手下料机械手上料机械手上料机械手分路分路机构机构料道料道组合机床自动线是针对一个零件的全部加工要求组合机床自动线是针对一个零件的全部加工要求和加工工序专门设计制成的由若干台组合机床组成的自动和加工工序专门设计制成的由若干台组合机床组成的自动生产线。它与通用机床自动线有许多不同点：如每台机床生产线。它与通用机床自动线有许多不同点：如每台机床的加工工艺都是指定的不作改变；工件的输送方式除直接的加工工艺都是指定的不作改变；工件的输
29、送方式除直接输送外，还可利用随行夹具进行输送；线的规模较大，有输送外，还可利用随行夹具进行输送；线的规模较大，有的多达几十台机床；有比较完善的自动监视和诊断系统，的多达几十台机床；有比较完善的自动监视和诊断系统，以提高其开动率等。组合机床自动线主要用于加工箱体类以提高其开动率等。组合机床自动线主要用于加工箱体类零件和畸形件，其数量占加工自动线总数的零件和畸形件，其数量占加工自动线总数的70%70%左右。左右。二、通用机床自动线二、通用机床自动线典型组合机床自动线简介典型组合机床自动线简介为了适应多品种生产，原来由专用机床组成的自动为了适应多品种生产，原来由专用机床组成的自动线改用数控机床或由数
30、控操作的组合机床组成柔性自动线。线改用数控机床或由数控操作的组合机床组成柔性自动线。FTLFTL的工艺基础是成组技术。按照成组加工对象确定工艺的工艺基础是成组技术。按照成组加工对象确定工艺过程，选择适宜的数控加工设备和物料储运系统组成过程，选择适宜的数控加工设备和物料储运系统组成FTLFTL。因此，一般的柔性自动线由以下三部分构成：因此，一般的柔性自动线由以下三部分构成：数控机床、专用机床及组合机床；数控机床、专用机床及组合机床；托板（工件）输送系统；托板（工件）输送系统；控制系统。控制系统。三、柔性自动线三、柔性自动线第五节第五节 柔性制造单元柔性制造单元在数控技术发展总的历程中，技术的特征
31、总是简单在数控技术发展总的历程中，技术的特征总是简单到复杂到复杂 由特殊到一般地螺旋式上升由特殊到一般地螺旋式上升 许多企业在开发许多企业在开发FMS FMS 技术之前，经历了技术之前，经历了FMC FMC 的过程，也有一些企业在它掌握的过程，也有一些企业在它掌握了了FMS FMS 技术以后技术以后 用户仍然需要用户仍然需要FMCFMC，有些用户承受不了，有些用户承受不了FMS FMS 的巨额投资，而认为的巨额投资，而认为FMCFMC更符合他们的实际，因此更符合他们的实际，因此 ，在研究在研究FMSFMS的同时，仍然要研究的同时，仍然要研究FMCFMC 柔性制造单元柔性制造单元(Flexibl
32、e Manufacturing Cell)(Flexible Manufacturing Cell)是是在在制造单元的基础上发展起来的，又具有柔性制造系统的部制造单元的基础上发展起来的，又具有柔性制造系统的部分特点的一种单元分特点的一种单元 FMCFMC，具有独立自动加工的功能，具有独立自动加工的功能 部分部分具有自动传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多品具有自动传送和监控管理的功能，可实现某些零件的多品种小批量的加工，部分种小批量的加工，部分FMCFMC还可以实现还可以实现2424小时无人运转，小时无人运转，投资没有投资没有FMSFMS大，技术上容易实现，因而深受用户欢迎。大，技术上容易
33、实现，因而深受用户欢迎。一、柔性制造单元的组成一、柔性制造单元的组成 FMC FMC 的构成有二大类的构成有二大类 ：一类是加工中心配上托一类是加工中心配上托盘交换系统盘交换系统(Automatic Pallet Changer APC)(Automatic Pallet Changer APC)，另一，另一类是数控机床配工业机器人类是数控机床配工业机器人(Robot)(Robot)。1 1、加工中心配托盘交换系统的、加工中心配托盘交换系统的FMCFMC 这样的托盘系统具有存储、运送功能、具有自动、这样的托盘系统具有存储、运送功能、具有自动、检测功能、工件和刀具的归类功能、切削状态监视功能检测
34、功能、工件和刀具的归类功能、切削状态监视功能等，这种等，这种FMCFMC实现连续实现连续2424小时自动加工是非常有效的，托小时自动加工是非常有效的，托盘的交换由设在环形交换系统中的液压或电动推拉机构来盘的交换由设在环形交换系统中的液压或电动推拉机构来实现。实现。2 2、数控机床配工业机器人、数控机床配工业机器人(robot)(robot)的的FMCFMC 两台台数控车床配上两台台数控车床配上RobotRobot，加上工件传输系统组，加上工件传输系统组成。在实际方案上还有多种组合形式成。在实际方案上还有多种组合形式 ，如美国公司生产，如美国公司生产的由三台机床与的由三台机床与RobotRobo
35、t构成的构成的FMCFMC，这是由一台车削中心、，这是由一台车削中心、一台立式加工中心、一台卧式加工中心一台立式加工中心、一台卧式加工中心 加上一台工业机加上一台工业机器人组成，器人组成，RobotRobot安装在一台传输小车上，小车安装在固安装在一台传输小车上，小车安装在固定轨道上，定轨道上，Robot Robot 实现机床至机床之间的工件传送。实现机床至机床之间的工件传送。二、柔性制造单元的特点二、柔性制造单元的特点 1 1、柔性、柔性 体现在加工对象、工艺过程以及工序内容的自体现在加工对象、工艺过程以及工序内容的自动调整。动调整。2 2、自动化、自动化 3 3、加工精度和效率高、加工精度
36、和效率高 4 4、效益高、效益高 5 5、便于实现计算机集成生产系统、便于实现计算机集成生产系统 应用应用 FMCFMC可积累物料传输系统、自动化仓库和自可积累物料传输系统、自动化仓库和自动检测方面的经验，使得容易朝着动检测方面的经验，使得容易朝着FMS FMS 或或CIMS CIMS 发展发展第五节第五节 柔性制造系统柔性制造系统一、概述一、概述1 1、定义、定义 柔性制造系统柔性制造系统FMSFMS（Flexible Manufacturing Flexible Manufacturing Systems)Systems)是一个由计算机集中管理和控制的制造系统是一个由计算机集中管理和控制的
37、制造系统，具有多个独立或半独立工位的一套物料储存运输系统具有多个独立或半独立工位的一套物料储存运输系统 加工设备主要由数控机床及加工中心等组成加工设备主要由数控机床及加工中心等组成，用于高效用于高效率地制造中小批量多品种零部件的自动化生产系统率地制造中小批量多品种零部件的自动化生产系统,能能适应加工对象变换的自动化机械制造系统。适应加工对象变换的自动化机械制造系统。2 2、组成、组成 一般一般FMS FMS 应包含以下要素应包含以下要素 (1)(1)标准的数控机床或制造单元。我们把具有自标准的数控机床或制造单元。我们把具有自动上下料功能或具有多个工位，既能加工又能作一些装动上下料功能或具有多个
38、工位，既能加工又能作一些装配工作的数控机床，称之为制造单元，它们是配工作的数控机床，称之为制造单元，它们是FMSFMS中的中的基本制造细胞。基本制造细胞。(2)(2)一个在机床的装卡工位之间运送零件和刀具一个在机床的装卡工位之间运送零件和刀具的传送系统。的传送系统。(3)(3)一个发布指令，协调机床工件和刀具传送装一个发布指令，协调机床工件和刀具传送装置的生产调度及监控系统。置的生产调度及监控系统。(4)(4)中央刀具库及其管理系统。中央刀具库及其管理系统。(5)(5)自动化仓库及其管理系统。自动化仓库及其管理系统。二、柔性制造系统的特点二、柔性制造系统的特点 (1)(1)从硬件的形式看从硬件
39、的形式看 1)1)两台以上的数控机床或加工中心以及其它的加工两台以上的数控机床或加工中心以及其它的加工设备，包括测量机，清洗机、动平衡机、各种特种加工设设备，包括测量机，清洗机、动平衡机、各种特种加工设备等。备等。2)2)一套能自动装卸的运输系统，包括刀具的运储和一套能自动装卸的运输系统，包括刀具的运储和工件及原材料的运储，具体结构可采用传送带、有轨小车工件及原材料的运储，具体结构可采用传送带、有轨小车 无轨小车、搬运机器人、上下料托盘站等。无轨小车、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。(2 2)从从软件软件件的形式看件的形式
40、看 1)FMS 1)FMS 的运行控制系统的运行控制系统 2)FMS 2)FMS 的质量保证系统的质量保证系统 3)FMS 3)FMS 的数据管理和通讯网络系统的数据管理和通讯网络系统 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控制制造质量 自动故障诊断及处理自动故障诊断及处理 自动自动 信息收集及传输信息收集及传输 2)2)简单地改变软件或系统参数简单地改变软件或系统参数 便能制造出某一零便能制造出某一零件族的多种零件件族的多种零件 3)3)物料的运输和储存必须是自动的物料的运输和储存必须是自动的(包括刀具等工装包括刀具等工装和工件的自动运输和工件的自动运
41、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 且无须额且无须额外增加费用外增加费用 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能实现无人化或少人化加工加工 (3 3)从功能看从功能看三、柔性制造系统的分类三、柔性制造系统的分类 按规模大小，按规模大小，FMSFMS可分为如下三类。可分为如下三类。1 1）柔性制造单元（）柔性制造单元（FMCFMC）FMCFMC由单台带多托盘系统的加工中心或由单台带多托盘系统的加工中心或3 3台以下的台以下的CNCCNC机床组成，具有适应加工多品种产品的灵活性。机床组成，具有适应加工多品种产品的灵活性。2
42、 2）柔性制造系统（）柔性制造系统（FMSFMS）通常包括通常包括3 3台以上的台以上的CNCCNC机床（或加工中心），通机床（或加工中心），通过集中的控制系统及物料系统连接起来，可在在不停机过集中的控制系统及物料系统连接起来，可在在不停机情况下实现多品种、中小批量的加工管理。情况下实现多品种、中小批量的加工管理。是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系是使用柔性制造技术最具代表性的制造自动化系统。值得一提的是由于装配自动化技术远远落后于加工统。值得一提的是由于装配自动化技术远远落后于加工自动化技术，产品最后的装配工序一直是现代化生产的自动化技术，产品最后的装配工序一直是现代化生产的一个瓶颈
43、问题。研制开发适用于中小批量、多品种生产一个瓶颈问题。研制开发适用于中小批量、多品种生产的高柔性装配自动化系统，特别是柔性装配单元（的高柔性装配自动化系统，特别是柔性装配单元（FACFAC）及相关设备已越来越广泛地引起重视。及相关设备已越来越广泛地引起重视。3 3）柔性制造线（）柔性制造线（FMLFML）是处于非柔性自动线和是处于非柔性自动线和FMSFMS之间的生产线，对物料之间的生产线，对物料系统的柔性要求低于系统的柔性要求低于FMSFMS，但生产效率更高。下图所示为，但生产效率更高。下图所示为加工加工244FM244FM摩托车发动机气缸的柔性制造线摩托车发动机气缸的柔性制造线 。四、柔性制
44、造系统的应用四、柔性制造系统的应用 从加工领域看，现在的从加工领域看，现在的FMSFMS不仅能完成机械加工，不仅能完成机械加工，还可应用于饭金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、还可应用于饭金加工、锻造、焊接、装配、铸造和激光、电火花等特种加工，以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模电火花等特种加工，以及喷漆、热处理、注塑和橡胶模制造等加工领域。制造等加工领域。从生产产品看，现在的从生产产品看，现在的FMSFMS已不再局限于汽车、机已不再局限于汽车、机床、飞机、坦克、火炮、舰船、拖拉机等产品的制造，床、飞机、坦克、火炮、舰船、拖拉机等产品的制造，还可用于计算机、半导体、木制产品、服装、食品还可用于计算
45、机、半导体、木制产品、服装、食品/饮料饮料以及医药和化工等产品的生产。以及医药和化工等产品的生产。据统计，据统计，19941994年初，世界各国已投入运行的年初，世界各国已投入运行的FMSFMS约约有有30003000多个。其中日本拥有多个。其中日本拥有21002100多个，占世界首位。多个，占世界首位。五、柔性制造系统的发展方向五、柔性制造系统的发展方向 FMSFMS发展方向集中在以下几个方面：发展方向集中在以下几个方面：1 1）小型化、单元化）小型化、单元化 2020世纪世纪9090年代开始年代开始,FMS,FMS由大型复杂系统，向经济、由大型复杂系统，向经济、可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化可靠、易管理、灵活性好的小型化、单元化FMCFMC方向方向发展。发展。2 2）模块化、集成化）模块化、集成化 以模块化结构（比如将以模块化结构（比如将FMC,FMMFMC,FMM作为作为FMSFMS的基本模块）的基本模块）集成集成FMSFMS、再以、再以FMSFMS作为制造自动化基本模块集成作为制造自动化基本模块集成CIMSCIMS是一是一种基本趋势。种基本趋势。3 3）开放式）开放式 开放式开放式FMSFMS系统强调系统强调5 5个方面的性能特征：即插即个方面的性能特征：即插即用；可移植性；可扩展性；可缩放性；互操作性。用；可移植性；可扩展性；可缩放性；互操作性。
