【自動(dòng)化制造系統(tǒng)大作業(yè)】柴油機(jī)曲軸柔性制造系統(tǒng)的研究

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1、柴油機(jī)曲軸柔性制造系統(tǒng)的研究 1 .加工對(duì)象： 曲軸是發(fā)動(dòng)機(jī)上一個(gè)重要的零部件。它在工作時(shí)要承受很大的扭矩。以及大小和方向 都在變化的彎曲力。曲軸的工作情況決定了曲軸的結(jié)構(gòu)， 進(jìn)而也決定了曲軸制造工藝的復(fù)雜 性。 2 .工藝分析： 柴油機(jī)曲軸大致有 3部分組成：（1）曲軸前端（小頭）（2 ）由連桿軸頸、曲柄臂及主軸 頸組 成的曲拐；（3 ）曲軸后端（法蘭）。按照曲軸加工步驟，可分為粗加工和精加工 2部 分。 1 ）曲軸粗加工工藝 曲軸粗加工工藝采用 A V L新工藝。工藝流程見圖 1。加工工藝中，采用復(fù)合加工數(shù) 控機(jī)床引入了 “ 一次裝卡，全部完工”的概念。該F MS車銃中心集成

2、了雙主軸車削中心， 五軸加工中心。深孔鎮(zhèn)、銃、鉆和三坐標(biāo)功能于一身，在一臺(tái)具有雙主軸的車銃復(fù)合加工中 心上可以對(duì)曲軸進(jìn)行完全加工。加工后的曲軸可直接轉(zhuǎn)入精加工工序。 圖1 2 ）曲軸精加工工藝 在曲軸精加工方面 ，則采用工序集成的 CBN數(shù)控磨床，即一次裝夾可完成磨削曲軸 全部主軸頸和連桿軸頸的所有工序， 此類磨床一般配有雙砂輪頭架。 圖2中給出了曲軸的精 加工工藝流程。 圖2 3 .系統(tǒng)組成： 曲軸柔性制造系統(tǒng)由數(shù)控加工設(shè)備、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)和信息控制系統(tǒng) 3部分組成，如圖3 所示。 網(wǎng)工子冢境 1 信速于索統(tǒng)］ 物流于系統(tǒng) 圖3 1 ）加工子系統(tǒng) 根據(jù)

3、曲軸工藝要求 。曲軸FMS加工子系統(tǒng)主要是由 2臺(tái)復(fù)合數(shù)控加工中心 （數(shù)控復(fù) 合粗加工中心和數(shù)控復(fù)合磨床 ）、與之相配的工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)氣壓夾具、數(shù)控清洗機(jī)、檢 測裝配設(shè)備組成。 2 ）物流子系統(tǒng) 物流子系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)工件及工裝夾具的自動(dòng)供給和裝卸。 以及完成工序間的 自動(dòng)傳送、 調(diào)運(yùn)和存貯工作。包括各種傳送機(jī)構(gòu)、自動(dòng)導(dǎo)引小車、工業(yè)機(jī)器人及專用起吊運(yùn)送機(jī)、 工件 裝卸站、工件存儲(chǔ)工位、 刀具輸入輸出站、刀庫等。物流子系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)的控制下自動(dòng)完成 刀具和工件的輸送工作。曲軸 FMS系統(tǒng)由全自動(dòng)立體倉庫、工件出入托盤站、上下料機(jī)械 手臂、2條輸送帶和編碼系統(tǒng)組成。 3 ）信息子系統(tǒng)

4、 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)用以處理柔性制造系統(tǒng)的各種信息， 輸出控制CNC機(jī)床和物料系統(tǒng)等 自動(dòng)操作所需的信息、 實(shí)現(xiàn)各子系統(tǒng)之間的信息聯(lián)系， 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行管理，確保系統(tǒng)的正常工 作。通常采用三級(jí)（設(shè)備級(jí)、工作站級(jí)、單元級(jí) ）分布式計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，其中單元級(jí)控制 系統(tǒng)（單元控制器）是柔性制造系統(tǒng)的核心。本系統(tǒng)操作單元由復(fù)合數(shù)控加工中心系統(tǒng)、數(shù) 控精磨系統(tǒng)、倉儲(chǔ)管理系統(tǒng)、堆垛控制系統(tǒng)組成。系統(tǒng)集成軟件由設(shè)計(jì)規(guī)劃軟件、生產(chǎn) 過程分析軟件、生產(chǎn)過程調(diào)度軟件、系統(tǒng)管理和監(jiān)控軟件組成。 4 .系統(tǒng)布局： 在加工發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸時(shí).其加工工藝主要是銃面、鉆孔、銃外頸等幾個(gè)主要加工工序 ， 其工序比較單純，因此機(jī)

5、床布置必須要以形成有序的排列、 簡化物流管理為原則來進(jìn)行。在 布置機(jī)床的同時(shí)還要考慮物料輸送路線。 由于零件較大，須采用傳送帶傳送，機(jī)床布置宜采 取直線布置。另外，在機(jī)床布置時(shí)還應(yīng)考慮成品、在制品、外購件倉庫的布置，工件裝卡的 準(zhǔn)備區(qū)，刀具、夾具保養(yǎng)保管區(qū)及中心管理室的位置。該系統(tǒng)布局如圖 4所示。 維建機(jī) 廠…梅送帶I 堆躲控 源中心 流水線控 利中心 檢拄制合 *酰中心 氣動(dòng)上下料機(jī)城手需 加工中心 終端忡物系統(tǒng) 5 .系統(tǒng)建模： 1） FMS系統(tǒng)控制建模 曲軸的柔性制造系統(tǒng)是一個(gè)大型的、 復(fù)雜的、離散事情的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，由于采用了高度柔 性的加工設(shè)備.零件的

6、加工路徑可隨加工刀具在加工中心的配置而改變。 加工路線約束的降 低使生產(chǎn)更靈活、高效，但相應(yīng)的動(dòng)態(tài)調(diào)度更加復(fù)雜。同時(shí)由于系統(tǒng)中存在著一些不可預(yù)見 的事情或隨機(jī)事情。如機(jī)器故障、緊急作業(yè)計(jì)劃、作業(yè)計(jì)劃的縮減等，更增添了調(diào)度的復(fù)雜 性。針對(duì)FMS的優(yōu)越性及其調(diào)度的復(fù)雜性 ，F(xiàn) MS建模時(shí)采用IDEF0建模法，將其象為一 個(gè)離散事情的動(dòng)態(tài)系統(tǒng).對(duì)其信息加以概和描述，具體地確定模型結(jié)構(gòu)和參數(shù) .通過以上析 針對(duì)曲軸FMS的功能建模通過活動(dòng)的不斷分解和細(xì)化， 各活動(dòng)之間的關(guān)系整個(gè)系統(tǒng)的信息 得到充分表達(dá)，如圖 5所示。 圖5 從圖中可以看出，動(dòng)態(tài)調(diào)度過程是由系統(tǒng)狀驅(qū)動(dòng)的， 不同的系統(tǒng)

7、狀態(tài)對(duì)應(yīng)不同的調(diào)度過 程，件的加工工藝路線和作業(yè)計(jì)劃是調(diào)度過程必須滿的約束。 2） FMS系統(tǒng)功能建模 根據(jù)曲軸粗加工的 AVL新工藝，采用IDEF0方法構(gòu)建FMS功能模型的步驟如下：（1 ） 數(shù)據(jù)采集；（2 ）選擇范圍、 觀點(diǎn)及目的；（3 ）建立內(nèi)外關(guān)系圖；（4 ）畫出頂層圖；（5 ） 建立一系列圖形；（6 ）寫文字說明；（7 ）模型評(píng)審。該柴油機(jī)曲軸 FMS功能模型圖如圖 6所示。 東疣設(shè)計(jì)方案 .村桁族派信息］一 一—部訂單五雙求 就編而、 整中心瓦 在 制5 件 車削所有軸避 及平值塊外陌 設(shè)計(jì)與調(diào)度人員 U翼機(jī)系統(tǒng) 高速外銃所 百連桿軾頸 鉆油孔 及倒的 拍頸就回火 曲軸復(fù)合加工皺控機(jī)床 圖6 6） 對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析： 自動(dòng)化制造系統(tǒng)是具有高柔性和高度自動(dòng)化的生產(chǎn)加工線。它至少應(yīng)具備以下基本功 能： 1）自動(dòng)變換加工程序。 2）自動(dòng)完成多品種零件族加工。 3）對(duì)作業(yè)計(jì)劃和加工順序能夠按某些策略隨機(jī)應(yīng)變。 4）高效率自動(dòng)換刀。 5）自動(dòng)監(jiān)測、質(zhì)量自動(dòng)控制和故障自動(dòng)診斷等。