《AMT5柔性制造》PPT課件.ppt

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1、1,第4章 制造自動化技術(shù) Manufacturing Automation Technology,2,柔性制造技術(shù)（FMTFlexible Manufacturing Technology）是自動化制造系統(tǒng)的基本單元技術(shù)。主要用于多品種小批量或變批量生產(chǎn)，對各種不同形狀的加工對象進(jìn)行有效地且適應(yīng)性地轉(zhuǎn)化為成品，是集數(shù)控技術(shù)、計算機技術(shù)、機器人技術(shù)、現(xiàn)代管理技術(shù)為一體的現(xiàn)代制造技術(shù)，。具有先進(jìn)性，柔性化、自動化、效率高的制造技術(shù)。 柔性指制造系統(tǒng)能夠適應(yīng)產(chǎn)品變化的能力。,4.4.1 FMS的定義與特征,3,,由一個傳輸系統(tǒng)聯(lián)接起來的一些設(shè)備(通常是具有自動換刀裝置的加工中心機床)組成，傳輸裝

2、置把工件放在托盤或其他聯(lián)接裝置上送到各加工設(shè)備，加工設(shè)備和傳輸系統(tǒng)在中央計算機控制下，使工件加工準(zhǔn)確、迅速和自動化。,美國國家標(biāo)準(zhǔn)局定義：,日本國際貿(mào)易與工業(yè)部定義：,北京機械工業(yè)自動化研究所 定義：,4.4.1 FMS的定義與特征,由2臺或更多NC機床組成的系統(tǒng)，這些機床與自動物料管理設(shè)備一一連接，在計算機或類似設(shè)備控制下完成自動加工或處理操作，從而可加工多個不同形狀和尺寸的工件。,將自動化生產(chǎn)系統(tǒng)從少品種大批量生產(chǎn)型轉(zhuǎn)向多品種生產(chǎn)型的柔性化系統(tǒng)。,4,柔性制造系統(tǒng)（FMS）是由數(shù)控加工設(shè)備、物料運儲裝置和計算機控制系統(tǒng)等組成的自動化制造系統(tǒng)。它包括多個柔性制造單元，能根據(jù)制造任務(wù)或生產(chǎn)環(huán)境

3、的變化迅速進(jìn)行調(diào)整，適用于多品種、中小批量生產(chǎn)。 柔性制造系統(tǒng)是柔性制造技術(shù)的主要應(yīng)用形式。,4.4.1 FMS的定義與特征,5,4.4.2 柔性制造系統(tǒng)的組成,FMS結(jié)構(gòu)框圖,6,,高柔性 高效率 高度自動化,柔性制造系統(tǒng)是利用計算機控制系統(tǒng)和物料輸送系統(tǒng)，把若干臺設(shè)備聯(lián)系起來，形成沒有固定加工順序和節(jié)拍的自動化制造系統(tǒng)。它在加工完一批某種工件后，能在不停機調(diào)整的情況下，自動地向另一種工件轉(zhuǎn)換。其主要特征是：,4.4.1 FMS的定義與特征,設(shè)備柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、工序柔性、運行柔性、批量柔性、擴(kuò)展柔性、生產(chǎn)柔性。 FMS正是將“柔性”和“自動”兩者結(jié)合。,7,FMS特點,以GT為基

4、礎(chǔ) ,具有較大柔性 ,高度自動化 ,控制與管理相結(jié)合可自動實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的計劃、調(diào)度,8,柔性制造系統(tǒng)組成,9,4.4.2 柔性制造系統(tǒng)的分類,柔性制造單元（FMC）,這是一種簡單的柔性制造系統(tǒng)，通常由加工中心（MC）與自動交換工件（托盤站和工件交換臺）的裝置所組成，同時數(shù)控系統(tǒng)還增加了自動檢測與工況自動監(jiān)控等功能。圖4-31所示為一柔性制造單元的示意圖。,,圖4-31 柔性制造單元,10,4.4.2 柔性制造系統(tǒng)的分類,柔性制造系統(tǒng)（FMS）,較大的柔性制造系統(tǒng)有兩個以上柔性制造單元或多臺數(shù)控機床、加工中心組成，并用一個物料輸送系統(tǒng)將機床聯(lián)系起來。工件被裝在夾具和托盤上，自動的按加工順序在機床間

5、逐個輸送。,柔性生產(chǎn)線（FTL）,在零件生產(chǎn)批量較大而品種較少的情況下，柔性制造系統(tǒng)的機床可以完全按照工件加工順序排列成生產(chǎn)線的形式，這種生產(chǎn)線與傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線的不同之處在于能同時或依次加工少量不同的零件。當(dāng)零件更換時，其生產(chǎn)節(jié)拍可作相應(yīng)的調(diào)整。各機床的主軸箱也可自動進(jìn)行調(diào)整。這種生產(chǎn)線稱為柔性生產(chǎn)線。,11,4.4.3 柔性制造系統(tǒng)的特點與應(yīng)用,12,FMS 對機床的要求,1 工序集中 2 控制功能強、柔性好 3 具有通信接口 4 高剛度、高精度、高速度 5 其它要求 a) 使用經(jīng)濟(jì)性好 b) 操作性、可靠性、維修性好 c) 自保護(hù)性、自維護(hù)性好 d) 對環(huán)境的適應(yīng)性與保護(hù)性好 e) 技術(shù)

6、資料齊全，機床上的各種顯示、標(biāo)記等清楚，機床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),13,FMS 加工系統(tǒng)的配置,FMS的加工對象 1) 棱柱體類（包括箱體形、平板形） 2) 回轉(zhuǎn)體類（長軸形、盤套形） 對加工系統(tǒng)而言，通常用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心，數(shù)控組合機床（數(shù)控專用機床、可換主軸箱機床、模塊化多動力頭數(shù)控機床等）和托盤交換器等構(gòu)成；用于加工回轉(zhuǎn)體類工件的FMS由數(shù)控車床、車削中心、數(shù)控組合機床和上下料機械手或機器人及棒料輸送裝置等構(gòu)成。,當(dāng)所選定零件組的全部工序可以被一種機床獨立完成時，F(xiàn)MS可以只配置數(shù)量足夠的相同型號機床，這些機床之間是可以

7、相互代替的。,1 互替式（并聯(lián)） 2 互補式（串聯(lián)） 3.混合式（并串聯(lián)）,當(dāng)所選定零件組的全部工序不能被一種機床獨立完成時，F(xiàn)MS需要配置幾種不同型號的機床，各自完成特定的工作，這些機床之間是互相補充的，不能相互替代。,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),14,機床配置形式與特征比較,說明：這些配置主要取決于機床功能、FMS的物料流和信息流，而并非取決于加工設(shè)備的物理布局。,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),15,加工系統(tǒng)中常用的加工設(shè)備,常見加工中心的分類 按工藝用途可分為鏜銑加工中心、 車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。 按主軸在加工時的空間位置可分為立式加工中心、臥式加

8、工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復(fù)合）加工中心。,鏜銑加工中心與普通數(shù)控鏜床和數(shù)控銑床的區(qū)別之處，主要在于它附有刀庫和自動換刀裝置。,加工中心 （鏜銑加工中心）,臥式加工中心,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),16,加工中心刀庫,加工中心的刀庫有鏈?zhǔn)健⒈P式和轉(zhuǎn)塔式等基本類型。,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),17,雙臂式機械手,從刀庫中挑選所需刀具的方法有： 順序選擇法 刀座編碼法 刀具編碼法 刀具刀座跟蹤記憶法,常用雙臂式機械手的手爪結(jié)構(gòu)形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),18,換料裝置,加工中心中最為常見的換料裝置是托盤交換器（Automatic Pal1et Ch

9、angerAPC），它不僅是加工系統(tǒng)與物流系統(tǒng)間的工件輸送接口，也起物流系統(tǒng)工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運動方式有回轉(zhuǎn)式和往復(fù)式兩種。,4.4.4 FMS的加工系統(tǒng),19,物流是FMS中物料流動的總稱。在FMS中流動的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。 物流系統(tǒng)主要由輸送裝置、交換裝置、緩沖裝置和存儲裝置等組成。,FMS物流系統(tǒng)對輸送裝置的要求 1)通用性 2)變更性 3)擴(kuò)展性 4)靈活性 5)可靠性 6)安全性,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),20,,工件裝卸站,托盤緩沖站,自動化倉庫, 存儲設(shè)備,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),21,又稱立體倉庫或自動化倉庫系統(tǒng)（Automat

10、ed Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高層料架 、堆垛機、控制計算機和物料識別裝置等組成。具有自動化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數(shù)可根據(jù)實際需求擴(kuò)展、占地面積小等優(yōu)點。, 自動倉庫（圖4-7）,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),22, 傳輸裝置,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),23,輸送裝置（1） 輸送帶,1 輸送帶 輸送帶分為動力型和無動力型； 從結(jié)構(gòu)方式上有輥式、鏈?zhǔn)?、帶式之分?從空間位置和輸送物料的方式上又有臺式和懸掛式之分。,輥式 鏈?zhǔn)? 帶式,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),24,輸送裝置（2） 有軌小車,

11、2 自動小車 1)有軌小車-----地面有軌小車和高架有軌小車 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導(dǎo)向軌道。,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),25,輸送裝置（3）無軌小車,2)無軌小車 自動導(dǎo)向小車（AGV Automatic Guided Vehicle） 無軌小車是一種利用微機控制的，能按照一定的程序自動沿規(guī)定的引導(dǎo)路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護(hù)裝置以及各種移載裝置的輸送小車。,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),26,小車上有托盤交換臺3，工作臺1與托盤2由交換臺推上機床的工作臺進(jìn)行加工，加工好的工件連同托盤拉回到小車的交換臺上，送裝卸工位，由人工卸下并裝上新的待加工工件。小車的行車路線常

12、用電纜或光電引導(dǎo)。,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),27,在地面上埋設(shè)引導(dǎo)電纜，并通以510kHz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈。當(dāng)小車偏向右方時，右方的感應(yīng)信號減弱，左方的增強，控制器根據(jù)這些信號的強弱，控制小車的舵輪。,電磁導(dǎo)向方式原理（圖4-8）,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),28,沿小車預(yù)定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶（鋁帶或尼龍帶），小車上裝有發(fā)光器和受光器。發(fā)出的光經(jīng)反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉(zhuǎn)換成電信號控制小車的舵輪。,光學(xué)引導(dǎo)方式原理（圖4-9）,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),29, 切屑處理系統(tǒng),4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),30,物流系統(tǒng)的監(jiān)控,物

13、流系統(tǒng)的監(jiān)控主要完成以下功能： 1)采集物流系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)。 2)監(jiān)視物流系統(tǒng)狀態(tài)。 3)處理異常情況。 4)人機交互。 5)接受上級控制與管理系統(tǒng)下發(fā)的計劃和任務(wù)，并控制執(zhí)行機構(gòu)去完成。,物流系統(tǒng)的監(jiān)控與管理一般有集中式和分布式兩種方案,4.4.4 FMS的物流系統(tǒng),31,FMS實例,32,第4章 制造自動化技術(shù) Manufacturing Automation Technology,33,制造過程的檢測技術(shù)就是采用人工或自動的檢測手段，通過各種檢測工具或自動化檢測裝置，為控制加工過程、產(chǎn)品質(zhì)量等提供必要的參數(shù)和數(shù)據(jù)。這些參數(shù)和數(shù)據(jù)可以是幾何的、工藝的或物理的。 檢測監(jiān)控系統(tǒng)是用以采集、傳輸

14、、處理和利用制造系統(tǒng)的工況數(shù)據(jù)（包括原材料檢驗數(shù)據(jù)、制造過程工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)、產(chǎn)品檢測數(shù)據(jù)、能源動力數(shù)據(jù)以及環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù)等），監(jiān)視系統(tǒng)的運行狀態(tài)并作必要的干預(yù)控制，預(yù)測系統(tǒng)的未來，診斷系統(tǒng)的故障或問題，提供系統(tǒng)優(yōu)化和維護(hù)修理的咨詢，為制造系統(tǒng)的運行控制和優(yōu)化調(diào)度提供決策依據(jù)。,4.5 自動檢測與監(jiān)控技術(shù),34,傳感器是一種以測量為目的，以一定的精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、便于處理的另一種物理量的測量器件。傳感器的輸出信號多為易于處理的電量，如電壓、電流、頻率等。,4.5.1 傳感技術(shù),敏感元件是在傳感器中直接感受被測量的元件，即被測量通過傳感器的敏感元件轉(zhuǎn)換成與被測量有確定關(guān)系、

15、更易于轉(zhuǎn)換的非電量。這一非電量通過傳感元件后就被轉(zhuǎn)換成電參量。測量轉(zhuǎn)換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉(zhuǎn)換成易于處理的電壓、電流或頻率量。,35,傳感器的主要性能指標(biāo),36,傳感檢測方法,直線位移檢測 電感式，如線性差動變壓器式、銜鐵移動電感式、渦流式。 電容式，如變面積、變間隙電容式傳感器。 激光式，如全息顯微測長、調(diào)試法測距、掃描法測尺寸、量子干涉測長。,力和力矩的檢測 電阻絲應(yīng)變傳感器 彈性桿軸向載荷傳感器 懸臂梁式力傳感器 壓電晶體傳感器 扭矩傳感器,轉(zhuǎn)速的檢測 旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)速一般采用間接方法測量，即通過各種形式的變換器，將轉(zhuǎn)速變換為其他物理量，如機械量、電量、磁和光等。 電容式轉(zhuǎn)速

16、傳感器 渦流式轉(zhuǎn)速傳感器 光電數(shù)字式轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng),37,自動化制造系統(tǒng)的檢測與監(jiān)控系統(tǒng)從功能角度可分為系統(tǒng)運行狀態(tài)檢測監(jiān)控和加工過程檢測監(jiān)控。 運行狀態(tài)檢測監(jiān)控功能主要是檢測與收集自動化制造系統(tǒng)各基本組成部分與系統(tǒng)運行狀態(tài)有關(guān)的信息。把這些信息處理后，傳送給監(jiān)控計算機，對異常情況做出相應(yīng)處理，保證系統(tǒng)的正常運行。 加工過程檢測與監(jiān)控功能主要是對零件加工精度的檢測和加工過程中刀具的磨損和破損情況的檢測與監(jiān)控。,4.5.2 檢測與監(jiān)控系統(tǒng)的組成,38,1工件尺寸精度檢測 工件尺寸精度是直接反映產(chǎn)品質(zhì)量的指標(biāo)，因此在許多自動化制造系統(tǒng)中都采用直接測量工件尺寸的方法來保證產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運行。,4

17、.5.2 自動化加工系統(tǒng)的檢測,（1）專用的主動測量裝置 在大規(guī)模生產(chǎn)條件下，常將專用的自動檢測裝置安裝在機床上，不必停機，就可以在加工過程中自動檢測工件尺寸的變化，并能根據(jù)測得的結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的信號，控制機床的加工過程（如變換切削用量、刀具補償、停止進(jìn)給，退刀和停機等）。自動測量原理如圖。,（2） 三坐標(biāo)測量機 （3） 三維測頭與循環(huán)內(nèi)檢測技術(shù) （4） 機器人輔助測量技術(shù),39,2刀具磨損和破損的監(jiān)測 在切削過程中，刀具工況（如磨鈍、破損和刀刃塑變等）與砂輪工況（如砂輪磨鈍和砂輪修整控制等）對切/磨削過程的正常進(jìn)行有重要的影響。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，刀具失效是引起數(shù)控機床加工中斷的首要因素，它占機床故

18、障停機總時間的22.4%；砂輪與工件的接觸監(jiān)控可以提高磨削效率10%30%。,4.5.3 自動化加工系統(tǒng)的檢測,40,刀具磨損的監(jiān)測方法,41,刀具破損的監(jiān)測方法,42,自動化加工監(jiān)控系統(tǒng)主要由信號檢測、特征提取、狀態(tài)識別、決策和控制四個部分組成,4.5.4 自動化加工的監(jiān)控系統(tǒng),（1）信號檢測 常見被檢信號包括：切削力、切削功率、電壓、電流、聲發(fā)射信號（AE）、振動信號、切削溫度、切削參數(shù)、切削扭矩等。 （2）特征提取 特征提取是對檢測信號的進(jìn)一步加工處理，從大量檢測信號中提取出與加工狀態(tài)變化相關(guān)的特征參數(shù)。 （3）狀態(tài)識別 狀態(tài)識別實質(zhì)上是通過建立合理的識別模型，根據(jù)所獲取加工狀態(tài)的特征參

19、數(shù)對加工過程的狀態(tài)進(jìn)行分類判斷。從數(shù)學(xué)角度來理解模型的功能就是特征參數(shù)與加工狀態(tài)的映射。 （4）決策與控制 根據(jù)狀態(tài)識別的結(jié)果，在決策模型指導(dǎo)下對加工狀態(tài)中出現(xiàn)的故障做出判決，并進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)整，例如改變切削參數(shù)、更換刀具、改變工藝等。,43,加工系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容,44,設(shè)備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測（圖4-5）,4.5.4 自動化加工的監(jiān)控系統(tǒng),45,鉆頭破損檢測器內(nèi)存有以往采集的鉆頭破損的信號或鉆頭破損模擬信號，與檢測信號進(jìn)行比較。當(dāng)鉆頭破損被確認(rèn)后，發(fā)出換刀信號。, 加工過程監(jiān)控與檢測 重點是刀具磨損、破損監(jiān)控與檢測。圖4-6為聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置示意圖。加工過程中，一旦鉆頭破損，聲發(fā)射傳感器檢測到鉆頭破損信號，將其送至鉆頭破損檢測器進(jìn)行處理。,4.5.4 自動化加工的監(jiān)控系統(tǒng),46,,,You are Welcome,