AMT5柔性制造課件

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1、1 23 45FMS結構框圖結構框圖 67q FMS特點除毛坯準備與毛坯安裝外全部自動化可在不停機的條件下實現(xiàn)加工工件的自動轉換24小時運行，只一班有人生產(chǎn)零件的品種由4至100種不等（2030種居多）生產(chǎn)零件的批量由40至2000件不等（50200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）可加工多種零件沒有固定的生產(chǎn)節(jié)拍故障可容（一臺機床出現(xiàn)故障，其它機床可進行擬補）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)柔性制造系統(tǒng)加工系統(tǒng)加工系統(tǒng)物流系統(tǒng)物流系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)控制與管理系統(tǒng)加工設備加工設備輔助設備輔助設備檢測設備檢測設備工件流工件流刀具流刀具流過程控制過程控制過程調(diào)度過程調(diào)度過程監(jiān)視

2、過程監(jiān)視 以任意順序自以任意順序自動加工多種工件，動加工多種工件，自動更換工件和刀自動更換工件和刀具，增加功能后可具，增加功能后可實現(xiàn)工件自動清洗實現(xiàn)工件自動清洗與測量等與測量等 滿足可變節(jié)拍滿足可變節(jié)拍生產(chǎn)的物料自動識生產(chǎn)的物料自動識別、存儲、輸送和別、存儲、輸送和交換的要求。增加交換的要求。增加功能后可實現(xiàn)刀具功能后可實現(xiàn)刀具預調(diào)和管理等預調(diào)和管理等 加工系統(tǒng)和物加工系統(tǒng)和物流系統(tǒng)的自動控制流系統(tǒng)的自動控制和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線和作業(yè)協(xié)調(diào)，在線資料自動采集和處資料自動采集和處理，運行仿真及故理，運行仿真及故障診斷等障診斷等9 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

3、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。 圖圖4-31 柔性制造單元柔性制造單元 10（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逐個輸送。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。當零件更換時，其生產(chǎn)節(jié)拍可作相應的調(diào)整。各機床的主軸箱也可自動進行

4、調(diào)整。這種生產(chǎn)線稱為柔性生產(chǎn)線。11柔性制造系統(tǒng)的適用范圍0 10 100 1000 少 零件品種數(shù) 多10000100010010大 零件批量 小數(shù)控機床通用機床柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造生產(chǎn)線專用機床自動線生產(chǎn)率提高柔性增大12 FMS 對機床的要求1 1 工序集中工序集中2 2 控制功能強、柔性好控制功能強、柔性好3 3 具有通信接口具有通信接口4 4 高剛度、高精度、高速度高剛度、高精度、高速度5 5 其它要求其它要求 a) a) 使用經(jīng)濟性好使用經(jīng)濟性好 b) b) 操作性、可靠性、維修性好操作性、可靠性、維修性好 c) c) 自保護性、自維護性好自保護性、自維護性好 d) d

5、) 對環(huán)境的適應性與保護性好對環(huán)境的適應性與保護性好 e) e) 技術資料齊全，機床上的各種顯示、標記等清楚，機床外形、顏技術資料齊全，機床上的各種顯示、標記等清楚，機床外形、顏色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。色美觀且與系統(tǒng)協(xié)調(diào)。 13FMS 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）和托盤交換器等構成；用于加工回轉體類工件的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成。 當

6、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相互代替的。1 1 互替式（并聯(lián)）互替式（并聯(lián)）2 2 互補式（串聯(lián)）互補式（串聯(lián)）3.3.混合式（并串聯(lián)）混合式（并串聯(lián)） 當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。14機床配置形式與特征比較配置形式互替式互補式混合式簡 圖生產(chǎn)柔性低中高生產(chǎn)率低高中技術利用率低中高系統(tǒng)可靠性高低中投資強度比高低中說明：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備的物理布局。

7、15加工系統(tǒng)中常用的加工設備常見加工中心的分類常見加工中心的分類按工藝用途可分為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按主軸在加工時的空間位置可分為分為立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用（也稱萬能、五面體、復合）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。加工中心加工中心 （鏜銑加工中心）（鏜銑加工中心）臥式加工中心臥式加工中心16加工中心刀庫加工中心的刀庫有加工中心的刀庫有鏈式鏈式、盤式盤式和和轉塔式轉塔式等基本類型。等基本類型。 17雙臂式機械手 從刀庫中挑選

8、所需刀從刀庫中挑選所需刀具的方法有：具的方法有：順序選擇法順序選擇法刀座編碼法刀座編碼法刀具編碼法刀具編碼法刀具刀座跟蹤記憶法刀具刀座跟蹤記憶法 常用雙臂式機械手常用雙臂式機械手的手爪結構形式有的手爪結構形式有鉤手、鉤手、抱手、伸縮手抱手、伸縮手和和叉手叉手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 ChangerAPC），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式和往復式兩種。 19 物流是物流是FMSFMS中物料流動的總稱。在中物料流動的總稱。在FMSFMS中流動的物料主要有工件、中

9、流動的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。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。成。 FMSFMS物流系統(tǒng)對輸送裝置的要求物流系統(tǒng)對輸送裝置的要求1)1)通用性通用性 2)2)變更性變更性 3)3)擴展性擴展性4)4)靈活性靈活性 5)5)可靠性可靠性 6)6)安全性安全性 20工件裝卸站托盤緩沖站自動化倉庫 存儲設備 21又稱立體倉庫或自動化倉庫系統(tǒng)（Automated Storage and Retrieva1 System一ASRS），由高層料架 、堆垛機、控制計算機和物料識別

10、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)實際需求擴展、占地面積小等優(yōu)點。 自動倉庫（圖4-7）圖4-7 自動倉庫運輸小車出入庫裝卸站堆垛機料架22 傳輸裝置 滾式鏈式（傳送帶由于柔性差，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機路線電磁式（圖7-8）光電式（圖7-9）傳送帶運輸小車機器人固定式機器人行走式機器人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；從結構方式上有輥式、鏈式、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。 輥式輥式 鏈式鏈式 帶式帶式24輸送裝置（2） 有軌小車2 自動小車1)有軌小車-地面有軌小車和

11、高架有軌小車 所謂有軌是指有地面或空間的機械式導向軌道。25輸送裝置（3）無軌小車2)無軌小車自動導向小車（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)定的引導路徑行駛，并具有停車選擇裝置、安全保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。 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。小車的行車路線常用電纜或光電引導。27轉向舵比較放大電路信號拾取線圈引導電纜圖4-8 電磁引導原理在地面上埋設引導電纜，并通以510k

12、Hz的低壓電流。小車上裝有對稱的一組信號拾取線圈。當小車偏向右方時，右方的感應信號減弱，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。電磁導向方式原理（圖4-8）28沿小車預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，并將該光信號轉換成電信號控制小車的舵輪。 光學引導方式原理（圖4-9）信號孔感光元件光道光源反光帶圖4-9 光學引導原理29切屑處理系統(tǒng)斷屑 加工部位封閉排屑 機床、工夾具設計要便于排屑 冷卻液沖，或壓縮空氣吹切屑輸送（通常采用地下輸送管道）切屑再處理（打包）30物流系統(tǒng)的監(jiān)控 物流系統(tǒng)的監(jiān)控主要完成以下

13、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，并控制執(zhí)行機構去完成。 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31圖7-12 飛機零件加工FMS（ Cincinnati ）1裝卸站 2運輸小車 3MC 4切屑處理站 5清洗站 6檢測站 7手工檢測站 8計算機室 9 小車維修站 10 包裝站q FMS實例32 33制造過程的檢測技術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

14、采集、傳輸、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)并作必要的干預控制，預測系統(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)。34傳感器是一種以測量為目的，以一定的精度把被測量轉換為與之有確定關系的、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。 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換成與被測量有確定關系、更易于轉換的非電量。這一非電量通過傳感元件后

15、就被轉換成電參量。測量轉換電路的作用是將傳感元件輸出的電參量轉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 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 扭矩傳感器轉速的檢測 旋轉物體的轉速一般采用間接方法測量，即通過各種形式的變換器，將轉速變換為其他物理量，如機械量、電量、磁和光等。 電容式轉速傳感器 渦流式轉速傳感器 光電數(shù)字式轉速檢測系統(tǒng)37

16、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。 381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，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。 （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

17、在加工過程中自動檢測工件尺寸的變化，并能根據(jù)測得的結果發(fā)出相應的信號，控制機床的加工過程（如變換切削用量、刀具補償、停止進給，退刀和停機等）。自動測量原理如圖。 （2） 三坐標測量機（3） 三維測頭與循環(huán)內(nèi)檢測技術（4） 機器人輔助測量技術392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%。 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

18、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 （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)的特征參數(shù)對加工過程的狀態(tài)進行分類判斷。從數(shù)學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)識別的結果，在決策模型指導下對加工狀態(tài)中出現(xiàn)的故障做出判決，并進行相應的控制和調(diào)整，例如改變切削參數(shù)、更

19、換刀具、改變工藝等。43加工系統(tǒng)的監(jiān)控內(nèi)容形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等 切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災等 其它識別、交換、裝夾等 工件識別、交換、損傷、磨損、壽命、補償?shù)?刀具安裝、精度、夾緊力等 夾具主軸轉動、主軸負載、進給驅(qū)動、切削力、振動、噪聲、切削熱等 機床 通信及接口、數(shù)據(jù)采集與交換、與系統(tǒng)內(nèi)各設備間的協(xié)調(diào)、與系統(tǒng)外的協(xié)調(diào)、NC控制、PLC控制、誤動作、加工時間、生產(chǎn)業(yè)績、故障診斷、故障預警、故障檔案、過程決策與處理等 監(jiān)監(jiān)控控功功能能 設備運行狀態(tài)設備運行狀態(tài) 切削切削加工加工狀態(tài)狀態(tài) 產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)產(chǎn)品質(zhì)量狀態(tài)44設備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測（圖4-5） 傳

20、感器群信號采集預處理特征提取狀態(tài)識別診斷決策預維修決策監(jiān)控檢測報告正常狀態(tài)模式預診斷知識庫預維修知識庫學習訓練匹配狀態(tài)異常報警預知故障報警輸出圖4-5 設備運行狀態(tài)監(jiān)控與檢測框圖 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，與檢測信號進行比較。當鉆頭破損被確認后，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行處理。鉆頭破損檢測器圖4-6 聲發(fā)射鉆頭破損檢測裝置系統(tǒng)圖交換機床控制器工件折斷工作臺聲發(fā)射傳感器破損信號 46You are Welcome