范文一:柔性制造系统及其应用实例
柔性制造系统及其应用实例
随着科学技术的发展,人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高,产品更新换代的周期越来越短,产品的复杂程度也随之增高,传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁,而且也困扰着国有大中型企业。因为,在大批量生产方式中,柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知,只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高,才能构成规模经济效益;反之,多品种、小批量生产,设备的专用性低,在加工形式相似的情况下,频繁的调整工夹具,工艺稳定难度增大,生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率,使之在保证产品质量的前提下,缩短产品生产周期,降低产品成本,是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡,柔性自动化系统便应运而生。
自从1954年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生后,70年代初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来,从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统,使柔性自动化得到了迅速发展。
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统,英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控制。故能自动调整并实现一定范围柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)简称FMS,是在计算机统一控制下,由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或者加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进的制造系统。图1所示是典型的 1
FMS示意图:
图1柔性制造系统
从图1可以看出,FMS一般由5个功能系统构成。
1)自动加工系统。一般由2台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元(FMS)以及其他的加工设备构成。
2)自动物流系统。该系统包括运送工件、刀具、冷却润滑液等加工过程所需“物资”的搬运装置以及装卸工作站。
3)自动仓库系统。由设置在搬运线始端或末端的自动仓库和设在搬运线内的缓冲站构成,用以存放毛坯、半成品和成品。
4)自动监视系统。由各种传感器检测和识别整个FMS及各分系统的运行状态,对系统进行故障诊断和处理,保证系统的正常运行。
5)计算机控制系统。实现对FMS的运行控制、刀具管理、质量控制及数据管理和网络通信。
2. 由以上可见,FMS具有如下功能:
1)系统完全由计算机控制和管理,可以通过重新编制机床操作程序进而加工多种不同的
零件。系统采用NC控制为主的多台加工设备和其他生产设备,可以在已有的机床上提供零件加工所需要的全部工具。
2)系统中党的加工设备和生产设备通过物料输送装置连接,可以实现工件 2
在不同机床间的流动传递,并实现工件的自动加、卸载。
3. FMS具有如下特点
1)制造柔性高。FMS因内在的灵活性,能适应由于市场需求变化和工程设计变更所出现的变动,进行多品种生产。
2)设备利用率高、占地面积少。设备的利用率一般可达70%以上,系统布局紧凑,占地面积可减少20%~50%。
3)产品质量高且稳定。FMS采用全自动化加工,减少了人为因素,保证了产品的质量。
4)减少制品数量、缩短生产准备时间。在FMS中,加工设备集中在一个很小的场地内,各种工序集中在加工中心,减少了零件装夹次数和零件经过的机床数目。
5)维持生产能力强。当一台或几台机床发生故障时,仍可降级运转。
6)减少直接工时费用。由于机床是在计算机的控制下进行工作的,不需要工人去操作。
7)投资高、风险大,开发周期长,管理水平高。
二、柔性制造系统的类型
按规模大小FMS可分为如下4类:
(1)柔性制造单元(FMC):FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6-8年。它是由1 2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成 具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物。其特点是实现单机柔性化及自动化。迄今已进入普及应用阶段。
(2)柔性制造系统(FMS):通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)。由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来。可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
(3)柔性制造线(FML):它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心 CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床。对物料搬运系统柔性的要求低于FMS 但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统 3
(DCS)为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进入实用化阶段。
(4)柔性制造工厂(FMF):FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD,CAM。并使计算机集成制造系统(ClMS)投入实际 实现生产系统柔性化及自动化。进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平。反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表。其特点是实现工厂柔性化及自动化。
二、柔性制造系统的应用实例(一拖实习)
1 、FMS 在加工回转类零件中的应用
1)加工对象为轴、盘类零件。
2)加工系统为以5台国产数控机床为基础模块(CNC车床2台,数控磨床1台,立式和卧式加工中心各一台)与4台搬运型工业机器人结合构成的加工单元。
3)物流系统采用自动认址感应式无轨小车,机床前设有托板站,系统设有平面托板存储库。
4)控制系统。
A.中央管理系统(MAIN CPU):总体管理和决策控制。由计算机(CPU)通过光缆LAN与各单元、物流系统、控制机和自动编程机等联成控制网络。
B.单元控制装置(CCU):单元生产过程控制。
C.搬运控制和管理装置(MCU):物流控制。
D.计算机数控(CNC):切削加工控制。
E.其他:中心孔清洗和工业监视电视系统等装置。
2、FMS在箱体加工中的应用
1)加工对象为箱体类零件。
2)加工系统是由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的加工单元。
3)物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。
4)控制系统。
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A.中央管理系统(MAIN CPU):总体管理和决策控制。
B.单元控制装置(CCU):单元生产过程控制。
C.搬运控制和管理装置(MCU):物流控制。
D.计算机数控(CNC):切削加工控制。
E.其他:托盘库和装卸站。零件的识别采用托盘库里托盘编码方式识读。 在装卸站由工人完成零件装卸,采用无轨导向车自动完成零件的运送。零件加工切削由地下冷却液和切削系统集中处理,冷却液可循环利用。机床主轴和机床刀库之间自动换刀,机床刀库和外界换刀、测量和检验都是在每道工序加工完成后由人工进行。采用本系统后,获得的主要效益是提高机床利用率50%,缩短生产周期35%。提高了产品的质量,保证了产品质量的一致性。
3、拖拉机零件加工用柔性制造系统
1)加工对象:约10种拖拉机变速箱体,批量为50~2000件。材料是压铸铝件、铸铁件和压铸铸铁件等。
2)系统概要:它是以加工中心为主体组成的柔性制造系统。设备有加工中心6台,数控双头铣床1台,清洗装置1台,数控自动测量机1台,搬运设备1套,控制装置1套,中央显示屏2套。
A.加工工序:鉴于该柔性线的工件是箱体类,铣削加工多,因此,为了提高切削效率,配备了高刚性双端面铣床。另外还配备了数控自动测量机,用气动内径测量内径,并把测量结果反馈给系统,以确保加工质量。
B.自动传送装置:采用环形驱动式辊子传送带。在工件装卸传送带处,工人把工件装到循环托盘上。每个循环托盘设有编码器,通过读取该编码器的相应号,可以知道装在循环托盘上的工件种类、批量号、加工工序以及该循环托盘的去向,并可调出相应的加工程序进行加工。
三、柔性制造系统的组建
柔性加工线在工艺安排上,应尽可能将零件中同一面上,加工定位基准相同、精度等级相同或相近的孔,安排在同一工序中加工,即工序集中。工序集中后,加工中心应考虑刀具库
容量能否满足加工要求;模块化钻床应考虑各钻轴在主轴箱中能否排开。总之,要综合考虑各种影响因素。
柔性加工设备的加工节拍,要满足生产要求。按照被加工零件的工艺要求, 5
在初步安排好柔性线中各加工工序的加工内容、加工顺序及所用加工设备后,应逐道工序计算工序节拍,确保工艺方案的工艺节拍协调一致,满足生产要求。
FMS加工中心应有很大的刀具储备量,使用的加工刀具,不仅要有较高的精度,而且还要有较好的精度保持性,尽量利用耐用度高的新刀具和通用刀具。同时为保证实现加工中心刀库和后备刀库刀具的顺利交换,加工中心刀库换刀点的刀座位置也必须要有较高的要求。
FMS中所用的夹具,应尽可能设计成柔性组合式夹具,夹具能够方便的调整和使用,以提高柔性加工线的产品加工能力,节约夹具制造费用。
FMS的加工中心或数据控制设备,应选用易掌握的,并且可靠性、统一性都比较高的数控系统。一个FMS中,可能同时使用不同厂家制造的加工设备或者同一厂家制造的不同型号的加工设备。这些不同厂家、不同型号的加工中心或数控设备,应选用相同的数控系统,以便于加工编程、系统维护和数控操作。各种设备的程序控制器应带有统一的计算机输入接口,以方便程序的输入和调试。
四、结束语
柔性制造技术是集数控技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产管理技术于一体的先进制造技术。随着科技、经济的发展和人民生活水平的提高,多品种、中小批量生产已成为机械制造业一个重要的发展趋势,FMS作为一种高效率、高精度的制造系统,已成为当今乃至今后机械自动化发展的重要方向之一。
柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系统相结合,利用原有产品系列的典型工艺资料,组合设计不同模块,构成各种不同形式的具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到销售的整个生产过程自动化,特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系统中,柔性制造系统只是它的一个组成部分。
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范文二:钣材柔性制造系统应用实例
钣材柔性制造系统应用实例
钣材柔性制造系统应用实例
柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。它具有两种或两种以上的加工工艺方式;一套物料存储运输系统,可以在机床和物料存储设备之间输送原辅料、工件、刀具等;运行信息的输出功能等基本特点。联合国欧经委对其定义为:由两个或两个以上的柔性加工单元构成,有自动传输系统通往工件库和刀具库,并在机床之间传送托盘、工件和工具,整个系统由计算机控制管理。
上世纪七、八十年代,钣材柔性制造系统已在国外开始应用。九十年代初,济南铸造锻压机械研究所设计开发出我国第一台以数控转塔冲床和数控直角剪床为主机的钣材柔性制造系统,并在天水长城开关厂运行至今,取得了很好的经济效益。在去年底德国汉诺威举行的第18届国际钣金加工技术展览会上,国外着名的钣金加工设备制造商如德国TRUMPF、意大利SALVAGNINI、芬兰FINN-POWER、日本AMADA等,均展出了其最先进的代表不同技术特点的钣材柔性制造系统,充分表明了钣金制造技术正朝着数字化、集成化和智能信息化的方向发展,体现为钣金加工设备由单机型向数控多机复合型转化,由多工序加工、人工辅助操作型向全过程一体化加工方式转化,由一般的过程自动化控制向网络化、智能化的自治管理的方向发展。为适应当前国内钣金加工领域迅速发展,促进国内巿场对柔性制造系统的需求,济南铸造锻压机械研究所最新开发研制出C1型钣材柔性制造系统,它具有冲剪复合、快速高效、紧凑完整、技术先进等特点,该设备已在今年第九届中国国际机床展览会上成功展出,并进一步推向巿场。
C1型钣材FMS的组成与特点
C1型钣材柔性制造系统以数控冲剪复合机为主机,配置有自动立体仓库、自动上料装置、数控分选码垛单元及其他辅助装置,由计算机及数控系统对其进行单元及全线控制,实现对钣料的自动加工过程。该设备具有以下功能及特点:
1、钣料成垛出入库,能在很短时间内补充库存。
2、钣料入库作业不影响全线运行。
3、能自动校正钣料位置。
4、省时省料的钣料一体化冲剪加工。
5、工件分选细致并自动整齐码垛。
6、自动监控完善,保证设备安全。
7、远距离程序传输。
8、操作方式灵活。
9、软件可靠,可自动或人工优化排料。
10、全线结构紧凑精巧,占地面积小。
C1型钣材FMS各组成部分的结构和功能
立体仓库由料架、钣料分层装置、钣料定位装置、存取升降机、钢木托盘、进出料台车等组成,自动完成待加工钣料的存入提取、管理统计、分层定位等,为吸盘上料装置作准备。
料架的货格上安放了托盘,以存放不同规格钣料。底层为进出料台车,它是仓库与外部交换钣料的载体,可沿铺设在地面上的地轨在仓库内外两个位置自动运行,向仓库存取钣料。其上方为吸盘上料层,将托盘及钣料存放於此供吸盘上料装置吸提钣料向主机传送。该层侧面安装了磁力分层及初定位装置,可有效防止钣料被吸起时的粘连和偏移。
存取升降机由平移和升降装置两部分组成。前者将货格或台车上的托盘推入或拉出,後者使平移装置选择不同位置的托盘,两者共同完成托盘及钣料的存取过程。
上料装置主要由运行横梁和吸盘支架两部分组成。运行横梁联接於仓库货架并伸展至主机工作台上方,带动吸盘支架作水平和升降运动。吸盘支架底面分布有多只真空吸盘,能自动适应大小幅面钢钣的吸提,而外侧的一组吸盘还能摆动,这样与磁力分层装置配合,可有效地避免双层钣料被同时吸起。
主机为新型数控液压冲剪复合机,它包含冲、剪两部分,是在数控转塔冲床和数控直角剪床两种单机的基础上复合而成。冲、剪主机相对独立,基本功能也与其单机相同,而共用一套伺服送进系统、承料工作台、液压系统以及数控系统。冲、剪主机的运行与转换,由加工程序自动控制,将冲剪两道工序紧密融合。设备运行中,钣料由伺服送进系统的夹钳夹持着,先在冲床主机中完成程序中的所有冲压加工,然无需重新定位,直接转入剪床主机中进
行分剪,并将成品件及废料及时由输送机自动输出,连续完成整个加工过程。它具有快速、高效、低成本以及软件功能强等特点,很好地满足了柔性制造系统的要求。
数控分选码垛单元由皮带分选输送机、辊式输送定位台及数控吸料码垛机、交换式台车及托盘等部分组成。
皮带分选输送机位於主机输送工作台之,可翻转抬起与落下,从而打开与关闭落料通道,实现分选与输送功能,它包含废料和小件两个分选通道。
辊式输送台位於皮带分选输送机之,并安装有数控定位装置,对输送来的工件进行定位。
范文三:柔性制造系统应用实例 柔性制造系统及其应用实例
随着科学技术的发展,人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高,产品更新换代的周期越来越短,产品的复杂程度也随之增高,传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁,而且也困扰着国有大中型企业。因为,在大批量生产方式中,柔性和生产率是相互矛盾的。众所周知,只有品种单一、批量大、设备专用、工艺稳定、效率高,才能构成规模经济效益;反之,多品种、小批量生产,设备的专用性低,在加工形式相似的情况下,频繁的调整工夹具,工艺稳定难度增大,生产效率势必受到影响。为了同时提高制造工业的柔性和生产效率,使之在保证产品质量的前提下,缩短产品生产周期,降低产品成本,是终使中小批量生产能与大批量生产抗衡,柔性自动化系统便应运而生。
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自从1954年美国麻省理工学院第一台数字控制铣床诞生后,70年代初柔性自动化进入了生产实用阶段。几十年来,从单台数控机床的应用逐渐发展到加工中心、柔性制造单元、柔性制造系统和计算机集成制造系统,使柔性自动化得到了迅速发展。
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、物料储运系统和一组数字控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统,英文缩写为FMS。FMS的工艺基础是成组技术,它按照成组的加工对象确定工艺过程,选择相适应的数控加工设备和工件、工具等物料的储运系统,并由计算机进行控制。故能自动调整并实现一定范围内多种工件的成批高效生产,并能及时地改变产品以满足市场需求。FMS兼有加工制造和部分生产管理两种功能,因此能综合地提高生产效益。FMS的工艺范围正在不断扩大,包括毛坯制造、机械加工、装配和质量检验等。
柔性制造系统是一种技术复杂、高度自动化的系统,它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来,理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。它具有设备利用率高、生产能力相对稳定、产品质量高、运行灵活和产品应变能力大的优点。
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一、柔性制造系统及其组成
1. 柔性制造系统(Flexible Manufacturing System)简称FMS,是在计算机统一控制下,由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或者加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进的制造系统。图1所示是典型的
FMS示意图:
图1柔性制造系统
从图1可以看出,FMS一般由5个功能系统构成。
1)自动加工系统。一般由2台以上的数控机床、加工中心或柔性制造单元(FMS)以及其他的加工设备构成。
2)自动物流系统。该系统包括运送工件、刀具、冷却润滑液等加工过程所需“物资”的搬运装置以及装卸工作站。
3)自动仓库系统。由设置在搬运线始端或末端的自动仓库
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和设在搬运线内的缓冲站构成,用以存放毛坯、半成品和成品。
4)自动监视系统。由各种传感器检测和识别整个FMS及各分系统的运行状态,对系统进行故障诊断和处理,保证系统的正常运行。
5)计算机控制系统。实现对FMS的运行控制、刀具管理、质量控制及数据管理和网络通信。
2. 由以上可见,FMS具有如下功能:
1)系统完全由计算机控制和管理,可以通过重新编制机床操作程序进而加工多种不同的零件。系统采用NC控制为主的多台加工设备和其他生产设备,可以在已有的机床上提供零件加工所需要的全部工具。
2)系统中党的加工设备和生产设备通过物料输送装置连接,可以实现工件
在不同机床间的流动传递,并实现工件的自动加、卸载。
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3. FMS具有如下特点
1)制造柔性高。FMS因内在的灵活性,能适应由于市场需求变化和工程设计变更所出现的变动,进行多品种生产。
2)设备利用率高、占地面积少。设备的利用率一般可达70%以上,系统布局紧凑,占地面积可减少20%~50%。
3)产品质量高且稳定。FMS采用全自动化加工,减少了人为因素,保证了产品的质量。
4)减少制品数量、缩短生产准备时间。在FMS中,加工设备集中在一个很小的场地内,各种工序集中在加工中心,减少了零件装夹次数和零件经过的机床数目。
5)维持生产能力强。当一台或几台机床发生故障时,仍可降级运转。
6)减少直接工时费用。由于机床是在计算机的控制下进行工作的,不需要工人去操作。
7)投资高、风险大,开发周期长,管理水平高。
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二、柔性制造系统的类型
按规模大小FMS可分为如下4类:
(1)柔性制造单元(FMC):FMC的问世并在生产中使用约比FMS晚6-8年。它是由1 2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成 具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展和一种产物。其特点是实现单机柔性化及自动化。迄今已进入普及应用阶段。
(2)柔性制造系统(FMS):通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)。由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来。可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
(3)柔性制造线(FML):它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心 CNC机床;亦可采用专用机床或NC专用机床。对物料搬运系统柔性的要求低于FMS 但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产
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过程中的分散型控制系统
(DCS)为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化,其技术已日臻成熟,迄今已进入实用化阶段。
(4)柔性制造工厂(FMF):FMF是将多条FMS连接起来,配以自动化立体仓库,用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD,CAM。并使计算机集成制造系统(ClMS)投入实际 实现生产系统柔性化及自动化。进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平。反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表。其特点是实现工厂柔性化及自动化。
二、柔性制造系统的应用实例(一拖实习)
1 、FMS 在加工回转类零件中的应用
1)加工对象为轴、盘类零件。
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2)加工系统为以5台国产数控机床为基础模块(CNC车床2台,数控磨床1台,立式和卧式加工中心各一台)与4台搬运型工业机器人结合构成的加工单元。
3)物流系统采用自动认址感应式无轨小车,机床前设有托板站,系统设有平面托板存储库。
4)控制系统。
A.中央管理系统(MAIN CPU):总体管理和决策控制。由计算机(CPU)通过光缆LAN与各单元、物流系统、控制机和自动编程机等联成控制网络。
B.单元控制装置(CCU):单元生产过程控制。
C.搬运控制和管理装置(MCU):物流控制。
D.计算机数控(CNC):切削加工控制。
E.其他:中心孔清洗和工业监视电视系统等装置。
2、FMS在箱体加工中的应用
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1)加工对象为箱体类零件。
2)加工系统是由3台立式数控机床和7台加工中心结合构成的加工单元。
3)物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。
4)控制系统。
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范文四:柔性制造系统FMS技术与应用
学号:
柔性制造系统 FMS 技术与应用
中国制造业的转型升级,对加工领域的自动化制造模式提出了新的需 求。 传统的自动化方式已经不能适应一些新的情况,以及加工信息数据 和管理运营之间的交互需求等。而成熟的 FMS 产品与应用技术,正是 解决和适应这种需求的最佳模式。
目前,中国制造业面临的经营环境很复杂,首先是劳动力的减少 , 社会老龄化趋势将导致了劳动力的不足; 熟练操作人员以及具备一定加 工经验的人员缺乏, 导致产品品质的低下。其次是制造成本全球范围内 竞争激烈化, 其他地区大量廉价劳动力市场、 制造业在全球范围内的分 布,以及通过工序分散和人海战术实现量产已难以维持企业利润。 现在,超复合化,高速化,自动化的时代已经到来。机床的高性能 化, 大幅度降低由于误操作导致开动率低下情况的发生;加工程序的复 合化、高精度化,以及更为严格的品质要求;由于准备工序的复杂、繁 琐化,给操作人员造成很多负担;面对制造业这样的经营环境,充分体 现柔性自动化生产的 FMS 将逐步广泛被使用。
FMS 应用特点
柔性制造系统是由统一的信息控制系统、 物料储运系统和一组数字 控制加工设备组成,能适应加工对象变换的自动化机械制造系统
(FMS ) 。
柔性制造技术是技术密集型的技术群,它采用了计算机辅助设计、 智能控制和传感技术、 人工智能和专家系统等关键技术。 FMS 柔性线控 制器为柔性制造系统总控制中心,通过 FMS 柔性线控制器(计算机) , 进行全系统的控制, 可自如地安排生产计划, 并能灵活满足生产计划变 化的需要。 作为自动化, 省人化系统, FMS 具有以下优势和特点:提高 劳动生产率,稳定的质量;应对多种生产形态,省人化、无人化;可灵 活应对中批量、大批量、多品种少量、变品种变量的生产系统。 FMS 技术发展趋势
1.低成本的初期投资,且便于扩展
从结构设计的优化合理, 实现通用的标准化和模块化, 既提高生产 效率降低了成本,又能便于积木式组合布局和扩展,为 FMS 的普及应 用创造了更好条件。
2.与不同加工设备的兼容性
同一条 FMS 生产线往往会有多台不同的机床设备完成不同工序, 如何将这些不同的机床组合在同一个生产线上, 也是目前面临的一个课 题,这就突出体现了 FMS 的可兼容性。
3.高速可靠的运行和易操作维护性
一个具备相当规模水平的 FMS 生产线,托盘搬运小车的运行速度 决定了可以服务机床的台数; 托盘输送机构采用高性能 AC 伺服电机可 大幅度减少托盘运输的循环时间, 即使是加工时间较短的工件,也能有 效降低加工中心的停机时间。 另外, 装卸料台的操作宜人性和安全性也
是重要的方面之一。
4.工厂空间的充分利用
FMS 线从平面布置到多层立体式布置, 极大的提升了预备托盘的数 量, 并充分利用了工厂车间的面积。大容量的物料仓储也为更长时间的 无人化自动运行具备了更好条件。
5.强大的管理控制平台和软件
FMS 柔性制造系统配置必要的控制软件完成基本功能, 具有智能刀 具寿命管理系统, 智能生产管理与调度系统、 智能监控系统等现代化生 产数字控制系统。 网络接口可与用户的计算机网络联网, 进行加工程序、 加工信息相互传递,整个系统能实现数据共享,数据处理传输高速化。 同时, FMS 柔性线控制器对加工和运输过程中所需各种信息自动采集、 处理、反馈,实现加工系统和物流系统的自动控制和作业协调。
FMS 实际应用中的几个问题
1.适合 FMS 形式生产的情况
● 多于两个卡具。因为更换卡具而产生的停机期间会对生产造成很 大影响;
● 周期时间。 作为基本原则 , 如果每个托盘的周期时间是 30min 或以 上时 , 有可能减少配员水平;
● 装载时间。为了能够提高生产效率,装载时间应该显著的短于切 削时间;
● 部件类型。就算周期时间很短 , 客户仍然能够充分的从其灵活性上 获益,可以在不同夹具上加工不同种类的部件;
● 加工操作。许多加工操作需要很多不同的机床的行程,从而降低 了机床的应用效率。 而结合操作在某种程度上可以提高应用效率。 同时 也能降低操作人员的劳动强度。
2.保证 FMS 高效运行的必要条件
●FMS 柔性制造系统内各加工单元、自动物流传输线、托盘库等由 总控制台控制,同时也可单独运行,保证系统停机不停线。
● 零件加工程序可通过使用厂家 CAM 系统实现加工程序的下载和 管理等,同时也可实现后台编辑,根据需要输入 FMS 柔性制造系统。 ● 零件交换和转运依靠托盘作为载体,以实现加工零件的交换和转 运。 每个托盘设置特定的编码, 零件的装卡按托盘编码和零件种类进行, 加工零件程序的调用同样按托盘编码和零件种类进行。 托盘搬运小车动 作根据总控制台发出的指令, 可自动识别搬运托盘的正确与否,确保整 套系统的正常运行。
●FMS 有足够的静态、动态、热态刚性和稳定的精度保持性,并采 用先进技术, 保证具有良好的动态品质。 重要部位设置完整的自动保护 装置,如加工单元、自动传输小车均有托盘在位、身份识别装置等。同 时具备齐全的安全门联锁、安全区域检测功能,以及良好的维修特性。 3. FMS 生产线的加工零件品质保证
柔性制造技术是从成组技术发展起来的,所以加工零件三相似原 则:形状相似; 尺寸相似和工艺相似。 这成为柔性制造技术的前提条件。 为保证 FMS 的连续自动运转,须对刀具和切削过程进行监视,可 能采用的方法有:测量机床主轴电机输出的电流功率,或主轴的扭矩;
利用传感器拾取刀具破裂的信号; 利用接触测头直接测量刀具的刀刃尺 寸或工件加工面尺寸的变化; 累积计算刀具的切削时间以进行刀具寿命 管理。
自动化的零件在线检测和质量监视系统。 通常会采用机内检测和补 正系统或机外(线上)检测和补正系统,对零件关键质量特征进行检测 和结果记录输出,并实施对工件坐标,刀具数据,甚至是机床热变形等 进行计算补正。
柔性制造技术是实现未来工厂的新发展趋势, 是决定制造企业未来 发展前途的具有战略意义的举措。 届时, 智能化机械与人之间将相互融 合, 柔性地全面协调从接受订货单至生产、销售这一企业生产经营的全 部活动。 它作为当今世界制造自动化技术发展的前沿科技, 为未来机械 制造工厂提供了一幅宏伟的蓝图,将成为 21世纪机械制造业的主要生 产模式。
范文五:柔性制造系统及其应用
柔性制造系统及其应用
1. 柔性制造系统概述
随着经济一体化,竞争全球化时代的到来,需求多样化、竞争差异化,传统的制造系统已不能满足市场对多品种小批量产品的需求。迫使传统的大规模生产方式发生改变,批量生产时代正逐渐被适应市场动态变化的生产系统所替换,这就使制造系统的柔性越来越重要。
柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整,以适宜于多品种、中小批量生产。当制造对象发生变化时,它通过简单地改变软件、工装、刀具就够制造出所需的零件。
它主要由三部分组成:(1)多台数控加工设备;(2)可以在装夹工位、加工设备、交换工作站之间运送及储存工件的运储系统;(3)相应的计算机控制系统。同时还可以配置切屑收集、工件清洗等配套设备。
按规模大小柔性制造系统IEJ 可分为如下4类:
(1)柔性制造单元(FMC )通常由单台数控加工设备、上下料机构构成。FMC 可视为一个规模最小的FMS ,其特点是实现单机柔性化及自动化。
(2)柔性制造系统(FMS )通常包括多台数控机床,由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。
(3)柔性制造线(FML )它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种IEJ 之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC 机床;亦可采用专用机床或NC 专用机床,对物料搬运系统柔性的要求低于FMS ,但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS )为代表,其特点是实现生产线柔性化及自动化。
(4)柔性制造工厂(FMF )是由计算机系统和网络,通过制造执行系统MES 将设计、工艺、生产管理及制造过程的所有柔性单元FMC 、柔性线FMS 连接起来,配以自动化立体仓库,实现从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整的数字化制造过程。它将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体,是以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS )为代表,其特点是实现整个工厂的柔性化及自动化。
以上四种类型的柔性制造系统,除了FML; 外,其余的系统在小巨人机床有限公司都得到了广泛的应用和充分的体现。下面就小巨人公司具体应用情况作一具体介绍。
2. 柔性制造单元FMC 的应用
目前在小巨人公司有6种形态的柔性单元在使用。
(1)带棒料输送器的柔性加工单元(QTN200M/500U)
棒料输送机将一根长棒料通过中空卡盘送入机床,车铣复合加工机床按照预定程序进行加工,加工完的工件由工件收集器收集并放入储物箱或传送带。棒料输送机根据机床数控系统发出的动作信号继续送料,开始第二个工件的加工。
(2)带自动下料机的柔性加工单元(INT200SY )
机床本身配有切割机与机床并列错位摆放,机床将一根长棒料按照已经编好程序,切成需要的原材料,自动送进机床,然后机床按照已经设好的程序进行工件的加工(车铣复合、利用主副双主轴多工序同时加工),全部加工完成后切割机的上下料装置再将加工完成的工件取出,放到传送带上送出,并再送入原材料,依此类推,实现连续自动加工。机床的自动加工效率较高,机床开动率可达75%,无人运转时间8h 以上。
(3)倒立车构成的柔性加工单元(IVS200)
倒立车主轴与卡盘采用倒立设计,适用于短轴及盘类零件加工。本单元采用MAZAK 公司的IVS200倒立式数控车配双排并列环形回转传送装置构成。输送装置一排放置成品,一排放置毛坯料,利用主轴与卡盘倒立的特性,将主轴与卡盘在上下料时当机械手使用。工件加工完成后,主轴及卡盘夹持工件沿轴向移动到传送带上方,将工件放下,再次移动到并列摆放的毛坯料上方,夹持毛坯料返回刀塔上方,开始下一工件的加工。传送带移动,换上新的毛坯料及工件存放位置。此单元将主轴及卡盘的夹持功能及轴的位移在装卸工件时转换成机械手使用,巧妙地构造出了一种独特的柔性加工单元。
(4)带机械手的柔性加工单元(INT400GL )
由MAZAK 公司INT400GL 复合加工设备及FLEX-GL300F 机械手构成。机械手最大夹持重量30kg ,最大夹持尺寸400mm 。加工设备五轴联动,车铣复合,带自动中心架和自动尾架。将已经下好的材料排放在机床的托盘上,机械手自动进行上料,上料完成后机床自动进行加工。一次性装卡加工同一工序的所有车铣部位,铣削主轴,X 、Y 、Z 、B 、C 轴可同时加工,精度高,机床行程大,尾架和中心架均能够通过程序自动控制,通过自动找正机构找正,保证工件装卡平整,工件装卡相位通过红外测头进行角度检测,有效地保证了加工质量。加工完成后机械手将已经加工好的工件卸下,以此类推。目前开动率可以达到70%以上,无人运转时间8h 以上;
(5)带机器人的柔性自动加工单元(E-500H ROBOT)
由MAZAK 公司INTe500/1500多功能车铣复合加工设备及日本FANUC 公司具有3D 视觉识别系统的ROBOT 900i/350型机器人和托盘物流线构成。这个单元在我公司主要用于刀塔的加工,可以实现从毛坯到成品的完整工序加工。机器人搬运重量350kg 。机器人对物流装置上的材料进行3D 视觉识别(八角型毛坯),确定夹持面后夹持送入机床内,INTe500/1500除了车削功能外,还具有与加工中心同等的铣削加工能力,铣轴最高转速10000r/min,相位通过红外测头自动检测,自动找正夹紧,一次装夹加工同一工序的所有车、铣部位,铣削主轴,X 、Y 、Z 、B 、C 轴可同时加工。加工完成后机器人再将工件卸下,重新送入新的原材料,进行加工,依此类推。目前此单元可以达到开动率75%以上,在配备料塔的情况下,可以实现720h 连续无人化运行。
(6)五面加工及大型工件柔性加工单元(V 设备)
由MAZAK 公司V80五面加工机及双交换工作台构成。五面加工机具有立、卧转换主轴,工件一次装卡可完成顶面和四个侧面所有工序的粗、精加工。一个工作台加工时,另一个工作台装卡工件,大幅度地缩短了作业准备时间,有效保证了工件的加工精度,保证机床能连续自动运行。目前机床平均开动率可达77%,无人化运行时间8h 以上。
以上几种FMC 均由单机、上下料机构或机械手、机器人以及物料传送装置构成,没有专用的系统控制计算机。物流线、上下料机构、机器人有自己的控制装置,接收加工程序中的M 代码指令进行相关程序控制。
3. 柔性制造系统FMS 的应用
(1)FH6800平面FMS 柔性系统
系统由5台MAZAK 公司生产的FH6800型卧式加工中心、52个交换托盘、1台清洗机、1台自动上下料机器人,通过MAZAK 公司的INTELLIGENT MAZATROL FMS主控单元控制实现系统控制(目前实际配置4台机床)。最大工作直径Φ1050mm,最大工作高度1m ,最大工作重量1500kg 。主要担负中小零件的自动加工。具有刀具破损检测功能、红外线测头机内检测功能。5台机床刀具配置相同,采用冗余控制原则进行控制,系统自动安排加工任务至空闲机床。可同时实现72h 连续运转,24h 无人运转。
(2)FH8800立体FMS 柔性系统
系统由3台MAZAK 公司生产的FH8800型卧式加工中心、36个交换托盘、1台两位置自动上下料机器人,一台清洗机,通过MAZAK 公司的INTELLIGENT MAZATROL FMS主控单元控制实现系统控制(目前实际配置1台机床)。最大工作直径Φ1250mm,最大工作高度1250mm ,最大工件重量2200kg 。控制原理、特点同上一条线相同。主要担负中型箱体类零件的加工。但此条线交换托盘分上下两层立体放置,同样数量的交换托盘立体放置将大大节约柔性系统的占地面积。与传统的交换托盘平面放置系统相区别,此类FMS 被称为立体FMS 。系统可实现72h 连续运转,24h 无人运转。
(3)OPTO-PATH 柔性加工线
钣金加工柔性系统是FMS 从传统的金属切削加工柔性系统发展出来的新领域的应用。系统由2台MAZAK 公司生产的HG510激光切割机、10层料库、上下料机械手、系统控制计算机构成,是从原材料运送到成品分检作业全部自动化完成的钣金激光切割机FMS 系统。机械手根据系统指令从料库将需要的钢板送到激光切割机,激光切割机按照上传到数控系统中的展开及套裁图进行切割。激光头X 、Y 轴移动均由直线电动机驱动。由高质量的CCD 照相机对激光头现在装有的喷嘴进行圆度和激光束是否在喷嘴中心进行检测,保证切割精度和准确性。机床配有4个激光头的存放位置,可以实现加工过程中进行随时更换,和对需要维护的激光头进行机外维护、保养、调整功能,保证加工过程不中断。激光切割机配置双交换工作台,保证了工作效率。由7200个单独配置的小吸盘组成的工件分检装置,能够依据CAD 信息,自动适应工件的形状,单个吸盘分别进行ON/OFF控制的智能分检系统只对选中的工件进行吸附作业,将工件及边角料自动分离。
4. 柔性制造工厂FMF 的构成
小巨人机床有限公司是中国第一座智能网络化机床制造工厂。智能网络机床制造工厂构成如下:
(1)数字化产品技术信息
小巨人所有技术管理通过PDM 系统(Production Data Manager:产品数据管理)对产品结构、设计变更、变更的历史进行管理和记录。PDM 数据是核心数据,该数据是MRP 系统进行订单分解的唯一依据,也是工艺系统、生产系统运行的主要数据来源。这个系统实现了产品相关数据的电子化、无纸化处理,为产品相关数据的共享提供良好的平台。生产现场的所有数据终端均可在PDM 系统支持下工作。
(2)计算机网络
小巨人公司内的每一个角落都被计算机网络所覆盖。网络联通到每一台加工设备、柔性单元、柔性系统、物流中心、数字化测量终端、钣金、装配的信息终端,售后服务在产品网络功能的基础上实现了在线服务(on line)系统。构成了一个庞大的信息神经系统。信息流、数据流高速、实时交换,为各种指令的迅速下达、各种信息的及时反馈提供了可靠而有效的手段。
(3)具有网络功能的数字化生产制造设备
小巨人主要生产设备由具有强大网络功能的单机数控加工设备、数十个加工柔性单元FMC 、3台加工柔性线FMS 、2条钣金生产柔性线FMS 等生产设备、自动立体库为主的物流系统、自动粉体涂装线、品质保证数字化测量系统等构成。生产设备均使用了先进的Mazatrol Fusion 640数控系统,这种融合PC 和CNC 的64位数控系统可实现更深层次的机电一体化和工厂管理一体化。该数控系统所提供的独有的双向通讯功能使得管理人员不仅可以通过网络直接向设备传送加工计划、加工程序、刀具数据等信息,而且还可以实现加工设备的实时远程监控。实现了作业日程安排、工艺管理以及数控机床运行状态的监控,使生产全过程控制实现了由车间级细化到每台数控机床。
(4)制造执行系统MES 及其他管理系统
制造执行管理系统是企业CIMS 信息集成的纽带,是实施企业敏捷制造战略和实现车间生产敏捷化的基本技术手段。执行系统的功能有三方面:第一,面向车间的生产过程管理与实施信息系统,它主要解决车间生产任务的执行问题;第二,为了提高车间生产过程管理的自动化和智能化水平,必须对车间生产过程进行集成化的管理,实现信息集成与共享,从而达到车间生产过程整体优化的目标;第三,通过MRP 系统输入的生产制造订单,把生产和计划实时地关联起来,成为连接两者的桥梁。小巨人公司应用的制造执行系统叫智能生产中心,缩写为CPC (Cyber Production Center智能生产中心),它具有自动编程、智能日程管理、智能刀具管理和智能监控4个模块。
小巨人公司制造执行系统CPC 的应用使工厂的生产和管理过程实现了并行化、网络化,大幅度降低了生产过程中的非加工时间,从而有效提高了生产效率,实现了作业日程安排、工艺管理、生产准备以及数控机床运行状态的监控,使生产全过程控制实现了由车间级细化到每台数控机床,保证了生产进度和生产成本控制,使机床开动率大幅提高。
通过覆盖公司的计算机系统和网络,数字化产品结构、数字化生产设备及制造执行系统,将制造、产品开发、售前、售后服务及经营管理有机连接在一起,以信息流控制物质流,实现了整个工厂的柔性化及自动化,构筑起了一个现代化的柔性制造工厂。
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