柔性制造系统及其应用

柔性制造系统及其应用

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

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。

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FMS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(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人机床，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人储物箱或传送带。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，并再送人原材料，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WS20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X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X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40mm。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INTe500/150多功能车铣复合加工设备及日本FANUC