柔性制造单元(FMC)

柔性制造单元（FMC）柔性制造单元（Flexible Manufacturing Cell，简称FMC）是在制造单元的基础上发展起来、具有柔性制造系统部分特点的一种单元。通常由1至3台具有零件缓冲区、刀具换刀及托板自动更换装置的数控机床或加工中心与工件储存、运输装置组成，具有适应加工多品种产品的灵活性和柔性，可以作为FMS中的基本单元，也可将其视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物。柔性制造单元适合多品种零件的加工，品种数一般为几十种。根据零件工时和组成FMC的机床数量，年产量从几千件到几万件，也可达十万件以上。FMC的自动化程度虽略低于FMS，但其投资比FMS少得多而经济效益接近，更适用于财力有限的中小型企业。目前国内外众多厂家都将FMC列为发展的重点。

一、柔性制造单元的基本功能

1.自动化加工功能。在柔性制造单元中，有完成自动化加工的设备，如以车削为主的车削柔性制造单元，以钻、镗削为主的钻镗柔性制造单元等。同时辅以其他加工，如车削柔性单元中可以有端铣或钻削、攻螺纹加工等，这些自动化加工设备由计算机进行控制，自动完成加工。

2.物料传输、存储功能。这是柔性制造单元与单台NC或CNC机床的显著区别之一。柔性制造单元配备有运行物料存储容量所需的在制品库、物料传输装备和工件装卸交换装置，并有刀具库和换刀装置。

3.自动检验、监视等功能。它可以完成刀具检测、工件在线测量、刀具破损（折断）或磨损检测监视、机床保护监视等。

4.单元加工的其他功能。单元加工的其他功能包括清洗，检验，切屑处理等。

二、柔性制造单元的基本组成

1.由加工中心或加工中心数控机床（含CNC）混合组成的加工设备。加工回转体零件的车削单元的设备一般不超过4台，大多数加工非回转体零件的单元选用一台加工中心作为基本加工设备。

2.单元内部的自动化工件运输、交换和存储设备。具体随工件特点及其在单元内的输送方式而定，工件在单元内的输送方式有以下两种。

1）托板输送方式。适用于加工箱体或非回转体类零件的FMC。为便于工件输送及其在机床上夹固，工件（或工件及夹具）被装夹在托板上，工件的输送及其在机床上的夹紧都通过托板来实现。具体设备包括托板输送装置、托板存储库和托板自动交换装置。

2）直接输送方式。适用于加工回转体零件的FMC。工件直接由机器人或机械手搬运到数控车床、数控磨床或车削中心上被夹紧加工。机床邻近设有料台存储坯件或工件。若FMC需要与外部系统联系，则料台为托板交换台，工件连同托板由外部输送设备（如小车）输入单元或自单元输出。

3.信息流系统。该系统实现对于加工中信息的处理、存储和传输。托板存储库式FMC。

三、柔性制造单元的基本形式

托板存储库式FMC。由加工中心和托板存储系统组成，主要用来加工非回转体零件。按托板库的结构形式可分为以下3种。

1）环行托板库FMC

圆环托板库FMC，其特点是托板库圆周分布，托板在装卸工位、机床自托板库各个位置之间输送，通过库中央的专门搬运装置实现托板的输送。

直线形托板库FMC，相当于上述的圆形托板库展成直线形，托板输送装置常为有轨小车。这种单元的优点是具有扩展性，需要时可增加加工设备，加长运输轨道和托板库，扩展成更大的FMC或其他柔性制造系统。

2）机器人搬运式FMC

回转机器人直接搬运的FMC。由l～4台车削中心或其他数控机床，以及固定安装的回转式机器人和工件存储台等组成，各设备都布置在机器人周围或两侧。工件在加工过程中的搬运都由机器人自动实现。此类FMC的优点是设有托板及其自动交换系统，设备费用低，但只适于加工回转体零件。

龙门式机器人直接搬运的FMC。龙门式机器人直接搬运的FMC的特点是可搬运较大较重的零件和其他物料，搬运设备不占场。

3）可换主轴箱式FMC。

这种单元以多轴加工为主，适于品种不多的中、大批量的生产，加工设备是可更换主轴箱的组合机床，单元内设有主轴库及其运输交换装

置。工件通过托板交换装置从外部系统进入单元，送上圆形回转工作台夹紧，然后由两侧装有相应主轴箱的动力头驱动加工。可更换主轴箱大多是多轴箱，其加工效率比普通加工中心的单轴加工要高，但多轴箱的主轴配置有针对性，没有柔性；由于主轴箱库存储着需加工的几种零件的各种主轴箱以供更换，因此单元有一定的柔性，可以让几种零件在该FMC上混合生产。

四、柔性制造单元的应用

1．FMC的应用方式与范围

（1）作为独立加工设备使用。

与加工中心相比，FMC的自动化程度更高，除了具有加工中心所具有的自动化切削加工功能外，还可实现工件搬运及在机床上装夹自动化。其优点有以下几点。

提高了工件搬运和在机床上装夹的效率，减轻操作劳动强度。

工件的装卸在装卸工位而不在机床上进行，工件的装卸与加工同时进行，机床利用率和加工效率比加工中心高。

可实现晚间第二、三班无人看管生产、提高机床利用率。

可方便地进行多品种零件（单元所限定的零件组范围内）的同时混流生产。

（2）作为其他柔性制造系统的基本组成模块。

当前柔性制造系统和柔性自动线日趋采用模块化组合方式，以FMC作为其基础模块，优点是可以为柔性制造系统分段建设创造条件。为此，FMC在结构配置和控制等方面都趋于适应组成系统的需要。

2．引入或购置FMC前的技术准备

由于FMC的上述优点，同时与其他柔性制造系统相比，其规模小，投资少，效益显著，使用日益广泛。企业引入或购置FMC需做以下准备工作。

1）根据生产任务选择适合在FMC上加工的零件，编制FMC待加工零件的情况表。主要内容包括零件外形尺寸，最大、最小加工尺寸和加工要求，所用刀具类型、品种和数量，其他工装、工时和年产量等。

2）分析比较各种商品化FMC的结构、性能及其价格，选出适当的FMC型号。

3）根据零件情况表作刀具统计，确定刀库容量。一般完成一件中等复杂程度零件的全部加工需30把以内的刀具，考虑留有余地，实现混流生产，宜选60把左右刀具的刀库容量。若考虑更复杂零件的混流生产，则应选100把左右刀具的容量。

4）根据零件情况统计表确定托板库工作台的数量。为保证实现第二、三班无人照看生产，托板库工作台应保证可安装的零件足够使用。对两班制，一般选6个工作台。

5）选购保证FMC能正常运行所必需的附件，主要有对刀仪、冷却装置、监控装置等。