机电一体化概论第7章教学案例

通过上述的方式能够使得FMS更换产品非常容易，由此实现 对多品种、中小批量产品的高效率生产方式。
三、零件的相似性
不同机械产品中多种零件之间存在大量的相似性，这是成组 技术的客观基础。
例如，德国对26个机床、发动机、仪器仪表和军械等不同类 型的工厂中45000种零件统计分析的结果，表明任何机械产品均 可分为A、B、C三类零件。
4．辅助设备 （1）刀具监视和管理系统
对刀具磨损补偿、更换破损刀具、刀具寿命管理。 （2）切屑排除系统 （3）零件自动清洗设备 （4）零件自动测量装置
一般在FMS中，多用坐标测量机实现自动测量。
第三节 柔性制造系统的特点
一、柔性制造系统与刚性制造系统的区别
刚性制造系统
1．通常把作业划分为较 多、简单的工序
2．联线设备（自动物料传输系统）
联线设备是指在机床之间、仓库与机床之间、托板存放站之 间输送和搬运工件、工具的设备。
（1）运输托板
在专门的导轨上或在辊道上往返运动，一般配置在机床的出 入工位之间。
（2）叉车式吊车 主要用于自动化仓库。
（3）运输小车 1) 有轨小车―沿导轨运动。
2) 无轨小车（以蓄电池为能源） ★电磁引导式―由无线探测埋在地面下的电缆导向。 ★光学反射式―用白色或能反射光线的线条制导小车行走。
2．加工工序的柔性 对能每一种零件改变工序顺序。
3．零件流动路线的柔性
系统在加工零件过程中出现局部故障时，能重新选择工件路 径，并继续加工。
4．生产的柔性
以多种流程、不成批生产的方式加工一组类型不同、材料不 同的零件。
5．产品的柔性 能够经济和迅速地转变生产的产品 6．产量的柔性 系统能够适应不同产量并具有好的经济效益。 7．扩展的柔性 具有在需要时能够容易地、模块化地扩展系统的能力。
（4）工业机器人 工业机器人用于小工件的装卸和机床间的运输。 对于按集群式机床布置时，所有机床围成圆形，一台工业机
器人可为多台数控机床服务。 工业机器人常用于无夹具的回转体零件的装卸。目前已有用
工业机器人和车削加工中心组成的车削生产单元。
3．控制系统
根据FMS的规模大小，控制系统的复杂程度有所不同。FMS 的控制系统一般多采用多级（通常为三级）分布式计算机控制系 统。
成组技术可以通过相似零件设计标准化最大限度地减少零件 的品种和规格。在设计过程中，利用已标准化的复合零件的设计 资料，最大限度地减少零件设计的工作量，实现设计标准化，最 终达到缩短设计周期、提高设计质量、减少产品品种、降低产品 成本的目的。
根据国外资料介绍，按成组技术进行新产品设计，约有75％ 以上的零件图可以利用（重复使用或稍加修改）已有的图样，只 有25％左右的新产品零件要重新设计。
第一级主要是对机床和工件装卸机器人的控制，其中包括工 作命令的安排调度、系统的监测等。
第二级相当于DNC的（中央计算机）控制，其中包括整个系 统运转的管理、零件流动的控制、零件加工程序的分配，以及第 一级生产数据的收集。
第三级负责全面的生产管理，主要编制日程进度计划，并将 生产所需信息（如加工零件的种类、数量、期限以及所需刀具的 种类等）送到第二级系统管理计算机。
8. 信息传输网络――FMS中的通讯系统。
9. 随行工作台（PS）――实现从无人台车到制造单元之间传 送的缓冲功能。
二、柔性制造系统的主要组成部分
对于一般的FMS，通常是由四大类设备组成：主机、联线 设备、控制系统和辅助设备。
1．主机 FMS的主机一般为数控机床，并且多为加工中心机床（多用 卧式加工中心），也有数控车削加工中心（可车、钻、铣，有铣 大螺旋升角的槽的功能）。
成组技术是一门生产技术科学，主要研究如何识别和发掘生 产活动中有关事物的相似性，并利用这种相似性为生产服务。
成组技术是第二次世界大战后提出的概念，但一直没有受到 人们足够的重视，直到它与FMS以及其它的工厂自动化技术紧密 联系在一起时，才引起人们广泛的注意。
一、定义
成组技术――利用事物的相似性，把相似的问题归类成组， 寻求解决这类问题相对统一的最优方案，从而节省时间和人力， 以取得所期望的经济效益。
如果每位设计人员设计该类零件时，都注意从复合零件的标 准化设计资料中选取标准的结构要素和尺寸参数，零件的设计就 自然走向标准化了。
这种成组技术的设计方法可以有效地避免传统零件设计方法 的两大弊病――设计的“重复性”和“多样性”。
由于设计过的图纸不容易查找，设计人员宁愿重新设计，也 不愿意查找与之相同或相似的老零件图，这样就造成了设计的重 复性。
第二节 柔性制造系统的组成
（4）自动化（零件）仓库――将毛坯、半成品和成品进行自 动调用或储存。
5. 无人输送台车――行走于机床之间、机床与自动化（零件） 仓库之间、机床与中央刀具库之间的自动化（无人驾驶）台车， 可以是有轨的或无轨的。
6. 中央刀具库――刀具集中存储区。
7. 夹具站――及时实现对夹具的调整和维护。
3．专用FMS 系统专门用于有限的几种零件，但又不同于刚性生产线。
三、按照生产线的建造方式分类
1．工程FMS 系统由卖方按用户的要求设计和安装，一次建成。 2．模块化FMS 系统采用不同厂商的标准设备组成，并可由FMM向FMS逐 步发展。
第五节 成组技术（Group Technology, GT）
在构成复合零件后，要对其各结构要素进行标准化，最后将 标准化的结构要素及其尺寸画成图表，就得到该复合零件的标准 化设计资料。
在进行新零件设计时，根据新零件的草图就能从复合零件的 标准化设计资料中得到该类零件的形状、各结构要素的规格、尺 寸等设计参数，只要从中选择合适的数据即可，不必再检索其它 图样和资料。
对于相似件，可根据作用相似和结构特征相似进一步细分。
作用相似
零件相似性
结构特相似
功能、名称相似
结构相似
材料相似
工艺相似
功
名
形尺精种坯处流设工
能
称
状寸度类形理程备装
相
相
相相相相相相相相相
似
似
似似似似似似似似似
一次相似 （设计信息）
二次相似 （工艺信息）
柔性制造系统是利用工艺相似（二次相似――工艺信息）的 特点减少加工设备、刀具、夹具等的数量，实现多品种、中小批 量的零件生产。
零件设计的重复性使得设计人员将宝贵的时间和精力浪费在 重复性劳动中。
另外，在传统的零件设计方法中，对于一些零件的结构和设 计细节，设计人员往往按照习惯处理，没有统一的标准可循，因 而造成设计的多样性。零件设计的多样性必然使零件品种增加， 给后续工作――工装的采用、工艺规程的制定和加工制造带来麻 烦，最终导致产品的成本提高。
这个定义内涵非常广泛，但人们通常仅仅将成组技术同生产 应用联系起来。
二、成组技术在生产中的应用
1．在零件设计方面
许多零件具有类似的形状，可将它们归并为设计族。一个新 零件的设计可以通过修改一个现有同族零件的图纸和技术要求形 成。
应用这个概念，可以人为地合成一个“复合零件”。这个复 合零件集中了全族零件的所有功能要素。新零件的设计可以通过 这个复合零件派生出来。
第七章 柔性制造系统（FMS）
（Flexible Manufacturing System）
第一节 柔性制造系统的概念
一般说来，柔性制造系统尚无统一的定义，各国的专家对它 的看法不太一致。
美国出版的《柔性制造系统手册》对柔性制造系统的定义比 较简明：由计算机控制的、由若干半独立的工作站和一个物料传 送系统所组成的、能高效率地制造多品种、中小批量零件的系统。
三、FMS的适用范围 FMS适用批量零件数50～2000件，零件种类4～100种。
第四节 FMS的分类
一、根据规模大小分类 1．柔性制造模块（FMM） M－Module 单台CNC机床＋工件自动装卸装置（机器人或托板交换装置）
2．柔性制造单元（FMC） C－Cell 2～3台CNC机床＋工件自动装卸装置＋工件自动传输设备
2．按分批投入的方式， 顺序完成上述各简单 工序
3．完成单道（简单）工 序时间很短
4．单个工序自动化
柔性制造系统
1．把作业划分为几个工序
2．不同批次的不同工序可 以交叉投入，加工顺序 可变动
3．完成单道工序加工时间 稍长，总加工时间较短
4．全部加工工序自动化（可 实现整个加工过程无人 操作）
二、FMS的柔性（灵活性） 1．机床加工的柔性 系统中的机床通过配置相应的刀具、夹具、NC程序等，即可 加工给定零件族中的零件。
1967年，英国莫林斯（Molins）公司提出把多台数控机床联 成一体的柔性制造系统的设想。后来，美国K&I公司实现了用计 算机控制的柔性制造系统。随着电子技术和计算机技术的高速发 展，从20世纪80年代初，柔性制造系统得到较快的发展（据1986 年美国机械工程协会统计，当时已有370条柔性制造系统在运行 中）。
3．柔性制造系统（FMS） ≥4台CNC机床＋工件自动装卸装置＋工件自动传输设备
（可能包括自动化仓库）
二、按系统的特点分类 1．序列FMS 该系统在一个时期加工一批零件，可以很快调整为加工另一 批零件。
2．随机FMS 系统对不同类型零件可进行随机顺序的加工，能够在一段时 间内加工2种或2种以上的不同零件（这种加工可以混合进行）。
2．在零件加工制造方面
形状不同的零件有可能要求类似的加工过程，即它们的加工 工艺相似，因此它们的工艺设计可以得到简化。
根据这一特点，可把加工工艺相似的零件归为一个零件族。 按相似零件族制定工艺、设计制造夹具，生产时按零件族投料、 加工，这样就把多品种、中小批量产品的生产转变成较大批量的 生产了。
可建立加工单元来制造同族零件。对每个加工单元来说只针 对一族零件。因此，每个加工单元所需刀具和夹具的种类会大大 减少。在更换加工的产品时，刀具几乎可以不用更换，夹具更换 较为方便或不用更换。