柔性制造技术PPT课件

2-11
传统的独立垂直生产体系
2018/9/11
现代制造技术
2-12
专 业 化 生 产 结 构 体 系
2018/9/11 现代制造技术 2-13
分类系统组成
码位 横向环节Ⅰ 分类环节 横向环节Ⅱ 特征项或特征信息 纵向环节 0 1 2… 纵向环节 0 1 2…
分 类 系 统
分类标志
粗分
细分 表示各分类环节的具体含义， 如结构形状、尺寸、材料等。
1) 棱柱体类（包括箱体形、平板形）
2) 回转体类（长轴形、盘套形）
对加工系统而言，通常用于加工棱柱体类工件的FMS由立、卧式加工中心， 数控组合机床（数控专用机床、可换主轴箱机床、模块化多动力头数控机床等） 和托盘交换器等构成；用于加工回转体类工件的FMS由数控车床、车削中心、数控 组合机床和上下料机械手或机器人及棒料输送装置等构成。
现代制造技术 2-21
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FMS 加工系统的配置
1 互替式（并联）
2 互补式（串联） 3.混合式（并串联） FMS的加工对象
当所选定零件组的全部工序可以被一种机床独 立完成时，FMS可以只配置数量足够的相同型号机 床，这些机床之间是可以相互代替的。
当所选定零件组的全部工序不能被一种机 床独立完成时，FMS需要配置几种不同型号的机 床，各自完成特定的工作，这些机床之间是互 相补充的，不能相互替代。
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FMS 对机床的要求
1 工序集中 2 控制功能强、柔性好
3 具有通信接口
4 高刚度、高精度、高速度 5 其它要求
a) 使用经济性好 b) 操作性、可靠性、维修性好
c) 自保护性、自维护性好
d) 对环境的适应性与保护性好 e) 技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清楚，机床外形、颜色 美观且与系统协调。
0 . . 9
N
0 . . 9
0 1 2 3 . . . 9
0 1 2
0 . . 9
——
9
独立环节分类系统——链式结构
0 1 . . 9
0 . . 9 0 . . 9
关联环节分类系统——树式结构
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0 . . 9
2-15
分类系统的结构和容量
分类系统的容量是指系统纵向环节总数
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零件的分类编码
零件的代码
识别码 分类码
a) 识别码是唯一 的，用来区别不同 零件； b) 识别码一般是 零件的件号或图号， 表示零件与产品的 隶属关系。
a) 分 类 码 对 每 个 零件不是唯一的； b)分类码用来反 映零件的功能、结构、 工艺等信息。
2018/9/11
生产流程分析法是以零件生产流程及生产设备明细表等 技术文件，通过对零件生产流程的分析，可以把工艺过程相 近的，即使用同一组机床进行加工的零件归结为一类。 3 编码分类法
先将待分类的各零件进行编码，即将零件的有关设计、 制造等方面的信息转译为代码（代码可以是数字元或数字元、 字母兼用），然后根据代码对零件进行分类。
2018/9/11 现代制造技术 2-22
机床配置形式与特征比较
配置形式 简 图 互替式 互补式 混合式
生产柔性 生产率 技术利用率 系统可靠性 投资强度比
低 低 低 高 高
中 高 中 低 低
高 中 高 中 中
说明：这些配置主要取决于机床功能、FMS的物料流和信息流， 而并非取决于加工设备的物理布局。
2018/9/11 现代制造技术 2-24
加工系统中常用的加工设备
常见加工中心的分类
按工艺用途可分为镗铣加 工中心、 车削加工中心、 钻削加工中心、攻螺纹加 工中心及磨削加工中心等。 按主轴在加工时的空间位 置可分为立式加工中心、 卧式加工中心、立卧两用 （也称万能、五面体、复 合）加工中心。
加工中心
因此提出如下 零件的分组方法： 1 特征码位法 2 码域法 3 特征位码域法
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特征码位法
——从零件整个分类代码中选择出对某种目的影响最大的部 分代码作为特征码位，并以特征码位为分组依据。
代码Ⅰ：零件类别 代码Ⅱ：零件外部形状 及要素 代码Ⅵ：最大尺寸 代码Ⅶ：材料种类
设：N——横向环节总数， L——关联环节数
分类系统
链 式 结 构
独 立 环 节 分 类 系 统
Z——每一横向环节所属的纵向环节数
则：链式结构 ＲL＝Ｚ＋Ｚ＋Ｚ＋˙˙˙＋Ｚ＝ＮＺ 树式结构 ＲS＝Ｚ＋Ｚ２＋Ｚ３＋˙˙˙＋ＺＮ＝Σ Z i (i=1,2,…,N) 混合结构 Ｒ H ＝（ N － L ） Z ＋ Σ Z 若令N=4，L=2，Z=10，则： ＲL＝4×10＝40 ＲS＝10+102+103+104＝11110 ＲH＝(4-2)×10+10+102＝130
将FMS中的各机床按工艺过程布局，可以有生产节拍，但是可变的加 工生产线，是刚性自动线与柔性制造系统的一种结合。
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柔性制造系统的适用范围
10000
自动线
大 1000 零 件 100 批 量
生产率提高
专用机床 柔性制造生产线
柔性增大
柔性制造系统 柔性制造单元 数控机床通用机床
从刀库中挑选所
需刀具的方法有： 顺序选择法
刀座编码法
刀具编码法 刀具刀座跟踪记忆法
2018/9/11 现代制造技术 2-27
换料装置
加工中心中最为常见的换料装置是托盘交换器（Automatic Pal1et Changer——APC），它不仅是加工系统与物流系统间的工件输送接口， 也起物流系统工件缓冲站的作用。托盘交换器按其运动方式有回转式和 往复式两种。
i
树 式 结 构
关 联 环 节 分 类 系 统
混 合 结 构
混 合 环 节 分 类 系 统
（ i=1,2,…,L ）
树式结构具有紧凑、纵向环节数多的优 点，但它的横向环节的从属关系复杂，使用 不便。
2018/9/11 现代制造技术
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在横向环节中： 先安排与设计有关的，后安排与工艺有关的 在纵向环节中：
域内（如No.1）
2018/9/11 现代制造技术 2-20
码域法
特 征 位 码 域 法
代码码位 ----- 横向环节 No.1 思路： Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 选取若干 0 V V V V V V V 特征性较强的 代 1 V V V V 码位，并在这 码 2 V V V 些码位上规定 的 3 V V V V 数 允许的特征项 4 V V 资料变化范围， 5 V 得到相似性特 纵 6 V 征矩阵，以此 向 V 作为分组的依 环 7 据。 节 8 9
0 10 100 1000
10 小
少
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零件品种数
现代制造技术
多
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成组技术（GT
— Group Technology)
成组技术应用于机械加工方面，是将多种零件按其 工艺的相似性分类成组以形成零件族，把同一零件族中 零件分散的小生产量汇集成较大的成组生产量，大大减 少了生产准备时间，从而使小批量生产能获得接近于大 批量生产的经济效果。 大量的零件统计表明，在各种机械产品中： 1) 各类零件有基本固定的出现率，并相对稳定；
现代制造技术
2-10
零件分类编码的作用
1 有利于设计、工艺的标准化
2 便于检索和重复利用已有的资料
3 有利于实现专业化生产
企业按产品专业化生产体制
按零件专业化集中生产体制
4 有助于生产信息管理、使用的合理化 零件分类编码的直接目的是： a)对零件分类分组 b)信息收集和检索
现代制造技术
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2) 同类零件存在形状结构上的相似性
→工艺方法也有相似性；
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现代制造技术
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常用的零件分类成组方法
1 视检法
视检法是由有生产经验的人员通过对零件图纸仔细阅读 和判断，把具有某些特征属性的一些零件归结为一类。
2 生产流程分析法（PFA——Production Flow Analysis）
分类——使相似或相同的事物合在一起，使相异的事物分开。
2018/9/11 现代制造技术 2-14
分类系统的结构
横向分类环节——码位
I
纵 向 分 类 环 节 特 征 项
II
0 1 2 3 . . . 9
III
0 1 2 3 . . . 9
N
0 1 2 3 . . . 9
I
II
0 1 . . 9
III
2 柔性制造系统（FMS）
它由两台或两台以上的数控 机床或加工中心或柔性制造单元 所组成，配有工件自动上下料装 置（如托盘交换装置、机器人）、 自动输送装置、自动化仓库等， 由计算机控制系统进行加工控制、 计划调度安排及工况监测。
244FM摩托车发动机汽缸加工自动线
3 柔性制造生产线（FML——Flexible Manufacturing Line）
柔性制造系统特点
1 很强的柔性制造能力 2 设备利用率高 3 劳动生产率高 4 自动化程度高，产品质量稳定 5 经济效益高
2018/9/11Leabharlann 现代制造技术2-5
柔性制造系统的类型
1 柔性制造单元（FMC——Flexible Manufacturing Cell）
FMC由单台计算机控制的数控机床或加工中心、环形托盘输送装置 或工业机器人组成。
例：零件号2、5，其 特征码位为[2313] 零件号1,3,4,6, 其特征码位为[2613]
特征码位法分组的缺点： —— 结果较粗，忽视了次要表面的工艺问题
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代码码位 ----- 横向环节 No.1 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ Ⅶ Ⅷ Ⅸ 分类步骤： 0 V V V V V V V 1) 按 零 件 分 代 1 V V V V 类编码结果统计各 码 2 V V V 分类标志出现的频 的 数， V V V V 数 3 2) 制订各种零 4 V V 件组的相似性标准， 5 V 按标准得到各组码 纵 6 域 （ No.1, No. V 2，…） 向 7 V 环 3) 比较每个零 件编码的各位代码 节 8 是否包括在某一码 9
满足可变节拍 生产的物料自动识 别、存储、输送和 交换的要求。增加 功能后可实现刀具 预调和管理等
加工系统和物 流系统的自动控制 和作业协调，在线 资料自动采集和处 理，运行仿真及故 障诊断等
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现代制造技术
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柔 性 制 造 系 统 工 作 原 理
2018/9/11 现代制造技术 2-4
先简——后繁，先易——后难，先小——后大，先一般——后特殊
分 类 标 志 安 排 顺 序
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2018/9/11
现代制造技术
零件分组方法
直接用分类编码划分工艺相似零件组存在的问题： a) 导致许多结构相似但工艺不同的零件被划分在同一 组，而工艺相似但结构不同的零件却无法划分在同一组； b) 零件组数多， 每组零件种类多，且 代码中许多分类标志 无工艺特征。
（镗铣加工中心） 镗铣加工中心与普通数控镗床和数控铣床的区别 之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。
2018/9/11 现代制造技术
卧式加工中心
2-25
加工中心刀库
加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等基本类型。
2018/9/11
现代制造技术
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双臂式机械手
常用双臂式机械 手的手爪结构形式有 钩手、抱手、伸缩手 和叉手
柔性制造技术
主要内容：
• • • • • •
柔性制造系统的组成、原理 柔性制造系统的类型、应用 成组技术与零件分类编码 FMS 加工系统的配置 FMS 物流系统的组成 FMS 控制管理系统简介
2018/9/11
现代制造技术
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柔性制造技术和柔性制造系统
柔性制造技术（FMT——Flexible Manufacturing Technology） 是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代管理技 术为一体的现代制造技术，主要用于多品种小批量或变 批量生产。 柔性——指制造系统能够适应产品变化的能力 柔性制造系统（FMS）是由数控加工设备、物料运储 装置和计算机控制系统等组成的自动化制造系统。它包 括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变 化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。(“中 华人民共和国国家军用标准”) 柔性制造系统是柔性制造技术的主要应用形式。
2018/9/11 现代制造技术 2-2
柔性制造系统组成
柔性制造系统 加工系统 物流系统 控制与管理系统 过 程 控 制 过 程 监 视
加 工 设 备
辅 助 设 备
检 测 设 备
工 件 流
刀 具 流
过 程 调 度
以任意顺序自 动加工多种工件， 自动更换工件和刀 具，增加功能后可 实现工件自动清洗 与测量等