第8章自动化制造系统

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图8-6 具有装配功能的柔性制造系统
第8章 ห้องสมุดไป่ตู้动化制造系统
柔性制造线的主要优点是：具有刚性自动线的绝 大部分优点；当批量不很大时，生产成本比刚性自动 线低得多；当品种改变时，系统所需的调整时间又比 刚性自动线少得多，但建立系统的总费用却比刚性自 动线高得多。
1. 自动化加工设备; 2. 工件输送系统; 3. 刀具;
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1. FMC FMC控制系统一般分为两级，分别是单元控制级和 设备控制级。 （1）设备控制级。 （2）单元控制级。 2. FMC FMC （1）单元中各加工设备的任务管理与调度。 （2）单元内物流设备的管理与调度。 （3）刀具系统的管理。图8-2所示为一以加工回转 体零件为主的柔性制造单元。
7—仓 库 ； 8—车 削 加 工 中 心 ； 9—多 坐 标 测 量 仪 ；
10—镗 铣 加 工 中 心 ； 11—刀 具 预 调 站 ；
11
12—装 载 机 器 人 ； 13—装 夹 具 机 器 人 ； 14—装 夹 站 ；
15—AGV(自 动 导 向 小 车 )； 16—控 制 区
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自动化加工设备、工件储运系统、刀具储运系统 和多层计算机控制系统等。
1.自动化加工设备 组成FMS的自动化加工设备有数控机床、加工中 心、车削中心等，也可能是柔性制造单元。
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2.工件储运系统 FMS工件储运系统由工件库、工件运输设备和更 换装置等组成。工件库包括自动化立体仓库和托盘 （工件）缓冲站。工件运输设备包括各种传送带、运 输小车、机器人或机械手等;工件更换装置包括各种机 器人或机械手、托盘交换装置等。
3. FMS的刀具储运系统由刀具库、刀具输送装置和 交换机构等组成。
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4. FMS可以根据生产需要配置辅助设备。辅助设备 一般包括自动清洗工作站,自动去毛刺设备,自动测量设 备,集中切屑运输系统和集中冷却润滑系统等。
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RS-232C
单元控制器 RS-232C
5. FMS的控制系统采用三级控制，分别是单元控制级、 工作站控制级、设备控制级。图8-4就是一个FMS控制系 统实例，系统包括自动导向小车（AGV）、TH6350卧式 加工中心、XH714A立式加工中心和仓储设备等。 （1）设备控制级。 （2）工作站控制级。 （3）单元控制级。 图8-5是一种较典型的FMS，四台加工中心直线布置， 工件储运系统由托盘站2、托盘输送车4、工件装卸工位3 和布置在加工中心前面的托盘交换装置12等组成。
车削中心回转刀架上可安装如钻头、铣刀、铰刀、丝锥
等回转刀具，它们由单独的电动机驱动，也称自驱动刀具。
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4
5
1
2
3
存储器
伺服
执行
图纸
编程
介质
输
输
系统
机构
CPU
4入
入
8 坐标轴
6
CAD/CAM
控制器
辅助控制 7
图8-10 数控装置的基本组成框图
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CNC系统由程序、输入输出设备、计算机数字控 制装置、可编程控制器（PC或可编程逻辑控制器 PLC）、主轴控制单元及速度控制单元等部分组成， 如图8-11所示。
成品
加工设备 控制系统 检测设备 辅助设备 装配设备 工业机器人 储运设备
图8-9 CIMS的组成
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2. CIMS的关键技术 （1）信息集成。 （2）过程集成。 （3）企业集成。
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8.2 数控机床
8.2.1 一般数控机床通常是指数控车床、数控铣床、数
控镗铣床等，它们的下述特点对其组成自动化制造系 统是非常重要的。
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8.1 概述 8.2 数控机床 8.3 工件储运设备 8.4 工业机器人 8.5 检测与监控系统 8.6 辅助设备 思考题
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8.1 概述
8.1.1 1.刚性半自动化单机 除上、下料外，机床可以自动完成单个工艺过程
的加工循环，这样的机床称为刚性半自动化机床。 2. 它是在刚性半自动化单机的基础上增加了自动上、
1. 2.自动化程度高 3.加工精度高且质量稳定
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4.生产效率较高 5. 6. 现代数控机床一般都具有通信接口，可以实现上层计 算机与数控机床之间的通信，也可以实现几台数控机床之 间的数据通信，同时还可以直接对几台数控机床进行控制。 通信功能是实现DNC、FMC、FMS的必备条件。 图8-10是数控装置的基本组成框图。图8-10中的4为数 控系统，它是数控机床的核心环节。
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程
输
入
序
设备
计算机 数字
可编程序 控制器
(PC)
主轴控制单元
主轴电机
控制装置
输
(CNC装 置 )
出
机床
设备
速度控制单元
进给电机
位置 检测器
图8-11 CNC系统框图
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8.2.2 加工中心(MC) 加工中心的系统基本组成与一般数控机床一样，只
是在此基础上增加了刀库和自动换刀装置而形成一类更 复杂，但用途更广，效率更高的数控机床。加工中心配 置有刀库和自动换刀装置，能在一台机床上完成车、铣、 镗、钻、铰、攻螺纹、轮廓加工等多个工序的加工。
第8章 自动化制造系统 图8-3 带托盘库的柔性制造单元
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8.1.3柔性制造系统(FMS) 柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem）由
两台或两台以上加工中心或数控机床组成，并在加工 自动化的基础上实现了物料流和信息流的自动化。其 基本组成部分有：
市场信息
质量要求
质量计划 质量检测 质量评价 质量控制 质量信息综合管理
技术文档资料
管理 技术 信息 信息 分 系 统 计 算 机 网分 系 统 MIS 络 和 数 据 TIS 质量 库分系统 制造 信 息 NES和 DBS 自 动 化
分系统 分系统 QIS MAS
质量文档
原材料 能源
计 算 机 辅 助 设 计 CAD 计 算 机 辅 助 工 程 分 析 CAE 计 算 机 辅 助 工 艺 规 程 编 制 CAPP 计 算 机 辅 助 制 造 CAM 产 品 数 据 管 理 PDM
分度后落下定位，上、下鼠齿盘啮合，实现机械刚性连接；
用于进给运动的回转工作台用伺服电机驱动，用回转式感应
同步器检测及定位，并控制回转速度，也称数控工作台。数
X、Y、Z
4～5轴轮廓
控制，可加工复杂轮廓表面。
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8.2.3
车削中心比数控车床工艺范围宽，工件一次安装，几乎 能完成所有表面的加工，如内、外圆表面，端面，沟槽，内、 外圆及端面上的螺旋槽，非回转轴心线上的轴向孔和径向孔 等。
9—小 车 控 制 器 ； 10—加 工 中 心 控 制 器 ；
11—机 器 人 控 制 器 ； 12—单 元 控 制 器 ；
13、 14—运 输 小 车
图8-2 柔性制造单元
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图8-3所示是加工棱体零件的柔性制造单元。单元 主机是一台卧式加工中心，刀库容量为70把，采用双 机械手换刀，配有8工位自动交换托盘库。托盘库为环 形转盘，托盘库台面支承在圆柱环形导轨上，由内侧 的环链拖动而回转，链轮由电机驱动。
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图8-1 (a)正视图；(b)俯视图
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该曲拐加工自动线由七台组合机床和一个装卸工 位组成。全线定位夹紧机构由一个泵站集中供油。工 件的输送采用步伐式输送带，输送带用钢丝绳牵引式 传动装置驱动。 8.1.2 柔性制造单元(FMC)
柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell）由单台 数控机床、加工中心、工件自动输送及更换系统等组 成。
图8-8 柔性装配线示意图
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8.1.6 计算机集成制造系统（CIMS） 1.CIMS CIMS的功能构成包括下列内容(参考图8-9)： （1）管理功能。 （2）设计功能。 （3）制造功能。 （4）质量控制功能。 （5）集成控制与网络功能。
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物料管理 办公自动化 成本管理 经营决策 财务管理 生产管理 人事管理 销售管理
2. 3. FAL的控制系统对全线进行调度和监控，主要控制 物料的流向和自动装配站、装配机器人。图8-8是FAL 的示意图。
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1—无 人 驾 驶 输 送 装 置 ； 2—传 送 带 ； 3—双 臂 装 配 机 器 人 ； 4—装 配 机 器 人 ； 5—拧 螺 纹 机 器 人 ； 6—自 动 装 配 站 ； 7—人 工 装 配 工 位 ； 8—投 料 工 作 站
下料等辅助装置而形成的自动化机床。
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3. 刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输 送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺 序连接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工 的复杂大系统。 图8-1所示为加工曲拐零件的刚性自动线总体布局 图。该自动线年生产曲拐零件17000件，毛坯是球墨铸 铁件。由于工件形状不规则，没有合适的输送基面， 因而采用了随行夹具安装定位，便于工件的输送。
加工中心刀具的存取方式有顺序方式和随机方式，刀具 随机存取是最主要的方式。正确安放刀具是成功执行数控程 序的基本条件。
回转工作台是卧式加工中心实现主轴运动的部件，主轴 的运动可作为分度运动或进给运动。
回转工作台有两种结构形式：仅用于分度的回转工作台
用鼠齿盘定位，分度前工作台抬起，使上、下鼠齿盘分离，
加 工 工 作 站 WSC1
物 流 工 作 站 WSC2
RS-232C RS-232C RS-232C
DNC
DNC
DNC
I/O RS-232C
CNC
CNC
CNC
AGV控 制 器
6M PC-B
6M PC-B
6M PC-B
XH714A TH6350 TH6350
AGV
图8-4 FMS控制系统实例
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加工中心机床具有工序集中，可以有效缩短调整时 间和搬运时间，减少在制品库存，加工质量高等优点， 因此常用于零件比较复杂，需要多工序加工，且生产批 量中等的生产场合。
加工中心通常是指镗铣加工中心，主要用于加工箱 体及壳体类零件，工艺范围广。
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加工中心的刀具库通常位于远离主轴的机床侧面或顶部。
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图8-7为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由 两台对面布置的数控铣床，四台两两对面布置的转塔式 换箱机床和一台循环式换箱机床组成。采用辊子传送带 输送工件。这条自动线看起来和刚性自动线没有什么区 别，但它具有一定的柔性。FML同时具有刚性自动线和 FMS的某些特征，在柔性上接近FMS，在生产率上接近 刚性自动线。
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9 8 7 4
13
LAN
12
10
11
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14 1
5 2
3
1—数 控 车 床 ；
2—加 工 中 心 ；
3—装 卸 工 位 ；
4—龙 门 式 机 械 手 ；
5—机 器 人 ；
6—加 工 中 心 控 制 器 ；
7—车 床 数 控 装 置 ； 8—龙 门 式 机 械 手 控 制 器 ；
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数控铣床 转塔式换箱机床
物料 储运 控制
装卸区
辊子传送带
换箱机床
物料 储运 控制
图8-7 柔性制造线示意图
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8.1.5 柔性装配线(FAL) 柔性装配线（FlexibleAssemblyLine）通常由装配
站、物料输送装置和控制系统等组成。
1. FAL中的装配站可以是可编程的装配机器人,不可 编程的自动装配装置和人工装配工位。
柔性制造线（FlexibleManufacturingLine）由自动 化加工设备、工件输送系统和控制系统等组成。
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3
1
13
4
2
5 12
1 16
1—控 制 柜 ； 2—手 工 工 位 ； 3—紧 固 机 器 人 ；
4—装 配 机 器 人 ； 5—双 臂 机 器 人 ； 6—清 洗 站 ；
第8章 自动化制造系统 图8-5 柔性制造系统的组成
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图8-6所示是一个具有装配功能的柔性制造系统。 柔性制造系统的主要特点有：柔性高，适应多品种中、 小批量生产；系统内的机床工艺能力上是相互补充和 相互替代的；可混流加工不同的零件；系统局部调整 或维修不中断整个系统的运作；多层计算机控制，可 以和上层计算机联网；可进行三班无人干预生产。 8.1.4柔性制造线(FML)