第二章 典型自动化制造系统

FMS实例1
FMS实例2
FMS的加工对象： 1) 棱柱体类（包括箱体形、平板形） 2) 回转体类（长轴形、盘套形）
三、FMS的机床配置形式和加工对象
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。互替式强调工序集中，较 大的柔性和较宽的工艺范围。 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。 互补式主要考虑生产率，较多利 用立式机床甚至专用机床。
图 3-3 是一种较典型的 FMS ， 4 台加工中心直线布置，工件 储运系统由托盘站 2 、托盘运输小车 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。刀具储运系统 由中央刀库 8、刀具进出站 6 、刀具输送机器人移动车 7 和刀 具预调仪 5 等组成。单元控制器 9、工作站控制器 ( 因中未标 出 ) 和设备控制装置组成三级计算机控制。切屑运输系统没 有采用集中运输方式，每台加工中心均配有切屑运输装置。
第二章 典型自动化制造系统
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 典型自动化制造系统的比较 刚性自动线 柔性制造单元FMC 柔性制造系统FMS 柔性制造线FML 柔性装配线FAL
第一节 典型自动化制造系统对比
一、自动化制造系统的对比
10000 大 1000 零 件 100 批 量
自动线 专用机床 柔性制造生产线
FMS组成：
柔性制造系统 加工系统 加 工 设 备 辅 助 设 备 检 测 设 备
物流系统
工 件 流 刀 具 流
控制与管理系统 过 程 控 制 过 程 调 度 过 程 监 视
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
满足可变节拍生 产的物料自动识 别、存储、输送 和交换要求。增 加功能可实现刀 具预调和管理等
功能：加工回转体 设备组成： 控制系统：设备及单元二级控制
图2- 柔性制造单元 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-机外刀库 7-车床数控装置 8-龙门式机械手控制器 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
关键技术
CAD/CAM系统， 自动机床、组合 NC机床，加工中心， 典型系统 MRPⅡ，CIMS 机床，机械手，自 工业机器人，DNC， 与装备 动生产线 FMC，FMS
应用范围 大批大量生产 多品种、中小批量生产 各种生产类型
制造自动化技术的主要形式
20年代
刚性自动化
图6-1
汽车后桥齿轮箱加工自动线
3)刀具储运系统 刀具储运系统由刀具库、刀具 输送装置和交换机构等组成。
刀具库有中央刀库和机床刀库。刀具输送装置有 不同形式的运输小车、机器人或机械手。刀具交换 装置通常是指机床上的换刀机构，如换刀机械手。
4) 多层计算机控制系统 FMS 的控制系统采用计 算机多层控制，通常是三层控制，即单元层、工作 站层和设备层。 除了上述 4 个基本组成部分以外， FMS 还可以加 以扩展：①自动清洗工作站；②自动去毛刺设备； ③自动测量设备；④集中切屑运输系统；⑤集中冷 却润滑系统等。
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
柔性制造系统组成
工厂计算机
中央计算机 工夹具站 物流控制计算机
信 息 传 输 网 络 加工 单元1 加工 单元2 运输小车 图6-4 FMS的组成 加工 单元n
自动 仓库
“ 柔性”是指生产组织形式和自动化制造设备对 加工任务(工件)的适应性。 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。这些加工设备都是计算机控制的，加工零件 的改变一般只需要改变数控程序，因而具有很高的柔 性。自动化加工设备是自动化制造系统最基本，也是 最重要的设备（详见后续内容）。 2)工件储运系统 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。
第二节 刚性自动线
刚性自动线一般由刚性自动化加工设备组成。 图
1)自动化加工设备 组成刚性自动线的加工设备 有组合机床和专用机床，它们是针对某一种或某一组 零件的加工工艺而设计制造的。由于采用多面、多轴、 多刀同时加工，所以自动化程度和生产率均很高。加 工设备按工件的加工工艺顺序依次排列。 图 2)工件输送装置 刚性自动线中的工件输送装置 以一定的生产节拍将工件从一个工位输送到下一个工 位。工件输送装置包括工件装卸工位、自动上下料装 置、中间贮料装置、输送装置、随行夹具返回装置、 升降装置和转位装置。输送装置采用各种传送带，如 步伐式、链条式、辊道式传送带等。
图3-7为一加工箱体零件的柔性自动线示意图，它由2台对面 布置的数控铣床，4台两两对面布置的转塔式换箱机床和l台循 式换箱机床组成。采用辊道传送带输送工件。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。
3)切屑输送装置 刚性自动线中常采用集 中排屑方式，切屑输送装置有刮板式、螺旋 式等。 4)控制系统 刚性自动线的控制系统对全 线机床、工件输送装置、切屑输送装置进行 集中控制，控制系统采用传统的电气控制(继 电器一接触器)，目前倾向于用可编程控制器。 5)刀具 加工机床上的切削刀具由人工安 装、调整，实行定时强制换刀。如果出现刀 具破损、折断，进行应急换刀。
控制对象 物流 物流 物流，信息流
特点
通过机、电、液 以硬件为基础，以软 不仅针对具体操作和 气等硬件控制方式 件为支持，改变程序即 工人的体力劳动，而且 实现，因而是刚性 可实现所需的转变，因 涉及脑力劳动以及设计、 的，变动困难 而是柔性的 经营管理等各方面 继电器程序控制 数控技术，计算机控 系统工程，信息技术， 技术，经典控制论 制，GT，现代控制论 计算机技术，管理技术
第四节 柔性制造系统(FMS)
FMS 是集数控技术、计算机技术、机器人 技术以及现代生产哲理于一体的先进制造技 术。 FMS 已成为自动化制造系统的重要发展 方向。 一、FMS的定义和组成 定义： FMS 是在计算机统一控制下，由自动 装卸与输送系统将若干台机床或加工中心连 接起来而构成的一种适合于多品种、中小批 量生产的先进制造系统。
实例3：柔性制造单元
图3-5 实例1：
图 3-5 所示为一加工回转体零件为主的柔性制造 单元。它包括 1 台数控车床， 1 台加工中心， 2 台运 输小车用于在工件装卸工位3、数控车床1和加工中 心2之间的输送，龙门式机械手4用来为数控车床装 卸工件和更换刀具，机器人 5 进行加工中心刀具库 和机外刀库 6 之间的刀具交换。控制系统由车床数 控装置 7 ，龙门式机械手控制器 8 ，小车控制器 9 ， 加工中心控制器10，机器人控制器11和单元控制器 12等组成。单元控制器负责对单元组成设备的控制、 调度、信息交换和监视。
1 互替式（并联） 2 互补式（串联） 3.混合式（并串联）
FMS特性与机床配置形式的关系
配置形式 互替式 互补式 混合式
简
图
生产柔性 生产率 系统可靠性
低 低 高
中 高 低
高 中 中
投资强度比
高
低
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。
四、柔性制造系统的特点
图2- 曲拐加工自动线
1-斗式切屑提升机 2-链板式排屑装置 3-全线泵站 4-工件输送带及工件装卸台 5-工件提升机 6-中央控制台
直线布局，随行夹具，步伐式输送带，定位夹紧，人工找正，压缩空 气喷吹方式排除切屑，排屑装置，无自动上下料装置，
第三节 柔性制造单元FMC
柔性制造单元由1-3台数控机床和加工中心， 工件自动输送及更换系统，刀具存储、输送 及更换系统，设备控制器和单元控制器等组 成。单元内的机床在工艺能力上通常是相互 补充的，可混流加工不同的零件，具有单元 层和设备层两级计算机控制，对外具有接口， 可组成柔性制造系统。
50年代
柔性自动化
焊接机器人
70年代
综合自动化
综合自动化
二、自动化制造系统的产品寿命周期模型
Groover产品寿命周期模型
TTLC BQT1 BT2 T3
（1-1）
式中 TTLC —— 生产某种产品所需总时间； B —— 批数； Q —— 批量； T1 —— 单件工时； T2 —— 每批产品所需生产准备时间（包括原材 料订货时间，制定生产计划时间，工艺装备调整时 间 …）； T3 —— 每种产品所需设计及生产准备时间（产 品设计，工艺设计，工艺装备设计与制造…）。
二 、 柔 性 制 造 系 统 工 作 原 理
1）计算机 2）料库和 3) 机器人或 控制系统对 4) 机床根据 夹具库根据 5) 加工完毕， 自动装卸机 输入的生产 工件和加工 产品的品种 6) 计算机 7 ）当改变 按控制信息 按控制系统 计划信息和 程序的编码， 和调度计划 控制系统 加工产品时， 转换工序和 的指令和编 技术信息进 选择加工程 信息供应相 只要改变生 检验，并由 的监视记 码信息，自 行处理、分 序、刀具和 应的毛坯和 产计划信息、 运储系统将 动识别和选 配，并按程 录装置随 工艺参数， 夹具，并由 技术信息和 工件送成品 择工件及夹 序对储运系 时采集加 进行加工； 输送系统送 加工程序， 库，将夹具 具，并安装 统进行控制； 出； 工质量和 FMS 就能自 送夹具库； 到相应的机 数量信息； 动调整并完 床上； 成产品加工。