,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第五章 制造自动化技术,Automation Technology for Manufacturing,（,5-1,）,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 每批产品所需生产预备时间包括原材料订,货时间，制定生产打算时间，工艺装备调整,时间；,T3 每种产品所需设计及生产预备时间产品设,计，工艺设计，工艺装备设计与制造。,Groover,产品寿命周期模型,（,5-2,）,式中 TLC 生产每件产品所需平均时间,式5-2即为 Groover 产品寿命周期模型,TLC 是一个综合指标，减小 TLC 常被作为生产活动追求的目标,式5-1两边除以 BQ，得到：,刚性自动化：着眼降低 T1,柔性自动化：着眼降低 T1 和T2局部,综合自动化：同时减小 T1、T2、T3，特殊是 T2 和 T3 ，因而在多品种、中小批量生产中具有重要意义,Groover,产品寿命周期模型,汽车后桥齿轮箱加工自动线,刚性自动化,20,年代,制造自动化技术的主要形式,柔性自动化,50,年代,焊接机器人,综合自动化,7,0,年代,综合自动化,制造自动化技术的主要形式,比较项目,刚性自动化,柔性自动化,综合自动化,实现目标,减轻工人劳动强,度，节省劳动力，,保证加工质量，降,低生产成本,减轻工人劳动强度，节省劳动力，保证加工质量，降低生产成本，,缩短产品制造周期,除左外，提高设计工作与管理工作效率和质量，,提高对市场的响应能力,控制对象,物流,物流,物流，,信息流,特点,通过机、电、液气等,硬件控制,方式实现，因而是刚性的，变动困难,以,硬件为基础，以软件为支持,，改变程序即可实现所需的转变，因而是柔性的,不仅针对具体操作和工人的体力劳动，而且,涉及脑力劳动以及设计、经营管理,等各方面,典型系统,与装备,自动机床、组合机床，机械手，,自动生产线,NC,机床，加工中心，工业机器人，,DNC,，,FMC,，,FMS,CAD/CAM,系统，,MRP,，,CIMS,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,关键技术,继电器程序控制技术，,经典控制论,数控技术，计算机控制，,GT,，,现代控制论,系统工程，信息技术，,计算机技术，管理技术,三种自动化形式的比较,柔性制造技术和柔性制造系统,柔性制造技术FMTFlexible Manufacturing Technology是集数控技术、计算机技术、机器人技术、现代治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力量,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掌握系统等组成的自动化制造系统。它包括多个柔性制造单元，能依据制造任务或生产环境的变化快速进展调整，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。,柔性制造系统的组成,1假设干台CNC加工设备，实现自动制造功能；,2自动物流系统，即毛坯、工件、刀具的存储、输送、交换系统；,3掌握整个系统运行的计算机系统；,4其他：刀具监测及治理系统、零件测量系统、切屑排解系统等。,柔性制造系统的组成,自动仓库,工厂计算机,中央计算机,物流控制计算机,运输小车,加工单元,1,加工单元,2,加工单元,n,信 息 传 输 网 络,工夹具站,柔性制造系统的组成,柔性制造系统典型构造,柔性制造系统的典型构造,柔性制造单元FMCFlexible Manufacturing Cell,FMC由单台计算机掌握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。,柔性制造系统的类型,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，由计算机掌握系统进展加工掌握、打算调度安排及工况监测。,柔性制造系统的类型,柔性制造生产线FMLFlexible Manufacturing Line,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。,244FM,摩托车发动机汽缸加工自动线,柔性制造系统的类型,FMS,的特点,除毛坯准备与毛坯安装外全部自动化,可在不停机的条件下实现加工工件的自动转换,24,小时运行，只一班有人,以GT为根底,生产零件的品种由,4,至,100,种不等（,20,30,种居多）,生产零件的批量由,40,至,2000,件不等（,50,200,件居多）,大部分加工对象为相似零件（个别例外）,具有较大柔性,可加工多种零件,没有固定的生产节拍,故障可容（一台机床出现故障，其它机床可进行拟补）,高度自动化,掌握与治理相结合可自动实现系统内的打算、调度,0 10 100 1000,少 零件品种数 多,10000,1000,100,10,大 零件批量 小,数控机床通用机床,柔性制造单元,柔性制造系统,柔性制造生产线,专用机床,自动线,生产率提高,柔性增大,柔性制造系统的适用范围,FMS,的配置,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一样型号机床，这些机床之间是可以相互代替的。,1 互替式并联,2 互补式串联,3.混合式并串联,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，这些机床之间是相互补充的，不能相互替代。,机床配置形式与特征比较,配置形式,互替式,互补式,混合式,简 图,生产柔性,低,中,高,生产率,低,高,中,技术利用率,低,中,高,系统可靠性,高,低,中,投资强度比,高,低,中,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。,1 工序集中,2 掌握功能强、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、牢靠性、修理性好,c)自爱护性、自维护性好,d)对环境的适应性与爱护性好,e)技术资料齐全，机床上的各种显示、标记等清晰，机床外形、颜色美观且与系统协调。,FMS,对机床的要求,FMS,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。,镗铣加工中心与一般数控镗床和数控铣床的区分之处，主要在于它附有刀库和自动换刀装置。,加工中心 镗铣加工中心,卧式加工中心,加工中心刀库,加工中心的刀库有链式、盘式和转塔式等根本类型。,从刀库中选择所需刀具的方法：,挨次选择法；刀座编码法；刀具编码法；刀具刀座跟踪记忆法,加工中心换料装置,加工中心常见的换料装置是托盘交换器Automatic Pal1et ChangerAPC，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。,加工中心换料装置,带有多层托盘库和中心刀具库的FMS系统,带有托盘交换装置的,FMC,加工系统的监控,通信及接口、数据采集与交换、与系统内各设备间的协调、与系统外的协调、,NC,控制、,PLC,控制、误动作、加工时间、生产业绩、故障诊断、故障预警、故障档案、过程决策与处理等,机床,主轴转动、主轴负载、进给驱动、切削力、振动、噪声、切削热等,夹具,安装、精度、夹紧力等,刀具,识别、交换、损伤、磨损、寿命、补偿等,工件,识别、交换、装夹等,其它,切屑、切削液、温度、湿度、油压、气压、电压、火灾等,形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等,监,控,功,能,设备运行状态,切削,加工,状态,产品质量状态,传感器群,信号采集,预处理,特征提取,状态识别,诊断决策,预维修决策,监控检测报告,正常状态模式,预诊断知识库,预维修知识库,学习训练,匹配,状态异常,报警,预知故障,报警,输出,设备运行状态监控与检测框图,设备运行状态监控与检测,加工系统的监控,钻头破损检测器内存有以往采集的钻头破损的信号或钻头破损模拟信号，与检测信号进展比较。当钻头破损被确认后，发出换刀信号。,重点是刀具磨损、破损监控与检测。,钻头破损检测器,声发射钻头破损检测装置系统图,交换,机床,控制器,工件,折断,工作台,声发射传感器,破损信号,加工过程监控与检测,加工系统的监控,离线检测：过程稳定，超差风险小,在线,/,过程中检测：实时，瓶颈工序,在线,/,过程后检测：滞后时间短，应用较多,PROC,AUT,PROC,AUT,PROC,AUT,INSPMAN,抽样,离线检测,PROC,AUT,INSPMAN,在线,/,过程中检测,反馈信号,在线,/,过程后检测,PROC,AUT,INSPMAN,SORT,AUT,分类指令,成品,废品,加工系统的监控,离线与在线检测,物料传输系统,FMS中流淌的物料主要有工件、刀具、夹具、切屑及切削液。,物料传输系统主要由输送装置、交换装置、缓冲装置和存储装置等组成。,FMS对输送装置的要求,1)通用性,2)变更性,3)扩展性,4)敏捷性,5)牢靠性,6)安全性,传输装置,滚式,链式（传送带由于柔性差，目前较少使用）,带式,有轨,无轨（,AGV,）,固定路线,随机路线,电磁式,光电式,传送带,运输小车,机器人,固定式机器人,行走式机器人,物料传输系统,转向舵,比较放大电路,信号拾取线圈,引导电缆,电磁引导原理,在地面上埋设引导电缆，并通以510kHz的低压电流。小车上装有对称的一组信号拾取线圈。当小车偏向右方时，右方的感应信号减弱，左方的增加，掌握器依据这些信号的强弱，掌握小车的舵轮。,物料传输系统,-,有轨小车电磁导向方式,沿小车预定路径在地面上粘贴易反光的反光带铝带或尼龙带，小车上装有发光器和受光器。发出的光经反光带反射后由受光器承受，并将该光信号转换成电信号掌握小车的舵轮。,物料传输系统,-,有轨小车光学引导方式,信号孔,感光元件,光道,光源,反光带,光学引导原理,自动导向小车AGV Automatic Guided Vehicle,无轨小车是一种利用微机掌握的，能依据肯定的程序自动沿规定的引导路径行驶，并具有停车选择装置、安全爱护装置以及各种移载装置的输送小车。,物料传输系统,-,无轨小车,物料传输系统,自动仓库,运输小车,出入库装卸站,堆垛机,料架,切屑处理系统,断屑,加工部位封闭,排屑 机床、工夹具设计要便于排屑,冷却液冲，或压缩空气吹,切屑输送（通常采用地下输送管道）,切屑再处理（打包）,工厂计算机：,制定、修改、更新生产作业打算；对中心计算机和物流计算机进展掌握。,中心计算机：,依据工厂计算机制定的作业打算对各加工单元进展监视与掌握。,物流计算机：,依据工厂计算机制定的作业打算对自动仓 库、堆垛机、缓冲站、运输小车等进展监 视与掌握。,单元掌握器：,监视与掌握机床加工、检测、上下料,信息传输网络：,在掌握计算机与单元掌握器之间进展信息传递。,计算机掌握系统,FMS掌握治理系统,自动仓库,AGV,小车,交通治理,车间计算机,中心治理计算机,最,高,层,中,间,层,设,备,层,负责全面治理、协调和掌握FMS的各项活动,协调各种设备的操作,执行各种操作,治理系统体系构造：,多级计算机递阶掌握,A,制造单元计算机,物流治理计算机,B,制造单元计算机,机器人,JCS-FMS-1掌握级构造,中央管理计算机,FM-11AD2,+,物流控制计算机,局域网络,LAN,文件库,自动编程机,单元控制机,CNC,车床,CNC,磨床,单元控制机,立式,MC,卧式,MC,单元控制机,CNC,车床,管理级,单元级,设备级,飞