柔性制造自动化概论

柔性制造自动化概论

刘延林

编著

华中科技大学出版社1

绪 论1.机械制造自动化发展简史(1)1870年，自动机床走进制造行业。(2)1895年，发明多轴自动车床。 (3)1924年，机械制造自动线诞生。 (4)1952年，数控(NC, Numerical Control)机床发明。

(5)二十世纪六十年代以来， ① 主机：计算机数控(CNC, Computerized Numerical Control)机床，

② 辅助工序和设计规划：A.工业机器人(IR, Industrial Robot), B.无人搬运车(AGV, Automated Guided Vehicle), C.计算机辅助设计(CAD, Computer Aided Design), D.计算机辅助编制工艺(CAPP, Computer Aided Process Planning), E.计算机辅助制造(CAM, Computer Aided Manufacturing )。 (6)1967年，提出了柔性制造系统(FMS, Flexible Manufacturing System)的专利申请。 —— 制造自动化技术发展史上的又一个里程碑！

第一章 柔性制造系统§1-1 从自动线到柔性制造系统 一、刚性自动线的特点： 前提：单一品种、大批量生产； 基础：稳定成熟的工艺； 特点：等节奏、快节拍、工序分散；

构成：制造设备(主机)按工艺流程排列，被工件自动输送设备 和辅助设备联成一条生产线； 自动：在控制设备的控制下，自动完成工件的装卸、输送、定 位夹紧、切削加工、切屑排除、质量检测。4

二、柔性制造系统产生的背景以市场经济为基础的现代制造业，面临着严峻的挑战，制造厂商要想 在激烈的市场竞争中获利，必须将单一品种大批量生产模式转变成多品种 小批量生产模式，并解决以下问题： (1)当产品变更时，制造系统的基本设备配置不应变化； (2)按订单生产，在库的零部件和产品不能多； (3)能在很短时间内交货； (4)产品质量高，而价格应低于大批量生产模式下制造出来的产品； (5)面对劳动力市场高龄、高学历、高工资带来的困难，制造系统应该有 很高的自动化水平，并能够在无人(或少人)的条件下长时间连续运行。 在些背景下，柔性制造系统(Flexible Manufacturing System, FMS) 诞生了。5

§1-2

柔性制造系统的功能及适应范围

一、FMS的基本组成及主要功能1.基本组成

一个制造系统被称为柔性制造系统，至少应包含三个基本组成部分，即： (1)数控(NC)机床，即主机； (2)物流系统，即毛坯、工件、刀具的存贮、输送、交换系统； (3)控制整个系统运行的计算机系统。

2.主要功能常见的FMS具有以下功能： (1)自动制造功能。在柔性制造系统中，由数控机床这类设备承担制造 任务； (2)自动交换工件和刀具的功能；

(3)自动输送工件和刀具的功能；(4)自动

保管毛坯、工件、半成品、工夹具、模具的功能； (5)自动监视功能。即刀具磨损、破损的监测、自动补偿、自诊断等；

(6)作业计划与调度功能。

二、FMS的适用范围7

§1-3 一、FMS的结构

FMS的结构与分类

(1)加工设备； (2)装配设备； (3)检测设备； (4)输送设备； (5)物料交换设备；

(6)装卸站；(7)物料保管设备； (8)信息管理及控制装置； (9)辅助设备。8

二、FMS的分类：1.按FMS承担的制造任务，可将FMS分成：

(1)柔性零件加工系统；(2)柔性检测系统； (3)柔性装配系统。 2.按机床与物料输送系统的组合方式，有人将柔性零件加工系 统分成： (1)FMC(Flexible Manufacturing Cell); (2)FMC 群； (3)FMS(典型) ; (4)FTL(Flexible Transfer Line)。9

三、FMC与FMS的区别：从广义上讲FMC与典型FMS都属于柔性制造系统，但深究一下它们之 间的区别，可以归纳成： (1)FMC是由单台(或少数几台)制造设备构成的小系统，而 FMS可以是由很多设备构成的大系统； (2)FMC只具有某一种制造功能，而典型FMS应该有多种制造功 能，例如加工、检测、装配等； (3)FMC是自动化制造孤岛，而典型FMS应该与上位计算机系统 联网并交换信息； (4)一个很小的FMS其功能也比复杂的FMC强大得多。10

第二章 柔性装配系统

根据柔性装配系统(FAS,Flexible Assembly System)的主体设备， 可将FAS分为三类：

(1)以自动装配机为核心的FAS;

(2)以装配机器人为核心的FAS;

(3)以焊接机器人为核心的FAS。

§2-1

柔性装配系统的特征

一、装配流水线的组成三要素：(1)输送； (2)供料；

(3)装配。

二、柔性装配系统的特征：(1)具有四个组成要素：供料、送料、装配和输送； (2)模块化。12

§2-2

柔性装配系统的控制技术

一、机器人控制器1.手臂控制

(1)加减速控制，(2)伺服控制， (3)力控制 。

2.手(工具)控制

二、PLC1.夹具 2.供料装置 (1)专用供料装置；

(2)零件盘(托盘);(3)送料装置； (4)料斗式供料装置。 3.送料装置

三、监控14

§2-3 一、视觉传感器1.机器视觉的结构 2.应用实例

柔性装配系统的传感技术

(1)电阻检测 ； (2)零件识别 ； (3)电子元件组装 ； (4)工件搬运。

二、光电传感器1.组成与分类

2.应用实例(1)二极管色标检测； (2)螺母正反面判别；

(3)螺孔检测；(4)安全光栏。