柔性制造自动化技术及其应用探究

张 波，段兰兰

（怀化职业技术学院，湖南 怀化 418000）

为提高生产效率，降低成本，缩短制造周期，适应现代社会产品频繁更新的要求，60年代后期出现了柔性制造单元FMC（Flexible Manufacturing Cell）及柔性制造系统FMS（Flexi ble Manufacturing System）等能适应多品种中小批量生产的柔性制造自动化系统。FMC，FMS等兼备生产率和柔性两方面优点，是实现多品种、中小批量生产自动化较为理想的方式。

1 柔性制造自动化技术

近年来，随着科学技术的不断进步，计算机集成制造（CIM）技术成为各先进工业国家研究和发展的重要方向，下面介绍FMC、FMS及FML的基本知识。

（1）柔性制造单元。英国早期实施成组技术时，曾形成一种生产组织形式，称为制造单元（Manufacturing Cell），即将零件按成组技术分类原则，用一组机床来加工一个或几个零件族。这些零件族中的零件的加工过程相似。制造单元中的机床可以是普通机床和数控机床。随着机床数控化率的提高，原有制造单元中的普通机床逐渐为计算机数控机床所取代，或者在设计新的制造单元时已经不再使用普通机床，从而逐渐组成具有高度自动化的柔性制造单元。当然，柔性制造单元并非都是原来的制造单元演变而成的，且不少制造单元还可直接发展成更高水平的柔性制造系统。

（2）柔性制造系统。通常认为，柔性制造系统至少有三个主要组成部分：多个独立的加工工作站、一个自动化的物料储运系统、一个单台或多级计算机控制和管理系统。目前柔性制造系统与柔性制造单元之间还没有确切的定义可将两者加以区分。计算机规划和实时控制系统的整个生产过程，即具有一个自动化的信息系统。加工零件被装夹在随行夹具或托盘上，自动地按加工顺序在机床间逐个输送。

（3）柔性自动线。与柔性制造单元一样，柔性自动线（Flexible Transfer Line—FTL）与柔性制造系统之间在柔性这个问题也有相当大的模糊性。柔性自动线又称柔性制造线（FML）或可变自动线，它与传统的自动线间之区别在于能同时或依次加工少量不同的零件，但这些是沿着一定的路线输送的而不是随机输送。柔性自动线适用于中批和大批量生产，线中的主要机床为多轴主轴箱的换箱式和转塔式加工中心。传统的刚性自动线类似之处是加工过程中有一定的生产节拍，工件沿一定的方向顺序输送。

2 柔性制造自动化技术的组成

（1）加工系统。加工系统的功能是以任意顺序自动完成各种工件的加工，自动更换刀具、工件和夹具等，因此加工系统是由数控机床、加工中心、工件的自动上下料装置、夹具自动更换装置、自动换刀装置等组成。加工系统是物质系统的一部分。

（2）物料（流）系统。由存储、输送和装卸三个子系统组成，是物质系统的一部分：存储子系统能自动任意存取工件和夹具、刀具等；输送子系统能自动化、自由节拍式、可变地完成各生产装置的连接；装卸子系统能自动实现输送装置和加工设备之间的连接。

（3）能量系统。能量系统又由能源自动分配及输送子系统和能源自动转换系统所组成。

（4）信息（流）系统。信息（流）系统由过程控制子系统和过程监视子系统所组成，前者是进行加工系统和物料流系统的自动控制，后者是进行在线状态数据自动采集和处理。

3 柔性制造自动化技术的应用

（1）柔性制造系统常用的输送装置。有输送带、输送车（有轨小车、无轨小车）、工业机器人等，也有一些专用输送装置。在一些系统中，经常是多种输送装置联合使用，构成复合输送装置，主要是根据运输路途的长短，工件的形态和尺寸等选择。当前，应用输送带、输送车较多。加工工件的输送，无论是箱体类零件还是回转体类零件，多用托板式输送装置，托板上装有被加工工件所用的夹具，整个构成随行夹具。柔性制造系统的输送方式有单独输送方式、线形输送方式，环形输送方式和网络型输送方式。柔性制造系统也可以根据输送方式来进行分类。①单独输送方式 由工业机器人、托板交换装置或环形托板输送装置所组成，多用于柔性制造单元，其特点是各台机床自成系统。对于柔性制造系统，各台机床之间由机器人来进行联系。②线形输送方式 由输送带、输送车等组成，是柔性制造系统中最常用的方式。可分为单一型、并列型、分枝型和随机型等方式。③环形输送方式 也是常用的输送方式，它有单一型、多层形和分枝形等方式。④网络形输送方式 由有线制导的输送车和输送通道所组成，有很高的柔性，实际上是线形、环形输送方式的组合，采用也不少。

（2）柔性制造系统的控制装置及其软件。柔性制造系统的控制装置有管理计算机、加工计算机及一些专用控制装置。目前，管理计算机用小型计算机仍占多数，但已出现不少采用微型计算机的系统，而且发展很快。它的作用是指挥生产。加工计算机多用微型计算机，主要进行加工运行。柔性制造系统的控制主要有以下几方面：①数控零件的程序编制及储存；②将各零件程序分配到各有关的机床，其中包括相应的后置处理程序；③生产控制控制各零件的生产比例及数目，毛坯和工件的装卸等，并进行生产调度动态仿真；④输送控制和监视；⑤刀具控制和监视包括刀具在系统中的位置计算和刀具寿命的监视；⑥系统性能监视和报告；柔性制造系统的软件与控制装置有密切联系。

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