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1、柔性制造系统实习报告摘要:柔性制造系统(Flexible Manufacturing System,缩写FMS)是指适用于多品种、中小 批量生产的具有高柔性且自动化程度高的制造系统。柔性是 FMS的最大特点，即系统内部 对外部环境的适应能力。自动化是指将手工操作减至最低，仍至最后完全取消。FMS标志着传统的机械制造行业进入了一个发展变革的新时代，自其诞生以来就显示出强大的生命 力。它克服了传统的刚性自动线只适用于大量生产的局限性，表现出了对多品种、中小批量生产制造自动化的适应能力。随着社会对产品多样化、低制造成本、短制造周期要求的日 趋迫切,由于微电子技术、计算机技术、通信技术、机械与控制设备
2、的进步，柔性制造技术发 展迅猛并日臻成熟。Abstract :Flexible Manufacturing systems (big Manufacturing System, abbreviationFMS) isapplicable to small batch production of many varieties and the high flexibility and high degree of automation of Manufacturing systems. Flexibility is the biggest characteristic of FMS, extern
3、al environment of internal adaptability. Automation refers to mini mize manu al, and fin ally completely can cel. FMS marks the traditi onal mechanical manufacturing industry has entered a newera of reform and development since its birth has dem on strated the formidable vitality.It can overcome the
4、 disadva ntageof traditional rigid automatic line only applies to the limitations of massproduction, showing a variety of smallbatch production manufacturing automation, the ability toadapt. Along with the social product diversificati on, low cost, short manu facturi ng manu facturi ng cycle, becaus
5、e of the in creas in gly urge nt request microelectr onics tech no logy, computer tech no logy, com muni cati on tech no logy, mecha ni cal and con trol equipme nt of flexible manu facturi ng tech no logy progress, the rapid developme nt and mature gradually.关键词：柔性制造、柔性生产线、加工中心Key words: flexible ma
6、nufacturing system、flexible production linesmachi ning cen ters1、柔性制造系统的介绍1.1柔性制造系统概述随着经济一体化，竞争全球化时代的制造系统已不能满足市场对多品种小批量产 品的需求。迫使传统的大规模生产方式发生改变，批量生产时代正逐渐被适应市场动态变 化的生产系统所替换，这就使制造系统的柔性越来越重要。柔性制造系统是一个由计算机集成管理和控制、高效率地制造某一类中小批量多品种零部件的自动化制造系统。能根据 制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，以适宜于多品种、中小批量生产。当制造对象 发生变化时，它通过简单地改变软件、工装、
7、刀具就够制造出所需的零件。它主要由三部 分组成：1. 多台数控加工设备；2. 可以在装夹工位、加工设备、交换工作站之间运送及储存工件的运储系统；3. 相应的计算机控制系统。同时还可以配置切屑收集、工件清洗等配套设备。按规模大小柔性制造系统FM列分为如下4类：(1) 柔性制造单元(FMC 通常由单台数控加工设备、上下料机构构成。FMC可视为一个规模最小的FML其特点是实现单机柔性化及自动化。(2) 柔性制造系统(FNS通常包括多台数控机床，由集中的控制系统及物料搬运系统 连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。(3) 柔性制造线(FNL它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线
8、与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于 FMS但生产率更高。它是以离散型生产中 的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化。(4) 柔性制造工厂(FMF是由计算机系统和网络，通过制造执行系统 MES各设计、工艺、生产管理及制造过程的所有柔性单元FMC柔性线FMS连接起来，配以自动化立体仓库，实现从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整的数字化制造过程。它将 制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，是以信息流控制物质流的智能制造系
9、统(IMS)为代表，其特点是实现整个工厂的柔性化及自动化。1.2柔性制造系统的关键技术在进行柔性制造系统的设计、规划时，主要涉及以下几个关键技术，包括：柔性制造系统的监控和管理系统，柔性制造系统的物流系统，柔性制造系统的刀具传输和管 理系统，柔 性制造系统的联网技术，柔性制造系统的辅助系统设计等。1. 柔性制造系统的监控和管理系统2. 柔性制造系统的物流系统3. 柔性制造系统的刀具管理系统4. 柔性制造系统的通信5. 柔性制造系统的辅助系统FMS的辅助系统包括清洗工作站、切削液自动排放和集中回收处理及集中供液、气等设施组成。1.3柔性制造系统的优势应用柔性制造系统可以获得明显的制造优势：(1)
10、 设备利用率高 由于采用计算机对生产进行调度，一旦有机床空闲，计算机便分配 给该机床加工任务。在典型情况下，采用柔性制造系统中的一组机床所获得的生产量是单机 作业环境下同等数量机床生产量的 3倍。(2) 减少生产周期由于零件集中在加工中心上加工，减少了机床数和零件的装卡次数。采用计算机进行有效的调度也减少了周转的时间。(3) 具有维持生产的能力 当柔性制造系统中的一台或多台机床出现故障时 ，计算机可 以绕过出现故障的机床，使生产得以继续。(4) 生产具有柔性 可以响应生产变化的需求，当市场需求或设计发生变化时，在FM S 的设计能力内，不需要系统硬件结构的变化，系统具有制造不同产品的柔性。并且
11、，对于临时 需要的备用零件可以随时混合生产，而不影响FM S的正常生产。(5) 产品质量高 FM S减少了卡具和机床的数量，并且卡具与机床匹配得当，从而保证 了零件的一致性和产品的质量。同时自动检测设备和自动补偿装置可以及时发现质量问题 ， 并采取相应的有效措施，保证了产品的质量。(6) 加工成本低 FM S的生产批量在相当大的范围内变化，其生产成本是最低的。它除 了一次性投资费用较高外，其他各项指标均优于常规的生产方案。1.4柔性制造系统的发展趋势柔性制造系统的发展趋势大致有两个方面。一方面是与计算机辅助设计扣辅助制造系 统相结合，利用原有产品系列的典型工艺资料，组合设计不同模块，构成各种不
12、同形式的 具有物料流和信息流的模块化柔性系统。另一方面是实现从产品决策、产品设计、生产到 销售的整个生产过程自动化，特别是管理层次自动化的计算机集成制造系统。在这个大系 统中，柔性制造系统只是它的一个组成部分。2、柔性生产线FML是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNCM床，亦可采用专用机床或 NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于 FMS但生产率更高。它以离散型生产中的柔 性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统 (DCS)为代表，其特点是实现生产线 柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，现已进入实用化阶段。现场图如下：
13、2.1柔性制造系统加工的演示通过老师实际操作让我们对柔性制造系统有实质性的了解。整过加工过程都不需要 人接触工件，通过传动小车和机器手对工件进行传送和装夹，让毛坯在各台机床上进行加工。看到整个的加工过程让我领略到现代加工技术的魅力。柔性制造系统的智能化、自动化能够满足高精度的加工要求。老师在旁讲解加工的注意要点，以及加工的优势。由于机 器和其他条件的限制，老师没有让我们每个人去实际操作，不过通过老师的讲解，我们还 是能大体上了解整个系统工作的机制所在。3、零件加工3.1零件的加工过程及工艺分析(1)产品图样及加工设备如下所示:产品图样及加工中心面板3.2加工过程如下:本次加工的产品是上海世博海
14、宝造型，首先应用 PRO/E软件根据毛坯(100*100 )的 尺寸画出要加工的产品，如下图所示：然后将所设计的零件保存成后缀名IGS或STP等通用格式；其次，将所设计的产品图导入 UG中设置加工参数后生成加工程序，利用数据线将 所生成都程序输入到加工中心机床中，由于该加工中心机床内存比较小所以程序需 分多次传输。最后，夹紧毛坯，首先将毛坯表面铣平，其次对刀(因加工该产品需用到三把刀 具R1mm R4mm R6m分粗、精加工)，对到后后调出程序对毛坯进行加工。加工过程图如下：3.3产品分析：加工后产品如下图所示：如上图所示加工出的产品通过手触可以感觉到表面有些粗糙，表面质量不太好，这可 能由于
15、铣削速度较慢，切削深度过大，材料本身的特性等因素有关。图中画圈的部分都没 切到导致欠切。铣削欠切现象是指在铣削过程中，由于各种原因使得实际切削的金属层未达 到预定加工位置，仍留有余量的现象。如在铣削过程中，由于金属表面硬化，使得较少余量的 铣削未能达到预定的位置要求，即工作台虽然已经实际移动了预定铣削的余量，但实际铣削 后,余量并没有铲除。除此之外还可能产生过切。欠切现象形成的原因(1) 由系统刚性不足引起的。铣削过程中，铣刀或刀轴、刀杆支撑系统刚性比较差，致使铣削 过程中铣刀发生偏让而形成欠切；铣削过程中，工件的刚性较差，受切削力的推动工件发生 偏让而导致欠切。(2) 由机床本身引起的。铣削
16、过程中，若机床工作台控制切削余量的方向没有锁紧、摇把方 向有间隙等能引起实际切削位置变动而引起欠切。(3) 由铣削方式引起的。铣削进给方向变换能产生欠切，如采用铣刀周刃铣削平面，已加工表 面有加工硬化层，采用顺铣容易切入，而采用逆铣则可能产生欠切。(4) 由切削用量选用不恰当引起的。铣削加工时，若铣削余量很小，而进给速度却很大，极易 产生欠切。由刀具引起的。铣刀锋利程度不同可能引起欠切，如铣刀使用后磨损变钝，会影响实际切 除的金属层厚度，造成切入逐渐困难，使铣刀产生避让而造成欠切。另外,在仿形铣削过程中 选用的铣刀切削部分形状和工件型面形状不匹配，如指状铣刀球头直径小于型面最小圆弧 直径,可能
17、产生欠切。控制铣削过程欠切与过切的方法根据过切现象和欠切现象产生的原因，应采用下列方法加以控制：1. 提高工艺系统的刚性。刚性增大，可以避免刀具、夹具、机床、工件因刚性不足而产 生的弹性偏让和拉动现象，从而消除欠切和过切。2. 选择恰当的加工余量。加工余量过大，易出现拉动过切和偏让欠切；加工余量过少， 因切入困难易造成欠切，一旦再追加余量后，又造成过切。因此，要根据加工的实际要求，选 择合适的加工余量。3. 根据需要，选择合适的刀具。刀具的磨损程度不同，对加工质量的影响不同。铣削加 工中,若需要控制加工精度且加工余量比较小，此时应该使用进入正常磨损阶段初期的铣 刀。4. 在铣削过程中，要考虑工
18、件形状、刚性、材料、切削用量、铣削方式等相关因素之间 的关系,选择最恰当的铣削方案进行加工。5. 过切是无法消除的，但欠切可以消除，通常采用在原预定位置多次铣削的方法来消除 欠切余量，从而达到铣削加工尺寸和形位精度的要求。4、实践总结：这次的实践的主要任务是利用学校现有的设备-立式加工中心，自行设计零件模型，并加工出来。时间虽然很短，只有短短的两周。但是经过大家的团结合作，终于顺利的完 成了实习的各项任务。最后老师还给我们详细讲解了整个柔性制造系统的工作机制。使我们对柔性制造系统有了更深一层次的了解。在零件的加工过程中：从零件的设计，结构分析，加工的可行性，尺寸控制等环节都 进行了详细的考虑，
19、培养了我严谨的设计理念。又如加工过程中对转速和进给的控制，等等都能影响到工件的质量，通过老师的指导，理论结合实践，更加深了我对课本理论知识 的理解。参考文献：1 张建民机电一体化系统设计M 北京：北京理工大学出版社，1996.2 毕毓杰机床数控技术M.北京：机械工业出版社，2003.3 白黄莆.课程与教学论M.北京：高等教育出版社，2002.4 朱高峰.全球化时代的中国制造M.北京：社会科学文献出版社，2003. 张祥永，左建华，李殿超.柔性制造教学实验系统。机械设计与制造J . 1999(2):24-25 . 许志龙，冯培锋，王大镇等.柔性制造系统工程创新实习，中国现代教育装备J。2007：72-73.7 孙赫雄.柔性制造系统在工程训练中心的应用，机械工程师J . 2005(5) : 41-42 .