柔性制造系统FMS的应用

时间:2022-05-09 06:29:41

柔性制造系统FMS的应用

摘要:柔性制造系统是近年来流行的先进制造技术,文中论述了实际应用时系统的总体方案设计方法,以及方案论证分析内容,详细介绍了工装夹具设计、零件工艺分析、系统初步布局、仿真和优化等具体实施过程。

Abstract: The flexible manufacture system was the recent years popular advanced technique of manufacture, in the article elaborated when the practical application system's overall concept design method, as well as the project concept demonstration analysis content, introduced the work clothes jig design, the components process study, the system preliminary layout, the simulation and the optimization in detail and so on concrete implementation process.

关键词:柔性制造系统 FMS 柔性制造技术 先进制造技术

Key words:Flexible manufacture system FMS Flexibility technique of manufacture Advanced technique of manufacture

一、总体方案设计

柔性制造系统是由计算机集中管理和控制、灵活多变的高度自动化加工系统,由加工、物流、信息流三个子系统组成,在加工自动化的基础上实现物料流和信息流的自动化。如图所示,FMS主要由以下几个组成部分。

柔性制造系统的基本组成

1、加工系统

加工系统是FMS的基本单元,由两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元及其它加工设备组成。加工系统所需设备的类型、数量、大小等,由被加工零件的类型尺寸和批量来决定。

2、工件运储系统

工件储运系统由物流控制管理系统、工件装卸站、自动化仓库、自动化运输小车、机器人、托盘缓冲站、托盘交换装置等组成,能够对加工工件和原材料进行自动装卸、运输和存储。工件装卸站完成工件的装卸工作,将待加工的毛坯装在托盘上送入系统,将加工后的工件随托盘从系统中输出,其设计要和机床、仓库货架、托盘尺寸同一考虑。

3、刀具运储系统

刀具运储系统在FMS中有着重要的作用,它包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀具输送小车或机器人、换刀机械手等。

4、计算机控制系统

计算机控制系统接收工厂计算机的指令,能够对整个FMS实行监控和管理,实现生产计划调度、运行控制、物料管理、系统监控和网络通信等。

5、其它

此外,柔性制造系统还包含集中冷却系统、切屑运输系统、自动清洗装置、自动去毛刺设备等附属系统,要根据各系统的具体要求来设计、配备。

二、方案论证分析

1、可行性分析

根据用户提出的要求,对要开发的FMS进行初步的经济和技术可行性分析。分析内容包括:用户的经济实力,被加工零件的产量、批量、产值和利润是否与系统相匹配,从工艺上分析零件是否有不宜在FMS上加工的内容。

2、结构类型的分析

FMS应用范围广、种类多,不同类型的FMS,其构成的差别也是很大的。柔性制造系统的结构类型主要取决于用户对产量、批量和柔性的要求,但与制造厂本身产品的特点也有很大的关系,必须结合自身产品的特点来满足用户的要求。这样可以减少产品的种类,从而降低FMS的造价。输送系统选用有轨小车还是无轨小车,也要在此阶段予以考虑。

3、零件的分析和选择

在机械产品的生产中,FMS占据着一个相当广泛的空间。国外专家认为FMS适用的范围为零件品种3~40种、生产量3~40件/h(相当于年产零件数9000~120000个)。但由于实际情况有小的简单零件,也有形状、工艺相近的零件,所以很难用一个具体的数字进行死规定。结合我国企业的情况,我们认为一般年产量5000~100000件、品种3~15种的零件,都是比较适合FMS加工的对象。

用户零件首先是用户根据需要提出来的,但可以和用户进行充分讨论,相互沟通后作部分修改。讨论的问题包括:有些高精度的或特殊的工艺是否放在FMS中加工;零件品种是否太多,如果太多可建议分批上线;零件种类是否太少,如果太少可把一些杂类零件组合上线。这样才能够提高FMS的利用率。通过这项分析,可为FMS选择一些比较合适的加工对象,从而开始正式的设计工作。

三、具体实施方法

1、工装夹具草图的绘制

对于被选定的零件,每种零件要设计出一张工装夹具草图。草图中要确定夹紧点、定位点、安装次数。一般箱体零件需要两次安装,有的还需要三次安装。对于一些小杂零件,一个夹具上可安装8~16个零件。零件在上机床前最好有预加工的定位基准,使工作更可靠些。对于一些毛坯上线的小杂零件件,可用样板来粗定位。

2、零件的工艺分析

根据每种零件的结构,以及尺寸精度、表面质量和技术条件这些产品设计要求,确定其加工工艺路线,选择合适的刀具、合理的切削用量(三要素),计算出零件加工工时定额。在进行零件的工艺分析时,保证零件的加工精度是首要的。因为FMS刀具费用高,对产品成本的影响较大,所以选择刀具时,应该尽量采用高效、复合刀具。

3、系统初步布局

利用工艺分析的结果,可以初步确定机床的类型和数量.并要考虑刀具的分配和刀具的负荷平衡,要确定FMS“互补”和“互替”的程度。因为从工艺分析的结果看,每种零件所需的刀具都有一部分是相同的,一部分是不同的。如果“互替”的程度很高,刀具的数量就会很大,从而使成本上升。如果像传统的组合机床生产线那样按“互补”的方式安排,刀具数量较少,但一旦出现故障会全线停机,这在FMS的设计中是不允许的。经此步分析后,能够画出FMS初步布局。

4、仿真和优化

将上述系统初步布局方案输入计算机,进行仿真和优化,在仿真过程中可输入不同的产品订单进行比较。由于FMS遇到的情况是千变万化的,很难找到一个最优的方案,一般要求机床的利用率在90%以上。经过模拟仿真之后,可正式确定FMS的机床台数、托板数、储存站数和装卸站数等,原确定的数量如不合适可进行修改。

5、完成系统设计

根据仿真和优化的结果,增加相应的辅助设备,例如清洗、排屑、检查等,就可以正式设计出FMS的总图,并完成专用部件及控制系统的设计。目前,FMS的软件已经具备较完善的标准功能,对于一些有特殊要求的FMS,就需要在FMS设计中予以补充开发。

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