柔性制造系统实习报告

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, abbreviation FMS) is applicable 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, external environment of internal adaptability. Automation refers to minimize manual, and finally completely cancel. FMS marks the traditional mechanical manufacturing industry has entered a new era of reform and development since its birth has demonstrated the formidable vitality. It can overcome the disadvantage of traditional rigid automatic line only applies to the limitations of mass production, showing a variety of small batch production manufacturing automation, the ability to adapt. Along with the social product diversification, low cost, short manufacturing manufacturing cycle, because of the increasingly urgent request microelectronics technology, computer technology, communication technology, mechanical and control equipment of flexible manufacturing technology progress, the rapid development and mature gradually.

关键词：柔性制造、柔性生产线、加工中心

Key words: flexible manufacturing system、flexible production lines、machining centers

1、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、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FMS可分为如下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 将设计、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)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,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、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：

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 R6mm，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：

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。

(5)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，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。

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