FMS技术与应用

FMS技术与应用王树春李浩王永峰(中国联合丁程公司)摘要本文对制造工程中应用的FwS进行简要分类和介绍,分析FMS的优势和应用范围,列举了两个典型应用案例,探讨其发展趋势。键词:FMS:特点:案例:发展FMS(禾性自动生产线)作为制造工程中种先进的生产设备,已越(2)回转体类FMS零件以短轴为代表,采用FMC系统生产,设备以来越多的被我国企业所采用,应用领域也逐步从汽车零部件打业拓展到数控车床或车削中心为主。轴类零件的装夹需采用专用机械手,零什的其他装备制造行业FNS可根据企业要求提供多种类全功能不同柔性外型尺寸和重量不能太大,并设计有合适的基准面定位装夹因此此的生产系统为提升工厂生产水平和实现工厂自动化提供了重要技术支类回转类零件的FMC应用于电子元器件工丿较多持3FMS组成1FMS概述FMS由工作站、物料传送系统、计算机控制系统、管理及控制软件和FMs的雏形源于美国马尔罗西公司,是一种能迅速响应市场需求而其他重要单元五部分组成相应调整生产品种的制造技术,由若干台数控设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的,并能根据制造任务和生产品种变化而迅速进行调工作站整的自动化制造系统。FMS根据规模大小可分为四种禾性制造单元(FMC):由1-2台加工中心、工业机器人、数控机床及送磁蒂有小革( v-l! Quided Whole)无料他系震{小耶(Mlwl),人自物料运送存贮设备构成,具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为·个规模最小的FMS,是FMS向廉价化及小型化方向发展和种产物,其特点是实现单机柔性化及自动化,迄今已进入普及应用阶段。柔性制造系统(FMS):通常包括四台或更多台全自动数控机床(加工变产准备中心与车削中心等),由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来,可在冒理政控制件不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理窗视及谁新业诗解c柔性制造线(FML):处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小其它道要单元{冲,爽具和托盘,冲和切处理系质批景多品种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专用NC机床,对物料搬运系统的要求图1低于FMS但生产率更高,他是以离散型生产中的柔性制造系统和连续工作站是整个系统的核心部分,也是投资最大的,设备选型由工件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的类别和承担工序所决定,主要有全自动下料设备、加工中心车削中化和自动化,其技术已经冂臻成热,迄今已经进入实用化阶段。心、数控机床、焊接机器人和自动装配设备等。物料系统用以实现工件及工装夹具的自动供给和装卸,以及完成工柔性制造工厂FXMF):将多条FMS连接起来配以自动化立体仓库,序间的自动传送、调运和存贮工作用计算机系统进行联系,采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发业机器人及专用起吊运送机等。储存和搬运系统搬运的物料有毛坯、工货的完整FMs它包括了 CAD/CAM,并使计算机集成制流系统《CME投件、刀具夹具检具和切屑等储存物料的方法有平面布置的托盘库,也人实际,实现生产系统柔性化及自动化进面实现全厂范围的生产管理、有储存量较大的巷道式立体仓库产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平,反映出世界上最先进的自动化应用技术,它是将制造产品开发及经营管4FMS典型案例理的自动化连成一个整体,以信息流控制物质流的智能制造系统(M41柔性板材下料线为代表,其特点是实现工厂柔性化及自动化美国 wiedeman公司提供的板材柔性下料线承担板材下料任务,此2FMs应用领域条生产线由出入库台位、立体库、自动切割机、转塔冲床输送机构组成,FMs主要应用于机床军工电子汽车等制造工程特别适合生产可以完成从取料、下料整理存放等一系列工作整个生产过程除原材精度要求高形位公差要求严格,附加价值高生产工序集中且单道工序料入库和成品出库,无需生产工人辅助完全由中央计算机室控制下料时间长可以通过基准面的一次定位实现零件大部分甚至全部工序的零线平面示意图如图2件FMS按使用功能可分为:钣金加工FMS、切削加工FMS、焊接FMs和柔性装配系统。钣金加工FMS、切削加工FMs已经被广泛应用于实际生产,焊接FMS和柔性装配系统由于其自身工艺生产特点,系统柔性无法完全替代人工生产,因此只应用于在小部分领域里。切削加工FMs又可根据零件生产特征分为多面体和回转体两类:(1)多面体类FMS典型零件为箱体或叶轮,其零件通过粗加工工序确定基准面后,一次装夹,进入FMS完成铣削、镗孔、钻削等一系列的加工,并进行实时检测、实时修复形成闭环生产,确保生产质量。设备选用图2板材柔性下料线以立式加工中心或多功能机床为主,利于减少工位数和减轻物流负板材柔性下料线中板材立体库根据用户需要可设置4-6层,建议布担。系统选择设备时主要考虑高刚度高定位精度高切削速度,提高切置在厂房两跨间的柱间中即充分利用生产场地中的起吊盲区又可通削进给量定位精度切削表面粗糙度:整个系统配有合适的定位夹具,过下料平台实现板材的过跨运输。下料设备根据工艺需求进行选择和增这即是加工精度和可靠性的保证,也直接影响装夹时间和整个系统生产减传输方式以滴效率的重要因素尽可能设计并使用组合夹具和柔性夹具,组合夹具实42发动机柔现单一夹具安装多个零件,减少托盘和刀具的更换次数,柔性夹具提高发动机箱体H中国煤化工动排放和收集CNMHG等5大件的加工又是夹具的通用性。发动机制造的核心,选择合适的生产设备是保障产能、质量的关键刚性1050日动生广线曾经是发动机丿的具备定生产规模后的首选,但随着发动|很难实现机产品更新换代速度加快刚性生产线已尢法满足企业需求,更具适应(6)零件在生产线中的流向十分复杂排列组合的可能性很多,零件性的柔性加工线已成为了当今的主流,它不但可以保证生产效半和精追溯系统十分复杂增加了质量管理和跟踪的难度度,更在产品更新换代时极大的降低了设备改造投入和缩短调整周期,423专机式柔性线为企业带来明显的经济效益去机式柔性线同加工中心与专机组合而成的刚柔生产线并不是一发动机柔性加工线可分为串行柔性线、并行柔性线和专机式柔性个概念,专机式柔性线最主要特点是采用的加工中心是专机式加工中心,其构造结合了自动线和加工中心的特点将机床转化为一个独立的42.1串行柔性线加工单元,消除了专机与加工中心之间的对立,弥补了专机和加工中心串行柔性线是将两套配置相同的设备分别进行串联,形成独立的两之间的鸿沟,是以加工中心和令机的组合形式来加工工件的种新工条线,并联后通过共用的辅机实现串联成整条生产线。艺。专机式加工中心用一个旋转的C轴来装夹工件夹具与专机线或加图3为年产10万缸盖柔性加工线示意图,可以看到,CNC加工线分工中心的类似。在夹具上的工件可以在X、Yz轴间作轴向移动,也可以为A线和B线分别由红色和绿色两色圈示所有加工中心的节拍是·作旋转。月具主轴在夹具周围以U型布置切削时工件向刀具运动专机致的。两线并联后再同中间的辅机串联成整条生产线式加工中心的轴数比专机要少,使得它更简单、可靠,因为减少了换刀时间,生产能力要比加工中心高。它的初期投资和运转周期都要低一些其它优点还包括占地面积小,减少库存、安装和公用设施费用和零件输送卡ma费用等5FMS的发展方向FMS技术日趋成熟,有效的解决了企业生产精度低、质量不稳定、技田3串行柔性线组成单元术工人短缺等问题,其自身也加快向企业渗透的速度,摆脱只是单纯串行无性线的好合设备的加工序是由整条生产线的节拍听确定制造系统的定位与企业管理、生产控制物流运输实现更好的融合,结的加工中心的节拍规划得比系统中的辅机慢一半而使用复线来补足生发排在节拍内完成。为了提高加工中心的利用率,通常在串行柔性线中合企业需和技术发展趋势,以下几点将是FMS在制造工程领域的重要(1)FMC具备投资优势,将迅速发展。因为FMC的投资比FMS少得产能力串行柔性线是比较成熟的工艺规划模式在国内各大发动机生产/多而效果相仿同时国产机床业的发展进一步降低了设备成本,使FMC家应用较多其主要特点是:将被财力有限的中小型企业厂泛使用,成为增强企业实力保证产品质零件在生广线中的流向相对比较简单通常只有A线和B线的|性实具的发展不再局限于发动机,汽车配件等少数行业为其他行业(2)由于节拍的延长,CNC加工中心的利用率较高厂又一选择(3)便于实现手动上下料(2)CIMs完善FMs规划设计。尽管FMS本身是把加工、运储、控制、检测等硬件集成在一起,构成一个完的系统,但对于整个工厂的运行,y如楼实现零件追溯,则追满系统的按入相对较少,迫溯方法简它活只是部分不能同丁厂设计研发节参相尼,很辛易道成资的单虑FMs的各种问题并根据CIMs的总体考虑进行FMs的规划设计,才能并行柔性线如图4所示,整条线上大部分机床为加工中心,A工位充分发择FMS的作用,使整个工厂获得最大效益提高它在市场中的克4.2,2并行柔性线是3台立式加工中心B工位是3台卧式加工中心C工位是2台立式加争能力工中心;整条线的节拍是一定的,同工位的加工中心加工内容一样,节拍(3)子系统进一步提升FMs自动化。刀具管理系统、集中排屑系统、也是相同的但不同工位的加工中心的节拍不定相同。为了尽可能多集中冷却液系统是FMs三大子系统,刀具管理系统是实现加工单元内所的安排加工内容提高加工中心的利用率节拍设置应尽量长。需刀具的调度储存和管理,适时地向加工单元提供所需的刀具同时在线监控刀具状态以实现刀具的及时维护维修或报废,在保证正常生产的御//同时,最大程度地降低刀具成本。集中排屑系统、集中冷却液系统可以是分开两套系统,也可以使二合一系统,对废屑、乳化液进行集中处理,处理屮心可以设在厂房外部,有效的增加厂房生产面积减少投资成本改善生产环境、利于日常维护。C工AB工位图4并行柔性线组成单元组成并行柔性线的每台加工中心的加工内容是由实际理想的加工步骤、定位夹紧方式等确定的,组成每道工序的加工中心的节拍并不完全相同。在确定每道工序的加工内容和节拍后,再根据整条生产线节拍的要求确定每道工序需要的加工中心的数量并行柔性线的主要特点是(1)单台CNC设备的故障对系统的开动率影响很小(2)由于单台设备的节拍不受限制,故加工工艺过程设计相对完美,CNC加工中心的利用率很高投资相对较少(3)生产时如果对某机床进行调试,对产量的彩响较小(4)与串行柔性线相比,可以通过增加单台CNC加工中心实现扩中国煤化工能,生产线分期投入的灵活性更大CNMHG(5)便于随行托板的使用,进一步增加了生产的柔性,但手动上下料1051