浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势

浅析柔性制造技术的现状及其发展趋势内容摘要：

要求；模块化钻床应考虑各钻轴在主轴箱中能否排开。 总之，要综合考虑各种影响因素。 柔性加工设备的加工节拍，要满足生产要求。 按 照被加工零件的工艺要求 ,在初步安排好柔性线中各加工工序的加工内容、加工顺序及所用加工设备后，应逐道工序计算工序节拍，确保工艺方案的工艺节拍协调一致，满足生产要求。 FMS 加工中心应有很大的刀具储备量，使用的加工刀具，不仅要有较高的精度，而且还要有较好的精度保持性，尽量利用耐用度高的新刀具和通用刀具。 同时为保证实现加工中心刀库和后备刀库刀具的顺利交换，加工中心刀库换刀点的刀座位置也必须要有较高的要求。 FMS 中所用的夹具，应尽可能设计成柔性组合式夹具，夹具能够方便的调整和使用，以提高柔性加工线的产品加工能力， 节约夹具制造费用。 FMS 的加工中心或数据控制设备，应选用易掌握的，并且可靠性、统一性都比较高的数控系统。 一个 FMS 中，可能同时使用不同厂家制造的加工设备或者同一厂家制造的不同型号的加工设备。 这些不同厂家、不同型号的加工中心或数控设备，应选用相同的数控系统，以便于加工编程、系统维护和数控操作。 各种设备的程序控制器应带有统一的计算机输入接口，以方便程序的输入和调试。 （二） 柔性制造系统的应用实例 1 、 FMS 在加工回转类零件中的应用 1）加工对象为轴、盘类零件。 2）加工系统为以 5台国产数控机床为基础模 块（ CNC 车床 2 台，数控磨床 1台，立式和卧式加工中心各一台）与 4 台搬运型工业机器人结合构成的加工单元。 3）物流系统采用自动认址感应式无轨小车，机床前设有托板站，系统设有平面托板存储库。 4）控制系统。 （ MAIN CPU）：总体管理和决策控制。 由计算机（ CPU）通过光缆 LAN与各单元、物流系统、控制机和自动编程机等联成控制网络。 （ CCU）：单元生产过程控制。 （ MCU）：物流控制。 （ CNC）：切削加工控制。 ：中心孔清洗和工业 监视电视系统等装置。 FMS 在箱体加工中的应用 1）加工对象为箱体类零件。 2）加工系统是由 3台立式数控机床和 7 台加工中心结合构成的加工单元。 3）物流系统采用无轨导向小车自动完成零件的运送。 4）控制系统。 5) （ MAIN CPU）：总体管理和决策控制。 （ CCU）：单元生产过程控制。 （ MCU）：物流控制。 （ CNC）：切削加工控制。 ：托盘库和装卸站。 零件的识别采用托盘库里托盘编码方式识读。 在装卸站由工人完成零件装卸，采 用无轨导向车自动完成零件的运送。 零件加工切削由地下冷却液和切削系统集中处理，冷却液可循环利用。 机床主轴和机床刀库之间自动换刀，机床刀库和外界换刀、 测量和检验都是在每道工序加工完成后由人工进行。 采用本系统后，获得的主要效益是提高机床利用率 50%，缩短生产周期 35%。 提高了产品的质量，保证了产品质量的一致 6 性。 拖拉机零件加工用柔性制造系统 1）加工对象：约 10 种拖拉机变速箱体，批量为 50～ 2020 件。 材料是压铸铝件、铸铁件和压铸铸铁件等。 2）系统概要：它是以加工中心为主体组成的柔性制造系统。 设备有加工中 心 6 台，数控双头铣床 1 台，清洗装置 1台，数控自动测量机 1台，搬运设备 1套，控制装置 1 套，中央显示屏 2套。 ：鉴于该柔性线的工件是箱体类，铣削加工多，因此，为了提高切削效率，配备了高刚性双端面铣床。 另外还配备了数控自动测量机，用气动内径测量内径，并把测量结果反馈给系统，以确保加工质量。 ：采用环形驱动式辊子传送带。 在工件装卸传送带处，工人把工件装到循环托盘上。 每个循环托盘设有编码器，通过读取该编码器的相应号，可以知道装在循环托盘上的工件种类、批量号、加工工序以及该循环托盘的去向，并 可调出相应的加工程序进行加工。 二、 柔性制造技术在汽车 及航空工业 中的应用 （一）汽车业对柔性制造技术应用的现状 美国、日本、前苏联、德国等发达国家在 20 世纪 60 年代末至 70 年代初，先后开展了柔性制造技术以及装备的研制工作。 1976 年，日本法纳科公司展出了由加工中心和工收机器人组成的柔性制造单元，为发展柔性制造提供了设备基础。 20 世纪 80 年代，随着柔性制造技术的成熟，柔性制造得到了迅速发展，并主要应用于飞机、汽车制造。 依靠计算机、加工中心和数控机床组成的柔性自动加工系统，使汽车收由单一品种、大批量的生产方式 ，转向中小批量、多品种、适应市场要求的精益生产方式，也使汽车生产企业的经济效益和管理水平大大提高。 在国外汽车工业中，主要汽车生产厂商如通用、福特、宝马、奔驰、丰田、大众、雷诺、沃尔沃等公司都采用了柔性制造系统。 例如，美国福特汽车公司在加拿大的一个发动机厂，在同一条自动线上对 、 发动机和 发动机实现随机混流生产 (年产 65 万台 )：而通用汽车公司的传动系部门于 1993 年开始做同样的准备，采用 FMS，以满足变速器类壳体零件多品种的制造要求：根据 1983 年出版的《丰田生产力方式的新发展 》，该公司在 3 个月内的汽车产量为 36400 辆，共 4 个基本车型， 32100 个型号，平均每个型号的产量约为 12 辆，产量最多的型号也只有 17 辆，最少的则只有 6辆。 日本汽车业在 20世纪 70 年代开始大力发展柔性制造，到 1987 年己经形成较大规模，拥有数控机床 2万余台、柔性制造生产线 21 条。 据日本通产省第 8 次特定机械设备统计调查表明，以汽车制造业为核心的输送机械制造业， 1987 年拥有 FMS31 条， 199 年增加到 818 条。 尤其是大型汽车制造企业， FMS 采用的最多，占 7 年间增加总量的 41%。 柔性制造为日本汽车工业生产率追 上并超过美国创造了条件。 日本汽车在国际市场上畅销不衰与它的柔性化制造密切相关。 随着各类先进加工技术的相继问世，柔性制造技术本身也在不断完善和提高。 如瑞士的一家工业公司采用了由激光加工中心及 CNC 自动车床和自动磨床组成的柔性制造单元，该单元由于改用激光加工中心来代替原来的铣床，生产率提高了很多倍，而且产品精度高、质量好。 以数控加工为例，为向柔性制造提供基础设备，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，而且还应具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头 (有时带坐标变换 )、自动误差补偿、自动诊断、进线和联 网功能，特别是依据用户的不同要求，方便灵活地配置和集成。 各种相关技术的不断进步，促使柔性制造规模不断扩大，将对汽车生产产生深刻影响。 7 （二）汽车制造业对柔性化的要求 在工业化国家中， FMS 作为迈向工厂自动化的第一步，已获得了实际的应用。 它的应用，圆满地解决了机械制造高自动化和高柔性之间的矛盾。 近年来，柔性化生产制造方式越来越流行，不断地渗透到众多产品密集型制造行业中。 从实际应用上来说，它解决了长期以来多品种小批量加工自动化的难题，也能够适应产品不断更新的需求，因此广受众多厂家欢迎，在汽车零部件制造 业内尤为突出。 中国已成为世界上柔性自动生产线（简称 FTL）应用最热和进口最多的国家，目前已经安装超过 100 条生产线，每条的单价约为 亿元人民币。 设备开动后的好处非常明显，大大缩短了交货周期，产量提升也快很多，这主要归功于整条生产线工艺成熟，柔性很强。 柔性生产线必须能完成多种加工，有利于实现批量生产、降低库存费用和提高设备利用率；在操作上，当机器出现故障时，也易于实现动态调度。 汽车业界对柔性化的具体要求，除了生产柔性外，还包含产品柔性和市场柔性。 （三） 柔性制造技术在航空工业中的应用 80 年代 中期，世界主要飞机公司几乎都应用了柔性制造系统。 我国航空工业，在一些主机企业，虽然也有数控车间或数控设备，但整体上仍然是以机械加工和手工操作为主的传统机械化、半机械化制造技术，与国际制造业的技术差距还是很大的，这也正是制约我国航空工业快速发展的主因。 用柔性生产取代传统生产，特别是应用精益生产取代传统的粗放生产方式，柔性生产可在大幅提升航空产品生产的核心竞争力上发挥突破性作用。 世界上德、英、法、美等国，早在 80 年代中期开始，就已在飞机生产中广泛应用柔性生产方式。 在国内，上海已拥有国内第一条国际先进水平的柔性生 产线，柔性生产已涵盖冲压、机身、油漆、总装、发动机、变速箱等动力总成制造全过程，他们可在同一条线上同时生产四种不同平台的车型产品，不仅如此，他们还把柔性生产系统延伸到各主要零部件供应商，可以使零部件直接送到自己的生产线工位立即装配，因而省去库存。 他们的柔性生产目标是：通过企业自身和上下游供应和销售 IT 系统实现 100％按经销商的订单生产、销售并零库存，从 T 订单到整机下线的生产周期平均 1014天。 由此可见，我国航空工业的飞机生产也只有走柔性生产之路才能站在市场竞争的前沿，立于不败之地。 航空工业和汽车工业的需 求强劲地推动了 FMS。