第6章柔性制造技術

柔性制造技術概述柔性制造技術的加工系統FMS的物料運儲系統FMS刀具管理系統FMS的控制系統主要內容：12/25/20231現代制造技術第1節柔性制造技術概述柔性制造技術〔FMT——FlexibleManufacturingTechnology〕是集數控技術、計算機技術、機器人技術、現代管理技術為一體的現代制造技術，主要用于多品種小批量或變批量生產。

1.柔性制造技術與柔性制造系統

柔性制造系統〔FMS〕是數控機床或設備自動化的延伸，FMS的一般定義可以用以下三方面來概括；FMS是一個計算機控制的生產系統；系統采用半獨立的NC機床；這些機床通過物料輸送系統聯成一體。其中，數控機床提供靈活的加工工藝，物料輸送系統將數控機床互相聯系起來，計算機那么不斷對設備的動作進行監控、檢測，同時提供控制指令并進行工程記錄，還可通過仿真來預示系統各部件的行為。柔性制造系統是柔性制造技術的主要應用形式。12/25/20232現代制造技術

2.柔性制造系統的分類(1)柔性制造單元(FMC——FlexibleManufacturingCell〕由單臺計算機控制的數控機床或加工中心、環形托盤輸送裝置或工業機器人組成。FMC比MC功能全，比FMS規模小可靠，便于連成功能可擴展的FMS。(2)柔性制造系統〔FMS〕它由兩臺或兩臺以上的數控機床或加工中心或柔性制造單元所組成,配有工件自動上下料裝置〔如托盤交換裝置、機器人〕、自動輸送裝置、自動化倉庫等,由計算機控制系統進行加工控制、方案調度安排及工況監測。

12/25/20233現代制造技術(3)柔性制造生產線(FML--FlexibleManufacturingLine)是在已有的傳統組合機床及其自動線根底上開展起來的，用計算機控制管理，保存了組合機床模塊結構和高效特點，又參加了數控技術的有限柔性。它將FMS中的各機床按工藝過程布局,構成既具有生產節拍,又具有可變性的加工生產線,是剛性自動線與柔性制造系統的一種結合。12/25/20234現代制造技術

(4)柔性制造工廠(FMF)又可稱為工廠自動化(FA)。它是將多條FMS連接起來，配以自動化立體倉庫，用計算機系統進行有機地聯系，采用從訂貨、設計、加工、裝配、檢驗、運送至發貨的完整FMS。它也包括了計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)，并使計算機集成制造系統(CIMS)投入實際使用，實現全廠范圍的生產管理、產品加工及物料儲運過程的全盤自動化。FMF是自動化的最高水平，反映出世界上最先進的自動化應用技術。它是將制造、產品開發及經營管理的自動化連成一個整體，以信息流控制物質流的智能制造系統(IMS)為代表，其特點是實現生產系統柔性化及自動化，進而實現工廠柔性化及自動化。

12/25/20235現代制造技術3.柔性制造系統的組成柔性制造系統加工系統運儲系統控制與管理系統加工設備輔助設備檢測設備工件流刀具流過程控制過程調度過程監視含兩臺以上數控機床、加工中心或柔性制造單元及其他加工設備，如測量機、清洗機、動平衡機等，用以自動完成多種工序加工

含傳送帶、小車、機器人、立體倉庫、刀庫、托盤、交換工作臺等機構，能對刀具、工件和原材料等進行自動裝卸和運儲

實現加工系統和物流系統的自動控制和作業協調，在線資料自動采集和處理，運行仿真及故障診斷等軟件系統方案調度軟件設計規劃軟件過程分析軟件管理監控軟件用以確保FMS有效地適應中、小批量多品種生產過程的管理、控制及優化工作

12/25/20236現代制造技術◆

柔性制造系統的組成示意圖

FMS的組成自動倉庫工廠計算機中央計算機物流控制計算機運輸小車加工單元1加工單元2加工單元n信息傳輸網絡工夾具站12/25/20237現代制造技術◆以GT(成組技術〕為根底

4.柔性制造系統特點生產零件的品種由4至100種不等（20--30種居多）生產零件的批量由40至2000件不等（50--200件居多）大部分加工對象為相似零件（個別例外）◆具有較大柔性可加工多種零件沒有固定的生產節拍故障可容（一臺機床出現故障，其它機床可進行擬補）◆高度自動化

除毛坯準備與毛坯安裝外全部自動化 可在不停機的條件下實現加工工件的自動轉換 24小時運行，只一班有人◆控制與管理相結合——可自動實現系統內的方案、調度12/25/20238現代制造技術5.柔性制造系統的適用范圍0101001000

少零件品種數多10000100010010大零件批量小數控機床通用機床柔性制造單元柔性制造系統柔性制造生產線專用機床自動線生產率提高柔性增大12/25/20239現代制造技術1.加工系統中常用的加工設備常用加工設備主要類型如下:按工藝用途可分為:鏜銑加工中心、車削加工中心、鉆削加工中心、攻螺紋加工中心及磨削加工中心等。按主軸的空間位置可分為:立式加工中心、臥式加工中心、立臥兩用〔也稱萬能、五面體、復合〕加工中心。第2節柔性制造技術的加工系統

FMS是一個計算機化的自動制造系統，能以最少的人工干預加工任一范圍零件族的零件。因此，FMS的加工系統主要由數控機床、加工中心等加工設備(有的還帶有工件清洗、在線檢測等輔助設備)構成，系統中的加工設備在工件、刀具和控制三個方面都具有可與其他子系統相連接的標準接口。12/25/202310現代制造技術如下圖加工中心是典型的適應FMS需要的加工中心機床。它由主軸頭1、換刀機構和刀庫2、立柱3、立柱底座4、回轉工作臺5、工作臺底座6等局部組成，具有自動換刀、刀具半徑和長度自動補償等功能。臥式加工中心1—主軸頭；2—刀庫；3—立柱；4—立柱底座；5—工作臺；6—工作臺底座12/25/202311現代制造技術以下圖為一臺車削加工中心，在機床的右端有一個小刀庫1；上端有換刀機械手3，用于回轉刀架2與刀庫刀具的交換；機床左端配備一個上、下工件的機械手4，工件存放在機床左前方的存儲站5內。12/25/202312現代制造技術在FMS加工系統中還有一類加工中心，它們配有一個儲存工件的托盤站和自開工件交換臺，如圖示。當加工中心1加工完一個工件后，托盤交換裝置5便將加工完的工件連同托盤2一起拖至環形工件臺4的空閑位置，然后按指令將下一個待加工的工件(托盤)轉到交換裝置上，由托盤交換裝置將它送到機床上進行定位夾緊和加工。柔性制造單元1—加工中心機床；2—托盤；3—托盤座；4—環形工作臺；5—托盤交換裝置12/25/202313現代制造技術2.FMS加工系統的機床配置〔1〕FMS的加工對象及所配機床類型1)棱柱體類〔包括箱體形、平板形〕2)回轉體類〔長軸形、盤套形〕對加工系統而言,用于加工棱柱體類工件的FMS由立、臥式加工中心,數控組合機床和托盤交換器等構成；用于加工回轉體類工件的FMS由數控車床,車削中心,數控組合機床和上下料機械手或機器人及棒料輸送裝置等構成。

加工系統的結構形式以及所配置的機床的數量、規格、類型取決于工件的形狀、尺寸和精度要求，同時也取決于生產的批量及加工自動化程度。

12/25/202314現代制造技術當所選定零件組的全部工序可以被一種機床獨立完成時，FMS可以只配置數量足夠的相同型號機床，這些機床之間是可以相互代替的。〔2〕機床配置形式:1)互替式〔并聯〕2)互補式〔串聯〕3)混合式〔并串聯〕當所選定零件組的全部工序不能被一種機床獨立完成時,FMS需要配置幾種不同型號的機床,各自完成特定的工作,這些機床之間是互相補充的,不能相互替代。12/25/202315現代制造技術◆機床配置形式與特征比較配置形式互替式互補式混合式簡圖生產柔性低中高生產率低高中技術利用率低中高系統可靠性高低中投資強度比高低中說明:配置形式取決于機床功能、FMS的物料流和信息流，而非取決于設備的物理布局。12/25/202316現代制造技術3.FMS加工系統的輔具及自動上、下料裝置〔1〕機床夾具由于FMS所加工的零件類型多，其夾具的結構種類也多種多樣。一臺好的夾具應能實現一次裝夾便可完成所有部位的加工，減少裝夾定位次數，防止不必要的累積誤差.目前，用于FMS的夾具有兩個開展趨勢，其一是大量使用組合夾具，可針對不同的效勞對象快速拼裝出所需要的夾具，使夾具的重復利用率提高；其二是開發柔性夾具，使一臺夾具能為多個對象效勞.圖示為德國斯圖加特大學機床研究所利用雙向旋轉原理所研制的柔性夾具。1—液壓缸；2—夾緊元件3—支撐元件；4—定位元件12/25/202317現代制造技術〔2〕托盤

在FMS中，工件一般安裝在夾具上，而夾具又被安裝在托盤上,因而托盤是工件和夾具的承載體。當工件在機床上加工時,托盤成為機床工作臺并支撐工件；運輸時,托盤又承載著工件和夾具在機床之間進行傳送。從某種意義上說,托盤是一種工件和機床之間的硬件接口。因此,在同一個FMS之間的所有機床,不管各自的形式如何,都必須采用這種統一的接口,使各臺機床連接成為一個整體系統,這就要求系統中的所有托盤采用同一種結構形式。

托盤結構有箱式、板式等。托盤的上外表有便于工件安裝的T型槽、矩陣螺孔，下外表有供在機床工作臺上定位的基面和輸送基面，其在機床工作臺上定位通常是采用錐面定位。12/25/202318現代制造技術〔3〕自動上、下料裝置自動上、下料裝置是指機床與托盤站之間工件／托盤的裝卸裝備，加工中心中最常見的自動上、下料裝置是托盤交換器〔AutomaticPal1etChanger—APC〕,它不僅是加工系統與物流系統間的工件輸送接口，還可作為工件的暫時儲存器，當系統阻塞時起到物流系統工件緩沖站的作用。托盤交換器按其運動方式有回轉式和往復式兩種。12/25/202319現代制造技術以下圖是多托盤的往復式托盤交換器。它由托盤庫和托盤交換器組成，托盤庫可以存放五個托盤。當機床加工完后，工作臺橫向移動到卸料位置，將加工好的工件及其托盤移至托盤庫的空位上；然后工作臺橫移至裝料位置，托盤交換器再將待加工的工件移至工作臺上。由于設置了托盤交換器，工件的裝卸時間得到了大幅度的縮減。12/25/202320現代制造技術4.加工系統的監控

通信及接口、數據采集與交換、與系統內各設備間的協調、與系統外的協調、NC控制、PLC控制、誤動作、加工時間、生產業績、故障診斷、故障預警、故障檔案、過程決策與處理等機床

主軸轉動、主軸負載、進給驅動、切削力、振動、噪聲、切削熱等夾具安裝、精度、夾緊力等

刀具識別、交換、損傷、磨損、壽命、補償等工件識別、交換、裝夾等

其它切屑、切削液、溫度、濕度、油壓、氣壓、電壓、火災等形狀精度、尺寸精度、表面粗糙度、合格率等監控功能

設備運行狀態

切削加工狀態

產品質量狀態12/25/202321現代制造技術第3節FMS的物料運儲系統

物流是FMS中物料流動的總稱。在FMS中流動的物料主要有工件、刀具、夾具、切屑及切削液。

物料運儲系統又稱物流系統,主要完成兩種工作：一是將零件毛坯、原材料、工具和配套件等由外界搬進系統并將加工好的成品及工具換下來從系統中搬運走；二是零件、工具和配套件等在系統內部的搬運和存儲。在一般情況下前者需要人工干預，而后者可以在計算機的統一管理和控制下自動完成。合理地選擇FMS的物料運儲系統，可以大大減少物料的運送時間，提高整個制造系統的柔性和效率。12/25/202322現代制造技術1.FMS的物料運儲系統的組成主要由:運輸裝置儲存裝置等組成。12/25/202323現代制造技術(1)運輸裝置

運輸裝置分類如下:輥式鏈式（輸送帶由于柔性差，目前較少使用）帶式有軌無軌（AGV）固定路線隨機路線電磁式光電式……輸送帶運輸小車機器人固定式機器人行走式機器人12/25/202324現代制造技術1)輸送帶用于工件或工件托盤的輸送，輸送帶分為動力型和無動力型；從結構方式上分有輥式、鏈式、帶式之分；從空間位置和輸送物料的方式上分又有臺式和懸掛式之分。輥式鏈式帶式12/25/202325現代制造技術2)自動運輸小車有軌小車----所謂有軌是指有地面或空間的機械式導向軌道。分地面有軌小車和高架有軌小車。也可有自驅和它驅兩種形式。自驅由交直流伺服電機驅動，它驅由外部鏈索牽引。有軌小車特點是加速移動比較快，適合運送重型工件，行走平穩，停車位置比較準確，控制系統較簡單，可靠性好，本錢低，行走路線不能變更，噪聲大；12/25/202326現代制造技術無軌小車—-自動導向小車(AGV--AutomaticGuidedVehicle)無軌小車是一種利用微機控制的,能按照一定的程序自動沿規定的引導路徑行駛,并具有停車選擇裝置、平安保護裝置以及各種移載裝置的輸送小車。自動導向小車無人駕駛，以蓄電瓶驅動物料搬運設備，其行駛路線和停靠位置是可編程的。由運輸小車、地下電纜、控制器組成。行走路線分直線、分支、環路或網狀。小車上設有托盤交換裝置和平安防護裝置.12/25/202327現代制造技術3)搬運機器人搬運機器人是FMS中非常重要的一種設備，由于它具有較高的柔性和較強的控制水平，因而已成為FMS中不可缺少的局部。除了上述三種常用的物料運載裝置之外，在FMS中往往還采用如支架式起重機、物料叉車等物料運送工具。自動化物料儲運設備的選擇與生產系統的布局和運行直接相關，要與生產流程和生產設備類型相適應，它對生產系統的生產效率、復雜程度、資金占用和經濟效果都有較大的影響。12/25/202328現代制造技術〔2〕物料存儲設備1〕工件裝卸站工件裝卸站設在FMS的入口處，用于完成工件的裝卸工作。由于裝卸操作比較復雜，通常由人工完成對毛坯和待加工零件的裝卸。為了方便工件的傳送以及在各臺機床上進行準確的定位和夾緊，通常先將工件夾緊在專用的夾具中，然后再將夾具夾持在托盤上，這樣，完成裝夾的工件將與夾具和托盤組合成為一個整體在系統中進行傳送。2〕托盤緩沖站托盤緩沖站是一種待加工零件的中間存儲站，也稱為托盤站。由于FMS不可能像單一的流水線/自動線那樣到達各機床工作站的節拍完全相等，因而防止不了會產生加工工作站前的排隊現象，托盤緩沖站正是為此目的而設置的，起著緩沖物料的作用。托盤緩沖站一般設置在加工機床的附近，可存儲假設干只工件/托盤組合體。假設機床發出已準備好接受工件的信號時，通過托盤交換器便可將工件從托盤緩沖站送到機床上進行加工。12/25/202329現代制造技術3〕自動倉庫又稱立體倉庫或自動化倉庫系統〔AutomatedStorageandRetrieva1System一AS／RS〕,由高層料架、堆垛機、控制計算機和物料識別裝置等組成。具有自動化程度高、料位空間尺寸和額定存放重量大、料位總數可根據實際需求擴展、占地面積小等優點。自動倉庫運輸小車出入庫裝卸站堆垛機料架12/25/202330現代制造技術2.物料運儲系統的根本回路在FMS物料運儲系統中，物料運送線路的布局往往是一個比較復雜的問題，其主要原因為：①運輸路線較長，柔性很大的機器人無法使用；②運送物料的種類多，除了工件之外，至少還需考慮刀具運輸問題。由于多種物料同時運輸，因而影響運輸系統的結構和管理方法，③連接點的性質不一，除通常的加工工作站作為連接點之外，往往還需要連接自動化倉庫、裝卸站、托盤緩沖站以及各種輔助處理工作站。由于連接點的工作性質不同，使輸送路線、位置以及交換設備各不相同。盡管如此，但經分析可知，它們必定是由通過連接點、分支點和匯總點的一些根本回路組成的。12/25/202331現代制造技術FMS中物料運儲系統的根本回路可分為以下五種形式：12/25/202332現代制造技術用根本回路設計的物流系統,可使系統的線路規格化,有利于系統的擴展。實際應用中的FMS運儲系統常常采用以下幾種根本回路的組合形式:12/25/202333現代制造技術12/25/202334現代制造技術3.自動導向小車(AGV)簡介(AutomaticGuidedVehicle)是一種由計算機控制的，按照一定程序或軌道自動完成運輸任務的運輸工具。AGV是當前FMS中的主要運輸設備和裝置，它具有運行速度快、運載能力強、定位精度高、平安可靠、維修方便等優點。如下圖，AGV的主體是無人駕駛小車，小車的上部為一平臺，平臺上裝備有托盤交換裝置，托盤上夾持著夾具和工件，小車的開停、行走和導向均由計算機控制，小車的兩端裝有自動剎車緩沖器，以防意外。12/25/202335現代制造技術〔1〕AGV的系統組成AGV系統主要有運輸小車、地板設備及系統控制器等三局部組成。1)較高的柔性2)實時監視和擴展3)平安可靠4)維護方便5)制造本錢高，技術難度較大?！?〕AGV的特點12/25/202336現代制造技術〔3〕AGV的分類按導向方法的不同可將AGV分為以下幾種類型：1)有軌小車有軌小車是通過鋪設的鐵軌進行運動的，它可以很方便地在同一軌道上來回移動。有軌小車的移動速度和加速過程都比較快，負載能力比其他所有AGV小車都大，短距離移動時它的機動性能比較好，?？繙蚀_，易于與傳統設備結合。其缺乏之處是，一旦導軌鋪設好后就不便改動，此外轉彎的角度亦不能太小。

12/25/202337現代制造技術2)線導小車線導小車是利用電磁感應制導原理進行導向的。如圖示，除了驅動系統外，小車前部裝有一對掃描線圈。當埋入地溝內的導線通以低頻交變電流時，在導線周圍便形成一個環形磁場。當導線從小車前部兩個掃描線圈中間通過時，兩個掃描線圈中的感應電勢相等，當小車偏離軌道時，掃描線圈就會產生感應電勢差，其電勢差經放大后反響給轉向制導電動機，使AGV朝向減少誤差的方向偏轉，直至電勢差消除為止，從而保證小車始終沿著導線方向運行。12/25/202338現代制造技術3)光導小車光導小車是采用光電制導原理進行導向的。通常采用一種帶有熒光材料的油漆或色帶在地板上繪制出運輸路線圖，小車上安裝有光源及光敏元件，小車運行時，由車上的光源發出的光束照射在地板上，小車內的光敏元件接受反射光，通過光電信號的轉換產生路線識別信號，從而控制小車沿著繪制的路線運行。這種制導方式的優點是改變路線非常容易，但對環境的要求比較嚴格，因此只適用于實驗室等環境非常潔凈的場合。

12/25/202339現代制造技術沿小車預定路徑在地面上粘貼易反光的反光帶〔鋁帶或尼龍帶〕，小車上裝有發光器和受光器,其發出的光經反光帶反射后由受光器接受，并將該光信號轉換成電信號控制小車的舵輪?！蚬鈱W引導方式原理〔光導小車〕信號孔感光元件光道光源反光帶

光學引導原理12/25/202340現代制造技術4)遙控制導小車這種小車沒有傳送信息的電纜，而是使用無線電或激光發送和接收設備來傳送控制命令和信息。這種小車的活動范圍和路線根本不受限制，具有柔性高、擴展性好、對環境要求不高等優點。但其控制系統和操縱系統較為復雜，目前還處于實驗研究階段。相信隨著激光制導技術的進一步開展，這種遙控制導小車可望不久將會投入實際應用。12/25/202341現代制造技術

4.自動化倉庫

自動化倉庫在FMS中占有非常重要的地位,以它為中心組成了一個毛坯、半成品、配套件或成品的自動存儲／檢索系統。在管理信息系統的支持下,自動化倉庫與加工系統、運載設備等一道成為FMS的重要支柱。

自動化倉庫一般由貨架、堆垛機以及計算機控制系統三局部組成?！?/p>

貨架貨架是倉庫的主體結構，是存放物料的場所。FMS的自動化倉庫屬于專用性車間級倉庫，也即針對既定的產品類型存放毛坯、原材料、半成品、成品以及各種工藝裝備。

自動化倉庫內物料按品類和細目分別存放在貨架的一個個儲存籠內，每個儲存籠均有固定的地址編碼，每種物料也都編有物料碼，這些代碼按一一對應的關系存儲在計算機內，這樣可方便地根據儲存籠的地址查找所存放的物料代碼，也可根據物料代碼反過來找到它的存儲地址。12/25/202342現代制造技術圖示為FMS中常見的物料存儲裝置

〔a〕立體倉庫〔b〕水平回轉型自動料架〔c〕垂直回轉型自動料架〔d〕緩沖料架12/25/202343現代制造技術★

堆垛機

一般由升降工作臺、移動電動機、支柱、上下導軌以及位置傳感器構成。移動電動機能夠驅動堆垛機沿巷道進行前后移動,一旦堆垛機找到需要的貨位,就可以將物料或貨箱自動推入貨架的儲存籠內,或將貨箱和物料從貨架的儲存籠中拉出。12/25/202344現代制造技術

自動化倉庫的計算機控制系統主要擔負以下的三項任務：識別和登錄物料信息、物料的自動存取控制、倉庫管理。

(1)識別和登錄物料信息FMS中物料的活動與物料的信息在整個物料處理過程中是同步的，就是說物料從準備入庫到物料完成加工，物料本身的信息與其代碼、存放地址和工藝流程等信息結合在一起，隨著物料的流動始終由計算機進行跟蹤，并不斷更新物料的有關信息，以記錄它的當前狀況。這種物料信息網要求自動倉庫計算機控制系統在物料入庫時，就必須對物料進行識別和登錄，這種識別和登錄是FMS中物料流和信息流結合的開始。FMS中物料的識別通常通過條形碼來實現。

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計算機控制系統12/25/202345現代制造技術(2)物料的自動存取控制自動化倉庫的入庫、搬運和出庫等工作都是由倉庫計算機控制系統進行控制的。物料入庫時，由于管理員已將物料存放的地址通過條形碼輸入到計算機，因而計算機便可方便地控制堆垛機進行移動，自動檢索待存放物料的存儲地址，一旦到達指定地址后，堆垛機便停止移動，并將工件推入存儲籠內。當物料要出庫時，由管理員輸入待取的物料代碼，由計算機查找出物料的存放地址，再驅動堆垛機進行移動檢索，到指定地址的存儲籠內取出所需物料，并送出倉庫。(3)倉庫管理計算機控制系統可對全倉庫進行物資、賬目、貨位以及其他物料信息的管理，定期或不定期地打印各種報表。當系統出現故障時，還可以通過總控制臺的操作按鈕進行“動態改賬和信息修正〞，并判斷出發生故障的巷道，及時對發生故障的巷道進行封閉，以待管理人員從事修復工作。12/25/202346現代制造技術大型立體倉庫的功能框圖如下圖。12/25/202347現代制造技術12/25/202348現代制造技術第4節FMS刀具管理系統

1.FMS的刀具管理系統的組成及其作業過程

典型FMS的刀具管理系統如下圖,通常由刀庫系統、刀具預調站、刀具交換裝置以及管理控制刀具流的計算機組成。12/25/202349現代制造技術FMS的刀庫系統包括機床刀庫和中央刀庫兩個獨立局部，機床刀具庫存放加工單元當前所需要的刀具，其刀具容量有限，一般存放40--120把刀具；而中央刀具庫的容量很大，有些FMS的中央刀具庫可容納數千把各種刀具，可供各個加工單元共享。刀具預調站一般設置在FMS之外，用于對加工中所使用的刀具按規定要求進行預先調整。刀具裝卸站是刀具進出FMS的門戶，其結構多為框架式，是一種專用的刀具排架。刀具交換裝置是一種在刀具裝卸站、中央刀具庫和機床刀具庫之間進行刀具傳遞和搬運的工具。12/25/202350現代制造技術FMS的刀具管理系統的作業過程可大致描述如下：刃磨好的專用刀具或買來的標準刀具在進入FMS之前，首先由人工將刀具與標準刀柄刀套進行組裝，然后在刀具預調站由人工通過對刀儀對刀具進行預調，測量有關參數，再將刀具的幾何參數、刀具代碼以及其他有關信息輸入到刀具管理計算機。預調好的刀具，一般是由人工搬運到刀具裝卸站，準備進入系統。根據刀具管理計算機的指令，刀具交換裝置將刀具從刀具裝卸站搬移到中央刀具庫，以供加工時調用，同時再根據生產方案和工藝規程的要求，從中央刀具庫將各加工單元需求的刀具取出，送至各加工單元的刀具庫。工件加工完成后，如發現某些刀具暫時不再使用，根據刀具管理計算機的指令，刀具交換裝置將這些已使用過的刀具從各個加工單元刀具庫中取出，送回中央刀具庫，如發現有一些刀具需要重磨、重新調整以及斷裂報廢的，刀具交換裝置可直接將它們送至刀具裝卸站進行更換和重磨，否那么就存儲在中央刀具庫，供下次某個加工單元需要時調用。送至刀具裝卸站的刀具，一般都是需要重磨、重調或報廢的刀具。12/25/202351現代制造技術2.刀具的交換

FMS的刀具交換包含三個方面的內容：①加工機床刀具庫與工作主軸之間的刀具交換②刀具裝卸站、中央刀庫以及各加工機床刀庫之間的刀具交換③運載工具(如AGV)的刀架與機床刀庫之間的刀具交換。

(1)自動換刀裝置FMS中的所有加工中心都備有自動換刀裝置(ATC)，用于將機床刀庫中的刀具更換到機床主軸上，并取出使用過的刀具放回到機床刀庫。機械手是常見的自動換刀裝置，它具有靈活性大、換刀時間短的特點。12/25/202352現代制造技術

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換刀機械手結構示意

從刀庫中挑選所需刀具常用的方法有：順序選擇法刀具編碼法刀座編碼法

換刀常用雙臂式機械手,其手爪結構形式有鉤手、抱手、伸縮手和叉手12/25/202353現代制造技術◆加工中心刀庫加工中心的刀庫有鏈式、盤式和轉塔式等根本類型。12/25/202354現代制造技術(2)刀具輸送裝置

在FMS的刀具裝卸站、中央刀庫以及各加工機床之間進行遠距離的刀具交換，必須有刀具運載工具的支持。刀具運載工具如同工件的運載工具一樣也有許多種類，常見的有換刀機器人和刀具輸送小車(AGV)。假設按運行軌道的不同，刀具運載工具也可分為有軌和無軌兩種。無軌刀具運載工具價格昂貴，而有軌的價格相對較低，且工作可靠性高，因此在實際應用系統中多采用有軌的換刀裝置。有軌刀具運載工具又可分為地面軌道和高架軌道兩種。高架軌道的空間利用率高，結構緊湊，但技術難度較地軌式結構要大一些。高架軌道一般采用雙列直線式導軌，平行于加工中心和中央刀庫布局，這樣便于換刀機器人在加工中心和中央刀庫之間進行移動。為了能使換刀機器人方便地到達中央刀庫的每一個角落，高架導軌一般都比較長。12/25/202355現代制造技術以下圖示為高架導軌的刀具交換裝置，其核心局部為換刀機器人，它由縱向行走的橫梁、橫向移動的滑臺、垂直升降體、手臂旋轉關節和手爪五局部組成.1——縱向導軌；2——橫梁；3——滑臺；4——換刀機器人12/25/202356現代制造技術刀具的輸送路線主要有直線型和環型兩種形式，如下圖。為了防止與工件的輸送路線發生干預，要求刀具運輸路線與工件運輸路線分開。(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線(a)直線型刀具自動輸送系統(b)環形刀具自動輸送線12/25/202357現代制造技術(3)裝載刀架與機床之間的刀具交換

將刀具由AGV裝載刀架自動裝入機床刀庫的方法通常有以下幾種形式；

1)利用機床主軸作為過渡裝置,解決把刀具由AGV裝載刀架自動裝入機床刀庫的問題。

2)采用專門的刀具取放裝置。

3)在AGV上附設一小機器人,當AGV到達一個目標時,由附設的機器人進行刀具交換操作。如圖示

4)將機床刀庫作為交換對象進行刀具交換。1—AGV；2—裝載刀具；3—機器人；4—機床刀庫

12/25/202358現代制造技術3.刀具監控和信息管理(1)刀具監控刀具監控主要是為了及時地了解每時每刻所使用的刀具因磨損、破損而發生的性質的變化。目前，刀具的監控主要從刀具壽命、刀具磨損、刀具斷裂以及其他形式的刀具故障等方面進行。刀具壽命值可以用計算法或試驗方法求得，求得的壽命值記錄在各刀具文件中。當刀具裝入機床之后，通過計算機監控系統統計各刀具的實際工作時間，并將這個數值適時地記錄在刀具文件內。管理員根據這些報告，查詢有關刀具的供貨情況，并決定當前刀具的更換方案。刀具磨損或破損的監測，需要采用專門的監測裝置。目前，學術界探索了許多刀具磨損或破壞的監測方法，有利用切削力、切削力矩、切削功率對刀具磨損進行監測的，也有利用噪聲頻譜、紅外發射、探針測量等方法進行監測的，其中的許多方法已在現場得到實際使用。12/25/202359現代制造技術(2)刀具的信息管理系統

由于FMS中所使用的刀具品種多、數量大、規格型號不一,因而涉及的信息量較大。例如,我國鏜銑類數控機床TSG82刀具系列就有12大類,45個品種,674個規格(見圖6.26)。所有這些刀具信息都需要集中統一地加以管理,才能有序地為FMS正常生產效勞。12/25/202360現代制造技術為了便于刀具信息的輸入、檢索、修改和輸出控制,FMS以數據庫形式對刀具信息