加工设备的要求及配置优化

1）FMS对加工设备的要求

一般来说，不是任何加工设备都可以纳入FMS运行的，FMS对集成于其中的加工设备的具体要求如下：

（1）工序集中。这是FMS中机床最重要的特点。由于柔性制造系统是高度自动化的制造系统，价格昂贵，因此要求加工设备的数目尽量少，并能接近满负荷工作。此外，加工工位少可以减轻工件流的输送负担，还可保证工件的加工质量。所以工序集中成为柔性制造系统中的机床的主要特征。

（2）高柔性与高生产率。为了满足生产柔性化和高生产率要求，近年来在机床结构设计上形成两个发展方向：柔性化组合机床和模块化加工中心。柔性化组合机床又称“可调式机床”，如自动更换主轴箱机床和转塔主轴箱机床。这就是把过去适合大批量生产的机床进行柔性化。模块化加工中心就是把加工中心也设计成由若干通用部件、标准模块组成，根据加工对象的不同要求组合成不同的加工中心。

（3）易控制性。柔性制造系统是采用计算机控制的集成化的制造系统，所采用的机床必须适合纳入整个控制系统。因此，机床的控制系统要能够实现自动循环，能够适应加工对象改变时易于重新调整的要求。

另外FMS中的所有设备受到本身数控系统和整个计算机控制系统的调度、指挥，要能实现动态调度、资源共享，就必须在各机床之间建立必要的接口和标准，以便准确及时地实现数据通信与交换，使各个生产设备、运储系统和控制系统等协调地工作。

2）加工设备的配置

在FMS中运行的加工设备，应当是可靠、自动化和高效率的。在选择时，要考虑到该FMS加工零件的尺寸范围、经济效益、零件的工艺性、加工精度和材料等。换言之，FMS的加工能力完全是由其所包含的机床来确定的。现在，加工棱体类零件的FMS技术比加工回转体零件的更成熟。对于棱体类零件，机床的选择通常都在各种牌号的立式和卧式加工中心及专用机床（如可换主轴箱）之中进行。

对于纯粹棱体类零件的加工，可以采用立式转塔车床。对于长径比小于2的回转体零件，不需要进行大量铣、钻和攻螺纹加工的圆盘、轮鼓或轮盘，通常也是放在加工棱体类零件的FMS上进行加工的。系统可由加工中心与立式转塔车床组成，尤其是当立式转塔车床与卧式加工中心结合使用时，通常每种零件都需要较多的夹具，因为这两种机床的旋转轴不同。这个问题可以通过在卧式机床上采用可倾式回转工作台来解决。但也应当考虑到在标准加工中心上增加可倾式回转工作台将大大增加其成本（因为事实上已成为一台五坐标机床），此外，托盘、夹具和零件都悬伸出工作台外，由于下垂和加剧磨损等，使精度问题更为严重。(www.xing528.com)

加工纯粹回转体零件（杆和轴）的FMS技术现在仍处在发展阶段。可以把具有加工轴类和盘类工件能力的标准CNC车床结合起来，构成一个加工回转体零件的FMS。

在FMS中待加工生产的零件族决定着这些加工中心所需要的功率、加工尺寸范围和精度。FMS适用于中小批量生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，又要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此就产生了互替形式、互补形式及混合形式等多种类型的机床配置方案。

（1）互替机床就是纳入系统的机床是可以互相代替的。例如，由数台加工中心组成的柔性制造系统，由于在加工中心可以完成多种工序的加工，有时一台加工中心就能完成工件的全部加工工序，工件可随机地输送到系统中任何恰好空闲的加工工位。系统又有较大的柔性和较宽的工艺范围，而且可以达到较高的时间利用率。从系统的输入和输出角度来看，它们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，即当某一台机床发生故障时，系统仍能正常工作，但系统中的机床具有冗余度。

（2）互补机床就是纳入系统的机床是互相补充的，各自完成某些特定的工序，各机床之间不能互相取代，工件在一定程度上必须按顺序经过各加工工位。它的特点是生产率较高，对机床的技术利用率较高，也可以充分发挥机床的性能。从系统的输入和输出角度来看，互补机床是串联环节，它减少了系统的可靠性，当某台机床发生故障时，系统就不能正常工作。

互替机床和互补机床的特征比较见表4-1。

表4-1　互替机床和互补机床的特征比较

（3）现有的柔性制造系统大多是互替机床和互补机床的混合使用，即FMS中的有些设备按互替形式布置，而另一些机床则以互补方式安排，以发挥各自的优点。

在某些情况下个别机床的负荷率很低。例如，基面加工机床（对铸件通常是铣床，对回转体通常是铣端面、打中心孔机床等）所采用的切削用量较大、加工内容简单和单件时间短。加上基面加工和后续工序之间往往要更换夹具，要实现自动化也有一定困难。因此常将这种机床放在柔性系统外，作为前置工区，由人工操作。当某些工序加工要求较高或实现自动化还有一定困难时，也可采取类似方法，如精镗加工工序、检验工序和清洗工序等可作为后置工区，由人工操作。