柔性制造系統在模具行業的發展應用

吳興福

摘 要：本文通過分析柔性制造系統的優點及其給企業帶來的巨大經濟效益，將該技術引入到模具加工企業中，詳細分析了模具企業的行業特點和設備進行柔性化改造的可行性，設計了能適應模具零件加工的柔性制造系統，并詳細闡述了該技術在模具企業中的具體應用。

關鍵詞：柔性制造系統 產品質量 自動化

自1967年英國研制出世界第一條FMS以后，其優越性為世界所矚目，進入21世紀以后，隨著工業技術領域技術的快速發展，現代的機械制造裝備也發生了巨大的變化，對生產周期短、品種多、批量小的產品的加工需求越來越多。

模具工業是工業生產領域的基礎裝備。然而模具加工工藝復雜，并且使用的設備也非常多，產品品種繁多，交貨期短，屬于小批量加工生產，并且過度依賴熟練模具工，對經驗要求較高。模具企業要想改革，就必須改變原有的、固定的制造模式，尋求新的制造技術來滿足市場需求。

以機器人制造單元為代表的柔性制造技術，在模具企業中進行推廣和應用，可以大大提高模具的生產效率，滿足市場對產品多樣化、模具小批量的生產需求，對提高模具企業的市場競爭力具有重要意義。

一、柔性制造系統的分類

1.柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC機床（一般為加工中心），可以運行數小時無人看管，它是柔性制造的基本單元，多個FMC可以組成FMS。由于FMC規模小，建造成本低，建造周期短，見效快，適用于廣大的小企業，通過更換不同的夾具與刀具，以適應不同形狀產品的加工。

2.柔性制造系統FMS（Flexible Manufacuring System）

多個柔性制造單元就可以構建一個柔性制造系統，同時再配套相應的工業機器人、輸送鏈進行物料的運輸，在計算機信息系統的控制下就可以進行多樣化的產品加工。

3.柔性制造工廠FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工廠主要利用計算機集成制造系統，將生產過程從經營決策、產品開發、設計、制造、管理、倉庫保管等有機地組合成一個整體。該工廠可以實現無紙化和高度的無人化，全部由機器人來完成，可以大大提高生產效率。

通過可以加工的產品品種和產品批量，對以上三種柔性制造系統進行對比，如圖1所示。

圖1 柔性制造系統分類及對比

二、模具行業柔性制造系統及其組成

目前通用的模具零件的數控加工主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床、工具銑床等機床來完成，在使用的過程中存在的主要問題有以下幾點。

1.人工裝夾問題

目前的主要裝夾方式有平口鉗、專用夾具、三爪卡盤、通用組合夾具等，效率低，裝夾的過程中設備是空閑的，并且人工裝夾穩定性差。

2.人工對刀問題

目前的主要對刀方式有光電尋邊器對刀、銑刀試切削對刀、光學對刀儀等，需要有經驗的操作人員才能精確對刀，浪費時間。

3.人工檢測問題

目前的主要檢測方式有游標卡尺、千分尺、三坐標測量儀，耗費時間、易出現誤差、工件合格率不高、浪費材料。

可以通過對現有的設備進行升級改造，加裝具有統一接口的模塊化夾具，完成相應模塊的柔性加工，工件安裝在專用的虎鉗上，定位靠其背部的定位槽完成，夾緊由拉釘和鋼球實現，整個加工過程只需一次裝夾即可，減少了重復裝夾帶來的誤差，并且可以在加工過程中，連同夾具到三坐標測量機上在線測量，實時的調整加工的吃刀量，保證工件一次加工到位，如圖2所示。

圖2 柔性制造系統的系統構成

通過對現有數控機床的各部分功能分析并進行改造，經過設計整合后重新布局的車間規劃圖如圖3所示。

圖3 柔性制造系統的設計布局

該柔性制造系統在原有設備的基礎上，增加了工業機器人、物料輸送鏈、清洗站等，主要由以下幾部分組成。

（1）加工系統。主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床等組成。加工中心設置有接觸傳感器功能，它可改善整個加工中心功能，如自動定心、孔徑自動測量、刀具磨損自動檢測，自動消除間隙、X、Y、Z基準面位置自動補償，刀具壽命監視、自動更換設備用刀具、故障監視與診斷、自適應控制。

（2）物料運輸系統。該系統主要用于實現物料以及加工刀具的存儲和搬運，包括工業機器人、橫走式轉運機械手、軌道等構成。機器人工件運輸小車與機器刀具運輸小車，具有相同結構，都有電磁導向裝置，具有高柔性，能滿足物流變化。機器人工件運輸小車擔任機床與裝卸站之間的托扳交換，以適應不同加工的需要。刀具損壞時，按照緊急刀具更換命令，及時從刀具室領取新刀具更換。

（3）CAD/CAM系統。其總的功能是實現產品設計與生產控制集成化，自動處理加工與生產技術信息，提高生產準備效率，幫助生產部門有效地選擇NC機床、設計夾具與刀具，制定加工周期，確定加工程序，準備NC數據等。

（4）信息控制系統。該系統主要負責對生產過程中各種信息進行合理的調度、規劃、分析和管理，并通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（5）產品質量檢驗系統。該系統主要由三坐標測量機，再配合條碼掃描器和工件自動識別系統等來完成在線的自動檢測。

（6）外部設備。包括自動化立體倉庫、裝卸站、清洗站、刀具室與自動排屑系統等。

三、柔性制造系統的優點及發展前景

柔性制造系統改變了原有的、固定的、制造模式，基本實現全自動化地完成工件的加工，并且能夠保證零件的加工精度，并且可以隨時改變加工工藝，完成不同產品的模具。

（1）提高模具加工的生產效率和模具產品的整體加工質量，縮短了產品的生產周期，及時保證交貨期，降低了企業生產成本。

（2）通過改變工裝夾具，走形制造系統可以根據產品的不同對工藝路線進行調整，來完成不同的模具，提高了模具企業的市場響應力。

（3）大大提高了模具企業的自動化程度和信息化程度，通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（4）隨著企業的自動化程度和信息化程度的提高，機床的空閑時間基本消除，根據調度，提高了企業各種機床資源的使用率。

參考文獻：

[1]張欣，鄭永康.一種柔性數控加工系統的概念設計[J].機床與液壓，2013（8）.

[2]段春爭，王殿龍.基于“獨立制造島”概念的柔性制造實踐教學系統的建設[J].中國現代教育裝備，2013（7）.

（作者單位：紹興市技工學校）endprint

摘 要：本文通過分析柔性制造系統的優點及其給企業帶來的巨大經濟效益，將該技術引入到模具加工企業中，詳細分析了模具企業的行業特點和設備進行柔性化改造的可行性，設計了能適應模具零件加工的柔性制造系統，并詳細闡述了該技術在模具企業中的具體應用。

關鍵詞：柔性制造系統 產品質量 自動化

自1967年英國研制出世界第一條FMS以后，其優越性為世界所矚目，進入21世紀以后，隨著工業技術領域技術的快速發展，現代的機械制造裝備也發生了巨大的變化，對生產周期短、品種多、批量小的產品的加工需求越來越多。

模具工業是工業生產領域的基礎裝備。然而模具加工工藝復雜，并且使用的設備也非常多，產品品種繁多，交貨期短，屬于小批量加工生產，并且過度依賴熟練模具工，對經驗要求較高。模具企業要想改革，就必須改變原有的、固定的制造模式，尋求新的制造技術來滿足市場需求。

以機器人制造單元為代表的柔性制造技術，在模具企業中進行推廣和應用，可以大大提高模具的生產效率，滿足市場對產品多樣化、模具小批量的生產需求，對提高模具企業的市場競爭力具有重要意義。

一、柔性制造系統的分類

1.柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC機床（一般為加工中心），可以運行數小時無人看管，它是柔性制造的基本單元，多個FMC可以組成FMS。由于FMC規模小，建造成本低，建造周期短，見效快，適用于廣大的小企業，通過更換不同的夾具與刀具，以適應不同形狀產品的加工。

2.柔性制造系統FMS（Flexible Manufacuring System）

多個柔性制造單元就可以構建一個柔性制造系統，同時再配套相應的工業機器人、輸送鏈進行物料的運輸，在計算機信息系統的控制下就可以進行多樣化的產品加工。

3.柔性制造工廠FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工廠主要利用計算機集成制造系統，將生產過程從經營決策、產品開發、設計、制造、管理、倉庫保管等有機地組合成一個整體。該工廠可以實現無紙化和高度的無人化，全部由機器人來完成，可以大大提高生產效率。

通過可以加工的產品品種和產品批量，對以上三種柔性制造系統進行對比，如圖1所示。

圖1 柔性制造系統分類及對比

二、模具行業柔性制造系統及其組成

目前通用的模具零件的數控加工主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床、工具銑床等機床來完成，在使用的過程中存在的主要問題有以下幾點。

1.人工裝夾問題

目前的主要裝夾方式有平口鉗、專用夾具、三爪卡盤、通用組合夾具等，效率低，裝夾的過程中設備是空閑的，并且人工裝夾穩定性差。

2.人工對刀問題

目前的主要對刀方式有光電尋邊器對刀、銑刀試切削對刀、光學對刀儀等，需要有經驗的操作人員才能精確對刀，浪費時間。

3.人工檢測問題

目前的主要檢測方式有游標卡尺、千分尺、三坐標測量儀，耗費時間、易出現誤差、工件合格率不高、浪費材料。

可以通過對現有的設備進行升級改造，加裝具有統一接口的模塊化夾具，完成相應模塊的柔性加工，工件安裝在專用的虎鉗上，定位靠其背部的定位槽完成，夾緊由拉釘和鋼球實現，整個加工過程只需一次裝夾即可，減少了重復裝夾帶來的誤差，并且可以在加工過程中，連同夾具到三坐標測量機上在線測量，實時的調整加工的吃刀量，保證工件一次加工到位，如圖2所示。

圖2 柔性制造系統的系統構成

通過對現有數控機床的各部分功能分析并進行改造，經過設計整合后重新布局的車間規劃圖如圖3所示。

圖3 柔性制造系統的設計布局

該柔性制造系統在原有設備的基礎上，增加了工業機器人、物料輸送鏈、清洗站等，主要由以下幾部分組成。

（1）加工系統。主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床等組成。加工中心設置有接觸傳感器功能，它可改善整個加工中心功能，如自動定心、孔徑自動測量、刀具磨損自動檢測，自動消除間隙、X、Y、Z基準面位置自動補償，刀具壽命監視、自動更換設備用刀具、故障監視與診斷、自適應控制。

（2）物料運輸系統。該系統主要用于實現物料以及加工刀具的存儲和搬運，包括工業機器人、橫走式轉運機械手、軌道等構成。機器人工件運輸小車與機器刀具運輸小車，具有相同結構，都有電磁導向裝置，具有高柔性，能滿足物流變化。機器人工件運輸小車擔任機床與裝卸站之間的托扳交換，以適應不同加工的需要。刀具損壞時，按照緊急刀具更換命令，及時從刀具室領取新刀具更換。

（3）CAD/CAM系統。其總的功能是實現產品設計與生產控制集成化，自動處理加工與生產技術信息，提高生產準備效率，幫助生產部門有效地選擇NC機床、設計夾具與刀具，制定加工周期，確定加工程序，準備NC數據等。

（4）信息控制系統。該系統主要負責對生產過程中各種信息進行合理的調度、規劃、分析和管理，并通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（5）產品質量檢驗系統。該系統主要由三坐標測量機，再配合條碼掃描器和工件自動識別系統等來完成在線的自動檢測。

（6）外部設備。包括自動化立體倉庫、裝卸站、清洗站、刀具室與自動排屑系統等。

三、柔性制造系統的優點及發展前景

柔性制造系統改變了原有的、固定的、制造模式，基本實現全自動化地完成工件的加工，并且能夠保證零件的加工精度，并且可以隨時改變加工工藝，完成不同產品的模具。

（1）提高模具加工的生產效率和模具產品的整體加工質量，縮短了產品的生產周期，及時保證交貨期，降低了企業生產成本。

（2）通過改變工裝夾具，走形制造系統可以根據產品的不同對工藝路線進行調整，來完成不同的模具，提高了模具企業的市場響應力。

（3）大大提高了模具企業的自動化程度和信息化程度，通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（4）隨著企業的自動化程度和信息化程度的提高，機床的空閑時間基本消除，根據調度，提高了企業各種機床資源的使用率。

參考文獻：

[1]張欣，鄭永康.一種柔性數控加工系統的概念設計[J].機床與液壓，2013（8）.

[2]段春爭，王殿龍.基于“獨立制造島”概念的柔性制造實踐教學系統的建設[J].中國現代教育裝備，2013（7）.

（作者單位：紹興市技工學校）endprint

摘 要：本文通過分析柔性制造系統的優點及其給企業帶來的巨大經濟效益，將該技術引入到模具加工企業中，詳細分析了模具企業的行業特點和設備進行柔性化改造的可行性，設計了能適應模具零件加工的柔性制造系統，并詳細闡述了該技術在模具企業中的具體應用。

關鍵詞：柔性制造系統 產品質量 自動化

自1967年英國研制出世界第一條FMS以后，其優越性為世界所矚目，進入21世紀以后，隨著工業技術領域技術的快速發展，現代的機械制造裝備也發生了巨大的變化，對生產周期短、品種多、批量小的產品的加工需求越來越多。

模具工業是工業生產領域的基礎裝備。然而模具加工工藝復雜，并且使用的設備也非常多，產品品種繁多，交貨期短，屬于小批量加工生產，并且過度依賴熟練模具工，對經驗要求較高。模具企業要想改革，就必須改變原有的、固定的制造模式，尋求新的制造技術來滿足市場需求。

以機器人制造單元為代表的柔性制造技術，在模具企業中進行推廣和應用，可以大大提高模具的生產效率，滿足市場對產品多樣化、模具小批量的生產需求，對提高模具企業的市場競爭力具有重要意義。

一、柔性制造系統的分類

1.柔性制造單元FMC（Flexible Manufacturing Cell）

FMC主要是NC機床（一般為加工中心），可以運行數小時無人看管，它是柔性制造的基本單元，多個FMC可以組成FMS。由于FMC規模小，建造成本低，建造周期短，見效快，適用于廣大的小企業，通過更換不同的夾具與刀具，以適應不同形狀產品的加工。

2.柔性制造系統FMS（Flexible Manufacuring System）

多個柔性制造單元就可以構建一個柔性制造系統，同時再配套相應的工業機器人、輸送鏈進行物料的運輸，在計算機信息系統的控制下就可以進行多樣化的產品加工。

3.柔性制造工廠FMF（Flexible Manufacuring Factory）

柔性制造工廠主要利用計算機集成制造系統，將生產過程從經營決策、產品開發、設計、制造、管理、倉庫保管等有機地組合成一個整體。該工廠可以實現無紙化和高度的無人化，全部由機器人來完成，可以大大提高生產效率。

通過可以加工的產品品種和產品批量，對以上三種柔性制造系統進行對比，如圖1所示。

圖1 柔性制造系統分類及對比

二、模具行業柔性制造系統及其組成

目前通用的模具零件的數控加工主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床、工具銑床等機床來完成，在使用的過程中存在的主要問題有以下幾點。

1.人工裝夾問題

目前的主要裝夾方式有平口鉗、專用夾具、三爪卡盤、通用組合夾具等，效率低，裝夾的過程中設備是空閑的，并且人工裝夾穩定性差。

2.人工對刀問題

目前的主要對刀方式有光電尋邊器對刀、銑刀試切削對刀、光學對刀儀等，需要有經驗的操作人員才能精確對刀，浪費時間。

3.人工檢測問題

目前的主要檢測方式有游標卡尺、千分尺、三坐標測量儀，耗費時間、易出現誤差、工件合格率不高、浪費材料。

可以通過對現有的設備進行升級改造，加裝具有統一接口的模塊化夾具，完成相應模塊的柔性加工，工件安裝在專用的虎鉗上，定位靠其背部的定位槽完成，夾緊由拉釘和鋼球實現，整個加工過程只需一次裝夾即可，減少了重復裝夾帶來的誤差，并且可以在加工過程中，連同夾具到三坐標測量機上在線測量，實時的調整加工的吃刀量，保證工件一次加工到位，如圖2所示。

圖2 柔性制造系統的系統構成

通過對現有數控機床的各部分功能分析并進行改造，經過設計整合后重新布局的車間規劃圖如圖3所示。

圖3 柔性制造系統的設計布局

該柔性制造系統在原有設備的基礎上，增加了工業機器人、物料輸送鏈、清洗站等，主要由以下幾部分組成。

（1）加工系統。主要由加工中心、模具精雕機、線切割機床、電火花成型機、車銑復合中心、磨床等組成。加工中心設置有接觸傳感器功能，它可改善整個加工中心功能，如自動定心、孔徑自動測量、刀具磨損自動檢測，自動消除間隙、X、Y、Z基準面位置自動補償，刀具壽命監視、自動更換設備用刀具、故障監視與診斷、自適應控制。

（2）物料運輸系統。該系統主要用于實現物料以及加工刀具的存儲和搬運，包括工業機器人、橫走式轉運機械手、軌道等構成。機器人工件運輸小車與機器刀具運輸小車，具有相同結構，都有電磁導向裝置，具有高柔性，能滿足物流變化。機器人工件運輸小車擔任機床與裝卸站之間的托扳交換，以適應不同加工的需要。刀具損壞時，按照緊急刀具更換命令，及時從刀具室領取新刀具更換。

（3）CAD/CAM系統。其總的功能是實現產品設計與生產控制集成化，自動處理加工與生產技術信息，提高生產準備效率，幫助生產部門有效地選擇NC機床、設計夾具與刀具，制定加工周期，確定加工程序，準備NC數據等。

（4）信息控制系統。該系統主要負責對生產過程中各種信息進行合理的調度、規劃、分析和管理，并通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（5）產品質量檢驗系統。該系統主要由三坐標測量機，再配合條碼掃描器和工件自動識別系統等來完成在線的自動檢測。

（6）外部設備。包括自動化立體倉庫、裝卸站、清洗站、刀具室與自動排屑系統等。

三、柔性制造系統的優點及發展前景

柔性制造系統改變了原有的、固定的、制造模式，基本實現全自動化地完成工件的加工，并且能夠保證零件的加工精度，并且可以隨時改變加工工藝，完成不同產品的模具。

（1）提高模具加工的生產效率和模具產品的整體加工質量，縮短了產品的生產周期，及時保證交貨期，降低了企業生產成本。

（2）通過改變工裝夾具，走形制造系統可以根據產品的不同對工藝路線進行調整，來完成不同的模具，提高了模具企業的市場響應力。

（3）大大提高了模具企業的自動化程度和信息化程度，通過計算機系統進行處理和反饋，從而對系統進行有效管理，保證系統正常運行并適應不同批量加工任務的調度及優化。

（4）隨著企業的自動化程度和信息化程度的提高，機床的空閑時間基本消除，根據調度，提高了企業各種機床資源的使用率。

參考文獻：

[1]張欣，鄭永康.一種柔性數控加工系統的概念設計[J].機床與液壓，2013（8）.

[2]段春爭，王殿龍.基于“獨立制造島”概念的柔性制造實踐教學系統的建設[J].中國現代教育裝備，2013（7）.

（作者單位：紹興市技工學校）endprint