钣金FMS及控制
出处：按学科分类—工业技术 河南科学技术出版社《钣金技术手册》第35页（4204字）
目前钣金加工柔性控制系统主要有两种，一种主要用于加工配电面板等板材，是以冲模回转头压力机或激光切割回转头压力机、直角剪板机为主机组成的板材FMS。另一种主要用于加工冲压零件，是以多工位等压力机为主机的冲压FMS。
(一)冲孔－弯曲FMS
图1－15为电器零件冲孔－弯曲FMS结构图。该系统有压力机(OBW150型)及操作盘、搬送机器人(FRB4型)、坯料供给装置及操作盘、工件托架及运送装置、废料托架及运送装置、换模装置及操作盘、模具库及放置台和存放架，以及控制装置等组成。其中压力机的公称压力为1500kN。为减少换模时间，采用四幅模具为一组的模架，并设有模具自动选择装置和装模高度自动化设定装置。
图1－15 冲孔－弯曲FMS结构
1．压力机 2．搬送机器人 3．坯料供给装置 4．料垛托架 5．换模装置 6．吊车 7．模具库 8．放置台 9．存放架 10、11．运送装置 12．工件托架 13．废料托架 14、15．操作盘
机器人用于上、下料，其活动度为4，最大合成速度为2．25rn／s。坯料供给装置将装载料垛托架上的板料送至机器人的吸料位置；每个托架上可堆放6垛板料，每个堆垛处都有升降机构，以保证机器人的吸盘能吸到板料。用吊车将仓库中的模架运到换模装置上，再用此装置将模架搬送到压力机上装好。工作台上用过的模架也可按相反的过程送回仓库的架子上。
这种FMS的控制部分是一种分级控制系统，其原理如图1－16所示，各装置既有相应的控制器，又可在主计算机的指挥下进行信息交换，并实现总体控制。该FMS由日本小松和芝浦电气公司研制，主要用于加工强电控制器的零件，适用于批量为20～400个的零件，工序种类包括冲孔、修边、精压和弯曲，且工序数量为1～3个工序的生产。
图1－16 冲孔－弯曲FMS控制原理
(二)剪板－折弯FMS
图1－17是法国A．J．D公司和Colly公司研制的剪板－折弯FMS的结构。该系统由板料供给装置、吸料与转送装置、剪板机上下料装置、剪板机、折弯机器人、折弯机、工件输送带和中间料架等组成。
图1－17 剪板－折弯FMS的结构
1．板料供给装置 2．吸料与转送装置 3．剪板机上下料装置 4．剪板机 5．折弯机器人 6．折弯机 7．工件输送带 8．中间料架
折弯机器人和折弯机是该系统的关键部分，如图1－18所示。折弯机器人属于多关节型，其各部分的运动参数如下：
图1－18 折弯机器人和折弯机
A．旋转手臂 B．伸缩手臂 C．手腕 D．手抓
(1)手臂A旋转运动的转动范围为70°，速度为115°／s。
(2)手臂B伸缩运动的活动范围为1．2m，速度为1．6m／s，加速度为2m／s2。
(3)手腕C旋转运动的转动范围为180°，速度为286°／s。
(4)手抓D旋转运动用于板料翻面，其转角固定为180°。
折弯机器人能完成比较复杂的动作，如将板料送入上、下模之间，并将其推靠在折弯机的后挡料装置处，在折弯过程中跟随板料一起运动，且能承受较大的力矩，以防止板料出现不符合要求的弯曲缺陷。
折弯机器人的手臂中还设有示教臂，如图1－19a所示。操作者用手推动示教臂，可借助直接模拟电路，使机器人的手臂跟随示教臂运动，并用与机器人各种动作相连的编码器记录其运动轨迹。当转换成自动工作时，机器人手臂能按照事先示教的位置及顺序自动运动。
图1－19 机器人工作原理
a．手臂和示教臂 b．控制线路
图1－19b是这种机器人的控制线路图。机器人的所有机械运动均用直流伺服电机驱动，并经谐波减速器减速，所用控制计算机为SBC11／21型。
(三)冲孔－步切FMS
图1－20所示为美国Widemann公司研制的DNC System1000型配电面板FMS的结构，由直角剪板机、冲模回转头压力机、物料输送机构、料仓和控制等部分构成，可加工的面板最大尺寸为1219mm×3658mm×4．76mm。
图1－20 冲孔－步切FMS的结构
1．结构组成
冲孔－步切FMS的主要工作部分结构是在冲模回转头压力机上，设有X、Y方向板料的高速定位工作台，并带有多付模具的回转头和等离子电弧轮廓切割器，以便能完成冲孔和步切工序。
直角剪板机上也设有X、Y方向板料的高速定位工作台，可在一次滑块行程中同时在X和Y方向进行剪切。
同时，在料仓内设有堆垛起重机，可自动从整架上选取所需的板材，并将其转送到装料移动台，或将已部分加工过的整架板材放回到料架上。
2．工作原理
由于冲模回转头压力机上，带磁性分片装置的顶置真空式升降装料器1既可吸取板材，又可将板材送至压力机的工作台上，推靠紧定位器；待冲压完毕后，装卸料夹钳可将面板从压力机上卸下，并越过双动卸料移动台等送至剪板机。
当剪板机的传感器检测到板材已装好后，将自动使板材推靠定位器，并由总传送带完成剪板机上的卸料，至于工件的分选可由另外几条能升降的传送带完成，以便使工件能滑落至相应的产品箱中。
然而，系统中的冲模回转头压力机和剪板机也可单独工作。当冲模回转头压力机单独工作时，已冲孔或步切的板料，可经双动卸料移动台送回料架。剪板机单独工作时，由顶置真空式升降装料器上料。
3．系统的分级控制
(1)分级控制组成：图1－21为冲孔－步切FMS的分级控制原理图，分为前置、制备和控制等三级。其前置级和制备级与车间主计算机相连，用于制定材料计划和计算机辅助设计(CAD)。
图1－21 冲孔一步切FMS分级控制原理
FMS本身的计算机是16～32bit的小型或超小型计算机，具有1MB以上的随机存取储存器(RAM)，以及大于50MB的磁盘。外部设备通常有两个以上的打印机(其中一个在机器上，另一个在计算机房内)、两个以上的CRT(显示器)(其中一个为图形终端)、一台自动绘图机和一台备用磁带记录仪。
(2)分级控制文件：在其控制级中，每一台机器用一单独的CNC或PC控制。各个“工件的NC数据文件”又构成“总的NC数据文件”，以建立排样程序“COMPU-CUT”，并显示于CRT上或用自动绘图机绘出。
“COMPU-CUT”的输出建立“剪切NC文件”和“结果文件”，并与“工件NC数据文件”相结合，构成“综合程序”。且每个“工件的NC数据文件”被转换成每个工件孔的位置、冲孔和切割的顺序、轨迹，并形成“冲孔NC文件”和“剪切NC文件”(包括剪板与切割)，再将两个文件与“板材装卸文件”一起输入自动板材装卸监督器(AMHS)，以使堆垛起重机、板材装卸装置、冲模回转头压力机和剪板机等的控制相协调。
4．分级控制工作原理
冲模回转头压力机开始工作前，AMHS向堆垛起重机监督器(SCS)发出一请求信号，以便检查板材的可用性。若系统中没有足够的板材，将在车间的CRT上通知操作者，并紧急停止系统工作。
系统开始工作时，AMHS又向堆垛起重机控制子程序(SCCR)发出一请求信号，以便堆垛起重机能从料仓获得板材，并通过板材装卸控制子程序(MHCR)控制装料移动台移至其装料位置。当板材装至移动台后，该台将移至前端卸料位置，随之升降装料器、冲模回转头压力机等将相继开始工作。
当装料移动台上的板材耗尽时，MHCR将使移动台回到其后端装料位置，并通知AMHS材料已用完，于是AMHS向SCCR提出两个请求，一要求将空料架入库，二要求一个满料架；当空料架入库后，装料移动台从堆垛起重机上接受一满料架并移至其前端卸料位置，系统继续工作。
当系统运行完成后，AMHS将通过MHCR使装料移动台移至其后端装料位置，并同时向SCCR发出一请求，命令堆垛起重机将未用完的料架送回料仓。板材装卸CPU(中央处理器)控制器(MHCC)能协调各级硬件的运行。