数控加工生产线柔性制造系统

数控加工生产线柔性制造系统

国家标准 GB/T38177一2019 数控加工生产线柔性制造系统 CNCmachiningline一Iexihlemanufacturingsystem 2019-10-18发布 2020-05-01实施 国家市场监督管理总局 发布 币国国家标准化管理委员会国家标准
GB/T38177一2019 目 次 前言 范围 2 规范性引用文件 术语和定义 型式与坐标饷线命名 技术要求 验收 包装和随机技术文件
GB/38177一2019 前 言 本标准按照GB/T1.1一2009给出的规则起草 本标准由机械工业联合会提出 本标准由全国金属切削机床标准化技术委员会(SAC/TC22)归口 本标准起草单位:四川普什宁江机床有限公司、国家机床质量监督检验中心、成都普瑞斯数控机床 有限公司、沈机集团昆明机床股份有限公司、武汉华中数控科技股份有限公司、重庆机床(集团)有限责 任公司、浙江金火科技实业有限公司、江苏高精机电装备有限公司 本标准主要起草人;刘雁张勤,张维、李祥文、刘斌、张学智、郑裕来、莫春林,肖红.何春树、喻可斌、 郑金来、张明柱、韩瑞祥,李露
GB/38177一2019 数控加工生产线柔性制造系统 范围 本标准规定了数控加工生产线柔性制造系统的型式与坐标轴线命名、技术要求、验收、包装和随机 技术文件 本标准适用于多品种,变批量工件的柔性混流加工数控加工生产线柔性制造系统(以下简称柔性制 造系统) 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文 件 凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件 GB/T42082017外壳防护等级(IP代码 GB5226.1一2008机械电气安全机械电气设备第1部分;通用技术条件 GB/T6477一2008金属切削机床术语 GB/T9061 2006金属切削机床通用技术条件 GB157602004金属切削机床安全防护通用技术条件 GB/T17421.1一1998机床检验通则第1部分;在无负荷或精加工条件下机床的几何精度 GB/T17121.5-2015机床检验通则第5部分噪声发射的确定 GB/T253732010金属切削机床装配通用技术条件 GB/T262202010工业自动化系统与集成机床数值控制数控系统通用技术条件 术语和定义 GB/T6477一2008界定的以及下列术语和定义适用于本文件 3.1 CNCmachiningline 数控加工生产线 按工件的既定工序排列的若干台数控设备及其他辅助设备组成的加工生产线 3.2 柔性制造系统 lexiblemanufacturingsystem;FMS -组数控设备.计算机信息控制系统和工件自动储运系统有机结合,可按任意顺序加工一组有不 由一 同工序与加工节拍的工件,能适时地自主调度管理,因而可在数控设备技术规范范围内自动适应加工工 件和生产批量的变化的制造系统 注:改写GB/T6477一2008,定义2.1.33 3.3 计算机信息控制系统 computerizedinformatiomcontrolsystem 实现对数控设备和工件自动储运系统的控制、调度和监控的软、硬件系统 3.4 混流加工mixedlowprcessing 将若干品种的工件按既定的工艺流程,在一个柔性制造系统上同时进行不同工序的混合加工
GB/T38177一2019 3.5 工件自动储运系统 autoaticworkpiecestorageandltransportationsystem 实现工件/工件载体的存储、自动装卸和自动传送的系统 3.6 工件载体 plet workpiece 用于安装和放置工件的托板或工装 3.7 搬运单元hamalling unit 实现工件自动装卸、自动传送的装置 3.8 unit 储存单元 storage 工件储存库中的库位 型式与坐标轴线命名 4.1型式 柔性制造系统按搬运单元的结构型式分为单一型和混合型两种 一型结构分为搬运小车(见图1)机器人(见图2)和析架机械手(见图3)三种 单- 混合型结构;由两种及以上单一型结构组合而成 如搬运单元由搬运小车和机器人组成的柔 性制造系统 、 书 运" 单万 元移 多动 方 动方向 储存 系 服 想控 控 C 机信 s 计算村 机 计算 图1搬运小车搬运单元
GB/38177一2019 搬运单元转动方向 搬运单元转动方向 我运单元6 B 力方 控设 4 存 鸡 单元 数控设备 系统 控制 A外 w系 想 刻 计算机 图2机器人搬运单元 单元 动办方向 单元移 心 发 控制 s 信息铃 计算 图3析架机械手搬运单元 4.2坐标轴线命名 坐标轴线按下列命名 -加工箱体类工件:X轴为工件/工件载体随搬运单元移动的方向,并与Y轴和乙轴垂直;Y轴 和乙轴与数控加工设备相对应的轴一致 -加工回转类工件;乙饷为工件/工件载体随搬运单元移动的方向,并与X轴和Y轴垂直;X轴 和Y与数控加工设备相对应的轴一致;搬运单元绕Y轴旋转的轴线为B轴 5 技术要求 5.1基本要求 5.1.1柔性制造系统应置于避免外界干扰的环境内 5.1.2数控设备应符合各自相应的产品标准、技术文件和/或技术协议 5.2外观 5.2.1操作台应便于操作及观察
GB/T38177一2019 5.2.2所有管线应有相应的保护,能防水防油防腐蚀,布线整齐美观 5.2.3软件界面应清晰,易于操作,显示同步 5.2.4操作按钮标志应清晰,便于识别,符合人体工程学 5.2.5其余外观按GB/T9061一2006中3.15及设计文件的规定 5.3参数 柔性制造系统的参数应符合设计文件的规定 5.4入线 5.4.1数控设备应安全可靠,除应达到相对应产品标准或设计文件的规定外,还应满足5.6.2的要求 5.4.2工件自动储运系统轨道与安装基体的固定结合面应按特别重要固定结合面的要求考核,结合面 应紧密贴合 计算机信息控制系统应符合GB/T28220 5.4.3 -2010的规定 5.5作业 按作业计划、零件工序进行调度和加工时不应出现工序的漏、错及重复加工等现象 5.5.1 5.5.2生产加工过程应稳定,各项运行和加工指标应满足技术要求 5.5.3数控设备和工件自动储运系统运行过程中接收指令的等待时间应不大于1s 5.6功能与性能 5.6.1 一般要求 5.6.1.1柔性制造系统应具备多品种、变批量工件的柔性混流加工能力,能实现连续24h以上无人化 加工 5.6.1.2柔性制造系统应具备以太网、光纤等通讯功能,实现数控设备、工件自动储运系统和计算机信 息控制系统相互间在数据信息层面的通讯,以及计算机信息控制系统与车间信息网络在数据信息层面 的通讯 5.6.1.3数控设备和工件自动储运系统应具有工件交互接口装置,能使被加工工件安全、无损、快速和 可靠地输人与输出 5.6.1.4所有电子元器件及控制装置均应达到工业级水平 5.6.2运转 5.6.2.1柔性制造系统连续空运转时,所有数控设备及工件自动储运系统中的部件应平稳、灵活、限位 可靠,出现故障后应能及时停机并报警 5.6.2.2柔性制造系统连续空运转时间应不少于48h,运转应正常、平稳、可靠,不应出现搬运单元搬 运、配送和数控设备工作程序等错误 柔性制造系统应进行多种生产模式(多品种、少批量;少品种、多批量;单一品种,大批量;紧急 5.6.2.3 插单)的连续空运转 5.6.3数控设备 数控设备应具有以下功能和性能 与计算机信息控制系统之间的控制信息传递接口和传递能力,下级设备能够接收上级计算机 a 信息控制系统的控制信息,使设备完成有关动作和工艺过程;下级设备能将其工作状态、工艺
GB/38177一2019 流程、安全控制等信息通过控制接口传递给上级计算机信息控制系统 b 信息传递接口与被集成的数控设备及上级计算机信息控制系统的硬件相匹配; 数控加工程序的上传和下载功能,满足控制程序管理和调用要求， c d)补偿和消除由于不同工件、不同工件载体、工件自动储运系统定位等误差造成工件加工基准位 置误差的功能,满足工件的加工精度 刀具管理的数据接口(或功能),满足数控设备装卸刀具时的刀具数据管理可选功能); e 存储多个加工程序和/或通过网络获取加工程序的接口,供计算机信息系统调用 f 5.6.4工件自动储运系统 工件自动储运系统应具有以下功能和性能 能执行计算机信息控制系统运行指令和手动调度指令 a 运行数据能适时更新,实现工件在数控设备或暂储工位运行的数据与储运系统记录的数据 b -致; 能校验管理数据的合规性、正确性和逻辑符合性,并配置安全检测装置 5.6.5计算机信息控制系统 计算机信息控制系统应具有以下功能和性能 对柔性制造系统的总体控制功能,实现对数控设备和工件自动储运系统进行协调、集中监控、 人机交互、安全等智能控制功能 b 对托板/工件,夹具、,刀具等的管理功能,可执行加工作业计划,实现被加工工件的调度、自动搬 运和加工 对工件自动储运系统和数控设备数据进行采集,运行控制,故障诊断及处理的功能 c d 统计数控设备运行状况和生成运行报表的功能; 与上层软件[如MES系统(制造企业生产过程执行系统、ERP系统(企业资源计划]的通讯 e 功能 5.7安全 5.7.1柔性制造系统的安全防护应符合GB15760-2004,GB5226.1一2008的规定 5.7.2电柜、操作台、操作盒等控制设备的防护等级应符合GB/T4208一2017中IP54的规定 5.7.3工件自动储运系统内各单元与数控设备交互时应有应答 各轴线应设置极限限位硬挡块,限 位应可靠 5.7.4计算机信息控制系统应具有抗干涉动作命令执行的功能 5.7.5柔性制造系统防护门的打开和关闭应与数控设备的起动和停止联锁(调整状态除外) 5.7.6柔性制造系统的噪声声压级应不超过83dBA),不应有不正常的尖叫声和冲击声 5.7.7柔性制造系统应连续24h以上排屑通畅并及时对其处理,应能回收运行中产生的废油、废水,并 对其进行处理 5.8负荷 5.8.1工件自动储运系统和储存单元应进行承载最大重量的运行检验,运行应平稳、可靠 搬运单冗搬运工件的移动速座见表1. 5.8.2
GB/T38177一2019 表1搬运单元移动速度 搬运工件质量 搬运单元移动速度 m/mmin >50 15 20<50 5l0 l0 20 1020 10 >20 按设计规定 回转轴的转动速度按线速度计,若有特殊要求按协议 5.9精度 5.9.1几何精度 几何精度见6.9.2. 5.9.2交换位置的重复定位精度 交换位置的重复定位精度见6.9.3 5.9.3工作精度 工作精度见6.9.4 验收 6 6.1基本检验 6.1.1检验时应避开气流,光线、热辐射和振动场地等对环境温度的干扰;环境温度为常温,相对湿度 35%一90% 6.1.2检验各数控设备的出厂文件(使用说明书、合格证明书、装箱单)是否齐全 6.2外观 检验操作台可操作的方便性及观察视野 6.2.1 6.2.2检验所有管线是否采取了相应的保护措施,是否能防水防油防腐蚀,布线是否整齐美观 6.2.3检验软件界面是否清晰,操作和显示是否同步 检验操作按钮的标志是否清晰,易于识别并符合人体工程学 6.2.4 6.2.5按GB/T9061一2006中3.15及设计文件检验其余外观 6.3参数(抽查 按产品使用说明书或技术协议规定的参数核对柔性制造系统的参数是否符合要求 6.4入线 6.4.1检验数控设备是否安全可靠,是否达到相对应产品标准或设计文件的规定,是否满足5.6.2的
GB/38177一2019 要求 6.4.2按GB/T253732010“特别重要固定结合面”V级精度规定的要求和方法检验工件自动储运系 统轨道与安装基体的固定结合面,用涂色法检验,紧固前、后用0.04mm塞尺检验不应插人 6.4.3按GB/T262202010规定的内容和方法检验计算机信息控制系统是否符合要求 6.5作业 6.5.1按作业计划零件工艺工序进行调度和加工,检验柔性制造系统在零件加工过程中是否出现工 序的漏、错和重复加工等现象,是否符合工艺和加工效率要求 6.5.2检验数控设备在生产加工过程中运行是否稳定,各项运行和加工指标是否均满足技术要求 6.5.3检验数控设备和工件自动储运系统运行过程中是否出现无故等待,接收指令的等待时间是否符 合5.2.3的规定 6.6功能与性能 6.6.1 -般检验 检验柔性制造系统是否能按工艺工序进行多品种和变批量工件的柔性混流加工,并能连绒 6.6.1.1 24h以上无人化加工(可在用户处检验》. 6.6.1.2用PING(因特网络探索器)功能对数控设备、工件自动储运系统和计算机信息控制系统相互 间进行通讯测试,检验监控界面是否能正常显示设备和网络数据信息的内容 6.6.1.3按工艺要求将被加工工件在数控设备和工件自动储运系统间进行交互,检验工件是否能安全、 无损、快速、可靠地输人和输出 6.6.1.4检验所有电子元器件及控制装置是否符合工业级水平的要求 6.6.2 运转 6.6.2.1检验柔性制造系统连续空运转时,所有数控设备及工件自动储运系统是否均正常运行,出现数 据错误或设备故障时是否能及时停机并报警 运转时,各运动部件在全行程上分别以低、中、高速运 行,检验移动部件是否平稳、灵活、无明显爬行和振动,限位是否可靠;在中速连续进行各10次正、负 向起动、停止的操作试验和增量进给操作试验,检验动作是否灵活、可靠、准确 6.6.2.2柔性制造系统在模拟工作状态下进行48h连续空运转,检验系统在整个运转过程中是否符合 5.6.2.2的要求 6.6.2.3检验柔性制造系统在连续空运转过程中,按工艺工序分别以多品种,少批量;少品种、多批量; 单一品种、大批量和紧急插单等生产模式进行连续运转,并达到其要求 6.6.3数控设备 数控设备按以下方法检验 在柔性制造系统控制软件相应模块和程序中,通过总控“下达控制指令",检验执行动作完成的 是否正确(如设备启动、停止等);通过观察数控设备末端的状态所导致的总控信息变化,检验 相应的显示和信号状态(如数控设备运行待机、停止等)是否一致; 检验计算机信息系统之间在通讯技术上是否采用同种协议或通过协议转换器转换),或观察 测试计算机信息系统和设备之间的双向控制信息传输是否实时正确数控设备上的三色信号 灯上传、数控设备安全禁止动作是否可以由总控发布并完成) 从总控计算机侧向线内多台联网设备下传一个CNC程序,检验设备侧是否能接收无误;调取 线内某台联网设备的某个加工程序,检验程序是否能从设备侧正确传递到总控计算机
GB/T38177一2019 d 根据柔性制造系统使用说明书中对补偿和消除不同工件,不同工件载体,工件自动储运系统误 差的技术方法对零件加工,检验其精度的符合性; 检验“刀具信息管理”软件模块中线内多台设备在刀具使用和更新时,刀具数据(刀具ID,刀具 寿命、刀具长度等)是否正确、实时、无误; fD 检验数控设备存储的多个不同编号或名称的零件加工程序是否能通过计算机信息系统从相应 的联网设备或网络服务器中调用,并在其上启动执行 6.6.4工件自动储运系统 工件自动储运系统按以下方法检验 a 计算机信息控制系统发出运行指令和手动调度指令后,储运单元将工件运送至储存单元、上下 料站、数控设备,连续起动、停止搬运或放人的动作各10次检验,检验储运单元动作是否灵活、 准确、无故障 运转过程中,其响应速度是否符合不大于0.5s的要求 b 检验当工件在数控设备或暂储工位运行数据变化后是否与储运系统所记录的数据一致 c 对每个库位、工位进行3次工件或工件载体存取,检验指令、显示、数据更新、库位交互与互锁 信号等的正确性 6.6.5计算机信息控制系统 计算机信息控制系统按以下方法检验 a) 操作计算机.进行10次调度操作.检验计算机信息控制系统信号、指令、界面显示是香正常;通 过集中监控和人机交互功能,检验柔性制造系统在模拟零件加工的全过程中各数控设备和工 件自动储运系统所执行动作是否协调,并是否能根据需求自动调度;检验安全功能是否能保证 运行过程的安全; 操作计算机,输人工件加工作业计划信息,检验托板/工件、夹具、刀具等管理是否符合其功能 b 要求,加工工件是否能被自动调度,自动搬运和加工; 操作计算机,通过人机交互检验工件自动储运系统和数控设备的数据信息是否正确,运行过程 中的识别判断是否正确,设备故障诊断后是否能进行处理， 操作计算机,通过人机交互,检验数控设备运行状况(待机、报警等)是否能自动生成报表 d 通过生产车间的控制中心下达工件加工作业计划.检验柔性制造系统是否能完成其计划 e 6.7安全 6.7.1按GB15760一2004.,GB5226.12008规定的方法和设计文件检验柔性制造系统的安全防护装 置是否符合要求 6.7.2按GB/T4208一2017中IP54规定的方法检验电柜、操作台、操作盒等控制设备的防护等级是否 符合要求 6.7.3工件自动储运系统与数控设备交互时,检验计算机信息控制系统是否有相应的应答信号;工件 自动储运系统内交互时,检验是否有应答信号;工件自动储运系统各单元信息交互时,检验动作是否安 全互锁;检验工件自动储运系统各轴线的限位硬挡块限位是否可靠 6.7.4从计算机信息控制系统向正在执行命令的数控设备发送具有干涉动作的命令,检验该命令是否 未被执行 6.7.5柔性制造系统防护门在打开和关闭时,检验数控设备是否相应停止和起动调整状态除外),当 急停按钮释放后报警解除时,柔性制造系统是否未自行起动 6.7.6按GB/T17421.5一2015规定的方法测量柔性制造系统的噪声 噪声测量时,柔性制造系统应 开动 在空运转条件下,直线式、回转式、析架式柔性制造系统的传声器位置的分布见图4、图5、图6
GB/38177一2019 储存单元 e M 十算机 M 说明: N、N,N -数控设备宽度方向对称中心 N、N、N N、N、N 对应点; 有轨搬运单元宽度方向对称中心; M M 计算机信息控制系统长度方向对称中心; M -M对应点 传声器点位 图4直线式柔性制造系统传声器分布 教控设务 e 道 数控设备 控制系续 3 说明 -数控设备宽度方向对称中心 N、N、N Ni,N 储存单元宽度方向对称中心 M -计算机信息控制系统长度方向对称中心; 传声器点位 图5回转式柔性制造系统的传声器分布
GB/T38177一2019 M 系统 息控 机信 高 M 说明: ,N.,N 数控设备宽度方向对称中心; N N、N,N -N、N,N，对应点 数控设备长度方向中心点 u 计算机信息控制系统长度方向对称中心; -M对应点; 传声器点位 图6析架式柔性制造系统的传声器分布 柔性制造系统连续24h以上运行时,检验排屑是否通畅,是否及时对排屑进行处理和对运行中 6.7.7 产生的废油、废水进行回收和处理 6.8负荷 6.8.1对工件自动储运系统和储存单元进行承载工件最大重量的运行检验 试验时,将设计规定的最 大承载重物作为工件分别置于搬运单元和储存单元上,使其载荷均匀,以最高速度进行5次全行程往复 运行,检验运行是否平稳、可靠 6.8.2按表1的规定检验搬运单元搬运工件的移动速度是否符合要求 6.9精度 6.9.1 -般要求 6.9.1.1检验前应按GB/T17421.11998中3.1调整柔性制造系统安装水平,检验过程中如重新调整 安装水平,则应对调整后受影响的项目复检 检验方法和检验工具的精度按GB/T17421.1一1998中 2.2的规定 6.9.1.2当实测长度与标准规定的长度不同时,公差应按GB/T17421.1一1998中2.3,1.1的规定,按能 够测量的长度折算,折算结果小于0.1mm时按0.1mm计,但实际测量长度一般应不小于规定测量长 度的2/3 10
GB/38177一2019 6.9.2几何精度 按表2检验柔性制造系统的几何精度 特殊情况下,可按制造厂的产品使用说明书拆卸某些零部 件,但拆卸零部件不应对柔性制造系统精度造成影响 表2几何精度检验 检验项目 搬运单元沿X向移动的直线度(适用于搬运单元为直线式) 在水平平面内: a b) 在垂直平面内 简图 钢丝绳 数控设备 数控设备 数控设备 测量尺 搬运单元 搬运单元 a 测量尺 钢丝绳 数控设备 数控挖设备 数控设备 搬运单元 搬运单元 公差 a)和b X20000mm,2mm 2000050000mm,5mnm 局部公差;在任意2000mm测量长度上,l.5mm 检验工具 测量尺、钢丝 检验方法(按GB/T17421.l一1998中5.2.1.2的规定) 在搬运单元行程的两端固定钢丝,使其与X方向平行 搬运单元上固定一测量尺,a)在水平平面,b)在垂直平 面 移动搬运单元,在全行程上分段检验,每段间隔约为 300mm a),b)误差分别计算 误差按测量读数的最大差值计 1
GB/T38177一2019 表2(续 G2 检验项目 搬运单元绕B轴的回转精度(适用于搬运单元为回转式) 在水平平面内; a) b 在垂直平面内 简图 球形反射器 激光跟踪器 搬运单元 导轨 B a)和b 0.2mmm 检验工具 激光跟踪器或其他检验工具 检验方法 激光跟踪器置于B轴中心,球形反射器固定在搬运单元上 调整好激光跟踪器和球形反射器的位置,a)在水平 平面,b)在垂直平面 绕B轴转动搬运单元,在全行程上检验,测量间隔为45" a),b)误差分别计算,误差按测量读数的最大差值计 12
GB/38177一2019 6.9.3交换位置的重复定位精度 按表3检验交换位置的重复定位精度 表3交换位置的重复定位精度检验 P1 检验项目 工件交换位置的重复定位精度 简图 数控设备 搬运单元 数控设备 搬运单元 公差 按设计规定 检验工具 指示器或专用检具 检验方法 指示器固定在数控设备上 专用检具由搬运单元交换到数控设备相应位置,调整指示器,使其测头分别触及专 用检具上与X、Y、Z向平行的检测面,记录指示器读数 搬运单元在每个交换位置的重复交换定位检验5次 误差按指示器读数的最大差值计 13
GB/T38177一2019 6.9.4工作精度 6.9.4.1 直接评定 无特定用户,由制造厂决定 6.9.4.2工序能力指数评定 有特定用户,由制造厂决定,或按制造厂与用户协议 6.9.4.3工序能力指数评定方法 6.9.4.3.1试件要求 柔性制造系统在稳定生产状态下连续切削加工出合格零件后,再进行不少于30件的连续切削加 工,按加工顺序检验并记录被加工部位的有关精度 6.9.4.3.2工序能力指数(C,)计算 C，值按式(1)和式(2)计算 双向公差 C= 6s 式中 标准公差宽度,单位为毫米(mm); T 样本的标准差,单位为毫米(mm) S 单项公差 x CC 3S 式中 标准公差宽度,单位为毫米(mm); T -样本的标准差,单位为老米(mm),按式(3)计算 样本均值,单位为毫米(mm),按式(4)计算 =V 式中 -无偏方差,单位为平方毫米mm'),按式(5)计算 了-x，U ...4 式中: X 中央值(位于或靠近波动曲线中央的某一便于简化计算的数值),单位为毫米(mm); U 实测误差与中央值之差,单位为毫米(mm),按式(6)计算; 样本量 -( V= U，=X，-X 14
GB/38177一2019 式中 X 实测误差,单位为毫米(n mm 6.9.4.3.3工序能力判断准则 工序能力判断准则见表4 表4工序能力判断准则 工序能力指数(C,) 工序能力状态 过剩 >1.67 >1.33~1.67 理想 >11.33 正常 >0.671 不足 S0.67 严重不足 包装和随机技术文件 7.1柔性制造系统在包装前应进行防锈处理 7.2柔性制造系统的包装应符合用户技术协议或合同的规定 7.3随机技术文件的编制应符合相关标准规定 7.4应随机提供1套技术文件,其中使用说明书宜提供2份