Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công chi tiết dạng hộp

Bộ giáo dục và đào tạo
Trường đại học bách khoa Hà Nội
---------------------------------

Nguyễn Văn Tình

Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt
để gia công chi tiết dạng hộp

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật

Chuyên ngành: chế tạo máy

Người hướng dẫn khoa học
GS - TS Trần Văn Địch
TS Trần Đức Quý

Phú thọ 2012


Lời cam đoan

Tác giải xin cam đoan các kết quả và các số liệu nêu trong luận văn là
do bản thân thực hiện dưới sự hướng dẫn của thầy giáo GS-TS Trần Văn
Địch Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội và thầy giáo TS Trần
Đức Quý Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội . Ngoài phần tài liệu tham
khảo ghi rõ trong luận văn, các số liệu và kết quả thu được là trung thực và
chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả

Nguyễn Văn Tình


MỤC LỤC
Trang bìa phụ
Lời cam đoan
Lời nói đầu
Danh mục các bảng biểu
Danh mục các hình vẽ
Danh mục các ký hiệu
Chương 1- Những khái niệm cơ bản về hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS.......................................................................................... 1
1.1 Lịch sử phát triển của FMS. ............................................................. 1
1.2 Những khái niệm cơ bản về FMS. .................................................... 2
1.3 Cấu trúc của FMS. ............................................................................ 5
1.4 ý nghĩa của FMS. .............................................................................. 5
1.5 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài. ...................................................... 6
1.6 Kết luận . ........................................................................................... 7
Chương 2 - Nguyên tắc thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. ........ 8
2.1 Vai trò của các máy CNC và sự phát triển của chúng để tạo
thành hệ thống sản xuất linh hoạt. ..................................................... 8
2.2 Thành phần của các máy trong hệ thống sản xuất linh hoạt FMS. .......... 18
2.3 Hiệu quả của việc tích hợp các máy CNC thành hệ thống sản
xuất linh hoạt FMS. ........................................................................... 20
2.4 Một số mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt của các nước trên thế
giới 23
2.5 Kết luận ............................................................................................. 26
Chương 3 - Các thành phần cơ bản của FMS. ....................................... 27
3.1 Rôbôt công nghiệp. ............................................................................ 27

3.1.1 Yêu cầu đối với Rôbôt công nghiệp. ........................................ 27
3.1.2 Đặc tính công nghệ của rôbôt công nghiệp............................... 28
3.1.3 Phạm vi ứng dụng của rôbôt công nghiệp. .............................. 37
3.2 Hệ thống kiểm tra tự động của FMS. ............................................... 40
3.2.1 Chức năng của hệ thống kiểm tra tự động. .............................. 40
3.2.2 Cấu trúc của hệ thống kiểm tra tự động. .................................. 42
3.2.3 Nguyên tắc xây dựng hệ thống kiểm tra tự động. .................... 43
3.2.4 Chế độ hoạt động của hệ thống kiểm tra tự động. ................... 44
3.2.5 Nguyên tắc kiểm tra trạng thái kỹ thuật của các phần tử
và các mô đun trong FMS. ....................................................... 46
3.2.6 Cơ sở vật chất - kỹ thuật của hệ thống kiểm tra tự động. ....... 48
3.3 Hệ thống vận chuyển - tích trữ tự động của FMS. ........................... 59
3.3.1 Hệ thống vận chuyển - tích trữ chi tiết gia công. ................... 59
3.3.2 Hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ của FMS. ................ 66
3.3.3 Thiết bị kỹ thuật của hệ thống vận chuyển - tích trữ. ............. 68
3.3.4 Điều khiển hệ thống vận chuyển - tích trữ. ............................. 71
3.4 Kho chứa tự động trong hệ thống FMS. ......................................... 73
3.4.1 Chức năng và thành phần của kho chứa tự động. ................... 73
3.4.2 Các loại kho chứa tự động. ...................................................... 73
3.4.3 Bố trí các kho chứa tự động trong hệ thống FMS. .................. 75
3.4.4 Thiết kế các kho chứa tự động của hệ thống FMS. ................. 79
3.5 Hệ thống điều khiển FMS. .............................................................. 80
3.5.1 Tổ chức điều khiển FMS. ....................................................... 80
3.5.2 Đặc tính của máy tính trong các hệ thống điều khiển FMS. ......... 85
3.5.3 Mạng máy tính khu vực của hệ thống FMS. .......................... 87
3.5.4 Con người trong hệ thống điều khiển. .................................... 89
3.5.5 Thiết kế hệ thống điều khiển FMS. ........................................ 90

3.6 Kết luận ........................................................................................... 93
Chương 4- Xác định thành phần thiết bị của hệ thống FMS và
thiết kế hệ thống FMS. .......................................................... 94
4.1 Xác định các thành phần máy trong FMS. .................................... 94
4.2 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển chi tiết. .................. 96
4.2.1 Xác định đặc tính của giá đỡ. ................................................. 96
4.2.2 Xác định số vị trí cấp phôi và tháo phôi. ............................... 98
4.2.3. Xác định vị trí kiểm tra. ........................................................100
4.3 Xác định thành phần của thiết bị vận chuyển dụng cụ. ................. 102
4.3.1 Xác định đặc tính của magazin dụng cụ trung tâm. ............... 103
4.3.2 Xác định đặc tính của cơ cấu nâng di động. .......................... 106
4.4 Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt FMS để gia công chi
tiết dạng hộp. ................................................................................ 112
4.4.1 Khảo sát, nghiên cứu một số hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS trên thế giới. ........................................................... 112
a) Khảo sát, nghiên cứu hệ thống FMS gia công chi tiết
dạng hộp (cộng hoà Sec)......................................................... 112
b) Khảo sát, nghiên cứu hệ thống FMS gia công chi tiết
dạng phẳng (cộng hoà Liên bang Nga) ................................... 114
4.4.2 Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gia công chi
tiết dạng hộp............................................................................ 115
4.5 Kết luận ......................................................................................... 122
Kết luận. ..................................................................................................... 123
Tài liệu tham khảo. .................................................................................. 125


Danh mục các bảng biểu
TT

Ký hiệu

Tên bảng biểu

1

Bảng 2.1

Thành phần các máy CNC trong FMS

2

Bảng 2.2

Đặc tính của độ phức tạp gia công

3

Bảng 2.3

Các chỉ tiêu Km, Kc, Ktc,Kgv, Ktgt

4

Bảng 3.1

Các loại rôbôt có các dạng tải trọng khác nhau.

5

Bảng 3.2

Các dạng kiểm tra.

6

Bảng 3.3

Các thông số cần kiểm tra của các thiết bị kỹ thuật trong
FMS khi gia công các chi tiết dạng vật thể tròn xoay và chi
tiết dạng hộp.

7

Bảng 4.1

Khối lượng gia công cơ theo nhóm kích thước chi tiết.

8

Bảng 4.2

Kết quả tính toán thành phần và số máy trong hệ thống FMS.

9

Bảng 4.3

Lập bảng số liệu

Danh mục các hình vẽ
TT

Ký hiệu

Tên hình vẽ

1

Hình 2.1

Sơ đồ nguyên tắc thiết lập hệ thống FMS

2

Hình 2.2

Các loại magazin dụng cụ

3

Hình 2.3

Máy nhiều nguyên côngcó magazin với 8 cơ cấu
cấu vệ tinh

4

Hình 2.4

Máy tổ hợp CNC ba trụ đứng

5

Hình 2.5

6

Hình 2.6

7

Hình 2.7

8

Hình 2.8

Máy CNC điều chỉnh nhiều nguyên công với
nhiều ụ trục chính thay đổi
Tăng năng suất lao động theo sự phát triển của
các máy CNC và hệ thống FMS
Hệ thống FMS để gia công bảng điều khiển
(CHLBĐức)
Hệ thống FMS (Nhật Bản) để gia công các chi
tiết dạng hộp

9

Hình 2.9

Sơ đồ hệ thống FMS của hãng Scharmann

10

Hình 3.1

Sơ đồ cấu trúc động học của rôbôt 6 bậc tự do

11

Hình 3.2

Sơ đồ cấu trúc động học của rôbôt loại OT - 3R

12

Hình 3.3

Sơ đồ cấu trúc động học của rôbôt loại 3T có
trường công tác là hình khối đa diện

13

Hình 3.4

Sơ đồ cấu trúc động học của rôbôt loại 2T - 1R
có trường công tác là mặt trụ

14

Hình 3.5

sơ đồ cấu trúc của rôbôt công nghiệp

15

Hình 3.6

Các bước của qui trình kiểm tra

16

Hình 3.7

các đattric đo ba toạ độ

17

Hình 3.8

Biểu đồ nhạy cảm (1) và lực đo (2) theo nhiều


hướng khác nhau
18

Hình 3.9

Các kiểu cấu tạo của các loại máy máy đo kiểm

CNC

19

Hình 3.10

Rôbôt đo kiểm trong FMS

20

Hình 3.11

21

Hình 3.12

ổ tích vệ tinh có kết cấu dạng xích của hãng
Hitachi Seiki (Nhật Bản)
Băng tải tích trữ vệ tinh kiểu con lăn của hãng
Hitachi Seiki (Nhật Bản)

22

Hình 3.13

ổ tích vệ tinh với xe tời di động của hãng Hitachi
Seiki (Nhật Bản)

23

Hình 3.14

Hệ thống vận chuyển - tích trữ vệ tinh của FMS
“Tipros” (Nhật Bản)

24

Hình 3.15

Hệ thống vận chuyển tích trữ của FMS ACB-20

25

Hình 3.16

26

Hình 3.17

27

Hình 3.18

Giá tích trữ chi tiết với máy xếp đống FMS loại
ABC-20
Hệ thống vận chuyển - tích trữ dụng cụ dạng xích
của hãng Hitachi Seiki (Nhật Bản)
Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng giá
cần cẩu

28

Hình 3.19

29

Hình 3.20

Các sơ đồ của các kho chứa tự động có dạng cần
cẩu cầu
Kho chứa tự động có dạng giá trọng lực

30

Hình 3.21

Sơ đồ hệ thống vận chuyển - tích trữ của FMS
với kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

31

Hình 3.22

Mặt bằng kho chứa tự động có dạng giá cần cẩu

31

Hình 3.23

Sơ đồ mặt bằng kho chứa có dạng cần cẩu cầu

32

Hình 3.24

Sơ đồ mặt bằng hai kho chứa có dạng cần cẩu
cầu trong hệ thống FMS

33

Hình 3.25

Sơ đồ mặt bằng kho chứa có dạng giá trọng lực


trong hệ thống FMS
34

Hình 3.26

sơ đồ điều khiển theo chương trình.

35

Hình 3.27

Điều khiển chương theo trình bằng máy tính

36

Hình 3.28

37

Hình 3.29

Sơ đồ điều khiển dây chuyền, công đoạn hoặc
xưởng sản xuất
Các kiểu mạng máy tính khu vực

38

Hình 4.1

Sơ đồ cấu trúc của giá ổ tích vệ tinh

39

Hình 4.2

Sơ đồ vận chuyển dụng cụ

40

Hình 4.3

Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gia công các
chi tiết dạng hộp

41

Hình 4.4

Phân xưởng tự động gia công nhóm các chi tiết
phẳng

42

Hình 4.5

Bản vẽ chi tiết hộp

43

Hình 4.6

Bản vẽ quy trình công nghệ gia công chi tiết hộp

Danh mục các ký hiệu


Ký hiệu

ý nghĩa

đơn vị

T

Nhịp sản xuất

Phút

Φ0

Quỹ thời gian

Giờ

K

Hệ số sử dụng máy; k = 0,9

N

Sản lượng hàng năm

K0

Số chi tiết K0 xác định số tế bào của giá đỡ

nm

Số máy sử dụng trong hệ thống FMS

t0

Thời gian gia công trung bình của một chi

Chiếc

Giờ

tiết thuộc một chủng loại nào đó
Nt

Sản lượng chi tiết hàng tháng thuộc một

Chiếc

chủng loại nào đó
nv

Số vị trí cấp phôi và tháo phôi

t

Thời gian trung bình để thực hiện động tác

Phút

cấp phôi hoặc tháo phôi (khi hai vị trí tách
biệt nhau)
Kc

Số chi tiết đi qua vị trí trong một tháng

Φv

Quỹ thời gian làm việc trong một tháng của

Giờ

vị trí
Nt

Sản lượng chi tiết hàng tháng thuộc một

Chi tiết

chủng loại nào đó
nk

Số vị trí cần thiết để kiểm tra (quy tròn theo
chiều lớn hơn)

tk

Tổng thời gian kiểm tra một chi tiết

Phút

Kt

Số chi tiết cần kiểm tra trong một tháng

Chiếc

n

Số vị trí gá chi tiết để kiểm tra.

n1

Số vị trí gá chi tiết để kiểm tra theo têu cầu


của nhà công nghệ
K1, K2

Các hệ số tính đến kiểm tra chi tiết đầu tiên
ở đầu ca làm việc (K1) và kiểm tra chi tiết
khi thay dao mới (K2).

Zd

Tổng số dụng cụ cần thiết để gia công tất
cả chủng loại chi tiết trong một tháng

Z1

Số dụng cụ để gia công tất cả chủng loại

Chiếc

chi tiết
Zc

Số chi tiết thuộc nhiều chủng loại được gá

Chiếc

đặt để gia công
tc

Thời gian trung bình để gia công một

Phút

chủng loại chi tiết
td

Thời gian làm việc trung bình của một

Phút

dụng cụ
Z2

Số dụng cụ dự trữ để gia công sản lượng

Chiếc

chi tiết hàng tháng (chiếc),
nd

Số dụng cụ dự trữ trung bình cho một chi

Chiếc

tiết
G

Năng suất của catset

Chiếc/giờ

Kd

Số dụng cụ cần thiết để gia công tất cả các

Chiếc

chi tiết thuộc một chủnh loại nào đó
m

Hệ số tính đến ảnh hưởng của loạt chi tiết

Φc

Quỹ thời gian làm việc của catset trong một
tháng

305 giờ



Lời nói đầu
Hiện nay cả thế giới đã và đứng trước sự bùng nổ về khoa học và công
nghệ. Sản xuất vì lẽ đó cũng đang đứng trước một cuộc cạnh tranh sống còn

để hội nhập. Để nâng cao năng lực cạnh tranh buộc phải đổi mới về công
nghệ. Để đổi mới công nghệ phải tiến hành tối ưu hoá quá trình sản xuất. Tối
ưu hoá quá trình sản xuất là một tất yếu khách quan. Chính vì lẽ đó mà các hệ
thống sản xuất linh hoạt đã ra đời và đang phát triển ở mức độ cao.
Hệ thống sản xuất linh hoạt ( Flexible manufacturing systems) - viết tắt
là FMS. Trong nền sản xuất hiện đại, việc thành lập các hệ thống sản xuất linh
hoạt đóng một vai trò hết sức quan trọng. Hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS)
cho phép tự động hoá ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng
loạt vừa trên cơ sở sử dụng các máy CNC, các rôbốt công nghiệp để điều
khiển các đối tượng, các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển - tích
trữ phôi với mục đích tối ưu hoá quá trình công nghệ và quá trình sản xuất.
Đặc điểm của FMS là khả năng điều chỉnh nhanh các thiết bị để chế tạo
sản phẩm mới. Như vậy, nó rất thích hợp không chỉ cho sản xuất hàng khối,
hàng loạt lớn mà còn cho sản xuất hàng loạt vừa và hàng loạt nhỏ, thậm chí cả
sản xuất đơn chiếc.
Sự kết nối các hệ thống tự động riêng lẻ thành một hệ thống duy nhất
với sự trợ giúp của mạng máy tính nội bộ cho phép tăng năng suất lao động
của các nhà máy thiết kế, các nhà máy công nghệ và các nhà tổ chức sản xuất
và do đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. Các hệ thống như vậy
được gọi là hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính (Computer
Itergrated Manufacturing viết tắt là CIM). CIM bao gồm:
- Thiết kế trợ giúp của máy tính (CAD).


- Lập qui trình có trợ giúp của máy tính (CAP).
- Lập kế hoạch sản xuất có trợ giúp của máy tính và kiểm tra (PP
và C).
- Kiểm tra chất lượng sản phẩm có trợ giúp của máy tính (CAQ).
- Sản xuất có trợ giúp của máy tính (CAM).
Hiện nay ở nước ta nghiên cứu về FMS và CIM mới chỉ được bắt đầu.

Tài liệu về lĩnh vực này còn rất ít. Mới chỉ có một cuốn “Hệ thống sản xuất
linh hoạt và sản xuất tích hợp” của GS-TS Trần Văn Địch. Các hệ thống FMS
và CIM mô hình mới chỉ được trang bị ở một số trường đại học lớn.
Sau 6 tháng làm luận văn với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo
GS-TS Trần Văn Địch, TS Trần Đức Quý em đã hoàn thành bản luận văn về
đề tài “Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công chi tiết dạng hộp”. Vì
là đề tài mới, tài liệu còn hạn chế và do khả năng có hạn nên bản luận văn
chắc còn nhiều sai sót, em rất mong được sự sửa chữa và góp ý của các thầy
giáo.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn, thầy giáo phản biện và
các thầy giáo đã giúp em trong quá trình làm luận văn.

Phú thọ, tháng 4 năm 2012



1

Chương 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS
1.1.

Lịch sử phát triển của FMS.

Các cơ cấu chính của FMS cũng đã được thiết kế từ lâu. Một số cơ cấu này
đã được chế tạo và sử dụng vào đầu những năm 70, (đương nhiên là ở trình độ phát
triển công nghiệp thời kỳ đó). tuy nhiên, chỉ vào tháng 11 năm 1978 trong tạp chí
“IRON AGE” đã đăng bài báo đầu tiên về “tính linh hoạt của sản xuất”, người ta
mới có ý tưởng về triển vọng của gia công cơ khí. Trong bài báo cũng có nhiều

đánh giá và kết luận mà sau này được xem là sai lầm. Chẳng hạn, kết luận của bài
báo về phát triển hạn chế của sản xuất linh hoạt ở châu Âu.
Chỉ sau khi công nhận kết quả nghiên cứu của hãng “Koman” (Italia) về ba
trung tâm gia công được sử dụng ở nhà máy “General Motors” để chế tạo bánh răng
và trục ô tô và với hàng loạt hệ thống do các hãng của Nhật Bản chế tạo thì hệ thống
sản xuất linh hoạt FMS mới được sử dụng rộng rãi.
Tháng 10 năm 1982 tại hội nghị quốc tế về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
ở thành phố Braitons (Anh) người ta không chỉ đề cập đến vấn đề thiết lập các hệ
thống sản xuất linh hoạt mà còn đề cập đến sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy
tính. Trong CIM chức năng thiết kế và chế tạo được gắn kết với nhau, cho phép tạo
ra sản phẩm nhanh chóng bằng các qui trình sản xuất linh hoạt và hiệu quả. Các
thiết bị sản xuất tự động và các máy riêng biệt được nối kết với các thiết bị truyền
tải thông tin tạo thành một hệ thống nhất, cho phép khép kín chu trình chế tạo sản
phẩm.
Hội nghị quốc tế lần thứ hai về FMS và CIM được tổ chức vào tháng 10 năm
1983 tại Luân Đôn (Anh). Tại hội nghị này đã có nhiều báo cáo về vốn đầu tư cho
FMS và CIM. Đa số các báo cáo đều cho rằng cần phải nhìn nhận vốn đầu tư là một
vấn đề chiến lược đối với các hãng sản xuất trong cuộc đấu tranh giành thị trường.
Các báo cáo này đều kết luận: Thiết lập một hệ thống sản xuất linh hoạt và hệ thống


2

sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính là một vấn đề không đơn giản. Tuy
nhiên, cho đến ngày nay hệ thống sản xuất linh hoạt FMS và sản xuất tích hợp có
trợ giúp của máy tính CIM đã và đang phát triển ở trình độ cao.
1.2 Những khái niệm cơ bản về FMS
FMS (Flexible manufactruring systems) là hệ thống sản xuất linh hoạt. Thuật
ngữ này chỉ những hệ thống sản xuất có tính linh hoạt cao. Để có tính linh hoạt cao,
một hệ thống sản xuất phải được tự động hoá. Vì lẽ đó, muốn hiểu rõ về FMS ta cần

nắm vững một số khái niệm cơ bản của FMS :
- Tự động hoá sản xuất.
- Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.
- Các máy, thiết bị tự động của hệ thống.
- Tổ chức sản xuất của hệ thống FMS.
1.2.1 Tự động hoá sản xuất.
Tự động hoá sản xuất là sự thay thế sức lao động về cơ bắp và về trí tuệ
trong điều khiển của con người trong quá trình sản xuất bằng những máy móc, thiết
bị tự động. Con người chỉ có nhiệm vụ theo dõi, giám sát hoặc thực hiện việc chuẩn
bị công nghệ và cấp - tháo phôi theo chu kỳ cho máy.
Tự động hoá sản xuất được chia thành Tự động hoá từng phần và Tự động
hoá toàn phần.
1.2.2 Tự động hoá từng phần.
Tự động hoá từng phần là tự động hoá từng nguyên công riêng biệt. Thông
thường nó được ứng dụng trong những nguyên công gây nguy hiểm cho con người
hoặc trong điều kiện kinh tế của cơ sở chưa cho phép tự động toàn phần.
1.2.3 Tự động hoá toàn phần.
Tự động hoá toàn phần là tự động hoá mọi công đoạn của quá trình sản
xuất trên cơ sở các phương pháp công nghệ tiên tiến và các phương pháp điều khiển
có sự trợ giúp của máy tính.


3

1.2.4 Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất.
Tính linh hoạt của hệ thống sản xuất là mức độ và khả năng thích ứng với
chế tạo nhiều loại sản phẩm khác nhau một cách nối tiếp hoặc song song.
Mức độ linh hoạt ML của hệ thống được xác định theo công thức:
ML =
Trong đó:

Ld
Ly

Lđ - tính linh hoạt đạt được.
Ly - tính linh hoạt yêu cầu.

Nếu ML = 1 thì tính linh hoạt hoàn toàn thoả mãn. Nếu ML >1 thì hệ thống
thừa tính linh hoạt. Nếu ML < 1 thì chỉ có một số sản phẩm của hệ thống được chế
tạo trong điều kiện tối ưu.
Tính linh hoạt của hệ thống phụ thuộc vào hai yếu tố: Yếu tố kỹ thuật & yếu
tố tổ chức.
Tính linh hoạt của hệ thống bao gồm:
- Tính linh hoạt của máy.
- Tính linh hoạt của quá trình.
- Tính linh hoạt đối với sản phẩm.
- Tính linh hoạt theo tiến trình.
- Tính linh hoạt theo khối lượng sản phẩm.
- Tính linh hoạt theo qui mô mở rộng sản xuất.
- Tính linh hoạt theo chủng loại sản phẩm.
Đối với một hệ thống thì tính linh hoạt hợp lý là tốt nhất. Nó cho phép giảm
chi phí chế tạo sản phẩm trong thời gian dài.
1.2.5 Máy tự động công nghệ.
Máy tự động công nghệ là máy mà chu trình hoạt động của nó được thực
hiện không có sự tham gia của con người.
1.2.6 Mô đun sản xuất linh hoạt.


4

Mô đun sản xuất linh hoạt là đơn vị thiết bị có điều khiển theo chương
trình để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một thời gian nào đó. Thiết bị này thực
hiện một cách tự động tất cả các chức năng có liên quan đến chế tạo sản phẩm và có
khả năng hoạt động trong FMS.
1.2.7 Rôbôt công nghiệp.
Rôbôt công nghiệp là một máy tự động đứng yên hay di động, nó gồm một
cơ cấu chấp hành dưới dạng tay máy.
Rôbôt công nghiệp có một số bậc tự do và một cơ cấu điều khiển để thực
hiện chức năng di chuyển trong quá trình sản xuất.
1.2.8 Tổ hợp rôbôt công nghệ.
Tổ hợp Rôbôt công nghệ là toàn bộ một thiết bị công nghệ, một rôbôt công
nghiệp và các thiết bị khác để thực hiện các chu kỳ lặp lại một cách tự động.
1.2.9 Tự động hoá sản xuất linh hoạt .
Tự động hoá sản xuất linh hoạt dựa trên công nghệ nhóm & công nghệ
điển hình với việc sử dụng các máy và các thiết bị tự động trong hệ thống sản xuất
nhằm điều chỉnh nhanh quá trình sản xuất để tạo ra sản phẩm mới trong phạm vi
thiết bị kỹ thuật và phạm vi điều khiển của thiết bị công nghệ đó.
1.2.10 Hệ thống sản xuất linh hoạt.
Hệ thống sản xuất linh hoạt là tổ hợp bao gồm các máy CNC, các thiết bị
tự động, các mô đun sản xuất linh hoạt, các thiết bị công nghệ riêng lẻ và các hệ
thống đảm bảo chức năng hoạt động với chế độ tự động trong khoảng thời gian nhất
định, cho phép tự động điều chỉnh để chế tạo các sản phẩm bất kỳ trong một giới
hạn nào đó.
1.2.11 Dây chuyền tự động linh hoạt.
Dây chuyền tự động linh hoạt là FMS mà trong đó các thiết bị công nghệ
được lắp theo trình tự các nguyên công đã được xác định.
1.2.12 Công đoạn tự động hoá linh hoạt.


5

Công đoạn tự động hoá linh hoạt là FMS hoạt động theo tiến trình công
nghệ mà trong đó có khả năng thay đổi trình tự sử dụng thiết bị công nghệ.
1.2.13 Phân xưởng tự động hoá linh hoạt.
Phân xưởng tự động hoá linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động
hoá linh hoạt, công đoạn tự động hoá linh hoạt và tổ hợp rôbôt công nghệ được nối
kết với nhau theo phương án để chế tạo các sản phẩm của một chủng loại xác định.
1.2.14. Nhà máy tự động linh hoạt.
Nhà máy tự động hoá linh hoạt là FMS bao gồm dây chuyền tự động hoá
linh hoạt, tổ hợp rôbôt công nghệ, và phân xưởng tự động hoá linh hoạt được nối
kết với nhau theo nhiều phương án để chế tạo các sản phẩm của nhiều chủng loại
sản phẩm.
1.3. Cấu trúc của FMS.
Thành phần của FMS bao gồm:
- Các thiết bị công nghệ và các thiết bị kiểm tra được trang bị các tay máy tự
động và các máy tính để tính toán và điều chỉnh.
- Các bộ chương trình để điều khiển FMS.
- Các tế bào gia công tự động (các mô đun sản xuất linh hoạt), thông thường là
các máy CNC có mối liên kết với các máy tính và hệ thống vận chuyển - tích
trữ phôi (chi tiết) tự động.
Theo cấu trúc thì FMS là một tổ hợp của tế bào gia công tự động và tế bào
kiểm tra tự động được liên kết với nhau thành một hệ thống nhất theo dòng vật liệu
với sự giúp đỡ của hệ thống vận chuyển - tích trữ phôi tự động và được điều khiển
nhờ mạng máy tính.
1.4. Ý nghĩa của FMS.
Thiết lập được hệ thống FMS là một vấn đề không đơn giản, nhưng nó lại có
ý nghĩa lớn đối với sản xuất. Để phát triển nhanh các hệ thống này, các nước tư bản
đã có cộng tác chặt chẽ với nhau. Vào năm 1972 để nghiên cứu và thiết kế thử
nghiệm các hệ thống sản xuất tích hợp có trợ giúp của máy tính (CIM) đã ra đời

6

một tổ chức quốc tế CAM - 1. Tham gia vào tổ chức này có hơn 100 hãng công
nghiệp, nhiều trường đại học và nhiều bộ của các nướcBắc Mỹ, châu Âu và Nhật
Bản.
Năm 1985 theo kế hoạch của bộ Công nghiệp và Ngoại thương Nhật Bản thì
20% sản phẩm công nghiệp phải được chế tạo bằng các tổ hợp sản xuất linh hoạt
(các nhà máy tự động hoá).
Ở Mỹ các biện pháp chủ yếu để thiết lập các hệ thống sản xuất tích hợp - nhà
máy tự động hoá được phối hợp trong khuôn khổ dự án sản xuất tự động hoá toàn
phần có trợ giúp của máy tính (ICAM) trị giá hàng trăm triệu USD. Mục đích cuối
cùng của dự án là thành lập nhà máy mà trong đó hệ thống máy tính sẽ lãnh đạo
“lực lượng lao động” dưới dạng các máy và các rôbốt để chế tạo và lắp ráp thân
máy bay. Nhà máy như vậy đã đi vào hoạt động trước năm 2000. Dự án ICAM cũng
được phối hợp với chương trình thiết kế các tàu vũ trụ (IDAD).
Ứng dụng FMS trong các xí nghiệp công nghiệp cho phép nâng cao hiệu quả
kinh tế, mà trực tiếp là giải phóng sức lao động của con người và tăng khả năng
thay đổi công việc của các thiết bị công nghệ.
Ở Nhật Bản và các nước Tây Âu, ứng dụng FMS cho phép tăng khả năng
hoàn vốn của các máy lên tới 80 ÷ 200%, giảm thời gian phục vụ máy máy tới 60 ÷
70% và như vậy giảm được thời gian sản xuất và giá thành lao động sống tới 80%.
Khi tích hợp FMS với các hệ thống thiết kế tự động, kiểm tra tự động và điều khiển
tự động thì các chỉ tiêu trên còn tăng cao hơn nữa.
1.5. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.
Nghiên cứu đề tài về “ Thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt để gia công chi
tiết dạng hộp” là nghiên cứu một vấn đề mới ở nước ta. Trước hết phải nghiên cứu
một cách tổng quan về hệ thống FMS. Bản chất “hệ thống sản xuất linh hoạt” là gì?
Lịch sử phát triển? Hệ thống này khởi nguồn từ đâu? Đang được ứng dụng ở mức
độ nào và dự đoán triển vọng phát triển ra sao?

7

Nghiên cứu hệ thống sản xuất linh hoạt cũng có nghĩa là phải nghiên cứu các
nguyên tắc thiết lập nên hệ thống này. Nghiên cứu các thành phần cơ bản của hệ
thống và cách xác định các thành phần đó trong hệ thống. Trong quá trình nghiên
cứu, phải tiến hành nghiên cứu một số mô hình hệ thống sản xuất linh hoạt của một
số nước trên thế giới. Từ đó nghiên cứu thiết kế một số hệ thống sản xuất linh hoạt
để gia công chi tiết dạng hộp.
Trong tình hình phát triển hiện nay của khoa học và công nghệ, sản xuất
đứng trước cuộc cạnh tranh quyết liệt về chất lượng và giá thành. Nền sản xuất
nước ta nói chung và ngành công nghiệp chế tạo máy nói riêng muốn tồn tại và
đứng vững không có cách nào khác là phải hoà nhập cùng sự phát triển trên toàn
cầu. Điều này sớm hay muộn chúng ta cũng phải đưa các hệ thống sản xuất linh
hoạt vào sản xuất. Vì vậy hệ thống sản xuất linh hoạt mà em thiết kế sẽ theo hướng
phát triển chung, có nghĩa là các hệ thống này có thể áp dụng vào trong thực tế sản
xuất của một số nhà máy trong nước.
1.6 Kết luận chương 1
Trong nền sản xuất hiện đại việc thành lập các hệ thống sản xuất linh hoạt
đóng một vai trò hết sức quan trọng.Hệ thống sản xuất linh hoạt cho phép tự động
hóa ở mức độ cao đối với sản xuất hàng loạt nhỏ và hàng loạt vừa trên cơ sở sử
dụng các máy CNC. Các rô bôt công nghiệp để điều khiển các đối tượng lao động,
các đồ gá và các dụng cụ, các hệ thống vận chuyển tích trữ phôi với mục đích tối
ưu hóa quá trình công nghệ và quá trình sản xuất.
Đưa ra định nghĩa tổng quát và khái niệm về cấu trúc FMS, ý nghĩa của hệ
thống sản xuất linh hoạt FMS trong thực tế cũng như trong sản xuất
Khi nghiên cứu sản xuất linh hoạt FMS trên cơ sở khảo sát một số dạng sản
xuất linh hoạt của một số nước. Qua đó thiết kế hệ thống sản xuất linh hoạt FMS
gia công chi tiết dạng hộp.

8

Chương 2
NGUYÊN TẮC THIẾT LẬP
HỆ THỐNG SẢN XUẤT LINH HOẠT FMS.
Thiết lập hệ thống FMS được bắt đầu từ việc xác định họ chi tiết được chế
tạo trong FMS. Kết quả của công việc này nhận được nhờ máy tính được dùng để
xác định thiết bị công nghệ của FMS. Các thiết bị công nghệ bao gồm các tế bào gia
công tự động hay các mô đun sản xuất linh hoạt, các loại kho chứa, các cơ cấu vận
chuyển...
Tiếp theo là thiết lập các cấu trúc chức năng, cấu trúc công nghệ và cấu trúc
thông tin của FMS, đồng thời thiết lập mạng máy tính nội bộ. Sau đó giải quyết vấn
đề về thuật toán và lập trình có tính đến tác động qua lại của các hệ thống điều
khiển của FMS với các hệ thống tự động khác trong hệ thống tích hợp toàn phần.
Song song với hệ thống này cần thiết lập các hệ thống cung cấp năng lượng như:
điện, nước, khí nén và hệ thống thông tin... Sơ đồ nguyên tắc thiết lập hệ thống
FMS theo hình 2.1.
Bên cạnh đó, sản xuất ngày càng mang tính toàn cầu hoá và tính chuyên môn
hoá cao nên khi thiết lập hệ thống sản xuất linh hoạt FMS thì vấn đề tiêu chuẩn hoá
phải được chú trọng ngay từ đầu và phải dựa trên cơ sở sử dụng rộng rãi các mô
đun.
2.1. Vai trò của các máy CNC và sự phát triển của chúng để tạo thành
hệ thống sản xuất linh hoạt.
Có thể nói rằng các máy CNC là những hạt nhân của hệ thống sản xuất linh
hoạt FMS. Các máy CNC là những máy cắt kim loại có hiệu quả cao và đang được
sử dụng rộng rãi trong các nhà máy cơ khí. Sử dụng các máy này cho phép tự động
hoá gia công ở mức độ cao và tạo ra khả năng điều chỉnh nhanh để gia công bất kỳ
một chi tiết nào trong phạm vi đặc tính kỹ thuật của

9

Hình 2-1 : Sơ đồ công nguyên tắc thiết lập hệ thống FMS


10

máy, có nghĩa là tạo ra khả năng điều chỉnh linh hoạt qui trình công nghệ gia công
cơ. Vì vậy các máy CNC được sử dụng rộng rãi trong sản xuất hàng loạt nhỏ (loại
sản xuất đặc trưng cho nhiều ngành chế tạo máy).
Ngay từ trước những năm 1970, các dây chuyền tự động đã được sử dung
khá rộng rãi ở một số nước tiên tiến. Trong các dây chuyền tự động này hạt nhân là
các máy tự động điều khiển số NC. Các dữ liệu được đưa vào hệ thống dưới dạng
các câu lệnh được mã hoá và in vào băng dưới dạng băng đục lỗ. Các máy NC được
điều khiển riêng rẽ. Tuy nhiên những dây chuyền này chỉ dùng để gia công một loại
sản phẩm nhất định vì tính linh hoạt chưa cao. Vào những năm 1970 - 1980, nhờ sự
phát triển của lĩnh vực công nghệ thông tin, các máy CNC ra đời. Các máy CNC là
những máy được điều khiển số bằng máy tính. Để nâng cao năng suất của các máy
CNC người ta nhóm các máy này thành các hệ thống sản xuất linh hoạt, có năng
suất gần bằng năng suất của dây chuyền tự động sản xuất lớn nhưng lại loại trừ
được nhược điểm của dây chuyền tự động là chỉ chế tạo được một chủng loại sản
phẩm. Trên cơ sở của các hệ thống tự động hoá đó người ta xây dựng công nghệ
điều chỉnh linh hoạt. Theo công nghệ này thì bất kỳ chi tiết nào (trong phạm vi đặc
tính kỹ thuật của máy) cũng có thể được đưa vào hệ thống FMS theo bất kỳ một qui
trình công nghệ nào và với bất kỳ một sản lượng nào.
Hệ thống sản xuất linh hoạt FMS là hệ thống sản xuất có mức độ tự động hoá
cao, được dùng để chế tạo nhiều chủng loại chi tiết với sản lượng nhỏ và vừa. hệ
thống FMS bao gồm các máy CNC để gia công tự động, hệ thống cấp và tháo phôi,

hệ thống vận chuyển phôi, các máy tính, hệ thống cung cấp chương trình để điều
khiển toàn bộ công việc.
Công nghệ điều chỉnh linh hoạt trên các máy CNC được thực hiện theo các
hướng chính sau:
1. Trang bị cho máy ổ tích dụng cụ (magazin dụng cụ).
2. Trang bị cho máy cơ cấu vệ tinh thay đổi.
3. Chế tạo máy nhiều trục chính.