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1、生产管理知识生产线第1章绪论1.1课题的背景及国内外现状1.1.1自动化生产线简介自动线是在流水线的基础上发展起来的。为了提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，减少工人数量不仅要求机床能自动的进行工作，而且要求装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、及切屑的排除等都能自动的进行。为了满足这些要求，人们把机床按工艺顺序依次排序，用自动输送装置和其它辅助装置将他们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气动系统与电气控制系统将各部分的动作联系起来，使其按照规定的程序自动的进行工作。这种自动工作的机床系统就称为自动线。在自动线的工作过程中，工件以一定的工作节拍，按照工艺顺序自动的经过各个工位，在不需工人
2、直接参与的情况下，自行完成预定的工艺过程，最后成为合乎设计要求的成品。由此可见，在工艺上自动线虽与流水线有相似之处，但也具有自己的的特点。自动线的主要特点是：他具有较高的自动化程度，全线具有统一的自动控制系统，具有比流水线更为严格的生产节奏性等。1.1.2自动线的组成自动线由基本工艺设备以及各种辅助设备、控制系统等所组成。根据工件的具体情况、工艺要求、工艺过程、生产率要求和自动化程度，自动线的结构及其复杂程度，常常有很大的差别。但是不论其复杂程度如何，一般自动线都可归纳为由几个基本部分组成，如图1.1所示。当然，对于不同的自动线的具体情况，所列部分也有不同。图1.1自动线组成结构图以下简单的介
3、绍一下各组成部分：1.1.2.1工艺设备1）、通用机床：车床主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形面。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。铣床一种用途广泛的机床，在铣床上可以加工平面（水平面、垂直面）、沟槽（键槽、T形槽、燕尾槽等）、分齿零件（齿轮、花键轴、链轮乖、螺旋形表面（螺纹、螺旋槽）及各种曲面。此外，还可用于对回转体表面、内孔加工及进行切断工作等。铣床在工作时，工件装在工作台上或分度头等附件上，铣刀旋转为主运动，辅以工作台或铣头的进给运动，工件即可获得所需的加工表面。由于是多刀
4、断续切削，因而铣床的生产率较高。刨床插床主要用于加工各种平面（如水平面、垂直面和斜面及各种沟槽，如T形槽、燕尾槽、V形槽等）、直线成型表面。如果配有仿形装置，还可加工空间曲面，如汽轮机叶轮，螺旋槽等。这类机床的刀具结构简单，回程时不切削，故生产率较低，一般用于单件小批量生产。镗床适用于机械加工车间对单件或小批量生产的零件进行平面铣削和孔系加工，主轴箱端部设计有平旋盘径向刀架，能精确镗削尺寸较大的孔和平面。此外还可进行钻、铰孔及螺纹加工。磨床用磨料磨具（砂轮、砂带、油石或研磨料等）作为工具对工件表面进行切削加工的机床，统称为磨床。磨床可加工各种表面，如内外圆柱面和圆锥面、平面、齿轮齿廊面、螺旋面
5、及各种成型面等，还可以刃磨刀具和进行切断等，工艺范围十分广泛。由于磨削加工容易得到高的加工精度和好的表面质量，所以磨床主要应用于零件精加工，尤其是淬硬钢件和高硬度特殊材料的精加工。钻床具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、扩孔、铰孔、锪平面和攻螺纹等加工。在摇臂钻床上配有工艺装备时，还可以进行镗孔；在台钻上配上万能工作台（MDT-180型），还可铣键槽。齿轮加工机床齿轮是最常用的传动件，有直齿、斜齿和人字齿的圆柱齿轮，直齿和弧齿的圆锥齿轮，蜗轮以及非圆形齿轮等。加工齿轮轮齿表面的机床称为齿轮加工机床。2）、专用机床：用于专用零件的加工制造，其配备有专用的夹具、专用机加工装置等、与机械产品
6、的形状和种类有关，一般用于有特殊用途的大批量产线中。1.1.2.2辅助设备1）、工件输送装置：工件输送装置是自动线中最重要的辅助设备，它将被加工工件从一个工为传送到下一工位，为保证自动线按生产节拍连续的工作提供了条件，并从结构上把自动线的各台自动机床联系成为一个整体。工件输送装置的形式与自动工艺设备的类型和布局、被加工工件的结构和尺寸特性以及自动线工艺过程的特性等因素有关，因而其结构形式也是多样的。在加工某些小型旋转体零件（如盘状、环状、圆柱滚子、活塞销、齿轮等）的自动线，常采用输料槽作为基本输送装置。输料槽有利用工件自重输送和强制输送两种形式。自重输送的输料槽又称为滚道，不需要其它动力源和特
7、殊装置，因而结构简单。对于小型旋转体工件，大多采用以自重滚送的办法实现自动运送，对于体积较大的和形状复杂的零件，可以采用各种运输装置。2）、自动线上的夹具：自动线上所使用的夹具，可归纳为两种类型：固定式夹具与随行式夹具。固定式夹具即附属于每一加工工位，不随工件输送而移动的夹具，固定安装于机床的某一部件上，或是安装于专用夹具的底座上。这类夹具亦分为两类：一类是用于钻、镗、铣、攻螺纹等加工的夹具，在加工过程中固定不动；另一种是工件和夹具在加工时尚需作旋转运动。前者多用于箱体、壳体、盖、板等类型的零件加工或组合机床自动线中，后者多用于旋转体零件的车、磨、齿形加工等自动线中。随行式夹具为随工件一起输送
8、的夹具，适用于缺少可靠的输送基面、再组合机床自动线上较难用输送带直接输送的工件。此外，对于有色金属工件，如果在自动线中直接输送时其基面较易磨损，也必须采用随行夹具。3）、转位装置：在加工过程中，工件有时需要翻转或转位以改换加工面。在通用机床或专用机床自动线中加工中小型工件时，其翻转或转位常常在输送过程或自动上料过程中完成。在组合机床自动线中，则需设计专用的转位装置。这种装置可用于工件的转位，也可用于随行夹具的转位。4）、储料装置：为使自动线能在各工序的节拍不平衡的情况下连续工作较长时间，或者在某台机床更换调整刀具或发生故障而停歇时，保证其它机床仍能正常工作，必须在自动线中设置必要的储料装置，以
9、保持工序间具有一定的工件储备量。储料装置通常可以布置在自动线的各个分段之间，也有布置在每台机床间的。对于加工某些小型工件或加工周期较长的工件自动线，工序间的储备量厂建立在连接工序的设备（如输料槽、提升机构、及输送带）上。根据被加工工件形状的大小、输送方式、及要求的储备量大小不同，储料装置的结构形式也不同。5）、排屑装置：在切屑加工自动线中，切屑源源不断的从工件上流出，如不及时排除，就会堵塞工作空间，使加工条件恶化，影响加工质量，甚至使自动线不能连续的工作。因此将切屑从加工地点排除，并将它收集起来远离自动线外，是一个不容忽视的问题。排屑装置是自动线不可缺少的辅助装置。1.1.2.3自动控制系统自
10、动线为了按严格的工序顺序自动完成加工过程，除了各台机床按照各自的工序内容自动地完成加工循环外，还需要有输送、排屑、储料、转位等辅助设备和装置配合并协调的工作，这些自动机床和辅助设备依靠控制系统连成一个有机的整体，以完成预定的连续的自动工作循环。自动工作线的可靠性很大程度上决定于控制系统的完善程度和可靠性。自动线的控制系统可分为三种基本类型：行程控制系统、集中控制系统和混合控制系统。行程控制系统没有统一发出信号的主令控制装置，每一运动部件或机构在完成预定的动作后发出执行信号，起动下一个（或一组）运动部件或构件，如此连续下去直到完成自动线的工作循环。由于控制信号一般是利用触点式或无触点式行程开关，
11、在执行机构完成预定的行程量或到达预定位置后发出的，因而称为行程控制系统。行程控制系统实现起来比较简单，电器控制组件的通用性较强，成本较低。在自动循环过程中，前一动作没完成，后一动作就得不到控制信号，因而控制系统本身具有一定的互锁性。但是，当顺序动作的部件或机构较多时，行程控制系统不利于缩短自动线的工作节拍；同时，控制线路电器组件增多，接线和安装会变得复杂。集中控制系统有统一的主令控制器发出各运动部件和机构顺序工作的控制信号。一般主令控制器的结构原理是在连续或间歇回转的分配轴上安装若干凸轮，按调整好的顺序依次作用在行程开关或液压（启动）阀上；或在分配圆盘上安装电刷，依次接通电触点以发出控制信号。
12、分配轴每转一周，自动线就完成一个工作循环。集中控制系统是按预定的时间间隔发出控制信号的，所以也称为“时间控制系统”。集中控制系统电气线路简单，所用控制组件较少，但其没有行程控制系统那样严格的连锁性，后一机构按一定时间得到起动信号，与前一机构是否已完成预定的工作无关，可靠性较差。集中控制系统适于比较简单的启动线，在要求互锁的环节上，应设置必要的连锁保护机构。混合控制系统综合了行程控制系统和集中控制系统的优点，根据自动线的具体情况，将某些要求互锁的部件或机构用行程控制，以保证安全可靠，其余无互锁关系的动作则按时间控制，以简化系统。混合系统大多在通用机床自动线和专用（非组合）机床自动线中应用。1.1
13、.3自动化生产的发展过程及新趋势1.1.3.1自动化生产线的发展过程自动化制造的发展过程可分为五个阶段：1）、第一阶段:刚性自动化：包括刚性自动化生产线和自动化单机。刚性自动化技术在20世纪40-50年代已相当成熟。通过应用传统的机械设计与制造工艺方法，采用专用机床和组合机床、自动化单机和自动化生产线进行大批量的生产。其特点是高生产率和刚性结构，但很难实现生产产品的改变。这一阶段的引入的新技术包括：继电器过程控制、组合机床等。2）、第二阶段：数控加工包括数控（NC）和计算机数控（CNC）.数控加工技术在20世纪50-70年代发展迅速并已成熟，但到了70-80年代，由于计算机技术的发展，它迅速被
14、计算机数控（CNC）取代。数控加工设备包括数控机床加工中心等。数控加工的特点是柔性好、加工质量高-，适用于多品种、中小批量（包括单件产品）的生产。这一阶段引入的新技术包括数控技术、计算机编程技术等。3）、第三阶段：柔性制造，包括计算机直接控制（DNC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性加工线（FML）等。柔性制造的特点是强调制造过程的柔性和高效率，适用于多品种、中小批量生产。设计的主要技术包括成组技术（GT）、DNC、FMC、FMS、FML、离散系统理论与方法、仿真技术、车间计划与控制、制造过程监控技术、计算机控制与通信网络等。4）、第四阶段：计算机集成制造系统（CIMS）
15、CIMS（ComputerIntergratedManufactueringSystem简称CIMS）既可以看作是制造自动化发展的一个新阶段，又可以看作是包含制造自动化系统的的一个更高层次的系统。CIMS在20世纪80年代以来得到了迅速的发展，其特点是强调制造全过程的系统性和及成性，以解决现代企业生存和竞争的TQCS问题，即产品上市快、质量好、成本低、和服务好。CIMS设计的学科和技术非常广泛，包括现代制造技术、管理技术、计算机技术、信息技术、自动化技术和系统工程技术等。5）、第五阶段：智能制造系统（IMS）。智能制造系统（IntelligentManufacturingSystem简称IMS
16、）是制造自动化的发展方向。1.1.3.2自动化生产线的新趋势随着科学技术的飞速发展和社会的不断进步，先进生产模式对自动化系统及技术提出了多种不同的要求，这些要求也同时代表了机械制造自动化今后的发展趋势。1、高度智能集成化2、人机结合的适度自动化3、强调系统的柔性和敏捷性4、功能扩展化5、小型化6、简单化7、环保化1.1.4FMS系统概述1.1.4.1FMS（flexiblemanufacturingsystem）柔性制造系统所谓FMS是指将几台加工性质相同或不同的机器串联起来，透过计算机控制程序，设计出具弹性变化的一贯作业生产流程。亦即FMS系一群制程工作站所组成的，这些工作站之间乃藉由自动化物料搬运与贮存系统加以连结，并借着一个整合的计算机系统执行控制的功能。
