自动化制造系统_ch03加工设备自动化

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1、自动化制造系统,第三章 加工设备自动化,加工设备自动化是指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。 高效生产率要达到一定高的水平； 精密加工精度要求成品公差带的分散度小； 可靠其设备已能达到极少故障。,改变传统工艺，提高效率,采用特种加工方法和测量技术,第一节 加工设备自动化概述, 要实现机械制造自动化，首先是加工设备自动化，为什么？各类金属切削机床和其他机械加工设备是机械制造的基本生产手段和主要组成单元。 什么是加工设备自动化？实现了机床加工循环自动化和实现了辅助工作自动化的加工设备。,一、加工设备自动化的意义 加工设备工作过程

2、自动化可以缩短辅助时间，改善工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度。 单台加工设备的自动化能较好地满足零件加工过程中某个或几个工序的加工半自动化和自动化的需要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产线和过渡到全盘自动化的必要前提， 加工设备的自动化是零件整个机械加工工艺过程自动化的基本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的基础。,二、加工设备自动化的途径, 主要内容加工循环自动化，至于其他内容则根据机床的加工要求的不同而有所差异。,两方面：机床加工循环自动化，机床辅助工作自动化,表31 加工设备自动化的主要内容, 实现加工设备自动化的途径：, 对半自动加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设

3、备的完全自动化； 对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造； 根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的自动化加工设备，如组合机床等； 采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心等。,通用机床进行改造需要注意点： （1）足够的精度和刚度 （2）控制系统可靠稳定 （3）降低改造工作量，减少成本,半自动加工设备在一般情况下，只实现了加工过程自动化的设备，称为半自动加工设备。 自动化加工设备实现了加工过程自动化（其主要内容为加工循环自动化），并具有自动装卸工件能力的设备，称为自动化加工设备。,因此，由工作循环时间所决定的生产率Q（件/min）：,三、自动化加工设备的生产率分析与分类 1

4、生产率分析当自动化加工设备连续生产时，加工一个工件的工作循环时间 是由切削时间和空程辅助时间组成的，即,显然，为了提高生产率，必须同时减少 和 。,（31）,（32）,为进一步分析减少 和 之间的相互关系，将式（32）变换一下形式:,式中 K为理想的工艺生产率，,（33）,以K 为横坐标，Q 为纵坐标，根据不同的 值，可将式（3-3）作曲线组，如图31所示。从图中可以看出：,图31,当 为某一定值时（例如 ），虽然减少切削时间（即增加K ），开始生产率Q 有较显著的增长，但往后由于 的比重相对增大，生产率Q 的提高就愈来愈不显著了。 如果进一步减少 ，则 愈小，增加K 时生产率Q 的提高就愈显

5、著。 当切削时间 愈少时，减少 对提高生产率Q 的收效愈大。, 和 对机床生产率的影响是相互制约和相互促进的。 当生产工艺发展到一定水平，即工艺生产率K 提高到一定程度时，必须提高机床自动化程度，进一步减少空程辅助时间，促使生产率不断提高。 在相对落后的工艺基础上实现机床自动化，生产率的提高是有限的。应当在先进的工艺基础上实现机床自动化,生产率与自动化的关系：,2分类随着科学技术的发展，加工过程自动化水平不断提高，使得生产率得到了很大的发展，先后开发了适应不同生产率水平要求的自动化加工设备，主要有以下各类：,1 ）全（半）自动单机 又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类。,4 ）组合机床,5 ）

6、自动线（Transfer Line，简称TL）,2 ）一般数控机床（NC）,3 ）加工中心（MC）,6 ）柔性制造单元（FMC）,第二节 切削加工自动化, 切削加工定义使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除成为切屑，使工件获得规定的几何形状、精度和表面质量的加工方法。 切削加工分类按切削方法分为：车削、钻削、镗削、铣削、刨削、插削、锯削、拉削、磨削、精整和光整加工等。 切削加工生产率的提高减少切削加工辅助时间，提高设备的自动化程度 切削加工的永恒主题精度、加工效率、节材、节能和降低加工成本,一、车削加工自动化车削加工主要是通过车刀对随主轴一起旋

7、转的工件的相对运动来完成金属切削工作的一种加工形式。,1. 单轴机械式自动车床 加工对象用于棒料、盘料加工 动作控制采用凸轮和挡块或数控系统自动控制刀架、主轴箱的运动和其他辅助运动 类型单轴纵切自动车床、主轴箱固定型单轴自动车床、单轴转塔自动车床和单轴横切自动车床,2. 数控车床, 优点精度高、效率高、柔性大、可靠性好、工艺能力强 主要特点：数控车床的主轴转速和进给速度高；数控车床具有高精度；数控车床能实现多种工序复合的全部加工；数控车床具有高柔性。 类型通用型、卡盘型、排刀型、双主轴型、棒料型以及一些专门化车床等,1）传动系统,传动系统的作用是把接收来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处

8、理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。传动系统包括驱动装置和执行机构两大部分。驱动装置由主轴驱动单元、进给驱动单元和主轴伺服电动机、进给伺服电动机组成。,进给运动脉冲当量（即一个脉冲所产生的进给轴移动量）为：,Z轴（主轴箱进给）,X轴（刀架进给）,2）刀架系统 常用转塔刀架和排刀架，各种刀架均可按需要配备动力刀座，有的采用带刀库的自动换刀装置。,3）测量装置测量元件将数控车床各坐标轴的实际位移值检测出来并经反馈系统输入到机床的数控装置中，数控装置对反馈回来的实际位移值与指令值进行比较，并向传动系统输出达到设定值所需的位移量指令。,触发式测头具有三维测量功能，其工作原理相当一个重复定位

9、精度很高的触头开关。,3.车削中心,车削加工中心是一种以车削加工模式为主，添加铣削动力刀座、动力刀盘或机械手，可进行铣削加工模式的车铣合一的切削加工机床类型。 车削加工中心常见类型有：卧式车削中心和立式车削中心,图37 卧式车削中心,图38 立式车削中心, 与数控卧式车床的区别：车削中心的转塔刀架上带有能使刀具旋转的动力刀座；主轴具有按轮廓成形要求进行连续回转（不等速回转）运动；主轴具有进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动。, 主轴定向机构和C轴功能C轴功能定义：通过位置控制使主轴具有在不同角度上定位 的能力。C轴功能的好处：控制主轴连续分度，同时与刀架的X轴或Z轴联动来铣削各种曲

10、线槽、车螺纹、车多边形等，也可定向停车。, C轴功能的实现, 多主轴、双主轴和辅助主轴,为了实现在一台机床上对车削工件的“全部加工”，可采用带辅助主轴（第2主轴）的车削中心以及双主轴、双辅助主轴的车削中心。 多主轴的车削中心能在一台机床上完成更多加工工序，既缩短了加工周期，又提高了工件精度。,图310 双主轴双刀塔车削中心的结构及加工示意 a) 结构 b) 加工示意,二、钻铣削加工自动化 1. 钻削自动化,钻削自动化大部分都是在各类普通钻床的基础上，配备点位数控系统来实现的。其定位精度为0.020.1mm。数控钻床通常有立式、卧式、专门化以及钻削加工中心几种。钻削加工中心以钻削为主，可完成钻孔

11、、扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等加工，还兼有轻载荷铣削、镗削功能。除了工作台的X、Y 向运动和主轴的Z 向运动通过步进电机自动进行外，钻削中心在此基础上增加了自动换刀装置。,图311 带转塔的钻削中心 主传动系统 b) 转塔头 1主电动机 2蜗杆副 3槽轮机构 4转塔头 5主轴 6定位齿盘 7滑移齿轮 8液压缸,2. 铣削自动化,铣削是通过回转多刃刀具对工件进行切削加工的一种手段，其对应的加工设备称为铣床。它几乎应用于所有的机械制造及修理部门，一般用于粗加工及半精加工，有时也用于精加工。除能加工平面、沟槽、轮齿、螺纹、花键轴等外，还可加工比较复杂的型面。数控铣床、仿形铣床的出现，提高了铣床的加工精

12、度和自动化程度，使复杂型面加工自动化成为可能。特别是数控技术的应用扩大了铣床的加工范围，提高了铣床的自动化程度。,三、加工中心加工中心是备有刀库并能自动更换刀具对工件进行多工序集中加工的数控机床。通常，加工中心仅指主要完成镗铣加工的加工中心。,图312 卧式铣镗加工中心,1加工中心的特点、类型与适用范围 适用范围广加工精度高生产率高,2 典型自动化机构,自动换刀与刀库加工中心的刀具存取方式有顺序方式和随机方式两种，刀具随机存取是最主要的方式。,触发式测头测量系统主要用于加工循环中的测量。,刀具长度测量系统用以检查刀具长度正确性以及刀具折断、破损现象，检测准确度为1mm。当发现不合格刀具时，测量

13、系统会发出停车信号。,回转工作台,回转工作台是卧式加工中心实现B 轴运动的部件，B 轴的运动可作为分度运动或进给运动。分度的回转工作台用鼠齿盘定位，分度前工作台抬起，使上下鼠齿盘分离，分度后落下定位，上下鼠齿盘啮合，实现机械刚性连接。进给运动的回转工作台用伺服电动机驱动，用回转式感应同步器检测及定位，并控制回转速度，也称为数控工作台。数控工作台和X、Y、Z 轴及其他附加运动构成45轴轮廓控制，可加工复杂轮廓表面。,图315 回转工作台,马扎克卧式加工中心,五轴加工,B轴加工,四、组合机床组合机床是一种按工件加工要求和加工过程设计和制造的专用机床。其组成部件分为两大类通用部件和专用部件。组合机床

14、的自动化水平主要是通过数控技术的应用来实现的。,一般有两种情况：一种是工艺的需要；另一种是在多工序加工或多品种加工时，为了加速转换和调整而采用数控。数控组合机床通常利用数控单坐标、双坐标或三坐标滑台或模块、数控回转工作台等数控部件和普通通用部件混合所组成，既有高生产率，在某些工序上又有柔性，应用也较多。,第三节 金属板材成形加工自动化, 什么是金属塑性加工利用金属材料具有延展性，即塑性变形的能力，使其在由设备给出的外力作用下于模具里成形出产品的一种材料加工方法。 塑性成形技术的特点高产、优质、低耗。 金属板材成形加工主要是利用塑性成形技术来获得所需的零件。 金属板材加工的主要方法冲压、锻压两大

15、类。,一、冲压加工简介, 冲压通过模具的作用，使之获得所需要的零件形状和尺寸。 加工对象主要是板材、带材、管材及其他型材。 冲压件的特点重量轻、厚度薄、刚度好、质量稳定。 冲压设备主要有机械压力机和液压机。 冲压工艺分离工序（切断、落料、冲孔、切口、切边和剖切）和成形工序（弯曲、拉深、成形）两大类 。分离工序是在冲压过程中使冲压件与坯料沿一定的轮廓线相互分离，同时冲压件分离断面的质量也要满足一定的要求。,成形工序是使冲压坯料在不破坏的条件下发生塑性变形，并转化成所要求的成品形状，同时也应满足尺寸公差等方面的要求。 适用范围冲压在汽车、机械、家用电器、电机、仪表、航空航天、兵器等制造中具有十分重要的地位。,二、冲压自动化实现的一般原则,冲压自动化方式在通用压力机上使用自动冲模、通用自动冲压压力机、专用自动冲压压力机以及冲压自动线等几种。 一般原则安全生产：必须确保操作人员的人身安全。冲压件批量大 冲压件结构：决定采用连续模自动冲压还是多工位自动冲压 冲压工艺方案：单台与生产线,