自动化机床概论

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1、第六章 自动化机床,第一节 概述 前述的大部分机床的工作行程运动虽然是由机床来完成的，但空行程运动的全部或大部分则必须由工人来操作，此外工人还需根据工件加工工艺的要求，发出相应的操作指令，加工出所需形状和尺寸的工件，这类必须在工人看管操作下才能完成加工过程的机床，通常称为普通机床。 如机床能自动完成所有工作行程和空行程运动，并能根据加工工艺要求，自动地控制各运动的先后顺序，以及控制各运动部件的位移量或运动轨迹，即在没有工人直接参与的情况下，自动地按规定的程序进行动作，完成整个加工循环，这样的机床，称为自动化机床。 自动化机床有自动和半自动之分。两者的区别在于：自动机床在一个工作循环结束后，能自

2、动卸下加工完的工件，装上待加工的坯件，并继续进行同样的工作循环，直至装在机床上的一批坯件加工完为止；,半自动机床则在完成一个工作循环后，需由人工进行卸装工件和坯件（有的机床还需重新启动），然后才开始下一个工作循环。 特点：提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，而且还可保证工件质量稳定，精度一致性好。此外，机床自动化还能减少设备数量，缩减生产面积，减少在制品数量。见图6-1 自动化机床所需机构：它具有能代替手工操作的各种自动化空行程机构；它具有能代替工人控制机床工作过程的自动控制系统。 自动控制系统的类型： a. 按控制的能量形式分： 机械控制、液压控制、电气控制、光电控制以及它们的组合控制。 b

3、. 按控制指令排列方式分： 时间控制系统（控制指令按预先确定的时间依次发出）,继动控制系统（控制指令按逻辑次序规定的先后顺序依次发出） c. 按工作原理分：凸轮分配轴控制系统、电气或电气液压程序控制系统、随动控制系统或数字控制系统。 控制系统的组成： a. 发令器官：其作用是在出现规定的物理量时发出信号或脉冲，如凸轮、挡铁、行程开关、压力继电器、自动量仪、靠模、穿孔纸带和磁带等； b.执行器官： 其作用是控制传输给机床驱动装置的能量，以改变机床工作部件原先的工作状态，如拨叉、电磁铁、离合器、液压阀、接触器和伺服电机等； c. 转换器官： 其作用是将发令器官发出的控制指令进行适当的转换，使之成为

4、执行器官所需的工作信号， 如各种机械传动装置、电气控制装置和数控装置等。,机床控制系统的方框图见图6-2发令器官 转换器官 执行器官 机床驱动装置自动控制系统图6-2 常见的自动化机床的类型： 机械式凸轮分配轴控制的机床（自动车床） 电气程序控制的机床（组合机床） 数字控制的机床（数控机床）,第二节 机械式凸轮分配轴控制的自动机床,一、凸轮分配轴控制系统的类型 它采用凸轮机构和分配轴来控制机床的工作循环，作为发令器官的一系列凸轮装在分配轴上，机床各工作部件动作的时间分配、运动方向、速度和行程等控制指令，都记录在各个凸轮（或挡铁）上。分配轴每转一转，机床实现一个自动工作循环，完成一个工件的加工过

5、程。 为了适应加工周期长短不同，可分为： 不变速的单一分配轴控制系统 见图6-3a仅适用于循环周期较短的小型自动机床，如单轴横切和单轴纵切自动车床。 变速的单一分配轴控制系统 见图6-3b适用于循环周期较长，且工作行程工步和空行程工步集中，从而不需分配轴经常变速的多轴自动车床。 分配轴和辅助轴轮流控制的控制系统 见图6-3c适用于空行程工步较多且又分散，循环周期较长的自动机床，如单轴转塔自动车床。,二、单轴转塔自动车床 (一)机床的用途、总布局与工作循环 用途： 主要用于大批大量生产中，加工形状比较复杂、需用多把刀具顺序地进行加工的工件。可进行车削工作，钻、扩、铰孔，攻、套内外螺纹以及切断等。

6、还可通过安装各种特殊附件，以进行车螺纹、铣槽和钻横孔等工作。一般只能加工冷拨棒料。 总布局：这类机床有：C1312、C1318、C1325；C1336等主参数是最大棒料直径。其外形见图6-4前刀架：用于成形车削和滚花等；后刀架：用于切槽、倒角等；上刀架：用于切断等；转塔刀架：用于完成档料、车内外圆、钻孔、扩孔、铰孔、攻内螺纹、套外螺丝等。,工作循环： 送料和夹料 各刀架顺序工作，按加工工艺要求依次加工工件各表面。 转塔刀架的运动循环：快速趋近工件（快进）工作进给（工进）快速退回（快退）转塔转位；其在一个自动工作循环中，转塔刀架可完成六次工作循环。前、后、上刀架的工作循环：快进工进快退；加工一个

7、工件，它们只能完成一次工作循环。 切断和接料 所需运动 工作行程运动主轴旋转主运动，前、后、上刀架横向进给运动，转塔刀架纵向进给运动； 空行程运动前、后、上刀架横向快进和快退运动，转塔刀架纵向快进、快退运动，送料和夹料运动，接料运动，以及操纵控制运动等。,说明： a.车床的主轴正转转速较高，用于车削、钻孔、扩孔、和切断等工作，以及攻、套内外螺纹时快速退出刀具；此时刀架上车刀需反装，钻头等孔加工刀具必须用左旋的。 b.主轴的反转转速较低，用于攻、套螺纹。 (二) 传动与控制系统 C1312型单轴转塔自动车床的传动与控制系统见图6-5 其主要技术参数：加工棒料最大直径12mm，送料最大长度60mm

8、，最大车削长度50mm，最大钻孔直径8mm，最大加工螺纹直径M8，单件加工时间2180S。 1主传动 两端件是主电动机与主轴，传动路线表达式为：M1-66/51(正转)主电动机-20/42-A/B- -7/23- C/D-24/66-M2(反转)135/123-(主轴),主轴正、反转的运动平衡式分别为：n主正=143020/42A/B66/5147/23135/123n主反=143020/42A/BC/D24/6647/23135/123 可得换置公式： A/B = n主正/1976.5C/D= n主反 B /555.4 A 本机床配有高速钻孔附件，因而此时钻削的实际转速系主轴转速和钻头转速所

9、合成，见图6-5即 n= n主正+ n钻n钻=14202/2418/947/2635/1625/121950r/min,2分配轴、辅助轴的传动及其控制作用 传动路线：见图6-5辅助电动机-2/24-M3-M4- (辅助轴）45/67-a/b.c/d-2/40-(分配轴) 38/38-(分配轴) 辅助轴的功用是根据分配轴发出的控制指令，实现送夹料和转塔刀架的转位等空行程运动，其转速是固定不变的，且只允许沿一个方向旋转。其转速为n=14202/24120r/min=2r/s 即辅助轴每转一转的时间为0.5秒。 分配轴是整台机床的控制中心，它每转一转（时间为T),机床实现一个工作循环，完成一个零件的

10、加工。分配轴也只允许沿一个方向旋转。其运动平衡式为：245/67a/b.c/d2/40(38/38)=1/T 整理可得换置公式： a/b.c/d15T,分配轴和辅助轴在旋转的过程中，实现的控制作用： 控制各刀架的运动循环 见图6-5b 控制送料和夹料 控制转塔刀架换位 控制主轴换向（变速） 控制接料 (三) 典型机构 1分配轴 见图6-5b图6-7为分配轴安装横刀架凸轮部位的结构 2定转离合器 见图6-8定转离合器的的工作过程见图6-9 3送料和夹料机构 见图6-10,实现送夹料工作循环的过程：见图6-11a.b.c.d.e 送料夹头向左退回，完成复位动作，为送料作好准备； 压紧套左移退回，夹

11、料夹头靠自身弹性张开，松开棒料； 送料管带着送料夹头和棒料一起向右移动，进行送料； 压紧套向右移动，压缩夹料夹头的卡爪，将棒料夹紧。 棒料用完时的自动停车机构 见图6-12 4转塔刀架 转塔刀架用于纵向切削和安装限定送料长度的档料杆，需完成下列运动： 转塔刀架的运动循环 一般形式为快进-工进-快退 转塔的转位 转塔刀架的附加快退运动 为实现上述运动，转塔刀架相应地具有下列机构：纵向进给机构、转位机构、定位机构和快退机构转塔刀架的结构见图6-13,转塔刀架各机构的结构及工作原理： 纵向进给机构 见图6-13 转位机构 见图6-13 定位机构 见图6-13c.d.e 快退机构 见图6-14 综上所

12、述，控制转塔刀架换位的定转离合器接通一次，轴6以及装在该轴上的拨盘和曲柄转动一转的过程中，转位机构、定位机构和快退机构相互配合，协调地完成快退、转位、定位和附加快退快进等动作，实现一次换位过程，整个换位过程可归纳为表6-1,第五节 组合机床,组合机床是大批大量生产中广泛使用的一种高效自动化机床，一般采用电气程序控制系统实现自动工作循环。 一、组合机床的特点与应用范围 1组成与特点： 组成见图658 特点： 设计和制造组合机床，只需设计少量的专用部件，不仅设计、制造周期短，而且也便于使用和维修； 通用部件由专业厂集中成批生产，质量易于保证，因而机床工作稳定可靠，制造成本也较低； 当加工对象改变时

13、，通用零、部件可以重复使用，组成新的机床，有利于产品更新。 2组合机床的应用范围 目前主要用于平面加工（铣平面、车平面及锪平面），孔加工（钻、扩、铰、镗孔以及孔口倒角、攻丝和锪沉头孔等）。,在其上加工的零件主要是箱体类零件（如气缸体、气缸盖、变速箱体、阀门壳体和电机座等），对于轴、套、盘、叉和盖板类零件（如曲轴、气缸套、飞轮、连杆、法兰盘、拨叉等）也可在其上完成部分或全部加工工序。 二、组合机床的通用部件 1通用部件的分类 动力部件：包括动力箱、各种单轴头和动力滑台； 支承部件：包括侧底座、立柱、立柱底座和中间底座； 输送部件：包括回转工作台和移动工作台； 控制部件：包括各种液压操纵元件、操纵

14、板、按钮台和控制档铁； 辅助部件：主要包括冷却、润滑、排屑等辅助装置，以及各种实现自动夹紧的液压或气压装置、机械扳手等。 2单轴头：由头体和主运动传动装置组成。包括钻削头、攻丝头、铣削头、镗削头及车端面头，分,别用于实现钻（扩、铰）孔、攻丝、铣平面和沟槽、镗孔和车端面时刀具的旋转主运动。 图6-59为1NG系列顶置式齿轮传动装置与六种单轴头头体配套使用的情形； 图6-60为铣削头头体与四种型式的主运动传动装置配套使用的情形； 3动力箱动力箱是主运动的驱动装置，它与多轴箱配合使用，通过多轴箱将动力传递给刀具主轴，实现多轴同时加工。图6-62所示1TD系列齿轮传动的动力箱结构。 4动力滑台 用于实

15、现刀具或工件的直线进给运动，分为：机械滑台：采用丝杠螺母机构实现直线运动；液压滑台：采用液压缸实现直线运动。 图6-63为1HY系列液压滑台的结构,在滑台上可安装相应规格的动力箱及其多轴箱配套件和各种单轴头，配置成各种能实现机床主运动和运动的动力部件。见图6-65。,通用部件的型号、规格及其配套我国于1964、1975、1978、1983年先后几次颁布了一系列通用部件的标准。在此标准中，对通用部件的外廓尺寸及部件之间联接处的联系尺寸，如接合面的大小、联,接螺钉的位置分布和尺寸，以及定位销位置等均有统一规定。 通用部件标准规定，滑台的主参数为滑台体的台面宽度，其它通用部件的主参数，则用与其配套的滑台主参数来表示。通用部件的开幕型号表示方法如下： ( ) ( )( )型别代号（用、等表示）精度等级代号（普通级不标,.G）主参数代号（用头两位数字表示）结构特性代号（用a.b.c表示,基型不加）通用部件系列代号系列代号由改进设计顺序号（用、等数字表示）和字头（用大写汉语拼音字母表示）两部分组成。常用的有： 液压滑台 机械滑台 铣削头 动力箱 钻削头 镗削头与车端面头 攻丝纹头 侧底座 液压回转工作台 立柱 立柱底座 中间底座 ,