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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 ,