加工设备自动化

《加工设备自动化》由会员分享，可在线阅读，更多相关《加工设备自动化（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第 2 章 加工设备自动化本章教学要点，导入案例（看书解释）自动化加工设备根据自动化程度、生产率和配置形式不同，可以分为 不同的类型。自动化加工设备在加工过程中能够高效、精密、可靠地自动 进行加工。前已述及，自动化加工设备按自动化程度可以分为自动化单机、刚性 自动化生产线、刚性综合自动化系统、柔性制造单元、柔性制造系统等。2.1 加工设备自动化的意义及分类2.1.1 加工设备自动化的意义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。加工设备生产率得到有效提高的主要途径之一是采取措 施缩短其辅助时间。加工设备工作过程自动化可以缩短辅助时间，改善工 人的劳动条件和减轻

2、工人的劳动强度。不仅如此，单台机床或加工设备的 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，是机械制造业更进一步向前发展的基础。因此，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。2.1.2 自动化加工设备的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 到了很大的提高，先后开发了适应不同生产率水平要求的自动化加工设 备，主要有以下种类。1. 全（半）自动单机 该类设备又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类。 它

3、利用多种形式的全（半）自动单机固有的和特有的性能来完成各种 零件和各种工序的加工，是实现加工过程自动化普遍采用的方法。机床的 形式和规格要根据需要完成的工艺、工序及坯料情况来选择；此外，还要 根据加工品种数、每批产品和品种变换的频度等来选用控制方式。在半自 动机床上有时还可以考虑增设自动上下料装置、刀库和换刀机构，以便实 现加工过程的全自动。2. 专用自动机床该类机床是专为完成某一工件的某一工序而设计的，常以工件的工艺 分析作为设计机床的基础。其结构特点是传动系统比较简单，夹具与机床 结构的联系密切，设计时往往作为机床的组成部件来考虑，机床的刚性一 般比通用机床要好。这类机床在设计时所受的约束

4、条件较少，可以全面地 考虑实现自动化的要求。因而，从自动化的角度来看，它比改装通用机床 优越。但是，有时由于新设计的某些部件不够成熟，要花费较多的调整时 间。如果用于单件或小批量生产，则造价较高，只有当产品结构稳定、生 产批量较大时才有较好的经济效果。3. 组合机床该类机床由 70%90%的通用零、部件组成，可缩短设计和制造周期， 可以部分或全部改装。组合机床是按具体加工对象专门设计的，可以按最 佳工艺方案进行加工，加工效率和自动化程度高；可实现工序集中，多面 多刀对工件进行加工，以提高生产率；可以在一次装夹下多轴对多孔加工， 有利于保证位置精度，提高产品质量；可减少工件工序间的搬运。机床大

5、量使用通用部件使得维护和修理简化，成本降低。主要用于箱体、壳体和 杂体类零件的孔和平面加工，包括钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、车端面、加 工内外螺纹和铣平面等，是用来加工指定的一种或几种特定工序，因而主 要适用于大批量生产，如果是采用了转塔动力箱或可换主轴箱的组合机 床。可适用于中等批量生产。4. 数控机床数控（NC）机床是一种用数字信号控制其动作的新型自动化机床。它 按指定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工。现代数控机床常采用 计算机进行控制，被称为CNC，加工工件的源程序（包括机床的各种操作、 工艺参数和尺寸控制等）可直接输入到具有编程功能的计算机内，由计算 机自动编程，并控制机床运行。当加

6、工对象改变时，除了重新装夹零件和 更换刀具外，只需更换数控程序，即可自动地加工出新零件。数控机床主 要适用于加工单件、中小批量、形状复杂的零件，也可用于大批量生产， 能提高生产率，减轻劳动强度，迅速适应产品改型。在某些情况下，具有 较高的加工精度，并能保证精度的一致性，可用来组成柔性制造系统或柔 性自动线。5. 加工中心数控加工中心（MC）是带有刀库和自动换刀装置的多工序数控机床, 工件经一次装夹后，能对两个以上的表面自动完成铣、镗、钻、铰等多种 工序的加工，并且有多种换刀或选刀功能，使工序高度集中，显著减少原 先需多台机床顺序加工带来的工件装夹、调整机床间工件运送和工件等待 时间，避免多次装

7、夹带来的加工误差，使生产率和自动化程度大大提高。根据功能可将其分为镗铣加工中心、车削加工中心、磨削加工中心、冲压 加工中心以及能自动更新多轴箱的多轴加工中心等。加工中心适用于加工 复杂、工序多、要求较高、需各种类型的普通机床和众多刀具夹具、需经 过多次装夹和调整才能完成加工的零件，或者是形状虽简单，但可以成组 安装在托盘上，进行多品种混流加工的零件，可适用于中小批量生产，也 可用于大批量生产，具有很高的柔性，是组成柔性制造系统的主要加工设 备。6. 柔性制造单元柔性制造单元（FMC） 般由13台数控机床和物料传输装置组成。单元内设有刀具库、工件储存站和单元控制系统。机床可自动装卸工件、 更换刀

8、具、检测工件的加工精度和刀具的磨损情况，可进行有限工序的连 续加工，适于中小批量生产应用。7. 加工自动线加工自动线是由工件传输系统和控制系统将一组自动机床和辅助设备按 工艺顺序连接起来，可自动完成产品的全部或部分加工过程的生产系统， 简称自动线。在自动线工作过程中，工件以一定的生产节拍，按工艺顺序 自动经过各个工位，完成预定的工艺过程。按使用的工艺设备分，自动线 可分为通用机床自动线、专用机床自动线、组合机床自动线等类型。采用 自动线生产可以保证产品质量，减轻工人劳动强度，获得较高的生产率。其加工工件通常是固定不变的或变化很小，因此只适用于大批量生产场 合。2.1.3 自动化加工设备的选择与

9、布局1. 自动化加工设备的选择自动化加工设备的选择首先应根据产品批量的大小以及产品变型品 种数量的大小确定加工系统的结构形式。对于中小批量生产的产品，可选 用加工单元形式或可换多轴箱形式；对于大批量生产，可以选用自动生产 线形式。在拟订了加工工艺流程之后，可根据加工任务（如工件图样要求 及对生产能力的要求）来确定自动机床的类型、尺寸、数量。对于大批量 生产的产品，可根据加工要求，为每个工序设计专用机床或组合机床。对 于多品种中小批量生产，可根据加工零件的尺寸范围、工艺性、加工精度 及材料等要求，选择适当的专用机床、数控机床或加工中心；根据生产要 求（如加工时间及工具要求，批量和生产率的要求）来

10、确定设备的自动化 程度，如自动换刀、自动换工件及数控设备的自动化程度；根据生产周期 （如加工顺序及传送路线），选择物料流自动化系统形式（运输系统及自 动仓库系统等）。2. 自动化加工设备的布局自动化加工设备的布局形式是指组成自动化加工系统的机床、辅助装图2. I自动线布局形式置以及联接这些设备的工 件传送系统中，各种装置 的平面和空间布置形式。 它是由工件加工工艺、车 间的自然条件、工件的输 送方式和生产纲领所决定 的。自动线的布局形式有多种。如图 2.1 所示。1）旋转体加工自动线的布局形式（1）贯穿式。工件传送系统设置在机床之间，特点是上下料及传送 装置结构简单，装卸料工件辅助时间短，布局

11、紧凑，占地面积小，但影响 工人通过，料道短，贮料有限，如图 2.2 所示。图2.2贯穿式传送轴类工件加工自动线布局11：料道；2 |：料装置；3下料道；4提升装置；5机床（2）架空式。工件传送系统设置在机床的上空，输送机械手悬挂在 机床上空的架上，见图 2.3。机床布局呈横向或纵向排列，工件传送系统 完成机床间的工件传送及上下料。这种布局结构简单，适于生产节拍较长 且各工序工作循环时间较均衡的轴类零件。3）侧置式。如图2.4 所示，工件传送系统设置在机床外侧，机床呈纵向排列，传送装置设在机床的前方，安装在地上。为了便于调整操作机床，可将输送装置截断。输送料道还同时具有贮料作用。这种布局的自动线

12、有串联和并联两种方式。2）箱体、杂类工件自动线的布局形式（1）直线通过式和折线通过式。图 2.5所示为直线通过式自动线。步伐式输送带按一定节拍将工件依次送到各台机床上加工，工件每次输送一个步矩。工人在自动化生产线起端上料，末端卸料。 线，且可以节省随行夹具的返回装置，见图 2.6 所示。对于工位数多、规 模大的自动线，直线布 置受到车间长度限制，因而布置成折线式。（2）框型。框型是 折线式的封闭形式。框 式布局更适用于输送随 行夹具及尺寸较大和较图25 直线通过式自动线布局1机床；2输送带；3T件；4一转位台A%-一%-一刁r FD t1011-Lnd=-LIn1 ELi nun-IR-1:-

13、UIILr11LJ=iIU产LtnLrn-j i-It-ip1 rn-，:对机床甘列化外恻重的工件自动化生产E 2.S框型自动纯希岳1轴送装比一机乐；：i淸洗罠代（3）环型。环型自动化生产线工件的输送轨道是回环形，多为中央 带立柱的环型线。它不需要高精度的回转工作台，工件输送精度只需满足 工件的初定位要求。环型自动线可以直接输送工件，也可借助随行夹具。 对于直接输送工件的环型线，装卸料可集中在一个工位。对于随行夹具输 送工件的环型线，不需要随行夹具返回装置。（4）非通过式。非通过式布局的自动化生产线，工件输送不通过夹 具，而是从夹具的一个方向送进和拉出，使每个工位可能增加一个加工面， 也可增设

14、镗模支架。非通过式自动化生产线适于由单机改装联成的自动化 生产线，或工件不宜直接输送而必须吊装，以及工件各个加工表面需在一 个工位加工的自动化生产线。2柔性制造系统的布局柔性制造系统的总体布局可以概括为以下几种布置原则，如图 2.7 所 示。1）随机布置原则。见图2.7 （a）,这种布局方法是将若干机床随机地 排列在一个长方形的车间内。它的缺点是很明显的，只要多于三台机床， 运输路线就会非常复杂。2）功能原则（或叫工艺原则。见图2.7 （b）,这种布局方法是根据加工设备的功能，分门别类地将同类设备组织到一起，如车削设备、镗铣设 备、磨削设备等。这样，工件的流动方向是从车间的一头流向另一头。这

15、种布局方法的零件运输路线也比较复杂，因为工作的加工路线并不一定总 是按车、铣、磨这样的顺序流动。随机価原则 E E EE S 13 EESSE000HHH0HHH(b)曲功能布負模块式布卫原则加匸单元布畫原IKL工模块式布代3) 模块式布置原则。见图2.7 (c),这种布局方式的车间是由若干功 能类似的独立模块组成。这种布局方式看来好像增加了生产能力的冗余 度，但在应酬紧急任务和意外事件方面有明显的优点。4) 加工单元布置原则。见图2.7 (d),采用这种布局方式的车间，每 一个加工单元都能完成相应的一类产品。这种构思的产生是建立在成组技 术思想基础上的。5) 根据加工阶段划分原则。见图2.7 (e),将车间分为准备加工阶段、 机械加工阶段和特种加工阶段。2.2 自动化加工设备的特殊要求及实现方法2.2.1 高生产率自动化生产的主要目的是提高劳动生产率和机器生产率，这是机械制 造自动化系统高效率运行必须解决的基本问题。在工艺过程实现自动化 时，采用的自动化