机械制造装备设计之7——机械加工生产线总体设计-哈工大(威海)黄博ppt课件

.,1,机械制造装备设计,哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所山东省现代数字化医疗装备高校重点实验室黄博,.,2,本课程主要讲述内容,机械制造装备及制造业动态机械制造装备设计方法金属切削机床设计典型部件设计工业机器人设计机床夹具设计物流系统设计机械加工生产线总体设计,.,3,机械加工生产线,机械加工生产线实现零件的机械加工工艺过程，以机床为主要设备再配以相应的输送装置与辅助装置，并按工件的加工工艺顺序排列而成的生产作业线。,.,4,机械加工生产线,.,5,机械加工生产线组成,.,6,机械加工生产线,生产线的类型加工生产线通用机床生产线；加工盘类、环类、轴、套、齿轮等中小尺寸旋转体类工件；专用机床生产线；产品结构稳定大批大量生产类型；组合机床生产线；产品结构稳定大批大量生产类型箱体类和杂类工件；柔性制造（加工）生产线结构形状复杂、精度要求高的同类工件中小批量生产类型。混流加工，任务多变，一般有在制品存储。装配生产线多个工件依次组装，自动化与人工相结合，还有检验等环节。多种类型工序组成的流水线（如果汁等液体或水泥等固体）,.,7,机械加工生产线,加工生产线的其他分类单一产品固定节拍生产线生产线中所有设备的工作节拍等于或成倍于生产线的生产节拍。移动步距t等于两台设备间距或两台设备间距的1/2；按工艺流程布局，严格节拍输送，一般无中间存储环节，可靠性要求高单一产品非固定节拍生产线生产线各设备的工作节拍不同，各设备的工作周期是其完成各工序需要的实际时间。按工艺流程布局，有的一刻不停，有的停工待料，有储料装置和暂存地,.,8,机械加工生产线,影响生产线工艺和结构方案的主要因素工件几何形状与外形尺寸外形尺寸小的零件，可以一个工位上同时加工多个零件；外形规则的箱体件或有较好输送基面的，可采用直接输送方式；无良好输送机面的工件，可采用随行夹具生产线。工件的工艺及精度要求各种工艺的耗时及复杂程度不一，影响节拍和布局如平面铣削加工一般比孔加工复杂，如：有时需要多次翻转，设立支线；精度要求高时，调整时间长，长采用备用机床平行排列等。工件材料切削液是否采用？排屑和运输方式？软材料工件避免划伤的随行夹具。要求的生产率决定了生产线的设计理念车间平面布置两者之间有相互影响，如形状布局、进料、出品、排屑、电源、气路装料高度是否采用原有滚道？装料高度一般为850mm,.,9,机械加工生产线,生产线的设计内容和步骤1拟定生产线的工艺方案：绘制工件工序图和加工示意图；2全线自动化方案的拟定；3生产线通用加工装备的选型和专用机床、组合机床的设计；4生产线输送装置、辅助装置的选型及设计；5液压、电气等控制系统的设计；6生产线总体布局设计绘制总体联系尺寸图；7编制生产线的工作循环周期表（生产率计算卡）、使用说明书及维修等注意事项。,.,10,机械加工生产线加工工艺过程,1、拟定加工工艺路线分析研究零件图的各项内容及技术要求拟定零件加工的加工方法、加工方案及工艺路线。2、安排好加工工序（1）选择毛坯（2）安排好切削加工工序合理选择加工方案合理确定基准面常见几类典型零件的加工，其基准选择的常用方法有：A.台阶轴类零件：一般选择两端中心孔作为定位基准面；对于批量很小、长度很短的轴类零件，可采用三爪卡盘在一次装夹中完成各表面的精加工。,.,11,机械加工生产线加工工艺过程,常见几类典型零件的加工，其基准选择的常用方法有：B.套类零件：一般选择其轴线（内孔）作为定位基准面；C.箱体类零件：该类零件形状复杂，除有尺寸精度要求外，一般孔的轴线相对于底面（安装基准面）有位置度要求，因此箱体类零件多采用主要的装配基准面（一般为最大的底平面）作为定位精基准。,.,12,机械加工生产线加工工艺过程,（3）安排好热处理工序改善金属材料切削性能的热处理工序，如各种退火、正火等，一般安排在粗加工之前进行；消除内应力的热处理工序，如中间退火、回火、时效处理等，一般安排在粗加工与精加工之间进行；提高机械性能的热处理工序，如淬火、调质、渗碳等各种表面处理，一般安排在最终加工之前进行。所有的热处理工序都是在零件最终加工之前进行，这是因为零件经过热处理工序后必有变形，最终加工时可以纠正变形误差。（4）安排好检验工序在成批生产的工厂执行“自检、互检、专检”，产品经检验合格，方可出厂。量具应定期交有关部门检验，不合格的量具不允许上岗使用。,.,13,机械加工生产线加工工艺过程,安排加工顺序的原则：“基面先行、粗精分开、先粗后精、先面后孔”(1)基面先行原则：零件加工时，必须选择合适的表面作为定位基面，以便正确安装工件。在第一道工序中，只能用毛坯面(未加工面)作为定位基面，在后续工序中，为了提高加工质量，应尽量采用加工过的表面为定位基面，显然，安排加工工序时，精基面应先加工。例如，轴类零件的加工多采用中心孔为精基准。因此，安排其加工工艺时，首先应安排车端面、钻中心孔工序。(2)粗精分开，先粗后精的原则：零件加工质量要求高时，对精度要求高的表面，应划分加工阶段。一般可分为粗加工、半精加工和精加工三个阶段，精加工应放在最后进行。这样，有利于保证加工质量，有利于某些热处理工序的安排。先面后孔的原则对于箱体、支架类等零件应先加工平面后加工孔。这是因为平面的轮廓平整，安放和定位稳定可靠。先加工好平面，就能以平面定位加工孔，保证平面和孔的位置。一般机械加工的顺序是：先加工精基准粗加工主要面(精度要求高的表面)精加工主要面。次要表面加工适当穿插在各阶段之间进行。,.,14,机械加工生产线加工工艺过程,通过实例了解加工工艺过程的制定见WORD文件。简单介绍因机械制造工艺学会以此为重点讲述,.,15,生产线的设备选定流程,.,16,机械加工生产线加工工艺过程,被加工零件工序图（将工序与设备结合）根据选定的工艺方案，表示在一台专用机床（组合机床）或自动线上完成的工艺内容；加工部位及其尺寸、精度、表面粗糙度、形位公差及技术要求；加工前工件的形状、主要尺寸和已达到的技术要求；标出加工用定位基准、夹压部位和方向；标出工件的名称、编号、材料、硬度、质量、余量、毛坯种类和精度。,.,17,机械加工生产线生产线工艺方案,加工示意图（刀具布置图组合机床设计时有用）刀具、辅具、夹具、电气、液压、主轴箱等部件设计依据；加工部位结构尺寸、精度及分布情况；采用刀具类型、数量、结构、尺寸；主轴结构类型、规格尺寸及外伸长度(与刀具或接杆连接结构);选用标准或设计专用接杆、浮动卡头（或万向节）、导向装置、攻丝靠模装置、刀杆托架（如大镗杆的托架）；标明主轴、接杆（卡头）、夹具（导向）与工件之间的联系尺寸、配合及精度；切削用量：根据机床要求的生产率及刀具、材料特点等，合理标注各主轴的切削用量；机床的工作循环和工作行程（机床动力部件）；工件的名称、编号、材料、硬度、质量、加工余量、冷却润滑、是否需要让刀等；工件加工部位向视图，并在向视图上编出孔号。,.,18,机械加工生产线生产线工艺方案,生产线工艺方案的制定确定生产线的工艺内容、加工方法、质量及生产率的基本文件。工件工艺基准选择工件输送基准选择生产线工艺流程的拟定选择合理的切削用量定位基面注意事项尽可能统一的定位基面；如两套基准，则应由足够的相互位置精度；尽可能采用已加工面作为定位基准毛坯件，则采用最重要的平面作为定位基面，以利于余量均匀；箱体类工件尽量采用“一面两销”，且圆柱销靠前；定位基准应有利于实现多面加工，减少翻转次数与辅助设备；软材料加工时，定位孔可采用两套或深孔（粗加工与精加工分开）定位基准应使夹紧简单可靠，可采用随行夹具。,.,19,机械加工生产线生产线工艺方案,工件输送基准的选择输送基准与工艺基准一般具有关联性，多数统一；工件输送方式直接输送；随行夹具；托盘输送。工件输送基准面输送滑移面；输送导向面；输送棘爪推拉面；典型输送策略：采用随行夹具输送时，随行夹具就包含上述输送基准的内容。轴类工件输送基准被机械手夹持的轴颈面。齿轮、轴承环等盘类工件输送基准工件输送过程中的滚动基准。,.,20,机械加工生产线生产线工艺方案,生产线工艺流程的拟定正确选择各加工表面的加工工艺方法根据材料、表面尺寸、加工精度、Ra、生产类型和条件综合考虑；划分加工阶段粗加工、半精加工、精加工、光整加工等；确定工序集中和分散程度工序集中则可实现“一次装夹多个表面加工”相互位置精度好，机床数量减少；单工位复杂化；工序分散则使机床和工夹具简单、调整容易、产品变换容易安排加工顺序加工内容合理排列先粗后精，粗精分开；基准先行，先主后次，先面后孔；安排必要的辅助工序。将切削加工、热处理、辅助工序结合考虑：,.,21,机械加工生产线生产线工艺方案,选择合理的切削用量切削速度、进给量和背吃刀量（切削深度）对于工作时间最长，影响生产节拍的工序：尽量采用较大切削用量提高生产效率；耐用度最短的刀具至少连续工作一个班或半个班非工作时间换刀；对于非关键性工序，可采用较低切削用量提高刀具耐用度。同一主轴箱上的刀具，一般共用一个进给系统：各刀具每分种进给量相同，应合理选择转速，尽量使刀具寿命接近；若少数刀具要选取不同进给量附加增速或减速机构。同一主轴箱上有定向停车要求的各主轴：要使它们的转速相等或互成整数倍；选择复合刀具的切削用量时，应考虑到：刀具各部分的强度、耐用度及其工作要求。,.,22,机械加工生产线生产线工艺方案,生产节拍的平衡生产线是细分之后的多工序连续作业系统问题：各工序的作业时间在理论上、现实上不能完全相同。后果：工时损失&工序堆积甚至生产中止。生产线节拍连续完成相同的两个产品之间的间隔时间；即：完成一个产品所需的平均时间。生产线工艺平衡对全部工序进行平均化，调整各作业负荷，使各作业时间尽量接近。措施：某工序节拍生产线节拍（不多）：提高切削用量，采用先进刀具等。工序节拍生产节拍采用新的工艺方法提高工序节拍；增加顺序加工工位工序分散，将限制性工序分解为几个工步；实行多件并行加工多工位加工机床，每次转位就完成一个工件；增加同时加工的工位数机床的布局可采用串联或并联方式。,.,23,机械加工生产线生产线工艺方案,什么情况下生产线分段？工件在线上的姿势不同，被转位或翻转装置分隔分为工段；采用并行机床或并行工位时满足传送工件的需要。机床台数和刀具数量多，为减少由于故障引起的停车损失工件的加工精度较高时，粗加工后存放一段时间，以减小工件热变性和内应力对后续工序的影响。,.,24,机械加工生产线生产线工艺方案,生产线的技术经济性评价造成生产线停顿的原因调整和更换刀具或工具组成生产线的元器件、设备、仪表灯故障组织管理不力，停工待料废品停顿生产线的经济效益（一般要4-6年能收回设备投资）,.,25,生产线的总体布局形式,总体布局形式与生产类型、工件的结构形式、工件的传送方式、车间条件、工艺过程、生产纲领等因素有关以工件输送方式展开直接传送（输送基面就是工件的某一表面）随行夹具传送（工件安装于随行夹具，输送线将夹具输送到各工位）悬挂传送,.,26,生产线的总体布局,折线通过式生产线的布局方式：生产线的工位数多、长度较长、受车间布局的限制时用。,.,27,生产线的总体布局,框型布局生产线带随行夹具的用这种比较合适，夹具返回便利,.,28,生产线总体布局,并联支线、非通过式、悬挂传送式,.,29,生产线总联系尺寸图,生产线总联系尺寸图确定生产线机床之间、机床与辅助装置之间、辅助装置之间的尺寸关系。是设计生产线各部件的依据，是检查各部件相互关系的重要资料。选用的机床与其他装备的形式和数量确定后，根据拟定的布局就可绘制生产线总体联系尺寸图，需要一次确定下述尺寸：1机床间距两台机床之间的距离尺寸L：一般要求保证相邻两台机床运动部件的距离不小于600mm，保证进行检查、调整、操作等时出入方便；2.传送带步距（工件输送方向长度+前备量+后备量，一般350-1700mm）3.装料高度组合机床或专用机床生产线（850-1060）机床底面到固定夹具上支承面（或定位面）的高度尺寸加工回转体工件生产线（考虑装卸方便）机床底面到卡盘中心线（或顶尖中心线）之间的高度尺寸,.,30,生产线总联系尺寸图,生产线总联系尺寸图需要一次确定下述尺寸：4.转位台联系尺寸（大小工件取法有点差别，如图）5.输送带驱动装置联系尺寸（如图）6.生产线内各装备之间距离尺寸（如图为最小限额）,.,31,生产线总联系尺寸图,生产线总联系尺寸图将选定设备、流程与各设备之间联系尺寸统一后，确定类似图形,.,32,生产线示例发动机缸体生产线,.,33,生产线示例发动机缸体生产线,缸体加工顺序1、以缸体内腔两壁上定位凸台和前后端面出砂孔为定位基准、加工缸体上凸台、工艺导向面、机冷器面等部位。2、用过渡基准定位加工缸体龙门面、对口面、底面、顶平面等位。3、大致工艺流程：加工过渡基准粗加工顶平面、底面、对口面、龙门面精加工底面加工两销孔粗精加工前后端面第一次镗缸孔铣瓦座两侧面、瓦片槽各深加工第二次镗缸孔六个面的孔系加工缸套底孔精加工分组压套主、凸孔粗、精加工挺杆孔粗精加工缸孔粗镗、珩磨加工精铣顶平面成品,.,34,装配生产线简介,装配：按照规定的精度和技术要求，将构成机器的零件结合成组件、部件和产品的过程。它是机器制造中的后期工作，是决定产品质量的关键环节。装配工艺系统图,.,35,装配生产线简介,将装配工艺过程用文件形式规定下来就是装配工艺规程对产品结构作装配尺寸链分析，主要装配技术条件要逐一进行研究分析，包括所选用的装配方法、相关零件的相关尺寸等。装配组织