柔性制造车间毕业设计

论文（设计）题目柔性制造车间设计子课题题目连杆类零件柔性制造车间设计所属院系自动控制与机械工程学院专业年级机械设计制造及其自动化摘要为了适应快速变化的市场需要，满足多品种、小批量的产品加工需求，柔性制造应运而生。连杆类零件形状复杂，精度要求高，设计连杆类零件柔性制造车间需要选择典型的连杆零件进行工艺分析，根据工艺进行车间平面布局的设计。柔性制造车间除了能够满足连杆类零件的加工，还需要有更多的柔性发展空间。关键词连杆；柔性制造；工艺分析；车间布局ABSTRACTINORDERTOADAPTTOTHERAPIDLYCHANGINGNEEDSOFTHEMARKET,MEETTHEMANYVARIETIES,THEPROCESSINGNEEDSOFSMALLQUANTITIESOFPRODUCTS,FLEXIBLEMANUFACTURINGCAMEINTOBEINGCONNECTINGRODPARTSOFCOMPLEXSHAPE,HIGHPRECISION,FLEXIBLEDESIGNRODPARTSMANUFACTURINGPLANTNEEDTOSELECTTHETYPICALRODPARTSFORPROCESSANALYSIS,PROCESSDESIGNWORKSHOPLAYOUTFLEXIBLEMANUFACTURINGPLANTINADDITIONTOMEETTHEPROCESSINGOFRODPARTS,BUTALSOTHENEEDFORMOREFLEXIBLESPACEFORDEVELOPMENTKEYWORDSCONNECTINGROD；FLEXIBLEMANUFACTURING；PROCESSANALYSIS；WORKSHOPLAYOUT目录第一章绪论111柔性制造产生的背景112柔性制造系统发展状况113柔性制造系统的优点214柔性制造车间的设计意义2第二章成组技术321成组技术产生的意义322成组技术的基本原理323分组技术的应用4第三章连杆工艺设计631连杆的结构特点632连杆的技术要求733连杆的材料和毛坯934基准选择1035连杆加工工序安排原则11351加工工序原则11352其它辅助工序113521检验工序113522清洗工序123523去毛刺工序123524探伤检查工序123525编码123526称重工序1236连杆加工工艺过程1337加工余量的选择19371余量参考数据19372加工余量的确定20第4章柔性制造系统2241柔性制造系统22411柔性制造系统的定义22412柔性制造系统的组成22413柔性制造系统的工作原理2442柔性制造系统中的加工系统2543柔性制造系统中的物流系统28431物流系统的组成28432工件夹具系统29433工件输送系统30434刀具输送流31435柔性制造物流设备3144柔性制造系统控制系统3245柔性制造中的质量控制系统3346柔性制造车间的设计3447各设计方案的特点43471方案一的特点43472方案二的特点44473方案三的特点4548柔性制造车间展望46第五章结论47参考文献49谢辞50第一章绪论11柔性制造产生的背景随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，越来越多样化，产品的生命周期越来越短，产品的复杂程度也不断增高。传统的大规模集成化生产由于初期投入成本高，产品设计、生产周期长，产品单一，对市场需求反应速度慢，响应滞后，已经越来越难以满足市场消费需求，也越来越难以满足机械零件的加工精度和加工方式的需求。急需要一种更能适应市场变化和零件加工需要的生产制造方式。针对多品种，小批量、短周期的特点，柔性制造和现代设计方法相结合能够满足现在和未来一段时间的需要。12柔性制造系统发展状况1952年美国麻省理工学院研制了世界上第一台数控铣床，数控铣床的诞生对传统的加工方式进行了新的变革。随着计算机技术的发展20世纪70年代初期，计算机和加工设备的结合，在原有的数控系统上增加了一些新的功能。20世纪70年代末80年代初出现了计算机辅助控制的物料运输，物料管理、刀具管理、刀具运送，计算机网络集成、机械设计、制造辅助软件等设备的出现，柔性制造系统初见雏形。到20世纪80年代末，随着计算机技术的进一步发展和加工中心诞生，使得柔性制造得到了广泛的运用，先后在日本、德国、美国等制造业发达国家先后出现了无人化自动加工车间。我国发展与应用FMC、FMS系统均较晚，我国从1984年开始研制FMS，1986年从日本引进第一套FMS。随着改革开放的不断深化和世界各国的柔性制造技术的不断进步，中国的柔性制造系统也在不断取得成果，由原来单纯的依靠模仿、进口逐渐转变为自主研发为主。目前，虽然主要的核心部件和一些超高精密的自动化加工中心需要进口，中国柔性制造系统统自主研发已经占到50以上。当今世界制造业中都有柔性制造技术的运用，制造业的发展标志着一个国家的工业水平和综合国力。13柔性制造系统的优点相对于传统的加工柔性制造是一种技术复杂、高度自动化的系统，它将微电子学、计算机和系统工程等技术有机地结合起来，理想和圆满地解决了机械制造高自动化与高柔性化之间的矛盾。柔性制造的特点是适应市场需求，以利于多品种、中小批量生产；为客户提供更加能够满足需求的产品；提高机床利用率，缩短辅助时间，降低成本。缩短生产周期，减少库存量，提高市场响应能力。提高自动化水平，提高产品质量，降低劳动强度、改善工作环境。14柔性制造车间的设计意义本次毕业设计的设计对象是连杆类零件的柔性制造车间。连杆类零件的种类有很多种类，大小、复杂程度也不一样，但是连杆类零件也有一些相似的地方，一个能满足连杆类零件的制造柔性制造车间在设计时应该选择一种加工工序比较多的连杆，如果能满足比较复杂连杆的加工，那么这个柔性制造车间就可以满足连杆类零件的加工，所以在设计时需用到成组技术。柔性制造车间一般需要用到高自动化的加工设备，比如加工中心、数控机床、工业机器人、导向小车、自动化仓库。除了能满足加工要求，柔性加工车间的加工设备还希望能有一些加工其他零件的发展空间。通过做毕业设计可以对四年来说学到的知识进行一次很好的运用和梳理，通过实践设计可以锻炼动手能力，理论联系实践，更好的理解专业知识。做毕业设计也是对知识再创造的过程，可以为将来的工作打下一定的基础。第二章成组技术针对连杆类零件的柔性制造车间，其设计的目的是使用于连杆类零件的生产，连杆的形状、样式都是多种多样的，但是连杆还是有很多相似之处的，所以在柔性制造系统的设计中需要应用到成组技术。21成组技术产生的意义在多品种、中小批量的生产中，不适合采用自动化的专用设备，那样不仅有局限性也会增加成本，一般情况下采用通用机床。由于机械零件的形状和尺寸不太一样，它们在加工设备上加工时常常需要不同的加工工序，不同的加工工具、不同的装夹条件、不同的准备工作，所以极大地影响了生产效率。数控机床的产生条件，在多品种、中、小批量生产中显示了一系列优越性。它具有较大的柔性，能适应不同类似的零件的加工需要，能使多品种、小批量零件的生产基本上实现了工序自动化，具有较高的工序生产效率和稳定的加工质量。但是数控机床只在单个加工设备上提高了工序生产率，并没有从根本上解决多品种、中、小批量生产方式带来的问题。如果不利用成组技术的原理与优化数控机床的配置与布置，优化产品零件的加工顺序，生产效率就有会有很大的局限，也不能充分发挥数控机床潜在的加工效率。22成组技术的基本原理成组技术的基本原理植根于事务潜在的相似性，它研究如何识别及发掘生产活动中事务的相似性，并充分利用这种现实性为生产服务。成组技术的基本原理是将许多看似各不相同但在某些方面又具有现实信息的事务按照某些一定的准则来分类成组，使具有相似信息的事务能够采用同样的解决办法，从而达到节省时间、节省精力和费用的目的。因此，成组技术的关键是充分利用事务之间的相似性。对于机械制造而言，在众多的生产零件中，他们的相似性是指工艺流程的相似、加工设备的相似、工装夹具的相似、以及运输工具，上、下料和装卸方法的相似等。虽然每种产品的生产批量不大，但如果把具有相似信息的多种零件集合起来生产，成组生产，即按相似零件组来制定成组工艺、设计制造成组模具和夹具，生产时按照现实零件组投料，就可以提高生产效率，节约成本、工时。成组技术的基础是零件的相似性，而相似性主要是指所制造零件的结构、工艺的相似性信息。因此在成组技术中，对零件信息描述的标准化和一致性非常重要，需要一个完善的零件分类编码系统。23分组技术的应用在柔性制造系统中，可以通过零件的设计图纸或者三维模型来获得零件的几何特征信息。柔性动态分组的一般步骤为（1）根据待分组零件的种类及数量，交互式输入需要分组的组数零件数量与其平均值的上下偏差，这样计算机就能计算出同一零件组的零件数量的最大值，平均值和最小值。（2）按一定规则，由生产特点决定，将加工的零件进行排序。（3）从经过排序的零件序列中找到第一个尚未分组的零件以该零件的编码作为分组的尺规去衡量尚未分组的零件，包含于尺规之中的零件则自然分到同一个加工组。（4）经过（3）步分组以后，若组中的零件数小于平均值，则逐渐放宽上述的分组尺规，将符合于新尺规之中的零件自然地分到一个加工组中，直到组中的零件数大于平均值。（5）重复（3）、（4）直到尚未分组的零件总数小于最小值。（6）将最后剩下的尚未分组的零件划分到与其工艺特征相差最小的零件组中。这样分组方法的柔性与动态表现在在分组中，分组的尺规是不断的动态变化；适应性强不受码位长度及编码系统类型的限制；可以方便地得到不同的分组结果，为通过仿真或其他优化算法进行优化分组提供方便。第三章连杆工艺设计31连杆的结构特点连杆是连杆机构中两端分别与主动和从动构件铰接以传递运动和力的杆件，连杆的形状复杂而不规则，连杆的工作条件要求连杆具有较高的强度和抗疲劳性能，又要求具有足够的刚性和韧性。例如在往复活塞式动力机械和压缩机中用来连接活塞与曲柄。连杆是汽车、船舶等发动机中的重要零件；除此之外，很多的机械中都会用到连杆。典型的连杆结构有大、小头、杆身三部分组成。也有三孔的连杆,连杆大头有的是分开的，有的是连在一起的，图31所示是一些连杆的样式。此次柔性制造车间的设计以图32所示的连杆结构为例。图31一些连杆样式图图32典型连杆零件图32连杆的技术要求图32所示的是汽车的连杆，汽车连杆用于发动机，需要较高的精度、刚度、强度，其具体的技术要求如下所示（1）大头孔公差等级为IT7，表面粗糙度RA应小于等于04M；大头孔的圆柱度公差为0012MM，小头孔公差等级为IT8，表面粗糙度RA应小于等于032M。（2）连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，技术要求不同，大头两端面的尺寸公差等级为IT9，表面粗糙度RA小于等于08M,小头两端面的尺寸公差等级为IT12，表面粗糙度RA小于等于63M。（3）大、小头孔中心距（003005）MM。（4）两孔轴线在两个互相垂直方向上的平行度在连杆轴线平面类内的平行度为100（002004）；在垂直连杆轴向平面内的平行度为100（004006）。（5）大头孔两端面对其轴线的垂直度为10001。（6）两螺钉孔（定位孔）的位置精度在垂直方向上的平行度为100（002004）；对结合面的垂直度为100（0102）。螺栓孔按IT8级公差等级和表面粗糙度RA应小于等于63M加工；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为025MM。（7）连杆的质量误差不大于2。以上是图32典型连杆零件示例图，而针对适应连杆类零件的加工需要有一定的范围；连杆类零件技术要求如下（1）大头孔公差等级在（IT7IT15）之间，表面粗糙度RA在（0432）M之间；大头孔的圆柱度公差在（001201）MM之间，小头孔公差等级在（IT8IT15）之间，表面粗糙度RA应在（03265）M之间。（2）连杆大、小头孔两端面间距离的基本尺寸相同，技术要求是不同的，大头两端面的尺寸公差等级在（IT9IT16）之间，表面粗糙度RA在（0832）M之间,小头两端面的尺寸公差等级在（IT12IT18）之间，表面粗糙度RA在（63125）M之间。（3）大、小头孔中心距（00301）MM之间。（4）两孔轴线在两个互相垂直方向上的平行度在连杆轴线平面类内的平行度为100（00201）；在垂直连杆轴向平面内的平行度为100（00401）。（5）如果有螺钉固定的连杆，两螺钉孔的位置精度在垂直方向上的平行度为100（00201）；对结合面的垂直度为100（0105）。螺栓孔在（IT8IT12）之间，表面粗糙度RA在（63125）M之间；两螺栓孔在大头孔剖分面的对称度公差为（02505）MM之间。（6）大头孔两端面对其轴线的垂直度为100（0105）。（7）零件的加工质量对整个生产成本影响非常大，所以连杆的质量误差应小于等于2。33连杆的材料和毛坯连杆在工作中承受多向交变载荷的作用，要求具有很高的强度，抗疲劳性和韧性所以连杆的材料一般采用45钢或者40CR、等优质钢或合金钢，也45MN2有采用球墨铸铁的。连杆毛坯制造方法的选择，主要根据生产类型、材料的工艺性（可塑性，可锻性）及零件对材料的组织性能要求，零件的形状及其外形尺寸，毛坯车间现有生产条件及采用先进的毛坯制造方法的可能性来确定毛坯的制造方法。根据生产纲领为大量生产，连杆多用模锻制造毛坯。连杆模锻有两种方案方案一是连杆体和连杆盖分开锻造，方案二是将连杆体和连杆盖锻造成体。方案一采用整体模锻的连杆毛坯，在机械加工完连杆整体以后，需要把连杆整体切开为连杆体和连杆盖，为了保证孔的加工余量，需要再锻造时把连杆大头孔锻造成椭圆形，留有足够的加工余量。整体锻造虽然会使得金属纤维断裂，但是整体锻造通常只需要准备一种模具，耗费的工时少，消耗的原材料也比较少，所以整体锻造还是运用得比较广泛。方案二锻造后连杆体和连杆盖的材料金属纤维是连续的，因此具有较高的强度。但是需要两套锻造设备。为了提高生产效率，需要再模锻毛坯后加一道工序，毛坯精化，经过精压的毛坯精度可以达到01502MM,精压后的毛坯可以直接进行磨削加工。连杆的毛坯必须经过外观缺陷、内部探伤、毛坯质量、尺寸等全面检查才可以进入柔性制造车间进行加工。34基准选择连杆机械加工工艺过程的大部分工序都采用统一的定位基准。这样不仅有利于保证连杆的加工精度。比如连杆大、小头孔的尺寸精度、连杆几何形状精度和相互位置精度。连杆大，小头端面对称分布在杆身的两侧，由于大，小头孔厚度不等，所以大头端面与同侧小头端面不在一个平面上，这样端面作为定位基准不行。为了避免用阶梯面定位产生的定位误差，制定工艺规程时，先把大，小头做成一样的厚度，这样不仅避免了上述缺点，而且加大了定位面积，增加了定位稳定性。在加工的最后阶段才铣出这个阶梯面。精镗大、小头孔时，用大头孔端面定位，有利于保证大头孔与端面的垂直度要求，而精镗小头轴承孔时，大头孔用可心轴起主要定位作用，有利于保证大，小头孔轴线的平行度。粗基准的选择加工表面为连杆的重要表面，为保证其余量均匀，毛坯的两端面也比较光洁，所以选择大、小头孔两端面为粗基准。精基准的选择应遵守基准重合原则，减少因基准不重合而引起的定位误差。因此选择半精加工后的两端面和半精加工后的大小头孔作为精基准。35连杆加工工序安排原则351加工工序原则为了更好的满足加工出零件设计的要求，在设计加工工序时应该遵循以下四个原则（1）先基准后其它。首先加工要作为基准的面或者孔。（2）先面后孔。先加工大小端两端面，然后以两端面为主要定位基准。（3）先大面后小面。在加工面时，应该先加工大面，这样可以为后面的加工提供一个稳固的定位基准，以加工好的大面作为定位精基准加工，这样的加工更加可靠、稳定。（4）先主后次。精基准加工好后，应该接着对精度要求高的主要表面进行粗加工。次要表面的粗加工可在主要表面的粗加之后进行加工。352其它辅助工序工艺路线设计除了设计加工零件的面、孔的加工还需要考虑其他辅助工序的工艺安排比如去毛刺、探伤、清洗及检验等工序的安排。3521检验工序检验工序是为了保证产品质量、防止不合格品出现。在柔性制造时，检验主要是用三坐标测量机，三坐标测量机与中央控制系统用以太网连接，采用非接触式测量，通过对加工好的零件进行各尺寸的测量，再与事先输入的尺寸数据进行对比，数据一致表示零件合格，测量数据与设计零件尺寸数据不一致则表示不合格。加工零件除了在完成所有的加工工序以后进行检测，还可以加工设备自带的检测装置进行在线检测。3522清洗工序清洗一般是为了清除附在工件表面上的切屑和污物，使工件洁净，以保证加工质量、检验方便可靠准确连杆加工清洗工艺也是由清洗机完成的，需要进行的清洗工序有（1）连杆体、连杆盖装配之前进行清洗，保证连杆体盖装配精度。（2）综合检测之前进行清洗，保证检验精度。3523去毛刺工序毛刺会影响后工序的定位精度，影响加工质量，并且影响刀具的使用寿命，影响连杆盖和连杆的装配精度。如果加工好的连杆体和连杆盖有毛刺，会对连杆整体的装配精度和清洁度产生不良影响。3524探伤检查工序探伤是为了检查锻造裂痕和热处理裂纹。如果没有探伤工序，零件有裂痕就进行工作存在很大的风险，很有可能在加工中造成较大的事故，所以探伤检查是一个重要的安全保障。3525编码在柔性加工中，如果采用整体锻造毛坯，在加工中需要把连杆铣开，这就需要对铣开的连杆体和连杆盖进行编码，方便对号装配。如果没有对号装配就会影响连杆的精度，最终将不能保证连杆稳定的工作。3526称重工序生产线的终端安排有连杆的称重工序。连杆主要是运用在连接的运动中，如果保证连杆的质量在一定的范围里，而且连杆的质量分配比较均匀，这样可以保证连杆运动平稳，使用寿命增加。所以需要称重工序。36连杆加工工艺过程连杆主要的加工表面是大、小头孔以及大、小头孔的端面，比较重要的面是连杆体和连杆盖的结合面，它关系到连杆的精度。稍微次要的表面是油孔、大头两侧面以及连杆体和连杆盖上的螺栓面等。连杆的机械加工工艺过程是根据连杆的加工面来确定的。连杆的加工工艺过程根据连杆整体加工和分开加工分为第一、连杆毛坯整体加工；第二、连杆体和连杆盖分开加工；第三、连杆体和连杆盖装配后加工。如果按连杆装配前后来分，装配之前的工艺路线属主要表面的粗加工阶段，装配之后的工艺路线则为主要表面的半精加工、精加工。根据模锻毛坯的方法不同，连杆零件加工最终的加工工艺方案有三种分别是方案一、方案二和方案三。方案一加工工序如表31所示，方案三加工工序如表33所示，方案二加工工序如表32所示。表31方案一加工工序工序号工序名称工序内容工艺装备1锻造模锻毛坯2锻造模锻成形，切边3精化毛坯精压毛坯，经过精压的毛坯精度可达01502MM4热处理正火处理这四个工艺在车间外完成5磨磨连杆两端面，把其中一个加工好的端面作为基面。磨削中心6钻以基面定位，钻、扩、大、小头孔，小头孔两端面倒角加工中心7镗以基面定位，粗镗大、小头孔加工中心以基面、大、小孔定位，铣削两侧面保证对称以基面、小、头孔定位，铣开连杆，并标记连杆体和连杆盖加工中心8铣以基面、一侧面定位，铣削连杆体结合面加工中心9磨以基面、一侧面定位，磨削连杆体结合面磨削中心10钻以基面、结合面和一侧面定位钻、扩连杆体螺栓孔、攻螺纹加工中心以基面、结合面和一侧面定位，粗、精铣螺钉孔平面11铣以基面、结合面定位铣连杆体上斜槽加工中心12钻钻连杆体油孔加工中心13铣以基面、一侧面定位，铣削连杆盖结合面加工中心14磨以基面、一侧面定位，磨削连杆盖结合面磨削中心15钻以基面、结合面和一侧面定位，钻、扩、铰连杆盖两螺钉孔、攻螺纹。加工中心以基面、结合面和一侧面定位，粗、精铣螺钉孔平面16铣以基面、结合面定位铣连杆盖上斜槽加工中心17钻钻连杆盖油孔加工中心18清刺对连杆体和连杆盖进行去毛刺、清洗清洗机19装配利用专用螺钉将连杆体和连杆盖对号装配装配机器人20精磨精磨两端面磨削中心21镗以基面、一侧面和螺钉孔面定位，半精镗、精镗大、小头孔倒角加工中心22压铜套压入小头孔的铜套23精镗以基面、以侧面定位，精镗小头衬套以及大头孔加工中心24珩磨珩磨大头孔磨削中心25检检查各尺寸精度测量机器人26探伤探查有无损伤及其硬度27入库防锈处理入库表32方案二加工工序工序号工序名称工序内容工艺装备1锻造模锻毛坯2锻造模锻成形，切边3热处理正火处理这三个工艺在车间外完成4粗铣铣连杆大小头两端面，每面留05MM加工余量加工中心以一大平面定位，精铣另一大平面，保证中心线对称，做标记，作为基面。5精铣以基面定位，精铣另一大平面加工中心6钻以基面定位，钻、扩大小头孔加工中心7粗镗以基面、粗镗大、小头孔加工中心以基面、小头孔定位，铣开连杆，并标记连杆体和连杆盖8铣以基面、一侧面定位，粗铣、半精铣、精铣削连杆体结合面加工中心9钻以基面、结合面和一侧面定位钻、扩、铰连杆体螺栓孔、攻螺纹加工中心以基面、结合面和一侧面定位，粗、精铣螺钉孔平面10铣以基面、结合面定位铣连杆体上斜槽加工中心11钻钻连杆体大头孔油孔12铣以基面、一侧面定位，粗铣、半精铣、精铣削连杆盖结合面加工中心13钻以基面、结合面和一侧面定位，钻、扩、铰连杆盖两螺钉孔、攻螺纹。加工中心以基面、结合面和一侧面定位，粗、精铣螺钉孔平面14铣以基面、结合面定位铣连杆盖上斜槽加工中心15钻钻连杆盖油孔16去刺、清洗对连杆体和连杆盖进行去毛刺、清洗清洗机17装配利用专用螺钉将连杆体和连杆盖对号装配装配机器人18镗以基面、一侧面和螺钉孔面定位，半精镗、精镗大、小头孔倒角加工中心19精镗以基面、以侧面定位，精镗小头衬套以及加工中心大头孔20检检查各尺寸精度测量机器人21探伤探查有无损伤及其硬度22入库防锈处理入库表33方案三加工工序连杆体工序号工序名称工序内容加工设备1模锻2调质3探伤这三个工艺在车间外完成4铣以大头孔壁、小头外轮廓定位，粗、精铣两大平面，标记其中一大平面，作基面加工中心5钻以基面、小头外轮廓定位，钻、扩、小头孔加工中心6粗镗以基面、小头孔外轮廓定位，粗镗小头孔加工中心7粗镗以基面、小头孔定位，两件同时装夹，粗镗大头孔，倒角加工中心8铣以基面、小头孔定位，精铣接合面加工中心9钻以基面、小头孔定位钻、攻螺纹孔，钻、铰定位孔加工中心10精镗以基面、接合面定位精镗定位孔加工中心11钻钻连杆体小头孔油孔加工中心12铣以基面、小头孔定位铣斜槽加工中心13清洗连杆盖1模锻2调质3探伤这三个工艺在车间外完成4铣以结合面定位，精铣两平面，做标记，以一平面作基面加工中心5铣以基面定位，端肩胛面定位半精铣、精铣接合面加工中心6镗以基面，螺钉孔外侧定位两件装夹粗镗大头孔、倒角加工中心7钻以基面、大头孔壁定位。钻、扩螺纹孔。钻、铰定位孔加工中心8精镗以定位孔接合面定位，精镗定位孔加工中心9铣以基面、接合面定位，铣斜槽10清洗连杆合体1装配连杆和连杆体对号，用专用螺钉装配装配机器人2镗以基面定位，半精镗、精镗大小头孔，分别倒角加工中心3珩磨珩磨大头孔磨削中心4检检查各尺寸精度测量机器人5入库37加工余量的选择371余量参考数据为了保证加工精度和加工质量，各个主要表面都要经过几个加工工序的加工，每一道加工工序都需要留一些加工余量，在设计连杆的加工工艺过程中，确定加工余量非常重要，余量的大小将直接影响机械加工的生产率、加工质量、经济性。余量太小，会因为去不掉上道工序留下的表面缺陷而造成废品，余量过大，浪费金属材料，影响加工精度。由于连杆的形状不规则，需要加工的面、孔比较多，在加工中余量的选择通常没有万能的有效公式计算，大多数情况下需要根据经验数据作为参考。以下数据可以作为连杆类零件加工的重要参考数据。表34模锻长度或者宽度（垂直锤击方向）各尺寸的公差（MM）锻模件厂（宽）度5050120120260260500偏差（MM）1206170821112713表35扩、叫、镗孔的加工余量（MM）钻孔后扩孔、镗孔后粗铰后直径扩孔铰孔镗孔精镗铰孔粗铰精铰360150150056100202020110180803080502020118301204120803020130501505151004035015508017201005040280120201306015025表36精细镗孔的加工余量（MM）钢铸铁直径粗加工精加工粗加工精加工30020102013050020103015080020103018012003010301表37平面加工余量（MM）加工面宽度1001003003001000加工性质加工面长度余量30010152粗加工后精铣3001000152253000202503精加工后磨削30010000250304表38孔加工余量（MM）加工方法粗扩精扩精铰粗镗半精镗精镗细镗直径上的加工余量24081002043511505080205372加工余量的确定针对示例的连杆的加工余量确定用查表法确定加工余量。查询机械加工工艺手册第一卷表2321得以下数据作为参考。表39两端面的加工余量（MM）端面加工方法单面余量精度工序尺寸表面粗糙度粗磨两端面1IT738017025大断面08小断面63精磨两端面05IT83902032连杆两端面总的加工余量为,所以连杆铸总12224造出来的厚度为。42003表310小头孔加工余量（MM）工序名称工序余量经济精度工序尺寸最小极限尺寸表面粗糙度精镗05IT82827008MM03粗镗1IT629529232钻钻至285IT12285283125第4章柔性制造系统41柔性制造系统411柔性制造系统的定义柔性制造系统是伴随着自动化加工设备和计算机信息技术的发展而诞生的一种新生加工方式，他在不断的发展中，到目前为止针对柔性制造系统没有统一的定义，没有完整的定义。它作为一种新的制造技术代表，不仅在零件的加工而且在与加工有关的领域里也得到了越来越广泛的应用，这就决定了柔性制造系统组成和机理的多样性。美国国家标准局把柔性制造系统定义为由一个传输系统联系起来的一些设备，传输装置把工件放在其他连接装置上送到各加工设备，使工件加工准确、迅速和自动化。中国国家军用标准定义为柔性制造系统由数控加工设备、物料运储装置和计算机控制系统组成的自动化制造系统，它包括多个柔性制造单元，能根据制造任务或生产环境的变化迅速进行调整，适用于多品种、中小批量生产。综合现有的各种定义可以认为柔性制造系统是在自动化技术、信息技术和制造的基础上，通过计算机软件科学，把工厂生产活动中的自动化设备有机地集成起来，打破设计和制造的界限，取消图纸、工艺卡片、产品设计、加工互相结合而成的，适用于中、小批量和较多品种生产的高柔性、高效率的制造系统。412柔性制造系统的组成柔性制造系统由三个部分组成由数控等自动化加工设备组成的加工系统；自动化的物料运储系统；计算机信息控制系统。其组成系统如图41柔性制造系统构成框图所示。图41柔性制造系统构成框图（1）加工系统加工系统的功能是以任意顺序自动加工各种工件，并能自动地更换工件和刀具。通常由若干台加工零件的CNC加工中心以及刀具所构成。在加工较复杂零件的柔性制造系统中，由于机床上装载刀具库能提供的刀具数目有限，而针对一个年产量50000件/年的柔性制造车间来说，除了尽可能的使用标准化刀具尽可能少的使用专用刀具以外，还需要设计一个中央刀库，为加工设备远远不断的提供所需要的刀具，从而保证车间加工的连续性。（2）物流系统柔性制造系统中的物流系统与传统的流水线式的运送系统有非常大的不一样，柔性制造系统的物流系统可以在中央控制系统的统一控制下根据实际需要进行柔性调整，在柔性制造系统中还设置缓冲站，以保证在面对不加工时间不协调的情况下给物料一个缓冲的空间。物流系统包含工件的输送和存储两方面。工件的输送工件输送包括零件从柔性制造系统外部运输至柔性制造系统内，再把加工好的零件运送至存储仓库。系统中设置装卸工位，较重的工件可用各种起重设备和搬运机器人，工件输送系统按所用运输工具分成四类自动输送车、轨道与传送系统、带式传送系统和机器人传送系统。按物料输送的路线，可将工件输送系统概括为直线型和环型输送两种类型。直线型输送主要用于顺序传送，输送工具是各种传送带或者自动小车，直线输送容量较小，需要设置储料仓库；环型输送，机床布置在环型输送线的内部或者外部，输送工具是各种轨道或者传送带，还有自动输送或者架空轨悬挂式输送装置，在输送线路中还设置若干条支线作为储料和改变输送路线之用。在环型输送系统中还有许多随行夹具和托盘组成的连续供料系统，借助托盘上的编码器能自动识别地址任意编排工件的传送顺序。（3）计算机信息控制系统计算机信息控制系统包括过程控制和过程监视两个子系统，其功能分别为进行加工系统及物流系统的自动控制，以及在线状态数据自动采集和处理。柔性制造系统中信息由多级计算机进行处理和控制。其主要任务是组织和指挥制造流程，并对制造流程进行监控和监视；向柔性制造的加工系统、物料系统提供全部控制信息并进行过程监视，反馈各种在线检测数据，以便修正控制信息，保证加工工件的加工精度。413柔性制造系统的工作原理柔性制造系统工作过程是柔性制造系统接到上一级控制系统的生产计划信息和技术参数信息后，计算机信息控制系统进行数据信息的处理、编辑加工工序，从而按照物流系统控制程序进行有序的控制。物料存储按照生产零件类型选择合适的毛坯，夹具库根据加工零件的加工工序，定位装夹方式，选择夹具进行装夹。毛坯的随行夹具由输出系统输出。工业机器人或自动装卸机按照信息系统的指令和工件及夹具的编码信息，自动识别和选择所装卸的工件及夹具，并将其装夹到相应的加工中心上。加工程序识别装置根据送来的工件及加工程序编码，选择加工所需要的加工程序、刀具及切削参数，对工件进行加工。加工完成，按照信息系统输给的控制信息转换程序，并进行检验，加工工序全部完成以后，物流设备把零件运送至自动化仓库成品区间，与此同时把两件检测信息和加工过程信息进行储存，夹具和托盘送至夹具库。需要加工其它零件时，只要改变输给信息系统的生产计划信息，技术信息、加工程序，整个系统就能够按照新的零件信息要求进行新的零件加工。物流控制计算机按照生产计划控制物流正常运行，中央控制计算机根据生产要求和生产计划进行整体控制，各个计算机和传感器不断收集每个工位上统计数据和其他制造信息,汇总反馈。如图42柔性制造系统工作原理框图所示。图42柔性制造系统工作原理框图42柔性制造系统中的加工系统柔性制造对加工设备的要求是供需集中、高柔性、高生产率、高自动化。所有的设备受到本身数控系统和整个计算机控制系统的统一调度、指挥，实现动态调度、信息共享，各设备之间在标准的接口和数据信息交流基础上用网络进行有机的连接起来，实现实时的数据信息交换共享，接受中央控制系统的有机控制。保证各个加工设备的协调工作。选择加工设备的时候，需要考虑该柔性制造系统加工零件的尺寸范围、经济效益、零件的工艺性、加工精度和材料等。待加工零件决定加工设备的功率、加工尺寸范围和精度。柔性制造加工适用于中小批量零件生产，既要兼顾对生产率和柔性的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。因此，产生了互替式、互补式以及混合形式等多种类型的机床配置方案。互替式机床就是载入系统的机床是可以互相代替的。由数台数控加工中心组成的柔性制造系统，由于在加工中心可以完成各种加工工序的加工，有时一台加工中心就能完成工件全部加工工序，工件可随机地输送到系统中任何恰好空闲的加工工位，系统又有较大的柔性和较大的工艺范围，而且可以达到较高的时间利用率。从系统的输入和输出角度来看，他们是并联环节，因而增加了系统的可靠性，即当某一台机床发生故障时，系统仍能正常工作。但是系统中的机床具有冗余度。互替式机床布局如图43所示。图43互替式机床布局框图互补式机床是在系统的机床加工功能互相补充，各个机床完成按要求安排的加工工序，机床之间的工序不能相互替换，工件必须按顺序经过各加工工位。互补式机床布局的特点是生产效率高，机床利用率比较高，但是从系统输入和输出角度来看，互补机床是串联方式，系统稳定性相对比较低，当某台机床发生故障时，系统就不能正常工作。互补式机床布局如图44所示。图44互补式机床布局框图混合式机床具互补式和互替式机床的有点和缺点，其结构如图45示。图45混合式机床结构框图根据加工连杆类零件时，连杆的结构形状比较复杂，加工工序比较多，主要的加工工序是铣、钻、扩、铰、镗、磨、锪，要完成这些加工工序，需要加工工序集中的加工中心来完成，使用加工中心具有互补式和互替式的优点，加工效率比较高，一台加工中心出现问题也可以利用其它的加工中心继续加工。而针对车间跨距24米的柔性制造车间来说，几台加工中心串联起来呈U形布局不仅可以节省空间也可以具有高效率、高稳定性。如图46所示。图46加工中心布局结构图一个零件有毛坯到最终成为能满足设计需求的零件，它所需要加工的元素大致可以分为面、孔、点、外圆等。而根据不同的加工工序，不同的零件要求加工方式大致可以分为车、铣、钳、磨、拉、镗、铰、攻丝、刨等，伴随着加工方式也产生了一些相应的加工设备，比如车床、铣床、拉床、加工中心、刨床、镗床等。而在柔性制造系统中毫无疑问的需要选择自动化程度比较高的加工设备比如数控铣床、加工中心，为了能够使柔性制造车间具有较高的柔性，此次选择加工中心为柔性制造车间主要的加工设备。43柔性制造系统中的物流系统物流系统是柔性制造系统中的重要组成系统，它是柔性制造系统能够顺利运行的重要保证，没有物流系统，柔性制造系统的加工就需要人工搬运物料、零件等，这样自动化程度大大降低。431物流系统的组成柔性制造物流系统主要由三个部分构成（1）原材料、半成品、成品构成的工件流；（2）刀具、夹具构成的工具流；（3）托盘、辅助材料、备件构成的配套流。在柔性制造物流系统中，工件、工具、刀具是比较重要的，它们是加工系统中各工作站间的主要工作部件，用以保证柔性制造系统正常有效的运行。物流系统主要功能是物料的存储、运输、装卸、交换等功能。物流系统在柔性制造中需要的具有较高的自动化、比较容易控制。物流系统就像柔性制造车间的血液，如果没有物流系统，柔性制造车间就不能正常的运转，如果没有自动化的物流系统，柔性制造车间就会耗费较多的人力资源，柔性制造也就失去了柔性，它与传统的相比也就只是多了加工中心，从而失去优势。物流系统的组成如图47所示。图47物流系统组成框图432工件夹具系统零件在进入柔性制造系统中进行加工前，需要装夹在夹具上，夹具放在带识别标识的托盘上，零件的位置尺寸由加工中心自动获取、辨识和加工完成。所以需要托盘、夹具把工件准确的送入加工中心的坐标系中，以保证加工中心的坐标系能够很好的描述零件，建立加工坐标。通过这样的加工方式，被加工工件多数只需要经过一次装夹，就可连续地对工件需要加工的面或者孔完成钻、扩、铰、镗、铣等粗、精加工，用一个夹具便能完成工件大部分或者全部的加工工序的加工。由毛坯加工成一个完整的符合要求的零件的柔性制造过程中，工件需要储存、识别、运输、加工、清洗、装配、检测、再加工等加工工序。加工工件类型多为种类多、品种多但是批量比较小，如果采用专用夹具，则准备周期长、夹具成本高及存储、维修和管理等费用高。所以柔性制造系统中多采用组合夹具、可调夹具、数控夹具和托盘。在加工连杆类零件的柔性制造车间中选择数控夹具、可调整夹具和托盘。将工件安装在数控夹具和可调整夹具上，再把夹具安装在托盘上，工件和定位夹具系统能够通过输送设备准确的在加工系统中自动定位。433工件输送系统柔性制造系统中的工件输送系统主要完成两类工作，一是把毛坯、原材料由柔性制造系统外搬进柔性制造系统，再把加工好的零件运送到储存仓库。二是把在加工系统中的毛坯、半成品、成品按照加工工序一次运输到各加工设备和检测辅助设备上。工件输送系统按照输送工具可以分为带式传送系统、自动输送车、轨道传送系统和机器人传送系统。常用的传送方式如表41所示表41传送方式示例表方式形式示例单一并行直线型分支单一双环型分支网型树形直线型输送方式适合运用于按照一定顺序进行传送的小型柔性制造系统，它的容量小，需要在传送系统外设置物料储存库。网型和树形输送方式存储空间比较小，需要设置物料库、缓冲站，但是输送柔性比较大，当然与之相匹配的控制系统也比较复杂。针对连杆类零件柔性制造时，选择环型输送方式，机床布置在环型输送的外侧或内侧，输送工具除了各种类型的轨道传送带外，还可以是自动输送车或架空轨悬空式输送装置。在环型输送系统中还有用许多随行夹具和托盘组成的连续供料系统，借助托盘上的编码器能自动识别地址以达到任意编排工件的传送顺序，为了将带有工件的托盘从输送线或自动输送车送上机床，加工中心自带托盘交换装置。434刀具输送流由于加工连杆类零件工序繁多，需要用到的刀具种类也比较多，有钻、扩、铰、镗、锪、磨等工序的粗、精加工的刀具。除了加工中心自带的刀库外还需要设置一个中央刀库以及换刀的换到机器人，保证加工能连续不断的进行。典型的刀具管理系统如图48所示。48刀具输送框图435柔性制造物流设备在柔性制造系统中的物流设备主要是物料运输和物料存储，物料运输设备有传送带、运输小车、工业机器人；物料存储设备有自动立体化仓库、装卸工作站、缓冲站，分拣、编码仓库。44柔性制造系统控制系统柔性制造系统的控制系统是整个柔性制造车间的中枢和大脑，在柔性制造系统中，如果没有各个设备的信息交换、传输、控制，柔性制造系统就失去工作的统一指挥也就不能有序的工作，柔性制造系统控制系统是把车间各个加工设备，运输存储设备有机的联系起来，进行统一管理，统一调度，保证车间能够高效的、顺利有序的完成零件的加工工艺。柔性制造控制系统主要功能是对信息、数据进行收集、存储、整理、加工、传送。柔性制造信息控制系统的结构通常采用递阶控制的结构形式。即通过对系统化的控制功能进行正确、合理的分解，划分成若干层次，各层次分别进行独立处理，完成各自的功能，层与层之间在网络和数据库的支持下，保持信息交换，上层向下层发送命令，下层向上层反馈命令执行结果。在递阶控制结构中，每层的信息流都是双向流动的，向下层可以下达控制指令，分配控制人物，监控下层的作业过程，向上反馈控制状态，输送现场产生的数据。在控制的实时性和处理信息量方面各层控制计算机是有所区别的，越往底层，其控制的实时性要求越高，而处理的信息量则越小，越到上层其处理信息量越大，而对实时性则越小。其结构如图49柔性制造系统递阶控制系统结构图。图49柔性制造系统递阶控制系统结构图45柔性制造中的质量控制系统零件的加工质量决定了零件存在的意义，能够满足设计尺寸精度的零件才是最终的目的，不能满足设计尺寸的零件是不能运用到工作设备中的，就是废品，废品不仅浪费加工成本，也造成浪费，所以控制零件加工尺寸精度是非常重要的。为了加工出满足设计尺寸的零件，就必须在加工的各个环节有效的控制加工精度，只有各个加工环节的加工精度都满足要求才能高效的降低废品率。柔性制造加工过程中的质量控制建立在传感技术，信号处理技术，计算机技术的基础上，通过计算机及其软件实现在加工过程中对质量数据的获取、处理、对比，并对加工过程进行实时的调整控制，从而保证产品的加工质量，满足设计要求。集成质量控制只有采用计算机管理系统后才有可能实现，在柔性制造过程中，采用多级体系结构的计算机系统来管理集成质量控制系统。质量控制主要完成检测方法的制定、监控、诊断，其主要步骤是从CAD/CAPP/CAM中获取各个尺寸以及精度，用数据模型表述质量特征；制定被加工工件的检测项目、方法和所用仪器生成自动检测程序；选择刀具状态，夹具状态的检控策略；确定设备运行状态监控与故障诊断方法。其质量控制分布情况如图410示。图410尺寸精度控制分布框图柔性制造系统中产品质量采用计算机控制系统，其检测原理如图411所示。图411质量控制原理框图46柔性制造车间的设计由于连杆类零件形状复杂、加工精度要求高，有些连杆甚至就没有太过于规范的标准尺寸。为了适应连杆类零件的加工，加工设备选用加工中心，加工中心可以进行铣、钻、镗、攻丝等工序的集中加工，满足连杆类零件的加工需求。加工中心选择力劲集团生产的MV850型加工中心（如图412MV850型加工中心图所示），其技术参数如表42所示。选配主轴油冷、铁输送机、测量系统。图412MV850型加工中心图表42MV850型加工中心主要技术参数MV系列立式加工中心技术参数规格/机型单位MV850三轴行程X轴行程MM850Y轴行程MM550Z轴行程MM560主轴鼻端至工作台面MM150710主轴转速RPM皮带式8000主轴端孔斜度BTBT40主轴马力（30分/连续）KW11/75工作台尺寸MM1050600工作台螺孔MM185100工作台最大荷重KG600快速位移（X/Y/Z）M/MIN48/48/48切削位移速度M/MIN110M/MINX/Y/Z轴伺服马达KW2/2/3M换刀型式凸轮式刀具数量SET241刀具重量KG7最大刀长MM250最大刀直径MM80/150刀具交换时间（TT）SEC3刀具交换时间（CC）SEC5占地面积（长宽高）2260022542839机载数控系统西门子数控系统磨削中心采用德国ABA生产的磨削中心，如图413所示，其主要技术参数表43所示。图413磨削中心图表43磨削中心主要技术参数机床型号ZT612磨削范围MM1200700横向行程（Y轴）MM650纵向行程（X轴）MM1600磨削主轴中心至上工作台面距离MM600磁力平台尺寸MM1200600最大工件重量KG1300连续进给速率（X轴）MM/MIN100030000连续进给速率（Y轴）MM/MIN0012000连续进给速率（Z轴）MM/MIN00011500砂轮尺寸MM40080127砂轮主轴功率KW11砂轮转速范围RPM10003000机床重量KG7500占地面积245002700根据普通加工时的加工额定工时计算，连杆类零件柔性加工车间的零件运输设备选用AGV导轨小车和带识别系统的托盘。为了适应不同大小、形状的连杆类零件加工选用组合夹具和组合夹具，这样有很高的柔性，更好的满足零件加工需求。夹具放在托盘上进行运输。针对加工设备在加工过程中产生的切屑处理有两种方式，一种是在机床底部修建一条沟，在沟里安装切屑处理设备，另一种是托盘上带有切屑槽，当托盘随着运输小车运行一段距离经历一些加工工序以后在固定的切屑处理地方进行处理。针对连杆加工中的辅助工序清洗、去毛刺、检验、装配，需用清洗机、去毛刺机器人、检验机器人、装配机器人来实现自动化。装配机器人选用ABBIRB1600型装配机器人，其主要技术参数如图414。去毛刺机器人选用发那科M710IC型。图414ABBIRB1600型装配机器人技术参数检测机器人选用天准CMU454型，其主要技术参数型号CMU454；行程400X500X400MM；外部尺寸980X1435X2380MM；总重量836KG；承重300KG；示值误差22L/300UM；探测误差22UM；工作环境湿度4060，压缩空气120L/MIN,0608MPA,电源220V。连杆类零件柔性制造车间生产大纲50000件/年，车间跨度24M。方案一控制系统1台中央控制计算机、各设备自带工业计算机加工机床4台数控磨床、4台加工中心物料运输4