第七章机械加工生产线总体设计

机械制造配备设计(国家精品课程)目录第一章机械制造及配备设计方法第二章金属切削机床设计第三章典型部件设计第七章机械加工消费线总体设计第五章机床夹具设计第四章工业机器人设计第六章物流系统设计第七章机械加工消费线总体设计第一节概述第二节消费线工艺方案设计第三节消费线公用机床的总体设计第四节机械加工消费线的总体规划设计第五节柔性制造系统7.1概述一、机械加工消费线及其根本组成二、机械加工消费线的类型三、机械加工消费线总体设计应思索的主要要素四、机械加工消费线总体设计的内容及步骤7.1.1机械加工消费线根本组成机械加工消费线：以机床为主要设备，配以相应的保送安装与辅助安装，按工件的加工工艺顺序陈列而成的消费作业线机械加工消费线由加工配备、工艺装备、传送配备、辅助配备和控制系统组成。图17.1.2机械加工消费线的类型机械加工消费线的构造及复杂程度主要取决于工件的消费类型和工件的加工要求。机械加工消费线的类型7.1.3机械加工消费线总体设计应思索的主要要素〔一〕工件的几何外形，总体特征、材质、毛坯情况及工艺要求〔二〕消费纲领〔三〕运用条件〔四〕配备制造厂的制造才干7.1.4机械加工消费线总体设计的内容及步骤〔一〕消费线工艺方案的制定〔二〕全线自动化方案的拟订〔三〕消费线通用配备的选型和提出公用机床的设计义务书〔四〕消费线物流传送配备的选型和提出公用物流传送配备的设计义务书〔五〕消费线辅助配备的选型和提出公用辅助设备的设计义务书〔六〕消费线总体规划设计，绘制消费线的总联络尺寸图〔七〕绘制消费线周期表7.2消费线工艺方案设计一、消费线工艺方案的制定二、消费节拍的平衡和消费线的分段三、机床设备的选型四、消费线的技术经济性能评价7.2.1消费线工艺方案的制定〔一〕分析被加工工件的要求以及消费线建立的现场条件毛坯、工艺、开展、空间、动力〔电、气、油〕、阅历〔二〕消费类型确实定〔工业企业消费专业化的分类〕消费类型分为大量消费、成批消费和单件消费。其中成批消费又分为大批量消费、中批量消费和小批量消费。取决于产品的年消费纲领、加工周期。〔三〕确定毛坯类型—经技术经济分析确定铸件、锻件、型材7.2.1消费线工艺方案的制定〔四〕工件传送方式确实定首先确定工件在消费线上是采取直接传送还是随行夹具传送。工件有足够大的支承面、两侧的导向面和供传送带棘爪用的推拉面采用直接传送的方式，否那么需求采用随行夹具传送，甚至于加辅助支承。7.2.1消费线工艺方案的制定〔五〕工件定位基面选择〔1〕尽量采用一致的定位基面，以利于保证加工精度，简化消费线的构造；〔2〕第一道工序的定位基面选最重要的平面，再加工……余量均匀；〔3〕一面两销定位时，圆柱销常放在工件挪动方向前端；〔4〕为防止定位销孔磨损严重呵斥误差，可采用两套定位孔或采用较深定位孔；〔5〕采用两个垂直面及一个定位销定位时，定位销应为菱形。7.2.1消费线工艺方案的制定〔六〕工件传送基面的选择〔1〕箱体类工件传送基面的选择直接传送和间接传送两种〔2〕回转体类工件传送基面的选择〔3〕盘、环类工件和外形不规那么工件传送基面的选择

7.2.1消费线工艺方案的制定〔七〕确定各外表的加工工艺取决于工件资料、各加工面的尺寸、加工精度和表面粗糙度要求、加工部位的构造特征、消费类型等。〔1〕大平面加工：精度/外表粗糙度铣、粗铣—精铣、粗铣—半精铣—精铣〔2〕孔加工：实体加工：钻—扩—铰毛坯有预孔〔D＞16～30〕铰——尺寸精度高，位置精度、直线度校正低；精镗——位置精度、直线度高。

7.2.1消费线工艺方案的制定〔七〕确定各外表的加工工艺〔3〕深孔加工：难点——排泻、刀具冷却、轴线易歪斜。定期推出//阶梯孔//中空钻头//工件回转//断屑槽〔4〕螺纹加工：普通：钻底孔—倒角—攻螺纹高精度：钻孔—扩至底孔直径—倒角—攻螺纹

7.2.1消费线工艺方案的制定〔八〕选择合理的切削用量〔1)消费线刀具寿命的选择原那么较多思索的原那么是换刀不占用或少占用上班时间。〔2〕加工时间长、影响消费线消费节拍的工序，尽量采用较大的切削用量，以缩短加工时间。〔3〕留意刀具的转速，确定合理的切削速度和进给量，使刀具具有大致一样的寿命。〔4〕思索刀具各部分强度、寿命及其任务要求。7.2.1消费线工艺方案的制定〔九〕划分加工阶段粗加工—半精加工—精加工益处：〔1〕减少热变性，内应力变性的影响；〔2〕防止粗加工振动对精加工影响；〔3〕精加工设备精度坚持有利。7.2.1消费线工艺方案的制定〔十〕确定工序集中和分散程度〔1〕切削用量、夹紧力、夹具构造、光滑要求差别较大的工序，不宜集中完成；〔2〕相互间位置精度要求高的外表的精加工易集中完成；〔3〕要留意工件的刚性；〔4〕要合理安排粗、精加工工序；〔5〕要保证机床调整，运用方便，任务可靠。7.2.1消费线工艺方案的制定〔十一〕安排工序顺序〔原那么〕〔1〕粗精加工分开，重要外表，要拉远；〔2〕易出废品的粗加工工序，应放在最前面或放在线外；〔3〕精度高、不易稳定到达要求的外表，放在线外加工；〔4〕尽能够减少机床台数；〔5〕位置精度要求高的外表尽能够在一个工位上加工；〔6〕同轴度、平行度要求高的孔系，精加工从同侧进展；〔7〕减少转位安装；〔8〕易断刀具工序放在精加工之前；〔9〕通常攻丝工序放在最后。7.2.2消费节拍的平衡和消费线的分段〔一〕消费节拍的平衡实现节拍平衡采取的措施:〔1〕采用新的工艺方法，提高工序节拍；〔2〕添加顺序加工工位；〔3〕实现多件并行加工，提高单件的工序节拍。

7.2.2消费节拍的平衡和消费线的分段〔二〕消费线的分段消费线属于以下情况往往需求分段：〔1〕进展转位和翻转时，分段独立传送；〔2〕为平衡消费线的消费节拍，对限制性工序采用“添加同时加工的工位数〞时，单独组成工段；〔3〕当消费线的工位数多时，普通要分段;〔4〕当工件加工精度要求较高时，减少工件热变形和内应力对后续工序的影响。7.2.3机床设备的选型所选机床设备，应与工件外形尺寸、质量、精度要求和消费类型相顺应。取决于技术经济论证。

通常：大量消费条件下——组合机床；消费批量不大而种类繁多——选柔性加工机床。7.2.4消费线的技术经济性能评价消费线的任务可靠性、消费率和经济效益是设计和建造消费线时首先应该思索和要协调处理的问题，也是评价消费线优劣的主要目的。7.2.4消费线的技术经济性能评价〔一〕消费线的任务可靠性：在给定的消费纲领所决议的规模下，在消费线规定的全部运用期限内，连续消费合格产品的任务才干。提高可靠性和效率的措施：〔1〕提高寻觅缺点和排除缺点的速度。〔2〕重要工位并联陈列，易出缺点的器件并联连接。〔3〕加强管理，抑制消费线停机时间。7.2.4消费线的技术经济性能评价〔二〕消费线的消费率〔1〕消费线消费率的分析消费线在正常运转并处于延续加工时，消费一个工件的任务循环时间就是消费节拍。由消费线任务循环时间所决议的消费率称为消费线的循环消费率。停顿缘由：调整和改换刀具或工具；消费线组成的器件、设备、安装和仪器仪表等的故障；组织管理不善；消费出的工件不符合技术要求；多种类消费线上，改换加工对象的调整。

7.2.4消费线的技术经济性能评价〔二〕消费线的消费率〔2〕消费线消费率和可靠性的关系随机性取决于消费线的任务循环周期，缺点强度，发现和排除缺点的继续时间。7.2.4消费线的技术经济性能评价〔三〕消费线的经济效益分析经济效益的分析和比较的根本原那么是将几个不同技术方案的有关经济目的加以比较。普通进展比较性的计算：〔1〕产品年消费本钱比较法〔2〕产品单件本钱比较法〔一〕被加工零件工序图1〕被加工零件的外形和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的构造外形及尺寸。尤其是当需求设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关构造的外形及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具能否发生干涉。2〕加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进展夹具的定位支承〔包括辅助定位支承〕、限位、夹紧、导向系统的设计。3〕本道工序加工部位的尺寸、精度、外表粗糙度、外形位置尺寸精度及技术要求，还包括本道工序对前道工序提出的要求〔主要指定位基准〕。4〕必要的文字阐明7.3组合机床总体设计被加工零件工序图例如汽车变速箱体，加工外表包括两个端面以及端面上一切孔；定位采用底面和底面上的两个定位销孔。7.3组合机床总体设计〔二〕加工表示图加工表示图的作用加工表示图是根据消费率要求和工序图要求而拟定的机床工艺方案，是刀具、辅具的表示图，是刀具、辅具、夹具、电气、液压、主轴箱等部件设计的重要根据。加工表示图表示的内容〔1〕加工部位构造尺寸、精度及分布情况；〔2〕刀具、刀杆及其与主轴的衔接构造；〔3〕导向构造以及大镗杆的托架构造；〔4〕各类构造的联络尺寸、配合尺寸及必要的配合精度；〔5〕切削用量；〔6〕任务循环及任务行程；7.3组合机床总体设计主轴、刀杆的构造

多轴箱的主轴构造：钻头、接杆和主轴7.3组合机床总体设计加工表示图的绘制方法〔1〕按比例绘制工件的外形及加工部位的展开图。〔2〕根据工件加工要求及选定的加工方法确定刀具、导向套或托架的方式、位置及尺寸，选择主轴和刀杆。〔3〕同一工位、一致加工面，加工一样构造、尺寸和精度加工外表的主轴构造是一样的，画一根即可。〔4〕对一些规范的通用构造，可以不剖视。〔5)标注必要的尺寸。〔6〕确定动力部件的任务循环。〔7〕任务形生长度确实定。〔8〕最后在加工表示图上标注必要的阐明。

7.3组合机床总体设计加工表示图任务行程长度7.3组合机床总体设计〔三〕机床总联络尺寸图机床总联络尺寸图的作用阐明了机床的方式和规划，规定各部件的轮廓尺寸及相互间的装配关系和运动关系，是开展各部件设计的根据。机床总联络尺寸图表示的内容〔1〕机床的配置方式和总规划〔2〕通用部件的型号和规格〔3〕主要公用部件的轮廓尺寸〔4〕工件几个部件的主要联络尺寸及运动尺寸〔5〕电动机功率7.3组合机床总体设计总联络尺寸图的绘制方法与步骤〔1〕纵向和高度方向尺寸基准线确实定。垂直平分线作为纵向基准线O-O，工件上被加工的最低孔中心线作为高度方向基准线O1-O1〔2〕纵向尺寸确实定〔3〕确定高度方向尺寸〔4〕画左视图〔5〕表示运动部件的终点和原始形状以及运动过程中的情况〔6〕标注〔7〕各运动部件的任务循环图7.3组合机床总体设计〔四〕机床消费率计算卡7.3组合机床总体设计7.4机械加工消费线的总体规划设计一、消费线的工件传送配备二、消费线总体规划设计三、消费线总体联络尺寸图四、机械加工消费线其它配备的选择与配置7.4.1消费线的工件传送安装机械加工消费线总体规划是指组成消费线的机床、辅助配备以及结合这些配备的工件传送配备的布置方式和联接方式。工件传送配备是将被加工工件从一个工位传送到下一个工位。消费线的总体规划和构造方式往往取决于工件的保送方式。〔一〕工件传送配备应满足的根本要求〔1〕构造简单、任务可靠、便于布置〔2〕传输速度高〔3〕任务精度要满足定位要求〔4〕坚持工件预定的方位〔5〕与消费线的总体规划和构外型式响顺应7.4.1消费线的工件传送安装〔二〕常用工件传送配备的类型、特点及运用范围〔1〕送料槽和送料道：工件自重传送和强迫传送。〔2〕步伐式传送配备：可以采用机械、气压或液压驱动，常见的有棘爪步伐式、回转步伐式及抬起步伐式。〔3〕转位配备：要求转位时间短，转位精度高，工件送入转位安装和从转位安装送出的方位应分别与上、下工段工件的传送方位一致。7.4.2消费线总体规划方式由消费类型、工件构造方式、工件传送方式、车间条件、工艺过程和消费纲领等要素决议。〔一〕直接传送方式直线经过式〔图9〕、折线经过式〔图10、11〕、并联支线形〔图12〕、框形〔图13〕、非经过式〔二〕带随行夹具方式将工件安装在随行夹具上，传送线将随行夹具依次传送到各工位。前往方式：程度前往、上方前往和下方前往。7.4.2消费线总体规划方式〔三〕悬挂传送方式图16主要适用外形复杂及没有适宜传送基准的工件及轴类零件，且只是尺寸较小、外形复杂的工件。特点：构造简单，适用于消费节拍较长的消费线。〔四〕消费线的衔接方式〔1〕刚性联接：传送安装将消费线结合成一个整体，用同一节拍把工件从一个工位传到另一个工位。〔2〕柔性联接：没有储料安装的消费线。

7.4.3消费线总体联络尺寸图需求确定的尺寸：〔1〕机床间距〔2〕传送步距t确实定〔3〕装料高度确实定〔4〕转位台联络尺寸确实定用来改动工件的加工外表。〔5〕传送带驱动安装联络尺寸图20〔6〕消费线内各配备之间间隔尺寸确实定7.4.4机械加工消费线其它配备的选择与配置〔1〕传送带驱动安装的布置〔2〕小螺纹孔加工检查安装〔3〕精加工工序的自动检测安装〔4〕装卸工位控制机构〔5〕毛坯检查安装〔6〕液压站、电器柜及管路布置〔7〕桥梯、支配台和工具台的布置7.5.1FMS概述柔性制造系统——以网络为根底、面向车间的开放式集成制造系统。它可以根据制造义务和消费环境的变化迅速做出调整，适用于多种类、中小批量消费。柔性，是指制造系统对系统内部及外部环境的一种顺应才干，也是指制造系统可以顺应产品变化的才干。5％95％调整、装夹、对刀、检测等切削30％70％加工时间运输与等待时间制造周期加工时间多种类、中小批量消费的时间分配典型的FMS主要由以下三个子系统组成：加工子系统、物流子系统、控制子系统FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站7.5.1FMS概述典型的FMS主要由以下三个子系统组成：加工子系统、物流子系统、控制子系统FMS的组成自动仓库工厂计算机中央计算机物流控制计算机运输小车加工单元1加工单元2加工单元n信息传输网络工夹具站7.5.1FMS概述柔性制造安装〔FMU〕相当于功能齐全的加工中心；柔性制造单元〔FMC〕小型FMS，由1-2台机床组成，自动改换刀具，自动上下工件；柔性制造系统〔FMS〕控制与管理功能比FMC强，管理通讯要求高；柔性制造消费线〔FML〕数控组合机床设备，公用性强、消费率高，相当于数控自动消费线，用于少种类、中大批量消费，为公用FMS

根据所含机床的数量、机床构造的不同，可将柔性制造系统分为柔性制造安装〔FMU〕、柔性加工单元〔FMC〕、柔性制造系统〔FMS〕、柔性消费线〔FPL〕7.5.1FMS概述典型柔性制造系统表示图1-自动仓库；2-装卸站；3-托盘站；4-检验机器人；5-自动小车；

6-卧式加工中心；7-立式加工中心；8-磨床；9-组装交付站；

10-计算机控制室典型柔性制造系统表示图7.5.2柔性制造系统的规划系统的规划，首先应明确包含哪些内容、要到达的目的。就是要以最小的投资来实现高消费率的多种类加工和降低制造本钱柔性制造系统规划可分为四个部分，物料流、加工工位、控制系统和组织管理，其中物料流的规划占首要位置7.5.2柔性制造系统的规划系统的规划方法的根本点是对消费义务进展详细分析，并根据批量、工件种类和义务变动频繁程度，明确能否建立柔性制造系统7.5.3柔性制造系统总体设计FMS的机床配置方式a)互替式b)互补式c)混合式FMS适用于中小批量的消费，既要兼顾对消费率和柔性的要求，也要思索系统的可靠性和机床的负荷率。因此，就产生了三种类型的FMS：FMS独立工位及配置原那么FMS物料储运系统及其配置FMS总体平面规划的原那么：1、有利于提高加工精度；2、排屑方便、便于整个车间的物流通畅和自动化、规划模块化、有利于人身平安、占地面积小、便于维修。FMS总体平面规划按照FMS中加工配备之间的关系，平面规划方式可以分为：随机规划、功能规划、模块规划和单元规划按照FMS中物流保送途径，FMS总体平面规划可以分为：直线型、环形、网络形等多种方式。机械加工工位、装卸工位、检测工位、清洗工位7.5.3柔性制造系统总体设计5、FMS物料储运系统及其配置工件运动方案有：无轨道式自动导引小车〔AGV〕运送方式、直线轨道式自动导引小车〔RGV〕运送方式、环形滚道运动方式；缆索牵引拖车运送方式；行走机器人运送方式等◆通常，工件的搬运由有轨或无轨自动导引小车担任◆工件在托盘上的夹具中装夹，普通由人工操作◆作为毛坯和完工零件存放地点的仓库分为平面仓库和立体仓库两大类。〔1〕工件搬运系统〔2〕刀具搬运系统指刀具进入或退出系统以及在系统中的运送的安装。可供选择的方案：盒式刀夹—无人自动导引小车方式；直线轨道机器人—中央刀库方式；带中间刀具架及换刀机器人的自动导引小车方式等7.5.3柔性制造系统总体设计6、FMS检测监视系统7、FMS控制构造体系对工件流的监视：检测工件进出站的空、忙形状，自动识别在工件进出站上的工件、夹具等；检测物流在自动立体仓库上的存取质量。传感器群信号采集预处置特征提取形状识别诊断决策预维修决策监控检测报告正常形状方式预诊断知识库预维修知识库学习训练匹配形状异常报警预知缺点报警输出设备运转形状监控与检测框图控制系统是FMS实现其功能的中心，它管理和协调FMS内各个活动以完成消费方案和到达较高的消费率。7.5.3柔性制造系统总体设计柔性制造系统仿真7.5.3柔性制造系统总体设计7.5.4FMS各独立工位及其配置原那么工位的设置与柔性制造系统的规模、类型与功能需求有关。〔一〕机械加工工位：对工件进展切削加工的地点，普通泛指机床。加工中心的精度包括任务台和