第2章加工设备自动化

第二章加工设备自动化2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.2实现加工设备自动化的意义2.3加工设备自动化的分类2.4典型自动化加工设备2.5自动化辅助设备第二章加工设备自动化留意：实现加工设备自动化的意义；实现加工设备自动化的方法；自动化辅助设备§2.1加工设备自动化的概念及特殊要求一、加工设备自动化的概念：是指在加工过程中所用的加工设备可以高效、精细、可靠地自动进展加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。〔加工设备自动化主要是指实现了机床加工循环自动化和实现了辅助任务自动化的加工设备。〕高效：消费率要到达一定高的程度；精细：加工精度高〔精度稳定性高〕，废品可以到达完全互换装配，不用再分组选配；可靠：设备缺点率低，除班间休憩之外可以到达年年不停消费，利用班间休憩时间方案换刀；集中工序：在一台设备或一个自动化加工系统中完成一个工件由毛坯到总装前的全部工序；柔性：顺应产品的改换。二、自动化加工设备的特殊要求：1、高消费率：2、高精度：3、高可靠性：4、柔性§2.1加工设备自动化的概念及特殊要求时间分配比例表示图1、高消费率：自动化消费的主要目的是提高劳动消费率和机器消费率，采用自动化技术后，可以大幅度缩短制造过程中的辅助时间，从而使消费率得以提高；要求：在工艺过程实现自动化时，采用的自动化措施都必需符合不断提高消费率的要求。消费率分析加工一个工件的任务循环时间tg切削时间辅助时间消费率：K—理想的工艺消费率=当自动化加工设备延续消费时，加工一个工件的任务循环时间是由切削时间和空程辅助时间组成的，即tf1tf2tf3Q=KKQQ1Q2Q3K1K2tf1<tf2<tf3以K为横坐标，Q为纵坐标，根据不同的tf值，作曲线组消费率分析加工一个工件的任务循环时间＝即：由任务循环所决议的消费率Q〔件／min〕为：为了提高消费率，必需同时减少和Q＝1／当减少到一定程度时，必需提高机床的自动化程度，即减少空程辅助时间▲▲在相对落后的工艺根底上〔即很大的情况下〕，实现机床自动化〔即减小〕，消费率的提高是有限的，为了获得良好的效果，该当在先进的工艺根底上实现机床自动化▲▲在落后的工艺根底上，减小切削时间能有效提高消费率消费率分析空程辅助时间＋＝切削时间1／〔〕＝2、高精度：产质量量的好坏，是评价产品本身和自动加工系统能否具有运用价值的重要规范。保证产品加工精度，防止工件发生成批报废，是自动化加工设备任务的前提；影响加工精度的要素：由刀具尺寸磨损所引起的误差由系统弹性变形引起的加工误差切削用量对外表质量的影响机床的尺寸调整误差引起的加工误差§2.1加工设备自动化的概念及特殊要求3、高可靠性：☆设备可靠性取决于设备元件的可靠性、元件的数量及联接方式〔串联和并联，串联一个元件失效会引起全线停车，可把自动线分段，以提高整条自动线的可靠性和消费率〕☆设备的可靠性取决于运转时的无缺点程度及修缮的适宜性，改良设备元件的构造，在设备运转时及时查明损坏系统，提高修缮的合理性；对于易发生缺点的易损坏零部件和机构，采用快速装拆的联接构造，用备件成组改换；或者并联一个一样元件或备用分支系统，采用备用手动控制和管理都可以减少停机时间。§2.1加工设备自动化的概念及特殊要求4、柔性：柔性：一是指系统顺应外部环境变化的才干，可采用系统所能满足新产品要求的程度来衡量；二是指系统顺应内部变化的才干，可采用在有干扰〔如各种机器缺点〕情况下系统的消费率与无干扰情况下的消费率期望之比来衡量。多种类中小批量消费已是机械制造业消费形状的主流。刚性：与少种类大批量消费相对应。§2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.2实现加工设备自动化的意义2.3加工设备自动化的分类2.4典型自动化加工设备2.5自动化辅助设备第二章加工设备自动化加工设备的加工过程自动化↓↓辅助时间↓↑消费率改善工人的劳动条件减轻工人的劳动强度。§2.2加工设备自动化的意义提高产质量量？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根本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的根底。单台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求，为多机床管理发明了条件，是建立自动消费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开展的根底。§2.2加工设备自动化的意义2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.2实现加工设备自动化的意义2.3加工设备自动化的分类2.4典型自动化加工设备2.5自动化辅助设备第二章加工设备自动化§2.3自动化加工设备(制造系统)的分类自动化制造系统一、刚性自动化设备及系统二、柔性自动化设备及系统1、刚性半自动化单机2、刚性自动化单机3、刚性自动线4、刚性综合自动化系统1、数控机床NC2、加工中心MC3、柔性制造单元FMC4、柔性制造线FML5、柔性制造系统FMS6、计算机集成制造系统CIMS2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.2实现加工设备自动化的意义2.3加工设备自动化的分类2.4典型自动化加工设备2.5自动化辅助设备第二章加工设备自动化§2.4典型自动化加工设备(制造系统)单机自动化(刚性)刚性自动线NC和MCFMCFMLFMS自动化制造系统一、刚性自动化设备及系统二、柔性自动化设备及系统1、刚性半自动化单机2、刚性自动化单机3、刚性自动线4、刚性综合自动化系统1、数控机床NC2、加工中心MC3、柔性制造单元FMC4、柔性制造线FML5、柔性制造系统FMS6、计算机集成制造系统CIMS少零件种类数多大零件批量小数控机床通用机床柔性制造单元柔性制造系统柔性制造消费线公用机床自动线消费率提高柔性增大010100100010000100010010典型自动化制造系统对比一、普通机床和自动化机床普通机床任务行程运动是由机床来完成的，但空行程运动的全部或大部分那么必需由工人来操作，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，加工出所需外形和尺寸的工件，这类机床必需在工人看管操作下才干完成加工过程。一、普通机床和自动化机床自动化机床如机床能自动完成一切任务行程和空行程运动，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展动作，完成整个加工循环，这样的机床，称为自动化机床。1、单机自动化〔刚性〕实现单机自动化的方法：①采用通用自动机床或半自动机床实现单机自动化主要用于轴类和盘套类零件的加工自动化，如：单轴自动车床；多轴自动车床；半自动车床特点：可根据加工工艺和加工要求，改换或调整部分零部件〔如凸轮或靠模〕，顺应不同零件的加工，适用于大批量多种类消费。二、刚性自动化设备及系统单轴自动车床单轴自动车床1单轴自动车床2多轴自动车床多轴自动车床机床靠模加工自动化机床的自动和半自动之分自动机床——在一个任务循环终了后，能自动卸下加工完的工件，装上待加工的坯件，并继续进展同样的任务循环，直至装在机床上的一批坯件加工完为止；半自动机床——能自动地完成除上料和卸工件以外的一切切削和辅助运动的机床。——需人工装卸自动循环的实现；实现单机自动化的方法：②采用组合机床实现单机自动化组合机床普通适用于箱体类和杂件类〔如发动机连杆〕零件的平面、各种孔和孔系的加工自动化。组合机床是一种由通用化零、部件为根底设计和制造的公用机床，普通只能对一种或一组工件进展加工，往往能在同一台机床上对工件进展多面、多孔和多工位加工，加工工序可高度集中，具有很高的消费率。组合机床的主要零部件已通用化和批量消费，因此其设计、制造周期短，投资小，是箱体类和杂件类零件大批量消费实现单机自动化的最主要手段。1、单机自动化〔刚性〕组合机床的概念组合机床是采用模块化原理设计的，以通用部件为根底，配以少量公用部件，对一种或假设干种工件按已确定的工序进展加工的高效公用机床。功用能对工件进展多刀、多面、多工位同时加工；完成钻孔、扩孔、镗孔、攻丝、铣削、车端面等切削工序和焊接、热处置、丈量、装配、清洗等非切削工序。功用和运动特点运动特点组合机床由机械传动实现刀具的旋转主运动，由机械或液压传动实现刀具或任务台的直线进给运动。广泛运用于大批量消费行业，如：汽车、内燃机、电动机、阀门的机械加工消费线上。组合机床的组成侧底座立柱底座立柱多轴箱动力箱滑台中间底座夹具组成部件：通用部件(动力头、滑台、侧底座、立柱、回转任务台等)；公用部件(夹具、多轴箱、部分刀具等)。实现单机自动化的方法：③采用公用机床实现单机自动化公用机床是一种零件〔或一组类似零件〕的一个加工工序而专门设计制造的自动化机床。④采用通用机床进展自动化改造实现单机自动化1、单机自动化〔刚性〕2、机械加工自动线〔刚性〕刚性自动化消费线是多工位消费过程，用工件保送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序衔接起来，在控制系统的作用下完成单个零件加工的复杂大系统。在刚性自动线上，被加工零件以一定的消费节拍，顺序经过各个任务位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程。自动线消费的特征(1)任务地专业化程度高，在自动线上固定地消费一种或几种工件，而在每个任务地上固定完成一道或几道工序。(2)消费具有明显的节拍性,即按照节拍进展消费所谓节拍是指自动线上出产相邻两件制品的时间间隔。(3)各道工序的任务地设备数量与该工序单件工时的比值相一致(假设不一致那么需求暂时缓冲库)，即如设自动线上各道工序的任务地设备数分别为s1，s2，s3…sm各工序的工时定额为t1，t2，t3...tm自动线消费节拍为r那么自动线消费的特征(4)工艺过程是封锁的，并且任务地设备按工艺顺序陈列成链索方式工件在工序间作单向挪动。(5)工件好像流水般从一个工序转到下个工序，消除或最大限制地减少了工件的因等待加工而耽搁的时间和机床设备加工的延续时间，消费过程具有高度的延续性(6)工件从进入加工工位到一切工位操作完成均在主控制器的控制之下自动完成这种自动过程不仅包括工件的流动自动化控制还包括机床的加工全过程的自动化控制。自动线消费的特征自动线的特征：§2.4.2机械加工自动线〔刚性〕自动线能减轻工人劳动强度，提高劳动消费率，减少设备布置面积，缩短消费周期，建立严厉的任务节拍，保证产质量量，降低产品本钱。自动线的加工对象通常是固定不变的，或在较小的范围内变化，而且在改动加工种类时要破费许多时间进展人工调整。另外初始投资较多，因此只适用于大批量的消费场所。在任务过程中，工件以一定的消费节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需求工人直接参与操作，自动地完成预定的加工内容。自动线的组成：§2.4.2机械加工自动线〔刚性〕机械加工自动线是在机床加工自动化、零件保送自动化、转位自动化、检测自动化、排屑自动化、夹具定位、央紧自动化以及操作控制自动化等方面先进技术开展的必然结果，是综合技术的运用。自动线的类型：§2.4.2机械加工自动线〔刚性〕39自动线的类型：§2.4.2机械加工自动线〔刚性〕自动线的类型：§2.4.2机械加工自动线〔刚性〕通用机床自动线1、自动线连线方式：工件保送方式：强迫保送：用外力使工件按一定节拍和速度进展保送〔料顶料或步进式保送带〕自在保送：用工件自重在槽形料道中滚动或滑动实现保送，或放在靠摩擦力带动的延续运动的链板上进展保送机械手保送：〔既可用于强迫保送又可用于自在保送，还可实现工件姿态的变换机床衔接方式：柔性衔接：〔用于小型工件、各工序消费节拍不一致的自动线〕机床的料道、料仓可储存工件，以及设置中间储料库平衡各工序节拍、提高自动线的利用率刚性衔接：〔用于长轴工件、各工序消费节拍较接近、工序较少的自动线〕要求机床的任务可靠性高机床陈列方式：串联方式：单机〔或单道工序〕的工序时间等于或稍小于自动线的节拍时间并联方式：单机〔或单道工序〕的工序时间大于自动线的节拍时间〔可平衡节拍，但工件传送系统复杂，应防止采用〕通用机床自动线自动线机床陈列图a)串联单纵列b)串联双纵列c)串联单横列d)串联双横列e)并联排演通用机床自动线分料方式：〔仅对于并联方式〕顺序分料：将工件依次填满并联各单机和各分料料道或料仓，各单机依次序先后进入任务〔溢流式，适用于工件保送系统构造复杂时〕1—机床2—工件保送系统I、II—并联机床段通用机床自动线按需分料：由一个分配安装或料仓同时向并联各单机分配工件〔适用于工件保送系统构造简单时〕1—机床2—下料机械式手3—上料机械手4—分路机构5—料道通用机床自动线保送系统规划：〔受工艺、工件保送方式及车间自然条件的影响〕贯穿式悬挂式侧置式通用机床自动线贯穿式：工件传送系统设置在机床之间，上下料及传送安装构造简单，装卸料辅助时间短，规划紧凑，占地面积小，但影响工人经过，料道短，贮料有限。通用机床自动线悬挂式：工件传送系统设置在机床上空，保送机械手完成机床间的工件传送及上下料，规划构造简单，适于消费节拍较长且各工序任务循环时间较平衡的轴类零件。通用机床自动线侧置式：工件传送系统设置在机床外侧，传送安装设在机床的前方，保送安装可截断以便操作。保送料道具有贮料作用。通用机床自动线特点：是针对一个零件的全部加工要求和加工工序，专门设计制成的由假设干台组合机床组成的自动消费线。组合机床自动线与通用机床自动线的区别：每台加工机床的加工工艺都是指定的不作改动；可以采用随行夹具保送工件；多用于加工箱类零件或畸形件；自动线规模较大，有较完善的自动监视和诊断系统；在自动线的始端有一台公用的创基准组合机床〔用毛坯外表定位加工出定位基准，以利于上线后的保送和定位，如曲轴、箱体〕。组合机床自动线分类：按工件保送方式分： 直接保送 间接保送〔随行夹具保送〕按保送轨道方式分： 直线保送 圆〔椭圆〕形轨道保送按保送带相对机床的配置方式分： 经过〔机床〕式保送带式 外移式〔机床前方〕保送带式组合机床自动线工件保送运动的方式：步伐式：〔同步〕 棘爪步伐式 摆杆步伐式 抬起步伐式 吊起步伐式 回转分度保送式自在流动式：〔非同步〕组合机床自动线§2.4.3数控机床和加工中心数字控制简称为数控，是一种借助数字化信息(数字、字符)对某一任务过程(如加工、丈量、装配等)进展自动控制的自动化技术。数控机床(NC)是指采用数控技术进展控制的机床或装有程序控制系统(数控系统)的机床。数控机床采用数字化信息对机床运动及其加工过程进展自动控制，是一种典型的自动化机床。数控机床以数字指令方式对机床进展程序控制和辅助功能控制，并对机床相关切削部件的位移进展坐标控制，经过改动程序，可以方便地顺应产品种类、规格及其工艺等的变化，数控机床具有很强的顺应性〔柔性〕，是组成柔性制造系统的根本单元。§2.4.3数控机床和加工中心数控机床可以方便灵敏地实现零件一个工序的加工循环自动化。给普通数控机床配置刀库和自动换刀安装，机床那么能按不同工序(工步)自动选择和改换刀具，实现刀具自动化，该机床称为加工中心(MC)，从而实现了工件一次装夹即可进展多种工序集中加工的目的。给1～3台数控加工设备配置某种方式的托盘交换安装或工业机器人搬运安装，组成具有自动改换刀具和工件功能的小型化柔性制造系统称为柔性制造单元(FMC)。柔性制造系统(FMS)是数控加工设备、物料运储安装和计算机控制系统等组成的自动化制造系统，包括多个柔性制造单元，能根据制造义务或消费环境的变化迅速调整，适用于多种类、中小批量消费。加工中心的典型自动化机构触发式测头丈量系统。刀具长度及直径全自动对刀机床用自动对刀仪运用实例工序前检测工件和夹具以控制其正确位置，保证准确的工件坐标原点和均匀的加工余量；工序后丈量加工件的尺寸，根据误差作出相应的调整，便于补充加工，防止出废品。§2.4.4柔性自动化设备及系统柔性制造系统FMS；柔性制造单元FMC；柔性自动线FML。SMC、FMC、FMS的特性和差别2.1加工设备自动化的概念及特殊要求2.2实现加工设备自动化的意义2.3加工设备自动化的分类2.4典型自动化加工设备2.5自动化辅助设备第二章加工设备自动化五、自动线的辅助设备零件的运储、翻转、清洗、去毛刺及切屑和切削液的处置也是不可短少的工序。零件在检验、存储和装配前必需求清洗及去毛刺；切屑必需随时被排除、运走并回收利用；切削液的回收、净化和再利用，可减少污染，维护任务环境。§2.5.1自动线的辅助设备：清洗站清洗站普通按其任务能否延续可分为间歇式(批处置式)和延续经过式(流水线式)两类。批处置式清洗站用于清洗质量和体积较大的零件，属中、小批量清洗；流水线式清洗机用于零件经过量大的场所。清洗运用公用清洗液，可以去除油脂，高压清洗还能去除零件内部和难清洗部位的切屑、油脂和杂渣。清洗后应及时烘干，以防止钢铁工件生锈。清洗下来的含杂质清洗液必需过滤，去除内部含有的固体颗粒、油泥及其它污染物，然后再重新回用。清理后的产物可由处置系统排出。§2.5.2自动线的辅助设备：去毛刺1.用毛刷(钢刷)手工去除毛刺—传统法2.机械加工去毛刺3.高压水放射去毛刺4.自动热能去毛刺：利用可燃气体熄灭产生的高温去除5.冷冻放射去(飞边)毛刺：液氮冷冻，高速喷丸6.电化学去毛刺：经过电化学原理使得毛刺外表(阳极)的电流极大从而溶解，并经过一定压力的电解液带走。7.磁力去毛刺机械加工去毛刺机械去毛刺机械手高压水放射去毛刺自动热能去毛刺电化学去毛刺磁力去毛刺3、自动线的辅助设备：排屑自动化排屑自动化包括三个方面：〔1〕从加工区域把切屑去除出去；〔2〕从机床内把切屑运输到自动线以外；〔3〕从切削液中把