第七章机械加工生产线总体设计

机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院机械制造装备设计(国家精品课程)机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院目录第一章机械制造及装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生产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机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院第七章机械加工生产线总体设计第一节概述第二节生产线工艺方案设计第三节生产线专用机床的总体设计第四节机械加工生产线的总体布局设计第五节柔性制造系统机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.1概述一、机械加工生产线及其基本组成二、机械加工生产线的类型三、机械加工生产线总体设计应考虑的主要因素四、机械加工生产线总体设计的内容及步骤机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.1.1机械加工生产线基本组成机械加工生产线：以机床为主要设备，配以相应的输送装置与辅助装置，按工件的加工工艺顺序排列而成的生产作业线机械加工生产线由加工装备、工艺装备、传送装备、辅助装备和控制系统组成。图1机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.1.2机械加工生产线的类型机械加工生产线的结构及复杂程度主要取决于工件的生产类型和工件的加工要求。机械加工生产线的类型机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.1.3机械加工生产线总体设计应考虑的主要因素（一）工件的几何形状，总体特征、材质、毛坯状况及工艺要求（二）生产纲领（三）使用条件（四）装备制造厂的制造能力机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.1.4机械加工生产线总体设计的内容及步骤（一）生产线工艺方案的制订（二）全线自动化方案的拟订（三）生产线通用装备的选型和提出专用机床的设计任务书（四）生产线物流传送装备的选型和提出专用物流传送装备的设计任务书（五）生产线辅助装备的选型和提出专用辅助设备的设计任务书（六）生产线总体布局设计，绘制生产线的总联系尺寸图（七）绘制生产线周期表机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2生产线工艺方案设计一、生产线工艺方案的制订二、生产节拍的平衡和生产线的分段三、机床设备的选型四、生产线的技术经济性能评价机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（一）分析被加工工件的要求以及生产线建设的现场条件毛坯、工艺、发展、空间、动力（电、气、油）、经验（二）生产类型的确定（工业企业生产专业化的分类）生产类型分为大量生产、成批生产和单件生产。其中成批生产又分为大批量生产、中批量生产和小批量生产。取决于产品的年生产纲领、加工周期。（三）确定毛坯类型—经技术经济分析确定铸件、锻件、型材机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（四）工件传送方式的确定首先确定工件在生产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，否则需要采用随行夹具传送，甚至于加辅助支承。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（五）工件定位基面选择（1）尽量采用统一的定位基面，以利于保证加工精度，简化生产线的结构；（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，圆柱销常放在工件移动方向前端；（4）为防止定位销孔磨损严重造成误差，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。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（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则工件传送基面的选择机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（七）确定各表面的加工工艺取决于工件材料、各加工面的尺寸、加工精度和表面粗糙度要求、加工部位的结构特征、生产类型等。（1）大平面加工：精度/表面粗糙度铣、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。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（七）确定各表面的加工工艺（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—攻螺纹机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（八）选择合理的切削用量（1)生产线刀具寿命的选择原则较多考虑的原则是换刀不占用或少占用上班时间。（2）加工时间长、影响生产线生产节拍的工序，尽量采用较大的切削用量，以缩短加工时间。（3）注意刀具的转速，确定合理的切削速度和进给量，使刀具具有大致相同的寿命。（4）考虑刀具各部分强度、寿命及其工作要求。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（九）划分加工阶段粗加工—半精加工—精加工好处：（1）减少热变性，内应力变性的影响；（2）避免粗加工振动对精加工影响；（3）精加工设备精度保持有利。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（十）确定工序集中和分散程度（1）切削用量、夹紧力、夹具结构、润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表面的精加工易集中完成；（3）要注意工件的刚性；（4）要合理安排粗、精加工工序；（5）要保证机床调整，使用方便，工作可靠。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.1生产线工艺方案的制订（十一）安排工序顺序（原则）（1）粗精加工分开，重要表面，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、不易稳定达到要求的表面，放在线外加工；（4）尽可能减少机床台数；（5）位置精度要求高的表面尽可能在一个工位上加工；（6）同轴度、平行度要求高的孔系，精加工从同侧进行；（7）减少转位装置；（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。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.2生产节拍的平衡和生产线的分段（一）生产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）增加顺序加工工位；（3）实现多件并行加工，提高单件的工序节拍。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.2生产节拍的平衡和生产线的分段（二）生产线的分段生产线属于以下情况往往需要分段：（1）进行转位和翻转时，分段独立传送；（2）为平衡生产线的生产节拍，对限制性工序采用“增加同时加工的工位数”时，单独组成工段；（3）当生产线的工位数多时，一般要分段;（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。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院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、精度要求和生产类型相适应。取决于技术经济论证。通常：大量生产条件下——组合机床；生产批量不大而品种繁多——选柔性加工机床。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.4生产线的技术经济性能评价生产线的工作可靠性、生产率和经济效益是设计和建造生产线时首先应该考虑和要协调解决的问题，也是评价生产线优劣的主要指标。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.4生产线的技术经济性能评价（一）生产线的工作可靠性：在给定的生产纲领所决定的规模下，在生产线规定的全部使用期限内，连续生产合格产品的工作能力。提高可靠性和效率的措施：（1）提高寻找故障和排除故障的速度。（2）重要工位并联排列，易出故障的器件并联连接。（3）加强管理，克服生产线停机时间。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.4生产线的技术经济性能评价（二）生产线的生产率（1）生产线生产率的分析生产线在正常运行并处于连续加工时，生产一个工件的工作循环时间就是生产节拍。由生产线工作循环时间所决定的生产率称为生产线的循环生产率。停顿原因：调整和更换刀具或工具；生产线组成的器件、设备、装置和仪器仪表等的故障；组织管理不善；生产出的工件不符合技术要求；多品种生产线上，更换加工对象的调整。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.4生产线的技术经济性能评价（二）生产线的生产率（2）生产线生产率和可靠性的关系随机性取决于生产线的工作循环周期，故障强度，发现和排除故障的持续时间。机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院7.2.4生产线的技术经济性能评价（三）生产线的经济效益分析经济效益的分析和比较的基本原则是将几个不同技术方案的有关经济指标加以比较。一般进行比较性的计算：（1）产品年生产成本比较法（2）产品单件成本比较法机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院（一）被加工零件工序图1）被加工零件的形状和轮廓尺寸及与本机床设计有关的部位的结构形状及尺寸。尤其是当需要设置中间导向套时，应表示出零件内部的肋、壁布置及有关结构的形状及尺寸。以便检查工件、夹具、刀具是否发生干涉。2）加工用定位基准、夹压部位及夹压方向。以便依此进行夹具的定位支承（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、表面粗糙度、形状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）必要的文字说明7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院被加工零件工序图示例汽车变速箱体，加工表面包括两个端面以及端面上所有孔；定位采用底面和底面上的两个定位销孔。7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院（二）加工示意图加工示意图的作用加工示意图是根据生产率要求和工序图要求而拟定的机床工艺方案，是刀具、辅具的示意图，是刀具、辅具、夹具、电气、液压、主轴箱等部件设计的重要依据。加工示意图表示的内容（1）加工部位结构尺寸、精度及分布情况；（2）刀具、刀杆及其与主轴的连接结构；（3）导向结构以及大镗杆的托架结构；（4）各类结构的联系尺寸、配合尺寸及必要的配合精度；（5）切削用量；（6）工作循环及工作行程；7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院主轴、刀杆的结构多轴箱的主轴结构：钻头、接杆和主轴7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院加工示意图的绘制方法（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、导向套或托架的形式、位置及尺寸，选择主轴和刀杆。（3）同一工位、统一加工面，加工相同结构、尺寸和精度加工表面的主轴结构是相同的，画一根即可。（4）对一些标准的通用结构，可以不剖视。（5)标注必要的尺寸。（6）确定动力部件的工作循环。（7）工作形成长度的确定。（8）最后在加工示意图上标注必要的说明。7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院加工示意图工作行程长度7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院（三）机床总联系尺寸图机床总联系尺寸图的作用表明了机床的形式和布局，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依据。机床总联系尺寸图表示的内容（1）机床的配置形式和总布局（2）通用部件的型号和规格（3）主要专用部件的轮廓尺寸（4）工件几个部件的主要联系尺寸及运动尺寸（5）电动机功率7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院总联系尺寸图的绘制方法与步骤（1）纵向和高度方向尺寸基准线的确定。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）纵向尺寸的确定（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状态以及运动过程中的情况（6）标注（7）各运动部件的工作循环图7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机械工程学院（四）机床生产率计算卡7.3组合机床总体设计机械制造装备设计大连理工大学机