第二章机械制造系统自动化-1

1机械制造自动化技术MechanicalManufacturingAutomationTechnology沈阳工业大学机械学院杨赫然E-mail：[e-mail]2本课程的主要内容第一章机械制造自动化技术概述第二章机械制造系统自动化第三章制造过程自动化控制系统第四章物料传输自动化第五章自动化检测与监控系统第六章装配自动化第七章轿车换挡器半自动装配系统的设计实例3机械制造设备自动化概述切削加工自动化金属板材成形加工自动化机械制造自动线第二章机械制造系统自动化4§2.1制造设备自动化意义、方法与分类制造设备自动化的概念：是指在加工过程中所用的加工设备能够高效、精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集中工序和具有一定的柔性。高效：生产率要达到一定高的水平；精密：加工精度高（精度稳定性高），成品可以达到完全互装配，不必再分组选配；可靠：设备故障率低，除班间休息之外可以达到常年不停生产，利用班间休息时间计划换刀；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：适应产品的更换。5§2.1制造设备自动化意义与分类制造设备的加工过程自动化↓↓辅助时间↓↑生产率改善工人的劳动条件减轻工人的劳动强度。1、制造设备自动化的意义6制造设备的自动化是零件整个机械加工工艺过程自动化的基本问题之一，是机械制造厂实现零件加工自动化的基础。单台制造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要，为多机床管理创造了条件，是建立自动生产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发展的基础。7§2-１意义、方法和分类2、制造设备自动化的方法制造设备自动化装卸工件自动化加工过程自动化机床加工循环自动化其它一些辅助动作自动化8实现制造设备自动化的途径主要有：对于现有设备（通用）进行自动化改装，以实现单机自动化条件：①被改造的机床必须具有足够的精度和刚度②自动化机构和控制系统必须稳定可靠③改装工作量小设计、制造、采用专用或专门的自动化加工设备采用数控加工设备9§2-１意义、方法和分类1.全（半）自动单机2.组合机床3.自动线4.CNC（计算机数控机床）5.FMC（柔性制造单元）3、自动化加工设备分类10§2-2单机工作自动化实现单机自动化的方法采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化采用组合机床实现单机自动化采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化11普通机床的工作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则必须由工人来操作，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，加工出所需形状和尺寸的工件，这类机床必须在工人看管操作下才能完成加工过程。12如机床能自动完成所有工作行程和空行程运动，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行动作，完成整个加工循环，这样的机床，称为自动化机床。flash132.2.1实现单机自动化的方法采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化采用组合机床实现单机自动化采用专用机床实现单机自动化采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化14自动化机床有自动和半自动之分。两者的区别在于：自动机床——在一个工作循环结束后，能自动卸下加工完的工件，装上待加工的坯件，并继续进行同样的工作循环，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；2.2.2采用通用自动化或半自动化机床实现单机自动化15特点：提高劳动生产率，减轻工人的劳动强度，而且还可保证工件质量稳定，精度一致性好。此外，机床自动化还能减少设备数量，缩减生产面积，减少在制品数量。自动化机床所需机构：它具有能代替手工操作的各种自动化空行程机构；它具有能代替工人控制机床工作过程的自动控制系统。16自动化单机的控制方式及适用范围1.凸轮式Ø特点：用专门设计制造的凸轮或靠模控制刀具的运动轨迹，并利用凸轮轴使多个不同运动能协同动作。Ø适用范围：少品种，大批量Ø应用机床：单轴纵切自动车床、仿形车床Ø品种变换程度：每月一次到数次17自动化单机的控制方式及适用范围2.非凸轮式Ø特点：用电气、电气伺服、液压、丝杠副等非凸轮机构控制刀具的运动轨迹及多个不同运动的协同动作。Ø适用范围：多品种，中批量Ø应用机床：卧式多轴自动车床、单轴转塔自动车床、立式多轴半自动车床、多刀半自动车床Ø品种变换程度：一日一次18自动化单机的控制方式及适用范围3.数字控制式Ø特点：用数字形式控制刀具或机构的运动轨迹及多个数控坐标轴之间的必要联动。Ø适用范围：多品种，中小批量Ø应用机床：各种数控机床Ø品种变换程度：一日数次19车削自动化设备分类1.自动化程度：自动－－加工棒料毛坯半自动－－加工件料毛坯2.主轴数目：多轴－－多个主轴同时夹持多个工件旋转，多把刀具同时加工，生产效率高，但主轴转位时存在定位误差单轴－－单根主轴20车削自动化设备分类3.主轴放置形式：卧式－－加工棒料毛坯立式－－加工直径大而重的件料毛坯4.工艺方法：横切－－刀具只作横向进给，加工形状简单、尺寸较小的销轴类零件纵切－－加工盘套类和细长的阶梯轴类零件21车削自动化设备分类5.加工方式：平行－－多把刀具同时加工，加工表面形状比较简单的零件顺序－－加工形状复杂、需要多把刀具轮流进行加工的零件（大多具有内孔或螺纹）22(1)机床的用途、总布局与工作循环１）用途：主要用于大批大量生产中，加工形状比较复杂、需用多把刀具顺序地进行加工的工件。可进行车削工作，钻、扩、铰孔，攻、套内外螺纹以及切断等。还可通过安装各种特殊附件，以进行车螺纹、铣槽和钻横孔等工作。一般只能加工冷拨棒料。2、单轴转塔自动车床23２）总布局：前刀架：用于成形车削和滚花等；后刀架：用于切槽、倒角等；上刀架：用于切断等；转塔刀架：用于完成档料、车内外圆、钻孔、扩孔、铰孔、攻内螺纹、套外螺丝等。24３）工作循环：⑴送料和夹料⑵各刀架顺序工作，按加工工艺要求依次加工工件各表面。转塔刀架的运动循环：快速趋近工件（快进）—工作进给（工进）—快速退回（快退）—转塔转位；其在一个自动工作循环中，转塔刀架可完成六次工作循环。前、后、上刀架的工作循环：快进—工进—快退；加工一个工件，它们只能完成一次工作循环。⑶切断和接料25４）所需运动工作行程运动——主轴旋转主运动，前、后、上刀架横向进给运动，转塔刀架纵向进给运动；空行程运动——前、后、上刀架横向快进和快退运动，转塔刀架纵向快进、快退运动，送料和夹料运动，接料运动，以及操纵控制运动等。262.2.3采用组合机床实现单机自动化组合机床—是以已经系列化、标准化的通用部件为基础，配以按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具，组成的半自动或自动专用机床。组合机床既保留专用机床的结构简单、生产效率高等优点，又像通用机床那样具有部件通用化、可调整改装以适应不同结构尺寸的工件加工等特点。27组合机床的组成组合机床的通用部件按其所起作用的不同一般分为下面五类：（1）动力部件是用于传递动力实现工作运动、为刀具提供主运动和进给运动。如各种类型的切削头、滑台和动力箱等。（2）支承部件如底座、立柱等。（3）输送部件如多工位的工作台、回转工作台和回转鼓轮等。（4）控制部件如液压元件、控制挡铁、行程开关、操纵台等。（5）辅助部件如冷却润滑装置、排屑装置、机械板手等。28根据加工零件形状及工艺要求，组合机床还需采用少量的专用部件，如根据工件孔位、孔距、孔数不同而设计制造的多轴箱，以及根据工件的具体结构和定位基准不同而设计制造的夹具等。29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30组合机床加工方式组合机床一般采用多轴、多刀、多工序、多面或多工位同时加工的方式。由于通用部件已经标准化和系列化，可根据需要灵活配置，能缩短设计和制造周期。因此，组合机床兼有低成本和高效率的优点，在大批、大量生产中得到广泛应用，并可用以组成自动生产线。组合机床一般用于加工箱体类或特殊形状的零件。加工时，工件一般不旋转，由刀具的旋转运动和刀具与工件的相对进给运动，来实现钻孔、扩孔、锪孔、铰孔、镗孔、铣削平面、切削内外螺纹以及加工外圆和端面等。31组合机床的配置型式1.单工位组合机床这类组合机床的特点是工件仅在一个工作位置上加工。2.多工位组合机床这类组合机床的特点是工件能在几个工位上进行加工。32组合机床的特点及应用范围1.组合机床的特点组合机床与通用机床或一般专用机床相比，主要有如下优点：1)设计和制造的周期短。2)对产品变化或更新有较强的适应性。3)具有较高的工作可靠性。4)工序集中，生产效率高。5)机床的维护和修理都比较方便。33组合机床的缺点：1）在机床改装时，少量专用部件和零件不能重复利用，因此有一定的损失。2）在组成各种类型的组合机床时，所选用的通用部件不一定完全适用。2.组合机床的应用范围组合机床最适于箱体类零件（如各种变速箱的箱体、气缸体、电机座、仪器仪表壳体等）的加工。近年来，轴类、盘套类、叉类等零件也越来越多地采用组合机床加工。34组合机床未来的发展：采用调速电动机和滚珠丝杠等传动，以简化结构、缩短生产节拍；采用数字控制系统和可换主轴箱或转塔式主轴箱、夹具自动更换系统，以提高工艺可调性；纳入柔性制造系统等。35主要用来带动各种主轴部件进给，也可以带动夹具和工件，作移动工作台用。1－滑台2－动力箱3－多轴箱4－铣削头5－镗车头6－钻削头组合机床的几种通用部件（一）动力滑台1.动力滑台的功用362.滑台的典型工作循环SQ－快进SW－工进SR－快退a)一次工作进给循环b)二次工作进给循环372.滑台的典型工作循环c)超越工作进给循环d)双向工作进给循环382.滑台的典型工作循环e)分级工作进给循环39组合机床动力滑台液压系统液压动力滑台由液压缸驱动，在电气和机械装置的配合下可以完成各种自动工作循环。组合机床液压动力滑台可以实现多种不同的工作循环，其中一种比较典型的工作循环是：快进→一工进→二工进→死挡铁停留→快退→停止。40（二）动力箱齿轮传动动力箱的结构1－动力箱箱体2－驱动轴3－齿轮动力箱是为主轴箱的刀具提供切削主运动的驱动装置,与动力滑台和主轴箱配套使用由动力滑台实现进给运动。41（三）单轴头顶置式主运动传动装置与各种单轴头头体配套的情况a)钻削头b)攻螺纹头c)镗削头d)镗车头e)铣削头f)多轴可调头b)1－主运动传动装置2－单轴头头体42（四）回转工作台回转工作台是组合机床的一种输送部件，用于多工位组合机床。齿盘定位式液压回转工作台的结构原理a)结构示意b)液压传动原理1－台面2－上齿盘3－下齿盘4－底座5－压紧液压缸6－牙嵌离合器7－齿轮8－齿条液压缸9、10－电磁阀43组合机床自动线某一组合机床自动线的组成示意图。图19-12组合机床自动线1－中央操纵台2－工件输送装置3－转位台4－翻转台5－液压站6－排屑装置44数控机床运动系统：主运动系统—实现机床主轴运动；进给运动系统—实现机床工作台的直线运动与转动；换刀运动—实现加工中心更换刀具连续加工所需的运动。2.3数控机床及加工中心452.3.1数控机床主运动系统功用：传递动力：传递切削加工所需要的动力传递运动：传递切削加工所需要的运动运动控制：控制主运动的大小方向开停组成：动力源：电机传动系统：定比传动机构、变速装置运动控制装置:离合器、制动器等执行件：主轴46主轴转速更高；变速范围更宽；100～10000提供的动力更强。一般NC机床的主轴驱动功率在3.7kw~250kw之间。1.数控机床的主运动系统性能要求：主运动的自动变速、准停；C轴控制；同步速度控制。2.数控机床的主运动系统功能：2.3.1数控机床主运动系统47与普通机床相比较，数控机床的主传动系统具有如下特点：(1)采用直流或交流主轴电动机现代数控机床的主