第2章加工设备自动化

自动化制造系统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注意：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。（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工作自动化的加工设备。）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换装配，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。二、自动化加工设备的特殊要求：1、高生产率：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时间分配比例示意图1、高生产率：自动化生产的主要目的是提高劳动生产率和机器生产率，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，从而使生产率得以提高；要求：在工艺过程实现自动化时，采用的自动化措施都必须符合不断提高生产率的要求。生产率分析加工一个工件的工作循环时间tg切削时间qt辅助时间ftfqfqfqgKtKttttttQ11111////生产率：K—理想的工艺生产率=qt/1当自动化加工设备连续生产时，加工一个工件的工作循环时间是由切削时间和空程辅助时间组成的，即tf1tf2tf3Q=KKQQ1Q2Q3K1K2tf1tf2tf3以K为横坐标，Q为纵坐标，根据不同的tf值，作曲线组生产率分析加工一个工件的工作循环时间＝fqtt即：由工作循环所决定的生产率Q（件／min）为：gt为了提高生产率，必须同时减少和qtftQ＝1／gtqtft当减少到一定程度时，必须提高机床的自动化程度，即减少空程辅助时间▲▲qtft在相对落后的工艺基础上（即很大的情况下），实现机床自动化（即减小），生产率的提高是有限的，为了取得良好的效果，应当在先进的工艺基础上实现机床自动化▲▲在落后的工艺基础上，减小切削时间能有效提高生产率生产率分析空程辅助时间＋＝切削时间fqtt1／（）＝2、高精度：产品质量的好坏，是评价产品本身和自动加工系统是否具有使用价值的重要标准。保证产品加工精度，防止工件发生成批报废，是自动化加工设备工作的前提；影响加工精度的因素：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切削用量对表面质量的影响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生产率）☆设备的可靠性取决于运行时的无故障水平及修理的合适性，改进设备元件的结构，在设备运行时及时查明损坏系统，提高修理的合理性；对于易发生故障的易损坏零部件和机构，采用快速装拆的联接结构，用备件成组更换；或者并联一个相同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：一是指系统适应外部环境变化的能力，可采用系统所能满足新产品要求的程度来衡量；二是指系统适应内部变化的能力，可采用在有干扰（如各种机器故障）情况下系统的生产率与无干扰情况下的生产率期望之比来衡量。多品种中小批量生产已是机械制造业生产形态的主流。刚性：与少品种大批量生产相对应。§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↓↑生产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品质量？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。§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CIMS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§2.4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少零件品种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生产线专用机床自动线生产率提高柔性增大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。一、普通机床和自动化机床自动化机床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。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，更换或调整部分零部件（如凸轮或靠模），适应不同零件的加工，适用于大批量多品种生产。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；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一般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、部件为基础设计和制造的专用机床，一般只能对一种或一组工件进行加工，往往能在同一台机床上对工件进行多面、多孔和多工位加工，加工工序可高度集中，具有很高的生产率。组合机床的主要零部件已通用化和批量生产，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生产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，以通用部件为基础，配以少量专用部件，对一种或若干种工件按已确定的工序进行加工的高效专用机床。功用能对工件进行多刀、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、热处理、测量、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工作台的直线进给运动。广泛应用于大批量生产行业，如：汽车、内燃机、电动机、阀门的机械加工生产线上。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、回转工作台等)；专用部件(夹具、多轴箱、部分刀具等)。实现单机自动化的方法：③采用专用机床实现单机自动化专用机床是一种零件（或一组相似零件）的一个加工工序而专门设计制造的自动化机床。④采用通用机床进行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）刚性自动化生产线是多工位生产过程，用工件输送系统将各种自动化加工设备和辅助设备按一定的顺序连接起来，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生产节拍，顺序通过各个工作位置，自动完成零件预定的全部加工过程和部分检测过程。自动线生产的特征(1)工作地专业化程度高，在自动线上固定地生产一种或几种工件，而在每个工作地上固定完成一道或几道工序。(2)生产具有明显的节奏性,即按照节拍进行生产所谓节拍是指自动线上出产相邻两件制品的时间间隔。(3)各道工序的工作地设备数量与该工序单件工时的比值相一致(若不一致则需要临时缓冲库)，即如设自动线上各道工序的工作地设备数分别为s1，s2，s3…sm各工序的工时定额为t1，t2，t3...tm自动线生产节拍为r则自动线生产的特征(4)工艺过程是封闭的，并且工作地设备按工艺顺序排列成链索形式工件在工序间作单向移动。(5)工件如同流水般从一个工序转到下个工序，消除或最大限度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间断时间，生产过程具有高度的连续性(6)工件从进入加工工位到所有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。自动线生产的特征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，提高劳动生产率，减少设备布置面积，缩短生产周期，建立严格的工作节奏，保证产品质量，降低产品成本。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，而且在改变加工品种时要花费许多时间进行人工调整。另外初始投资较多，因此只适用于大批量的生产场合。在工作过程中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，不需要工人直接参与操作，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、零件输送自动化、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发展的必然结果，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：I.工件输送方式：强制输送：用外力使工件按一定节拍和速度进行输送（料顶料或步进式输送带）自由输送：用工件自重在槽形料道中滚动或滑动实现输送，或放在靠摩擦力带动的连续运动的链板上进行输送机械手输送：（既可用于强制输送又可用于自由输送，还可实现工件姿势的变换II.机床连接方式：柔性连接：（用于小型工件、各工序生产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刚性连接：（用于长轴工件、各工序生产节拍较接近、工序较少的自动线）要求机床的工作可靠性高III.机床排列方式：串联方式：单机