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1、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
2、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,生产率
3、：,K 理想的工艺生产率=,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,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,即：,由工作循环所决定的生产率Q（件min）为：,Q1,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,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
4、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
5、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？,
6、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,2.1 加工设备自动化的概念及特殊要求2.2 实现加工设
7、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MC,FMC,FML,FMS,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
8、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：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,视频/%E5%8D%95%E8%BD%B4%E8%87%AA%E5%8A%A8%E8%BD%A6%E5%BA%
9、8A1.flv,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：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
10、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
11、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,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：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。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
12、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，s3sm 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
13、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
14、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、
15、自动线连线方式：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,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 机床排列方式：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
16、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，应避免采用）,通用机床自动线,自动线机床排列图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)并联排练,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工作（溢流式，适用于工件输送系统结构复杂时）,1机床 2工件输送系统 I、II并联机床段,通用机床自动线,按需分料：由一个分配装置或料仓同时向并联各单机分配工件（适用于工件输送系统结构简单时）,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,输送
17、系统布局：（受工艺、工件输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，上下料及传送装置结构简单，装卸料辅助时间短，布局紧凑，占地面积小，但影响工人通过，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，输送机械手完成机床间的工件传送及上下料，布局结构简单，适于生产节拍较长且各工序工作循环时间较均衡的轴类零件。,通用机床自动线,侧置式：工件传送系统设置在机床外侧，传送装置设在机床的前方，输送装置可截断以便操作。输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，专门设计制成的由若干台组
18、合机床组成的自动生产线。,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变；可以采用随行夹具输送工件；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专用的创基准组合机床（用毛坯表面定位加工出定位基准，以利于上线后的输送和定位，如曲轴、箱体）。,组合机床自动线,分类：按工件输送方式分：直接输送间接输送（随行夹具输送）按输送轨道形式分：直线输送圆（椭圆）形轨道输送按输送带相对机床的配置形式分：通过（机床）式输送带式 外移式（机床前方）输送带式,组合机床自动线,工件输送运动的形式：步伐式：（同步）棘爪步伐式摆杆步伐式抬起
19、步伐式吊起步伐式回转分度输送式 自由流动式：（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)对某一工作过程(如加工、测量、装配等)进行自动控制的自动化技术。数控机床(NC)是指采用数控技术进行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行自动控制，是一种典型的自动化机床。数控机床以数字指令形式对机床进行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行坐标控制，通过改变程序，能够方便地适应产品品种、规格及其工艺等的变化，数控机床具有很强的适应性（柔性），是组成柔性制造系统的基
20、本单元。,2.4.3 数控机床和加工中心,数控机床能够方便灵活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装置，机床则能按不同工序(工步)自动选择和更换刀具，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行多种工序集中加工的目的。给13台数控加工设备配置某种形式的托盘交换装置或工业机器人搬运装置，组成具有自动更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、物料运储装置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，能根据制造任务或生产环境的变化迅速调整，适用于多品种、中小批量
21、生产。,加工中心的典型自动化机构,触发式测头测量系统。刀具长度及直径全自动对刀 机床用自动对刀仪使用实例,工序前检测工件和夹具以控制其正确位置，保证精确的工件坐标原点和均匀的加工余量；工序后测量加工件的尺寸，根据误差作出相应的调整，便于补充加工，避免出废品。,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的特性和差异,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
22、、清洗、去毛刺及切屑和切削液的处理也是不可缺少的工序。零件在检验、存储和装配前必须要清洗及去毛刺；切屑必须随时被排除、运走并回收利用；切削液的回收、净化和再利用，可减少污染，保护工作环境。,2.5.1 自动线的辅助设备：清洗站,清洗站一般按其工作是否连续可分为间歇式(批处理式)和连续通过式(流水线式)两类。批处理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通过量大的场合。清洗使用专用清洗液，能够去除油脂，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，以避免钢铁工件生锈。清洗下来的含杂质清洗液必须过滤，去除内部含有的固体颗粒、油泥及其
23、它污染物，然后再重新回用。清理后的产物可由处理系统排出。,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.高压水喷射去毛刺 4.自动热能去毛刺：利用可燃气体燃烧产生的高温清除 5.冷冻喷射去(飞边)毛刺：液氮冷冻，高速喷丸 6.电化学去毛刺：通过电化学原理使得毛刺表面(阳极)的电流极大从而溶解，并通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,高压水喷射去毛刺,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）从加工区域把切屑清除出去；（2）从机床内把切屑运
24、输到自动线以外；（3）从切削液中把切屑分离出去，使切削液继续回收使用。,（1）切屑类型,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,（2）把切屑清出加工区域的方法重力或刀具回转离心力甩屑：主要用于卧式孔加工或垂直平面加工。大流量切削液冲屑。压缩空气吹屑：主要清理已加工表面或定位基面，如：盲孔在攻螺纹前清理孔中积屑，工件装夹前对定位基面进行清理。负压真空吸屑：主要用于干式磨削工序以及铸铁等脆性材料加工时形成的粉末状切屑。在机床运动部件上附设刷子或刮板。电磁吸屑。在自动线中安排清屑、清洗工位：如钻孔后翻转或振动工件。,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,（3）把切屑从机床内运输到自动线外的常用装置带式排屑装置
25、刮板式排屑装置螺旋排屑装置磁性板(辊)式排屑装置,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,带式排屑装置,适用于在铸铁工件上进行孔加工工序，切屑量不宜大于25m3/h；不适宜钢屑和铣削铸铁屑、有切削液的环境。,刮板式排屑装置,一种铺设在地沟里的链条板式排屑装置。不适宜运送加工钢件时的带状切屑。,螺旋排屑装置,它设置在机床中间底座内。可用于各种切屑，特别适用于钢屑；输送切屑量小于8m3/h。,万向接头,单节式及双节式,可伸缩精密万向节,是连接两根刚杆的接头，接头由一对相对方位为 90 的普通铰链组成，使刚杆能转向往任何方向,万向接头,磁性板(辊)式排屑装置,为什么要对切削液进行处理？,切削液对环境造成了一定的污染,减少切削液的使用量,减少切削液的排放量,采用干切削或准干切削等先进加工方法,净化处理,进行回收利用,切削液的净化处理,将它在工作中带入的碎屑、砂轮粉末等杂质及时清除,常用的方法:,应用重力沉淀、惯性分离、磁性分离、涡旋分离等装置，除去污液中的杂质,使用多孔材料制成过滤器，以除去在工作中切削液产生的杂质,(4)把切屑从切削液中分离出去的方法,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,把切屑从切削液中分离出去的常用装置分离法：带刮板链传送带的沉淀箱分离法：重力沉淀和磁性分离,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,3、自动线的辅助设备：排屑自动化,过滤法：负压式纸带过滤装置,
