第八章-自动化加工设备

2012-5-101加工设备自动化是指在加工过程中所用的加工设备能高效（生产效率高）、精密（公差带的范围小）、可靠地自动进行加工，此外还有一定的柔性（产品多变）。加工设备按自动化的程度可分为：自动化单机、刚性自动化生产线、刚性综合自动化系统、柔性制造单元、柔性制造系统、最高层次就是自动化工厂。第二章加工设备及其自动化2012-5-102啤酒生产线2012-5-103手动机床半自动化机床2012-5-104第一节用自动化技术提高生产率的方法下面介绍体现机床自动化的几个概念机床自动化包括：加工循环自动化、工件装卸自动化；生产自动化主要是加工循环自动化、物流存储自动化、工件装卸自动化、刀具换刀自动化、检测自动化、装配自动化、控制自动化在后面的章节中要做介绍。2012-5-105自动化的主要目的fqgtttQ+==11fqgttt+=是生产辅助时间（包括装卸、搬运等）与加工时间之和。生产率定义为：单位时间生产产品的数量。为了比较不同生产设备的劳动生产率，必须指定一个统一的标准，衡量生产率。先来定义一个工件的加工时间：加工循环自动化装卸自动化2012-5-1061、加工循环自动化加工循环：在工件加工的一个工序过程中，机床刀具和工件相对运动的循环过程：以车床为例，加工循环自动化包括：刀架横向进刀、刀架纵向进刀、刀架横向退刀、刀架纵向退刀。实现办法：机械传动，液压传动，气动传动来实现。控制一般由继电器、PLC等控制其动作顺序的。手动可以自动2012-5-1072012-5-108继电器控制电路2012-5-109PLC控制电路2012-5-10102、装卸自动化一台机床加工过程实现自动化不叫自动化，只能叫半自动化。当其上下料也实现了自动化，才完成了一个自动化过程。上下料的类型：板料、卷料、棒料、自制毛坯准备好的毛坯上下料分为料仓式和料斗式上、下料特点：料仓式：形状复杂、质量大、加工周期长；料斗式：形状简单、质量小、加工周期短2012-5-1011装卸自动化2012-5-1012第二节单机自动化单机自动化是大批量生产提高生产率、降低成本的重要途径。单机自动化的实现往往具有投资少见效快等特点,在生产加工过程中有着广泛的应用。主要有下列四种方法1采用通用自动机床或半自动机床实现单机自动化;2采用组合机床实现单机自动化（标准零部件）;3采用专用机床（加工特定工件）实现单机自动化;4对通用机床进行自动化改造(特别数控改造)。实现单机自动化的方法2012-5-10132.1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这类机床只要更换或调整部分零部件后，就能适合于大批量多品种生产。因此，这类机床使用比较广泛。（根据加工零件：将三抓卡盘换成四抓卡盘等）主要应用范围：轴类零件、盘类零件。优却点：投资少，见效快2012-5-10142采用组合机床实现单机自动化特点：组合机床是一种由通用化零部件为基础设计制造出来。组合机床一般适用于箱体和连杆等杂件的加工。往往能在同一台机床上能完成多到工序。优缺点：设计、制造周期短，投资少2012-5-10153采用专用机床实现单机自动化专用机床是为一种零件的一个加工工序而专门设计制造的机床。比如特制的钻床、特制的锻压机床等。优缺点：这类机床的设计周期比较长，投资较多,使用时一定要特别注意：加工的工件批量要大而且结构定型，基本保持不变。加工的工艺必须是合理和可靠的。采用一种新的方案，必须进行结构性能试验。必须进行技术经济分析。2012-5-10162012-5-10174通用机床进行自动化改造对通用机床进行局部改造、增加自动上下料装置等实现单机自动化。2012-5-1018第三节数控机床和加工中心数控机床：用数控系统实现对机床自动控制它是综合了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等技术而发展起来的，采用数字化信息对机床的运动及其加工过程进行自动控制的自动化机床。2012-5-1019数控车床单机2012-5-1020数控系统：采用数控技术的控制系统称为数控系统数控机床的组成：信息载体、数控装置、司服系统、反馈系统和机床。数控机床的控制2012-5-1021数控机床的组成：信息载体、数控装置、司服系统、反馈系统和机床。信息载体：他用来记载各种加工信息的，包括工件加工的工艺信息，工艺参数等。常用的信息载体有：纸带、磁带、磁盘和U盘等数控系统：控制中枢指令--伺服--机床司服系统：数控系统的执行机构速度环位置环伺服电机等反馈系统：对系统的运动情况进行校正自适应控制系统：检测机床当前的运行环境（温度、压力等）机床:被控制的机床2012-5-1022数控机床的分类：一般数控机床：常规的有数控车、铣、刨、磨、镗、钻床.多坐标的数控机床：一般是三轴以上，主要加工复杂形状的工件，如螺旋桨，叶片等加工中心：与一般的数控机床的主要区别是：有刀库和自动换刀装置加工中心的介绍：有刀库和自动换刀装置自动分度的回转工作台主轴的速度可以改变2012-5-1023加工中心的组成机床部件：机床的主体主轴部件：主轴箱、主轴电机等数控系统：CNC装置，PLC,司服驱动等自动换刀系统：辅助装置：液压、气动、排削、冷却等自动托盘交换系统：一般至少有两个托盘，一个安装工件放于工作台上加工，另一个在工作台上进行工件的装卸。加工中心的分类主轴与工作台的位置关系卧式加工中心：主轴与工作台平行立式加工中心：主轴与工作台垂直立卧两用加工中心：主轴可以旋转90度；另一种工作台可以旋转90度。2012-5-1024第四节刚性自动化生产线在自动化组成的流水线上，使工件在机床之间的输送，使工件在加工过程中的必要位置改变，使工件在机床夹具内的定位与加紧等，实现自动化，并将所有机床和输送、转位装置的工作联合成一个统一的工作循环，那么，这条流水线就是一条刚性自动化的生产线。自动线的特征：要求有上下料、定位装夹、工件在工序之间的输送、以及切屑的排除等自动化。2012-5-1025在刚性自动生产线上的办成品在各个工序（工位）之间要以一定的节拍，按照工艺顺序自动的经过各个工位，在不要人工参与的情况下，自动完成预定的工艺过程，最后成为合乎设计的成品。（生产产品单一）刚性自动线的组成基本工艺设备、质量检验装置、各种辅助设备和控制系统基本工艺设备包括：机床、夹具、刀具、辅具质量检验装置：激光、红外等测试设备辅助设备：工件的输送装置、随行夹具的返回装置、转位装置、自动装卸料装置、切屑运输装置、储料装置控制系统：电器控制系统、集中控制台、液压气动系统、安全检测装置2012-5-1026按所用的工艺设备分为分类：通用机床自动线、专用机床自动线、组合机床自动线（在相应的机床上进行改装而成）按自动线中有无储料装置分刚性连接的自动线；柔性连接的自动线区别：中间有无储料装置自动线的辅助设备工件输送装置：将半成品工件，从一个工位输送到另一个工位。自动线上的夹具：它分为固定式夹具和随行式夹具。转位装置：输送过程中工件的转位和翻转。储料装置：在自动线上，各工序之间的节拍不平衡，必须设置储料装置。自动线的分类2012-5-1027自动线的控制系统自动线控制一般分为三类：行程控制、集中控制、混合控制。行程控制：每一运动部件或执行机构完成预定的动作发出信号，启动下一个运动程序。集中控制：主控制器发出各运动部件或机构顺序工作的控制信号。混合控制：二者兼有。排屑装置：2012-5-10282012-5-10292012-5-1030wtptFMS和FMC中柔性的意义：适应市场个性化、特性化的要求，在多样化的产品需求的情况下，能够在降低成本、缩短制作周期的情况下，将产品加工出来。FMS中柔性的意义：衡量FMS柔性的方法F表示系统的柔性，表示系统工作时间，表示系统调整时间。柔性制造单元pwwtttF+=2012-5-1031设备的柔性：有适应加工对象变化的能力。但需要一定的调整。工艺的柔性：以不同的工艺方法加工同一类零件。运行的柔性：系统处理故障并能维持继续生产的能力。产品的柔性：经济而迅速的转向新产品的能力批量的柔性：在不同批量的情况下生产都能有经济效益扩展柔性：柔性系统有继续和其他单元或加工设备继续连接的能力工序的柔性：是系统改变零件加工工序和加工顺序的能力FMS中柔性的意义：2012-5-1032柔性制造系统的优缺点：具有高度的柔性：能满足多品种、小批量的生产设备的利用率高：由于有计算机对整个系统的资源进行优化管理，是每个设备和装置的能力都能得到充分的发挥缩短了加工周期：有计算机对整个系统的资源进行优化何合理的管理库存减少，辅助时间大大减少，在加工设备之间的等待时间大大减少，工人减少，劳动生产率提高：在加工过程中，换刀、装卡、检测、搬运等都计算机化了，人员只进行适当的检修，运行时基本无人看管。2012-5-1033柔性加工系统的柔性与生产率的关系：提高生产率与柔性是一对矛盾，FMS柔性适应于品种数在4-100种,一种的批量在200-2500件左右。质量高：由于计算机有自动监测装置、自动补偿装置，能及时地发现加工过程中的质量问题加以调整，从而使加工产品的质量大大提高。缺点：投资大，对操作和管理人员的水平要求较高，可靠性能有待于进一步提高。2012-5-1034种2012-5-1035柔性单元:组成一般是有1-3台数控加工设备、工业机器人、工件交换系统、物料运输存储设备构成柔性单元的组成形式一般是托盘交换式和工业机器人搬运式托盘交换式:工件与随行夹具安装在托盘上，通过托盘在自动导向小车、托盘交换装置、牵引拖链以及加工中心之间交换实现。工业机器人搬运式：通过托盘在自动导向小车、加工中心、以及工业机器人等运动实现。2012-5-1036托盘交换式工业机器人搬运式2012-5-1037柔性制造单元的特点：柔性：是加工单元对加工对象、加工工艺过程、工序内容的自动调整性能自动化：柔性单元使用数控机床进行加工、采用自动输送装置、自动装卸、并由计算机对工件的加工与输送进行控制加工精度与效率高，质量高：由柔性单元加工的工件，其运动、定位和加工过程是由计算机控制，所以加工精度高与效率高，质量高与FMS相比，FMC的投资少，占地面积少。2012-5-1038第五节柔性制造系统FMS：一般有多个数控机床、加工中心或FMC组成，在计算机的统一控制下实现工件的自动加工，特别适应于多品种、中小批量加工的制造系统。扩展性系统在工件、刀具和控制三方面都具有可与其他子系统的接口FMS组成:包括加工系统、物流系统、控制与管理系统加工系统：数控机床、加工中心或FMC等加工设备和辅助设备组成，辅助设备包括清洗设备、检验设备、动平衡设备等2012-5-1039物流系统:该系统包括运送工件、刀具、夹具、切屑及冷却润滑等加工过程所需的物流搬运装置、存储装置及装卸与交换装置。搬运装置有传送带、轨道小车、无轨小车、搬运机器人及托盘的上下料装置。储存装置:主要有在搬运线的始端和末端的自动化仓库及搬运线内的缓冲站构成，主要用于存放成品、半成品和毛坯等。装卸与交换装置负责物料在不同设备或工位之间的交换与装卸，常见的有托盘交换器、换刀机械手、堆垛机等2012-5-1040控制和管理系统：主要负责加工过程中物料流动的控制、协调、调度、检测和信息管理。主要由计算机、工业控制机、可遍程序控制器、通讯网络、数据库和相应的控制与管理软件。FMS的发展趋势：CIMS将成为柔性制造系统的发展趋势之一，小型化的FMS和FMC将成为今后的发展方向FMS本身性能不断提高，可靠性的提高，也是一个重要的研究方向。在设计FMS时就要考虑以后便实现CIMS。2012-5-10412012-5-1042