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1自动化制造系统第二章加工设备自动化2加工设备自动化意义、方法与分类单机自动化数控机床及加工中心机械加工自动化生产线柔性制造系统FMS自动线的辅助设备第二章加工设备自动化3§2.1加工设备自动化意义、方法与分类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。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。4§2.1加工设备自动化意义与分类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。1、加工设备自动化的意义5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。6§2-1意义、方法和分类2、加工设备自动化的方法加工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7实现加工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8§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94、自动化加工设备的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ftfqfqfqgKtKttttttQ11111////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10§2-1意义、方法和分类tf1tf2tf3Q=KKQQ1Q2Q3K1K2tf1tf2tf3以K为横坐标,Q为纵坐标,根据不同的tf值,作曲线组11§2-1意义、方法和分类1.tf为一固定值时,虽然减小切削时间tq(增加K),开始生产率Q有较为显著的增长,但往后Q的提高就越来越不明显了;2.如果进一步减小tf,则tf越小,增加K时生产率Q的提高越明显;3.切削时间tq越小(K越大)时,减小tf对提高生产率Q收效越大。12结论:tf和tq对机床生产率的影响是相互制约和相互促进的。1、当生产工艺发展到一定水平,即工艺生产率K提高到一定程度时,必须提高机床自动化程度,进一步减少空程辅助时间,促使生产率不断提高。2、在相对落后的工艺基础上实现机床自动化,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。13§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14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。15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。flash162.2.1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17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18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。19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20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21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22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23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24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)25加工外圆柱面时,移动上刀架或天平刀架,使刀架到达所需的半径位置后停止,然后由主轴箱带着棒料作纵向进给。切端面、切槽或切断时,主轴箱与棒料不动,由刀架作径向进给。钻孔或加工内、外螺纹时,可使用钻铰附件10。钻铰附件10是一个可摆动支架,支架上有几根刀具主轴及其传动机构。工作时,工作刀具主轴的轴线可摆动到与主轴轴线对准的位置。26(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272)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。283)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294)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。30(2)传动与控制系统1).主传动两端件是主电动机与主轴,传动路线表达式为:主电动机-20/42-A/B-135/123—Ⅰ(主轴)M1—66/51(正转)C/D—M2—24/66(反转)—47/23—{}31辅助电动机-2/24-M3-M4-Ⅱ(辅助轴)——45/67—a/b.c/d—2/40-Ⅴ(分配轴)——38/38-Ⅳ(分配轴)辅助轴的功用:是根据分配轴发出的控制指令,实现送夹料和转塔刀架的转位等空行程运动,其转速是固定不变的,且只允许沿一个方向旋转。其转速为nⅡ=1420×2/24≈120r/min=2r/s即辅助轴每转一转的时间为0.5秒。分配轴、辅助轴的传动:32分配轴是整台机床的控制中心,它每转一转(时间为T),机床实现一个工作循环,完成一个零件的加工。分配轴也只允许沿一个方向旋转。其运动平衡式为:2×45/67×a/b.c/d×2/40(×38/38)=1/T整理可得换置公式:a/b.c/d=15/T33分配轴和辅助轴在旋转的过程中,实现的控制作用:⑴控制各刀架的运动循环见图⑵控制送料和夹料⑶控制转塔刀架换位342.2.3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。35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。36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。37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38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。39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。40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。41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。42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。43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
本文标题:第二章加工设备自动化
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