自动机与生产线第二章自动机与自动线的设计原理(第二版)

自动机与自动线的设计原理本章要点自动机的基本组成；自动线的定义、特点及应用。自动机与自动线的生产率分析。自动机与自动线的工艺方案选择。自动机的循环图的设计与计算。自动机循环图设计步骤与实测方法。本章难点自动机与自动线的生产率分析。自动机的循环图的设计与计算。第2章自动机与自动线的设计原理1．自动机的组成2.1概述图2.1自动冲压机的结构示意图1—电动机2、3—皮带轮4、5、7、8—齿轮6—离合器9—曲轴10—冲杆11—冲头12—下模13—毛坯14—料斗15—推料装置16—控制阀17—落料板18—控制装置19—电磁铁20—杠杆2.1概述（1）驱动系统1．自动机的组成自动机的动力源。动力源可以是电力驱动、液压驱动、气压驱动等。本机采用了电力驱动，即图中的电动机1。（2）传动系统执行机构是实现自动化操作与辅助操作的系统。图中冲头11和推料装置15就是执行机构。（3）执行机构功能是将动力和运动传递给各执行机构或辅助机构，以完成规定的工艺动作。图中件2、3带传动和件4、5、7、8两对齿轮传动共同组成了本机的传动系统。（4）控制系统控制自动机的驱动系统、传动系统、执行机构等，将运动分配给各执行机构，使它们按时间、按顺序协调动作，由此实现自动机的工艺职能，完成自动化生产。图中离合器6、杠杆20、电磁铁19、控制装置18和控制阀16组成了控制系统。2.1概述自动机的基本组成可由图2.2来概括:图2.2自动机的组成2.1概述2．自动机的控制系统（1）时序控制系统时序控制系统是指按时间先后顺序发出指令进行操纵的一种控制系统。（2）时序控制系统行程控制系统是按一个动作运行到规定位置的行程信号来控制下一个动作的一种控制系统。优点：a)能完成任意复杂的工作循环，各种信号都能通过凸轮的轮廓线或连杆机构尺寸参数的设计，来满足运动学或动力学的要求。b)调整正常后，各执行机构不会互相干涉，分配轴即使转动不均匀，也不会影响各动作的顺序。c)能保证在规定时间内，严格可靠地完成工作循环，故特别适合于高速自动机械。缺点：a)灵活性差。当产品更换时，可能要更改部分或全部凸轮机构，给制造、安装与调试带来较大困难。b)一般缺乏检查执行机构动作完成与否的装置，没有完成时不能自动停机，故不够安全。2.1概述3.自动线的定义、特点及应用定义：人们把按照产品加工工艺过程，用工件储存及传送装置把专用自动机以及辅助机械设备连接起来而形成的、具有独立控制装置的生产系统称作自动生产线，简称自动线或生产线。特点：在自动线整个生产过程中，人工不参与直接的工艺操作，只是全面观察、分析生产系统的运转情况。自动线的自动化程度取决于人工参与生产的程度。生产线、CIMS、FA的概念。应用：定型、批量大、有一定生产周期的产品。产品的结构便于传送、自动上下料、定位和夹紧、自动加工、装配和检测。产品结构比较繁杂、加工工序多,难以操纵甚至无法保证产品的加工数量及质量。以包装、装配工艺为主的生产过程。加工方法、手段、环境等因素影响而不宜用自动机进行生产。2.1概述4．自动线的组成及类型（1）自动线的组成a）主要工艺设备：专用的自动机。b）辅助工艺装置。c）物料贮存、传送装置：包括传送、贮存和上下料装置。d）检测控制装置：包括检测、信号处理和控制系统。（2）自动线的类型a）直线型。b）曲线型。c）封闭（或半封闭）环（或矩框）型。d）树枝型（或称为分支式）。2.1概述a）直线型：将各种自动机加工设备及装置，按产品加工工艺要求，由传送装置将它们连接成一直线摆列的自动线，工件由自动线的一端上线，由另一端下线。这种排列形式的自动线称为直线型自动线，简称直线型。根据自动机、传送装置、贮存装置布置的关系，直线型又可分成同步顺序组合、非同步顺序组合、分段非同步顺序组合和顺序—平行组合自动线，如图2.3和图2.4所示。图2.3顺序组合自动线1—自动机2—传送装置3—贮存装置图2.4顺序—平行组合自动线1—自动机2—传送装置2.1概述b）曲线型：工件沿曲折线（如蛇形、之字形、直线与弧线组合等）传送，其他与直线型相同。c）封闭（或半封闭）环（或矩框）型：工件沿环形或矩形线传送图2.5（a）矩框型自动线图2.5（b）环型自动线1—输送装置2、4—转向装置3—自动机5—随行夹具d）树枝型（或称为分支式）：工件传送路线如同树枝，有主干，有分支。2.1概述5.自动线的控制系统自动线对控制系统有如下要求：满足自动线工作循环要求并尽可能简单控制系统的构件要可靠耐用，安装正确，调整、维修方便。线路布置合理、安全，不能影响自动线整体效果和自动线工作。应在关键部位，对关键工艺参数（如压力、时间、行程等）设置检测装置，以便当发生偶然事故时，及时发讯、报警、局部或全部停车。控制系统是指挥中心，操纵着自动线各个组成部分的工艺动作顺序、持续时间、预警、故障诊断和自动维修等。2.1概述6.自动生产线实例【实例2.1】立式框型返回式自动线：如图2.6所示，该自动线由上下两层组成，下层为加工段，上层为返回输送段。工件3由下层左端上线，由下输送装置2依次传至各个自动机4进行加工，到下层右端时，由提升机6将工件送上上层，由上输送装置5再将工件返回送给降落机1，降落机将工件送出生产线。图2.6立式框型返回式自动线1—降落机2—下输送装置3—工件4—自动机5—上输送装置6—提升机2.1概述【实例2.2】苹果清洗生产线：如图2.7所示，生产线从前向后依次分成前清洗、脱皮、后清洗和表面水烘干4段。苹果的输送采用辊式输送装置。输送辊2上套尼龙绳3(通过辊以及尼龙绳的拨动、上方水流的冲动以及苹果的碰撞)苹果翻滚着向前移动，喷淋水洗干净后落入盛果筐4盛果筐在盛液槽5内做上下往复直线运动，实现苹果在脱皮液中的浸泡和捞起盛果筐升起，由拨果辊6将脱皮后的苹果依次推送到后清洗段。中和并冲洗掉脱皮化学液，再送入烘干段除去苹果表面的水滴主要步骤：图2.7苹果清洗生产线1—水管架2—输送辊3—尼龙绳4—盛果筐5—盛液槽6—拨果辊7—加热板8—电机及减速器9—撑杆10—轮2.1概述自动线工作时，成卷的塑料带由制袋机2制成袋后送给填料机3，物料经称量机1定量后由填料机3装入袋中，然后送到封口机4进行热压封口变成实包。实包被顺倒在传送带9上，经重量检测器5进行二次测重，不合格包被自动选别机6送到支道上处理。合格包经整形机7压辊整形后，再经过金属物探测机8进行检测。通过这几项检测合格的包，经计数器计数后，由传送带送出，或者直接装车，或者由码垛机堆码放置。图2.8包装自动线1—称量机2—制袋机3—填料机4—封口机5—重量检测器6—自动选别机7—整形机8—金属物探测机9—传送带【实例2.3】包装自动线：2.2自动机与自动线的生产率分析自动机的生产率：理论生产率工艺生产率K实际生产率tQ自动机械在正常工作状态运转时，单位时间内所生产的产品数量称为理论生产率。pQ考虑发生故障、检修或其他因素引起的停机时间之后而算出的单位时间内生产的产品数量，称为自动机械的实际生产率。假定加工对象在自动机械上单位时间内的全部时间都连续接受加工，而没有空行程的损失，这时的生产率就称为自动机械的工艺生产率。2.2自动机与自动线的生产率分析(1).间歇作用型自动机（第Ⅰ类自动机）的生产率按自动机械生产过程的连续与否，自动机械可分为间歇作用型和连续作用型。间歇作用型自动机械的特点是，产品在自动机上的被加工、传送和处理等工作，是间歇周期地进行的。理论生产率：tpkf11Qttt（件/min）（2.1）——自动机的工作循环时间（即加工一个产品所需的时间）；——工作循环内的工艺操作时间（简称基本工艺时间）；——工作循环内的辅助操作时间（简称辅助操作时间）。ptktft实际生产率：pkfn1Qttt（件/min）（2.2）实际上，自动机的理论生产率就是自动机的设计生产率，而自动机的实际生产率是自动机在使用过程中显示出来的生产率。1.自动机的生产率分析2.2自动机与自动线的生产率分析(2).连续作用型自动机（第Ⅱ类自动机）的生产率连续作用型自动机的特点是，产品在自动机上的被加工、传送和处理等工作，是连续不断进行的，辅助操作时间与工艺时间重合，即被工艺时间包容。理论生产率：tppp111QnNtnN（件/min）（2.3）——自动机械转盘的转速（r/min）N——转盘上产品工位数pn在实际生产中，转盘转速受到灌装角（转盘旋转一周过程中实际灌装液体所占的角度）大小与灌装工艺时间的限制，在灌装角选定的情况下，转盘的转速由式（2.4）确定：kr/min360t（）°pn≤（2.4）式中，为液体由灌装阀流满瓶内所需的灌装工艺时间（min），它与液体的黏度、压力、灌装阀的结构等因素有关。kt2.2自动机与自动线的生产率分析例2.1：广东健力宝集团引进目前我国生产率最高的易拉罐生产线，其灌装机的灌装速度为2000罐/min，转盘工位数为164头，灌装角为280˚。问该灌装机的转速应为每分钟多少转？每灌一罐所需的工艺时间为多少秒？解：由，得tpQnNtp2000164QnN12.2r/min（）又由≤，得pnk360tkt≤p360n°28036012.2°°=0.06375min（）=3.83（s）该灌装机转盘的转速约为12.2r/min，每灌装一罐的工艺时间约为3.83s。这里要注意灌装机的灌装工艺时间与灌装机每生产一罐产品所需时间是不同的。2.2自动机与自动线的生产率分析和间歇作用型自动机一样，连续作用型自动机也存在循环外时间损失。在计算实际生产率时，必须将自动连续工作了一段时间之后的循环外的时间损失分摊到此期间加工出的每一件产品上。这样，连续作用型自动机的实际生产率可表示为：ptQQ（件/min）为连续作用型自动机的停顿（或停机）系数（＜1）。2.2自动机与自动线的生产率分析2.自动线的生产率分析(1).自动线的理论生产率txQ自动线的理论生产率通常以该自动线的中心机的生产率来选定自动线的实际生产率pxtxQQ（件/min）为自动线的停机参数，为自动线的实际生产率。pxQ(2).同步（刚性）自动线的实际生产率pqQpqtxkfn1QQttqt（件/min）(3).同步（刚性）自动线的实际生产率pstxkfn1QQttt（件/min）(4).同步（刚性）自动线的实际生产率prqtxnp11QQqtnN（件/min）（2.5）（2.6）（2.7）（2.8）2.2自动机与自动线的生产率分析【例2.2】：某矿泉水灌装自动线，理论生产率＝400瓶/min。但该自动线在8h内，理送瓶机停机6次，每次3min；冲洗灌机停机5次，每次2min；套标机停机5次，每次4min；装箱机停机3次，每次5min。试分别按同步自动线和非同步自动线计算该自动线的实际生产率。解：按同步自动线计算，其停机系数为：=[8×60-(6×3+5×2+5×4+3×5)]/8×60≈0.87所以，该同步自动线的实际生产率为：pqQpqtxQQ＝0.87×400=348（瓶/min）按非同步自动线计算，其停机系数为：=[8×60-(5×4)]/8×60≈0.96所以，该非同步自动线的实际生产率为：psQpstxQQ=0.96×400=384瓶/min2.2自动机与自动线的生产率分析3.提高自动机与自动线生产率的途径(1).减少循环内的空程和辅助操作时间ft(2).减少基本工艺时间kt(3).减少循环外的时间损失nta)提高刀具或模具的尺寸耐用度b)减少机械设备的调整时间c)尽量采用能满足自动操纵和连锁保护的电气设备控制系统d)应尽量采用方便维修的液压、气动系统e)必须加强对自动机或自动线中各种设备计划检修和维护保养工作2.3自动机与自动线的工艺方案选择在工艺原理图上应体现以下一些内容：a)产品的大概特征与组成。b)从工件到成品（或半成品）的具体工艺方法、工艺