第2章加工設(shè)備自動(dòng)化本章教學(xué)要點(diǎn)，導(dǎo)入案例（看書解釋）自動(dòng)化加工設(shè)備根據(jù)自動(dòng)化程度、生產(chǎn)率和配置形式不同，可以分為不同的類型。自動(dòng)化加工設(shè)備在加工過程中能夠高效、精密、可靠地自動(dòng)進(jìn)行加工。前已述及，自動(dòng)化加工設(shè)備按自動(dòng)化程度可以分為自動(dòng)化單機(jī)、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線、剛性綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、柔性制造單元、柔性制造系統(tǒng)等。加工設(shè)備自動(dòng)化的意義及分類加工設(shè)備自動(dòng)化的意義各類金屬切削機(jī)床和其他機(jī)械加工設(shè)備是機(jī)械制造的基本生產(chǎn)手段和主要組成單元。加工設(shè)備生產(chǎn)率得到有效提高的主要途徑之一是采取措施縮短其輔助時(shí)間。加工設(shè)備工作過程自動(dòng)化可以縮短輔助時(shí)間，改善工人的勞動(dòng)條件和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。不僅如此，單臺(tái)機(jī)床或加工設(shè)備的自動(dòng)化，能較好地滿足零件加工過程中某個(gè)或幾個(gè)工序的加工半自動(dòng)化和自動(dòng)化的需要，為多機(jī)床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動(dòng)生產(chǎn)線和過渡到全盤自動(dòng)化的必要前提，是機(jī)械制造業(yè)更進(jìn)一步向前發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，加工設(shè)備的自動(dòng)化是零件整個(gè)機(jī)械加工工藝過程自動(dòng)化的基本問題之一，是機(jī)械制造廠實(shí)現(xiàn)零件加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)。自動(dòng)化加工設(shè)備的分類隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加工過程自動(dòng)化水平不斷提高，使得生產(chǎn)率得到了很大的提高，先后開發(fā)了適應(yīng)不同生產(chǎn)率水平要求的自動(dòng)化加工設(shè)備，主要有以下種類。全（半）自動(dòng)單機(jī)該類設(shè)備又分為單軸和多軸全（半）自動(dòng)單機(jī)兩類。它利用多種形式的全（半）自動(dòng)單機(jī)固有的和特有的性能來完成各種零件和各種工序的加工，是實(shí)現(xiàn)加工過程自動(dòng)化普遍采用的方法。機(jī)床的形式和規(guī)格要根據(jù)需要完成的工藝、工序及坯料情況來選擇；此外，還要根據(jù)加工品種數(shù)、每批產(chǎn)品和品種變換的頻度等來選用控制方式。在半自動(dòng)機(jī)床上有時(shí)還可以考慮增設(shè)自動(dòng)上下料裝置、刀庫和換刀機(jī)構(gòu)，以便實(shí)現(xiàn)加工過程的全自動(dòng)。專用自動(dòng)機(jī)床該類機(jī)床是專為完成某一工件的某一工序而設(shè)計(jì)的，常以工件的工藝分析作為設(shè)計(jì)機(jī)床的基礎(chǔ)。其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是傳動(dòng)系統(tǒng)比較簡單，夾具與機(jī)床結(jié)構(gòu)的聯(lián)系密切，設(shè)計(jì)時(shí)往往作為機(jī)床的組成部件來考慮，機(jī)床的剛性一般比通用機(jī)床要好。這類機(jī)床在設(shè)計(jì)時(shí)所受的約束條件較少，可以全面地考慮實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的要求。因而，從自動(dòng)化的角度來看，它比改裝通用機(jī)床優(yōu)越。但是，有時(shí)由于新設(shè)計(jì)的某些部件不夠成熟，要花費(fèi)較多的調(diào)整時(shí)間。如果用于單件或小批量生產(chǎn)，則造價(jià)較高，只有當(dāng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、生產(chǎn)批量較大時(shí)才有較好的經(jīng)濟(jì)效果。組合機(jī)床該類機(jī)床由70%~90%的通用零、部件組成，可縮短設(shè)計(jì)和制造周期，可以部分或全部改裝。組合機(jī)床是按具體加工對(duì)象專門設(shè)計(jì)的，可以按最佳工藝方案進(jìn)行加工，加工效率和自動(dòng)化程度高；可實(shí)現(xiàn)工序集中，多面多刀對(duì)工件進(jìn)行加工，以提高生產(chǎn)率；可以在一次裝夾下多軸對(duì)多孔加工，有利于保證位置精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量；可減少工件工序間的搬運(yùn)。機(jī)床大量使用通用部件使得維護(hù)和修理簡化，成本降低。主要用于箱體、殼體和雜體類零件的孔和平面加工，包括鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、車端面、加工內(nèi)外螺紋和銑平面等，是用來加工指定的一種或幾種特定工序，因而主要適用于大批量生產(chǎn)，如果是采用了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力箱或可換主軸箱的組合機(jī)床?？蛇m用于中等批量生產(chǎn)。數(shù)控機(jī)床數(shù)控（NC）機(jī)床是一種用數(shù)字信號(hào)控制其動(dòng)作的新型自動(dòng)化機(jī)床。它按指定的工作程序、運(yùn)動(dòng)速度和軌跡進(jìn)行自動(dòng)加工?，F(xiàn)代數(shù)控機(jī)床常采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，被稱為CNC,加工工件的源程序（包括機(jī)床的各種操作、工藝參數(shù)和尺寸控制等）可直接輸入到具有編程功能的計(jì)算機(jī)內(nèi)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)編程，并控制機(jī)床運(yùn)行。當(dāng)加工對(duì)象改變時(shí)，除了重新裝夾零件和更換刀具外，只需更換數(shù)控程序，即可自動(dòng)地加工出新零件。數(shù)控機(jī)床主要適用于加工單件、中小批量、形狀復(fù)雜的零件，也可用于大批量生產(chǎn)，能提高生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，迅速適應(yīng)產(chǎn)品改型。在某些情況下，具有較高的加工精度，并能保證精度的一致性，可用來組成柔性制造系統(tǒng)或柔性自動(dòng)線。加工中心數(shù)控加工中心（MC）是帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的多工序數(shù)控機(jī)床，工件經(jīng)一次裝夾后，能對(duì)兩個(gè)以上的表面自動(dòng)完成銑、鏜、鉆、鉸等多種工序的加工，并且有多種換刀或選刀功能，使工序高度集中，顯著減少原先需多臺(tái)機(jī)床順序加工帶來的工件裝夾、調(diào)整機(jī)床間工件運(yùn)送和工件等待時(shí)間，避免多次裝夾帶來的加工誤差，使生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度大大提高。根據(jù)功能可將其分為鏜銑加工中心、車削加工中心、磨削加工中心、沖壓加工中心以及能自動(dòng)更新多軸箱的多軸加工中心等。加工中心適用于加工復(fù)雜、工序多、要求較高、需各種類型的普通機(jī)床和眾多刀具夾具、需經(jīng)過多次裝夾和調(diào)整才能完成加工的零件，或者是形狀雖簡單，但可以成組安裝在托盤上，進(jìn)行多品種混流加工的零件，可適用于中小批量生產(chǎn)，也可用于大批量生產(chǎn)，具有很高的柔性，是組成柔性制造系統(tǒng)的主要加工設(shè)備。柔性制造單元柔性制造單元（FMC）一般由1?3臺(tái)數(shù)控機(jī)床和物料傳輸裝置組成。單元內(nèi)設(shè)有刀具庫、工件儲(chǔ)存站和單元控制系統(tǒng)。機(jī)床可自動(dòng)裝卸工件、更換刀具、檢測(cè)工件的加工精度和刀具的磨損情況，可進(jìn)行有限工序的連續(xù)加工，適于中小批量生產(chǎn)應(yīng)用。加工自動(dòng)線加工自動(dòng)線是由工件傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)將一組自動(dòng)機(jī)床和輔助設(shè)備按工藝順序連接起來，可自動(dòng)完成產(chǎn)品的全部或部分加工過程的生產(chǎn)系統(tǒng)，簡稱自動(dòng)線。在自動(dòng)線工作過程中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，按工藝順序自動(dòng)經(jīng)過各個(gè)工位，完成預(yù)定的工藝過程。按使用的工藝設(shè)備分，自動(dòng)線可分為通用機(jī)床自動(dòng)線、專用機(jī)床自動(dòng)線、組合機(jī)床自動(dòng)線等類型。采用自動(dòng)線生產(chǎn)可以保證產(chǎn)品質(zhì)量，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得較高的生產(chǎn)率。其加工工件通常是固定不變的或變化很小，因此只適用于大批量生產(chǎn)場(chǎng)合。

自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇與布局自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇首先應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品批量的大小以及產(chǎn)品變型品種數(shù)量的大小確定加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可選用加工單元形式或可換多軸箱形式；對(duì)于大批量生產(chǎn)，可以選用自動(dòng)生產(chǎn)線形式。在擬訂了加工工藝流程之后，可根據(jù)加工任務(wù)（如工件圖樣要求及對(duì)生產(chǎn)能力的要求）來確定自動(dòng)機(jī)床的類型、尺寸、數(shù)量。對(duì)于大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可根據(jù)加工要求，為每個(gè)工序設(shè)計(jì)專用機(jī)床或組合機(jī)床。對(duì)于多品種中小批量生產(chǎn)，可根據(jù)加工零件的尺寸范圍、工藝性、加工精度及材料等要求，選擇適當(dāng)?shù)膶Ｓ脵C(jī)床、數(shù)控機(jī)床或加工中心；根據(jù)生產(chǎn)要求（如加工時(shí)間及工具要求，批量和生產(chǎn)率的要求）來確定設(shè)備的自動(dòng)化程度，如自動(dòng)換刀、自動(dòng)換工件及數(shù)控設(shè)備的自動(dòng)化程度；根據(jù)生產(chǎn)周期（如加工順序及傳送路線），選擇物料流自動(dòng)化系統(tǒng)形式（運(yùn)輸系統(tǒng)及自動(dòng)倉庫系統(tǒng)等）。自動(dòng)化加工設(shè)備的布局自動(dòng)化加工設(shè)備的布局形式是指組成自動(dòng)化加工系統(tǒng)的機(jī)床、輔助裝圖2.1自動(dòng)線布局形式置以及聯(lián)接這些設(shè)備的工件傳送系統(tǒng)中，各種裝置的平面和空間布置形式。它是由工件加工工藝、車間的自然條件、工件的輸送方式和生產(chǎn)綱領(lǐng)所決定的。自動(dòng)線的布局形式有多種。如圖2.1所示。圖2.1自動(dòng)線布局形式1）旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線的布局形式（1）貫穿式。工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床之間，特點(diǎn)是上下料及傳送裝置結(jié)構(gòu)簡單，裝卸料工件輔助時(shí)間短，布局緊湊，占地面積小，但影響工人通過，料道短，貯料有限，如圖2.2所示。圖2.2貫穿式傳送軸類工件加工自動(dòng)線布局1一」.料道；2一上料裝置：3一下料道；4—提升裝置；5一機(jī)床（2）架空式。工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床的上空，輸送機(jī)械手懸掛在機(jī)床上空的架上，見圖2.3。機(jī)床布局呈橫向或縱向排列，工件傳送系統(tǒng)完成機(jī)床間的工件傳送及上下料。這種布局結(jié)構(gòu)簡單，適于生產(chǎn)節(jié)拍較長且各工序工作循環(huán)時(shí)間較均衡的軸類零件。圖2.3采用懸掛式輸送機(jī)械手的自動(dòng)線布局1i輸送用驅(qū)動(dòng)液壓缸；2—機(jī)械3一桁架；4—銃端面、打中心孔機(jī)床；5一車床；6一料道（3）側(cè)置式。如圖2.4所示，工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床外側(cè)，機(jī)床呈

縱向排列，傳送裝置設(shè)在機(jī)床的前方，安裝在地上。為了便于調(diào)整操作機(jī)床，可將輸送裝置截?cái)?。輸送料道還同時(shí)具有貯料作用。這種布局的自動(dòng)線有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。圖2.圖2.4機(jī)床縱列的軸類工件車削自動(dòng)布局1一1：料機(jī)械不；2—下料機(jī)械下；3一機(jī)床；4一傳送料道2）箱體、雜類工件自動(dòng)線的布局形式（1）直線通過式和折線通過式。圖2.5所示為直線通過式自動(dòng)線。步伐式輸送帶按一定節(jié)拍將工件依次送到各臺(tái)機(jī)床上加工，工件每次輸送個(gè)步矩。工人在自動(dòng)化生產(chǎn)線起端上料，末端卸料。線，且可以節(jié)省隨行夾具的返回裝置，見圖2.6所示。對(duì)于工位數(shù)多、規(guī)模大的自動(dòng)線，直線布置受到車間長度限制，因而布置成折線式。（2）框型?？蛐褪钦劬€式的封閉形式?？蚴讲季指m用于輸送隨行夾具及尺寸較大和較重的工件自動(dòng)化生產(chǎn)1一機(jī)床：2—輸送帶；3一工件;-匚4圖2.5直線通過式自動(dòng)線布局對(duì)于工位數(shù)多、規(guī)模大的自動(dòng)線，直線布置受到車間長度限制，因而布置成折線式。（2）框型。框型是折線式的封閉形式?？蚴讲季指m用于輸送隨行夾具及尺寸較大和較重的工件自動(dòng)化生產(chǎn)1一機(jī)床：2—輸送帶；3一工件;-匚4圖2.5直線通過式自動(dòng)線布局一心1匚1r

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n舊機(jī)球排列在內(nèi)外兩編聞機(jī)康棒列在外惻圖2.n框型自動(dòng)蛙布局1輸送裝出；曾一機(jī)由；3清洗裝置（3）環(huán)型。環(huán)型自動(dòng)化生產(chǎn)線工件的輸送軌道是回環(huán)形，多為中央帶立柱的環(huán)型線。它不需要高精度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工件輸送精度只需滿足工件的初定位要求。環(huán)型自動(dòng)線可以直接輸送工件，也可借助隨行夾具。對(duì)于直接輸送工件的環(huán)型線，裝卸料可集中在一個(gè)工位。對(duì)于隨行夾具輸送工件的環(huán)型線，不需要隨行夾具返回裝置。（4）非通過式。非通過式布局的自動(dòng)化生產(chǎn)線，工件輸送不通過夾具，而是從夾具的一個(gè)方向送進(jìn)和拉出，使每個(gè)工位可能增加一個(gè)加工面，也可增設(shè)鏜模支架。非通過式自動(dòng)化生產(chǎn)線適于由單機(jī)改裝聯(lián)成的自動(dòng)化生產(chǎn)線，或工件不宜直接輸送而必須吊裝，以及工件各個(gè)加工表面需在一個(gè)工位加工的自動(dòng)化生產(chǎn)線。2．柔性制造系統(tǒng)的布局柔性制造系統(tǒng)的總體布局可以概括為以下幾種布置原則，如圖2.7所示。1）隨機(jī)布置原則。見圖2.7（a）,這種布局方法是將若干機(jī)床隨機(jī)地排列在一個(gè)長方形的車間內(nèi)。它的缺點(diǎn)是很明顯的，只要多于三臺(tái)機(jī)床，運(yùn)輸路線就會(huì)非常復(fù)雜。2）功能原則（或叫工藝原則。見圖2.7（b）,這種布局方法是根據(jù)加工設(shè)備的功能，分門別類地將同類設(shè)備組織到一起，如車削設(shè)備、鏜銑設(shè)備、磨削設(shè)備等。這樣,工件的流動(dòng)方向是從車間的一頭流向另一頭。這種布局方法的零件運(yùn)輸路線也比較復(fù)雜,因?yàn)楣ぷ鞯募庸ぢ肪€并不一定總是按車、銑、磨這樣的順序流動(dòng)。

隨機(jī)隨機(jī)節(jié)汽原則回回回國11 回回回叵I —*■EEEE機(jī)布置模塊式布顯原則的模塊式和辟準(zhǔn)備加_E階段機(jī)械加工除段準(zhǔn)備加_E階段機(jī)械加工除段將和加工階段<0按加，料段布置圖上7FMS的總體布局原則3）模塊式布置原則。見圖2.7（C）,這種布局方式的車間是由若干功能類似的獨(dú)立模塊組成。這種布局方式看來好像增加了生產(chǎn)能力的冗余度，但在應(yīng)酬緊急任務(wù)和意外事件方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)。4）加工單元布置原則。見圖2.7（d），采用這種布局方式的車間，每一個(gè)加工單元都能完成相應(yīng)的一類產(chǎn)品。這種構(gòu)思的產(chǎn)生是建立在成組技術(shù)思想基礎(chǔ)上的。5）根據(jù)加工階段劃分原則。見圖2.7（e），將車間分為準(zhǔn)備加工階段、機(jī)械加工階段和特種加工階段。自動(dòng)化加工設(shè)備的特殊要求及實(shí)現(xiàn)方法高生產(chǎn)率自動(dòng)化生產(chǎn)的主要目的是提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和機(jī)器生產(chǎn)率，這是機(jī)械制造自動(dòng)化系統(tǒng)高效率運(yùn)行必須解決的基本問題。在工藝過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化時(shí)，采用的自動(dòng)化措施都必須符合不斷提高生產(chǎn)率的要求。工作行程時(shí)間（I）和輔助時(shí)間（tf）對(duì)機(jī)床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相互促進(jìn)的。當(dāng)生產(chǎn)工藝發(fā)展到一定水平，必須提高機(jī)床自動(dòng)化程度，進(jìn)一步減少空程輔助時(shí)間，促使生產(chǎn)率不斷提高。另一方面是，在相對(duì)落后的工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化，生產(chǎn)率的提高是有限的，為了取得良好的效果，應(yīng)當(dāng)在先進(jìn)的工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動(dòng)化。加工精度的高度一致性產(chǎn)品質(zhì)量的好壞，是評(píng)價(jià)產(chǎn)品本身和自動(dòng)加工系統(tǒng)是否具有使用價(jià)值的重要標(biāo)準(zhǔn)。保證產(chǎn)品加工精度，防止工件發(fā)生成批報(bào)廢，是自動(dòng)化加工設(shè)備工作的前提。自動(dòng)化加工設(shè)備的高度可靠性產(chǎn)品的質(zhì)量和加工成本以及設(shè)備的生產(chǎn)率取決于機(jī)械加工設(shè)備的工作可靠性。設(shè)備的實(shí)際生產(chǎn)率隨著其工作可靠性的提高而接近于設(shè)計(jì)設(shè)定理論值，且充分地發(fā)揮了設(shè)備的工作能力。自動(dòng)化加工設(shè)備的柔性由于產(chǎn)品需求日益多樣化，更新?lián)Q代加快，產(chǎn)品壽命周期縮短，多品種批量（尤其是中小批量）生產(chǎn)已是機(jī)械制造業(yè)生產(chǎn)形態(tài)的主流。因此，對(duì)自動(dòng)化加工設(shè)備的柔性要求也越來越高。柔性主要表現(xiàn)在加工對(duì)象的靈活多變性，即可以很容易地在一定范圍內(nèi)從一種零件的加工更換為另一種零件的加工的功能。柔性自動(dòng)化加工是通過軟件來控制機(jī)床進(jìn)行加工，更換另一種零件時(shí)，只需改變有關(guān)軟件和少量工夾具（有時(shí)甚至不必更換工夾具），一般不需對(duì)機(jī)床、設(shè)備進(jìn)行人工調(diào)整，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)另一種零件的加工，進(jìn)行批量生產(chǎn)或同時(shí)對(duì)多個(gè)品種零件進(jìn)行混流生產(chǎn)。這將顯著地縮短多品種生產(chǎn)中設(shè)備調(diào)整和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。對(duì)用于中小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化加工系統(tǒng)，應(yīng)考慮使其具有以下一些機(jī)能。自動(dòng)變換加工程序的機(jī)能。對(duì)于自動(dòng)化加工設(shè)備，可以設(shè)置一臺(tái)或一組電子計(jì)算機(jī)，或用可編程控制器，作為它的生產(chǎn)控制及管理系統(tǒng)，就可以使系統(tǒng)具備按不同產(chǎn)品生產(chǎn)的需要，在不停機(jī)的情況下，方便迅速地自動(dòng)變更各種設(shè)備工作程序的機(jī)能，減少系統(tǒng)的重調(diào)整時(shí)間。自動(dòng)完成多種產(chǎn)品或零件