1、加工設(shè)備自動化,第二章 加工設(shè)備自動化,加工設(shè)備自動化是指在加工過程中所用的加工設(shè)備能夠高效、精密、可靠地自動進(jìn)行加工，此外還應(yīng)能進(jìn)一步集中工序和具有一定的柔性。加工設(shè)備應(yīng)滿足要求： （1）加工工序集中； （2）控制方便； （3）柔性和生產(chǎn)率兼顧； （4）通信接口； （5）系統(tǒng)的可靠性和機(jī)床負(fù)荷率。,第一節(jié) 加工設(shè)備自動化概述,一、加工設(shè)備自動化的意義 加工設(shè)備工作過程自動化可以縮短輔助時(shí)間，改善 工人的勞動條件和減輕工人的勞動強(qiáng)度。 單臺加工設(shè)備的自動化能較好地滿足零件加工過程 中某個或幾個工序的加工半自動化和自動化的需要，為多 機(jī)床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動生產(chǎn)線和過渡到全盤自 動化的必要

2、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)備的自動化是零件整個機(jī)械加工工藝過 程自動化的基本問題之一，是機(jī)械制造廠實(shí)現(xiàn)零件加工自 動化的基礎(chǔ)。,二、加工設(shè)備自動化的途徑 加工設(shè)備自動化主要是指實(shí)現(xiàn)了機(jī)床加工循環(huán)自動化和實(shí)現(xiàn)了輔助工作自動化的加工設(shè)備,需要實(shí)現(xiàn)自動化的主要內(nèi)容有：,實(shí)現(xiàn)加工設(shè)備自動化的途徑主要有以下幾種： 1）對半自動加工設(shè)備通過配置自動上下料裝置以實(shí) 現(xiàn)加工設(shè)備的完全自動化； 2）對通用加工設(shè)備運(yùn)用電氣控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等 進(jìn)行自動化改造； 3）根據(jù)加工工件的特點(diǎn)和工藝要求設(shè)計(jì)制造專用的 自動化加工設(shè)備，如組合機(jī)床等； 4）采用數(shù)控加工設(shè)備，包括數(shù)控機(jī)床、加工中心

3、 等。,1生產(chǎn)率分析 當(dāng)自動化加工設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)時(shí)，加工一個工件的工作循環(huán)時(shí)間 是由加工時(shí)間和空程輔助時(shí)間組成的，即,三、自動化加工設(shè)備的生產(chǎn)率分析與分類,結(jié)論：tf和tq對機(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，即工藝生產(chǎn)率 提高到一定程度時(shí)，必須提高機(jī)床自動化程度，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， 在相對落后的工藝基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)機(jī)床自動化，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)床自動化。,2自動化加工方式分類,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，加工過程自動化水平不斷提高，使得生產(chǎn)率得到了很大的發(fā)展，先后開發(fā)了適應(yīng)不同生產(chǎn)率

4、水平要求的自動化加工設(shè)備，主要有以下各類：,(1) 全（半）自動單機(jī)：又分為單軸和多軸全（半） 自動單機(jī)兩類。 （走刀機(jī)構(gòu)） (2) 組合機(jī)床 (3) 自動線（Transfer LineTL） (4) 一般數(shù)控機(jī)床 (5) 加工中心（MC） (6) 柔性制造單元（FMC）,第二節(jié) 數(shù)控機(jī)床,一 數(shù)控機(jī)床的概念及其特點(diǎn) 1 基本概念 數(shù)控 數(shù)字化信號控制的簡稱，即用數(shù)字指令來控 制機(jī)械執(zhí)行預(yù)定的動作 NC Numerical Control 數(shù)控 CNC Computerized Numerical Control 計(jì)算機(jī)數(shù)控 數(shù)控機(jī)床高效的自動化加工設(shè)備，它嚴(yán)格按照加工 程序，可以自動地對被加

5、工工件進(jìn)行加工。,數(shù)控機(jī)床加工的零件,模具設(shè)計(jì),三維造型,模具型腔,油泵殼體真空壓鑄模具一,CNC加工,油泵殼體真空壓鑄模具二,2、數(shù)控機(jī)床加工適用范圍,1）多品種小批量零件； 2）幾何形狀復(fù)雜的零件； 3）需要頻繁改型的零件； 4）貴重的、不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件； 5）批量大、必須嚴(yán)格控制公差的零件； 6）最短周期的急需零件。,3、數(shù)控機(jī)床發(fā)展,1）高速化和高精度化 2）多功能化 3）智能化 4）編程自動化 5）高可靠性化 6）系統(tǒng)小型化,二、數(shù)控機(jī)床的工作過程,1. 加工程序,N020 M0 N030 M3 M8 N040 G0 X-80 Y-80 N050 G1 Z-59 F100,2.

6、輸入裝置,光電讀帶機(jī)、錄放機(jī)、磁盤驅(qū)動器 鍵盤MDI、計(jì)算機(jī)編程通信,三 數(shù)控機(jī)床的組成,數(shù)控裝置接受輸入指令信號，進(jìn)行運(yùn)算判斷、發(fā)出的控制信號至伺服系統(tǒng)。,3.數(shù)控裝置,4. 伺服系統(tǒng),伺服系統(tǒng)是數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動和執(zhí)行兩大部分。伺服系統(tǒng)接收數(shù)控系統(tǒng)的指令信息，并按照指令信息的要求帶動機(jī)床的移動部件運(yùn)動或執(zhí)行部分動作。,5. 輔助控制裝置 主軸變速、換向和啟停，刀具選擇和交換，冷 卻、潤滑啟動停止，工件松開、夾緊等輔助動作。 6. 檢測反饋 傳感器將伺服電動機(jī)的角位移和數(shù)控機(jī)床執(zhí)行 機(jī)構(gòu)的直線位移轉(zhuǎn)換成電信號，輸送給數(shù)控裝置， 與指令位置進(jìn)行比較，糾正誤差。 7. 機(jī)床本體 主軸部

7、件、刀架、尾架、滾珠絲杠、導(dǎo)軌、排 屑、防護(hù)、冷卻、刀庫、自動換刀裝置等,MJ-860DT數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)外觀圖,1床身；2三爪卡盤；3導(dǎo)軌；4尾架；5、7防護(hù)門；6回轉(zhuǎn)刀架；8數(shù)控操作面板,1、按控制系統(tǒng)功能分類 點(diǎn)位控制、直線控制、輪廓控制 2、按加工方式分類 一般數(shù)控機(jī)床、加工中心、多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床等 3、按伺服控制方式分類 開環(huán)控制、閉環(huán)控制、半閉環(huán)控制系統(tǒng) 4、按功能水平分類 經(jīng)濟(jì)型、標(biāo)準(zhǔn)型、多功能型,Next,四 數(shù)控機(jī)床的分類,按運(yùn)動軌跡分類,1、點(diǎn)位控制 2、直線控制 3、輪廓控制,返回,按加工方式分類,數(shù)控車床,數(shù)控銑床,返回,按工藝用途分類,多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床,多坐標(biāo)龍門式數(shù)控仿形

8、銑床,CNC六坐標(biāo)數(shù)控刀具磨床,返回,按控制方式分類,按功能水平分類,1）經(jīng)濟(jì)型（低檔） 大多指采用開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床，其功能簡單，價(jià)格便宜，適用與自動化程度要求不高的場合。 2）標(biāo)準(zhǔn)型（中檔） 這類數(shù)控機(jī)床的功能較全，價(jià)格適中，應(yīng)用較廣。標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控機(jī)床亦可稱為全功能數(shù)控機(jī)床。 3) 多功能型（高檔） 這類數(shù)控機(jī)床的功能齊全價(jià)格較貴，加工復(fù)雜零件的大中型機(jī)床及柔性制造系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)中使用的數(shù)控機(jī)床一般為多功能型。,加工中心是帶有刀庫和自動換刀裝置的多工序數(shù)控機(jī)床，它由機(jī)械設(shè)備和數(shù)控系統(tǒng)組成，是一種適用于復(fù)雜零件加工的高效自動化機(jī)床。,通常，加工中心僅指主要完成鏜銑加工的加工中心。

9、這種自動完成多工序集中加工的方法，擴(kuò)展到各種類型的數(shù)控機(jī)床，例如車削中心、滾齒中心、磨削中心等。,第三節(jié) 加工中心,一、加工中心的特點(diǎn)、類型與適用范圍 (1) 適用范圍廣 (2) 加工精度高 (3) 生產(chǎn)率高 加工中心的類型有立式、臥式、五面、龍門等四種,二、加工中心的結(jié)構(gòu) (1) 基礎(chǔ)部件， (2) 主軸部件， (3) 自動換刀系統(tǒng)， (4) 自動托盤交換系統(tǒng)， (5) 數(shù)控系統(tǒng)， (6) 輔助系統(tǒng),1.基礎(chǔ)部件,1) 基礎(chǔ)部件由床身、立柱、工作臺等大件組成，是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。 2) 床身支撐滑臺、立柱等； 立柱放置主軸頭和刀具庫等； 工作臺安放和帶動夾具、工件等； 主軸箱體支撐主軸系統(tǒng)

10、。,十字滑臺,立柱,2、主軸部件,1)由主軸箱、主軸、主軸電機(jī)、軸承、刀具拉緊裝 置，主軸定向停止裝置等組成。 2)在主軸3后端裝有一個發(fā)磁體4（磁鐵塊或電磁 鐵），磁傳感器5能感應(yīng)到磁塊的位置。當(dāng)磁塊對準(zhǔn)磁傳 感器時(shí)，傳感器就發(fā)出信號，經(jīng)放大器6放大后，由定向 電路7使主軸電機(jī)11立刻停止，主軸停在此位置上。,3、自動換刀系統(tǒng),包括刀具庫、自動選刀和自動換刀三項(xiàng)內(nèi)容,4、自動托盤交換系統(tǒng),1) 加工中心要納入到FMS系統(tǒng)中，必須能夠自動上下 料，才能形成自動加工循環(huán)系統(tǒng)。因此每臺加工中心都需 要帶有自動托盤交換系統(tǒng)。 2) 在機(jī)床切削工件的同時(shí)，托盤交換系統(tǒng)已經(jīng)將下 一個待加工的工件準(zhǔn)備好了

11、，機(jī)床停下來等待換件（將加 工完成的工件取下，再將毛坯裝上工作臺），只是進(jìn)行托 盤交換。所以，它使工件裝卸時(shí)間大幅度減少。 3) 實(shí)際上，加工中心再配上一套自動托盤交換裝 置，就形成了一個柔性制造模塊，可以自動完成工件的上 下料和整個加工循環(huán)過程。,立式加工中心的基礎(chǔ)部件,滾動直線導(dǎo)軌,用滾動導(dǎo)軌形成的三導(dǎo)軌,加工中心除了具有一般數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)外，它還具有 其自身的特點(diǎn)。 1、自動換刀與刀庫 加工中心的刀具存取方式有順序方式和隨機(jī)方式 兩種，刀具隨機(jī)存取是最主要的方式。 2、觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng) 主要用于加工循環(huán)中的測量。 3、刀具長度測量系統(tǒng) 用以檢查刀具長度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn) 象，檢

12、測準(zhǔn)確度為1mm。當(dāng)發(fā)現(xiàn)不合格刀具時(shí)，測量系 統(tǒng)會發(fā)出停車信號。,三、加工中心的特點(diǎn),四、加工中心的分類,1、有立式，臥式，立臥式等形式的加工中心 2、加工中心在數(shù)控銑床的基礎(chǔ)上，將升降運(yùn)動放在 主軸頭上，在主軸箱側(cè)面放置一個圓盤刀庫和換刀裝置， 就形成了一臺常見的立式加工中心,3、臥式加工中心,結(jié)構(gòu)形式類似于臥式銑床，主軸水平放置，同樣 是升降運(yùn)動放在主軸頭上，帶有刀庫和換刀裝置。,4、立臥式加工中心,立臥式加工中心同時(shí)具有立式和臥式的功能，它的 柔性更高，可對一個零件的五個面在一次裝夾中完成全 部加工內(nèi)容，因此又稱為五面加工中心。,5、高速加工中心,加工速度高，由于主軸轉(zhuǎn)速很高，配合用新型

13、超硬 耐磨刀具，使切削速度大大提高，其切削所用時(shí)間很短。 其次，由于運(yùn)動軸的速度和加速度很高，其加工移位、換 刀等輔助時(shí)間也在大幅度減少，所以其加工效率非常高。,機(jī)械加工自動線（簡稱自動線）是用一組運(yùn)輸機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來的由多臺自動機(jī)床（或工位）、工件存放裝置以及統(tǒng)一自動控制裝置等組成的自動加工機(jī)器系統(tǒng)。 在自動線的工作過程中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，按照工藝順序自動地經(jīng)過各個工位，不需要工人直接參與操作，自動地完成預(yù)定的加工內(nèi)容。 作用：自動線能減輕工人的勞動強(qiáng)度，并大大地提高勞動生產(chǎn)率，減少設(shè)備布置面積，縮短生產(chǎn)周期，縮減輔助運(yùn)輸工具，減少非生產(chǎn)性的工作量，建立嚴(yán)格的工作節(jié)奏，保證產(chǎn)品質(zhì)量，加速流

14、動資金的周轉(zhuǎn)和降低產(chǎn)品成本。,第四節(jié) 機(jī)械加工自動線,加工自動線通常由工藝設(shè)備、工件輸送系統(tǒng)、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等組成，各個系統(tǒng)中又包括各類設(shè)備和裝置。由于工件類型、工藝過程和生產(chǎn)率等的不同，自動線的結(jié)構(gòu)和布局差異很大，但其基本組成部分都是大致相同的。,自動線的加工對象通常是固定不變的，或在較小的范圍內(nèi)變化，而且在改變加工品種時(shí)要花費(fèi)許多時(shí)間進(jìn)行人工調(diào)整。另外初始投資較多。因此只適用于大批量的生產(chǎn)場合。,在通用機(jī)床自動線上完成的典型工藝主要是各種車削、車螺紋、磨外圓、磨內(nèi)孔、磨端面、銑端面、打中心孔、銑花鍵、拉花鍵孔、切削齒輪和鉆分布孔等。,一、通用機(jī)床自動線,順序分料示意圖,

15、按需分料示意圖,組合機(jī)床自動線是針對一個零件的全部加工要求 和加工工序?qū)ｉT設(shè)計(jì)制成的由若干臺組合機(jī)床組成的自動 生產(chǎn)線。它與通用機(jī)床自動線有許多不同點(diǎn)：如每臺機(jī)床 的加工工藝都是指定的不作改變；工件的輸送方式除直接 輸送外，還可利用隨行夾具進(jìn)行輸送；線的規(guī)模較大，有 的多達(dá)幾十臺機(jī)床；有比較完善的自動監(jiān)視和診斷系統(tǒng)， 以提高其開動率等。組合機(jī)床自動線主要用于加工箱體類 零件和畸形件，其數(shù)量占加工自動線總數(shù)的70%左右。,二、通用機(jī)床自動線,典型組合機(jī)床自動線簡介,為了適應(yīng)多品種生產(chǎn)，原來由專用機(jī)床組成的自動 線改用數(shù)控機(jī)床或由數(shù)控操作的組合機(jī)床組成柔性自動線。 FTL的工藝基礎(chǔ)是成組技術(shù)。按照

16、成組加工對象確定工藝 過程，選擇適宜的數(shù)控加工設(shè)備和物料儲運(yùn)系統(tǒng)組成FTL。 因此，一般的柔性自動線由以下三部分構(gòu)成： 數(shù)控機(jī)床、專用機(jī)床及組合機(jī)床； 托板（工件）輸送系統(tǒng)； 控制系統(tǒng)。,三、柔性自動線,第五節(jié) 柔性制造單元,在數(shù)控技術(shù)發(fā)展總的歷程中，技術(shù)的特征總是簡單 到復(fù)雜 由特殊到一般地螺旋式上升 許多企業(yè)在開發(fā)FMS 技術(shù)之前，經(jīng)歷了FMC 的過程，也有一些企業(yè)在它掌握 了FMS 技術(shù)以后 用戶仍然需要FMC，有些用戶承受不了 FMS 的巨額投資，而認(rèn)為FMC更符合他們的實(shí)際，因此 ， 在研究FMS的同時(shí)，仍然要研究FMC 。,柔性制造單元(Flexible Manufacturing

17、 Cell)是在 制造單元的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又具有柔性制造系統(tǒng)的部 分特點(diǎn)的一種單元 FMC，具有獨(dú)立自動加工的功能 部分 具有自動傳送和監(jiān)控管理的功能，可實(shí)現(xiàn)某些零件的多品 種小批量的加工，部分FMC還可以實(shí)現(xiàn)24小時(shí)無人運(yùn)轉(zhuǎn)， 投資沒有FMS大，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，因而深受用戶歡迎。,一、柔性制造單元的組成,FMC 的構(gòu)成有二大類 ： 一類是加工中心配上托 盤交換系統(tǒng)(Automatic Pallet Changer APC)，另一 類是數(shù)控機(jī)床配工業(yè)機(jī)器人(Robot)。,1、加工中心配托盤交換系統(tǒng)的FMC,這樣的托盤系統(tǒng)具有存儲、運(yùn)送功能、具有自動、 檢測功能、工件和刀具的歸類功能、切削

18、狀態(tài)監(jiān)視功能 等，這種FMC實(shí)現(xiàn)連續(xù)24小時(shí)自動加工是非常有效的，托 盤的交換由設(shè)在環(huán)形交換系統(tǒng)中的液壓或電動推拉機(jī)構(gòu)來 實(shí)現(xiàn)。,2、數(shù)控機(jī)床配工業(yè)機(jī)器人(robot)的FMC,兩臺臺數(shù)控車床配上Robot，加上工件傳輸系統(tǒng)組 成。在實(shí)際方案上還有多種組合形式 ，如美國公司生產(chǎn) 的由三臺機(jī)床與Robot構(gòu)成的FMC，這是由一臺車削中心、 一臺立式加工中心、一臺臥式加工中心 加上一臺工業(yè)機(jī) 器人組成，Robot安裝在一臺傳輸小車上，小車安裝在固 定軌道上，Robot 實(shí)現(xiàn)機(jī)床至機(jī)床之間的工件傳送。,二、柔性制造單元的特點(diǎn),1、柔性,體現(xiàn)在加工對象、工藝過程以及工序內(nèi)容的自動調(diào)整。,2、自動化,3

19、、加工精度和效率高,4、效益高,5、便于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成生產(chǎn)系統(tǒng),應(yīng)用 FMC可積累物料傳輸系統(tǒng)、自動化倉庫和自動檢測方面的經(jīng)驗(yàn)，使得容易朝著FMS 或CIMS 發(fā)展,第五節(jié) 柔性制造系統(tǒng),一、概述,1、定義,柔性制造系統(tǒng)FMS（Flexible Manufacturing Systems)是一個由計(jì)算機(jī)集中管理和控制的制造系統(tǒng)， 具有多個獨(dú)立或半獨(dú)立工位的一套物料儲存運(yùn)輸系統(tǒng) 加工設(shè)備主要由數(shù)控機(jī)床及加工中心等組成，用于高效率地制造中小批量多品種零部件的自動化生產(chǎn)系統(tǒng),能適應(yīng)加工對象變換的自動化機(jī)械制造系統(tǒng)。,2、組成,一般FMS 應(yīng)包含以下要素 (1) 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)控機(jī)床或制造單元。我們把具有自

20、動上下料功能或具有多個工位，既能加工又能作一些裝配工作的數(shù)控機(jī)床，稱之為制造單元，它們是FMS中的基本制造細(xì)胞。 (2) 一個在機(jī)床的裝卡工位之間運(yùn)送零件和刀具的傳送系統(tǒng)。 (3) 一個發(fā)布指令，協(xié)調(diào)機(jī)床工件和刀具傳送裝置的生產(chǎn)調(diào)度及監(jiān)控系統(tǒng)。 (4) 中央刀具庫及其管理系統(tǒng)。 (5) 自動化倉庫及其管理系統(tǒng)。,二、柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn),(1) 從硬件的形式看,1) 兩臺以上的數(shù)控機(jī)床或加工中心以及其它的加工設(shè)備，包括測量機(jī)，清洗機(jī)、動平衡機(jī)、各種特種加工設(shè)備等。 2) 一套能自動裝卸的運(yùn)輸系統(tǒng)，包括刀具的運(yùn)儲和工件及原材料的運(yùn)儲，具體結(jié)構(gòu)可采用傳送帶、有軌小車 無軌小車、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤

21、站等。 3) 一套計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)及信息通信網(wǎng)絡(luò)。,(2) 從軟件件的形式看,1)FMS 的運(yùn)行控制系統(tǒng) 2)FMS 的質(zhì)量保證系統(tǒng) 3)FMS 的數(shù)據(jù)管理和通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),1) 能自動管理零件的生產(chǎn)過程 自動控制制造質(zhì)量 自動故障診斷及處理 自動 信息收集及傳輸 2) 簡單地改變軟件或系統(tǒng)參數(shù) 便能制造出某一零件族的多種零件 3)物料的運(yùn)輸和儲存必須是自動的(包括刀具等工裝和工件的自動運(yùn)輸) 4) 能解決多機(jī)床條件下零件的混流加工 且無須額外增加費(fèi)用 5) 具有優(yōu)化調(diào)度管理功能 能實(shí)現(xiàn)無人化或少人化加工,(3) 從功能看,三、柔性制造系統(tǒng)的分類,按規(guī)模大小，F(xiàn)MS可分為如下三類。 1）柔性制造單元（FMC） FMC由單臺帶多托盤系統(tǒng)的加工中心或3臺以下的CNC機(jī)床組成，具有適應(yīng)加工多品種產(chǎn)品的靈活性。,2）柔性制造系統(tǒng)（FMS） 通常包括3臺以上的CNC機(jī)床（或加工中心），通 過集中的控制系統(tǒng)及物料系統(tǒng)連接起來，可在在不停機(jī) 情況下實(shí)現(xiàn)多品