1、第二章加工设备自动化,加工设备自动化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。所谓高效就是生产率要达到一定高的水平;精密即成品公差带的分散度小，成品的实际公差带要压缩到图样中规定的一半或更小期望成品不必分组选配，从而达到完全互装配，便于实现准时方式”的生产;可靠就是其设备已能达到极少故障，利用班间休息时问按计划换刀，能常年一班制不停地生产。,此外设备能进一步集中工序，在一台设备或一个自动化加仁系统中完成一个工件从坯料到总装前的全部工序，提高加工经济性。设备还可能有一定的柔性.以适应少量品种的生产;或者有较大的柔性备以适应多品种的
2、生产。 自动化加工设备按自动化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、柔性制造系统等。,第一节单机自动化,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。单机自动化往往具有投资省、见效快等特点，因而在大批量生产中被广泛采用。一、实现单机自动化的方法实现单机自动化的方法概括起来有以下四种，分别叙述如下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主要用于轴类和盘套类零件的加工自动化，例如单轴自动车床、多轴自动车床或半自动车床等。使用单位一般可根据加工工艺和加工要求向制造厂购买不需特殊订货。这类自动机床的最大特点是可以根据生产需要，在更换或调整部分零
3、部件(例如凸轮或靠模等)后，即可加工不同零件，适合于大批量多品种生产。因此，这类机床使用比较广泛。,2.采用组合机床实现单机自动化 组合机床一般适用于箱体类和杂件类(例如发动机连杆等)零件的平面、各种孔和孔系的加工自动化。组合机床是一种由通用化零、部件为基础设计和制造的专用机床，一般只能对一种(或一组)工件进行加工，往往能在同一台机床上对工件进行多面、多孔和多工位加工，加工工序可高度集中，具有很高的生产率。由于这种机床的主要零、部件已通用化和已批量生产，因此，组合机床具有设计、制造周期短，投资省的优点，是箱体类和杂件类零件大批量生产实现单机自动化的最主要手段。,3.采用专用机床实现单机自动化
4、专用机床是为一种零件(或一组相似的零件)的一个加工工序而专门设计制造的自动化机床。专用机床的结构和部件一般都是专门设计和单独制造的，这类机床的设计、制造往往时间较长，投资也较多，因此采用这类机床时，必须考虑以下基本原则: 1)被加工的工件除具有大批量的特点外，还必须结构定型。,2)工件的加工工艺必须是合理和可靠的。在大多数情况下，需要进行必要的工艺试验，保证专秘床所采用的加工工艺先进可靠，所完成的工序加工精度稳定。3）采用一些新的结构方案时，必须进行结构性能试验.待取得较好的结果后，方能在机床上采用。（4）必须进行技术经济分析。只有在技术经济分析认为效益明显后，才能采用专用机床实现单机自动化。
5、,4，采用通用机床进行自动化改装实现单机自动化 在一般机械制造厂中，为了充分发挥设备潜力可以通过对通用机床进行局部改装，增加或配置自动上、下料装置和机床的自动工作循环系统等，实现单机自动化。由于对通用机床进行自动化改装要受被改装机床原始条件的限制，要按被加上厂件的加工精度和加工工艺要求来确定改装的内容，而且各种不同类型和用途的机床只有齐小相同的技术性能和结构，被加工工件的工艺要求也各不相同，所以改装涉及的问题比较复杂，必须有选择地进行改装。总的来说，机床改装的投资少、见效快，能充分发押现有设备的潜为.县实现单机自动化的重要途径,二、自动化机床的生产率分析无论是通用机床进行自动化改装，或是设计专
6、用的自动化机床，其主要目的都在于提高劳动生产率。下面将对自动化机床生产率作概括地分析当自动化机床连续生产时，加工一个工件的时问是由切削时间和辅助时间组成的，即tg= tq+tf式中，tg是加工一个工件的时间(min): tq是刀具对工件进行切削的时间(min),包括切人和切出时间在内;tf是空程辅助时间(min )，包括机床执行机构的快速空行程时间，以及装卸、定位夹紧、测量等辅助时间。 因此，由工作循环时间所决定的生产率Q(件/min )为 Q=1/ tg= 1/(tq+tf)= (1/tq)/(1+tf /tq),显然，为了提高生产率必须同时减少tq和tf。一方面采用先进的加工方法、先进刀具
7、和提高切削用量等措施减少切削时间，一方面在拟订自动化方案时，尽可能减少空程辅助时间。例如:选取较高的空行程速度，尽量减少工作循环中的辅助动作;减少定位夹紧、装卸料和测量工件的时间，或使某些辅助时间重合等。 自动化机床的“自动”主要体现在自动化机床的加工循环自动化、装卸工件自动化、刀具自动化和检测自动化四个方面，其自动化大大减少了空程辅助时间t(，降低了工人的劳动强度，提高了产品质量和生产效率。下面着重介绍加工循环自动化和装卸工件自动化，刀具自动化和检测自动化将在第四、第五章中作介绍。,自动化机床的“自动”主要体现在自动化机床的加工循环自动化、装卸工件自动化、刀具自动化和检测自动化四个方面，其自
8、动化大大减少了空程辅助时间t(，降低了工人的劳动强度，提高了产品质量和生产效率。下面着重介绍加工循环自动化和装卸工件自动化，刀具自动化和检测自动化将在第四、第五章中作介绍。,1.加工循环自动化 加工循环是指在工件的一个工序的加工过程中，机床刀具和工件相对运动的循环过程。以车床为例，一个简单自动循环包括以下动作(见图2-1):刀架横向进刀;刀架纵向进给;刀架横向退出;刀架快速回程;自动停止。加工循环依据不同的机床和加工特征而包含不同的动作。 自动循环可以通过机械传动、液压传动和气动一液压传动等方法实现。对于比较复杂的加工循环，一般采用继电器程序控制器控制其动作，采用挡块或各种传感器控制其运动行程
9、对于图2-1所示的比较简单的工作循环，可以直接采用机械机构实现对其动作的控制,(1)加工循环的实现车床的溜板一般都由进给箱通过光杠或丝杠传动实现自动纵向进给，只要添置溜板快速回程装置和刀架横向进、退刀机构，即可实现其加工循环。 溜板的快速回程可以用单独的快速电动机传动光杠来实现。如图2-2所示，在床身尾部安装快速电动机1，通过齿轮2和3、传动光杠4的反转或正转，使溜板获得快速行程。为了不致与进给箱的慢速传动发生干涉，在进给箱的输出端安装双向超越离合器5,(2)横向进、退刀的实现有两种方案:种是使横向丝杠作少量轴向移动，带动整个横溜板作进退运动;另一种是设计能使车刀横向进退的专用刀夹以代替方刀架
10、。前一种方案较适合于普通车床的自动化改装，后一种方案常用作车螺纹时的自动进刀机构，车刀向前复位多用手工操作，在这种机构中，刀具的夹持刚度不如前一,图2-3为使横向丝杠作轴向运动来实现进、退刀的机构例子。壳体8固定在床鞍的后端面上。加长的横向丝杠2的末端伸人壳体8中。在丝杠2的末端固定着挡圈4，在弹簧3的作用下紧靠在端齿离合器的端面上，弹簧力可用螺塞1调节。离合器用键装在壳体8内，它只能轴向移动不能转动。离合器6则空套在丝杠2上，当齿条7带动离合器6回转时，使离合器5和6的齿顶相对，如图2-3中齿形展开所示状态，离合器5被迫向左移动，通过挡圈4压缩弹簧3带动丝杠2一同向左移动。此时车刀向前处于切
11、削位置，加工时的径向切削力由离合器的齿端面承受，当齿条反向转动离合器6，使两半离合器的端齿嵌合时，弹簧3迫使挡圈4带着丝扛2向右移动实现自动退刀。齿条7通过固定在床身导轨上的挡块11和9来控制。当溜板向床头方向工作行程到终点时，挡块9控制实现自动退刀，在溜板快速回程终点，挡块11使刀架进刀复位。图2-3a中10和12是使溜板反向的行程开关。,2.装卸工件自动化自动装卸工件装置是自动机床不可缺少的辅助装置口当机床实现了加工循环自动化之后，还只是半自动机床因为每当完成一个加工循环后必须停车，由工人进行装卸工件，经过再次起动.才能进行下一次加仁循环。在半身动机床上配备自动装卸工件装置以后，由于能够自
12、动完成装卸工作，因而自动加工循环可以连续进行，即成为全自动机床。 自动装卸工件装置通常称自动上料装置，它所完成的工作包括将工件自动安装到机床夹具上，以及加工完成后从夹具中卸下工件。其中的重要部分在于自动上料过程采用的各种机构和装备，而卸料机构在结构上比较简单，在工作原理上与上料机构有若干共同之处。,2.装卸工件自动化根据原材料及毛坯形式的不同，自动上料装置有以下三大类型(1)卷料(或带料)上料装置在加工时，当以卷料(卷状的线材)或带料(卷状的带材)作毛坯时，将毛坯装卜自动送料机构，然后从轴卷上拉出来经过自动校直被送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连续进行的。2)棒料上料装置当采用棒
13、料作为毛坯时，将一定长度的棒料装在机床上，按每一工件所需的长度自动送料。在用完一根棒料之后需要进行一次手工装料。,3)单件毛坯L料装置当采用锻件或将棒料预先切成单件坯料作为毛坯时，机床上设置专门的件料上料装置。 前两类自动上料装置多用于冲压机床和通用(单轴和多轴)自动机，第三类使用得比较多，下面主要介绍单件毛坯的自动上料装置。根据工作特点和自动化程度的不同，单件毛坯自动上料装置有料仓式上料装置和料斗式上料装置两种形式。,料仓式上料装置是一种半自动的上料装置，不能使工件自动定向，需要用人工宝时将一批工件按照一定的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构将工件逐个送到机床夹具中去。 料斗式上料
14、装置是自动化的仁料装置，工人将单个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中的定向机构能将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具中去。,图2-4所示为这两种自动上料装置的原理图。图2-4a和b是料仓式上料装置，它具有料仓3、输料槽2、送料器1、上料杆4和卸料杆5。当工件的加工循环时间较长时，为了简化结构，可以适当加长输料槽使之兼有料仓的作用(见图2-4a)。图2-4c是料斗式上料装置，工件任意地堆放在料斗6内，通过定向机构7将工件按一定方向顺序送人输料槽2中，然后由送料器1送到机床的加工位置。在料斗上还设有剔除器8，用以防止定向不正确的工件混人输料槽。
15、料斗式上料装置由于能够实现工件的自动定向，因而能进一步减轻工人的体力劳动，便于多机床管理。这种自动定向的料斗多适用于工件外形比较简单，体积和质量都比较小，而且生产节拍短，要求频繁上料的场合料仓式上料装置虽然需要工人周期性地将工件按规定的方向和顺序进行装料，但结构比较简单，工作可靠性较强，适用于工件外形较复杂、尺寸和质量较大以及加工周期比较长的情况。,近年来，在各种类型的自动化机床上，广泛应用了机械手来实现装卸工件自动化。这里所说的机械手，就是一种能实现较为复杂的动作循环的上、下料装置，它从料仓或输料槽中抓取工件，直接送人机床夹具;当工件加工完成后，也能从夹具中把工件卸到固定的地点。它代替了圈2
16、-4d中所示送料器1,上料杆4和卸料器5的作用。所以，从作用原理上看仍然可以把它当作上述两类上料装置的组成部分,第二节数控机床和加L中心数控机床简介数控(Numerical Control）简称NC)技术足近代发展起来的，种用数字量及字符发出指令并实现自动控制的技术。采川数控技术的控制系统称为数控系统装备了数控系统的机床就成为数字控制机床。教字控制机床，简称数控机床(Numerical C.ontrol Machine Tools)是综合应用了计算技术、自动控制、精密测量和机床设计等技术而发展起来的，采用数字化信息对机床运动及其加工过程进行自动控制的自动化机床。数控机床改变了用行程挡块和行程开
17、关控制运动部件位移量的程序控制机床的控制方式，不但以数字指令形式对机床进行程序控制和辅助功能控制，并对机床相关切削部件的位移量进行坐标控制。,第二节数控机床和加工中心数控机床简介与普通机床相比，数控机床不但具有适应性强、效率高、加工质量稳定和精度高的优点，而且易实现多坐标联动，能加工出晋通机床难以加工的曲线和曲面。数控加工是实现多品种、中小批量生产自动化的最有效方式。数控机床主要是由信息载体、数控装置、伺服系统、反馈系统和机床等组成，其组成框图如图2-5所示。,(1)信息载体：信息载体又称控制介质，它是用于记载各种加工信息(如每件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等)，以控制机床的运动，实现零
18、件的机械加工。常用的信息载体有纸带、磁带和磁盘等。信息载体上记载的加工信息要经输人装置输送给数控装置。常用的输人装置有光电纸带输人机、磁带录音机和磁盘驱动器等。对于用微型机控制的数控机床，也可用操作面板上的按钮和键盘将加工程序直接用键盘输人到机床数控装置，并在显示器上显示。,(2)数控装置数控装置指控制机床运动的计算机，它是控制机床运动的中枢系统，功能是接受输人装置输人的加工信息处理与计算，发出相应的脉冲信号送给伺服系统通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动。(3)伺服系统伺服系统是数控系统的执行部分，它由速度控制环、位置控制环、伺服电动机和相应的机械传动装置组成。当数控装置输出指令电脉冲信号给伺
19、服系统时，伺服系统就使机床上的运动部件作相应的移动，并对定位的精度和速度加以控制。因此，伺服系统性能好坏，是直接影响数控机机床加工精度和生产率的主要因素之一,(4)反馈系统：反馈系统的作用是，些检测机床的运动方向、速度、距离等参数，并将物理量转变成电信号显示出来或送给机床数控装置使数控装置能够校核机床的工作情况及实际位置是否与指令一致，并由机床数控装置发出指令纠正产生的误差。基础部件基础部件是加工中心的基础结构，由床身、立柱和工作台等组成，它们主要承受加工中心的静载荷以及在加工时产生的切削负载。基础部件必须要有足够的刚度，它们一般都是加工中心中体积和质量最大的部件。,(2)主轴部件主轴部件由主
20、轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承组成。主轴的起、停和改变转速等动作均由数控系统控制，并且通过装在主轴上的刀具参与切削运动，是切削加工的功率输出部件。 (3)数控系统加工中心的数控部分由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及操作面板等组成，是执行顺序控制动作和完成加工过程的控制中心。,(4)自动换刀系统自动换刀系统由刀库、机械手等部件组成。当需要换刀时，数控系统发出指令，由机械手(或其他装置)将刀具从刀库中取出并装人主轴孔。刀库有盘式、转塔式和链式等多种形式(见图2-7)，容量从几把到几百把不等。机械手根据刀库和主轴的相对位置及结构不同有单臂、双臂和轨道等形式。有的加工中心不用机械手而直接
21、利用主轴或刀库的移动实现换刀。 (5)辅助装置辅助装置包括润滑、冷却、排屑、防护、液压、气动和检测系统等部分。这些装置虽然不直接参与切削运动，但对于加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起着保障作用，也是加工中心中不可缺少的部分。 (6)自动托盘交揍系统有的加工中心为进一步缩短非切削时间，配有两个自动交换工件的托盘，一个安装工件在工作台上加工，另一个则位于工作台外进行工件装卸当一个工件完成加工后，两个托盘位置自动交换，进行下一个工件的加工;这样可以减少辅助时间.提高加工效率。,3.加工中心的分类 加工中心按工艺用途可分为铣镬加工中心、车削加工中心、钻削加工中心、攻螺纹加工中心及磨削加工中心等。在
22、实际应用中，以加工箱体类工件为主的铣镗加工中心最为多见。 加工中心按主轴在加l几时的空问位置，可分为立式加工中心、卧式加1中心、立卧两用加工中心。 (1)卧式加工中心卧式加工中心是指主轴线水平设置的加工中心。它一般具有3，5个运动坐标，常见的是三个直线运动坐标加一个回转运动坐标，它能够在工件一次装夹后完成除安装面和顶面以外的其余四个面的摊、铣、钻、攻螺纹等加工.最适合加工箱体,卧式加工中心有多种形式，如固定立柱式和固定工作台式，如图2-8所示。固定立柱式的卧式加工中心的立柱不动，主轴箱在立柱上做上下移动，而工作台可在水平面上做两个坐标移动;固定工作台式的卧式加工中心的三个坐标运动都由立柱和主轴
23、箱移动来实现，安装工件的工作台是固定不动的(不做直线运动)。 与立式加工中心相比，卧式加工中心结构复杂，占地面积大，质量大，价格高。,(2)立式加工中心立式加工中心主轴图的轴线为垂直设置，其结构多为固定立柱式。工作台为十字滑台，适合加工盘类零件。一般具有三个直线运动坐标，并可在工作台一个水平轴的数控转台来加工螺旋线类零件.立式加工中心的结构简单、占地面积小，价格低.配备各种附件后，可满足大部分工件的加工，如图2-9所示。大型的龙门式加工中心，如图2-10所示，主轴多为垂直设置，尤其适用于大型或形状复杂的工件。航空、航天工业及大型汽轮机上的某些零件的加工都需要用多坐标龙门式加工中心,(3)立卧两
24、用加工中心某些加工中心具有立式和卧式加工中心的功能.工件一次装夹后能完成除安装面外所有侧面和顶面等五个面的加工，也称五面加工中心、万能加工中心或复合加工中心。 常见的五面加工中心有两种形式，一种是主轴可以旋转90度，既可以像立式加工中心那样工作，也可以像卧式加工中心那样工作;另一种是主轴不改方向，而工作台可以带着工件旋转90度，完成对工件五个表面的加工。 五面加工中心的加工方式可以使工件的形位误差降到最低，省去了二次装夹的工装，从而提高了效率，降低了加工成本。但由于五面加工中心存在着结构复杂、造价高、占地面积大的缺点，所以在使用上不如其他类型的加工中心普遍。,第三节刚性自动化生产线 如果在自动
25、化机床组成的流水线上，使工件在机床之间的输送，使工件在加工过程中必要的位置改变，使工件在机床夹具内的定位和夹紧等，实现自动化，并且将所有机床和输送、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生产线(简称自动线)了。,一、自动线的特征 自动线是在流水线的基础上发展起来的。为r提高劳动生产率，改善工人的劳动条件，减少工人数量，不仅要求机床能自动地进行工作，而且要求装卸工件、定位夹紧、工件在工序间的输送、以及切屑的排除等都能自动地进行。为了满足这些要求，人们把机床按工艺顺序依次排列，用自动输送装置和其他辅助装置将它们联系起来，使之成为一个整体，并用液压或气动系统与电气
26、控制系统将各个部分的动作联系起来，使其按照规定的程序自动地进行工作。这种自动工作的机床系统就称为自动线。,一、自动线的特征在自动线的工作过程中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，在不需工人直接参与的情况下，自行完成预定的工艺过程，最后成为合乎设计要求的制品。由此可见，在工艺上自动线虽与流水线有相似之处，但也有自己的特点。自动线的主要特点是:它具有较高的自动化程度和统一的自动控制系统，并具有比流水线更为严格的生产节奏性等。,二、自动线的组成自动线由基本工艺设备、质量检查装置，以及各种辅助设备、控制系统等所组成。根据工件的具体情况，工艺要求，工艺过程、生产率要求和自动化程度等因
27、素自动线的结构及复杂程度，有很大差别，但不论复杂度如何，一般自动线都可归纳为由几个基本部分所组成，都可以用图2-11概括地表示。当然，对于不同自动线的具体情况.在图2-12中，表示了常见的加工箱体类 零件的组合机床自动线，从图中可以看出，该自动线主要由三台组合机床1; 2和3,输送带4.输送带传动装置几.转位台6.转位鼓轮7。夹具8，液压站10，操纵台11以及切屑运输装置9等组成,三、自动线的类型 自动线有许多不同的类型。根据各种不同的特征.它可以有许多不同的分类方法。例如，根据工件的输送方式可分为:用料槽输送的自动线，用机械手输送的自动线，用传送带输送的自动线，带随行夹具的自动线等;根据布局
28、形式可分为:直线排列的自动线，折线排列的自动线，框形封闭式的自动线等，根据生产批量大小可分为:大批量生产的自动线和中、小批生产的自动线。大批量生产的自动线用于生产单一产品.其工艺装备和辅助装置都专用于这种产品;而中、小批量生产的自动线，绝大多数是根据某儿种零件的工艺要求而设计的，结构上具有一定的可调性，可以在规定的范围内实现多品种加工，故又称为多品种加工自动线和可调自动线。,从自动线的结构特点出发，自动线可从以下两方面予以分类。1.按所用工艺设备类型分类1.通用机床自动线这类自动线多数是在流水线的基础上，利用现有通用机床进行自动化改装后连成的。有时在这类自动线中，除了以通用机床为主以外，也采用
29、少数专用机床连人自动线中。用通用的单轴或多轴自动机连成的自动线也应当归于这种类型。通常这类自动线多用以加工盘类、环类、轴、套、齿轮等中、小尺寸的零件。,2)专用机床自动线这类自动线所采用的工艺设备以专用自动机床为主。由于专用自动机床是针对某一种(或某一组)产品零件的某一工序而设计制造的，因而建线费用较高。这类自动线主要针对结构比较稳定，生产纲领比较大的产品。 (3)组合机床自动线用组合机床连成的自动线，在大批量生产中日益得到晋遍的应用。由于组合机床本身具有一系列优点，特别与一般专用机床相比，其设计周期短，制造成本低，而且已经在生产中积累了较丰富的实践经验，因此组合机床自动线能收到较好的使用效果
30、和经济效益。这类自动线在目前大多用来进行钻、扩、铰、镗、攻螺纹和铣削等工序。,2.根据自动线中有无储料装置分类 1)刚性连接的自动线在这类自动线中没有储料装置，机床按照工艺顺序依次排列，工件由输送装置强制性地从一个工位移送到下一个工位，直到加工完毕。自动线全线的所有机床由输送设备和控制系统连成整体，工件的加工和输送过程具有严格的节奏性。当某一台机床发生故障而停歇时，就要引起全线停歇。因此，这种自动线中的机床和辅助设备数量愈多，即自动线愈长，因故障而停歇的时间损失就愈大。刚性连接自动线采用的机床和各种辅助设备都要具有良好的稳定性和可靠性。,(2)柔性连接的自动线在这类自动线中设有必要的储料装置。
31、根据实际需要，可以在每台机床之间设置储料装置，也可以相隔若干台机床设置储料装置，将自动线分为若干工段。这样，在储料装置前、后的两台(或两段)机床就可以彼此独立地工作。由于储料装置中储备着一定数量的工件，当某一台机床(或某一段)因故停歇时，其余的机床可以在一定的时间内继续工作;或当前、后相邻两台机床的生产节拍相差较大，储料装置可以在一定时间内起着调剂平衡的作用，不致使工作节拍短的机床总要停下来等候。,四、自动线的辅助设备 1.工件输送装置 工件输送装置是自动线中最重要的辅助设备，它将被加工工件从一个工位传送到下一工位，为保证自动线按生产节拍连续地工作提供条件，并从结构上把自动线的各台自动机床联系
32、成为一个整体。 工件输送装置的形式与自动线工艺设备的类型和布局、被加工工件的结构和尺寸特性以及自动线工艺过程的特性等因素有关，因而其结构形式也是多样的。 在加工某些小型旋转体零件(例如盘状、环状零件、圆柱滚子、活塞销、齿轮等)的自动线中，常采用输料槽作为基本输送装置。输料槽有利用工件自重输送和强制输送两种形式。自重输送的输料槽又称滚道，不需要其他动力源和特殊装置，因而结构简单。对于小型旋转体工件，大多采用以自重滚送的办法实现自动输送。 对于体积较大和形状复杂的零件，可以采用各种输送机械，详见第三章第三节。,2.自动线上的夹具自动线上所采用的夹具，可归纳为两种类型，即固定式夹具与随行式夹具固定式
33、夹具即附属于每一加工工位.不随工件输送而移动的夹具，固定安装于机床的某一部件上，或安装于专用的夹具底座上这类夹具亦分为两种类型，一种是用于钻、铣、攻螺纹等加工的夹具，在加工过程中固定不动;另一种是工件和夹具在加工时尚需作旋转运动。前者多用于箱体、壳体、盖、板:等类型的零件加工或组合机床自动线中，后者多用于旋转体零件的车、磨、齿形加工等自动线中随行式夹具为随工件一起输送的夹具，适用于缺少可靠的输送基面、在组合机床自动线土较难用输送带直接输送的工件。此外，对于有色金属工件如果在自动线中直接输送时其基面容易磨损，也须采用随行夹具,3.转位装置在加工过程中，工件有时需要翻转或转位以改换加工面在通用机床
34、或专用机床自动线中加工中奋小型工件时，其翻转或转位常常在输送过程或自动L料过程中完成。在组合机床自翁线中、则需设置专用的转位装置。这种装置可用于工件的转位，也可以用于随行夹具的转位。,4.储料装置 为了使自动线能在各工序的节拍不平衡的情况下连续工作较长的时间，或者在某台机床更换调整刀具或发生故障而停歇时，保证其他机床仍能正常工作，必须在自动线中设置必要的储料装置，以保持工序间(或工段间)具有一定的工件储备量。 储料装置通常可以布置在自动线的各个分段之间，也有布置在每台机床之间的。对于加工某些小型工件或加工周期较长的工件的自动线，工序间的储备量常建立在连接工序的输送设备(例如输料槽、提升机构及输
35、送带)上。根据被加工工件的形状大小、输送方式及要求的储备量的大小不同，储料装置的结构形式也不相同。,5.排屑装置 在切削加工自动线中，切屑源源不断地从工件流出，如不及时排除，就会堵塞工作空间，使工作条件恶化，影响加工质量，甚至使自动线不能连续地工作。因此将切屑从加工地点排除，并将它收集起来运离自动线外，是一个不容忽视的问题。排屑装置是自动线不可缺少的辅助装置。,五、自动线的控制系统 自动线为了按严格的工艺顺序自动完成加工过程，除了各台机床按照各自的工序内容自动地完成加工循环以外，还需要有输送、排屑、储料、转位等辅助设备和装置配合并协调地工作，这些自动机床和辅助设备依靠控制系统连成一个有机的整体
36、，以完成预定的连续地自动工作循环。自动线的可靠性在很大程度上决定于控制系统的完善程度和可靠性。,自动线的控制系统可分为三种基本类型:行程控制系统、集中控制系统和混合控制系统。 行程控制系统没有统一发出信号的主令控制装置，每一运动部件或机构在完成预定的动作后发出执行信号，起动下一个(或一组)运动部件或机构，如此连续下去直到完成自动线的工作循环。由于控制信号一般是利用触点式或无触点式行程开关，在执行机构完成预定的行程量或到达预定位置后发出，因而称为行程控制系统。行程控制系统实现起来比较简单，电气控制元件的通用性强，成本较低。在自动循环过程中，前一动作没有完成，后一动作就得,不到启动信号，因而控制系
37、统本身具有一定的互锁性。但是，顺序动作的部件或机构较多时，行程控制系统不利于缩短自动线的工作节拍;装会变得复杂。同时，控制线路电器兀件增多接线和安集中控制系统由统一的主令控制器发出各运动部件和机构顺序一作的控制信号一般下令控制器的结构原理是在连续或间歇回转的分配轴上安装若干凸轮，按调铭好的顺序依次作用在行程开关或液压(或气动)阀上;或在分配圆盘仁安装电刷，依次接通电触点以发出控制信号。分配轴每转动一周，自动线就完成一个工作循环集中控制系统是按预定的时问间隔发出控制信号的，所以也称为“时间控制系统”。,集中控制系统电气线路简单所用控制元件较少，但其没有行程控制系统那样严格的连锁性，后一机构按一定
38、时间得到起动信号.与前一机构是否已完成了预定的工作无关，可靠性较差。集中控制系统适用于比较简单的自动线，在要求互锁的环节上，应设置必要的连锁保护机构。 混合控制系统综合了行程控制系统和集中控制系统的优点，根据自动线的具体情况，将某些要求互锁的部件或机构用行程控制，以保证安全可靠，其余无互锁关系的动作则按时间控制，以简化控制系统。混合控制系统大多在通用机床自动线和专用(非组合)机床自动线中应用，,第四节柔性制造单元 一、概述 随着对产品多样化、降低制造成本、缩短制造周期和适时生产等需要的日趋迫切，以及以数控机床为基础的自动化生产技术的快速发展，1967年Molins公司研制了第一个柔性制造系统(
39、Flexible Manufacturing System，简称FMS)，在以后的几十年中.FMS逐步从实验阶段进人商品化阶段，并广泛应用于制造业的各个领域，成为企业提高产品竟争力的重要手段。FMS是一种在批量加工条件下，高柔性和高自动化程度的制造系统。它之所以获得迅猛发展，是因为它综合了高效率、高质量及高柔性的特点，解决了长期以来中小批量和中大批量、多品种产品生产自动化的技术难题在FMS诞生八年之后，出现了柔性制造单元(FlexibleManufacturing Cell，简称FMC)。尽管FMC可以作为组成FMS的基本单元，但由于FMC本身具备了FMS绝大部分的特性和功能，因此FMC可以看
40、作独立的最小规模的FMS，是FMS向廉价化、小型化以及实用化方向发展的一种产物。,柔性制造单元(Flexible Manufacturing Cell，简称FMC通常由1 - 3台数控加工设备、工业机器人、工件交换系统以及物料运输存储设备构成。它具有独立的自动加工功能，一般具有工件自动传送和监控管理功能，以适应于加工多品种、中小批量产品的生产，是实现柔性化和自动化的理想手段。由于FMC的投资和设备的占地面积都比FMS少得多，而综合经济效益相接近，更适合资金有限的中小企业。目前众多厂商已把FMC列为发展的重点。,二、柔性制造单元的组成形式 通常FMC有两种组成形式:托盘交换式和工业机器人搬运式。
41、 如图2-13所示，它由卧式加工中心1(备有链式回转刀库)、工件托盘2、托盘座3、环形托盘交换台牵引链条4、托盘交换装置6及自动导向小车(Automated Guide Vehicle，简称AGV) 5组成。托盘是固定工件的器具，工件和随行夹具被安装在托盘上。托盘由自动导向,小车5运到环形托盘交换台，托盘交换台兼有工件输送和存储的作用、托盘座3在环形导轨上由环链拖动回转，每个托盘座上有地址识别代码当某个工件加工完毕，托盘交换装置6将加工完的工件(连同托盘)拖回至环形交换工作台的空位。然后按指令将另一个待加工工件(连同托盘)旋转到交换位置。托盘交换装置6将它送至机床工作台定位并夹紧，等待加工。加
42、工完毕后的工件连同托盘回转至缓冲工位后，由自动导向小车5运走。托盘交换式FMC适用于箱体类零件或非回转体零件的加工。 对于回转体零件，通常采用工业机器人搬运的FMC形式，如图2-14所示。搬运机器人3在车削中心1和缓冲储料装置(毛坯台4、成品台5之间进行工件的自动交换。工件毛坯及成品到仓库的运输由自动导向小车6完成由于工业机器人的抓取力和抓取尺寸范围的限制，工业机器人搬运式FMC主要适用于小件或回转体零件。,由于FMC属于无人化自动加工单元，因此一般都具有较完善的自动检测和自动监控功能。如刀尖位置的检测、尺寸自动补偿、切削状态监控、自适应控制、切屑处理以及自动清洗等功能，其中切削状态的监控主要
43、包括刀具折断或磨损、工件安装错误的监控或定位不准确、超负荷及热变形等工况的监控。当检测出这些不正常的工况时，便自动报瞥或停机。,三、柔性制造单元的特点和应用 柔性制造单元具有如下特点: 1)柔性柔性制造单元的柔性是指加工对象、工艺过程、工序内容的自动调整性能。加工对象的可调整性即产品的柔性，FMC能加工尺寸不同、结构和材料亦有差异的“零件族”的所有工件;工艺过程的可调整性包括对同一种一工件可改变其工序顺序或采用不同的工序顺序;工序内容的可调整性包括同一工件在同一台加工中心上可采用的加工工步、装夹方式和工步顺序、切削用量的可调整性。,2)自动化柔性制造单元使用数控机床进行加工，采用自动输送装置实
44、现工件的自动运输和自动装卸，由计算机对工件的加工和输送进行控制，实现了制造过程的自动化。(3)加工精度和效率高，质量稳定由于柔性制造单元由数控设备构成，所以其具备数控设备的效率高、加工质量稳定和精度高的特点。,(4)同FMS相比，FMC的投资和占地面积相对较小柔性制造单元，虽然具有柔性的特点，但由于受其设备数量的限制，设备种类比较少，所以一个柔性制造单元不可能同时具备加工主体结构不同的各类零件的能力。柔性制造单元一般针对某一类零件设计，能够满足该成组零件的加工要求，如轴类零件柔性加工单元和箱体类零件柔性加工单元。柔性制造单元一般用于中小企业成批生产中。,第五节柔性制造系统 柔性制造技术是集数控
45、技术、计算机技术、机器人技术以及现代生产哲理技术于一体的先进制造技术。随着科技、经济的发展和人民生活水平的提高，多品种、中小批量生产已成为机械制造业一个重要的发展趋势。FMS作为一种高效率、高精度和高柔性的制造系统，自1967年诞生之日起，就显示了强大的生命力，已成为当今乃至今后机械制造自动化发展的重要方向之一。 一、柔性制造系统的定义和组成 柔性制造系统(Flexible Manufacturing System，简称FMS)是在计算机统一控制下，由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进制造系统。图2-15是一个典型的柔性制造系统示意图。,
