关于加工设备自动化

加工设备自动化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、够高效、精密精密、可靠地自动进行加工，此外还应能进一步集、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。加工设备应满足要求：中工序和具有一定的柔性。加工设备应满足要求：（1）加工工序集中；）加工工序集中；（2）控制方便；）控制方便；（3）柔性和生产率兼顾；）柔性和生产率兼顾；（4）通信接口；）通信接口；（5）系统的可靠性和机床负荷率。）系统的可靠性和机床负荷率。第一节 加工设备自动化概述一、加工设备自动化的意义加工设备工作过程自动化可以缩短辅助时间，改善工人的劳动条件和减轻工人的劳动强度。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。因此，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。二、加工设备自动化的途径加工设备自动化主要是指实现了机床加工循环自动化和实现了辅助工作自动化的加工设备。需要实现自动化的主要内容有：实现加工设备自动化的途径主要有以下几种：1）对半自动加工设备通过配置自动上下料装置以实现加工设备的完全自动化；2）对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术等进行自动化改造；3）根据加工工件的特点和工艺要求设计制造专用的自动化加工设备，如组合机床等；4）采用数控加工设备，包括数控机床、加工中心等。显然，为了提高生产率，必须同时减少tq和tf 。三、自动化加工设备的生产率分析与分类1生产率分析 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，即因此，由工作循环时间所决定的生产率Q（件/min）：（2-1）（2-2）将式（2-2）变换一下形式:式中 K理想的工艺生产率（2-3）以K为横坐标，Q为纵坐标，根据不同的tf值，可将式（2-3）作曲线组，如图2-1所示。从图中可以看出：当tf为某一定值时（例如 tf1），虽然减少切削时间（即增加K），开始生产率Q 有较显著的增长，但往后由于 的比重相对增大，生产率Q 的提高就愈来愈不显著了。如果进一步减少 tf，则 tf愈小，增加K时生产率Q 的提高就愈显著。当切削时间tq愈少时，减少tf对提高生产率Q 的收效愈大。图2-1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。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。另一方面，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。2分类 随着科学技术的发展，加工过程自动化水平不断提高，使得生产率得到了很大的发展，先后开发了适应不同生产率水平要求的自动化加工设备，主要有以下各类：（1）全（半）自动单机：又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类。（走刀机构）（2）组合机床 （3）自动线（Transfer LineTL）（4）一般数控机床 （5）加工中心（MC）（6）柔性制造单元（FMC）切削加工是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相对运动中，把工件上多余的材料层切除成切屑，使工件获得规定的几何形状、精度和表面质量的加工方法。切削加工有许多种分类方法，最常用的分类是按切削方法分为：车削、钻削、镗削、铣削、刨削、插削、锯削、拉削、磨削、精整和光整加工等。切削加工生产率的提高更主要的与切削加工设备的自动化程度的提高关系更大（减少切削加工辅助时间）。第二节 切削加工自动化一、车削加工自动化一、车削加工自动化 车削加工主要是通过车刀对随主轴一起旋转的工件的相对运动来完成金属切削工作的一种加工形式，其车削加工设备称之为车床，是所有机械加工设备中使用最早、应用最广和数量最多的设备。车削加工自动化包括多个单元动作的自动化和工作循环的自动化，其发展方向主要是数控车床、车削中心和车削柔性单元等。（1）单轴自动车床 单轴自动车床能按一定程序自动完成工作循环，主要用于棒料、盘料加工。一般采用凸轮和档块或数控系统自动控制刀架、主轴箱的运动和其他辅助运动。其主要类型有单轴纵切自动车床、主轴箱固定型单轴自动车床、单轴转塔自动车床和单轴横切自动车床等几种类型。（2）数控车床 数控车床的主要特点如下：数控车床的主轴转速和进给速度高。数控车床具有高精度。数控车床能实现多种工序复合的全部加工。数控车床具有高柔性。1.1号纵向进给凸轮2.接料臂进给凸轮3.1、2号进给凸轮4.1、4号进给凸轮5.夹紧松开凸轮6.3号进给凸轮7.铣槽用凸轮8.挡料臂摆动凸轮9.螺纹附件进给凸轮10.螺纹附件变速凸轮v1-刀架座v2-双速电动机v3-步进电动机v4-蜗杆蜗轮副v5-滚珠丝杠副 数控车床的类型主要有通用型、卡盘型、排刀型、双主轴型、棒料型以及一些专门化车床等。现对其主要动作自动化作一简单介绍。1）刀架系统 2）数控车床机内测量装置 v1-液压缸，2-液压马达，3-小齿轮，4-中心齿轮，5-中心轴，6-弹簧，7、8-齿轮，9-编码器齿轮v10-编码器（3）车削中心 车削中心与数控卧式车床的区别在于：车削中心车削中心的转塔刀架上带有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具的转塔刀架上带有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续回转（不等速回转）运动和进有按轮廓成形要求连续回转（不等速回转）运动和进行连续精确分度的行连续精确分度的C C 轴功能，并能与轴功能，并能与X X轴或轴或Z Z轴联动，轴联动，数控卧式车床则无这些特点。数控卧式车床则无这些特点。车削中心除具有数控车床的特点，还可以在此基础上发展出车磨中心、车铣中心等多工序复合加工的机床，有的还可以完成数控激光加工。当车削中心的主轴具有C 轴功能时，主轴便能够进行分度、定向，配合转塔刀架的动力刀座，则几乎所有的加工都可在一次装夹中完成。1）主轴定向机构和C 轴 当在工件规定部位上铣槽、钻孔或要求主轴定向停止后以便装卸、检测工件时，车削中心必须具有主轴定向停止或C 轴功能，即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。主轴粗分度由主轴电动机分度转动完成，位置编码器装在与主轴相关的位置，最终定位依靠主轴后端的齿式分度盘和插销来完成,定位精度可达0.1,分度增量角一般为12、15等。如需要专门角度可以更换齿盘装置（主轴分度盘）。C轴分度定位后，还要有夹紧机构，以防止主轴转位。C轴能控制主轴连续分度，同时与刀架的X 轴或Z轴联动来铣削各种曲线槽、车螺纹、车多边形等，也可定向停车。v1-主轴，2、5-轴承，3-柱销，4-蜗杆，6-C轴箱体支轴，7-齿形带，8-电动机，9-蜗轮2）多主轴、双主轴和辅助主轴 多主轴的车削中心能在一台机床上完成更多加工工序，既缩短了加工周期，又提高了工件精度。多主轴车削中心的各主要主轴的驱动功率和尺寸均相同，可分别称第1主轴、第2主轴、第3主轴。多主轴可分别加工一种工件的全部工序或分别加工多个工件。v主轴移动式主轴固定式v1-左主轴，2-左转塔刀架，3-右转塔刀架，4-右主轴v并列双主轴车削中心v1、2-主要主轴，3、6-转塔刀架，4、5-辅助主轴二、钻铣削加工自动化二、钻铣削加工自动化1.钻削自动化 钻削自动化大部分都是在各类普通钻床的基础上，配备点位数控系统来实现的。其定位精度为0.020.1mm。数控钻床通常有立式、卧式、专门化以及钻削加工中心几种。钻削加工中心以钻削为主，可完成钻孔、扩孔、铰孔、锪孔、攻螺纹等加工，还兼有轻载荷铣削、镗削功能。除了工作台的X、Y 向运动和主轴的Z 向运动通过步进电机自动进行外，钻削中心在此基础上增加了自动换刀装置。v1-主电机，2-蜗杆副，3-槽轮机构v4-转塔头v5-主轴v6-定位齿盘7-滑移齿轮8-液压缸2.铣削自动化 铣削是通过回转多刃刀具对工件进行切削加工的一种手段，其对应的加工设备称为铣床。它几乎应用于所有的机械制造及修理部门，一般用于粗加工及半精加工，有时也用于精加工。除能加工平面、沟槽、轮齿、螺纹、花键轴等外，还可加工比较复杂的型面。数控铣床、仿形铣床的出现，提高了铣床的加工精度和自动化程度，使复杂型面加工自动化成为可能。特别是数控技术的应用扩大了铣床的加工范围，提高了铣床的自动化程度。三、组合机床v组合机床：就是以通用部件为基础，配以少量的按被加工零件特殊要求而设计的专用部件，对一种或几种被加工零件按预先确定的工序进行加工的高效机床。v具有专用机床的结构简单、生产率和自动化程度较高的特点，又具有一定的重新调整能力，以适应工件变化的要求。v它可以把机床分解为若干个具有一定功能的独立部件，对其中一些能够在机床上相互通用的部件，预先设计、制造，使这些部件标准化、系列化和通用化，专供配置和组成组合机床时应用。这种具有特定功能，按标准化、这种具有特定功能，按标准化、系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，称系列化、通用化原则设计制造的组合机床基础部件，称为组合机床的通用部件为组合机床的通用部件。在生产中可以根据工件加工要求，利用这些通用部件，再设计和制作少量的专用部件，就可以组成组合机床了。当加工的工件改变时，则只要重新设计和制造新的专用部件，与组合机床通用部件一起重新配置，组合成能适应新的加工要求的组合机床组合机床通用部件组合机床主要特点组合机床选配v单工位组合机床：夹具位置固定不变，适于完成较简单工艺的大型、中型工件的加工v多工位组合机床：可以借助夹具，改变加工位置。夹具位置的变动，可以是手动也可以是机动。夹具一般采用移动或回转来完成位置的改变，以使得在各个工位上对工件进行不同工序的加工。这种配置形式，工序的集中程度较高，通常适用于工件需要多工位加工的大批量生产。此时一台多工位的组合机床，可以完成一个工件的全部或大部分的加工工作，能节省很多辅助时间，生产率较高。v未经加工的工件安装在工位1进行加工，加工后换装到工位2，在工位2加工后取下。四、加工中心 加工中心是带有刀库和自动换刀装置的多工序数控机床，它由机械设备和数控系统组成，是一种适用于复杂零件加工的高效自动化机床。通常，加工中心仅指主要完成镗铣加工的加工中心。这种自动完成多工序集中加工的方法，扩展到各种类型的数控机床，例如车削中心、滚齿中心、磨削中心等。1加工中心的特点、类型与适用范围 （1）适用范围广 （2）加工精度高 （3）生产率高 加工中心的类型有立式、卧式、五面、龙门等四种，其适用范围见表2-2加工中心的结构加工中心的结构v加工中心的结构组成可分为以下加工中心的结构组成可分为以下六个部分六个部分-v基础部件，基础部件，v主轴部件，主轴部件，v自动换刀系统，自动换刀系统，v自动托盘交换系统，自动托盘交换系统，v数控系统，数控系统，v辅助系统。辅助系统。1.基础部件基础部件v基础部件由床身、立柱、工基础部件由床身、立柱、工作台等大件组成，是加工中作台等大件组成，是加工中心的基础结构。心的基础结构。v床身床身支撑滑台、立柱等；支撑滑台、立柱等；v立柱立柱放置主轴头和刀具放置主轴头和刀具库等；库等；v工作台工作台安放和带动夹具、安放和带动夹具、工件等；工件等；v主轴箱体主轴箱体支撑主轴系统。支撑主轴系统。十字滑台立柱主轴部件主轴部件v由主轴箱、主轴、主轴电由主轴箱、主轴、主轴电机、轴承、刀具拉紧装置，机、轴承、刀具拉紧装置，主轴定向停止装置等组成。主轴定向停止装置等组成。v在主轴在主轴3后端装有一个发磁后端装有一个发磁体体4（磁铁块或电磁铁），（磁铁块或电磁铁），磁传感器磁传感器5能感应到磁块的能感应到磁块的位置。当磁块对准磁传感位置。当磁块对准磁传感器时，传感器就发出信号，器时，传感器就发出信号，经放大器经放大器6放大后，由定向放大后，由定向电路电路7使主轴电机使主轴电机11立刻停立刻停止，主轴停在此位置上。止，主轴停在此位置上。自动换刀系统自