自動(dòng)化設(shè)備_圖文

1、自動(dòng)化設(shè)備及其控制2.1加工設(shè)備2.1.1專用自動(dòng)化機(jī)床及自動(dòng)線2.1.1.1專用自動(dòng)化機(jī)床的分類與結(jié)構(gòu)使用專用自動(dòng)化機(jī)床是大批量生產(chǎn)提高生產(chǎn)率降低成本的重要途徑 專用自動(dòng)化機(jī)床往往具 有投資省 見效快等特點(diǎn) 因而在大批量生產(chǎn)中被廣泛采用自動(dòng)機(jī)床或半自動(dòng)機(jī)床主要用于軸類和盤套類零件的加工自動(dòng)化 如單軸自動(dòng)車床 多軸自 動(dòng)車床等 用戶一般可根據(jù)加工工藝和生產(chǎn)綱領(lǐng)的需要向制造廠購(gòu)買 不需特殊訂貨 這類機(jī)床 的最大特點(diǎn)可以根據(jù)生產(chǎn)需要 在更換或調(diào)整部分零部件 例如凸輪或靠模等 后 可加工不同 的零件 適合于大批量少品種生產(chǎn) 因此 這類機(jī)慶使用比較廣泛專用機(jī)床是按一種零件 或一組相似的零件 的一個(gè)加工

2、工序而專門設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化機(jī)床 專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)和部件大都是專門和單獨(dú)制造的 這類機(jī)床的設(shè)計(jì) 制造往往時(shí)間較長(zhǎng) 投資也 較大 因此采用這類機(jī)床時(shí) 必須考慮以下基本原則1被加工的工件除具有大批量的特點(diǎn)外 還必須結(jié)構(gòu)定型2工件的加工工藝必須是合理和可靠的 在大多數(shù)情況下 需要進(jìn)行必要的工藝試驗(yàn) 保證專用機(jī)床所采用的加工工藝先進(jìn)可靠 所完成的工序加工精度穩(wěn)定3在機(jī)床上采用一些新的結(jié)構(gòu)方案時(shí) 必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn) 待取得較好的結(jié)果后 方能在機(jī)床上采用4必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 只有在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上效果明顯 才能采用專用機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自 動(dòng)化圖 2-1所示為單軸自動(dòng)車床的一個(gè)實(shí)例作為專用機(jī)床的實(shí)例 圖 2-2所示為

3、一臺(tái)專門加工 MZ-1 型煤電鉆端蓋零件的三工位十面半 自動(dòng)轉(zhuǎn)塔車床2.1.1.2 剛性自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì)1. 自動(dòng)線的發(fā)展歷史剛性自動(dòng)線是由流水生產(chǎn)線方式發(fā)展而來的 20年代美國(guó) Henry Ford創(chuàng)立了汽車工業(yè)的流水 線 由此揭開了現(xiàn)代流水生產(chǎn)的序幕 福特流水線的主要內(nèi)容可以包括以下兩個(gè)方面(1 實(shí)施零件和產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化 設(shè)備和工具的專用化以及工場(chǎng)專業(yè)化 為了追求高效率和低 成本 福特認(rèn)為首先要將生產(chǎn)集中于唯一最佳的產(chǎn)品型號(hào) 提出了所謂的 單一產(chǎn)品原則 福特 汽車公司曾在 20年間連續(xù)生產(chǎn) 型汽車 由此而奠定了現(xiàn)代流水生產(chǎn)線的基礎(chǔ) 這種 單一產(chǎn)品 原則 在當(dāng)今市場(chǎng)需求日益多樣化的環(huán)境下也許已

4、不再適用 但在當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)條件下卻適應(yīng)了美 國(guó)的國(guó)情 福特汽車公司也由此而迅速發(fā)展起來零件標(biāo)準(zhǔn)化是產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化的進(jìn)一步發(fā)展 目的在于提高零部件的互換性 減少零件種數(shù)和擴(kuò) 大生產(chǎn)批量 零件標(biāo)準(zhǔn)化后 便于分別組織專業(yè)化工廠或車間制造 這樣可以采用高度專門化的 設(shè)備和工具 從而達(dá)到生產(chǎn)的高效率 由于工人的作業(yè)活動(dòng)是不斷地重復(fù)同一作業(yè) 所以作業(yè)和 操作也可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化 1-帶傳動(dòng)罩 2-帶輪 3-電機(jī) 4-床身 5-換心機(jī)構(gòu) 6-換心液壓缸 7-墊 8-主軸箱 9-立刀架支架 10-立刀架 11-小型回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 12-轉(zhuǎn)塔頭 13-轉(zhuǎn)塔座 14-刀具 15-操縱盤 16-進(jìn)給液壓缸活塞桿 17-進(jìn)給液壓缸

5、 18-液壓缸座 19-冷卻液箱 20-油盤 (2 創(chuàng)造了流水作業(yè)的生產(chǎn)方法 , 建立了傳送帶式的流水生產(chǎn)線 由于傳送帶的廣泛應(yīng)用 使 得原材料均可在使用機(jī)械裝置搬運(yùn)的移動(dòng)中 加工成為各種零件而部件裝配和汽車總裝配則采用移動(dòng)裝配法完成由于把生產(chǎn)工序分細(xì)大大提高了操作熟練程度和勞動(dòng)生產(chǎn)率作業(yè)的速度也為傳送帶的速度所規(guī)定借助于傳送帶的應(yīng)用使生產(chǎn)過程的各項(xiàng)作業(yè)能在同一時(shí)間進(jìn)行并且各種零部件在各條流水線的投入和產(chǎn)出互相銜接配合 不至于發(fā)生在制品過多或不足的現(xiàn)象恰能保證總裝配線的需要形成同步化的流水生產(chǎn)體系起源于福特制的流水生產(chǎn)方式近一個(gè)世紀(jì)以來在工業(yè)中得到了廣泛的采用 并且在內(nèi)容上和 形式上不斷地創(chuàng)新

6、 進(jìn)入本世紀(jì)后半期 在二次世界大戰(zhàn)之后迅速崛起的日本又出現(xiàn)了被稱之為 準(zhǔn)時(shí)生產(chǎn)制 (JIT生產(chǎn)方式 , 其詳細(xì)內(nèi)容在本書中另有論述 的新型流水生產(chǎn)方式 , 使這一制造業(yè)的主要生產(chǎn)方式又進(jìn)一步得到了發(fā)展和創(chuàng)新 現(xiàn)在流水生產(chǎn)線不僅用于產(chǎn)品的裝配和零件的 機(jī)械加工 而且在鑄造鍛造熱處理 電鍍焊接油漆以及包裝等方面 也都得到了廣泛的應(yīng)用流水生產(chǎn)線開始出現(xiàn)時(shí) 采取的是單一對(duì)象流水線的形式 以后又出現(xiàn)了多對(duì)象的可變流水線和成組流水線 流水生產(chǎn)線的組織大大提高了工作的專業(yè)化水平使各工序采用高效率的專用設(shè)備和工藝裝備成為可能50年代以后專用設(shè)備 專用工裝同機(jī)械化運(yùn)輸裝置電氣控制裝置相結(jié)合很自然地向自動(dòng)化發(fā)展

7、開始出現(xiàn)自動(dòng)化 半自動(dòng)化的流水線即被稱之為剛性自動(dòng)線 特別是電子計(jì)算機(jī)和自控技術(shù)的發(fā)展 極大地促進(jìn)了生產(chǎn)過程的自動(dòng)化不僅使各種類型的剛性自動(dòng)生產(chǎn)線成為可能 而且出現(xiàn)了自動(dòng)化的車間和工廠2. 自動(dòng)線生產(chǎn)的基本特征 自動(dòng)線生產(chǎn)是指工件按照一定的工藝路線 順序地通過各個(gè)工作 地并按照一定的生產(chǎn)速度 (節(jié)拍 完成工藝作業(yè)的連續(xù)重復(fù)自動(dòng)生產(chǎn)的一種生產(chǎn)組織形式 自動(dòng)線生產(chǎn)的基本特征如下(1 工作地專業(yè)化程度高 在自動(dòng)線上固定地生產(chǎn)一種或幾種工件 而在每個(gè)工作地上固定 完成一道或幾道工序(2 生產(chǎn)具有明顯的節(jié)奏性 , 即按照節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn) 所謂節(jié)拍是指自動(dòng)線上出產(chǎn)相鄰兩件制品的時(shí)間間隔(3 各道工序的工作地設(shè)

8、備數(shù)量與該工序單件工時(shí)的比值相一致 ( 若不一致則需要臨時(shí)緩沖 庫 即如設(shè)自動(dòng)線上各道工序的工作地設(shè)備數(shù)分別為 s1,s2,s3.sm 各工序的工時(shí)定額為t1,t2,t3.tm自動(dòng)線生產(chǎn)節(jié)拍為 r則r S t s t s t s t mm =332211上述公式所表明的關(guān)系 是保證生產(chǎn)過程的比例性和平行性的要求所決定的 (4 工藝過程是封閉的 并且工作地設(shè)備按工藝順序排列成鏈索形式工件在工序間作單向移動(dòng)(5 工件如同流水般從一個(gè)工序轉(zhuǎn)到下個(gè)工序 消除或最大限度地減少了工件的因等待加工 而耽擱的時(shí)間和機(jī)床設(shè)備加工的間斷時(shí)間 生產(chǎn)過程具有高度的連續(xù)性(6 工件從進(jìn)入加工工位到所有工位操作完成 均在

9、主控制器的控制之下自動(dòng)完成 這種自動(dòng)過程不僅包括工件的流動(dòng)自動(dòng)化控制還包括機(jī)床的加工全過程的自動(dòng)化控制 僅滿足上述前面 5 項(xiàng)特征的生產(chǎn)線 只能稱之為流水生產(chǎn)線還不能稱之為自動(dòng)生產(chǎn)線加工設(shè)備由專用自動(dòng)化機(jī)床或組合機(jī)床組成的 能加工固定一種或少數(shù)幾種相似零件的自動(dòng)線稱之為剛性自動(dòng)線 加工設(shè)備由數(shù)控機(jī)床或加工中心等組成的可加工多品種少批量零件的自動(dòng)線稱之為柔性自動(dòng)線在剛性自動(dòng)化生產(chǎn)條件下生產(chǎn)過程的連續(xù)性平行性比例性節(jié)奏性都很高所以它具有可以提高加工設(shè)備專業(yè)化水平 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率增加產(chǎn)量 降低產(chǎn)品成本提高生產(chǎn)的自動(dòng)化水平等一系列優(yōu)越性 但是反過來也有不少不利的地方 例如 由于設(shè)備高度專用化 對(duì)產(chǎn)品

10、的變化缺乏適應(yīng)力 一旦在某處發(fā)生設(shè)備故障 就有可能導(dǎo)致全線停車 帶來較大的損失 生產(chǎn) 率的調(diào)整幅度不可能很大 技術(shù)改造困難較大等等3. 自動(dòng)線的分類 自動(dòng)線有多種形式 可以按照不同的標(biāo)志進(jìn)行分類(1 按工件的移動(dòng)方式來分 可分為固定自動(dòng)線和移動(dòng)自動(dòng)線 固定自動(dòng)線是指工件固定 加工設(shè)備及工具沿著順序排列的工件移動(dòng) 經(jīng)過一個(gè)循環(huán)完成一批工件的加工或裝配 例如重型 機(jī)器機(jī)座等的加工及裝配 大型部件的焊接加工等 移動(dòng)自動(dòng)線是指工件移動(dòng) 加工設(shè)備 工具 位置固定 工件經(jīng)過各道工序的工作地 (設(shè)備 進(jìn)行加工或裝配后 變成成品或半成品(2 按自動(dòng)線上加工零件的數(shù)目來分 可以分為單一產(chǎn)品自動(dòng)線和多品種自動(dòng)線

11、設(shè)計(jì)單一 產(chǎn)品自動(dòng)線的必要條件是在制品的產(chǎn)量很大 能夠保證自動(dòng)線的設(shè)備有足夠的負(fù)荷 如果產(chǎn)量不 夠大 不能保證設(shè)備足夠的負(fù)荷則只有增加在自動(dòng)線上生產(chǎn)的在制品品種 組織多品種自動(dòng)線 (3 按生產(chǎn)的連續(xù)程度來分 可以分為連續(xù)自動(dòng)線和間斷自動(dòng)線 在連續(xù)自動(dòng)線上 零件從 投入到出產(chǎn)連續(xù)地從一個(gè)工序轉(zhuǎn)向下一個(gè)工序 不停留地進(jìn)行順序作業(yè) 無論在加工或傳送中都 沒有等待停歇現(xiàn)象 連續(xù)自動(dòng)線通常用于大量生產(chǎn)中 是一種較為完善的自動(dòng)線形式 設(shè)計(jì)連續(xù) 自動(dòng)線的條件是所有工序的各個(gè)加工時(shí)間等于自動(dòng)線的節(jié)拍或是其整數(shù)倍 由于工藝條件的限制 等原因是不平衡的 因而在單位時(shí)間內(nèi)各個(gè)工序上所能生產(chǎn)的產(chǎn)品數(shù)量是不等的 這就使

12、零件在 工序間不能連續(xù)移動(dòng)而產(chǎn)生了間斷時(shí)間 存在間斷時(shí)間的自動(dòng)線稱為間斷自動(dòng)線(4 按自動(dòng)線的節(jié)奏性程度來分 可分為強(qiáng)制節(jié)拍自動(dòng)線 自由節(jié)拍自動(dòng)線和粗略節(jié)拍自動(dòng) 線 強(qiáng)制節(jié)拍自動(dòng)線是準(zhǔn)確地按照既定節(jié)拍加工零件的自動(dòng)線 這種自動(dòng)線對(duì)設(shè)備 工藝和工人 的操作有嚴(yán)格的要求 設(shè)計(jì)強(qiáng)制節(jié)拍自動(dòng)線的必要條件之一是采用自動(dòng)化的物流設(shè)備 這種設(shè)備 嚴(yán)格地按時(shí)傳遞零件 保證節(jié)拍的實(shí)現(xiàn) 最常用的這種物流設(shè)備是傳送帶 (在本文的第三章將作專 門介紹 強(qiáng)制節(jié)拍自動(dòng)線一般用在大量生產(chǎn)在自由節(jié)拍自動(dòng)線上 不要求嚴(yán)格按節(jié)拍出產(chǎn)產(chǎn)品 生產(chǎn)節(jié)拍主要靠工人的熟練操作和加工 設(shè)備的生產(chǎn)性能來保證 因而可能有波動(dòng) 自由節(jié)拍自動(dòng)線一般

13、在大量生產(chǎn)或成批生產(chǎn)的裝配車 間和機(jī)械加工車間中采用粗略節(jié)拍自動(dòng)線的特點(diǎn)是各個(gè)工序的加工時(shí)間與自動(dòng)線節(jié)拍相差很大 如果按節(jié)拍組織生產(chǎn) 就會(huì)使機(jī)床設(shè)備和工人處在時(shí)斷時(shí)續(xù)工作的狀態(tài) 為了充分地利用人力和設(shè)備 加工設(shè)備可以在 一段時(shí)間內(nèi)連續(xù)地進(jìn)行生產(chǎn) 各個(gè)加工設(shè)備經(jīng)過不同的時(shí)間達(dá)到相同的產(chǎn)量 因此 可以確定一 個(gè)合理的時(shí)間間隔 (如半個(gè)工作班 一個(gè)工作班 一天等等 , 并按它組織各個(gè)加工設(shè)備連續(xù)生產(chǎn) 這 樣既能避免各個(gè)加工設(shè)備生產(chǎn)的時(shí)斷時(shí)續(xù) 較合理地利用人力和設(shè)備 又能夠在一定程度上保證 產(chǎn)品生產(chǎn)的節(jié)奏性 這個(gè)規(guī)定的時(shí)間間隔就是粗略節(jié)拍 粗略節(jié)拍自動(dòng)線也是一種間斷自動(dòng)線 4. 剛性自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì)(

14、1 組織自動(dòng)化生產(chǎn)的必要條件 組織自動(dòng)化生產(chǎn)須具備一定的條件 這些條件主要是 1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和工藝相對(duì)穩(wěn)定 在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面 要求所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)能反映現(xiàn)代科學(xué)技 術(shù)成就并基本定型 有良好的工藝性并符合自動(dòng)化生產(chǎn)工藝及工序同期化的要求 能分解成可獨(dú) 立進(jìn)行加工 裝配與試驗(yàn)的零部件 以便于組織自動(dòng)線的平行生產(chǎn) 有良好的互換性 保證加工 與裝配時(shí)間的穩(wěn)定 在工藝方面 要求產(chǎn)品的工藝能穩(wěn)定地保證產(chǎn)品質(zhì)量 采用先進(jìn)的經(jīng)濟(jì)合理 的工藝方法 高效率的專用機(jī)床 組合機(jī)床 自動(dòng)化或半自動(dòng)化機(jī)床和專用工夾具2 工藝過程能劃分為簡(jiǎn)單的工序 又能根據(jù)工序同期化的要求把某些工序適當(dāng)合并和分解各工序的工時(shí)不能相差太大3 產(chǎn)

15、品產(chǎn)量足夠大 , 單位勞動(dòng)量也較大 , 以保證自動(dòng)線各加工設(shè)備有足夠的負(fù)荷(2 剛性自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì)和技術(shù)設(shè)計(jì) 建立自動(dòng)線之前 , 首先必須作好自動(dòng)線的設(shè)計(jì)工作 自動(dòng)線設(shè)計(jì)得正確與否 對(duì)自動(dòng)線投入生產(chǎn)以后是否能順利運(yùn)行和企業(yè)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)將有很大 影響自動(dòng)線的設(shè)計(jì)包括技術(shù)和組織設(shè)計(jì)兩個(gè)方面 自動(dòng)線的技術(shù)設(shè)計(jì)是指工藝路線 工藝規(guī)程的 制訂 專用設(shè)備的設(shè)計(jì) 設(shè)備改裝設(shè)計(jì) 專用工夾具設(shè)計(jì) 物流設(shè)備的設(shè)計(jì)以及控制系統(tǒng) 信息 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等等 通常可稱為自動(dòng)線的 硬件 設(shè)計(jì) 自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì)是指自動(dòng)線的節(jié)拍和生 產(chǎn)速度的確定 設(shè)備需求量和負(fù)荷的計(jì)算 工序同期化設(shè)計(jì) 工人配備 自動(dòng)線的布局設(shè)計(jì) 自 動(dòng)線工作

16、制度 服務(wù)組織和標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表的制訂等等 也稱為自動(dòng)線的 軟件 設(shè)計(jì)自動(dòng)線的技術(shù)設(shè)計(jì)和組織設(shè)計(jì)的關(guān)系十分密切 組織設(shè)計(jì)是進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)的前提和根據(jù) 技 術(shù)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)保證組織設(shè)計(jì)的每一個(gè)項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn) 當(dāng)然 進(jìn)行組織設(shè)計(jì)時(shí)也必須考慮到技術(shù)設(shè)計(jì)的 可能性 此外 無論是自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì)還是技術(shù)設(shè)計(jì) 都應(yīng)當(dāng)符合技術(shù)上先進(jìn) 經(jīng)濟(jì)上合理的 原則 并事先充分做好建立自動(dòng)線的可行性研究 本節(jié)重點(diǎn)介紹自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì) 自動(dòng)線的技 術(shù)設(shè)計(jì)將結(jié)合在其它章節(jié)的各加工設(shè)備的介紹中進(jìn)行論述(3自動(dòng)線組織設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作 在設(shè)計(jì)自動(dòng)線之前 要做好以下各項(xiàng)準(zhǔn)備工作1 進(jìn)行產(chǎn)品零件的分類 分類的目的有兩個(gè) 第一是為了明確適于和不適于用自動(dòng)

17、線加工 的零件和部件 第二是對(duì)于用自動(dòng)線制造的零件選定自動(dòng)線的形式 為了達(dá)到第一個(gè)目的 應(yīng)當(dāng) 將企業(yè) 車間的零件按結(jié)構(gòu)與工藝的相似性進(jìn)行分類 然后根據(jù)產(chǎn)量和工時(shí)定額加以衡量 確定 是否適于組織自動(dòng)化生產(chǎn) 為了達(dá)到第二個(gè)目的 應(yīng)當(dāng)按適合于自動(dòng)化加工的零部件進(jìn)一步分類 分組 即按照零件的形狀 尺寸和工藝過程的相似程度進(jìn)一步詳細(xì)分類 然后對(duì)每個(gè)零件或每類 零件的產(chǎn)量和工時(shí)定額進(jìn)行核查 將可以使用單一產(chǎn)品自動(dòng)線加工的零件和可以使用多品種自動(dòng) 線加工的零件組分別編制零件明細(xì)表 對(duì)使用多品種自動(dòng)線加工的零件組 應(yīng)檢查加工各工序的 設(shè)備型號(hào) 規(guī)格和加工精度的一致性 防止發(fā)生同類工藝所采用的加工設(shè)備不一致的情

18、況2 改進(jìn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 使之適合于自動(dòng)線加工 產(chǎn)品的零部件應(yīng)保證充分的互換性 零部件的 各結(jié)構(gòu)要素應(yīng)盡量標(biāo)準(zhǔn)化和通用化 這與非自動(dòng)化生產(chǎn)相比是一個(gè)較嚴(yán)格的要求 這里不允許有 修配和刮研工作 因?yàn)檫@些操作的勞動(dòng)量波動(dòng)大 將有可能影響自動(dòng)線按節(jié)拍進(jìn)行生產(chǎn) 同時(shí) 也應(yīng)當(dāng)對(duì)零部件的精度和公差要求進(jìn)行檢查 用修配方法達(dá)到的精度在自動(dòng)化生產(chǎn)中管理難度較 大3 審查和修改工藝規(guī)程 其內(nèi)容包括 在一條自動(dòng)線上生產(chǎn)的零件或零件組的全部工序應(yīng) 封閉地在自動(dòng)線上完成 零部件的加工 (裝配 基準(zhǔn)應(yīng)力求一致 各部件的裝配和零件的加工順序要 盡量一致 提高工序作業(yè)的機(jī)械化程度 減少手工操作 使工序時(shí)間保持穩(wěn)定4 收集整理設(shè)計(jì)

19、所需資料 如現(xiàn)有設(shè)備明細(xì)表 有關(guān)車間的廠房建筑和生產(chǎn)面積資料 車 間平面布置圖 工時(shí)定額與超額完成系數(shù) 技術(shù)組織措施計(jì)劃等等(4自動(dòng)線組織設(shè)計(jì)的一個(gè)實(shí)例 單一產(chǎn)品自動(dòng)線的組織設(shè)計(jì) 單一產(chǎn)品自動(dòng)線組織設(shè)計(jì) 的一般程序是確定自動(dòng)線的節(jié)拍 ;確定各工序所需的加工設(shè)備數(shù) , 計(jì)算設(shè)備負(fù)荷系數(shù) ;進(jìn)行工序同期化 ;計(jì)算所需作業(yè)人數(shù) ;確定自動(dòng)線節(jié)拍性質(zhì) , 選擇運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng) ; 進(jìn)行自動(dòng)線平面布局設(shè)計(jì) ; 編制自動(dòng)線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表1 確定自動(dòng)線的節(jié)拍 節(jié)拍是自動(dòng)線最重要的工作參數(shù) 它表明自動(dòng)線生產(chǎn)速度的快慢或生產(chǎn)率的高低自動(dòng)線節(jié)拍的計(jì)算公式為NF N F r O e =式中 r 自動(dòng)線節(jié)拍 (分 /

20、件 Fe 計(jì)劃期有效工作時(shí)間 (分 N 計(jì)劃期內(nèi)生產(chǎn)的產(chǎn)量 (件 Fo 計(jì)劃期內(nèi)制度工作時(shí)間 (分 時(shí)間有效利用系數(shù) 系數(shù) 主要考慮設(shè)備檢修時(shí)間設(shè)備調(diào)整時(shí)間與更換工具時(shí)間以及工人班內(nèi)休息時(shí)間 等因素如果計(jì)算出來的節(jié)拍數(shù)值很小 同時(shí)工件的體積重量也很小 不適于按件傳送時(shí) 則需實(shí)行成批傳送 這時(shí) 順序加工兩批同樣零件之間的時(shí)間間隔稱為節(jié)奏或運(yùn)輸批節(jié)拍 它等于節(jié)拍 與運(yùn)輸批量的乘積用公式表示為r gr. n式中 r g 節(jié)奏 (分 /批 r.n 運(yùn)輸批量自動(dòng)線采取成批傳送零件方式時(shí) 正確設(shè)計(jì)運(yùn)輸批量 對(duì)于合理使用物流系統(tǒng) 減少運(yùn)輸時(shí)間 充分利用生產(chǎn)面積和減少在制品數(shù)量都有重要的意義2 確定各工序所需

21、的加工設(shè)備數(shù) , 計(jì)算設(shè)備負(fù)荷系數(shù) 為了使在制品在自動(dòng)線各工序間平行移 動(dòng)每道工序的加工設(shè)備數(shù)目應(yīng)當(dāng)是工序時(shí)間和自動(dòng)線節(jié)拍之比即rt S ii =式中 Si自動(dòng)線第 i 道工序所需加工設(shè)備數(shù) (臺(tái) ; ti自動(dòng)線第 i 道工序的單件時(shí)間定額 (分 /件 工序單件時(shí)間定額內(nèi)應(yīng)包括把加工零件從傳送帶上取走和放上的時(shí)間 計(jì)算出來的設(shè)備數(shù)若為整數(shù) 就可以確定它是該工序的設(shè)備數(shù) 若不是整數(shù) 則采用的設(shè)備數(shù) Sei 應(yīng)取接近于計(jì)算數(shù)的整數(shù) 一般 Sei Si在這種情況下該工序在加工每個(gè)工件之后發(fā)生間斷其數(shù)值為eii ei S t r t =式中 tei 第 i 道工序加工每個(gè)工件之后的間斷時(shí)間 由于計(jì)算出

22、的設(shè)備數(shù)往往不是整數(shù) 而采用的設(shè)備數(shù)只能是整數(shù)所以設(shè)備負(fù)荷必然出現(xiàn)不足的情況反映此情況的指標(biāo)稱為設(shè)備負(fù)荷系數(shù) (Ki, 其計(jì)算公式如下 :eiii S S K =工序數(shù)為 m 的自動(dòng)線的總設(shè)備負(fù)荷系數(shù) (Ka等于 :eme e e m a S S S S S S S S K +=321321式中 m 自動(dòng)線上工序數(shù)設(shè)備負(fù)荷系數(shù)決定了自動(dòng)線作業(yè)的連續(xù)程度 一般根據(jù)它來決定自動(dòng)線是連續(xù)的還是間斷的當(dāng) Ka 值小于 0.75時(shí) 宜設(shè)計(jì)間斷自動(dòng)線 假如大多數(shù)工序的工時(shí)定額超過自動(dòng)線的生產(chǎn)節(jié)拍 可考慮采用兩條或三條加工同一零件的自動(dòng)線這樣比只采用一條自動(dòng)線而每道工序的加工設(shè)備數(shù)目很多便于組織管理在這種情

23、況下對(duì)每條自動(dòng)線來講生產(chǎn)節(jié)拍相應(yīng)地增大 3 工序同期化 工序同期化是組織連續(xù)自動(dòng)線的必要條件 也是提高設(shè)備負(fù)荷提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期的重要方法 所謂工序同期化就是通過技術(shù)組織措施來調(diào)整自動(dòng)線各工 序的工時(shí)定額使它們等于自動(dòng)線節(jié)拍或者與節(jié)拍成整數(shù)倍關(guān)系工序同期化一般分為兩步進(jìn)行 首先是初步同期化在初步同期化過程中 主要是找出影響同期化的關(guān)鍵因素 解決這些關(guān)鍵問題 使各工序的單件工時(shí)定額與自動(dòng)線節(jié)拍之比基本上達(dá)到同期化的第二步是在自動(dòng)線的調(diào)整過程中進(jìn)行 這時(shí)主要是發(fā)現(xiàn)初步同期化的遺留問題并加以解決以進(jìn)一步提高工序同期化的水平機(jī)械加工工序同期化的主要措施有 在影響同期化的關(guān)鍵工序上通過改裝

24、機(jī)床 增加機(jī)床附件同時(shí)加工多個(gè)零件等辦法來提高工序的同期化水平 采用高效專用工藝裝備 以減少裝夾零件更換刀具和測(cè)量尺寸的時(shí)間 改進(jìn)加工設(shè)備布局與操作方法減少輔助作業(yè)時(shí)間 改變切削用量如加大切削速度與走刀量減少走刀次數(shù) 以減少工序的機(jī)動(dòng)時(shí)間 加強(qiáng)對(duì)工人的培訓(xùn)提高工人的操作熟練程度和工作效率以提高裝夾速度 工序同期化后 各工序所需要的加工設(shè)備數(shù)會(huì)發(fā)生變化 因此應(yīng)根據(jù)同期化之后的工序工 時(shí)定額重新計(jì)算加工設(shè)備的需求量 并重新計(jì)算設(shè)備負(fù)荷系數(shù)4 計(jì)算所需作業(yè)人數(shù) 在以手工勞動(dòng)和使用手工工具為主的自動(dòng)線上下料工位上工人人數(shù)按下式計(jì)算P iS eiW ig式中 P i 第 i 工序所需工人人數(shù) (人 W

25、i 第 i 工序每一工位同時(shí)工作人數(shù) (人 /工位 班 g 每日工作班次 (班 S ei 自動(dòng)線上實(shí)際采用的上下料工位數(shù) 整個(gè)自動(dòng)線的上下料工人人數(shù) 就是所有上下料工位的工人人數(shù)之和 在計(jì)算工人數(shù)量時(shí)要考慮后備工人5 確定自動(dòng)線節(jié)拍性質(zhì) 選擇運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng) 自動(dòng)線節(jié)拍的性質(zhì)主要取決于自動(dòng)線的連續(xù)程度 如果所設(shè)計(jì)的自動(dòng)線是連續(xù)自動(dòng)線 那么就應(yīng)當(dāng)在工序同期化的基礎(chǔ)上確定選用強(qiáng)制 節(jié)拍還是自由節(jié)拍 其主要選擇依據(jù)是工序同期化程度和加工零件的重量 體積精度以及工藝性等特征當(dāng)工序同期化程度較高工藝性良好加工對(duì)象的重量精度以及其他技術(shù)條件容許嚴(yán)格地按節(jié)拍加工零件時(shí) 應(yīng)當(dāng)采用強(qiáng)制節(jié)拍當(dāng)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制節(jié)拍有困難

26、不能很好地實(shí)現(xiàn)同期化工藝尚不夠穩(wěn)定時(shí)可采用自由節(jié)拍在間斷自動(dòng)線上 通常采用自由節(jié)拍或粗略節(jié)拍運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng)在自動(dòng)化生產(chǎn)中占有重要的地位 不同類型的自動(dòng)線需選用不同類型的 運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng) 反過來 運(yùn)輸方式和物流系統(tǒng)又起著保證自動(dòng)線生產(chǎn)節(jié)拍實(shí)現(xiàn)的重要作用 在強(qiáng)制節(jié)拍自動(dòng)線上 為了保證嚴(yán)格的節(jié)拍 通常采用三種類型的傳送帶 分配式傳送帶 連續(xù)式工作傳送帶和間歇式 (脈動(dòng)式 工作傳送帶 分配式傳送帶用于工序之間傳送加工零件 允許 各工序的工時(shí)有小的波動(dòng) 這種傳送帶一般用于產(chǎn)量較大的小型產(chǎn)品的生產(chǎn) 連續(xù)式工作傳送帶 和間歇式工作傳送帶嚴(yán)格按節(jié)拍所需要的速度運(yùn)動(dòng) 零件一般裝在傳送帶上加工或裝配 其中

27、連 續(xù)式工作傳送帶常用于產(chǎn)量較大的產(chǎn)品加工或裝配 間歇式工作傳送帶則用于工序時(shí)間較長(zhǎng) 產(chǎn) 量不太大而精度要求較高的零件加工或裝配在自由節(jié)拍自動(dòng)線上 由于工序同期化水平和連續(xù)程度較低 一般采用連續(xù)方式運(yùn)輸帶 滾 道 (輥道 以及平板運(yùn)輸車 運(yùn)輸箱 滑道等運(yùn)輸工具 這些運(yùn)輸裝置的共同特點(diǎn)是允許工序間儲(chǔ)存 一定數(shù)量的在制品 用以調(diào)節(jié)節(jié)拍的擺動(dòng)在粗略節(jié)拍自動(dòng)線上 由于生產(chǎn)連續(xù)性很差 一般采用滾道 重力滑道 手推車 吊車 叉 車等運(yùn)輸工具 在滾道和重力滑道上 在制品運(yùn)輸時(shí)間很短 且允許工序間儲(chǔ)存一定的在制品 以調(diào)整工序的不同生產(chǎn)率 保證粗略節(jié)拍的實(shí)現(xiàn) 吊車通常同時(shí)為幾個(gè)加工設(shè)備服務(wù) 而且運(yùn)輸 效率不高

28、一般用于批量較小的重型零件加工自動(dòng)線 手推車用于運(yùn)輸儲(chǔ)存在工序間的數(shù)量較大 的在制品 在加工中小型零件的粗略節(jié)拍自動(dòng)線上使用7 編制自動(dòng)線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表 由于自動(dòng)線的每個(gè)加工設(shè)備都是按一定的節(jié)拍重復(fù)完成規(guī)定的 工序 所以有可能為自動(dòng)線制訂標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃指示圖表 自動(dòng)線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃指示圖表將反映自動(dòng)線各項(xiàng) 工時(shí)定額標(biāo)準(zhǔn) 工作制度和工作程序 它是編制月度作業(yè)計(jì)劃的重要依據(jù)連續(xù)自動(dòng)線各道工序的生產(chǎn)率比較協(xié)調(diào) 所以其標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表的編制工作比較簡(jiǎn)單 只需規(guī) 定整個(gè)自動(dòng)線統(tǒng)一的工作時(shí)間和間斷時(shí)間 間斷自動(dòng)線標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃圖表的編制則比較復(fù)雜 需要分 工序規(guī)定每一加工設(shè)備的工作時(shí)間與工作程序2.1.2 組合機(jī)床自動(dòng)線2.1.

29、2.1 組合機(jī)床的概述1. 組合機(jī)床的概念 組合機(jī)床 是近年來發(fā)展較快的一種具有新型加工方式的機(jī)床 所 謂組合機(jī)床 就是以通用部件為基礎(chǔ) 配以少量的按被加工零件特殊要求而設(shè)計(jì)的專用部件 對(duì) 一種或幾種被加工零件按預(yù)先確定的工序進(jìn)行加工的高效機(jī)床 它既具有專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 生產(chǎn)率和自動(dòng)化程度較高的特點(diǎn) 又具有一定的重新調(diào)整能力 以適應(yīng)工件變化的要求 它可以 把機(jī)床分解為若干個(gè)具有一定功能的獨(dú)立部件 對(duì)其中一些能夠在機(jī)床上相互通用的部件 預(yù)先 設(shè)計(jì) 制造 使這些部件標(biāo)準(zhǔn)化 系列化和通用化 專供配置和組成組合機(jī)床時(shí)應(yīng)用 這種具有 特定功能 按標(biāo)準(zhǔn)化 系列化 通用化原則設(shè)計(jì)制造的組合機(jī)床基礎(chǔ)部件 稱

30、為組合機(jī)床的通用 部件 在生產(chǎn)中可以根據(jù)工件加工要求 利用這些通用部件 再設(shè)計(jì)和制作少量的專用部件 就 可以組成組合機(jī)床了 當(dāng)加工的工件改變時(shí) 則只要重新設(shè)計(jì)和制造新的專用部件 與組合機(jī)床 通用部件一起重新配置 組合成能適應(yīng)新的加工要求的組合機(jī)床圖 2-3 為組合機(jī)床外觀圖 它由滑臺(tái) 動(dòng)力箱鏜削頭 鉆削頭或銑削頭 主柱 主柱底座 中間底座 側(cè)底座 等通用部件 以及多軸箱 夾具 調(diào)整墊 等專 用部件所組成 上述專用部件中也有不少零件是通用零件 因此給設(shè)計(jì) 制造和調(diào)整帶來極大的方便圖 2-3 組合機(jī)床外觀圖1-滑臺(tái) 2-動(dòng)力箱鏜削頭 3-多軸箱 4-夾具 5-鉆削頭或銑削頭6-主柱 7-調(diào)整墊 8

31、-主柱底座 9-中間底座 10-側(cè)底座 11-調(diào)整墊2. 組合機(jī)床的主要特點(diǎn)(1 組合機(jī)床主要是由通用部件配置組成 組合機(jī)床的部件大部份 (70%以上 是通用部件 這些通用部件如前所述 可以根據(jù)工件的不同加工要求而進(jìn)行配置組合 各種通用部件雖然結(jié)構(gòu) 有所差異 但它的在組合機(jī)床上的工作性能是協(xié)調(diào)的 因此無論組合機(jī)床采用哪種配置的組合形 式 只要掌握了通用部件的使用方法 就可以觸類旁通了(2 組合機(jī)床可以從幾個(gè)方向?qū)ぜ瑫r(shí)進(jìn)行加工 所以組合機(jī)床上的加工工序是很集中的 只有對(duì)各部件的運(yùn)動(dòng)順序 速度 以及運(yùn)動(dòng) 停止 正向 反向等 都做到心中有數(shù) 在使用中 有條不紊 才能發(fā)揮出組合機(jī)床的生產(chǎn)效能(3

32、組合機(jī)床在操作使用和配置時(shí)需要精心調(diào)整 因?yàn)榻M合機(jī)床可以從幾個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行加 工 參加切削的刀具也較多 加工過程基本上是自動(dòng)的或半自動(dòng)的 所以對(duì)于機(jī)床 刀具 夾具 以及輔助工具等的每一環(huán)節(jié) 都要精心調(diào)整 否則出現(xiàn)了問題 就會(huì)影響整個(gè)組合機(jī)床 (或自動(dòng)線 的加工進(jìn)程 因而掌握調(diào)整技術(shù)是很重要的3. 組合機(jī)床的加工范圍 組合機(jī)床一般可以完成的加工內(nèi)容有鉆孔 擴(kuò)孔 鉸孔 鏜孔 攻 絲 套絲 切端面 鏜止口 挖溝槽 倒角等 此外 也可以進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的裝配工序 如壓套 壓堵頭等 還可以實(shí)現(xiàn)拋光等工序目前組合機(jī)床正在向擴(kuò)大加工范圍的方向發(fā)展 今后將逐步擴(kuò)大到仿形加工 磨削 拉削等 組合機(jī)床還能進(jìn)行某些非切

33、削性的加工 如檢查 清洗和零件的分類及打印等2.1.2.2 組合機(jī)床自動(dòng)線的設(shè)計(jì)1. 組合機(jī)床及其自動(dòng)線的型號(hào)表示方法 組合機(jī)床及其自動(dòng)線分類代號(hào)的意義 如表 2-1所 示 其型號(hào)的表示方法如下重大改進(jìn)順序號(hào),用 A 、 B 區(qū)分設(shè)計(jì)順序號(hào),由“ 001”起始 分類代號(hào) 設(shè)計(jì)單位代號(hào)表 2-1 組合機(jī)床及其自動(dòng)線的分類代號(hào)分類 大型組合機(jī)床 小型組合機(jī)床 大型組合機(jī)床 自動(dòng)線 小型組合機(jī)床自動(dòng)線自動(dòng)換刀數(shù)控 組合機(jī)床 代號(hào) U H UX HX K 例如 ZHS 表示大連組合機(jī)床研究所 ZHS 設(shè)計(jì)的第 臺(tái)經(jīng)過第一次重大改進(jìn)的 大型組合機(jī)床2. 組合機(jī)床的通用部件功能及型號(hào) 組合機(jī)床的通用部件分

34、類如下(1 動(dòng)力部件 動(dòng)力部件是指滑臺(tái) 各種切削動(dòng)力頭 箱 多軸箱 轉(zhuǎn)動(dòng)裝置等 它是完成 組合機(jī)床刀具切削運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的部件 只完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件叫動(dòng)力滑臺(tái) 動(dòng)力滑臺(tái)加 裝切削頭 既能完成刀具切削運(yùn)動(dòng)又能完成進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力部件叫動(dòng)力頭(2 輸送部件 輸送部件用來完成工件在加工中的輸送工作 通用的輸送部件主要有 分度回 轉(zhuǎn)工作臺(tái) 移動(dòng)工作臺(tái)等(3 支承部件 支承部件是組合機(jī)床上的基礎(chǔ)部件 它是組合機(jī)床的 骨架 主要有主柱 主柱底座 中間底座 側(cè)底座等(4 夾具部件 夾具部件是指定位銷及其操縱機(jī)構(gòu) 夾緊機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向裝置 鉆模板與托架 攻 絲裝置 板手等(5 控制部件 是指液壓元件 氣動(dòng)元件 控

35、制板 檔鐵等 也包括電氣 數(shù)控等部件 它是 組合機(jī)床的 中樞神經(jīng)(6 其它部件 常指刀具 測(cè)量裝置 排屑 潤(rùn)滑及冷卻裝置等組合機(jī)床通用部件的分類字頭代號(hào)的意義見表 2-2其型號(hào)表示方法如下表 通用部件分類字頭代號(hào)通用部分 字頭代號(hào) 通用部件 字頭代號(hào)動(dòng)力箱 TD 液壓滑臺(tái) HY立 柱 CL 側(cè)底座 CC支 架 CJ 鏜車頭 TC 機(jī)械滑臺(tái) HJ 鏜削頭 TA鉆削頭 TZ 銑削頭 TX立柱底座 CD 中間底座 CZ3. 組合機(jī)床的選配 根據(jù)工件加工的工藝需求 將通用部件和專用部件組合起來 選配成各 種形式的組合機(jī)床組合機(jī)床的選配方式有兩種型別號(hào)與基本尺寸有關(guān)的參數(shù)基本尺寸通用部件分類字頭代號(hào)(表

36、 2-2改進(jìn)設(shè)計(jì)順序號(hào)(1 單工位組合機(jī)床 單工位組合機(jī)床是選配形式中最簡(jiǎn)單的一種 因夾具位置固定不變 適于完成較簡(jiǎn)單工藝的大型 中型工件的加工 動(dòng)力部件可以配置為臥式 如圖 2-4a 所示或配置為立式 如圖 2-4b 所示 的單面型的配置還可配置成臥式雙面型 如圖2-6a立臥復(fù)合雙面型如圖2-6b立臥復(fù)合三面型 圖2-6c為了方便排屑還有配置成傾斜型如圖 2-5所示 圖 2-4 組合機(jī)床單面型配置 圖 2-5 組合機(jī)床傾斜型配置a 臥式單面型 b立式單面型 圖 2-6 組合機(jī)床雙面多面型配置a 臥式雙面型 b立臥復(fù)合型 c立臥復(fù)合三面型(2 多工位組合機(jī)床 使用多工位組合機(jī)床加工的工件可以借

37、助夾具 改變加工位置夾具位置的變動(dòng)可以是手動(dòng)也可以是機(jī)動(dòng)夾具一般采用移動(dòng)或回轉(zhuǎn)來完成位置的改變 以使得在各個(gè)工位上對(duì)工件進(jìn)行不同工序的加工 這種配置形式工序的集中程度較高 通常適用于工件需要多工位加工的大批量生產(chǎn) 此時(shí)一臺(tái)多工位的組合機(jī)床可以完成一個(gè)工件的全部或大部分的加工工作能節(jié)省很多輔助時(shí)間生產(chǎn)率較高 圖 2-7 雙工位組合機(jī)床的配置形式圖 2-7所示 是一種換裝工件型的雙工位組合機(jī)床的配置形式 通過工件在工位和工位的換裝 可進(jìn)行兩個(gè)工位的加工 未經(jīng)加工的工件安裝在工位進(jìn)行加工加工后換裝到工位在工位加工后取下被加工的工件按此循環(huán) 就可以達(dá)到雙工位加工的目的這種換裝工件型的工位不能太多 工件

38、也不能太大 否則因換裝工件的輔助時(shí)間長(zhǎng)而加工的機(jī)動(dòng)時(shí)間短反而會(huì)影響生產(chǎn)率提高圖 2-8所示為移動(dòng)工作臺(tái)型組合機(jī)床的配置形式 工件安裝好后 先后在兩個(gè)工位上完成不同的工序 如鉆擴(kuò)鉸或銑端面 鏜孔等 這種移動(dòng)工作臺(tái)型的配置形式工位數(shù)也不能太多一般為 個(gè) 原因是工位數(shù)多了工作臺(tái)的移動(dòng)長(zhǎng)度勢(shì)必增加這樣會(huì)給操作調(diào)整帶來不方便 圖 2-8 移動(dòng)工作臺(tái)型組合機(jī)床的配置形式 圖 2-9 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)型的配置形式 圖 2-9所示為回轉(zhuǎn)工作臺(tái)型的配置形式 這種配置的組合機(jī)床動(dòng)力頭 可以依次地對(duì)每一個(gè)回轉(zhuǎn)工位上的工件進(jìn)行加工 動(dòng)力頭每進(jìn)退一次回轉(zhuǎn)工作臺(tái)既回轉(zhuǎn)一個(gè)工位這種形式的動(dòng)力部件配置較為集中 在中小型工件的加工中

39、應(yīng)用較廣泛以上介紹的只是幾種常用的典型配置形式在實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng) 應(yīng)用的配置形式是多種多樣的選擇配置形式的依據(jù)是工件的加工要求和不同生產(chǎn)批量的需要同理根據(jù)加工的需要還 可以由這些組合機(jī)床配置組成組合機(jī)床自動(dòng)線 本文僅簡(jiǎn)介了上述幾種典型選配形式的概念 更詳細(xì)的資料請(qǐng)參見有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)2.1.3數(shù)控(NC機(jī)床2.1.3.1 NC機(jī)床的概述 1.NC 機(jī)床的定義數(shù)字控制 (Numerical Control是近二十年來高度發(fā)展和大量應(yīng)用的一種自動(dòng)控制技 術(shù)是用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件在加工過程中的活動(dòng)進(jìn)行控制的一種方法 簡(jiǎn)稱為數(shù)控 (NC數(shù)控機(jī)床 (簡(jiǎn)稱 NC 機(jī) 床 即是裝備了數(shù)控系統(tǒng) 加工活動(dòng)控制

40、采用數(shù)控技術(shù)的自動(dòng)化機(jī)床根據(jù)國(guó)際信息處理聯(lián)盟 (International Federation of Information Processing即 IFIP 第五技術(shù)委員會(huì)對(duì)數(shù)控機(jī)床作了如下定義數(shù)控機(jī)床是一個(gè)裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床 該系統(tǒng)能夠邏輯地處理具有控制編碼 或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序 并將其譯碼從而使機(jī)床動(dòng)作和加工零件數(shù)控系統(tǒng)包括數(shù)控裝置可編程序控制器主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分由大量組合機(jī)床及專用機(jī)床等組成的剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線 在汽車等大批量的生產(chǎn)方面發(fā)揮了很大的作用 且生產(chǎn)精度穩(wěn)定 生產(chǎn)率也比較固定并且自動(dòng)化程度也比較高但進(jìn)入 80年代以來 隨著人們的生活水平的提高 市場(chǎng)需求個(gè)

41、性化產(chǎn)品日益增多產(chǎn)品更新?lián)Q代極為迅速 因此中小批量零件的生產(chǎn)越來越多另外隨著航空工業(yè) 等高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的興起復(fù)雜形體的另件越來越多精度要求也越來越高這樣傳 統(tǒng) 的由組合機(jī)床構(gòu)成的自動(dòng)生產(chǎn)線已很難滿足柔性及高精度復(fù)雜曲面的加工要求因此作為實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化最重要的裝備 數(shù)控機(jī)床的高速發(fā)展和大量推廣應(yīng)用也就成為了現(xiàn)實(shí)2. 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成功能及分類(1 數(shù)控機(jī)床的構(gòu)成 數(shù)控機(jī)床一般由下列幾個(gè)部分組成 如圖 2-10 圖 2-10 數(shù)控車床外形圖1 主機(jī) 是數(shù)控機(jī)床的主體 包括床身立柱主軸進(jìn)給機(jī)構(gòu)等機(jī)械部件2 CNC裝置 是數(shù)控機(jī)床的核心包括硬件 (印刷電路板CRT 顯示器鍵盤紙帶閱讀機(jī)等 以及相應(yīng)的軟件3

42、驅(qū)動(dòng)裝置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件 包括主軸驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)給驅(qū)動(dòng)單元主軸電機(jī)及進(jìn)給電機(jī)等4 數(shù)控機(jī)床的輔助裝置 指數(shù)控機(jī)床的一些必須的配套部件 用以保證數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行它包括液壓和氣動(dòng)裝置排屑裝置交換工作臺(tái)數(shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)和數(shù)控分度頭還包括刀具及監(jiān)控檢測(cè)裝置5 編程機(jī)及其他一些附屬裝備 (2 功能和特點(diǎn)1 主機(jī) 主機(jī)是數(shù)控機(jī)床的主體 是用于完成各種切削加工的機(jī)械部分根據(jù)不同的零件加工要求 有車床銑床鉆床鏜 床磨床重型機(jī)床電加工機(jī)床以及 其它類型與普通機(jī)床不同是數(shù)控機(jī)床在主機(jī)結(jié)構(gòu)上具有以下特點(diǎn)由于大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用了高性能的主軸及伺服傳動(dòng)系統(tǒng)因此數(shù)控機(jī)床的機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)得到了簡(jiǎn)化傳動(dòng)鏈較短 為了適應(yīng)數(shù)控機(jī)床

43、連續(xù)地自動(dòng)化加工 數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)具有較高的動(dòng)態(tài)剛度較好的阻尼特性及耐磨性熱變形較小 更多地采用高效傳動(dòng)部件如滾珠絲桿副直線滾動(dòng)導(dǎo)軌等2 CNC(Computerized Numerical Control裝置 這是數(shù)控機(jī)床的核心用于實(shí)現(xiàn)輸 入數(shù)字化的零件程序 并完成輸入信息的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的變換插補(bǔ)運(yùn)算以及實(shí)現(xiàn)各種控制功能現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置都具有下面一些功能 多坐標(biāo)控制 (多軸聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)多種函數(shù)的插補(bǔ) (直線 圓弧拋物線等 代碼轉(zhuǎn)換 (EIA/ISO代碼轉(zhuǎn)換英制 /公制轉(zhuǎn)換二 十進(jìn)制轉(zhuǎn)換 絕對(duì)值 /增 量值轉(zhuǎn)換等 人機(jī)對(duì)話手動(dòng)數(shù)據(jù)輸入加工程序輸入編緝及修改 加工選擇 各種加工循環(huán) 重復(fù)加工 凹

44、(凸 模處理加工 鏡像處理等可實(shí)現(xiàn)各種補(bǔ)償功能 進(jìn)行刀具半徑 刀具長(zhǎng)度 傳動(dòng)間隙 螺距誤差的補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)故障自診斷CRT顯示 實(shí)現(xiàn)圖形 軌跡 字符顯示聯(lián)網(wǎng)及通信功能3 驅(qū)動(dòng)裝置 是數(shù)控機(jī)床執(zhí)行機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)部件 普通機(jī)床的主軸和進(jìn)給系統(tǒng) 主 要由電機(jī)驅(qū)動(dòng)進(jìn)給箱及主軸箱的齒輪來實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和變速 而數(shù)控機(jī)床主軸和進(jìn)給則是 由數(shù)控裝置發(fā)出指令 通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的 當(dāng)幾個(gè)進(jìn)給軸實(shí)現(xiàn)了聯(lián)動(dòng)時(shí) 可以完成點(diǎn)位 直線 平面曲線或空間曲線 /面的加工一般來說 數(shù)控機(jī)床的伺服驅(qū)動(dòng) 要求有好的快速響應(yīng)性能 能靈敏而準(zhǔn)確地跟 蹤由數(shù)字控制裝置發(fā)送來的數(shù)字指令信號(hào)4 數(shù)控機(jī)床的輔助裝置 它是保證數(shù)控機(jī)床功能充分發(fā)揮所需

45、要的配套部件 由 于這些配套裝置包括的面很廣 有電器 液壓 氣動(dòng)元件及系統(tǒng) 冷卻 排屑 防護(hù) 潤(rùn)滑 照 明 儲(chǔ)運(yùn)等一系列裝置 它對(duì)開發(fā)數(shù)控機(jī)床本身的功能具有很大的作用 因 此受到了各產(chǎn)業(yè)部門的重視 發(fā)展極為迅速5 程編機(jī)及其他一些附屬設(shè)備 現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床 不僅可以利用 CNC 裝置上的鍵盤 直接輸入零件的程序 也可以利用自動(dòng)程編機(jī) 在機(jī)外進(jìn)行零件的程序編制 將程序 記錄在信息載體上 (如紙帶 磁 帶 磁盤等 然后送入數(shù)控裝置 對(duì)于較為復(fù)雜的零 件 一般都是采用這種辦法 這種方式 我們稱為自動(dòng)程序編制 或計(jì)算機(jī)程序編制 數(shù)控機(jī)床構(gòu)成框圖如圖 2-11所示圖 2-11 數(shù)控機(jī)床構(gòu)成框圖(3 數(shù)控機(jī)床

46、的分類 目前 為了研究數(shù)控機(jī)床 可從不同的角度對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行 分類1 按控制系統(tǒng)的特點(diǎn)分類點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床 對(duì)于一些孔加工用數(shù)控機(jī)床 只要求獲得精確的孔系坐標(biāo)定位精度 (見圖 2-12 而不管從一個(gè)孔到另外一個(gè)孔是按照什么軌跡運(yùn)動(dòng) 如坐標(biāo)鉆 床 坐標(biāo)鏜床以及沖床等 就可以采用簡(jiǎn)單而價(jià)格低廉的點(diǎn)位控制系統(tǒng)這種點(diǎn)位控制系統(tǒng) 為了確保準(zhǔn)確的定位 系統(tǒng)在高速運(yùn)動(dòng)時(shí) 一般采用 3級(jí) 減 速 以減小定位誤差 但是由于移動(dòng)件本身存在慣性 而且在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)摩擦力有 可能變化 所以即時(shí)使關(guān)斷系統(tǒng)后 工作臺(tái)并不立即停止形成定位誤差d而且這個(gè)值有一定的分散性 直線控制數(shù)控機(jī)床 某些數(shù)控機(jī)床不僅要求具有準(zhǔn)確定位的功能

47、而且要求從 一點(diǎn)到另一點(diǎn)之間按直線移動(dòng) 并能控制位移的速度 (見圖 2-13因?yàn)檫@一類型的數(shù) 控機(jī)床在點(diǎn)間移動(dòng)時(shí) 要進(jìn)行切削加工所以對(duì)于不同的刀具和工件需要選用不同 的切削用量及進(jìn)給速度這一類的數(shù)控機(jī)床包括 數(shù)控鏜銑床數(shù)控車床加工中心等一般情況下這些數(shù)控機(jī)床有兩個(gè)到三個(gè)可控軸但同時(shí)控制軸只有一個(gè)為了能在刀具磨損或更換刀具后 可得到合格的零件這類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)常常具有刀具半徑補(bǔ)嘗功能刀具長(zhǎng)度補(bǔ)嘗的功能和主軸轉(zhuǎn)速控制的功能 圖 2-12數(shù)控機(jī)床的直線加工 圖 2-14 數(shù)控機(jī)床連續(xù)輪廓加工的理想加工曲線與插補(bǔ)曲線輪廓控制的數(shù)控機(jī)床 更多的數(shù)控機(jī)床具有輪廓控制的功能 (見圖 2-14即可以加工曲線或

48、者曲面的零件 這類機(jī)床有二坐標(biāo)以上的數(shù)控銑床可加工曲面的 數(shù)控車床加工中心等這類數(shù)控機(jī)床應(yīng)能同時(shí)控制兩個(gè)或兩個(gè)以上的軸 具有插補(bǔ)功能對(duì)位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制按照可聯(lián)動(dòng) (同時(shí)控制 軸數(shù)且相互獨(dú)立的軸數(shù)可以有 2軸控制2.5軸 控制3軸控制4軸控制5軸控制等Y 2.5軸控制 (兩個(gè)軸是連續(xù)控制 第三軸是點(diǎn)位或直線控制 的原理 實(shí)現(xiàn)了三個(gè)主要軸 XYZ 內(nèi)的兩維控制3軸控制是三個(gè)坐標(biāo)軸 X YZ 都同時(shí)插補(bǔ)是三維連續(xù)控制 (見圖 2-155軸連續(xù)控制是一種很重要的加工形式 (見圖 2-16這時(shí) 3個(gè)坐標(biāo) XYZ與轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn) 刀具的擺動(dòng)同時(shí)聯(lián)動(dòng) (也可以是與兩軸的數(shù)控轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)動(dòng)或刀具做兩個(gè)方向

49、的擺動(dòng) 由于刀尖可以按數(shù)學(xué)規(guī)律導(dǎo)向 使之垂直于任何雙曲線平面 (double curve因 此特別適合于加工透平葉片機(jī)翼等2按執(zhí)行機(jī)構(gòu)的伺服系統(tǒng)類型分類開環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這是比較原始的一種數(shù)控機(jī)床這類機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)將零件的程序處理后 輸出數(shù)字指令信號(hào)給伺服系統(tǒng) 驅(qū)動(dòng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)沒有來自位置 傳感器的反饋信號(hào) 最典型的系統(tǒng)就是采用步進(jìn)電機(jī)的伺服系統(tǒng)這類機(jī)床較為經(jīng)濟(jì)但是速度及精度都較低因 此目前在國(guó)內(nèi)仍作為一種經(jīng)濟(jì)型的數(shù)控機(jī)床多用于對(duì)舊機(jī)床的改造閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床 這類機(jī)床可以接受插補(bǔ)器的指令而且隨時(shí)接受工作臺(tái)端測(cè)得的實(shí)際位置反饋信號(hào)進(jìn)行比較并根據(jù)其差值不斷地進(jìn)行誤差修正 這 類 數(shù)控機(jī)床可以消

50、除由于傳動(dòng)部件制造中存在的精度誤差給工件加工帶來的影響這種采用閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 (見圖 2-17 可以得到很高的加工精度 但是由于很多的機(jī)械傳動(dòng)環(huán)節(jié) 如絲杠副 工作臺(tái)都包括在反饋環(huán)路內(nèi) 而各種機(jī)械傳動(dòng) 環(huán)節(jié)包括絲杠與螺母工作臺(tái)與導(dǎo)軌的摩擦特性各部件的剛性以及位移測(cè)量元件安裝的傳動(dòng)鏈間隙等等 都是可變的都直接影響伺服系統(tǒng)的調(diào)節(jié)參數(shù) 這些參數(shù)有些是非線性的參數(shù) 因此閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)整都有較大的難度設(shè)計(jì)和調(diào)整得不好很容易形成系統(tǒng)的不穩(wěn)定所以閉環(huán)伺服系統(tǒng)數(shù)控機(jī)床主要用于一些精度要求很高的鏜銑床超精車床超精銑床等 圖 2-17 數(shù)控機(jī)床的閉環(huán)伺服系統(tǒng)工作原理 半閉環(huán)伺服系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床 大多數(shù)數(shù)控

51、機(jī)床是半閉環(huán)伺服系統(tǒng) 將測(cè)量元件從工作臺(tái)移到電機(jī)端頭或絲杠端 頭 這種系統(tǒng)的閉環(huán)環(huán)路內(nèi)不包括絲杠 螺母副及工作臺(tái)因此可以獲得穩(wěn)定的控制特性而且由于采用了高分辨率的測(cè)量元件可以獲得比較滿意的精度及速度3按加工方式分類金屬切削類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控車床加工中心數(shù)控鉆床數(shù)控磨床數(shù)控鏜床等 金屬成型類數(shù)控機(jī)床 如數(shù)控折彎?rùn)C(jī)數(shù)控彎管機(jī)數(shù)控回轉(zhuǎn)頭壓力機(jī)等數(shù)控特種加工機(jī)床 如數(shù)控線 (電極 切割機(jī)床數(shù)控電火花加工機(jī)床數(shù)控激 光切割機(jī)床等 其他類型的數(shù)控機(jī)床 如火焰切割機(jī) 數(shù)控三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等 4 按照功能水平分類 可以把數(shù)控機(jī)床分為高 中低檔 (經(jīng)濟(jì)型 三類這種分類方法 目前在我國(guó)用的很多但是因?yàn)闆]有一個(gè)確切的定

52、義所以涵意不很明確 這里按照功能水平分類的界限作一個(gè)限制分辨率和進(jìn)給速度 分辨率為 10um進(jìn)給速度在 8-15m/min為低檔 ; 分辨率進(jìn)給速度為 15-100m/min 為高檔伺服進(jìn)給類型 采用開環(huán)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)給系統(tǒng)為低檔 ; 中高檔則采用半閉環(huán)或閉環(huán)的直流伺服系統(tǒng)及交流伺服系統(tǒng) 聯(lián)動(dòng)軸數(shù) 低檔數(shù)控機(jī)最多聯(lián)動(dòng)軸數(shù)為 23軸中高檔則為 24軸或 35軸以上 通 信 功 能 低 檔 數(shù) 控 一 般 無 通 信 功 能中 檔 可 以 有 RS-232或 DNC(DirectNumerical Control直接數(shù)字控制 接口 高檔的可以有 MAP(Manufacturing Automation

53、 Protocal 制造自動(dòng)化協(xié)議 通信接口具有聯(lián)網(wǎng)功能顯示功能 低檔數(shù)控一般只有簡(jiǎn)單的數(shù)碼管顯示或簡(jiǎn)單的 CRT(Cathode RayTube 陰極射線管 字符顯示 而中檔數(shù)控則具有較齊全的 CRT 顯示 不僅有字符而 且有圖形人機(jī)對(duì)話自診斷等功能高檔數(shù)控還可以有三維圖形顯示內(nèi)裝 PC(Programmable Controller可編程控制器 低檔數(shù)控一般無內(nèi)裝 PC 中高檔數(shù)控都有內(nèi)裝 PC高檔數(shù)控具有強(qiáng)功能的內(nèi)裝 P C 有軸控制的擴(kuò)展功能 主 CPU(central processing Unit 中央處理單元 低檔數(shù)控一般采用 8位 CPU中檔及高檔已經(jīng)逐步由 16位 CPU 向

54、 32位 CPU 過渡 外國(guó)的一些新的數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng) 選用了 64位 CPU 并選用具有精簡(jiǎn)指令集的 RISC 中央處理單元以提高運(yùn)算速度 根據(jù)以上的一些功能及指標(biāo)就可以將各種類型的產(chǎn)品分為低中高檔三類數(shù)控系統(tǒng)所謂經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 都是相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)型數(shù)控而言在不同的國(guó)家和不同的時(shí)期含意是不同的其目的是根據(jù)實(shí)際機(jī)床的使用要求合理地簡(jiǎn)化系統(tǒng) 以降低產(chǎn)品價(jià)格在我國(guó)把由單板機(jī)單片機(jī)和步進(jìn)電機(jī)組成的數(shù)控系統(tǒng)和其它功能簡(jiǎn)單價(jià) 格低的系統(tǒng)稱為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控主要用于車床線切割機(jī)床以及老機(jī)床的改造等它是屬于低檔數(shù)控的一種 目前在我國(guó) 這類數(shù)控有一定批量的生產(chǎn)區(qū)別于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控 則把功能比較齊全的數(shù)控系統(tǒng) 稱為全功能數(shù)控 或稱標(biāo)準(zhǔn)

55、 型數(shù)控3. 我國(guó)數(shù)控機(jī)床發(fā)展概況 我國(guó)數(shù)控機(jī)床是從 1958年開始研制的 已經(jīng)歷了 30多年的發(fā)展歷程 50年代未到 60年代中 我國(guó)數(shù)控機(jī)床是處于研制 開發(fā)時(shí)期 當(dāng) 時(shí) 我國(guó)的一些高等院校 科研單位 都投入了人力 物力從事數(shù)控機(jī)床的研制工作 開始也是從電子管著手的1965年 國(guó)內(nèi)開始研制晶體管數(shù)控系統(tǒng) 60年代未和 70年代初 研制的圓錐數(shù) 控銑床 非圓齒輪插齒機(jī)都獲得了成功 在生產(chǎn)上發(fā)揮了明顯的經(jīng)濟(jì)效益 1968年 研 制成了 CJK-18晶體管數(shù)控系統(tǒng)及 X53K-1G 立式數(shù)控銑床 這一時(shí)期 數(shù)控機(jī)床的數(shù) 量和品種不多 但在少數(shù)復(fù)雜零件的加工中已經(jīng)進(jìn)入了試用階段70年代初 數(shù)控技術(shù)在車 銑 鉆 鏜 磨 齒輪加工 電加工等領(lǐng)域全面展開 數(shù)控加工中心也相繼在上海 北京研制成功1976年 5月 在第一機(jī)械工業(yè)部舉辦的 儀器儀表自動(dòng)化裝置展覽會(huì) 上共展出 了各類數(shù)控機(jī)床 34種 40臺(tái) 顯示了當(dāng)時(shí)我國(guó)的數(shù)控機(jī)床 已經(jīng)進(jìn)入了實(shí)用階段 70