第2章 加工設(shè)備自動化

第二章加工設(shè)備自動化加工設(shè)備自動化的要求：

高效、精密、工序集中和具有一定的柔性高效就是生產(chǎn)率要達到一定高的水平；精密即加工精度要求成品公差帶的分散度小，成品達到完全互裝配，便于實現(xiàn)“準時方式”的生產(chǎn)；可靠就是其設(shè)備已能達到極少故障；工序集中就是一臺設(shè)備實現(xiàn)多道工序；柔性即可實現(xiàn)多品種零件加工。第一節(jié)加工設(shè)備自動化概述一、加工設(shè)備自動化的意義提高生產(chǎn)效率，縮短輔助時間，改善工人的勞動條件和減輕工人的勞動強度。單臺加工設(shè)備自動化能滿足零件加工過程自動化的需要，為多機床管理創(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前提，是機械制造業(yè)向前發(fā)展的基礎(chǔ)。加工設(shè)備的自動化是零件整個機械加工工藝過程自動化的基本問題之一，是機械制造廠實現(xiàn)零件加工自動化的基礎(chǔ)。

二、自動化加工設(shè)備的生產(chǎn)率分析與分類

1．生產(chǎn)率分析當自動化加工設(shè)備連續(xù)生產(chǎn)時，加工一個工件的工作循環(huán)時間是由切削時間和空程輔助時間組成的，即

因此，由工作循環(huán)時間所決定的生產(chǎn)率Q（件/min）：

顯然，為了提高生產(chǎn)率，必須同時減少和

。

（2-1）（2-2）

為進一步分析減少和之間的相互關(guān)系，將式（2-2）變換一下形式:式中K——理想的工藝生產(chǎn)率（2-3）圖2-1生產(chǎn)率曲線tf1tf2tf3

由此可見，和對機床生產(chǎn)率的影響是相互制約和相互促進的。當生產(chǎn)工藝發(fā)展到一定水平，即工藝生產(chǎn)率K提高到一定程度時，必須提高機床自動化程度，進一步減少空程輔助時間，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)上實現(xiàn)機床自動化，生產(chǎn)率的提高是有限的，為了取得良好的效果，應(yīng)當在先進的工藝基礎(chǔ)上實現(xiàn)機床自動化。三、加工設(shè)備自動化的途徑機床加工循環(huán)自動化輔助工作自動化實現(xiàn)自動化的主要內(nèi)容有：1.實現(xiàn)加工設(shè)備自動化的途徑：

1）對半自動加工設(shè)備通過配置自動上下料裝置以實現(xiàn)加工設(shè)備的完全自動化；

2）對通用加工設(shè)備運用電氣控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)等進行自動化改造；

3）根據(jù)加工工件的特點和工藝要求設(shè)計制造專用的自動化加工設(shè)備，如組合機床等；

4）采用數(shù)控加工設(shè)備，包括數(shù)控機床、加工中心等。

2．分類

適應(yīng)不同生產(chǎn)率水平要求的自動化加工設(shè)備，主要有以下各類：（1）全（半）自動單機又分為單軸和多軸全（半）自動單機兩類。（2）組合機床（3）自動線（TransferLine——TL）（4）一般數(shù)控機床（5）加工中心（MC）（6）柔性制造單元（FMC）車銑鉆組合機床單軸五刀精密凸輪自動機床組合機床自動線1組合機床自動線2數(shù)控車床五軸加工中心立式加工中心柔性制造單元柔性制造系統(tǒng)柔性制造系統(tǒng)中的托盤倉和搬運小車

切削加工是使用切削工具（包括刀具、磨具和磨料），在工具和工件的相對運動中，把工件上多余的材料層切除成切屑，使工件獲得規(guī)定的幾何形狀、精度和表面質(zhì)量的加工方法。 影響切削加工生產(chǎn)率的相關(guān)因素：刀具、設(shè)備及工藝參數(shù)第二節(jié)切削加工自動化一、車削加工自動化

車削加工主要是通過車刀對隨主軸一起旋轉(zhuǎn)的工件的相對運動來完成金屬切削工作的一種加工形式，其車削加工設(shè)備稱之為車床，是所有機械加工設(shè)備中使用最早、應(yīng)用最廣和數(shù)量最多的設(shè)備。車削加工自動化：包括多個單元動作的自動化和工作循環(huán)的自動化。發(fā)展方向：單軸自動車床、數(shù)控車床、車削中心和車削柔性單元等。（1）單軸自動車床

單軸自動車床能按一定程序自動完成工作循環(huán)，主要用于棒料、盤料加工。一般采用凸輪和檔塊或數(shù)控系統(tǒng)自動控制刀架、主軸箱的運動和其他輔助運動。主要類型：單軸縱切自動車床、主軸箱固定型單軸自動車床、單軸轉(zhuǎn)塔自動車床單軸橫切自動車床等幾種類型。圖2-2NG-1014B型單軸縱切自動車床傳動系統(tǒng)圖

1--1號縱向進給凸輪2--接料臂進給凸輪3--1、2號進給凸輪

4--1、4號進給凸輪5--夾緊松開夾緊凸輪6--3號進給凸輪

7--銑槽用凸輪8--擋料臂擺動凸輪9--螺紋附件進給凸輪（2）數(shù)控車床數(shù)控車床的主要特點如下：①數(shù)控車床的主軸轉(zhuǎn)速和進給速度高。②數(shù)控車床具有高精度。③數(shù)控車床能實現(xiàn)多種工序復(fù)合的全部加工。④數(shù)控車床具有高柔性。數(shù)控車床的類型：通用型、卡盤型、排刀型、雙主軸型、棒料型以及一些專門化車床等。數(shù)控車床的主要動作自動化結(jié)構(gòu)：1）刀架系統(tǒng)轉(zhuǎn)塔刀架排刀架圖2-4液壓馬達驅(qū)動轉(zhuǎn)位的轉(zhuǎn)塔刀架1-液壓缸2-液壓馬達3-小齒輪4-中心齒輪5-中心軸6-彈簧7、8-齒盤9-編碼器齒輪10-編碼器數(shù)控車床的主要動作自動化結(jié)構(gòu)：1）刀架系統(tǒng)轉(zhuǎn)塔刀架排刀架圖2-5排刀架結(jié)構(gòu)數(shù)控車床的主要動作自動化結(jié)構(gòu)：2）數(shù)控車床機內(nèi)測量裝置①工件機內(nèi)測量②刀具機內(nèi)測量圖2-6觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)及其測量典型過程a）測量系統(tǒng)

b）測量典型過程圖2-8

刀具機內(nèi)測量刀尖分別觸及測頭的X面和Z面圖2-7工件外徑及內(nèi)徑的機內(nèi)測量（3）車削中心車削中心與數(shù)控臥式車床的區(qū)別：車削中心的轉(zhuǎn)塔刀架上帶有能使刀具旋轉(zhuǎn)的動力刀座，主軸具有按輪廓成形要求連續(xù)回轉(zhuǎn)（不等速回轉(zhuǎn)）運動主軸具有連續(xù)精確分度的C軸功能，并能與X軸或Z軸聯(lián)動車削中心除具有數(shù)控車床的特點，還發(fā)展出車磨中心、車銑中心等多工序復(fù)合加工的機床，有的還可以完成數(shù)控激光加工。當車削中心的主軸具有C軸功能時，主軸便能夠進行分度、定向，配合轉(zhuǎn)塔刀架的動力刀座，則幾乎所有的加工都可在一次裝夾中完成。圖2-9C軸的機械傳動示意圖

1-主軸2、5-軸承3-柱銷4-蝸桿6-C軸箱體支軸7-齒形帶8-電動機9-蝸輪雙轉(zhuǎn)臺式五軸加工中心結(jié)構(gòu)示意圖1）主軸定向機構(gòu)和C軸C軸能控制主軸連續(xù)分度，同時與刀架的X軸或Z軸聯(lián)動來銑削各種曲線槽、車螺紋、車多邊形等，也可定向停車。當在工件規(guī)定部位上銑槽、鉆孔或要求主軸定向停止時，車削中心必須具有主軸定向停止或C軸功能，即通過位置控制使主軸在不同角度上定位。主軸粗分度由主軸電動機分度轉(zhuǎn)動完成，位置編碼器裝在與主軸相關(guān)的位置，最終定位依靠主軸后端的齒式分度盤和插銷來完成C軸分度定位后，定位后要有夾緊機構(gòu)，以防止主軸轉(zhuǎn)位。 2）多主軸、雙主軸和輔助主軸多主軸的車削中心能在一臺機床上完成更多加工工序，縮短加工周期，提高工件精度。多主軸車削中心的各主要主軸的驅(qū)動功率和尺寸均相同，可分別稱第1主軸、第2主軸、第3主軸……。多主軸可分別加工一種工件的全部工序或分別加工多個工件。并列雙主軸立式車削中心圖2-11

并列雙主軸車削中心1、2-主要主軸

3、6-轉(zhuǎn)塔刀架

4、5-輔助主軸圖2-10

對置同軸線雙主軸車削中心

a）主軸移動式b）主軸固定式

1-左主軸2-左轉(zhuǎn)塔刀架3-右轉(zhuǎn)塔刀架4-右主軸德國DMG帶12位刀架轉(zhuǎn)塔的雙主軸車削中心日本宮野BNJ系列雙刀架雙主軸車削中心二、鉆銑削加工自動化1.鉆削自動化鉆削自動化的實現(xiàn)：普通鉆床配備點位數(shù)控系統(tǒng)。其定位精度為±0.02～0.1mm。數(shù)控鉆床結(jié)構(gòu)形式：有立式、臥式、專門化以及鉆削加工中心幾種。鉆削加工中心的工藝：鉆削為主，可完成鉆孔、擴孔、鉸孔、锪孔、攻螺紋等加工，還兼有輕載荷銑削、鏜削功能。運動機構(gòu)：工作臺的X、Y向運動和主軸的Z向運動通過步進電機自動進行外，還具有自動換刀裝置。鉆銑削加工中心a）b）2.銑削自動化銑削：通過回轉(zhuǎn)多刃刀具對工件進行切削加工應(yīng)用：所有的機械制造及修理部門，一般用于粗加工及半精加工，有時也用于精加工。加工對象：平面、溝槽、輪齒、螺紋、花鍵軸等外，還可加工比較復(fù)雜的型面。MIKRON高速銑削加工中心DMG高速加工中心三、組合機床組合機床是一種按工件加工要求和加工過程設(shè)計和制造的專用機床。特點：工序集中、生產(chǎn)率高、自動化程序較高、造價相對較低；專用性強、改裝不方便。自動化實現(xiàn)：通過數(shù)控技術(shù)需求：一種是工藝的需要；另一種是在多工序加工或多品種加工時，為提高生產(chǎn)率而采用數(shù)控。結(jié)構(gòu)：利用數(shù)控單坐標、雙坐標或三坐標滑臺或模塊、數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺等數(shù)控部件和普通通用部件混合所組成。圖2-13三件并行加工活塞的數(shù)控車鏜組合機床

四、加工中心

加工中心是備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序集中加工的數(shù)控機床，能自動完成多工序集中加工例如車削中心、滾齒中心、磨削中心、銑鏜加工中心等。1．加工中心的特點、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：立式、臥式、五面、龍門等四種其適用范圍見表2-2類

型布局型式特

點適用范圍立式加工中心

固定立柱型、移動立柱型

主軸支承跨距較小。占地面積較小，剛性低于臥式加工中心，刀庫容量多為16～40

中型零件，高度尺寸較小的零件加工，尤其是蓋板類零件加工臥式加工中心

固定立柱型、移動立柱型

主軸及整機剛性強，鏜銑加工能力較強，加工精度較高，刀庫容量多為40～80

中、大型零件及工序復(fù)雜且精度較高的零件加工，通常用于箱體類零件加工五面加工中心

交換主軸頭、回轉(zhuǎn)主軸頭、轉(zhuǎn)換圓工作臺

主軸或工作臺可立、臥式兼容，并多方向加工而無需多次裝夾工件，但編程較復(fù)雜，主軸或工作臺剛性受到一定影響

具有多面、多方向或多坐標復(fù)雜型面的零件加工龍門加工中心

工作臺移動型、龍門架移動型

由數(shù)控龍門銑鏜床配備自動換刀裝置、附件頭庫等組成。立柱、橫梁構(gòu)成龍門結(jié)構(gòu)，縱向行程大，具有五面加工性能

大型、長型、復(fù)雜零件加工

表2-2加工中心類型及適用范圍立式加工中心五面加工中心龍門式銑鏜加工中心臥式銑鏜加工中心 2．加工中心的典型自動化機構(gòu)（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方式兩種，刀具隨機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，檢測準確度為±1mm。當發(fā)現(xiàn)不合格刀具時，測量系統(tǒng)會發(fā)出停車信號。加工中心刀具庫自動換刀機構(gòu)回轉(zhuǎn)工作臺對刀裝置圖2-14觸發(fā)式測頭測量系統(tǒng)原理圖

1-測桿端球2-觸發(fā)式測頭3-紅外輻射信號4-接收器圖2-15刀具長度測量系統(tǒng)示意圖

1-光源2-接收器3-立柱4-主軸上刀具（4）回轉(zhuǎn)工作臺回轉(zhuǎn)工作臺（數(shù)控工作臺）是臥式加工中心實現(xiàn)B軸運動的部件，B軸的運動可作為分度運動或進給運動。回轉(zhuǎn)工作臺結(jié)構(gòu)形式：用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺用鼠齒盤定位，分度前工作臺抬起，使上下鼠齒盤分離，分度后落下定位，上下鼠齒盤嚙合，實現(xiàn)機械剛性連接。用于進給運動的回轉(zhuǎn)工作臺用伺服電機驅(qū)動，用回轉(zhuǎn)式感應(yīng)同步器檢測及定位，并控制回轉(zhuǎn)速度。第三節(jié)金屬板材成形加工自動化

塑性成形是材料加工的主要方法之一。利用金屬材料延展性（即塑性變形的能力），使其在由設(shè)備給出的外力作用下于模具里成形出產(chǎn)品的一種材料加工方法。

特點：高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗

發(fā)展方向：數(shù)字化、自動化、專業(yè)化、規(guī)模化、信息化。

主要分類：沖壓、鍛壓兩大類。一、沖壓加工簡介沖壓是一種金屬塑性加工方法，其坯料主要是板材、帶材、管材及其他型材，利用沖壓設(shè)備通過模具的作用，使之獲得所需要的零件形狀和尺寸。沖壓件的重量輕、厚度薄、剛度好、質(zhì)量穩(wěn)定。應(yīng)用行業(yè)：汽車、機械、家用電器、電機、儀表、航空航天、兵器工業(yè)等；沖壓設(shè)備：主要有機械壓力機和液壓機。其自動化水平直接影響沖壓工藝的穩(wěn)定實施，對保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率和確保操作者人身安全，具有十分重要作用。沖壓工藝分類：分離工序和成形工序分離工序是在沖壓過程中使沖壓件與坯料沿一定的輪廓線相互分離，同時沖壓件分離斷面的質(zhì)量也要滿足一定的要求。分離工序又包含切斷、落料、沖孔、切口、切邊和剖切等。成形工序是使沖壓坯料在不破壞的條件下發(fā)生塑性變形，并轉(zhuǎn)化成所要求的成品形狀，同時也應(yīng)滿足尺寸公差等方面的要求。成形工序又分為彎曲、拉深、成形等三大類。雙曲軸精密沖床高速沖床高效數(shù)控全自動沖壓生產(chǎn)線液壓機生產(chǎn)線

二、沖壓自動化實現(xiàn)的一般原則 實現(xiàn)沖壓自動化可以根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)條件、加工方式等情況采取不同的方式，一般有在通用壓力機上使用自動沖模、通用自動沖壓壓力機、專用自動沖壓壓力機以及沖壓自動線等幾種。選擇時應(yīng)考慮下列因素：（1）安全生產(chǎn)（2）沖壓件批量（3）沖壓件結(jié)構(gòu)（4）沖壓工藝方案（5）材料規(guī)格（6）壓力機型式?jīng)_壓自動化實現(xiàn)的一般途徑

沖壓件品種單一時，用自動沖模實現(xiàn)沖壓自動化較為適宜；品種較多時，在通用自動壓力機上用普通沖模自動化生產(chǎn)比較合理；批量很大時，要考慮以專用自動壓力機代替通用壓力機的可能性；大型沖壓件的自動化生產(chǎn)，往往以自動線的形式出現(xiàn)。三、沖壓設(shè)備的自動化裝置供料裝置送料裝置出料裝置廢料處理裝置接件裝置自動保護裝置表2-3沖壓加工設(shè)備自動化裝置裝置名稱原材料工序件或工件卷料板料條料平件成形件供料（件）卷料架貯料、頂料、吸料、釋料和移料裝置、分離裝置貯件槽貯件斗校平裝置、潤滑裝置送料輥式、夾持式、鉤式、其他傳件裝置、定向和翻轉(zhuǎn)裝置、分配裝置出料（件）收料架取料裝置接件裝置廢料（工件）處理切料裝置理件裝置其他自動保護裝置供料裝置

供料裝置主要是為送料裝置做準備工作。不同的原材料（板料、條料、卷料）采用的供料裝置不盡相同。如板料（條料）供料裝置通常具有貯料、頂料、吸料、提料、移料和釋料等功能。卷料通過卷料架來實現(xiàn)供料，帶動力的卷料架具有開卷功能。送料裝置為沖壓做原材料的自動送進。常用的送料裝置有輥式和夾持式兩種。輥式又有單邊輥式和雙邊輥式送料兩種型式，應(yīng)用較廣泛；夾持式送料易實現(xiàn)進給的微調(diào)，材料厚度變化及材料表面狀況對送料的影響小，材料送進時的張力較大。廢料處理裝置主要是對卷料經(jīng)沖壓后的廢料進行處理主要有兩種方法，即將廢料切斷或是將卷料重新卷繞。廢料切斷多數(shù)利用設(shè)在模具上的切刀進行，壓力機每一行程將廢料切斷一次，即廢料長度等于一個進給步距。接件裝置主要是令由沖壓模具中打出、頂出或推出的工件或工序件處于一定的位置，以便整理或輸送，保證操作安全。接件通過接件器在連桿、搖板、縮放、滑道、回轉(zhuǎn)等機構(gòu)與壓力機滑塊的聯(lián)動作用下實現(xiàn)。自動保護裝置主要是對沖壓加工過程中的原材料、進給、出件等狀況進行監(jiān)視，在原材料使用不符合要求、沖壓進給狀態(tài)異常、出件非正常逸出等情況下發(fā)出信號，使壓力機迅速停機。通過有接觸點和無觸點式兩種傳感方式進行，前者主要通過機械方式使電觸頭動作，后者通過電磁感應(yīng)、光電或β射線等取得信號。四、自動沖模具有自動進給、自動出件等功能的沖模稱為自動沖模，一般在普通壓力機上使用。按照進給對象，自動沖?？煞譃樵牧献詣舆M給和工序件（包括落料平片）自動進給兩類。前者按進給機構(gòu)形式又可分為輥式、夾持式和其他形式，其模具的自動進給部分與沖壓部分基本上是分開的；后者大都采用推板或回轉(zhuǎn)盤形式，其自動進給部分與沖壓部分難以分開。圖2-16夾持式自動送料沖模

1-支架2-斜契3-滾輪4-螺桿5、6-送料夾持器7-導(dǎo)板8-滾柱9-定料夾持器10-下座板11-彈簧圖2-17

通用自動出件校平模

1-支架2、3-彈簧4-小滑塊5-撥桿6-鉤

7-滑板8