自動(dòng)化制造系統(tǒng)課件：加工設(shè)備自動(dòng)化

加工設(shè)備自動(dòng)化2.1加工設(shè)備自動(dòng)化的意義及分類(lèi)2.2自動(dòng)化加工設(shè)備的特殊要求及實(shí)現(xiàn)方法2.3實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法和方案2.4數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床2.5加工中心2.6剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)2.7柔性制造單元2.8柔性制造系統(tǒng)2.9自動(dòng)線(xiàn)的輔助設(shè)備2.10實(shí)例視頻2.1加工設(shè)備自動(dòng)化的意義及分類(lèi)2.1.1加工設(shè)備自動(dòng)化的意義2.1.2自動(dòng)化加工設(shè)備的分類(lèi)2.1.3自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇與布局2.1.1加工設(shè)備自動(dòng)化的意義

加工設(shè)備工作過(guò)程自動(dòng)化可以縮短輔助時(shí)間，改善工人的勞動(dòng)條件和減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。單臺(tái)機(jī)床或加工設(shè)備的自動(dòng)化，能較好地滿(mǎn)足某個(gè)或幾個(gè)工序的加工半自動(dòng)化和自動(dòng)化的需要，為多機(jī)床管理創(chuàng)造了條件，是建立自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)和過(guò)渡到全盤(pán)自動(dòng)化的必要前提。加工設(shè)備的自動(dòng)化是零件整個(gè)機(jī)械加工工藝過(guò)程自動(dòng)化的基本問(wèn)題之一。2.1.2自動(dòng)化加工設(shè)備的分類(lèi)

按照不同生產(chǎn)率水平要求，自動(dòng)化加工設(shè)備主要有以下種類(lèi)。

1.全（半）自動(dòng)單機(jī)

2.專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)床

3.組合機(jī)床

4.數(shù)控機(jī)床

5.加工中心

6.柔性制造單元

7.加工自動(dòng)線(xiàn)2.1.3自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇與布局1.自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇

2.自動(dòng)化加工設(shè)備的布局

3.柔性制造系統(tǒng)的布局

1.自動(dòng)化加工設(shè)備的選擇

首先根據(jù)產(chǎn)品批量的大小以及產(chǎn)品變型品種數(shù)量的大小確定加工系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式。對(duì)于中小批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，可選用加工單元形式或可換多軸箱形式。對(duì)于大批量生產(chǎn)，可以選用自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)形式。對(duì)于多品種中小批量生產(chǎn)，選擇適當(dāng)?shù)膶?zhuān)用機(jī)床、數(shù)控機(jī)床或加工中心。

2.自動(dòng)化加工設(shè)備的布局

自動(dòng)化加工設(shè)備的布局形式是指組成自動(dòng)化加工系統(tǒng)的機(jī)床、輔助裝置以及聯(lián)接這些設(shè)備的工件傳送系統(tǒng)中各種裝置的平面和空間布置形式。它是由工件加工工藝、車(chē)間的自然條件、工件的輸送方式和生產(chǎn)綱領(lǐng)所決定的。自動(dòng)線(xiàn)的布局形式有多種如圖2.1所示。

1）旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

2）箱體、雜類(lèi)工件自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

1）旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（1）貫穿式。工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床之間，特點(diǎn)是上下料及傳送裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝卸料工件輔助時(shí)間短，布局緊湊，占地面積小，但影響工人通過(guò)，料道短，貯料有限，如圖2.2所示。1）旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（2）架空式。工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床的上空，輸送機(jī)械手懸掛在機(jī)床上空的架上，如圖2.3。機(jī)床布局呈橫向或縱向排列，工件傳送系統(tǒng)完成機(jī)床間的工件傳送及上下料。這種布局結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適于生產(chǎn)節(jié)拍較長(zhǎng)且各工序工作循環(huán)時(shí)間較均衡的軸類(lèi)零件。

1）旋轉(zhuǎn)體加工自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（3）側(cè)置式。如圖2.4所示，工件傳送系統(tǒng)設(shè)置在機(jī)床外側(cè)，機(jī)床呈縱向排列，傳送裝置設(shè)在機(jī)床的前方，安裝在地上。輸送料道還同時(shí)具有貯料作用。這種布局的自動(dòng)線(xiàn)有串聯(lián)和并聯(lián)兩種方式。2）箱體、雜類(lèi)工件自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（1）直線(xiàn)通過(guò)式和折線(xiàn)通過(guò)式。如圖2.5所示為直線(xiàn)通過(guò)式自動(dòng)線(xiàn)。步伐式輸送帶按一定節(jié)拍將工件依次送到各臺(tái)機(jī)床上加工，工件每次輸送一個(gè)步矩。工人在自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)起端上料，末端卸料。2）箱體、雜類(lèi)工件自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（2）框型?？蛐褪钦劬€(xiàn)式的封閉形式。框式布局更適用于輸送隨行夾具及尺寸較大和較重的工件自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，且可以節(jié)省隨行夾具的返回裝置，如圖2.6所示。

2）箱體、雜類(lèi)工件自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（3）環(huán)型。環(huán)型自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)工件的輸送軌道是回環(huán)形，多為中央帶立柱的環(huán)型線(xiàn)。它不需要高精度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，工件輸送精度只需滿(mǎn)足工件的初定位要求。

環(huán)型自動(dòng)線(xiàn)可以直接輸送工件，也可借助隨行夾具。

對(duì)于直接輸送工件的環(huán)型線(xiàn)，裝卸料可集中在一個(gè)工位。

對(duì)于隨行夾具輸送工件的環(huán)型線(xiàn)，不需要隨行夾具返回裝置。

2）箱體、雜類(lèi)工件自動(dòng)線(xiàn)的布局形式

（4）非通過(guò)式。非通過(guò)式布局的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，工件輸送不通過(guò)夾具，而是從夾具的一個(gè)方向送進(jìn)和拉出，使每個(gè)工位可能增加一個(gè)加工面，也可增設(shè)鏜模支架。

非通過(guò)式自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)適于由單機(jī)改裝聯(lián)成的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)，或工件不宜直接輸送而必須吊裝，以及工件各個(gè)加工表面需在一個(gè)工位加工的自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)。

3．柔性制造系統(tǒng)的布局

柔性制造系統(tǒng)的總體布局可以概括為以下幾種布置原則，如圖2.7所示。

1）隨機(jī)布置原則

2）功能原則（工藝原

則）

3）模塊式布置原則

4）加工單元布置原則

5）加工階段劃分原則1）隨機(jī)布置原則

如圖2.7（a），這種布局方法是將若干機(jī)床隨機(jī)地排列在一個(gè)長(zhǎng)方形的車(chē)間內(nèi)。它的缺點(diǎn)是很明顯的，只要多于三臺(tái)機(jī)床，運(yùn)輸路線(xiàn)就會(huì)非常復(fù)雜。2）功能原則（或叫工藝原則）

如圖2.7（b），這種方法是根據(jù)加工設(shè)備的功能，分門(mén)別類(lèi)地將同類(lèi)設(shè)備組織到一起，如車(chē)削設(shè)備、鏜銑設(shè)備、磨削設(shè)備等。這樣，工件的流動(dòng)方向是從車(chē)間的一頭流向另一頭。

這種布局方法的零件運(yùn)輸路線(xiàn)也比較復(fù)雜，因?yàn)楣ぷ鞯募庸ぢ肪€(xiàn)并不一定總是按車(chē)、銑、磨這樣的順序流動(dòng)。3）模塊式布置原則

如圖2.7（c），這種布局方式的車(chē)間是由若干功能類(lèi)似的獨(dú)立模塊組成。這種布局方式看來(lái)好像增加了生產(chǎn)能力的冗余度，但在應(yīng)酬緊急任務(wù)和意外事件方面有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

4）加工單元布置原則

如圖2.7（d），采用這種布局方式的車(chē)間，每一個(gè)加工單元都能完成相應(yīng)的一類(lèi)產(chǎn)品。這種構(gòu)思的產(chǎn)生是建立在成組技術(shù)思想基礎(chǔ)上的。

5）加工階段劃分原則

如圖2.7（e），將車(chē)間分為準(zhǔn)備加工階段、機(jī)械加工階段和特種加工階段。

2.2自動(dòng)化加工設(shè)備的特殊要求2.2.1高生產(chǎn)率2.2.2加工精度的高度一致性2.2.3自動(dòng)化加工設(shè)備的高度可靠性2.2.4自動(dòng)化加工設(shè)備的柔性表現(xiàn)為：

1.自動(dòng)變換加工程序的機(jī)能。

2.自動(dòng)完成多種產(chǎn)品或零件族加工的機(jī)能。

3.對(duì)加工順序及生產(chǎn)節(jié)拍隨機(jī)應(yīng)變的機(jī)能。

4.高效率的自動(dòng)化加工及自動(dòng)換刀機(jī)能。

5.自動(dòng)監(jiān)控及故障診斷機(jī)能。2.3實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法和方案2.3.1實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法

實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法概括有以下四種。

1.采用通用自動(dòng)化或半自動(dòng)機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

2.采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

3.采用專(zhuān)用機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

4.采用通用機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改裝實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化2.3.2單機(jī)自動(dòng)化方案2.3.1實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法1.采用通用自動(dòng)化或半自動(dòng)機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化這類(lèi)機(jī)床主要用于軸類(lèi)和盤(pán)套類(lèi)零件的加工自動(dòng)化，例如單軸自動(dòng)車(chē)床、多軸自動(dòng)車(chē)床或半自動(dòng)車(chē)床等。這類(lèi)自動(dòng)機(jī)床的最大特點(diǎn)是可以根據(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，即可加工不同零件，適合于大批量多品種生產(chǎn)。因此，這類(lèi)機(jī)床用比較廣泛。2.3.1實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法

2.采用組合機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

組合機(jī)床一般適合于箱體類(lèi)和雜件類(lèi)(如發(fā)機(jī)的連桿等）零件的平面、各種孔和孔系的加工自動(dòng)化。組合機(jī)床一般只能對(duì)一種（或一組）工件進(jìn)行加工，往往能在同一臺(tái)機(jī)床上對(duì)工件行多面、多孔和多工位加工，加工工序可高度集中，具有很高的生產(chǎn)率。

組合機(jī)床具有設(shè)計(jì)、制造周期短，投資省的優(yōu)點(diǎn)，是箱體類(lèi)零件和雜體類(lèi)零件大批量生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的最主要手段。

2.3.1實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法

3.采用專(zhuān)用機(jī)床實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

專(zhuān)用機(jī)床是為一種零件（或一組相似的零件）的一個(gè)加工工序而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的自動(dòng)化機(jī)床。專(zhuān)用機(jī)床的結(jié)構(gòu)和部件一般都是專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)和單獨(dú)制造的，這類(lèi)機(jī)床的設(shè)計(jì)、制造時(shí)間往往較長(zhǎng)，投資也較多。

因此采用這類(lèi)機(jī)床時(shí)，必須考慮以下基本原則：

1）被加工的工件必須結(jié)構(gòu)定型；2）工件的加工工藝必須是合理可靠的；3）采用新的方案時(shí)，必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能試驗(yàn)；4）必須進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析。

2.3.1實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的方法

4.對(duì)通用機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改裝實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化

為了充分發(fā)揮設(shè)備潛力，可以通過(guò)對(duì)通用機(jī)床進(jìn)行局部改裝，增加或配置自動(dòng)上、下料裝置和機(jī)床的自動(dòng)工作循環(huán)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化。

改裝涉及的問(wèn)題比較復(fù)雜，必須有選擇地進(jìn)行改裝?？偟膩?lái)說(shuō)，機(jī)床改裝的投資少，見(jiàn)效快，能充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的潛力，是實(shí)現(xiàn)單機(jī)自動(dòng)化的重要途徑。

2.3.2單機(jī)自動(dòng)化方案

單機(jī)的“自動(dòng)”主要體現(xiàn)在自動(dòng)化機(jī)床的加工循環(huán)自動(dòng)化、裝卸工件自動(dòng)化、刀具自動(dòng)化和檢測(cè)自動(dòng)化四個(gè)方面，其自動(dòng)化大大減少了空程輔助時(shí)間，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和勞動(dòng)生產(chǎn)率。

1.加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化

2.裝卸工件自動(dòng)化

3.自動(dòng)換刀裝置（刀具自動(dòng)化）

1.加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化

加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)循環(huán)是指在工件的一個(gè)工序的加工過(guò)程中，機(jī)床刀具和工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)的循環(huán)過(guò)程。實(shí)現(xiàn)機(jī)床運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化，切削加工過(guò)程就可以自動(dòng)進(jìn)行。自動(dòng)循環(huán)可以通過(guò)機(jī)械傳動(dòng)、液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)—液壓傳動(dòng)方法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于比較復(fù)雜的加工循環(huán)，一般采用繼電器程序控制器控制其動(dòng)作，采用擋塊或各種傳感器控制其運(yùn)動(dòng)行程。1.加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化1）機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化主要實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的接通及停止和快速空行程運(yùn)動(dòng)及工作進(jìn)給的自動(dòng)轉(zhuǎn)換。運(yùn)動(dòng)的接通和停止有三種方式，分別是凸輪控制、擋塊—杠桿控制、擋塊—開(kāi)關(guān)—離合器控制。

2）氣動(dòng)和液壓傳動(dòng)的自動(dòng)循環(huán)在機(jī)床改裝中．還經(jīng)常采用氣動(dòng)—液壓傳動(dòng)，即用壓縮空氣作動(dòng)力，用液壓系統(tǒng)中的阻尼作用使運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)和便于調(diào)速。

1.加工過(guò)程運(yùn)動(dòng)循環(huán)自動(dòng)化

動(dòng)力氣缸與阻尼液壓缸有串聯(lián)和并聯(lián)兩種形式。實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)和液壓自動(dòng)工作循環(huán)的方法相同，都是通過(guò)方向閥來(lái)控制。液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中，運(yùn)動(dòng)的接通和切斷靠換向閥控制，可以切斷液壓源或用固定擋塊來(lái)使運(yùn)動(dòng)停止。

2.裝卸工件自動(dòng)化

機(jī)床實(shí)現(xiàn)加工循環(huán)自動(dòng)化之后，還只是半自動(dòng)機(jī)床，在半自動(dòng)機(jī)床上配備自動(dòng)裝卸工件裝置后，即成為自動(dòng)機(jī)床。自動(dòng)裝卸工件裝置通常稱(chēng)為自動(dòng)上料裝置，它所完成的工作包括將工件自動(dòng)安裝到機(jī)床夾具上，以及加工完成后從夾具中卸下工件。其中的重要部分為自動(dòng)上科過(guò)程采用的各種機(jī)構(gòu)和裝備，而卸料機(jī)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上比較簡(jiǎn)單，原理上與上料裝置類(lèi)似。

自動(dòng)上料裝置有以下三大類(lèi)型

1）卷料（或帶料）上料裝置。當(dāng)以卷料或帶料作毛坯時(shí)，將毛坯裝上自動(dòng)送料機(jī)構(gòu)，然后從軸卷上拉出來(lái)經(jīng)過(guò)自動(dòng)校直被送向加工位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是連續(xù)進(jìn)行的。

2）棒料上料裝置。將一定長(zhǎng)度的棒料裝在機(jī)床上，按每一工件所需的長(zhǎng)度自動(dòng)送料。在用完一根棒料之后，需要進(jìn)行一次手工裝料。

3）單件毛坯上料裝置。

單件毛坯自動(dòng)上料裝置有料倉(cāng)式上料裝置和料斗式上料裝置兩種形式。

料倉(cāng)式上料裝置是一種半自動(dòng)上料裝置，不能使工件自動(dòng)定向，需要由工人定時(shí)將一批工件按照一定的方向和位置，順序排列在料倉(cāng)中，然后由送料機(jī)構(gòu)將工件逐個(gè)送到機(jī)床夾具中去。

料斗式上料裝置是自動(dòng)化的上料裝置，工人將單個(gè)工件成批地任意倒進(jìn)料斗后，料斗中的定向機(jī)構(gòu)能將雜亂堆放的工件進(jìn)行自動(dòng)定向，使之按規(guī)定的方位整齊排列，并按一定的生產(chǎn)節(jié)拍把工件送到機(jī)床夾具中去。

圖2.11所示為這兩種自動(dòng)上料裝置的原理圖。

圖2.11（a）、（b）所示是料倉(cāng)式上料裝置，可以適當(dāng)加長(zhǎng)輸料槽使之兼有料倉(cāng)的作用，。

圖2.11（c）所示是料斗式上料裝置，在料斗上還設(shè)有剔除器3，用以防止定向不正確的工件混入輸料槽。

料斗式上料裝置由于能夠?qū)崿F(xiàn)工件的自動(dòng)定向，因而能進(jìn)一步減輕工人的體力勞動(dòng)，便于多機(jī)床管理。這種裝置多適用于工件外形比較簡(jiǎn)單，體積和質(zhì)量都比較小，而且生產(chǎn)節(jié)拍短，要求頻繁上料的場(chǎng)合。料倉(cāng)式上料裝置雖然需要工人周期性地將工件按規(guī)定的方向和順序進(jìn)行裝料，但結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，工作可靠性較強(qiáng)，適用于工件外形較復(fù)雜、尺寸和質(zhì)量較大以及加工周期比較長(zhǎng)的情況。

近年來(lái)，在各種類(lèi)型的自動(dòng)化機(jī)床上，廣泛應(yīng)用了機(jī)械手來(lái)實(shí)現(xiàn)裝卸工件自動(dòng)化。它從料倉(cāng)或輸料槽中抓取工件，直接送入機(jī)床夾具；當(dāng)工件加工完成后，也能從夾具中把工件卸到固定的地點(diǎn)。

機(jī)械手代替了圖2.11（d）中送料器8、上料桿7和卸料桿9的作用。所以，從作用原理上看，仍然可以把它當(dāng)作上述兩類(lèi)上料裝置的組成部分。

3.自動(dòng)換刀裝置（刀具自動(dòng)化）

在自動(dòng)化加工中，要減少換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)率，實(shí)現(xiàn)加工過(guò)程中的換刀自動(dòng)化就需要刀架轉(zhuǎn)位自動(dòng)化，自動(dòng)轉(zhuǎn)位刀架應(yīng)當(dāng)有較高的重復(fù)定位精度和剛性，應(yīng)便于控制。刀架的轉(zhuǎn)位可以由刀架的退刀（回程）運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)，也可以由單獨(dú)的電動(dòng)機(jī)、氣缸等帶動(dòng)。由退刀運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)位，不需單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)源，而用擋塊和杠桿操縱。2.4數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床

數(shù)控機(jī)床是—種高科技的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是由數(shù)控裝置、伺服驅(qū)動(dòng)裝置、機(jī)床主體和其他輔助裝置構(gòu)成的可編程的通用加工設(shè)備，它被廣泛應(yīng)用在加工制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)控機(jī)床最適宜加工結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、精度要求高的零件，以及產(chǎn)品更新頻繁、生產(chǎn)周期要求短的多品種小批量零件的生產(chǎn)。現(xiàn)在的數(shù)控機(jī)床正朝著高速度、高精度化、智能化、多功能化、高可靠性等方向發(fā)展。2.4數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床2.4.1概述及特點(diǎn)(看書(shū)自學(xué))

2.4.2NC與CNC的定義2.4.3數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的基本構(gòu)成2.4.4數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)2.4.5數(shù)控機(jī)床的基本技術(shù)

(看書(shū)自學(xué))

2.4.2NC與CNC的定義1.數(shù)字控制（NumericalControl，NC）：用數(shù)字化信號(hào)對(duì)機(jī)床的運(yùn)動(dòng)及其加工過(guò)程進(jìn)行控制的一種方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為數(shù)控。2.數(shù)控機(jī)床（NCMachine）：是一種裝有程序控制系統(tǒng)的機(jī)床，該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼或其他符號(hào)編碼指令規(guī)定的程序。2.4.2NC與CNC的定義3.數(shù)控系統(tǒng)（NCSystem）：

就是上述定義中所指的程序控制系統(tǒng)，能自動(dòng)閱讀輸入載體上事先給定的程序，并將其譯碼，從而控制機(jī)床運(yùn)動(dòng)和加工零件過(guò)程。4.計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)（ComputerizedNumericalControlSystem，CNC）：

是一種數(shù)控系統(tǒng)，由裝有數(shù)控系統(tǒng)程序的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)、輸入/輸出設(shè)備、可編程序控制器（PLC）、存儲(chǔ)器、主軸驅(qū)動(dòng)及進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置等部分組成。習(xí)慣上稱(chēng)為CNC系統(tǒng)。2.4.3數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)的基本構(gòu)成

數(shù)控機(jī)床基本結(jié)構(gòu)如圖2.l3所示，包括加工程序、輸入裝置、數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、輔助控制裝置、檢測(cè)裝置及機(jī)床本體等幾部分。

數(shù)控機(jī)床完成的基本動(dòng)作主要有以下幾種:

1.主軸運(yùn)動(dòng)。和普通機(jī)床一樣，主運(yùn)動(dòng)主要完成切削任務(wù)，其動(dòng)力占整個(gè)機(jī)床動(dòng)力的70%～80%?；究刂剖侵鬏S的正、反轉(zhuǎn)和停止，可自動(dòng)換擋及無(wú)級(jí)調(diào)速。對(duì)加工中心和有些數(shù)控車(chē)床還必須具有定向控制和C軸控制。

2.進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床最根本的區(qū)別在于，用電氣驅(qū)動(dòng)替代了機(jī)械驅(qū)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)由進(jìn)給伺服系統(tǒng)完成，伺服系統(tǒng)包括伺服驅(qū)動(dòng)裝置、伺服電動(dòng)機(jī)、進(jìn)給傳動(dòng)及位置檢測(cè)裝置。

3.輸入/輸出（I/O）。數(shù)控系統(tǒng)對(duì)加工程序處理后輸出的控制信號(hào)除了對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行連續(xù)控制外，還要對(duì)機(jī)床的各種狀態(tài)進(jìn)行控制。這些狀態(tài)控制包括主軸的變速控制，主軸的正、反轉(zhuǎn)及停止，冷卻和潤(rùn)滑裝置的啟動(dòng)和停止，刀具自動(dòng)交換，工件夾緊和放松及分度工作臺(tái)轉(zhuǎn)位等。2.4.4數(shù)控機(jī)床的分類(lèi)

數(shù)控機(jī)床的種類(lèi)很多，按不同的分類(lèi)方法可以分成不同類(lèi)別，歸納起來(lái)主要有以下幾種分類(lèi)方式。

1.按運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)

2.按用途分類(lèi)

3.按進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)分類(lèi)

4.按數(shù)控裝置分類(lèi)

1.運(yùn)動(dòng)軌跡分類(lèi)。它可分為點(diǎn)位控制系統(tǒng)、直線(xiàn)控制系統(tǒng)、輪廓控制系統(tǒng)。

點(diǎn)位控制系統(tǒng)控制刀具相對(duì)于工件定位點(diǎn)的坐標(biāo)位置，對(duì)定位移動(dòng)的軌跡無(wú)要求，在定位移動(dòng)過(guò)程中不進(jìn)行切削加工，如數(shù)控鉆床、數(shù)控坐標(biāo)鏜床等。

直線(xiàn)控制系統(tǒng)是指能控制刀具或工作臺(tái)以給定的速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸方向進(jìn)行直線(xiàn)切削加工的控制系統(tǒng)，如數(shù)控車(chē)床、數(shù)控鏜、銑床和加工中心等。

輪廓控制系統(tǒng)也稱(chēng)為連續(xù)控制系統(tǒng)，它能對(duì)兩個(gè)或兩個(gè)以上的坐標(biāo)軸同時(shí)進(jìn)行連續(xù)控制，在加工過(guò)程中，需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度和位移控制。采用輪廓控制系統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床的功能比較完善。

2.按用途分類(lèi)。它可分為金屬切削類(lèi)、金屬成型類(lèi)數(shù)控機(jī)床和數(shù)控特種加工機(jī)床。

金屬切削類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控車(chē)、銑、鉆、鏜、磨床等。

金屬成型類(lèi)機(jī)床主要有數(shù)控折彎?rùn)C(jī)、彎管機(jī)和壓力機(jī)等。

數(shù)控特種加工機(jī)床主要有數(shù)控線(xiàn)切割機(jī)床、電火花加工機(jī)床和激光加工機(jī)床等。

3.按進(jìn)給伺服控制系統(tǒng)分類(lèi)。它可分為開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)、閉環(huán)伺服系統(tǒng)和半閉環(huán)伺服系統(tǒng)。

開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)不進(jìn)行位置檢測(cè)，多采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或電液脈沖馬達(dá)作為伺服驅(qū)動(dòng)元件，其控制精度較低。

閉環(huán)伺服系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際移動(dòng)位移，并將其反饋回伺服控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)通過(guò)與理想值相比較，從而調(diào)整工作臺(tái)的位移偏差。這種方式控制精度高、速度快，但系統(tǒng)復(fù)雜、成本高。

半閉環(huán)伺服系統(tǒng)與閉環(huán)伺服系統(tǒng)的區(qū)別在于，檢測(cè)裝置是檢測(cè)伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角而不是檢測(cè)工作臺(tái)的實(shí)際位置。它的構(gòu)造成本比閉環(huán)伺服系統(tǒng)要低、調(diào)試容易些，精度比開(kāi)環(huán)伺服系統(tǒng)高。

4.按數(shù)控裝置分類(lèi)。它可分為硬線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)和軟線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)。

硬線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)由專(zhuān)用的固定組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)，其靈活性差、制造成本高，現(xiàn)在基本不采用。

軟線(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)由小型或微型計(jì)算機(jī)和一些通用或?qū)Ｓ玫募呻娐窐?gòu)成，其主要功能由軟件實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)的適應(yīng)性強(qiáng)、利用率高、構(gòu)造成本相對(duì)較低。2.4.5數(shù)控機(jī)床的基本技術(shù)

1.數(shù)控編程技術(shù)

2.數(shù)控機(jī)床插補(bǔ)原理

3.數(shù)控機(jī)床的伺服控制系統(tǒng)

5.數(shù)控系統(tǒng)的刀具補(bǔ)償

4.數(shù)控機(jī)床的位置檢測(cè)裝置

6.數(shù)控機(jī)床中新技術(shù)的應(yīng)用2.5加工中心2.5.1加工中心的基本概念2.5.2加工中心的技術(shù)特點(diǎn)、加工精度、類(lèi)型

與適用范圍2.5.3加工中心的典型自動(dòng)化機(jī)構(gòu)2.5.4臥式加工中心的布局結(jié)構(gòu)形式2.5.5立式加工中心2.5.6五面加工中心2.5.1加工中心的基本概念

加工中心是備有刀庫(kù)并能自動(dòng)更換刀具對(duì)工件進(jìn)行多工序集中加工的數(shù)控機(jī)床。工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序（或工步）自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及實(shí)現(xiàn)其他輔助功能，依次完成工件多種工序的加工。通常，加工中心僅指主要完成鏜銑加工的加工中心。2.5.1加工中心的基本概念

現(xiàn)已擴(kuò)展到各種類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床，例如車(chē)削中心、滾齒中心、磨削中心等。并出現(xiàn)了能實(shí)現(xiàn)切削、磨削以及特種加工的復(fù)合加工中心。加工中心具有刀具庫(kù)及自動(dòng)換刀機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、交換工作臺(tái)等，有的加工中心還具有可交換式主軸頭或臥——立式主軸。

2.5.1加工中心的基本概念

加工中心和普通數(shù)控機(jī)床的主要區(qū)別有以下四點(diǎn)：

1.有自動(dòng)換刀裝置（包括刀庫(kù)和換刀機(jī)械手），能實(shí)現(xiàn)工序間的自動(dòng)換刀，這是加工中心最突出的標(biāo)志性結(jié)構(gòu)。

2.三坐標(biāo)以上的全數(shù)字控制。

3.具有多工序的功能。

4.可配置自動(dòng)更換的雙工作臺(tái)，實(shí)現(xiàn)機(jī)床上、下料的自動(dòng)化。2.5.1加工中心的基本概念

世界上第一臺(tái)加工中心是在1958年由美國(guó)卡尼一特雷克公司研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動(dòng)換刀裝置，從而實(shí)現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進(jìn)行銑削、削鉆、鏜削、鉸削和攻螺紋等多種工序的集中加工。目前，一些主要經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國(guó)家如美、德、日等都把發(fā)展加工中心作為發(fā)展數(shù)控機(jī)床的首要任務(wù)，它的發(fā)展直接關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全。2.5.2加工中心的技術(shù)特點(diǎn)、加工精度、類(lèi)型與適用范圍

1.加工中心的技術(shù)特點(diǎn)加工中心的技術(shù)特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下四個(gè)方面：

1）帶有自動(dòng)換刀裝置（ATC）。

2）加上托板自動(dòng)交換裝置（APC）。

3）“柔性”大，換品種調(diào)整方便。

4）生產(chǎn)率高。2.5.2加工中心的技術(shù)特點(diǎn)、加工精度、類(lèi)型與適用范圍

2.加工中心的加工精度

加工中心的加工精度主要與其位置精度有關(guān)，加工孔的位置精度（例如孔距誤差）大約是相關(guān)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)定位精度的1.5倍。銑圓精度是綜合評(píng)價(jià)加工中心相關(guān)數(shù)控軸的伺服跟隨運(yùn)動(dòng)特性和數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能的指標(biāo)，其允差普通級(jí)為0.03~0.04mm，精密級(jí)為0.02mm。

2.5.2加工中心的技術(shù)特點(diǎn)、加工精度、類(lèi)型與適用范圍

3.加工中心的類(lèi)型與適用范圍見(jiàn)表2-1。

2.5.3加工中心的典型自動(dòng)化機(jī)構(gòu)

加工中心必須具有刀具庫(kù)及刀具自動(dòng)交換機(jī)構(gòu)，還有單臂和雙臂換刀機(jī)械手，180°布置的雙臂機(jī)械手應(yīng)用最普遍。

1.自動(dòng)換刀與刀庫(kù)。加工中心刀具的存取方式有順序方式和隨機(jī)方式，刀具隨機(jī)存取是最主要方式。

2.觸發(fā)式測(cè)頭測(cè)量系統(tǒng)。用于循環(huán)測(cè)量，觸發(fā)式測(cè)頭具有三維測(cè)量功能，測(cè)量系統(tǒng)信號(hào)的傳輸和接收除紅外輻射式外，常用的還有電磁耦合式。

2.5.3加工中心的典型自動(dòng)化機(jī)構(gòu)

3.刀具長(zhǎng)度測(cè)量系統(tǒng)。用以檢查刀具長(zhǎng)度正確性以及刀具折斷、破損現(xiàn)象，也可以用觸發(fā)式測(cè)頭檢測(cè)刀具長(zhǎng)度的變化。

4.回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。是臥式加工中心實(shí)現(xiàn)B軸運(yùn)動(dòng)的部件，B軸的運(yùn)動(dòng)可作為分度運(yùn)動(dòng)或進(jìn)給運(yùn)動(dòng)?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)有兩種結(jié)構(gòu)形式，僅用于分度的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用鼠齒盤(pán)定位。用于進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)用伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。加工中心的交換工作臺(tái)和托盤(pán)交換裝置配合使用，實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)更換。2.5.4臥式加工中心的布局結(jié)構(gòu)形式

臥式加工中心的主要運(yùn)動(dòng)包括三個(gè)移動(dòng)軸（X、Y、Z）和一個(gè)回轉(zhuǎn)軸（B軸），在四個(gè)運(yùn)動(dòng)軸的分配上，四個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)既可以分配給刀具，也可以分配給工件，或者由工件和刀具共同來(lái)完成。從目前機(jī)床結(jié)構(gòu)看，回轉(zhuǎn)軸一般都由工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)來(lái)完成（B軸），所以機(jī)床的布局主要在三個(gè)移動(dòng)軸的分配上。其移動(dòng)軸的主要結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)如表2-2所示。2.5.4臥式加工中心的布局結(jié)構(gòu)形式2.5.5立式加工中心

立式加工中心是指主軸軸線(xiàn)與工作臺(tái)垂直設(shè)置的加工中心，主要適用于加工板類(lèi)、盤(pán)類(lèi)、模具及小型殼體類(lèi)復(fù)雜零件。能完成銑削、鏜削、鉆削、攻螺紋等工序。立式加工中心最少是三軸二聯(lián)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)三軸三聯(lián)動(dòng)，有的可進(jìn)行五軸、六軸控制。對(duì)箱體類(lèi)工件加工范圍小，但裝夾、定位方便、刀具運(yùn)動(dòng)軌跡易觀(guān)察、調(diào)試程序檢查測(cè)量方便、切屑易排除和掉落、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積較小，價(jià)格較低。2.5.5立式加工中心

立式加工中心分類(lèi)一般如下：

1.依據(jù)導(dǎo)軌分類(lèi)。依據(jù)立式加工中心各軸導(dǎo)軌的形式可分硬軌及線(xiàn)軌。硬軌適合重切削，線(xiàn)軌運(yùn)動(dòng)更靈敏。

2.依據(jù)轉(zhuǎn)速分類(lèi)。立式加工中心主軸轉(zhuǎn)速6000~l5000r/min為低速型，l8000r/min以上為高速型。

3.依據(jù)結(jié)構(gòu)分類(lèi)。依據(jù)立式加工中心的床身結(jié)構(gòu)可分為C型及龍門(mén)型。2.5.6五面加工中心

五面加工中心是在工件一次裝夾后，能完成除安裝底面外的五個(gè)面的加工設(shè)備，兼有立式和臥式加工中心的功能。常見(jiàn)的五面加工中心有兩種形式，一種是主軸按相應(yīng)角度旋轉(zhuǎn)，可成為立式加工中心或臥式加工中心；另一種是工作臺(tái)帶著工件作旋轉(zhuǎn)，主軸不改變方向而實(shí)現(xiàn)五面加工。無(wú)論是哪種五面加工中心都存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)昂貴的缺點(diǎn)。2.5.6五面加工中心

五面加工中心的坐標(biāo)系統(tǒng)如圖2.24所示。

2.6剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)

機(jī)械加工自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)（簡(jiǎn)稱(chēng)自動(dòng)線(xiàn)）是一組用運(yùn)輸機(jī)構(gòu)聯(lián)系起來(lái)的由多臺(tái)自動(dòng)機(jī)床（或工位）、工件存放裝置以及統(tǒng)一自動(dòng)控制裝置等組成的自動(dòng)加工機(jī)器系統(tǒng)。2.6.1自動(dòng)線(xiàn)的特征2.6.2自動(dòng)線(xiàn)的組成2.6.3自動(dòng)線(xiàn)的類(lèi)型2.6.4自動(dòng)線(xiàn)的控制系統(tǒng)2.6.1自動(dòng)線(xiàn)的特征

自動(dòng)線(xiàn)能減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，并大大提高勞動(dòng)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，加速流動(dòng)資金的周轉(zhuǎn)和降低產(chǎn)品成本。自動(dòng)線(xiàn)的加工對(duì)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。由于其初始投資較多，自動(dòng)線(xiàn)只適用于大批量的生產(chǎn)場(chǎng)合。2.6.1自動(dòng)線(xiàn)的特征

自動(dòng)線(xiàn)是在流水線(xiàn)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它具有較高的自動(dòng)化程度和統(tǒng)一的自動(dòng)控制系統(tǒng)，并具有比流水線(xiàn)更為嚴(yán)格的生產(chǎn)節(jié)奏性。在自動(dòng)線(xiàn)的工作過(guò)程中，工件以一定的生產(chǎn)節(jié)拍，按照工藝順序自動(dòng)地經(jīng)過(guò)各個(gè)工位，在不需工人直接參與的情況下，自行完成預(yù)定的工藝過(guò)程，最后成為合乎設(shè)計(jì)要求的制品。2.6.2自動(dòng)線(xiàn)的組成

自動(dòng)線(xiàn)通常由工藝設(shè)備、質(zhì)量檢查裝置、控制和監(jiān)視系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)以及各種輔助設(shè)備等所組成。其基本部分如圖2.25所示。2.6.2自動(dòng)線(xiàn)的組成

如圖2.26所示了常見(jiàn)的加工箱體類(lèi)零件的組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)。從圖中可以看出，該自動(dòng)線(xiàn)主要由三臺(tái)組合機(jī)床1、2和3，輸送帶4，輸送帶傳動(dòng)裝置5，轉(zhuǎn)位臺(tái)6，轉(zhuǎn)位鼓輪7，夾具8，切屑運(yùn)輸裝置9，液壓站10以及操縱臺(tái)11等所組成。2.6.2自動(dòng)線(xiàn)的組成2.6.3自動(dòng)線(xiàn)的類(lèi)型

自動(dòng)線(xiàn)的類(lèi)型可從以下三方面分類(lèi)。

1.按工件外形和工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)

2.按所用的工藝設(shè)備類(lèi)型分類(lèi)

3.按設(shè)備連接方式分類(lèi)1.按工件外形和工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)

1）旋轉(zhuǎn)體工件加工自動(dòng)線(xiàn)這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)由自動(dòng)化通用機(jī)床、自動(dòng)化改裝的通用機(jī)床或用機(jī)床組成，用于加工軸、盤(pán)及環(huán)類(lèi)工件，在切削加工過(guò)程中工件旋轉(zhuǎn)。這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)完成的典型工藝是：車(chē)外圓、車(chē)內(nèi)孔、車(chē)槽、車(chē)螺紋、磨外圓、磨內(nèi)孔、磨端面、磨糟等。1.按工件外形和工件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分類(lèi)

2）箱體、雜類(lèi)工件加工自動(dòng)線(xiàn)這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)由組合機(jī)床或?qū)Ｓ脵C(jī)床組成，在切削過(guò)程中工件固定不動(dòng)，可以對(duì)工件進(jìn)行多刀、多軸、多面加工。這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)完成的典型工藝是：鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔、銑平面、銑槽、車(chē)端面、套車(chē)短外圓、加工內(nèi)外螺紋以及徑向切槽等。隨著技術(shù)的發(fā)展，車(chē)削、磨削、拉削、仿形加工、珩磨、研磨等工序也納入了組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)。2.按所用的工藝設(shè)備類(lèi)型分類(lèi)

1）通用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)多數(shù)是在流水線(xiàn)基礎(chǔ)上，利用現(xiàn)有的通用機(jī)床進(jìn)行自動(dòng)化改裝后聯(lián)成的。其建線(xiàn)周期短、制造成本低、收效快，一般多用于加工盤(pán)類(lèi)、環(huán)類(lèi)、軸、套、齒輪等中小尺寸、較簡(jiǎn)單的工件。2.按所用的工藝設(shè)備類(lèi)型分類(lèi)

2）專(zhuān)用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)所采用的工藝設(shè)備以專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)床為主。專(zhuān)用自動(dòng)機(jī)床由于是針對(duì)某一種（或某一組）產(chǎn)品零件的某一工序而設(shè)計(jì)制造的，因而其建線(xiàn)費(fèi)用較高。這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)主要針對(duì)結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定、生產(chǎn)綱領(lǐng)比較大的產(chǎn)品。2.按所用的工藝設(shè)備類(lèi)型分類(lèi)

3）組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)用組合機(jī)床連成的自動(dòng)線(xiàn)，在大批量生產(chǎn)中日益得到普遍的應(yīng)用。由于組合機(jī)床設(shè)計(jì)周期短，制造成本低，而且已經(jīng)在生產(chǎn)中積累了較豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，因此組合機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)能收到較好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)在目前大多用于箱體、雜類(lèi)工件的鉆、擴(kuò)、餃、鏜、攻螺紋和銑削等工序。3.按設(shè)備連接方式分類(lèi)

1）剛性連接的自動(dòng)線(xiàn)在這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)中沒(méi)有貯料裝置，機(jī)床按照工藝順序依次排列，工件由輸送裝置從一個(gè)工位傳送到下一工位，直到加工完畢。其工件的加工和輸送過(guò)程具有嚴(yán)格的節(jié)奏性，當(dāng)一個(gè)工位出現(xiàn)故障時(shí)，會(huì)引起全線(xiàn)停車(chē)。因此，這種自動(dòng)線(xiàn)采用的機(jī)床和輔助設(shè)備都要具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。3.按設(shè)備連接方式分類(lèi)

2）柔性連接的自動(dòng)線(xiàn)在這類(lèi)自動(dòng)線(xiàn)中設(shè)有必要的貯料裝置，可以在每臺(tái)機(jī)床之間或相隔若干工位設(shè)置貯料裝置，貯備一定數(shù)量的工件，當(dāng)一臺(tái)機(jī)床（或一段）因故障停車(chē)時(shí)，其上下工位（或工段）的機(jī)床在一定時(shí)間內(nèi)可以繼續(xù)工作。2.6.4自動(dòng)線(xiàn)的控制系統(tǒng)

自動(dòng)線(xiàn)按照嚴(yán)格的工藝順序依靠控制系統(tǒng)將自動(dòng)機(jī)床和輔助設(shè)備連成一個(gè)有機(jī)的整體，以完成預(yù)定的連續(xù)的自動(dòng)工作循環(huán)。自動(dòng)線(xiàn)的可靠性在很大程度上決定于控制系統(tǒng)的完善程度和可靠性。自動(dòng)線(xiàn)的控制系統(tǒng)可分為三種基本類(lèi)型：行程控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)和混合控制系統(tǒng)。行程控制系統(tǒng)

行程控制系統(tǒng)沒(méi)有統(tǒng)一發(fā)出信號(hào)的主令控制裝置，每一運(yùn)動(dòng)部件或機(jī)構(gòu)在完成預(yù)定的動(dòng)作后發(fā)出執(zhí)行信號(hào)，啟動(dòng)下一個(gè)（或一組）運(yùn)動(dòng)部件或機(jī)構(gòu)，如此連續(xù)下去直到完成自動(dòng)線(xiàn)的工作循環(huán)。由于控制信號(hào)一般是利用觸點(diǎn)式或無(wú)觸點(diǎn)式行程開(kāi)關(guān)，在執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定的行程量或到達(dá)預(yù)定位置后發(fā)出，因而稱(chēng)之為行程控制系統(tǒng)。行程控制系統(tǒng)

行程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較簡(jiǎn)單，電氣控制元件的通用性強(qiáng)，成本較低。在自動(dòng)循環(huán)過(guò)程中，若前一動(dòng)作沒(méi)有完成，后一動(dòng)作就得不到啟動(dòng)信號(hào)，因而控制系統(tǒng)本身具有一定的互鎖性。當(dāng)順序動(dòng)作的部件或機(jī)構(gòu)較多時(shí)，行程控制系統(tǒng)不利于縮短自動(dòng)線(xiàn)的工作節(jié)拍；同時(shí)，控制線(xiàn)路電器元件增多，接線(xiàn)和安裝會(huì)變得復(fù)雜。集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)由統(tǒng)一的主令控制器發(fā)出各運(yùn)動(dòng)部件和機(jī)構(gòu)順序工作的控制信號(hào)。一般主令控制器的結(jié)構(gòu)原理是在連續(xù)或間歇回轉(zhuǎn)的分配軸上安裝若干凸輪，按調(diào)整好的順序依次作用在行程開(kāi)關(guān)或液壓（或氣動(dòng)）閥上；或在分配圓盤(pán)上安裝電刷，依次接通電觸點(diǎn)以發(fā)出控制信號(hào)。分配軸每轉(zhuǎn)動(dòng)一周，自動(dòng)線(xiàn)就完成一個(gè)工作循環(huán)。集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)是按預(yù)定的時(shí)間間隔發(fā)出控制信號(hào)的，所以也稱(chēng)為“時(shí)間控制系統(tǒng)”。集中控制系統(tǒng)電氣線(xiàn)路簡(jiǎn)單，所用控制元件較少，但其沒(méi)有行程控制系統(tǒng)那樣嚴(yán)格的連鎖性，后一機(jī)構(gòu)按一定時(shí)間得到啟動(dòng)信號(hào)，與前一機(jī)構(gòu)是否已完成了預(yù)定的工作無(wú)關(guān)，可靠性較差。集中控制系統(tǒng)適用于比較簡(jiǎn)單的自動(dòng)線(xiàn)，在要求互鎖的環(huán)節(jié)上，應(yīng)設(shè)置必要的連鎖保護(hù)機(jī)構(gòu)?；旌峡刂葡到y(tǒng)

混合控制系統(tǒng)綜合了行程控制系統(tǒng)和集中控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)自動(dòng)線(xiàn)的具體情況，將某些要求連鎖的部件或機(jī)構(gòu)用行程控制，以保證安全可靠，其余無(wú)連鎖關(guān)系的動(dòng)作則按時(shí)間控制，以簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)。混合控制系統(tǒng)大多在通用機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)和專(zhuān)用（非組合）機(jī)床自動(dòng)線(xiàn)中應(yīng)用。2.7柔性制造單元

2.7.1概述2.7.2柔性制造單元的組成形式2.7.3柔性制造單元的特點(diǎn)和應(yīng)用2.7.4柔性制造單元的發(fā)展趨勢(shì)2.7.1概述1967年Molins公司研制了第一個(gè)柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）。FMS的產(chǎn)生標(biāo)志著傳統(tǒng)的機(jī)械制造行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)發(fā)展變革的新時(shí)代，自其誕生以來(lái)就顯示出強(qiáng)大的生命力。它克服了傳統(tǒng)的剛性自動(dòng)線(xiàn)只適用于大量生產(chǎn)的局限性，表現(xiàn)出了對(duì)多品種、中小批量生產(chǎn)制造自動(dòng)化的適應(yīng)能力。2.7.1概述1975年，出現(xiàn)了柔性制造單元（FlexibleManufacturingCell，F(xiàn)MC），它是FMS向大型化、自動(dòng)化工廠(chǎng)發(fā)展時(shí)的另一個(gè)發(fā)展方向—向廉價(jià)化、小型化發(fā)展的產(chǎn)物。

FMC本身具備了FMS絕大部分的特性和功能，因此FMC可以看作獨(dú)立的最小規(guī)模的FMS。2.7.1概述

柔性制造單元通常由1~3臺(tái)數(shù)控加工設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人、工件交換系統(tǒng)以及物料運(yùn)輸存儲(chǔ)設(shè)備構(gòu)成。它具有獨(dú)立的自動(dòng)加工功能，一般具有工件自動(dòng)傳送和監(jiān)控管理功能，以適應(yīng)于加工多品種、中小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)，是實(shí)現(xiàn)柔性化和自動(dòng)化的理想手段。

FMC的投資比FMS小，技術(shù)上容易實(shí)現(xiàn)，是一種常見(jiàn)的加工系統(tǒng)。2.7.2柔性制造單元的組成形式

通常，F(xiàn)MC有兩種組成形式：托盤(pán)交換式和工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)式。

1.托盤(pán)交換式FMC:主要以托盤(pán)交換系統(tǒng)為特征，一般具有5個(gè)以上的托盤(pán)，組成環(huán)形回轉(zhuǎn)式托盤(pán)庫(kù)，如圖2.27所示。2.7.2柔性制造單元的組成形式1.托盤(pán)交換式托盤(pán)支承在環(huán)形導(dǎo)軌上，由內(nèi)側(cè)的環(huán)鏈拖動(dòng)而回轉(zhuǎn)，鏈輪由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。托盤(pán)的選擇和定位由可編程控制器（PLC）進(jìn)行控制，借助終端開(kāi)關(guān)、光電編碼器來(lái)實(shí)現(xiàn)托盤(pán)的定位檢測(cè)。這種托盤(pán)交換系統(tǒng)具有存儲(chǔ)、運(yùn)送、檢測(cè)、工件和刀具的歸類(lèi)以及切削狀態(tài)監(jiān)視等功能。2.7.2柔性制造單元的組成形式1.托盤(pán)交換式

該系統(tǒng)中托盤(pán)的交換由設(shè)在環(huán)形交換導(dǎo)軌中的液壓或電動(dòng)推拉機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種交換首先指的是在加工中心上加工的托盤(pán)與托盤(pán)系統(tǒng)中備用托盤(pán)的交換。如果在托盤(pán)系統(tǒng)的另一端再設(shè)置一個(gè)托具工作站，則這種托盤(pán)系統(tǒng)可以通過(guò)托具工作站與其他系統(tǒng)發(fā)生聯(lián)系，若干個(gè)FMC通過(guò)這種方式，可以組成一條FMS線(xiàn)。2.7.2柔性制造單元的組成形式2.工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)式

對(duì)于回轉(zhuǎn)體零件，通常采用工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)的FMC形式，如圖2.28所示。

2.7.2柔性制造單元的組成形式2.工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)式

搬運(yùn)機(jī)器人3在車(chē)削中心和緩沖儲(chǔ)料裝置（毛坯臺(tái)4、成品臺(tái)5）之間進(jìn)行工件的自動(dòng)交換。工件毛坯及成品到倉(cāng)庫(kù)的運(yùn)輸由自動(dòng)導(dǎo)向小車(chē)6完成。由于工業(yè)機(jī)器人的抓取力和抓取尺寸范圍的限制，工業(yè)機(jī)器人搬運(yùn)式FMC主要適用于小件或回轉(zhuǎn)體零件。2.7.2柔性制造單元的組成形式FMC由于屬于無(wú)人化自動(dòng)加工單元，因此一般都具有較完善的自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)監(jiān)控功能。如刀尖位置的檢測(cè)、尺寸自動(dòng)補(bǔ)償、切削狀態(tài)監(jiān)控、自適應(yīng)控制、切屑處理以及自動(dòng)清洗等功能，其中切削狀態(tài)的監(jiān)控主要包括刀具折斷或磨損、工件安裝錯(cuò)誤的監(jiān)控或定位不準(zhǔn)確、超負(fù)荷及熱變形等工況的監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)出這些不正常的工況時(shí)，便自動(dòng)報(bào)警或停機(jī)。2.7.3柔性制造單元的特點(diǎn)和應(yīng)用

柔性制造單元具有如下特點(diǎn)

1.柔性。柔性制造單元的柔性是指加工對(duì)象、工藝過(guò)程、工序內(nèi)容的自動(dòng)調(diào)整性能。

2.自動(dòng)化。柔性制造單元使用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，采用自動(dòng)輸送裝置實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)運(yùn)輸和自動(dòng)裝卸，由計(jì)算機(jī)對(duì)工件的加工和輸送進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)了制造過(guò)程的自動(dòng)化。2.7.3柔性制造單元的特點(diǎn)和應(yīng)用

3.加工精度和效率高，質(zhì)量穩(wěn)定。由于柔性制造單元由數(shù)控設(shè)備構(gòu)成，所以其具備數(shù)控設(shè)備的效率高、加工質(zhì)量穩(wěn)定和精度高的特點(diǎn)。

4.同F(xiàn)MS相比，F(xiàn)MC的投資和占地面積相對(duì)較小。由于受其設(shè)備數(shù)量的限制，設(shè)備種較少，所以一個(gè)柔性制造單元不可能同時(shí)具備加工主體結(jié)構(gòu)不同的各類(lèi)零件的能力。2.7.4柔性制造單元的發(fā)展趨勢(shì)

1.FMC正向裝配FMC及其他功能FMC方向發(fā)展。

2.FMC的發(fā)展趨勢(shì)之一是以FMC為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化。它是由FMC與局部網(wǎng)絡(luò)（LAN）組成的所謂“中小企業(yè)分散綜合型FMS”?？梢怨餐褂肅AD/CAM站的信息、技術(shù)等，構(gòu)成了物料和信息有機(jī)結(jié)合的生產(chǎn)系統(tǒng)。

3.目前，國(guó)外正致力于開(kāi)發(fā)研究分散型FMC的課題。2.8柔性制造系統(tǒng)2.8.1柔性制造系統(tǒng)的定義和組成2.8.2系統(tǒng)柔性的概念2.8.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用2.8.1柔性制造系統(tǒng)的定義和組成

柔性制造系統(tǒng)（FMS）是在計(jì)算機(jī)統(tǒng)一控制下，由自動(dòng)裝卸與輸送系統(tǒng)將若干臺(tái)數(shù)控機(jī)或加工中心連接起來(lái)構(gòu)成的一種適合于多品種、中小批量生產(chǎn)的先進(jìn)制造系統(tǒng)。

如圖2.29所示是一個(gè)典型的柔性制造系統(tǒng)示意圖。2.8.1柔性制造系統(tǒng)的定義和組成2.8.1柔性制造系統(tǒng)的定義和組成

FMS主要由以下三個(gè)子系統(tǒng)組成

1.加工系統(tǒng)：是FMS的主體部分，主要用于完成零件的加工。

加工系統(tǒng)一般由兩臺(tái)以上的數(shù)控機(jī)床、加工中心以及其他的加工設(shè)備構(gòu)成，包括清洗設(shè)備、檢驗(yàn)設(shè)備、動(dòng)平衡設(shè)備和其他特種加工設(shè)備等。

加工系統(tǒng)的性能直接影響著FMS的性能，加工系統(tǒng)在FMS中是耗資最多的部分。2.8.1柔性制造系統(tǒng)的定義和組成

2.物流系統(tǒng)：該系統(tǒng)包括運(yùn)送工件、刀具、夾具、切屑及冷卻潤(rùn)滑液等加工中所需“物流”的搬運(yùn)裝置、存儲(chǔ)裝置和裝卸與交換裝置。

搬運(yùn)裝置有傳送帶、軌道小車(chē)、無(wú)軌小車(chē)、搬運(yùn)機(jī)器人、上下料托盤(pán)等。

存儲(chǔ)裝置主要由設(shè)置在搬運(yùn)線(xiàn)始端或末端的自動(dòng)倉(cāng)庫(kù)和設(shè)在搬運(yùn)線(xiàn)內(nèi)的緩沖站構(gòu)成。

裝卸與交換裝置有托盤(pán)交換器、換刀機(jī)械手、堆垛機(jī)等。

3.控制和監(jiān)控系統(tǒng)。2.8.2系統(tǒng)柔性的概念

柔性的概念可以表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是指系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力，可采用系統(tǒng)所能滿(mǎn)足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量。二是指系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力，可采用在有干擾（如各種機(jī)器故障）的情況下系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望之比來(lái)衡量。2.8.2系統(tǒng)柔性的概念

一個(gè)理想的FMS應(yīng)具備多方面的柔性

1.設(shè)備柔性：指系統(tǒng)中的加工設(shè)備具有適應(yīng)加工對(duì)象變化的能力。

2.工藝柔性：指系統(tǒng)能以多種方法加工某一族工件的能力。

3.產(chǎn)品柔性：指系統(tǒng)能夠經(jīng)濟(jì)而迅速地轉(zhuǎn)換到生產(chǎn)一族新產(chǎn)品的能力。

4.工序柔性：指系統(tǒng)改變每種工件加工工序先后順序的能力。2.8.2系統(tǒng)柔性的概念

5.運(yùn)行柔性：指系統(tǒng)處理其局部故障，并維持繼續(xù)生產(chǎn)原定工件族的能力。

6.批量柔性：指系統(tǒng)在成本核算上能適應(yīng)不同批量的能力。

7.擴(kuò)展柔性：指系統(tǒng)能根據(jù)生產(chǎn)需要方便地模塊化進(jìn)行組建和擴(kuò)展的能力。

8.生產(chǎn)柔性：指系統(tǒng)適應(yīng)生產(chǎn)對(duì)象變換的范圍和綜合能力。

2.8.2系統(tǒng)柔性的概念

上述各種柔性是相互影響、密切相關(guān)的，一個(gè)理想的FMS系統(tǒng)應(yīng)該具備所有的柔性。功能上說(shuō)，柔性越強(qiáng)，其加工能力和適應(yīng)性就越強(qiáng)。但過(guò)度的柔性會(huì)大大地增加投資，造成不必要的浪費(fèi)。所以在確定系統(tǒng)的柔性前，必須對(duì)系統(tǒng)的加工對(duì)象（包括產(chǎn)品變動(dòng)范圍、加工對(duì)象規(guī)格、材料、精度要求范圍等）作科學(xué)的分析，確定適當(dāng)?shù)娜嵝浴?.8.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

柔性制造系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.設(shè)備利用率高

2.減少生產(chǎn)周期

3.具有維持生產(chǎn)的能力

4.生產(chǎn)具有柔性

5.產(chǎn)品質(zhì)量高

6.加工成本低。2.8.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

柔性制造系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是：

1.系統(tǒng)投資大，投資回收期長(zhǎng)。

2.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)操作人員的要求高。

3.復(fù)雜的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)的可靠性降低。2.8.3柔性制造系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用

目前FMS主要用于生產(chǎn)機(jī)床、重型機(jī)械、汽車(chē)、飛機(jī)和工業(yè)產(chǎn)品等。從加工零件的類(lèi)型來(lái)看，大約70%的FMS用于箱體類(lèi)的非回轉(zhuǎn)體的加工，30%左右的FMS用于回轉(zhuǎn)體的加工。大約有一半的系統(tǒng)是加工切屑處理比較容易的鑄鐵件，其次是鋼件和鋁件，加工這三種材料的FMS占總數(shù)的85%~90%。2.9自動(dòng)線(xiàn)的輔助設(shè)備

在自動(dòng)化制造過(guò)程中，為了提高自動(dòng)線(xiàn)的生產(chǎn)效率和零件的加工質(zhì)量，除了采用高柔性、高精度及高可靠性的加工設(shè)備和先進(jìn)的制造工藝外，零件的運(yùn)儲(chǔ)、翻轉(zhuǎn)、清洗、去毛刺及切屑和切削液的處理也是不可缺少的工序。零件在檢驗(yàn)、存儲(chǔ)和裝配前必須要清洗及去毛刺；切屑必須隨時(shí)被排除、運(yùn)走并回收利用；切削液的回收、凈化和再利用，可以減少污染，保護(hù)工作環(huán)境。2.9自動(dòng)線(xiàn)的輔助設(shè)備2.9.1清洗站2.9.2去毛刺設(shè)備2.9.3工件輸送裝置2.9.4自動(dòng)線(xiàn)上的夾具2.9.5轉(zhuǎn)位裝置2.9.6儲(chǔ)料裝置2.9.7排屑裝置2.9.1清洗站

清洗站一般按其工作是否連續(xù)分為間歇式（批處理式）和連續(xù)通過(guò)式（流水線(xiàn)式）。

批處理式清洗站用于清洗質(zhì)量和體積較大的零件，屬中小批量清洗。批處理式清洗機(jī)有傾斜封閉式清洗機(jī)、工件搖擺式清洗機(jī)和機(jī)器人式清洗機(jī)。

流水線(xiàn)式清洗站用于零件通過(guò)量大的場(chǎng)合。2.9.2去毛刺設(shè)備

最常用的去毛刺方法有機(jī)械法、振動(dòng)法、熱能法、電化學(xué)法等。

1.機(jī)械法

機(jī)械法去毛刺包括在AMS中使用工業(yè)機(jī)器人，機(jī)器人手持鋼絲刷、砂輪或油石打磨毛刺。機(jī)械去毛刺常用的工具有砂帶、金屬絲刷、塑料刷、尼龍纖維刷、砂輪、油石等。2.9.2去毛刺設(shè)備

2.振動(dòng)法

振動(dòng)法去毛刺機(jī)適用于清除小型回轉(zhuǎn)體或棱體零件的毛刺。零件分批裝入一個(gè)筒狀的大容器罐內(nèi)，用陶瓷卵