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1、第第2 2章章 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加工设备自动化是指在加工过程中所用的加工设备能够设备能够高效高效、精密精密、可靠地自动可靠地自动进行加工，还能进行加工，还能进一步进一步集中工序集中工序和具有一定的和具有一定的柔性柔性。2.1概述概述一、加工设备自动化的意义一、加工设备自动化的意义 加工设备在机械制造中占重要地位，实现自动化加工设备在机械制造中占重要地位，实现自动化可缩短辅助时间提高生产率，改善工人的劳动条件，可缩短辅助时间提高生产率，改善工人的劳动条件，也是建立自动生产线和全盘自动化的前提条件，是实也是建立自动生产线和全盘自动化的前提条件，
2、是实现机械制造自动化的基础。现机械制造自动化的基础。2.1 2.1 概概 述述加工设备自动化的内容加工设备自动化的内容是指实现了是指实现了加工过程自动化加工过程自动化并有并有自动装卸能力自动装卸能力的设备。的设备。主要指实现机床主要指实现机床加工循环自动化加工循环自动化和和辅助工作自动化辅助工作自动化。需要实现自动化的主要内容有：需要实现自动化的主要内容有：二、实现加工设备自动化的途径二、实现加工设备自动化的途径 1）对半自动加工设备配置自动上下料装置，以实）对半自动加工设备配置自动上下料装置，以实现完全自动化；现完全自动化； 2）对通用加工设备运用电气控制技术、数控技术）对通用加工设备运用电
3、气控制技术、数控技术等进行自动化改造；等进行自动化改造； 3）根据工件特点和工艺要求设计制造专用的自动）根据工件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；化加工设备，如组合机床等； 4）采用数控加工设备，数控机床、加工中心等。）采用数控加工设备，数控机床、加工中心等。2.1 2.1 概概 述述三、自动化加工设备的生产率分析与分类三、自动化加工设备的生产率分析与分类 1生产率分析生产率分析 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作循环时间 由切削时间和辅助时间组成，即由切削时间和辅助时间组成，即 tg= tq+tf 由工
4、作循环时间所决定的生产率由工作循环时间所决定的生产率Q（件（件/min）：）： Q=1/ tg= 1/(tq+tf)= (1/tq)/(1+tf /tq) 令令 K= 1/tq 则则 Q =K /(1+K tf )2.1 2.1 概概 述述2.1 2.1 概概 述述1生产率分析生产率分析 当当tf一定时，减少切削时一定时，减少切削时间间tq即增加即增加K，开始生产率，开始生产率Q 增长显著，但往后因增长显著，但往后因tf的比重的比重相对增大，相对增大，Q 的提高不显著了的提高不显著了 当当tf愈小时，增加愈小时，增加K时对时对Q 的提高愈显著。的提高愈显著。 当切削时间当切削时间tq愈小时，减
5、少愈小时，减少tf对对Q 的提高愈显著。的提高愈显著。tqtf2.1 2.1 概概 述述1生产率分析生产率分析 由此可见，由此可见，tq和和tf对生产率的影响是相互制约和相对生产率的影响是相互制约和相互促进的。互促进的。当生产工艺发展到一定水平，即工艺生产率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。步减少空程辅助时间，促使生产率不断提高。另一方面，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
6、了取得良好的效果，应当在先进的工艺高是有限的，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。基础上实现机床自动化。 2.1 2.1 概概 述述2分类分类 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：自动化加工设备，主要有以下各类： （1）全（半）自动单机）全（半）自动单机 又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类又分为单轴和多轴全（半）自动单机两类 （2）组合机床）组合机床 （3）
7、自动线（）自动线（Transfer LineTL） （4）一般数控机床）一般数控机床 （5）加工中心（）加工中心（MC） （6）柔性制造单元（）柔性制造单元（FMC）2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化 切削加工自动化的根本目的切削加工自动化的根本目的是提高加工质量和加工是提高加工质量和加工效率，减少资源消耗，降低加工成本。效率，减少资源消耗，降低加工成本。一、车削加工自动化一、车削加工自动化 车床是切削加工设备中使用最早、应用最广的设备。车床是切削加工设备中使用最早、应用最广的设备。自动车床自动车床是最早发明的自动化加工设备之一。是最早发明的自动化加工设备之一。 车削加工自动化包括多
8、个单元动作自动化和工作循环自车削加工自动化包括多个单元动作自动化和工作循环自动化，动化，自动车床、转塔、仿形车床、多刀车床是典型，自动车床、转塔、仿形车床、多刀车床是典型， 发展方向是数控车床、车削中心和车削柔性单元等。发展方向是数控车床、车削中心和车削柔性单元等。2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化一、车削加工自动化一、车削加工自动化 1. 单轴自动车床单轴自动车床 单轴自动车床能按一定程序自动完成工作循环，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、主轴箱运动和其它辅助运动
9、。控系统自动控制刀架、主轴箱运动和其它辅助运动。 主要类型有主要类型有单轴纵切单轴纵切自动车床、自动车床、单轴转塔单轴转塔自动车自动车床和床和单轴横切单轴横切自动车床等。此外，还有自动车床等。此外，还有多轴自动多轴自动（半（半自动）车床，包括卧式和立式两种。自动）车床，包括卧式和立式两种。 CM1107型精密单轴纵切自动车床型精密单轴纵切自动车床 1 1）机床的用途）机床的用途 形状较复杂，精度要求高，一次成形的形状较复杂，精度要求高，一次成形的小型轴类零件小型轴类零件。 用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料用于成批大量生产的钟表、仪器仪表行业。毛坯为棒料2 2）机床的工作原理）机
10、床的工作原理 送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由送料、夹紧、放松、纵向和横向进给皆由分配轴分配轴上的鼓轮上的鼓轮 或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环。或凸轮分别进行控制。分配轴转一转，完成一个工作循环。 半自动转塔车床半自动转塔车床适用范围：适用范围：成批加工形状成批加工形状复杂的复杂的盘套类零件盘套类零件结构特点：结构特点：转塔刀架可纵向移动和转位，其上可装多把刀，转塔刀架可纵向移动和转位，其上可装多把刀， 工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具工作中周期性转位，顺序地对工件进行加工。刀具 行程由插销板和行程开关控制行程由插销板和行程开关控制，指令经电路、油路，指令经
11、电路、油路 传递，易保证精度，提高生产率。传递，易保证精度，提高生产率。 仿形半自动车床仿形半自动车床适用范围：适用范围：成批加工成批加工阶梯轴类阶梯轴类或盘类零件或盘类零件 主要加工圆柱面、圆锥面和成形表面主要加工圆柱面、圆锥面和成形表面结构特点：结构特点： 1.仿形刀架的斜向运动仿形刀架的斜向运动仿形运动由液压随动系统和仿形运动由液压随动系统和 靠模控制；靠模控制； 2. 仿形刀架的纵向进给由液压油缸单独驱动；仿形刀架的纵向进给由液压油缸单独驱动； 3. 液压仿形刀架前端有自动回转刀夹，其上可装几把液压仿形刀架前端有自动回转刀夹，其上可装几把 刀，可自动转位，进行粗车、半精车。刀，可自动转
12、位，进行粗车、半精车。2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化一、车削加工自动化一、车削加工自动化 2. 数控车床数控车床 数控车床的主要特点：数控车床的主要特点： 主轴转速和进给速度高主轴转速和进给速度高 （伺服或步进电机驱动传动链短伺服或步进电机驱动传动链短） 数控车床具有高精度数控车床具有高精度 （闭环、半闭环系统，反馈控制）（闭环、半闭环系统，反馈控制） 能实现多种工序复合的全部加工。能实现多种工序复合的全部加工。 数控车床具有高柔性。数控车床具有高柔性。 数控车床的类型：数控车床的类型： 主要有通用型、卡盘型、排刀型、双主轴型、棒料主要有通用型、卡盘型、排刀型、双主轴型、棒料 型
13、及一些专门化车床等。型及一些专门化车床等。2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化 2. 数控车床数控车床（1）刀架系统）刀架系统 液压缸进油液压缸进油1中心轴中心轴5左左移移压缩碟形弹簧压缩碟形弹簧6定位齿定位齿盘盘7与固定齿盘与固定齿盘8脱离；脱离； 液压马达液压马达2转动转动齿轮齿轮3、4带动中心轴带动中心轴5转动转动齿盘齿盘7转转动达到规定工位；动达到规定工位； 编码器齿轮编码器齿轮9将转位信号传将转位信号传给编码器给编码器10数控装置数控装置转转位停止位停止油缸活塞后退油缸活塞后退齿齿盘定位夹紧盘定位夹紧.图图2-4 液压马达驱动转位的转塔刀架液压马达驱动转位的转塔刀架2.2 2
14、.2 切削加工自动化切削加工自动化安装排刀架的数控车床横滑板较大，装几组刀架，无分度安装排刀架的数控车床横滑板较大，装几组刀架，无分度图图2-5 排刀架结构排刀架结构2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化图图2-6 触发式测头测量系统及测量典型过程触发式测头测量系统及测量典型过程（2）数控车床机内测量装置）数控车床机内测量装置 2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化图图2-7 工件外径及内径的机内测量工件外径及内径的机内测量（2）数控车床机内测量装置）数控车床机内测量装置 图图2-8 刀具机内测量刀具机内测量2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化一、车削加工自动化一、车削加工
15、自动化 3. 车削中心车削中心 与数控卧式车床的区别：与数控卧式车床的区别：车削中心的转塔刀架上带车削中心的转塔刀架上带有能使刀具有能使刀具旋转的动力刀座旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求，主轴具有按轮廓成形要求连续回转（不等速回转）运动和进行连续回转（不等速回转）运动和进行连续精确分度的连续精确分度的C 轴功能轴功能，并能，并能与与X轴或轴或Z轴联动轴联动。 还可在车削中心基础上发展出车磨中心、车铣中心还可在车削中心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。当车削中心的主轴具有等多工序复合加工的机床。当车削中心的主轴具有C 轴轴功能时，主轴便能够进行分度、定向，配合转塔刀架的
16、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，几乎所有的加工都可在一次装夹中完成。动力刀座，几乎所有的加工都可在一次装夹中完成。 2.2 2.2 切削加工自动化切削加工自动化 3. 车削中心车削中心 （1）主轴定向准停机构和）主轴定向准停机构和C 轴轴 在工件规定部位铣槽钻孔或要求主轴定向准停以检在工件规定部位铣槽钻孔或要求主轴定向准停以检测工件时，车削中心须有主轴定向准停或测工件时，车削中心须有主轴定向准停或C 轴功能，即轴功能，即通过位置控制使主轴在不同角度上定位。通过位置控制使主轴在不同角度上定位。主轴粗分度由主轴粗分度由主轴电机分度完成，位置编码器装在与主轴相关位置，主轴电机分度完成，位置编码器装在与主轴相关位置，终定位靠主轴后端齿式分度盘和插销来完成终定位靠主轴后端齿式分度盘和插销来完成,定位精度达定位精度达0.1,分度增量角为分度增量角为12、15。专门角度可更换主轴。专门角度可更换主轴分度盘。分度盘。C轴分度定位后要有夹紧机构，以防主轴转位。轴分度定位后要有夹紧机构，以防主轴转位。 C轴轴控制主轴连续分度，同时与刀架控制主轴连续分度，同时与刀架X 轴或轴或Z轴
