第2章 加工设备自动化

单件毛坯自动上料装置有料仓式上料装置和料斗
式上料装置两种形式。
料仓式上料装置是一种半自动上料装置，不能使
工件自动定向，需要由工人定时将一批工件按照一定 的方向和位置，顺序排列在料仓中，然后由送料机构
将工件逐个送到机床夹具中去。
料斗式上料装置是自动化的上料装置，工人将单
个工件成批地任意倒进料斗后，料斗中的定向机构能
5）加工阶段划分原则
如图2.7（e），将车间分为准备加工阶段、 机械加工阶段和特种加工阶段。
2.2 自动化加工设备的特殊要求
2.2.1 高生产率 2.2.2 加工精度的高度一致性 2.2.3 自动化加工设备的高度可靠性 2.2.4 自动化加工设备的柔性表现为： 1. 自动变换加工程序的机能。 2. 自动完成多种产品或零件族加工的机能。 3. 对加工顺序及生产节拍随机应变的机能。 4. 高效率的自动化加工及自动换刀机能。 5. 自动监控及故障诊断机能。
2.3.2 单机自动化方案
单机的“自动”主要体现在自动化机床的 加工 循环自动化、装卸工件自动化、刀具自动化和 检测自动化四个方面，其自动化大大减少了空 程辅助时间，降低了工人的劳动强度，提高了 产品质量和劳动生产率。
1. 加工过程运动循环自动化
2. 装卸工件自动化
3. 自动换刀装置（刀具自动化）
1. 加工过程运动循环自动化
动力气缸与阻尼液压缸有串联和并联两种
形式。
实现气动和液压自动工作循环的方法相同
，都是通过方向阀来控制。
液压传动系统中，运动的接通和切断靠换
向阀控制，可以切断液压源或用固定挡块来使
运动停止。
2. 装卸工件自动化
机床实现加工循环自动化之后，还只是半 自动机床，在半自动机床上配备自动装卸工件 装置后，即成为自动机床。 自动装卸工件装置通常称为自动上料装置 ，它所完成的工作包括将工件自动安装到机床 夹具上，以及加工完成后从夹具中卸下工件。 其中的重要部分为自动上科过程采用的各 种机构和装备，而卸料机构在结构上比较简单 ，原理上与上料装置类似。
2）箱体、杂类工件自动线的布局形式
（4）非通过式。非通过式布局的自动化 生产线，工件输送不通过夹具，而是从夹具
的一个方向送进和拉出，使每个工位可能增
加一个加工面，也可增设镗模支架。
非通过式自动化生产线适于由单机改装
联成的自动化生产线，或工件不宜直接输送
而必须吊装，以及工件各个加工表面需在一
个工位加工的自动化生产线。
2）功能原则（或叫工艺原则）
如图2.7（b），这种方法是根据加工设备的 功能，分门别类地将同类设备组织到一起，如 车削设备、镗铣设备、磨削设备等。这样，工 件的流动方向是从车间的一头流向另一头。 这种布局方法的零件运输路线也比较复杂， 因为工作的加工路线 并不一定总是按车、 铣、磨这样的顺序流 动。
料斗式上料装置由于能够实现工件的自 动定向，因而能进一步减轻工人的体力劳动 ，便于多机床管理。这种装置多适用于工件 外形比较简单，体积和质量都比较小，而且 生产节拍短，要求频繁上料的场合。 料仓式上料装置虽然需要工人周期性地 将工件按规定的方向和顺序进行装料，但结 构比较简单，工作可靠性较强，适用于工件 外形较复杂、尺寸和质量较大以及加工周期 比较长的情况。
2.1.2 自动化加工设备的分类
按照不同生产率水平要求，自动化加工设 备主要有以下种类。 1. 全（半）自动单机 2. 专用自动机床 3. 组合机床 4. 数控机床 5. 加工中心 6. 柔性制造单元 7. 加工自动线
2.1.3 自动化加工设备的选择与布局
1. 自动化加工设备的选择
2. 自动化加工设备的布局 3. 柔性制造系统的布局
2.3 实现单机自动化的方法和方案
2.3.1 实现单机自动化的方法 实现单机自动化的方法概括有以下四种。 1. 采用通用自动化或半自动机床实现单机 自动化 2. 采用组合机床实现单机自动化 3. 采用专用机床实现单机自动化 4. 采用通用机床进行自动化改装实现单机 自动化 2.3.2 单机自动化方案
2.3.1 实现单机自动化的方法
1. 采用通用自动化或半自动机床实现单机 自动化 这类机床主要用于轴类和盘套类零件的加 工自动化，例如单轴自动车床、多轴自动车床 或半自动车床等。 这类自动机床的最大特点是可以根据生产 需要，在更换或调整部分零部件（例如凸轮或 靠模等）后，即可加工不同零件，适合于大批 量多品种生产。因此，这类机床用比较广泛。
1. 加工过程运动循环自动化
加工过程运动循环是指在工件的一个工序 的加工过程中，机床刀具和工件相对运动的循 环过程。实现机床运动循环自动化，切削加工 过程就可以自动进行。 自动循环可以通过机械传动、液压传动和 气动—液压传动方法实现。 对于比较复杂的加工循环，一般采用继电 器程序控制器控制其动作，采用挡块或各种传 感器控制其运动行程。
自动上料装置有以下三大类型 1）卷料（或带料）上料装置。当以卷料 或带料作毛坯时，将毛坯装上自动送料机构， 然后从轴卷上拉出来经过自动校直被送向加工 位置。在一卷材料用完之前，送料和加工是连 续进行的。 2）棒料上料装置。将一定长度的棒料装 在机床上，按每一工件所需的长度自动送料。 在用完一根棒料之后，需要进行一次手工装 料。 3）单件毛坯上料装置。
将杂乱堆放的工件进行自动定向，使之按规定的方位 整齐排列，并按一定的生产节拍把工件送到机床夹具 中去。
图2.11所示为这两种自动上料装置的原 理图。 图2.11（a）、（b）所 示是料仓式上料装置，可以 适当加长输料槽使之兼有料 仓的作用， 。 图2.11（c）所示是料 斗式上料装置，在料斗上还 设有剔除器3，用以防止定 向不正确的工件混入输料槽 。
2.1.1பைடு நூலகம்加工设备自动化的意义
2.1.2 自动化加工设备的分类 2.1.3 自动化加工设备的选择与布局
2.1.1 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。 单台机床或加工设备的自动化，能较好地 满足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。 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。
3）模块式布置原则
如图2.7（c），这种布局方式的车间是由若 干功能类似的独立模块组成。这种布局方式看 来好像增加了生产能力的冗余度，但在应酬紧 急任务和意外事件方面有明显的优点。
4）加工单元布置原则
如图2.7（d），采用这种布局方式的车间 ，每一个加工单元都能完成相应的一类产品。 这种构思的产生是建立在成组技术思想基 础上的。
近年来，在各种类型的自动化机床上，
广泛应用了机械手来实现装卸工件自动化。
它从料仓或输料槽中抓取工件，直接送 入机床夹具；当工件加工完成后，也能从夹 具中把工件卸到固定的地点。 机械手代替了图2.11（d）中送料器8、 上料杆7和卸料杆9的作用。所以，从作用原 理上看，仍然可以把它当作上述两类上料装 置的组成部分。
1）旋转体加工自动线的布局形式
（1）贯穿式。工件传送系统设置在机床 之间，特点是上下料及传送装置结构简单， 装卸料工件辅助时间短，布局紧凑，占地面 积小，但影响 工人通过，料 道短，贮料有 限，如图2.2 所示。
1）旋转体加工自动线的布局形式
（2）架空式。工件传送系统设置在机床 的上空，输送机械手悬挂在机床上空的架上 ，如图2.3。机床布局呈横向或纵向排列，工 件传送系统完成机床间的工件传送及上下料 。这种布局结构简单，适于生产节拍较长且 各工序工作循环时间较均衡的轴类零件。
1）旋转体加工自动线的布局形式
（3）侧置式。如图2.4所示，工件传送系 统设置在机床外侧，机床呈纵向排列，传送 装置设在机床的前方，安装在地上。输送料 道还同时具有贮料作用。这种布局的自动线 有串联和并联两种方式。
2）箱体、杂类工件自动线的布局形式
（1）直线通过式和折线通过式。如图2.5 所示为直线通过式自动线。步伐式输送带按 一定节拍将工件依次送到各台机床上加工， 工件每次输送一个步矩。工人在自动化生产 线起端上料，末端卸料。
1. 加工过程运动循环自动化
1）机械传动系统运动循环自动化 主要实现运动的接通及停止和快速空行程 运动及工作进给的自动转换。运动的接通和停 止有三种方式，分别是凸轮控制、挡块—杠杆 控制、挡块—开关—离合器控制。 2）气动和液压传动的自动循环 在机床改装中．还经常采用气动—液压传 动，即用压缩空气作动力，用液压系统中的阻 尼作用使运动平稳和便于调速。
2）箱体、杂类工件自动线的布局形式
（2）框型。框型是折线式的封闭形式。 框式布局更适用于输送随行夹具及尺寸较大
和较重的工件自
动化生产线，且
可以节省随行夹
具的返回装置
，如图2.6所示。
2）箱体、杂类工件自动线的布局形式
（3）环型。环型自动化生产线工件的输 送轨道是回环形，多为中央带立柱的环型线 。它不需要高精度的回转工作台，工件输送 精度只需满足工件的初定位要求。 环型自动线可以直接输送工件，也可借 助随行夹具。 对于直接输送工件的环型线，装卸料可 集中在一个工位。 对于随行夹具输送工件的环型线，不需 要随行夹具返回装置。
2.3.1 实现单机自动化的方法
2. 采用组合机床实现单机自动化 组合机床一般适合于箱体类和杂件类(如发 机的连杆等）零件的平面、各种孔和孔系的加 工自动化。组合机床一般只能对一种（或一组 ）工件进行加工，往往能在同一台机床上对工 件行多面、多孔和多工位加工，加工工序可高 度集中，具有很高的生产率。 组合机床具有设计、制造周期短，投资省 的优点，是箱体类零件和杂体类零件大批量生 产实现单机自动化的最主要手段。
2.3.1 实现单机自动化的方法
4. 对通用机床进行自动化改装实现单机自 动化 为了充分发挥设备潜力，可以通过对通用 机床进行局部改装，增加或配置自动上、下料 装置和机床的自动工作循环系统等，实现单机 自动化。 改装涉及的问题比较复杂，必须有选择地 进行改装。总的来说，机床改装的投资少，见 效快，能充分发挥现有设备的潜力，是实现单 机自动化的重要途径。