第3章机械加工自动线1

2023/2/6武汉理工大学机电学院1/69第三章机械加工自动线

AutomatedProdctionLine/TransferLine一、自动线概述二、自动线设计三、自动线辅助装置四、自动线技术经济分析2023/2/6武汉理工大学机电学院2/69一、自动线概述1、自动线的特征2、自动线的组成3、自动线的类型4、自动线工艺设备的特点2023/2/6武汉理工大学机电学院3/69

将机床按工艺路线依次排列，用自动输送装置和其它辅助装置将它们联系起来，使其按规定的程序自动地进行工作。在自动线中，工件以一定的生产节拍，按照工艺顺序自动地经过各个工位，在不需工人直接参与下，自动完成预定的加工过程，最后成为合乎要求的制品。具有较高的自动化程度全线具有统一的自动控制系统具有严格的生产节奏特征1、自动线的特征2023/2/6武汉理工大学机电学院4/692、自动线的组成等因素，自动线的结构、复杂程度，有很大差别根据工艺要求工艺过程生产率要求自动化程度2023/2/6武汉理工大学机电学院5/69加工箱体类零件的组合机床自动线组合机床1、2、3工件输送装置4、输送传动装置5、转位装置6、转位鼓轮7夹具8、切屑运输装置9、液压站10、操作台11自动线的组成2023/2/6武汉理工大学机电学院6/69从工作性质看，可分为机械加工自动线装配自动线热处理自动线综合自动线等等

按不同特征进行分类的目的——便于从某一方面分析和掌握自动线的特性和规律。可从三个方面分类：所用的工艺设备类型自动线有无贮料装置加工对象从生产类型看，可分为大批量生产的专用自动线多品种成批生产的柔性自动线3、自动线的类型2023/2/6武汉理工大学机电学院7/69通用机床自动线

利用改装的半自动通用机床或自动化通用机床（单轴自动机、多轴自动机）联成的自动线。建线周期短、制造成本低、收效快盘类、环类、轴、套、齿轮等中小尺寸的简单工件专用机床自动线组合机床自动线

以专用自动机床为主的自动线。专用自动机床是针对某一种零件的某一道工序而专门设计制造，建线成本高，设计时不受现有设备的限制，效果比较好。有条件考虑全线结构上的通用化和典型化。结构特殊、形状复杂的零件，生产效率高用组合机床联成的自动线。在大批量生产中普遍应用。建线周期短、制造成本低、容易收到较好的使用效果和经济效果。主要用来加工箱体和杂件——钻、扩、铰、铣、镗等按所用的工艺设备类型分类2023/2/6武汉理工大学机电学院8/69按有无贮料装置分类

自动线中无贮料装置，工件由输送装置强制从一个工位移至下一个工位——直到加工完毕。所有的机床由输送设备和控制系统联成整体，工件的加工和输送过程有严格的节奏——某一台设备出现故障停车时会引起全线停车。

当线中机床和辅助设备比较多时，自动线比较长，由于故障而造成的停车的时间损失就越多——要求机床和辅助设备有很高的稳定性和可靠性。单一产品固定节拍生产线单一产品非固定节拍生产线

设有贮料环节，能贮存一定数量的工件。当某一台设备因故停车时，其他工位仍然能继续工作。当前后相邻两台机床的生产节拍相差较大时，贮料装置可在一定范围内起调节平衡作用，工作节拍短的机床不必总要停车等候。贮料主要根据实际需要设置，可在每台机床之间设置，也可在相隔若干台机床设置，将自动线分成几个工段。2023/2/6武汉理工大学机电学院9/6917/28StoragebufferbetweentwostagesofaproductionlineStorageBuffer2023/2/6武汉理工大学机电学院10/69回转体自动线

由自动化通用机床和专用机床组成，用来加工盘类、环类、轴、套、齿轮等工件。建线周期长、难度大、成本较高。箱体杂件自动线

多用组合机床联线。在加工过程中工件固定，可以对工件进行多刀、多轴、多面加工，采用步伐式输送带直接输送或采用随行夹具输送。建线周期较短，收效较快按加工对象分类2023/2/6武汉理工大学机电学院11/69自动线生产的零件

——EQ6100发动机三大件2023/2/6武汉理工大学机电学院12/69按工件的输送方式分类(1)直接输送的生产线如图所示。这类生产线上工件由输送装置直接带动，输送基面为工件上的某一表面。加工时工件从生产线的始端送入，完成加工后从生产线的末端输出。2023/2/6武汉理工大学机电学院13/69摆杆式输送装置图片(1)直接输送的生产线如图所示。这类生产线上工件由输送装置直接带动，输送基面为工件上的某一表面。加工时工件从生产线的始端送入，完成加工后从生产线的末端输出。2023/2/6武汉理工大学机电学院14/69按工件的输送方式分类(2)带随行夹具的生产线

如图所示。这类生产线将工件安装在随行夹具上，由主输送带将随行夹具依次输送到各个工位，完成工件的加工。加工完毕后，随行夹具由返回输送带将其送回到主输送带的起始端。2023/2/6武汉理工大学机电学院15/694、自动线工艺设备的特点

在自动线中所采用的工艺设备主要有三大类型：经过自动化改装的通用机床、专用自动机床和组合机床。经过自动化改装的通用机床专用自动机床组合机床

一般都是根据总体设计中提出的要求来进行设计的，因而在有条件的工厂里建立专用机床自动线，常常比采用通用机床改装能得到较满意的结果。

自动线的若干辅助设备如运输、转位、定位夹紧、排屑和液压等装置都有利于标准化、规格化。因此建线时的设计、制造和调整周期可以较短。

对于若干中小型工厂来说，具有一定的现实意义。既可以提高生产技术水平，进一步提高劳动生产率，又能充分发挥现有设备的潜力。2023/2/6武汉理工大学机电学院16/69二、自动线设计1、自动线设计的一般步骤2、自动线的工艺方案3、自动线的总体布局2023/2/6武汉理工大学机电学院17/69准备阶段总体方案设计阶段结构设计阶段自动线设计的三个阶段：1、自动线设计的一般步骤2023/2/6武汉理工大学机电学院18/69（1）准备阶段

熟悉原始资料，包括以下几个方面：(1)与制订工艺文件有关的原始资料：如产品图及零件图，产品及零件的技术要求(精度、粗糙度等)，结构特点，毛坯及余量分布情况等。(2)自动线的年生产纲领：是确定自动线的生产率和生产节拍的依据。(3)自动线用户的特殊要求：包括刀具及其材料、切削用量和控制系统的要求。2023/2/6武汉理工大学机电学院19/69现场情况调研自动线用户单位的现场情况调研：（1）当前工艺水平及其生产情况；（2）建线地址的确定及允许的厂房面积和密度；（3）车间工件及切屑的流向；（4）车间跨度及起重运输设备的情况；（5）车间供水、供电、润滑油、供气(压缩空气)的情况；（6）车间现有工艺稳定性及切削用量合理性的分析。

2023/2/6武汉理工大学机电学院20/69分析零件结构——长期生产的产品。分析毛坯情况——毛坯供应量怎样，精度和质量能否适合自动线加工。分析年生产纲领——

一般根据年生产纲领计算出生产节拍，再与同类型流水线相比作为是否建线的参考，如果计算的生产节拍短——建线。分析劳动条件

有些零件就年生产纲领而言，不够建线条件，但劳动强度大、劳动条件差、需要工人多等——仍应考虑建线。确定是否建线2023/2/6武汉理工大学机电学院21/69拟订工艺方案，绘制工序图及加工示意图拟订全线的自动化方案确定总体布局，绘出总联系尺寸图编制自动线周期表工艺试验工作——对无把握的某些工序、先进工艺和结构（2）总体设计阶段2023/2/6武汉理工大学机电学院22/69机床工作循环自动化工件装卸自动化定位夹紧自动化工件输送自动化排屑自动化自动线连锁保护自动化上料和下料自动化自动检验及自动控制刀具的自动调整和自动更换需要实现的自动化操作2023/2/6武汉理工大学机电学院23/69

主要进行工艺设备及工艺装备、工件输送装置、排屑装置、液压、电气系统等零部件设计，编制自动线说明书（3）技术设计阶段2023/2/6武汉理工大学机电学院24/69工艺方案——确定自动线工艺内容、加工方法、加工质量以及生产率的基本文件，是进行自动线结构设计的重要依据。2、自动线工艺方案制定自动线工艺方案的主要原则1．保证稳定的加工质量。采取的工艺方法和参数应该先进可靠，对于一些新的工艺方法和参数应该经过足够的工艺试验或经过单机生产考验。2．工艺成本应该是最经济的，即基本投资与使用、维修费用等的综合工艺成本在多方案比较中应是最经济的。3．应充分满足生产纲领的要求。按照计划生产纲领和预测市场需要确定合理的生产节拍时间，并要留有发展余地。4．从客观实际出发。在选定自动线的工艺与设备时，一定要考虑工厂的物质、技术和人员条件。2023/2/6武汉理工大学机电学院25/69定位基面的选择工件的输送方式工艺流程的拟定选择机床设备切削用量的选择工序节拍的平衡自动线工艺方案的内容2023/2/6武汉理工大学机电学院26/69尽可能采用设计基准作为定位基准尽可能采用统一的定位基准——简化、统一自动线的夹具结构旋转件多采用中心孔、内孔、外圆及端面定位直接输送的箱体——“一面两销”较长的自动线或软质工件——两套定位销孔，粗、精各用一套。尽可能采用已加工面为定位基准如果工件以毛面定位——随行夹具，选择光滑平整的毛面所选定位基准，应使工件在自动线上翻转次数最少——尽量减少辅助设备。所选定位基准，应便于实现多面加工——暴露较多的表面。基本原则保证工件的加工精度简化自动线的结构Note必要时，可在工件上增加一些工艺凸台作为输送基面。对于外形不规则的工件，没有合适的输送基面——随行夹具（1）定位基面的选择2023/2/6武汉理工大学机电学院27/69活塞定位面

目前，国内外有许多厂家仍采用止口作活塞加工的精基难。采用止口定位的优点是：可以使活塞各主要表面及次要表面的加工，都统一用止口定位，有利于做到基准统一。同时，用止口定位可沿活塞轴向进行夹紧，减少活塞变形。采用止口定位的缺点是，存在设计基准与定位基准不重合的定位误差，提高了加工要求，增加了加工工序，因为，止口的设计加工与活塞性能无关，纯属定位之用。设计尺寸

设计要求活塞销孔与顶面距离C1公差一般为0.1～0.2mm。若加工销孔时以止口面（一大平面加一短圆柱面）定位，直接保证的尺寸是C2。此时，为了使尺寸C1达到规定的精度，必须同时严格控制尺寸C和C2（尺寸C1、C2和C构成一个尺寸链，其中C1是封闭环，尺寸C和C2公差之和应小于或等于尺寸C1的公差）。而这两个尺寸从功能要求出发，均不需严格控制，且在加工顶面时（通常采用车削方法），尺寸C也确实较难控制。因此在大批量生产中，常以顶面定位加工销孔，以使尺寸C1容易保证。2023/2/6武汉理工大学机电学院28/69箱体类零件——采用“一面两销”对于外形不规则的工件，没有合适的输送基面——随行夹具定位基面的型式2023/2/6武汉理工大学机电学院29/69一面两销定位2023/2/6武汉理工大学机电学院30/69注意两个问题在自动线上采用一面两销的定位基面型式时，应注意两个问题：(1)为了保证在工件移动一个步距后，定位销能可靠地插入销孔中，通常应取位于输送前方的那个孔作为圆销孔。这样，当输送带将工件输送至离定位位置尚差0.3～0.5毫米(输送滞后量)处时，可以靠圆柱销的锥部，将工件往前拉至最终位置。工件上这个圆柱销定位孔，在整个输送过程中都不应改变，以便在设计夹具时有一个统一的基面。(2)为使工件在被输送后的停留位置准确，要求输送带拨爪所使用的拉送平面至圆销孔中心的距离尺寸必须稳定，其尺寸偏差一般不应大于±0.1毫米。所以这个拉送平面一般应经过加工。2023/2/6武汉理工大学机电学院31/69直接输送——工件的输送基准：输送滑移面、输送导向面、输送棘爪推拉面。随行夹具——（2）输送方式1）输送基准的滑移面足够大，输送导向面（两侧）足够长，最好选取已加工面→避免工件歪斜和窜动；2）结构允许的前提下，可在工件上增加工艺凸台，实现直接输送；3）输送基准与工艺基准之间要有相应位置精度要求。2023/2/6武汉理工大学机电学院32/69

直接输送方式应优先选用。

1．外形规则的箱体类工件→直接输送方式。

2．外形复杂无良好输送基准的中小尺寸工件（拨叉、连杆、电动机座）→随行夹具输送方式；

3．有些工件有较好的输送基准，但工件刚性不足→随行夹具输送方式（设置辅助支承）；

4．毛坯直接上线→随行夹具输送方式。全线应该尽量采用统一输送基准→简化输送装置结构。

输送方式的选择原则2023/2/6武汉理工大学机电学院33/69（3）工艺流程的拟定1．正确选择各加工表面的加工工艺方法

2．划分加工阶段

3．确定工序集中和分散程度

4．安排加工顺序——加工内容合理排列

5．安排必要的辅助工序。2023/2/6武汉理工大学机电学院34/691．正确选择各加工表面的加工工艺方法首先仔细分析被加工零件的结构特点，明确工件上需要加工的部位，弄清工件经过自动线加工以后要求达到的精度和粗糙度等级，然后参考现场工艺及有关技术资料，根据工件材料种类、被加工表面(平面、孔、外圆)特点、精度和粗糙度要求等，来确定各加工表面所需的工艺方法和工步数。2023/2/6武汉理工大学机电学院35/69外圆表面加工方法2023/2/6武汉理工大学机电学院36/69孔加工方法2023/2/6武汉理工大学机电学院37/69平面加工方法2023/2/6武汉理工大学机电学院38/69大平面加工→铣削一次铣粗铣—精铣→组合铣刀、多头组合铣床粗铣—半精铣—精铣孔加工→实体上→钻、扩、铰铸孔或锻孔粗镗—半精镗—精镗扩—粗铰—精铰2023/2/6武汉理工大学机电学院39/69深孔加工（长度大于6倍孔径）钻头加工过程中推出排屑和冷却钻头通孔→两面钻孔结构允许→直径差0.2～0.3mm的阶梯孔机床卧式布局采用中空钻头钻头不转，工件旋转2023/2/6武汉理工大学机电学院40/69螺纹孔加工螺孔加工钻底孔→倒角→攻螺纹钻孔→扩孔至底孔尺寸→倒角→攻螺纹2023/2/6武汉理工大学机电学院41/692．划分加工阶段粗加工—半精加工—精加工—光整加工3．确定工序集中和分散程度◆原则：合理工序集中。优点：（1）减少机床数量，减少占地面积和节省人力，有利于简化生产线结构；（2）工件一次安装，同时或先后完成多面加工，有利于保证各表面的位置精度；（3）采取多轴、多面、多工位和复合刀具等方法，有利于提高生产效率。2023/2/6武汉理工大学机电学院42/69工序集中的措施采用双面或三面配置的机床进行加工。但要注意维修方便。采用多轴加工。但主轴箱上的工作轴不宜太密，以保证装卸和调整刀具的方便。采用复合刀具加工。特别注意复合刀具的制造、刃磨与排屑是否方便。如果这些问题不好解决，则宁可选用普通标准刀具采用工序分散的原则加工。采用复合刀具加工时，应尽量采用组装式的而少用整体式的复合刀具，因为后者的制造和刃磨都较为困难。采用多工件同时加工。采用转塔式主轴箱进行加工。采用加工中心。2023/2/6武汉理工大学机电学院43/692023/2/6武汉理工大学机电学院44/692023/2/6武汉理工大学机电学院45/69合理确定工序间的余量

一般来说，工件经过重新安装有定位误差或在多工位机床上有转位误差时，应适当加大工序间余量；精细镗1～2级孔时，为了保证获得高的精度和光洁度，其直径上余量不得大于0.4～0.5毫米；粗镗孔时考虑到毛坯孔的偏心以及表面有冷硬层和黑皮等情况，其直径上的余量一般不应小于5～6毫米。在安排各加工表面的加工次数时，如果发现工序间余量过大，为了控制工序间余量，保证精加工刀具的尺寸耐用度，可以考虑多安排一道半精加工工序。

2023/2/6武汉理工大学机电学院46/69（1）先面后孔、先基面后其它、先主后次；（2）粗、精分开，先粗后精；（3）废品率较高的粗加工工序，应放在生产线的最前面或线外加工；（4）精度太高，不易达到加工要求的工序，一般不应放在线内加工；（5）位置精度要求高的加工面应尽可能放在一个工位上加工；（6）同轴度≤0.05mm的孔系，半、精加工应从一侧进行；（7）减少转位装置；（8）攻螺纹工序一般安排在线的最后，用单独机床加工；（9）钻小孔和攻螺纹较易折断刀具，该工序应放在精加工工序前。

粗、精加工不易放在一台机床上进行。

——重要表面：粗、精加工工序拉得远一些；粗加工工序安排在生产线的前端；精加工工序安排在生产线的最后；废品率高的的孔的精加工工序不易放在最后。

——不重要的面：粗、精加工可安排近一些，以便调整工序间的余量。

先加工定位基面，后加工一般工序；先加工平面，后加工孔。

如安排在线内加工，则应采取相应措施：备用机床、自动测量及刀具自动补偿装置，或设计成备有支线的单独精加工生产线，自成工段。4、安排加工顺序的一般原则2023/2/6武汉理工大学机电学院47/695．安排必要的辅助工序检验工序；清洗工序；切屑清理工序；倒角或去飞边、毛刺工序等。2023/2/6武汉理工大学机电学院48/69是保证加工质量、生产效率的一个重要因素是设计自动线计算切削力、功率和切削时间的依据设计机床、夹具、刀具的依据

在刀具和工件刚度允许情况下，尽量选用较高的切削用量——缩短机动时间，提高生产率。切削用量过高，特别是切削速度过高，将降低刀具的耐用度，造成频繁换刀和调刀，增加了循环外时间，反而降低了生产率。对于自动线来说，必然存在如何合理选择切削用量的问题。（3）自动线切削用量的选择2023/2/6武汉理工大学机电学院49/691．对于工作时间最长，影响生产节拍的工序，尽量采用较大切削用量→提高生产效率；应保证耐用度最短的刀具能连续工作一个班或半个班→利用非工作时间换刀；对于非关键性工序，可采用较低切削用量→提高刀具耐用度。2．同一主轴箱上的刀具，一般共用一个进给系统——各刀具每分钟进给量相同；若少数刀具要选取不同进给量——附加增速或减速机构。3．同一主轴箱上有定向停车要求的各主轴，要使它们的转速相等或互成整数倍；4．选择复合刀具的切削用量时，应考虑到刀具各部分的强度、耐用度及其工作要求。自动线切削用量特点2023/2/6武汉理工大学机电学院50/69——必须平衡生产节拍，使工序节拍tg与tj相等或稍短一点。（4）生产节拍的平衡tj>tgtjtj<

tg设备负荷率不满完不成任务2023/2/6武汉理工大学机电学院51/69自动线的生产节拍式中，——自动线的生产节拍，——年基本工时(小时/年)，一般规定按一班制工作时为2360小时／年，按两班制工作时为4650小时／年；

——自动线对象产品(零件)的年产纲领，件/年；

——自动线的负荷率，一般为0.65～0.85，复杂的自动线取较低值，简单的自动线取较高值；

2023/2/6武汉理工大学机电学院52/69——产品的年产量(台/年)

零件的年生产纲领

——每台产品包含对象产品(零件)的数量(件/台)

——备品率

——废品率

2023/2/6武汉理工大学机电学院53/69工序节拍式中，

——工序节拍(分钟)；

L——

工作行程长度(毫米)；

、——分别为切入、切出行程长度(毫米)；

——动力部件的进给量(毫米／分钟)；

——辅助时间(分钟)，可取为0.3～0.5分钟，主轴需要定位的取0.6分钟。——基本工艺时间(分钟)，包括切入及切出时间；2023/2/6武汉理工大学机电学院54/69

将工序的生产节拍与自动线生产节拍比较。对于那些

tg>tj的工序，它们限制了自动线的生产率，使自动线达不到生产节拍要求，称之为限制性工序。

对于限制性工序，必须缩短工作循环时间tg，平衡生产节拍。当tg与tj相差不多时，我们可通过调整切削用量、改用高效率切削方法来缩短tg。当tg比tj大很多时，采用上述方法不能满足要求，得采取其它措施。限制性工序什么是限制性工序？2023/2/6武汉理工大学机电学院55/69增加顺序工位，采用工序分散方法将tg调整为tj的整数倍，在限制性工序上多件加工，组成一个单独工段成组输送当工件较大时，可以增加同时加工的工位数，在自动线上设置多台同样的机床，同时加工同一道限制性工序限制性工序平衡措施2023/2/6武汉理工大学机电学院56/69缸体自动线粗镗缸孔

如果一次镗出整个缸孔的全长，则工序时间超过允许的生产节拍，故将其工作行程L分散到相邻两个工位上完成，一个工位加工上边一段孔，另一工位加工下边一段孔。2023/2/6武汉理工大学机电学院57/69串连方式两个相同的工位

单独工段成组输送2023/2/6武汉理工大学机电学院58/69并联方式增加同时加工的工位数2023/2/6武汉理工大学机电学院59/69

在确定自动线的加工顺序后，有时还需要将自动线分成若干段。

——自动线上工艺的需要；

——自动线的工位太多，增加自动线的柔性，提高利用率（5）自动线的分段何时需对自动线的分段？2023/2/6武汉理工大学机电学院60/69工件的结构和工艺比较复杂，为了完成全部工序的加工，工件需要在自动线上进行多次转位。转位装置往往使全线不能采用统一的输送带，必须分段输送。为了平衡生产节拍，需要对限制性工序采取措施。增加同时加工的工位数、增加同时加工的工件数——将限制性单独组成工段，成组输送。自动线工位较多、自动线较长时，为了减少停车损失，一般不宜采用刚性连接的方式

——分段，段与段之间设贮料库，增加柔性，自动线个工段能独立工作，某一段发生故障时，其他段仍能正常工作。何时需对自动线分段？2023/2/6武汉理工大学机电学院61/693、自动线的总体布局

L-shapedlayout U-shapedlayout Rectangularconfiguration2023/2/6武汉理工大学机电学院62/69工件直接输送时生产线的布局(1)直通式

输送带将工件从生产线的起始端依次运送到各台机床的夹具上，进行不同工序的加工，最后从生产线的末端送出。直通式的布局其型式简洁、工件输送方便，占地面积少。2023/2/6武汉理工大学机电学院63/69

如果工件的加工工序较多致使生产线很长，采用直线布局型式将受到车间长度的限制，这时可以采用按折线布局的方案。折线布局的生产线又可以分为“L型”、“U型”和“框型”。折线式布局生产线(1)用于加工气缸盖的U型折线式布局的生产线2023/2/6武汉理工大学机电学院64/69折线式布局生产线（2）图1-89a为只在两组输送带的一侧配置动力头的框型生产线，采用这种布局时，工件在前进和返回的过程中分别完成两个侧面上的有关工序的加工。图1-89b为在两组输送带的两侧都配置动力头的框型生产线，这种布局虽然缩短了生产线的长度，但其宽度则大大增加了。当既要完成工件两侧面上的有关工序，又要在其顶面上进行加工时，可在框型生产线的中央设置装有立式动力头的中央立柱。2023/2/6武汉理