大批量生产的自动化生产线-精简.ppt

第六章 大批量生产的自动化生产线,从1924年英国建立和使用了第一条自动生产线起，自动线在机械工业中的应用已有几十年的历史。采用自动输送装置，将若干台自动机床按工序顺序的排列联成一个整体，并用控制系统按规定的工艺程序来自动操纵工件的输送、定位、夹紧和机械加工的生产线称为机械加工自动化生产线，简称自动线。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，在不需人直接参与的情况下，自动完成预定的工艺过程，最后加工成合格的产品。使用自动线生产，能显著提高劳动生产率；大大减轻工人劳动强度，改善劳动条件；减少操作工人数量，降低产品的工艺成本；有利于保证和稳定产品质量。它是大量大批生产自动化的主要方式。随着科学的进步，特别是数控技术、计算机技术在机械工业生产中的广泛采用，大批大量生产的刚性自动线正朝着柔性自动线方向发展。,第一节 自动线的组成和类型,一、自动线的组成 自动线基本上是由工艺装备、工件传输系统、控制系统、检测系统和辅助系统等组成。,1，2，7组合机床；3转位；4输送装置；5输送传动装置；6操纵台；8转位鼓轮；9夹具；10切屑转送装置；11液压站,自动生产线,工艺装备系统,工件传输系统,控 制 系 统,检 测 系 统,辅 助 系 统,机 床,刀具、夹具等其它工艺装备,工 件 传 输 装 置,储 料 装 置,上下料装置及上下料机械手,全 线 工 作 循 环 控 制 装置,故障寻检、循环监视 装 置,信 号 装 置,精 度 检 测,加 工 面 检 测,切 屑 清 除 装 置,清 洗 装 置,二、自动线的类型 机械加工自动线，可以有许多不同的分类方法。根据自动线布局形式可分为：直线排列的自动线、折线排列的自动线、框形封闭式自动线等。根据工件的输送方式可分为：用料槽输送的自动线、用机械手输送的自动线、用传送带输送的自动线、带随行夹具的自动线等。为了便于从某一方面分析和掌握自动线的特性与规律，也可按不同的特征进行分类。,自动线的类型,按工件外形和切削加工过程中工件运动状态分类,旋 转 体 零 件 加 工 自 动线,箱体、杂类工件加工自动线,按工艺设备类型分类,通 用 机 床 自 动 线,组 合 机 床 自 动 线,专 用 机 床 自 动 线,转 子 机 床 自 动 线,按设备联接方式分类,柔 性 联 接 自 动 线,刚 性 联 接 自 动 线,第二节 自动生产线设计的基本原理,一、设计自动线时应考虑的主要因素 自动线的结构和布局，是由很多因素决定的，这在设计自动线时必须首先予以考虑。设计自动线时应考虑的主要因素有：,1.工件的几何形状、结构、材料、要求的加工精度和表面质量以及毛坯的情况。2.生产纲领 3.现场条件,二、自动线的工艺方案 工艺方案是确定自动线工艺内容、加工方法、加工顺序、加工质量和生产率的基本文件，是进行自动线结构设计的重要依据。为了使自动线的工作达到预期的效果，不仅要求自动线的工艺设备和辅助设备能实现预定的工作循环，而且能保证工作的可靠性和稳定性。,在制订自动线工艺方案时，必须考虑以下几个问题：1.毛坯选择 2.定位基面和输送基面的确定,毛坯的材质、制造方法与质量好坏，对自动线的工艺过程、结构形式、复杂程度及工作可靠性等都有直接影响。自动线加工的工件毛坯，要具有较高的精度和较好的质量，毛坯的尺寸要稳定、材质硬度要均匀、加工余量小，以减少切削加工工作量，提高自动线工作的可靠性。为适应自动线加工工艺特点，在拟订方案时可对工件和毛坯做某些工艺和结构上的局部修改。有时为能实现直接输送，在箱体和杂件类工件上做出某些工艺基面，如：凸台、工艺销孔、工艺平面或工艺凹槽等。,1.毛坯选择,2.定位基面和输送基面的确定 确定工件的加工工艺和输送方法是制定自动线总体方案的中心内容。为做好上述工作，首先应选择合理的定位基面和输送基面。,定位基面的确定 选择自动线上所用的定位基面时，要从保证工件的加工精度和简化自动线结构的基本原则出发，为此要注意以下几点：A.尽可能采用设计基准为工艺基准，以减少因更换基准带来的加工误差。B.尽可能采用统一的定位基面，这样有利于保证加工精度，统一自动线的夹具结构。C.尽可能采用已加工面为定位基面，以减少在各工位上的定位误差。D.所选的定位基面，应使夹具的定位夹紧机构简单，工件在自动线上输送的过程中，转位及翻转次数最少，尽量减少相应的辅助设备。E.对于箱体及杂件，所选的定位基面应使工件暴露出较多的加工面，以便实现多面同时加工。,工件在自动线上输送时所用的表面称为输送基面。输送基面的选择根据工件的形状及结构特征考虑如下：A.回转体工件输送基面的选择 对小型回转体工件，多靠其重力在输送料槽中进行滚动或滑动输送。滚动输送一般以外圆面作为支承面，两端面为限位面。轴类工件纵向滑动输送时，以外圆面作为输送基面。当难以利用重力输送或为提高输送的可靠性，可采用强迫输送。轴类工件以两端轴颈作支承，用链带式输送装置输送，或以外圆作支承，从一端面推动工件沿料道输送；盘、环类工件以端面作为支承，用链板式输送装置输送。B.箱体类工件输送基面选择 箱体类工件的输送方式有直接输送和间接输送两种。直接输送不需随行夹具和返回装置，并且在不同工位容易更换定位基准，因此应优先考虑直接输送。箱体类工件输送基面，一般以底面为输送面，两侧面为限位面，前后面为推拉面。对于畸形工件应尽可能使输送限位面与工件定位基准一致，全线应尽量采用统一的输送基面，以便统一输送装置的结构。,输送基面的确定,三、工艺流程的拟定 拟订工艺流程(即拟定自动线的加工工艺路线)应从保证工件的加工精度、简化自动线结构、满足生产率的角度出发，根据工件上各加工表面的技术要求，正确选择各加工表面的工艺方法和工步数，然后根据这些必要的加工步骤合理安排工件在自动线上的加工顺序，最后确定所采用的机床，并划分工段。,拟定工艺流程时，应参考以下原则：1.粗精加工分开，先粗后精。2.先面后孔，先基准，后其它的原则。3.工序适当集中和合理分散的原则。4.工序单一化原则。5.安排必要的辅助工序。6.多品种加工的可调性。,五、自动线的节拍计算和节拍平衡 自动线的生产节拍，可由下式计算:式中：TP自动线生产节拍(min件)d 全年有效工作日(d)t 每天有效工作时间(h)Q 年生产纲领(台)n 每台产品该零件的件数(件/台)%备品率%废品率 自动线负荷率(利用率)一般为6080。刚性联接的、复杂的 或规模较大的自动线取低值，柔性联接的、简单的自动线取高值。,在自动线设计中，应尽量做到各个工序(工位)工作循环时间近似相等，并略小于生产节拍时间。自动线所需的设备台数，在按工艺流程初步选定后，还需要经过平衡节拍适当增减，才能确定下来。平衡各工序的生产节拍，首先要按拟定的工艺流程，计算出每一工序的实际工作循环时间t环：t环t机t辅(min)式中：t机机动时间(min)；t辅与t机不重合的辅助时间(min)，一般取0.20.7min。然后将计算所得到的t环与自动线生产节拍比较，对于t环TP的工序，称之为限制性工序。对于限制性工序，必须采取措施缩短其工作循环时间t环，以达到平衡工序节拍的目的。,某一自动线上，工件输送带装置向前0.06分达到终点，工件进入铣床夹具需0.04分定位夹紧，之后输送带后退到原点需0.06分，在输送带后退的同时，铣床的动力头快速进给需0.05分，然后是动力头工作进给0.60分加工完零件，铣床的动力头后退至原位需0.04分,同时铣床夹具拔销松开0.05分，输送带再一次向前。计算节拍时间。,当t环与相差不多时，可通过调整负荷率，适当提高切削用量，改用高效率加工方法及压缩t辅来平衡。当t环与相差甚大，常采取如下措施来解决：1.采用工序分散的方法，使每个工序的加工时间减少至接近生产节拍。2.增加限制性工序同时加工的工件数量。这时需要将限制性工序单独组成一个工段，多件成组输送。而其余工段仍是单件送。3.增加限制性工序同时加工的机床台数，即在自动线上，通过串联或并联的方式，增设几台同样的机床，同时完成限制性工序。4.当工件批量较小，远远大于t环时，平衡节拍时要考虑减少机床台数。对于工件结构对称或各面结构要素相同的箱体工件，可以采用两次通过自动线完成全部加工工序的方式，使生产节拍延长一倍，以达到平衡节拍的目的。,加工一个较长的孔可以分几个工序钻出：,在电机座加工自动线上，对限制性的粗镗、半精镗工序，同时加工两个工件，为此由两个镗孔工位(c2，c3)组成单独的工段，设置单独的输送步距为前后输送装置的二倍，前后输送装置动作二次它动作一次。,V型发动机缸体两个斜面上的结构相同，采用自动双面机床，一面加工缸孔，另一面加工连接螺孔等，缸体经一次加工后转位180，再送进自动线加工。在自动线上设有检查开关3、4，根据检查开关发出的信号，确定工件转入后段自动线还是再次进入本段自动线。,六、自动线的总体布局,1.自动线的布局形式 直线式：这是自动线最常见的形式。机床可以排列在传输装置的一侧或两侧，传输装置按一定节拍，将工件依次送到各台机床上进行加工。折线通过式：对于工位数多、规模大的自动线，直线布置常受到车间长度限制，因而常布置成折线式。框形式：框形式是折线式的封闭形式。框形式布局更适用于随行夹具输送工件的自动线，可以节省随行夹具的返回装置。环形式：环型自动线工件的输送轨道呈圆环形。与直线式自动线一样，工件输送精度只需满足工件的初定位要求，工件最终定位精度靠机床上的固定夹具定位精度，因而这种布局的自动线可避免高精度多工位环型回转工作台的制造困难。,2.自动线的联接方式,刚性联接与柔性联接 若自动线中没有贮料装置，而是通过输送装置直接将全线联成为一个整体，这种联接方式称为刚性联接。若在自动线中设有必要的贮料装置，此时的联接方式称为柔性联接。,自动线的串联与并联 串联自动线的特点是工件输送和控制系统简单，机床顺序排列，上台机床的输出料道同时也是下台机床的输入料道。并联自动线布局多用于柔性联接的自动线。根据工件输送系统结构复杂与否，并联自动线可采用“顺序分料”法或“按需分料”法来实现供料。,思考题：1.自动线设计时应考虑的主要问题?2.自动线切削用量选择的基本原则?3.如何平衡自动线生产的节拍?4.自动线的布局及联接方式?,第四章 多品种、中小批量生产自动化,第一节 基本概念,第二节 确定多品种、中小批量生产自动化的方法,第三节 多品种、中小批量生产的自动化措施,生产的基本特征、生产自动化的意义、机械化及自动化的基本原则,找“费时环节”、拟定的措施及采用装置、确定经济合理性,简易自动化、通用机床的自动化改装、合理应用新型的自动化装置、建立成组加工单机、单元及柔性制造系统,一、多品种、中小批生产的基本特征,第一节 基本概念,产品品种多、产量小、生产的变化频繁。难于采用大批大量生产的先进工艺方法、高生产率的自动化装置和综合机械化的流水作业生产。,中小批生产和单件生产普遍存在着下列问题：,1.时间利用率低 中小批生产中零件的切削时间只占1.5，辅助时间为3.5，而95的时间用于运输和存放；2.机械化、自动化程度低；3.手工操作量很多，劳动强度大；4.加工费时、费力，生产周期长，成本高；5.单位产品消耗的总劳动量大，劳动生产率低；6.生产中只能采用“万能性”大的通用机床和简易的万能性工艺装备。,5%,95%,30%,70%,切削时间,装卸、测量、空程时间,运送和等待时间,机床上的时间,工件在车间的停留时间,工件在机床上时间,中小批生产自动化所面临的主要任务：,1.进一步提高单件小批生产的机械化、自动化程度，减 少手工操作量，降低劳动强度;2.缩短加工中工件的存放、运输时间;3.创造和采用适合于中小批量生产条件下的先进工艺;4.实现万能机床和万能工艺装备的机械化、自动化;5.研究和建立多品种、中小批量的生产单元和柔性制造 系统。,二、多品种、中小批生产自动化的意义,成组技术和数控技术在工业生产中的应用，标志着多品种、中小批量生产的自动化进入了一个新的阶段。制造工业正在向着增加品种和减小批量的方向发展,大批量生产所占的比重进一步下降，而中小批量生产的比重必将逐步增长。因此，进一步研究和不断解决中小批生产的自动化问题，迅速改变单件小批生产及中批生产的相对落后状况，努力提高它们的机械化、自动化程度，从而提高生产率，这是一项非常现实而迫切的任务。,1.首先必须采取技术和组织措施减少工件在加工过程中的存放及运输时间；2.改善工人的劳动条件，降低劳动强度；3.提高劳动生产率，缩短生产周期；4.所采用的机械化、自动化装置应可调、可换，具有广泛的适应性，实现多品种的优化生产。,三、中小批生产机械化及自动化的基本原则,第二节 确定多品种、中小批量生产自动化的方法,一、分析加工工时，找出“费时环节”二、拟定自动化的措施，采用相应的自动化装置 三、确定方案及装置的经济合理性,仔细分析产品加工工时的消耗情况，从而找出影响生产率提高的主导“费时环节”，以便正确确定自动化方案，其方法是：1.将一个工序(或一个工作班)在加工过程中的全部时间消耗进行观察、记录；2.对观察、记录的结果进行分类、统计，制成时间消耗图表，以便加以对比和分析；3.对统计的结果进行分析比较，找出“费时环节”。工序时间：t工序=t机动+t辅助+t服务+t准备 生 产 率：P=1/t工序,一、分析加工工时，找出“费时环节”,二、拟定自动化的措施，采用相应的自动化装置 1.通用的毛坯装料自动化和机械化装置，如工业机器人、程序控制的装料机；2.通用的毛坯夹紧机械化和自动化装置；3.加工中速度与进给量的控制机械化与自动化装置；4.加工中尺寸控制和测量的机械化、自动化通用装置；5.零件加工工作循环的机械化、自动化通用装置；6.工件及毛坯的起重、运输和存储的机械化、自动化装置(包括程序控制运输车、行车及自动仓库)；7.零件加工工序、加工工艺过程的自动化、机械化通用装置，如万能自动机、可变的生产单元、数控、加工中心及柔性的自动线。,三、确定方案及装置的经济合理性 1.机械化、自动化的方案实施后，所节约的产品加工活劳动量的减少量b是否多于因方案和装置的采用所引起的物化劳动的增量a，即应满足ab。活劳动量是指人工所消耗的劳动量。物化劳动是指设备、厂房、工具、材料、能量等综合消耗量。2.产品生产的总劳动量C是否比自动化前的总劳动量C降低，即应符合CC。,第三节 多品种、中小批量生产的自动化措施,一、简易自动化二、通用机床的自动化改装三、合理应用新型的万能自动机、万能组合的自动化装置四、在应用成组技术的基础上，研制和建立成组加工单机、单元及柔性制造系统,一、简易自动化 应用“效果大、花费小”的小型机械化、简易自动化的方法，研制可调可换的自动化工艺装置，解决主导费时环节的自动化，实现中小批量生产调整方便、迅速的自动化生产。,目前已成功地应用于中小批量生产的简易自动化主要有：1.进、退刀自动化 2.夹紧机械化和自动 3.换刀自动化 4.停车自动化及进刀控制器,采用这种螺纹退刀装置，可将机床转速由100r/min提高道1000r/min以上，并且在高速切削情况下，采用高速车丝刀具，使进给次数由几次变为12次，这样就把车丝的整个工序生产率提高到2040倍。,2.夹紧机械化和自动化 当切削的时间很短、夹紧费时、夹紧频繁时，采用简易的自动化夹紧装置可获得显著效果，通常效率可提高13倍。,(1)工件的自动夹具(2)工件的不停车夹具(3)刀具的不停车夹头,(1)工件的自动夹具,(2)工件的不停车夹具,(3)刀具的不停车夹头,3.换刀自动化 利用多刀架(转塔)，在机械式、液压式、气动式或电动式的动力驱动下，实现自动换刀。如:电磁夹紧刀架装置和在转塔车床上改装的自动转位刀架。,4.停车自动化及进刀控制器 为了实现走刀终点能自动停止进刀或出示进刀尺寸的控制，生产中，常采用限位行程开关、限位尺寸挡块及进刀指示器等装置。,进刀控制装置,二、通用机床的自动化改装 在机械制造业中，通用机床占有极大的比例，是单件及中小批量生产的主要设备。改装原有通用设备，提高它们的机械化、自动化程度，是实现实现多品种、中小批量生产自动化的主要措施之一。,1.通用机床改装的基本要求(1)改装后应保证机床具有较大的通用性和万能性，以适应产量小、品种多的加工需要；(2)改装工作量小，不破坏机床原有的万能性和主要结构，以便在使用这种装置时，能迅速实现自动化，而同时又可迅速恢复机床原有性能；(3)改装后应使机床调整简单迅速；(4)改装和调整费用要小；(5)改装后能获得良好的技术经济效果。,2.通用机床自动化改装的方向(1)工件的上、下料及定位夹紧的机械化与自动化；(2)机床速度及进给量操纵系统的自动化；(3)测量工作的自动化；(4)工序循环的自动化；(5)换刀的机械化和自动化。,通用机床自动化的改装内容及自动化程度等级,3.通用机床自动化改装的对象及方案 通用机床自动化的改装正朝着模块化方向发展，即将机床上同一功能的部件设计制造成具有不同用途、性能及自动化程度，部件可以互换，是能按要求来选用和组装的标准化、系列化通用部件。同一组模块具有相同的功能和结构要素。用模块组合成的自动化机床，在提高自动化程度的同时，可以保持着机床的通用性，因而它适合于多品种、中小批量生产。这也是它与组合机床的明显区别。,通用车床自动化的模块化系统,三、合理应用新型的万能自动机、万能组合的自动化装置；提高机床的通用性、万能性是机床工业发展的一项主要任务。数控机床、加工中心等加工设备的出现，为实现多品种、中小批量生产自动化创造了有利条件。随着这些机床的不断发展和完善，必将在多品种、中小批量产品的自动化生产得到更广泛应用。,四、在应用成组技术的基础上，研制和建立成组加工单机、单元及柔性制造系统。成组技术、计算机技术和数控技术的结合，提高了发展柔性加工的可能性，除了实现单台NC机床、CNC机床或加工中心上的自动化以外，近年来又出现了实现整个工艺过程自动化的柔性制造系统(FMS)。这种制造系统充分利用计算机技术和数控技术灵活性的特点，既具有高度自动化水平，又能适用多品种、中小批量生产的需要，是机械制造技术的一个新的重要发展。,思考题：1.多品种、中小批量生产的基本特征及实现自动化的基本原则是什么？2.结合多品种、中小批量生产的特点，试说明实现自动化的措施有哪些？,