4 机械加工生产线设计(4-2)

机械制造装备设计主讲人： 主讲人：李爱芝

4.2 机械加工生产线工艺方案设计

4.2.1 工艺方案的制定 4.2.2 生产节拍的平衡和生产线的分段 4.2.3 加工设备选择 4.2.4 生产线的生产率和经济性1 生产线的生产率和经济性1

4.2.1 工艺方案的设计(一)工件的输送基准选择 ◇输送方式：直接输送、随行夹具或托盘输送。 输送方式：直接输送、随行夹具或托盘输送。 或托盘输送 ◇工件的输送基准： 工件的输送基准： 输送滑移面、输送导向面、输送棘爪推拉面。 输送滑移面、输送导向面、输送棘爪推拉面。 采用随行夹具输送时， 采用随行夹具输送时，随行夹具就包含上述输送基准的 内容。 内容。 轴类工件输送基准→被机械手夹持的轴颈面。 轴类工件输送基准→被机械手夹持的轴颈面。 齿轮、轴承环等盘类工件输送基准→ 齿轮、轴承环等盘类工件输送基准→工件输送过程中的 滚动基准。 滚动基准。

◇输送方式的选择原则：直接输送方式应优先选用。 输送方式的选择原则：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。 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、 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； 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 有些工件有较好的输送基准，但工件刚性不足→ 输送基准的滑移面足够大， (1)输送基准的滑移面足够大，输送 输送方式(导向面(两侧)足够长， 设置辅助支承); 输送方式(导向面(两侧)足够长，最好选取已 设置辅助支承); 加工面→避免工件歪斜和窜动； 加工面→避免工件歪斜和窜动 毛坯直接上线→随行夹具输送方式。 ; 4.毛坯直接上线→随行夹具输送方式。 结构允许的前提下， (2)结构允许的前提下，可在工件上 全线应该尽量采用统一输送基准 简化输送装置结构。 统一输送基准→ ※全线应该尽量采用统一输送基准→简化输送装置结构。 增加工艺凸台，实现直接输送； 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。 应位置精度要求。

(二)工件的工艺基准选择(定位基准选择) 工件的工艺基准选择(定位基准选择) 原则：保证加工精度；简化生产线结构。 原则：保证加工精度；简化生产线结构。 (1)尽可能采用“基准统一”原则： 尽可能采用“基准统一”原则： (2)尽可能采用加工面作为定位基准： 尽可能采用加工面作为定位基准：

(3)箱体类工件和随行夹具应采用“一面两销”定位方式： 箱体类工件和随行夹具应采用“一面两销”定位方式： 即全线采用统一的定位基准， 即全线采用统一的定位基准，可减小 安装误差，有利于保证加工精度和实 安装误差， 尽可能采用“基准重合”原则： (4)尽可能采用“基准重合”原则： ,定位基面不应选 如果工件以毛坯上线加工， 如果工件以毛坯上线加工 一个圆柱销、一个菱形销、平面支承——圆柱销放在工件移动方向的前方， ——圆柱销放在工件移动方向的前方 一个圆柱销、一个菱形销、平面支承——圆柱销放在工件移动方向的前方， 现生产线夹具结构的通用化。 现生产线夹具结构的通用化。 定位基准应有利于实现多面加工， (5)定位基准应有利于实现多面加工，减少工件在生产线上的 在铸件的分型面上或锻件的毛边和分模面上； 在铸件的分型面上或锻件的毛边和分模面上； 以保证定位销可靠地插入销孔中，这样， 以保证定位销可靠地插入销孔中，这样，当输送装置将工件输送至距定 采用两套定位基准时， 采用两套定位基准时，应具有足够的 或清理平整后使用。 或清理平整后使用 简化生产线结构。 翻转次数，减少辅助设备数量，简化生产线结构。 翻转次数，减少辅助设备数量，。 位位置0.3 0.3~ 可由圆柱销的锥部将工件往前拉至最终位置。 位位置0.3~0.5mm处，可由圆柱销的锥部将工件往前拉至最终位置。 用设计基准或工序基准作为定位 相互位置精度，减少定位误差。 相互位置精度，减少定位误差。 ,一 若箱体类工件没有足够大的支承平面， 若箱体类工件没有足够大的支承平面，或该平面与主要加工面之间的位置 作为毛坯上线的第一道工序的定位基准， 作为毛坯上线的第一道工序的定位基准 基准，保证加工精度。 基准，保证加工精度。基准不重 精度较差——采用两个互相垂直的平面及一个菱形销定位 ——采用两个互相垂直的平面及一个菱形销定位。 精度较差——采用两个互相垂直的平面及一个菱形销定位。 般应选用工件上最重要的表面，以保证该表 般应选用工件上最重要的表面， 。 合时，需进行工艺尺寸换算。 合时，需进行工艺尺寸换算 采用两套定位 在较长的生产线上，定位销严重磨损，为保证加工精度——采用两套定位 ——采用 在较长的生产线上，定位销严重磨损，或采用相对其它加工面位 面加工余量均匀； 面加工余量均匀； 为保证加工精度—— 一套用于粗加工，另一套用于精加工；或采用较深的定位孔， 销，一套用于粗加工，另一套用于精加工；或采用较深的定位孔，粗

加 置精度较高的不加工表面作为粗基准。 置精度较高的不加工表面作为粗基准。 工用定位销的一半深度，精加工用定位销全部深度。 工用定位销的一半深度，精加工用定位销全部深度。

(三)工艺路线的拟定 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 安排加工顺序——加工内容合理排列 —— 5.安排必要的辅助工序。 安排必要的辅助工序。

1.正确选择各加工表面的加工工艺方法

一次铣

大平面加工 → 铣削

粗铣— 组合铣刀、 粗铣—精铣 → 组合铣刀、多头组合铣床 粗铣—半精铣— 粗铣—半精铣—精铣

实体上 → 钻、扩、铰

孔加工→铸孔或锻孔

粗镗—半精镗— 粗镗—半精镗—精镗 扩—粗铰—精铰 粗铰—

钻头加工过程中推出排屑和冷却钻头 通孔 → 两面钻孔 直径差0.2 0.3mm的阶梯孔 0.2~ 结构允许 → 直径差0.2~0.3 的阶梯孔 机床卧式布局 采用中空钻头 钻头不转， 钻头不转，工件旋转

深孔加工 长度大于6倍孔径 倍孔径) (长度大于 倍孔径)

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

2.划分加工阶段 3.确定工序集中和分散程度 确定工序集中和分散程度 工序集中 ◆原则：合理工序集中。 原则：合理工序集中。 优点： 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 减少机床数量，减少占地面积和节省人力， 产线结构； 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 工件一次安装，同时或先后完成多面加工， 表面的位置精度； 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 采取多轴、多面、多工位和复合刀具等方法， 生产效率。 生产效率。

◆考虑的主要问题： 考虑的主要问题： (1)有些工序(钻孔、钻深孔、铰孔和攻螺纹),切削用量、夹 有些工序(钻孔、钻深孔、铰孔和攻螺纹),切削用量、 ),切削用量 紧力、夹具结构、润滑要求等差别较大， 紧力、夹具结构、润滑要求等差别较大，不易集中在同一工 位或同台机床上加工(特别同一主轴箱上) 工序分散； 位或同台机床上加工(特别同一主轴箱上)→工序分散； (2)相互位置精度要求较高的表面应安排在同一工位或同台机床 上加工； 上加工； (3)考虑工件刚性——避免切削力、夹紧力过大影响加工精度； 考虑工件刚性——避免切削力、夹紧力过大影响加工精度； ——避免切削力 (4)粗精加工工序合理安排，避免粗加工热变

形影响加工精度； 粗精加工工序合理安排，避免粗加工热变形影响加工精度； (5)机床调整使用方便和高的可靠性，如主轴排列不易过密，以 机床调整使用方便和高的可靠性，如主轴排列不易过密， 免影响刀具调整和更换。 免影响刀具调整和更换。

4.安排加工顺序→ 安排加工顺序→

一般原则： 一般原则：

(1)先面后孔、先基面后其它、先主后次； 先面后孔、先基面后其它、先主后次； (2)粗、精分开，先粗后精； 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； 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； 先加工定位基面， 先加工定位基面，后加工一般工 (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； 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； 先加工平面，后加工孔。 序；先加工平面，后加工孔。 位置精度要求高的加工面应尽可能放在一个工位上加工； (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； 精加工不易放在一台机床上进行。 粗、精加工不易放在一台机床上进行。 同轴度≤0.05mm的孔系 的孔系， 精加工应从一侧进行； (6)同轴度≤0.05mm的孔系，半、精加工应从一侧进行； ——重要表面 重要表面： 精加工工序拉得远一些； ——重要表面：粗、精加工工序拉得远一些；粗加工工序安 减少转位装置； 如安排在线内加工， (排在生产线的前端；精加工工序安排在生产线的最后；废 7)减少转位装置； 如安排在线内加工，则应采取相应措 排在生产线的前端；精加工工序安排在生产线的最后； 备用机床、 施：备用机床、自动测量及刀具自动 有利于简化机床结构； 有利于简化机床结构 ； 品率高的的孔的精加工工序不易放在最后。 攻螺纹工序一般安排在线的最后，用单独机床加工； (品率高的的孔的精加工工序不易放在最后。 8)攻螺纹工序一般安排在线的最后，用单独机床加工；有利于冷却润 补偿装置， 补偿装置，或设计成备有支线的单独 滑液回收、切屑处理；减少清洗装置。 滑液回收、切屑处理；减少清洗装置。 ——不重要的面 精加工可安排仅一些， ——不重要的面： 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。 (9)不重要的面：粗、精加工可安排仅一些，以便调整工序 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。 精加工生产线，自成工段。 精加工生产线，自成工段。 间的余量。 间的余量。

5.安排必要的辅助工序 检验工序； 检验工序； 清洗

工序； 清洗工序； 切屑清理工序； 切屑清理工序； 倒角或去飞边、毛刺工序等。 倒角或去飞边、毛刺工序等。

(四)切削用量选择 对于工作时间最长，影响生产节拍的工序， 1.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 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， 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。 可采用较低切削用量→提高刀具耐用度。 同一主轴箱上的刀具，一般共用一个进给系统—— ——各刀具每 2.同一主轴箱上的刀具，一般共用一个进给系统——各刀具每 分种进给量相同；若少数刀具要选取不同进给量—— ——附加增速 分种进给量相同；若少数刀具要选取不同进给量——附加增速 或减速机构。 或减速机构。 同一主轴箱上有定向停车要求的各主轴， 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； 等或互成整数倍； 选择复合刀具的切削用量时，应考虑到刀具各部分的强度、 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。 耐用度及其工作要求。

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4.2.2 生产节拍的平衡和生产线的分段 (一)生产节拍的平衡 1.工序节拍大于生产线的生产节拍→相差不大： 工序节拍大于生产线的生产节拍→相差不大：提高切削用量，采用先进刀具等，缩短工序节拍。 提高切削用量，采用先进刀具等，缩短工序节拍。

2.工序节拍大于生产线的生产节拍→ t g >> t j : 工序节拍大于生产线的生产节拍→★采用新的工艺方法→提高工序节拍； 采用新的工艺方法→提高工序节拍； 增加顺序加工工位→工序分散，将限制性工序分解为几个工步， ★增加顺序加工工位→工序分散，将限制性工序分解为几个工步，摊在 几个工位上完成； 几个工位上完成； 实行多件并行加工→采用多工位加工机床， ★实行多件并行加工→采用多工位加工机床，各工位完成同样工件不同 工步的加工，每次转位就完成一个工件； 工步的加工，每次转位就完成一个工件； 增加同时加工的工位数→设置若干台同样的机床， ★增加同时加工的工位数→设置若干台同样的机床，同时加工同一道限 制性工序，机床的布局可采用串联或并联方式。 制性工序，机床的布局可采用串联或并联方式。

(二)生产线的分段 1.工件在线上的姿势不同，被转位或翻转装置分隔→分为工

段； 工件在线上的姿势不同，被转位或翻转装置分隔→分为工段； 2.采用并行机床或并行工位时→满足传送工件的需要。 采用并行机床或并行工位时→满足传送工件的需要。 3.机床台数和刀具数量多，为减少由于故障引起的停车损失 机床台数和刀具数量多， →划分为可以独立工作的工段。 划分为可以独立工作的工段。 4.工件的加工精度较高时，粗加工后存放一段时间，以减小工 工件的加工精度较高时，粗加工后存放一段时间， 件热变性和内应力对后续工序的影响。 件热变性和内应力对后续工序的影响。 □设置中间储料库

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加工设备选择： 4.2.3 加工设备选择： ◆机床类型： 机床类型： 经过自动化改装的通用机床、专用机床、组合机床、 经过自动化改装的通用机床、专用机床、组合机床、数控 机床和加工中心。 机床和加工中心。 ◆依据:工件的外形尺寸、质量、精度要求和生产类型。 依据:工件的外形尺寸、质量、精度要求和生产类型。 □大批大量生产条件下，旋转体工件→全自动通用机床、经 大批大量生产条件下，旋转体工件→全自动通用机床、 自动化改装的通用机床、专用机床； 自动化改装的通用机床、专用机床； □大批大量生产条件下，箱体、杂类工件→组合机床； 大批大量生产条件下，箱体、杂类工件→组合机床； □生产批量不大而品种繁多→数控机床、加工中心、柔性制 生产批量不大而品种繁多→数控机床、加工中心、 造单元。 造单元。

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4.2.4 生产线的生产率和经济性 (一)生产线的生产率： 生产线的生产率： 衡量， ,生产率↑ 用生产线的生产节拍时间tp 衡量，tp↓,生产率↑。

N→生产线的计算生产纲领(包括备品率和废品率); N→生产线的计算生产纲领(包括备品率和废品率); 生产线的计算生产纲领 T→生产线年有效工作时间， T→生产线年有效工作时间， 生产线年有效工作时间 m→生产线每天工作班次， m→生产线每天工作班次， 生产线每天工作班次

T = 8 × 365 52 × 2 7)mk (系数 k 0.89~0.92 9 0.86~0.89 ~ 0.83~0.86 ~ 1 2 3

m =1 2 3 ; ——生产线停修系数 生产线停修系数， k——生产线停修系数，

每日工作班次 m

◇生产线中各工序的单件时间 用户所要求生产线生产率： 用户所要求生产线生产率：

td ≤ t pN Q= T

设第i 道工序的单件时间 di 与tp 不相符，则第 道工序所需机 不相符，则第i 设第 道工序的单件时间t 床数量： 床数量：

小 数 去 取 高 产 力 施 较 尾 →删 →采 提 生 能 措 tdi Gi = →圆 为 iz 整 G tp 较 尾 →入 大 数 上

——G —— i 、Giz不同

◇机床负

荷率概念： 机床负荷率概念：设生产线上有n台机床，则机床平均负荷率： 设生产线上有 台机床，则机床平均负荷率： 台机床

1 Gi η平均 = ∑ ≥ 0.8 n i=1 Giz

n

(二)生产线的经济性分析

机床平均负荷率◇ 机床平均负荷率◇ 所需各类工作人员总数 占地面积 制造零件的生产成本◇ 制造零件的生产成本◇ 投资费用 投资回收期◇ 投资回收期◇

主要评价指标

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