CA6140車床法蘭盤831004機(jī)械加工工藝規(guī)程及鉆4-9孔夾具設(shè)計,ca6140,車床,法蘭盤,機(jī)械,加工,工藝,規(guī)程,夾具,設(shè)計
目 錄
一、序言 ………………………………………………………………(4)
1. 設(shè)計目的
2. 設(shè)計的要求
3. 設(shè)計的內(nèi)容及步驟
二、零件的分析………………………………………………………(5)
1.零件的主要技術(shù)要求
2.零件的工藝分析
三、工藝規(guī)程設(shè)計……………………………………………………(6)
1.確定毛坯的制造形式
2.基面的選擇
3.制定工藝路線
4.機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
5.確定切削用量及基本工時
四、夾具設(shè)計………………………………………………………(17)
1.問題的提出
2.夾具設(shè)計
五、心得體會………………………………………………………(19)
六、參考資料………………………………………………………(20)
專題論文…………………………………… …………………（21）
附錄1 中文譯文………………………………………………… （46）
附錄2 外文文獻(xiàn)………………………………………………… （54）
一、序言
機(jī)械制造設(shè)計是在學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。是進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
希望能通過這次課程設(shè)計對學(xué)生未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉他們分析問題、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
一、 設(shè)計目的
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了機(jī)械制造基礎(chǔ)課程后、進(jìn)行了生產(chǎn)實習(xí)之后的下一個教學(xué)環(huán)節(jié)。它一方面要求學(xué)生通過設(shè)計能獲得綜合運(yùn)用過去所學(xué)過的全部課程進(jìn)行工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本能力，另外，也為以后作好畢業(yè)設(shè)計進(jìn)行一次綜合訓(xùn)練和準(zhǔn)備。學(xué)生通過機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計，應(yīng)在下述各方面得到鍛煉：
（1） 能熟練運(yùn)用制造技術(shù)基礎(chǔ)課程中的基礎(chǔ)理論以及在生產(chǎn)實習(xí)中學(xué)到的實踐知識，正確地解決一個零件在加工中的定位、夾緊以及工藝路線安排、工藝尺寸確定等問題，保證零件的加工質(zhì)量。
（2） 提高結(jié)構(gòu)設(shè)計能力。學(xué)生通過設(shè)計夾具（或量具）的訓(xùn)練，應(yīng)當(dāng)獲得根據(jù)被加工零件的加工要求，設(shè)計出高效、省力、經(jīng)濟(jì)合理而能保證加工質(zhì)量的夾具的能力。
（3） 學(xué)會使用手冊及圖表資料。掌握與本設(shè)計有關(guān)的各種資料的名稱、出處，能夠做到熟練運(yùn)用。
二、 設(shè)計的要求
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計題目為：后羅拉過橋搖（零件的機(jī)械加工工藝規(guī)程及工藝類裝備）。
生產(chǎn)綱領(lǐng)為大批量生產(chǎn)。
設(shè)計的要求包括以下幾個部分：
零件圖1張
毛坯圖1張
機(jī)械加工工藝過程綜合卡片1張
鉆床夾具裝配圖1張
鉆床零件圖1張
課程設(shè)計說明書1份
三、 設(shè)計的內(nèi)容及步驟
設(shè)計的內(nèi)容及步驟包括以下三部分：
1. 零件的分析；
2. 工藝規(guī)程設(shè)計；
3. 夾具設(shè)計。
二.零件的分析
（一）零件的主要技術(shù)要求
法蘭盤有兩組加工表面，有一定的位置要求。
1. φ100左和φ90右端面有對軸的圓跳動度均為0.03
2. 孔20mm要求加工粗糙度為1.6，上下兩面粗糙度為0.8。
3. 工件材HT200，鑄件。
（二）工藝分析
CA6140車床共有兩處加工表面，其間有一定位置要求。分述如下：
1. 以φ45為中心的加工表面
這一組加工表面包括：φ100，φ90，φ45的外輪廓，以及其左右端面，φ100左和φ90右端面與孔的中心線有位置要求，Φ45拋光。這三個外輪廓都沒有高的位置度要求。
2. 以φ20為中心的加工表面
這一組加工表面包括：φ20的孔，以及其左右兩個端面。
這兩組表面有一定的粗糙度要求。
由上面分析可知，加工時應(yīng)先加工一組表面，再以這組加工后表面為基準(zhǔn)加工另外一組。
3.為了保證零件主要表面粗糙度的要求，避免加工時由于切削量較大引起工件變形或可能劃傷已加工表面，故整個工藝過程分為粗加工和粗加工。整個加工過程中，無論是粗加工階段還是精加工階段，都應(yīng)該遵循“先面后孔”的加工原則。
三.工藝規(guī)程設(shè)計
第一節(jié) 確定毛坯的制造形式
一 選用材料：零件材料為HT200。考慮零件在機(jī)床運(yùn)行過程中所受沖擊不大，零件結(jié)構(gòu)又比較簡單，故選擇鑄件毛坯。
二 生產(chǎn)類型：考慮到汽車在運(yùn)行中要經(jīng)常加速及正，反向行駛，零件在工作中則經(jīng)常承受交變載荷及沖擊性載荷，因此選用鍛件，以使金屬纖維盡量不被切斷，保證零件工作可靠。
第二節(jié) 基面的選擇
基面的選擇是工藝規(guī)程設(shè)計中的很重要的工作之一。基面選擇的正確合理，可以使加工質(zhì)量得到保證。生產(chǎn)率得以提高；否則，加工工藝過程中會問題百出，更有甚者，還會造成零件成批報廢，使生產(chǎn)無法正常進(jìn)行。
一、 粗基準(zhǔn)的選擇：
對于零件而言，盡可能選擇不加工表面為粗基準(zhǔn)。而對有若干個不加工表面的工件，則應(yīng)以與加工表面要求相對位置精度較高的不加工表面作粗基準(zhǔn)。根據(jù)這個基準(zhǔn)選擇原則，現(xiàn)選取φ100的加工外輪廓表面作為粗基準(zhǔn)，利用三爪限制5個自由度，通過尾座限制最后1個自由度，達(dá)到完全定位,然后進(jìn)行車削。
二、 精基準(zhǔn)的選擇
精基準(zhǔn)就是以加工過的表面進(jìn)行定位的基準(zhǔn)。選擇精基準(zhǔn)的時候 主要慮保證加工精度并且使工件裝夾得方便、準(zhǔn)確、可靠 。因此要遵循以下幾個原則
1、基準(zhǔn)重合的原則
2、基準(zhǔn)不變的原則
3、互為基準(zhǔn)，反復(fù)加工的原則
4、自為基準(zhǔn)的原則
5、應(yīng)能使工件裝夾方便穩(wěn)定可靠，夾具簡單?？紤]以上原則和零件的尺寸和加工要求我選用底面為精基準(zhǔn)，并采用一面兩孔的形式定位，限制6個自由度為完全定位。
第三節(jié) 制定工藝路線
制定工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)該是使零件幾何形狀、尺寸精度以及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用專用機(jī)床與專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。
一、工藝方案（一）：
制定工藝路線得出發(fā)點,應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證,在生產(chǎn)綱領(lǐng)已確定的情況下,可以考慮采用萬能性機(jī)床配以專用工卡具,并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此之外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。
方案一
工序1 鉆，擴(kuò)孔Φ20，倒角45°
工序2 粗車 半精車兩孔Φ20端面
工序3 粗車 半車鏜Φ100外輪廓，倒角45°
工序4 粗車 半精車Φ90外輪廓，倒角45°
工序5 粗車 半精車左Φ45圓柱側(cè)面
工序6 粗車 半精車右Φ45圓柱側(cè)面
工序7 粗磨Φ45圓柱側(cè)面
工序8? ?鉆四個Φ9mm的孔
工序9? 鉆Φ4mm、擴(kuò)鉸孔Φ6mm
工序10? ? 半精磨精磨粗車Φ45圓柱側(cè)面
工序11 將B面拋光
工序1?2 Φ100mm外圓刻字
工序1?3 Φ100mm無光鍍鉻
工序1?4? ?檢驗
工序15? ?入庫
方案二
工序1 粗車左邊φ100，φ45，φ90外圓，粗車各端面， 粗車φ90的倒角，φ100的倒角，鏜φ18的孔
工序2 粗車右φ45的外圓，粗車3*2的槽，R5的圓角 擴(kuò)，鉸φ20的孔
工序3 半精車左端φ100，左右端φ45外圓以及各端面3*2的槽，R5的圓角
工序4 粗銑φ45右端面
工序5 粗，精銑φ100左端面
工序6 鉆四個φ9
工序7 鉆，鉸左面F面上的臺階孔
工序8 鉗工去毛刺
工序9 粗，精磨φ100，φ90，φ45的外圓。
工序10 B面拋光
工序11 φ100的左端面刻字
工序12 φ100的外圓無光渡鉻
工序13 檢驗
工序14 入庫
經(jīng)過綜合考慮CA6140車床的法蘭盤工藝路線方案:
工序1 粗車左邊φ100，φ45，φ90外圓，粗車各端面， 粗車φ90的倒角，φ100的倒角，鏜φ18的孔
工序2 粗車右φ45的外圓，粗車3*2的槽，R5的圓角 擴(kuò)，鉸φ20的孔
工序3 半精車左端φ100，左右端φ45外圓以及各端面 3*2的槽，R5的圓角
工序4 粗銑φ45的右端面 粗，精銑φ100左端面
工序5 鉆四個φ9
工序6 鉆，鉸左面F面上的臺階孔
工序7 鉗工去毛刺
工序8 粗，精磨φ100，φ90，φ45的外圓。
工序9 B面拋光
工序10 φ100的左端面刻字,φ100的外圓無光渡鉻
工序11 檢驗
工序12 入庫
本道工序主要用到一個專門夾具用來夾住左端φ100的圓盤 但效率較高，而且位置精度較易保證。工序安排使時間較為合理，設(shè)計基準(zhǔn)和工藝基準(zhǔn)重合。
第四節(jié) 機(jī)械加工余量、工序尺寸及毛坯尺寸的確定
“法蘭盤 零件材料為HT200鋼，硬度207~241HBS，毛坯重量約為2kg，生產(chǎn)類型為中批生產(chǎn)，毛坯采用鑄造。
根據(jù)上述原始資料加工工藝，分別確定各加工表面的機(jī)械加工余量，工序尺寸及毛坯尺寸如下：
1.端面的加工余量為3mm，查《機(jī)械制造工藝標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用手冊》（以下簡稱《工藝手冊》）表4.3-38得。
3.內(nèi)孔mm
毛坯為實心，不沖出孔。兩內(nèi)孔精度要求界于IT-IT8之間，參照《工藝手冊》表4.3-24 4.3-36
確定加工余量為：
鉆孔： 15mm （鉆孔的最大尺寸）
鉆孔： 18mm 2Z=3mm
擴(kuò)孔： 19.7mm 2Z=1.7mm
精鏜： 19.9mm 2Z=0.2mm
細(xì)鏜： mm 2Z=0.1mm
4. φ45mm外端面的加工余量
1）.按《工藝手冊》表4.3-38，粗加工孔外端面的單邊加工余量為3mm，取Z=3mm。
2）.磨削余量：單邊0.2mm（《工藝手冊》，磨削公差即零件公差-0.07mm。
3）.銑削余量：磨削的公稱余量（單邊）為：
Z=2.0-0.2=1.8（mm）
根據(jù)以上尺寸的公差和加工余量來確定此法蘭盤的毛坯圖。
第五節(jié) 確定切削用量及基本用時
工序1 粗車 半精車Φ100左端面，Φ100，Φ190，左Φ45外輪廓及倒角
（1）確定車刀 90 45刀
（2）切削深度現(xiàn)在全部切除
進(jìn)給量根據(jù)表《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2選
計算切削速度《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2
（3）確定主軸轉(zhuǎn)速
取n=480則實際切削速度為165.8r/min
（4）計算所需功率
主切削力F2按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
主切削力
其中CF2=650 XF2=1.0 YF2=0.75 nF2=0.15
《機(jī)械加工工藝手冊》表27-15
（5）切削時消耗功率Pc為
Kw
（6）檢驗機(jī)進(jìn)給采流強(qiáng)度
徑向切削力按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
其中
則
軸向切削力
其中
聯(lián)機(jī)床與導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù) 則切削力在縱向進(jìn)給方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的后則力為
（7）切削工時
工序2 車右Φ45外圓及端面，3×2槽R5圓角
（1）確定車刀 刀
（2）切削深度現(xiàn)在全部切除
（3）進(jìn)給量根據(jù)表《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2選
計算切削速度《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2
（4）確定主軸轉(zhuǎn)速
取n=480則實際切削速度為165.8r/min
（5）計算所需功率
主切削力F2按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
主切削力
其中CF2=650 XF2=1.0 YF2=0.75 nF2=0.15
《機(jī)械加工工藝手冊》表27-15
切削時消耗功率Pc為
Kw
（6）檢驗機(jī)進(jìn)給采流強(qiáng)度
徑向切削力按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
其中
則
軸向切削力
其中
聯(lián)機(jī)床與導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù) 則切削力在縱向進(jìn)給方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的后則力為
（7）切削工時
工序3 粗車，半精車右φ45外輪廓及其余端面，3×2槽R5圓角
（1）確定車刀 刀
（2）切削深度現(xiàn)在全部切除
（3）進(jìn)給量根據(jù)表《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2選
計算切削速度《機(jī)械加工工藝手冊》表27-2
（4）確定主軸轉(zhuǎn)速
取n=480則實際切削速度為165.8r/min
（5）計算所需功率
主切削力F2按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
主切削力
其中CF2=650 XF2=1.0 YF2=0.75 nF2=0.15
《機(jī)械加工工藝手冊》表27-15
切削時消耗功率Pc為
Kw
（6）檢驗機(jī)進(jìn)給采流強(qiáng)度
徑向切削力按《機(jī)械加工工藝手冊》表27-14
其中
則
軸向切削力
其中
聯(lián)機(jī)床與導(dǎo)軌與床鞍之間的摩擦系數(shù) 則切削力在縱向進(jìn)給方向進(jìn)給機(jī)構(gòu)的后則力為
（7）切削工時
工序4 鉆，擴(kuò)φ20，車倒角
1 選擇鉆頭
選擇錐柄麻花鉆(GB1438-85) 查表 d0=18
鉆頭幾何形狀(表2.1及表2.2)
雙錐,修磨橫刃 β=30° 2φ=100° bξ=3.5 α0=11° b=2mm L=4mm
2.選擇切削刀具
①進(jìn)給量f
1>按加工要求決定進(jìn)給量: 根據(jù)表2.7 當(dāng)加工要求為H12~HB 精度
鑄鐵HBS>200 d0=18mm f=0.43~0.53mm/r
由于L/d=30/18=1.67 故應(yīng)乘以孔深修正系數(shù)kcf=1?
f= 0.43~0.53 mm/r
2>按鉆頭強(qiáng)度決定進(jìn)給量
根據(jù)表2-8 當(dāng)HBS=200 d=18mm 鉆頭強(qiáng)度允許的進(jìn)給量f=1.6mm/r
3>按機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)強(qiáng)度決定進(jìn)給量
根據(jù)表2.9 當(dāng)HBS>210 d0=≤20.5 機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)允許的軸向力為6960N
(Z3025鉆床允許的軸向力為7848N 見《設(shè)計手冊》表4.2-11)進(jìn)給量為0.6mm/r
從以上三個進(jìn)給量比較可看出,受限制的進(jìn)給量是工藝要求,其值為 f=0.43~0.53mm/r
根據(jù)Z3025鉆床,選擇 f=0.5 mm/r
②決定鉆頭磨純標(biāo)準(zhǔn)及壽命
由表2.12 當(dāng)d0=18 時,鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm,壽命T=60min
③切削進(jìn)度
由表2.15 HBS 170~240, f=0.5mm/r d>20 Vc=16m/min
? n =1000V/πd0=1000×16/(3.14×20)=254.7r/min
④檢驗機(jī)床扭矩及功率
根據(jù)表2.20 當(dāng)f=0.5mm/r d0<19 時 mt=64.45 N*M
根據(jù)Z3025 鉆床說明書 當(dāng)nc=250r/min 時 Mm=80 N*M
根據(jù)表2.23 當(dāng)HBS200 d0=20 f=0.53mm/r Vc=16m/min 時 Pc=1.1KW
查《設(shè)計手冊》表4.2-11 PE=2.2KW
由于MC
根據(jù)表1.２ 選擇YG6硬質(zhì)合金刀具
? 根據(jù)表3.1 銑前深度ap≤4 銑削寬度ae≤90 端銑刀直徑D0=100mm
由于采用標(biāo)準(zhǔn)硬質(zhì)合金端銑刀,故齒數(shù)Z=10
2 >銑刀幾何形狀查表(3.2) 由于 HBS=200>150,r0=0° α0=8°Kr=45°
Kre=30°
? Kr′=5° λs=-20° α0′=8° bq=1.2
2選擇切削用量
13>? 決定銑削深度ap (由于加工余量不大,鑄體為金屬型,鑄造表面粗糙度為12.5~6.3 所以可以在一次走刀內(nèi)切完)
ap=h=2mm
14>? 決定每齒進(jìn)給量fz 當(dāng)使用YG6銑床功率為7.5KW
查表3.5時 fz=0.14~0.24mm/z 取fz=0.18
15>? 選擇銑刀磨純標(biāo)準(zhǔn)及刀具壽命
根據(jù)表3.7 銑刀刀齒刀面最大磨損量為粗加工時2.0,精加工時0.5
由于銑刀直徑d0=100mm 故刀具壽命T=180min (查表3.8)
16>? 根據(jù)(表3.16)當(dāng)d0=100mm Z=10 ap=2 fz=0.18 Vi=98m/min n t =32r/min Vft=490mm/min
各修正系數(shù)為: kmv=kmn=kmvf=0.89
? ? ? ? ? Ksv=ksn=ksvf=0.8
故:Vc=Vt kv=98×0.89×0.8=70m/min
n=nt kn=322×0.89×0.8=230r/min
Vf=Vft kvt=490×0.89×0.8=350.3mm/min
根據(jù)X52K型立銑說明書(《設(shè)計手冊》表4.2-35)選擇
n =300r/min? Vfc=375mm/min
因此 實際切削速度和每齒進(jìn)給量為
VC=πd0n /1000 =3.14×100×300 / 1000 =94.2 m/min
Fzc=vfc / (nc×Z) =375 / 300×10=0.125mm/z
17>? 根據(jù)機(jī)床功率:
根據(jù)表3.24 當(dāng)HBS= 170~240 ae≤9mm ap≤2 d=100 Z=10 Vf=375mm/min
近似Pcc=3.8KW
根據(jù)X52K型立銑說明機(jī)床主軸允許功率為Pcm=7.5×0.75=5.63KW
故Pcc? 計算基本工時tm = L / vf
式中 L=176mm 根據(jù)表3.26,對稱安裝銑刀,入切量及超切量Y+Δ=35 則L=(176+35)=221mm 故tm=221 / 375=0.56min
工序6 鉆孔4×Φ9
一.鉆孔φ4
1.錐柄麻花鉆(GB1436-85) d=8.8 mm
鉆頭幾何形狀為(表2.1及表2.2)雙錐修磨橫刃β=30°
? 2φ=118°? be=3.5mm α0=12° ψ=55°
2.選擇切削用量
1>按加工要求決定進(jìn)給量
根據(jù)表2.7 當(dāng)加工要求為H12~HB精度鑄鐵硬度HBS200
d0=7.8mm 時 f=0.36~0.44 mm/r
由于L/d=32/7.8=4 所以應(yīng)乘以修正孔系數(shù)kcf=0.95 則
f =(0.36~0.44) ×0.95=0.34～0.42 mm/r 由鉆床Z3025手冊取f=0.4mm/r
2>決定鉆頭磨純標(biāo)準(zhǔn)及壽命
由表2.12 ,當(dāng)d0=4時,鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm 壽命T=35min
3>決定切削速度
由表2.15 硬度HBS200～219 f=0.9mm/r d0<20mm Vc=22 m/min
n =1000V/πd0=1000×22/(3.14×20)=350 r/min
由鉆床說明手冊選取 n=400 r/min
3.計算工時
tm =L / nf= L+Y+Δ/ nf=(32+10)/400×0.4=0.26min
工序7 鉆孔φ4及φ6孔
一.鉆孔φ4
1.錐柄麻花鉆(GB1436-85) d=3.8 mm
鉆頭幾何形狀為(表2.1及表2.2)雙錐修磨橫刃β=30°
? 2φ=118°? be=3.5mm α0=12° ψ=55°
2.選擇切削用量
1>按加工要求決定進(jìn)給量
根據(jù)表2.7 當(dāng)加工要求為H12~HB精度鑄鐵硬度HBS200
d0=7.8mm 時 f=0.36~0.44 mm/r
由于L/d=32/7.8=4 所以應(yīng)乘以修正孔系數(shù)kcf=0.95 則
f =(0.36~0.44) ×0.95=0.34～0.42 mm/r 由鉆床Z3025手冊取f=0.4mm/r
2>決定鉆頭磨純標(biāo)準(zhǔn)及壽命
由表2.12 ,當(dāng)d0=4時,鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm 壽命T=35min
3>決定切削速度
由表2.15 硬度HBS200～219 f=0.9mm/r d0<20mm Vc=22 m/min
n =1000V/πd0=1000×22/(3.14×20)=350 r/min
由鉆床說明手冊選取 n=400 r/min
3.計算工時
tm =L / nf= L+Y+Δ/ nf=(32+10)/400×0.4=0.26min
二.擴(kuò)Φ6
1.錐柄麻花鉆(GB1436-85) d=3.8 mm
鉆頭幾何形狀為(表2.1及表2.2)雙錐修磨橫刃β=30°
? 2φ=118°? be=3.5mm α0=12° ψ=55°
2.選擇切削用量
1>按加工要求決定進(jìn)給量
根據(jù)表2.7 當(dāng)加工要求為H12~HB精度鑄鐵硬度HBS200
d0=7.8mm 時 f=0.36~0.44 mm/r
由于L/d=32/7.8=4 所以應(yīng)乘以修正孔系數(shù)kcf=0.95 則
f =(0.36~0.44) ×0.95=0.34～0.42 mm/r 由鉆床Z3025手冊取f=0.4mm/r
2>決定鉆頭磨純標(biāo)準(zhǔn)及壽命
由表2.12 ,當(dāng)d0=4時,鉆頭后刀面最大磨損量取為0.6mm 壽命T=35min
3>決定切削速度
由表2.15 硬度HBS200～219 f=0.9mm/r d0<20mm Vc=22 m/min
n =1000V/πd0=1000×22/(3.14×20)=350 r/min
由鉆床說明手冊選取 n=400 r/min
3.計算工時
tm =L / nf= L+Y+Δ/ nf=(32+10)/400×0.4=0.26min
最后，將以上各工序切削用量、工時定額的計算結(jié)果，連同其他加工數(shù)據(jù)，一并填入機(jī)械加工工藝過程綜合卡片。
工序八 粗精磨Φ100左端面，Φ90右端面，Φ45-0.6外圓，拋光，Φ100左端面刻字，無光鍍鉻
第六節(jié) 夾具設(shè)計
6.1問題的提出
為了提高勞動生產(chǎn)率，保證加工質(zhì)量，降低勞動強(qiáng)度，需要設(shè)計專用夾具
經(jīng)過與指導(dǎo)老師協(xié)商，決定設(shè)計第5道工序——鉆孔4×Φ9
6.2夾具設(shè)計
1.工件裝夾方案的確定
工件裝夾方案的確定，首先應(yīng)考慮滿足加工要求。端面B面與中心孔均有位置精度要求，可以通過其中的任意一個進(jìn)行定位來保證。 在加工過程中，應(yīng)該對工件的6個自由度都進(jìn)行限制，在該設(shè)計中，通過三抓與Φ100-0. 6進(jìn)行配合，左端面與夾具表面壓緊來限制5個自由度，通過個錐形定位銷來限制工件繞Z軸轉(zhuǎn)動的自由度，這樣，達(dá)到工件的完全定位。
工件定位方案的確定除了考慮加工要求外，還應(yīng)結(jié)合定位元件的結(jié)構(gòu)及加緊方案實現(xiàn)的可能性而予以最后確定。考慮到工件為大批生產(chǎn)，為提高生產(chǎn)效率，減輕工人勞動強(qiáng)度，宜采用盡可能簡單的加緊裝置，該設(shè)計中采用V型快一個 椎形定位銷完成在加工完成后，只需松一下錐形定位銷，就可以取出工件，較為簡便。由于該夾緊裝置主要是壓緊工件，限制Z方向的自由度，而本工序采用的是Z525鉆床作用在Z方向的切削力很小，因而不需要很大的加緊力。
由零件圖可知，Φ與中心孔Φ45-0.6都有一定的位置精度要求，應(yīng)以這兩孔的中心線所確定平面為定位基準(zhǔn)，限制三個自由度。為保證工件位置精度加工時的穩(wěn)定性，又考慮到夾具的盡可能簡化，選用孔Φ45-0.06、Φ20中心為第一和第二定位基準(zhǔn)，通過V型快和錐形定位銷（見夾具裝配圖）實現(xiàn)定位。
第七節(jié).心得體會
機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計是在學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專業(yè)課之后進(jìn)行的。是進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計之前對所學(xué)各課程的一次深入的綜合性的總復(fù)習(xí)，也是一次理論聯(lián)系實際的訓(xùn)練，因此，它在我們四年的大學(xué)生活中占有重要的地位。
通過這次課程設(shè)計對我們學(xué)生未來將從事的工作進(jìn)行一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉我們問題、解決問題的能力，為今后參加工作打下一個良好的基礎(chǔ)。
在設(shè)計過程中我們發(fā)現(xiàn)了許多在學(xué)習(xí)和應(yīng)用知識的不足之出，尤其鍛煉了我們結(jié)合實際綜合考慮問題的思路和解決問題的能力。我們深刻體會到基礎(chǔ)知識必須要扎實才能有更好的學(xué)習(xí)和創(chuàng)造性的思維。所以在今后的學(xué)習(xí)和工作中，我們要更多的注重基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)。另外在設(shè)計過程中我們還有許多小的錯誤導(dǎo)致拖延了設(shè)計時間和擾亂設(shè)計思路，讓我們明白了“把一件簡單的事做好就不是一件容易的事”的道理。從而，我們無論做什么事都要努力盡力去做好。
最后，我們衷心的感謝指導(dǎo)老師的大力指導(dǎo)和幫助！還有在設(shè)計過程中支持和幫助過我們的各位同學(xué)！
第八節(jié).參考資料
1.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書……………………南京理工大學(xué)教研組
2.金屬工藝學(xué)(第四版)……………………………………………主編：鄧文英
3.機(jī)械加工工藝師手冊……………………………………………主編：楊叔子
4.機(jī)械工人切削手冊(第四版)…………………………………機(jī)械工業(yè)出版社
5.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)………………………………………主編：呂明 曾志新
6.機(jī)械加工工藝裝配設(shè)計手冊…………………………………機(jī)械工業(yè)出版社
專題論文
夾具在現(xiàn)代工程技術(shù)中的應(yīng)用
李 超
（黑龍江科技學(xué)院 哈爾濱市 150027）
摘要：本文主要介紹了固定夾具、隨行夾具、組合夾具、通用夾具、成組夾具等現(xiàn)代制造工程中常用夾具的結(jié)構(gòu)特點及應(yīng)用。明確了現(xiàn)代機(jī)床夾具的發(fā)展方向以及現(xiàn)代制造業(yè)對夾具設(shè)計制造的基本要求。
關(guān)鍵詞：隨行夾具、組合夾具、通用夾具、成組夾具
Abstract: This text mainly introduced fixed fixture,with go
fixture,the assembly fixture,in general use fixture and become the set fixture etc. modern production the structure characteristics and application of the in common use fixture in the engineering.Explicit basic request of the development direction and modern manufacturing industry of the modern engine bed fixture to the fixture design production.
Keyword: With go fixture,the assembly fixture,in general use fixture and become set fixture
1緒論
在機(jī)械制造業(yè)中，為了保證產(chǎn)品的質(zhì)量，改善工人的作業(yè)條件，提高勞動生產(chǎn)率，在產(chǎn)品的制造工藝過程中，除了使用機(jī)床等設(shè)備外還需要夾具、刀具、量具等多種工藝裝備，所以從廣義上說，夾具是一種保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量，提高工藝過程效率的工藝裝備，但同時也是機(jī)床的輔助裝置，近年來，隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，新型機(jī)床的出現(xiàn)，夾具的設(shè)計、制造也產(chǎn)生了很大的變化。
現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展和社會需求的不斷變化，使得多品種，中小批量生產(chǎn)逐漸占優(yōu)勢，因此，在大批量生產(chǎn)中有著長足優(yōu)勢的專用夾具逐漸暴露出它的不足，因而為適應(yīng)多品種、中小批量生發(fā)展了組合夾具、通用可調(diào)夾具和成組夾具，由于數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床在機(jī)械制造工程中有了廣泛的應(yīng)用，數(shù)控機(jī)床夾具也隨之發(fā)展起來，并在現(xiàn)代機(jī)床夾具中占有了一定的地位?，F(xiàn)代機(jī)床夾具雖然各具特色，但它們的定位、夾緊的原理以及組成都是和傳統(tǒng)夾具相同的。夾具組成和工作原理：夾具主要有定位元件、夾緊元件和裝置、對刀及導(dǎo)向元件、夾具體和連接元件組成。夾具就是用來裝夾工件的，裝夾就是將工件在機(jī)床和夾具中進(jìn)行定位和夾緊的過程，定位是為了確定工件在機(jī)床或夾具中的正確位置，夾緊是為了定位后將工件壓緊、夾牢，是其在加工過程中保持定位位置的不變，這樣工件在切削力、重力、離心力、和慣性力的作用下就能保證定位時所獲得位置不變。
2專題正文
2.1固定夾具和隨行夾具在自動線上的應(yīng)用
自動線夾具的種類主要有固定夾具和隨行夾具兩大類。
1、固定夾具用于工件直接運(yùn)輸?shù)纳a(chǎn)自動線上，通常要求工件具有良好的定位和輸送基面，例如箱體零件、軸承環(huán)等。這類夾具和一般機(jī)車夾具相似，在結(jié)構(gòu)上具有自動定位、夾緊裝置，設(shè)計原則上應(yīng)保證工件輸送方便，夾緊、定位可靠與切屑的順利排除。
2、隨行夾具 隨行夾具用于工件間接輸送的自動線，主要適用于工件形狀復(fù)雜、沒有合適的輸送基面，或者隨有合適的輸送基面，但屬于易磨損的非鑄材料工件，使用隨行夾具可以避免表面劃傷與磨損。工件裝在隨行夾具上，自動線的輸送機(jī)構(gòu)帶著隨行夾具依次輸送到自動線的各個加工位置上，各個加工位置的機(jī)床的上都有一個相同的機(jī)床夾具來定位和夾緊該隨行夾具，所以，自動線上應(yīng)有許多隨行夾具在機(jī)床的加工位置上進(jìn)行加工，另有一些要進(jìn)入裝卸工位，卸下加工好的工件，裝好待加工的毛坯件，這些隨行夾具也等待送入機(jī)床工作位置進(jìn)行加工的指令，就這樣不停地循環(huán)工作。
隨行夾具在自動線上的輸送和返回系統(tǒng)是生產(chǎn)自動線設(shè)計的一個十分重要的環(huán)節(jié)，隨行夾具的返回方式有垂直下方返回，垂直上方返回、斜上方或斜下方和水平返回方式。根據(jù)隨行夾具的尺寸、返回系統(tǒng)的占地面積、輸送裝置的復(fù)雜程度操作、和機(jī)床剛性等因素來選擇不同的隨行夾具的返回系統(tǒng)。圖（1）是垂直上方返回的系統(tǒng)圖。
圖（1）隨行夾具的垂直返回系統(tǒng)
其中1、隨行夾具 2、隨行夾具輸送器 3、7、升降臺 4、推桿 5、傾斜返回軌道6、限位器。
如圖（2）所示為活塞加工自動線的隨行夾具，工件以止口端面和兩半圓定位在隨行夾具1的環(huán)形布置的10個定位塊6和定位銷2、4上定位，但不夾緊。待隨行夾具到達(dá)加工位置時，將工件和隨行夾具一起夾緊在機(jī)床夾具上。隨行夾具上的T型槽在T型輸送軌道上移動，到達(dá)加工位置時，機(jī)床夾具的定位銷插入隨行夾具的定位套5的孔中實現(xiàn)定心，蓋板3防止切屑落入定位孔中。采用這種夾緊方法必須保證工件在隨行夾具的運(yùn)送過程中不出現(xiàn)任何位移。
圖（2）活塞加工自動線上的隨行夾具
1、隨行夾具2、4、定位銷5、定位套6、定位塊
由于隨行夾具在生產(chǎn)自動線中不斷地流動，因此在隨行夾具中大多采用螺旋夾緊機(jī)構(gòu)來夾緊工件，因為螺旋夾緊機(jī)構(gòu)自鎖性能好，在隨行夾具的輸送過程中不容易松動。而隨行夾具在機(jī)床夾具常采用“一面兩孔”的定位方式，利用隨行夾具的周邊進(jìn)行夾緊。隨行夾具的底面既是定位基面又是輸送基面。所以必須有一定的耐磨性以保證定位準(zhǔn)確，并能長久地保持精度。隨行夾具在自動線上循環(huán)輸送，它同時也帶著切屑和切削液進(jìn)入各個加工位置，因而也影響了隨行夾具的精確定位，所以必要采取一定的防護(hù)措施，常在自動線末端或返回輸送帶上設(shè)置清洗工位。隨行夾具多采用“一面兩孔”的統(tǒng)一定位方法，又需要成批制造，因此實現(xiàn)隨行夾具的結(jié)構(gòu)的通用化有十分重要的意義，但自動線加工對象各不相同，要使整個隨行夾具的結(jié)構(gòu)通用化困難較大，為此可以將隨行夾具分為通用底板和專用結(jié)構(gòu)兩部分。這樣不但使隨行夾具結(jié)構(gòu)通用化，而且也使自動線的機(jī)床夾具、隨行夾具的輸送裝置結(jié)構(gòu)通用化，從而提高整個自動線的通用化程度，縮短自動線的設(shè)計制造周期，降低制造成本。
2.2組合夾具的應(yīng)用
組合夾具在夾具元件高度標(biāo)準(zhǔn)化、通用化、系列化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種夾具。這種夾具我國是從20世紀(jì)50年代后期開始使用的，到60年代得到了發(fā)展。組合夾具由一套預(yù)先制造好的，具有各種形狀、功用、規(guī)格、和系列尺寸的標(biāo)準(zhǔn)元件和組件組成，如基礎(chǔ)件、支承件、定位件、導(dǎo)向件、壓緊件、緊固件等。根據(jù)工件的加工要求，利用這些標(biāo)準(zhǔn)元件和組件組裝成不同的夾具。
圖三是鉆斜孔的組合夾具，其中圖a是工件，在其上鉆Φ3斜孔。工件以背面在支承件上定位，底面則支承在一定位銷和一定盤上。根據(jù)斜角要
圖（3）a工件圖
圖（3）b 鉆斜孔組合夾具
1、基礎(chǔ)件2、支承件3、定位件4、導(dǎo)向減5、壓緊件6、緊固件
求，按正弦定理可以計算出定位銷軸線和定位盤軸線間的垂直與水平距離尺寸，工件右端則由擋銷定位。斜孔加工需要有確定鉆摸板上鉆套軸線位置的工藝孔，在此組合夾具中可利用定位盤兼作工藝輔助基準(zhǔn)，計算出定位盤
軸線到鉆套軸線的水平距離尺寸。按此尺寸要求調(diào)整鉆模板，即可保證斜孔軸線47和18兩個位置尺寸。
對多品種、中小批量生產(chǎn)，使用專用夾具是不經(jīng)濟(jì)的。但對一些加工質(zhì)量要求高的關(guān)鍵零件，不采用夾具又難以保證加工質(zhì)量，采用組合家具就可以解決這一問題，特別是對于新產(chǎn)品試制和產(chǎn)品對象經(jīng)常變換不定的生產(chǎn)，采用組合夾具不會因試制后產(chǎn)品改型或加工對象變換造成原來使用的夾具報廢。采用組合夾具即能保證產(chǎn)品加工質(zhì)量，提高效率，又能節(jié)約使用夾具的費用，充分發(fā)揮了組合夾具的優(yōu)勢。由于夾具設(shè)計、制造勞動量在整個生產(chǎn)準(zhǔn)備工作中占有較大的比例。采用組合夾具后不需要專門的設(shè)計制造夾具，節(jié)約了設(shè)計和制造夾具所需要的工時、材料和制造費用，縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。
2.3通用可調(diào)夾具和成組夾具的應(yīng)用
專用夾具和組合夾具各有優(yōu)缺點，如果將這兩種夾具的優(yōu)勢結(jié)合起來，既能發(fā)揮專用夾具精度高的優(yōu)點，又能發(fā)揮組合夾具成本低的特點，這就發(fā)展了通用可調(diào)夾具。其原理是通過調(diào)節(jié)或更換裝在通用底座上的某些可調(diào)節(jié)或可更換元件，以裝夾多種不同類的夾具的工件；而成組夾具則是根據(jù)成組工藝的原則，針對一組相似零件而設(shè)計的有通用底座和可調(diào)節(jié)或可更換元件的夾具。從結(jié)構(gòu)上看二者十分相似，都具有通用底座固定部分和和可調(diào)節(jié)和更換部分，但是二者的設(shè)計原則不同。在設(shè)計時通用可調(diào)夾具的應(yīng)用對象不明確，只提出了一個大概的加工規(guī)格和范圍；而成組夾具是根據(jù)成組工藝，針對某一零件的加工而設(shè)計的，它的應(yīng)用對象是十分明確的。如圖4-57是通用可調(diào)銑床夾具的可換前口的調(diào)整圖，其通用底座可以固定在銑床的工作臺上，而鉗口可以根據(jù)不同的加工要求進(jìn)行設(shè)計和更換。
2.4夾具在數(shù)控機(jī)床上的應(yīng)用
數(shù)控機(jī)床的特點是在加工時，機(jī)床、刀具、夾具和工件之間應(yīng)有嚴(yán)格的坐標(biāo)位置，所以數(shù)控機(jī)床夾具在機(jī)床上應(yīng)相對數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)原點具有嚴(yán)格的坐標(biāo)位置，以保證所裝夾的工件處于規(guī)定的坐標(biāo)位置上。為此數(shù)控機(jī)床夾具常采用網(wǎng)格狀的固定基礎(chǔ)板，并將它長期固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺上，板上加工出有準(zhǔn)確孔心距位置的一組定位孔和一組緊固螺孔，它們成網(wǎng)絡(luò)分布。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)板預(yù)先調(diào)整好相對數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)位置。利用基礎(chǔ)板上的定位孔可以安裝各種夾具，當(dāng)加工零件的對象發(fā)生變化時，只需要改變網(wǎng)絡(luò)板上的相應(yīng)的夾具就可以了。生產(chǎn)中也經(jīng)常常立方固定基礎(chǔ)板。它安裝在數(shù)控機(jī)床工作臺的轉(zhuǎn)臺上，其四面都有分布的定位孔和緊固螺孔，上面可安裝各類夾具的底版。當(dāng)加工對象變換時，只需轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)位，便可以迅速轉(zhuǎn)換到加工新的零件用的夾具上，十分方便。數(shù)控機(jī)床的夾緊裝置要求結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、采用機(jī)動夾緊方式，以滿足數(shù)控加工的要求。近十年來國內(nèi)外常采用高壓（10-25MPa）小流量液壓夾緊系統(tǒng)，由于壓力較高，可省去中間增力機(jī)構(gòu)。工件液壓采用小直徑（Φ10-50mm）單作用液壓缸，結(jié)構(gòu)緊湊，而零部件設(shè)計成單元式結(jié)構(gòu)，在夾具底座上變換安裝位置十分容易。數(shù)控機(jī)床夾具實質(zhì)上是通用可調(diào)夾具和組合夾具的結(jié)合和發(fā)展，它的固定基礎(chǔ)板部分和可換部分的組合是通用可調(diào)夾具組成原理的應(yīng)用，而它的元件和組件高度標(biāo)準(zhǔn)化和組合化，又是組合夾具標(biāo)準(zhǔn)元件的演變和發(fā)展。
3結(jié)束語
總之，現(xiàn)代工程技術(shù)中所經(jīng)常使用的夾具逐漸向著 標(biāo)準(zhǔn)化、可調(diào)化、組合化、精密化、模塊化、高效自動化的方向發(fā)展著，但是在定位、夾緊以及組成原理等方面和常用的普通夾具是沒有什么差別的。
參考文獻(xiàn)
1 狄瑞春、潘曉紅主編.機(jī)械制造工藝學(xué).浙江大學(xué)出版社.2004：175-209
2 華茂發(fā)主編.機(jī)械制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2004：298-305
3 寒秋實主編.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ).機(jī)械工業(yè)出版社.2005：142-322
4 王先奎主編.機(jī)械制造工藝學(xué).機(jī)械工業(yè)出版社.2003：90-157
5 王隆太主編.先進(jìn)制造技術(shù).機(jī)械工業(yè)出版社.2003：112-156
附錄1中文譯文
柔性制造系統(tǒng)
介紹對制造系統(tǒng)和先進(jìn)的制造業(yè)的技術(shù)的討論，對定義制造系統(tǒng)這一術(shù)語是用的。
一個制造系統(tǒng)可以被定義為一系列的把原材料轉(zhuǎn)換成有用的形式和最終產(chǎn)品的增值的制造過程。
柔性是現(xiàn)代制造業(yè)的一個重要特性， 它的意思就是制造系統(tǒng)的工藝范圍廣、適應(yīng)生產(chǎn)的能力強(qiáng) ,有時候也能相對地提高生產(chǎn)率。柔性制造系統(tǒng)能很快地調(diào)整生產(chǎn)線以適應(yīng)不同零件的加工。
柔性制造系統(tǒng)是由一個或一組機(jī)床，在計算機(jī)控制系統(tǒng)和自動化物料運(yùn)儲系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下工作的。之所以把它叫做一個柔性制造系統(tǒng)，是因為在計算機(jī)控制下，這個系統(tǒng)能夠根據(jù)零件的不同進(jìn)行多樣性、廣泛地調(diào)整。
典型的FMS包括:
? 處理設(shè)備,例如：機(jī)床、工作站、和機(jī)械手
? 物料運(yùn)儲設(shè)備,例如：機(jī)械手、運(yùn)送裝置和 AGVs(自動導(dǎo)向運(yùn)輸裝置)
? 一個交換系統(tǒng)
? 一個計算機(jī)控制系統(tǒng)
柔性制造系統(tǒng)業(yè)主要向著集成制造的目標(biāo)發(fā)展。 它包括自動制造過程的集成， 在柔性制造業(yè)系統(tǒng), 那些數(shù)控機(jī)床 (例如 ,車床,鉆床)和自動化的物料運(yùn)儲系統(tǒng)經(jīng)由計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)進(jìn)行共享和及時的協(xié)調(diào)。 這就是一個小規(guī)模的集成。
柔性制造業(yè)系統(tǒng)向著能夠完全集成的制造目標(biāo)逐步形成了一些自動化制造的觀念:
? 計算機(jī)對機(jī)床的數(shù)字控制 (CNC)
? 分配數(shù)字控制制造系統(tǒng) (DNC)
? 自動物料運(yùn)儲系統(tǒng)
? 成組技術(shù) (部份的組合)
當(dāng)這些自動化程序，將機(jī)器和人的思想進(jìn)行集成在一起成為一個系統(tǒng)，帶來了這些自動化的過程，這就是FMS結(jié)果。 人和計算機(jī)是FMS的主要的角色。當(dāng)然，在這個系統(tǒng)中人的勞動量要比用手工操作的制造系統(tǒng)少的多。 但是人仍然在FMS 的操作中扮演著一個重要的角色。 人所從事的工作主要包括以下幾項:
? 修理和維護(hù)設(shè)備
? 工具更換和安裝
? 裝載和卸貨系統(tǒng)
? 數(shù)據(jù)輸入
? 部分計劃變更
? 計劃的實施
柔性制造系統(tǒng)的設(shè)備 , 像所有的制造業(yè)的設(shè)備一樣,也一定能被檢測出嚴(yán)重的故障, 和被破壞。當(dāng)有問題被發(fā)現(xiàn)的時候,一個人修理時必須認(rèn)清楚它的來源，并且能夠制定解決問題的措施。 人也可以根據(jù)那些制定的措施來維修那些發(fā)生故障的設(shè)備。 即使是所有的系統(tǒng)都能正常的運(yùn)作,也必須進(jìn)行周期的維護(hù)工作。
操作員應(yīng)也能夠調(diào)整機(jī)器和工具, 并且給工作系統(tǒng)配置必需品。 增加工具能提高 FMS的能力, 但是不能除去人在工具變更中的作用。 FMS的裝載和卸貨是相同的。 一但原材料已經(jīng)被載入自動化物料運(yùn)儲系統(tǒng),它將以被規(guī)定的方式由系統(tǒng)控制運(yùn)動。 但是,在完成的產(chǎn)品卸貨之前進(jìn)行新材料的的載入。
人和那些計算機(jī)的也是相互作用的，人必須通過計算機(jī)來控制 FMS 的程序。當(dāng)再重新配置 FMS， 生產(chǎn)另外類型的零件的時候 , 他們也必須改變原來的程序。人在FMS 中扮演著小而且重要的角色，但是這個角色在關(guān)鍵時候仍然是十分重要的。
在 FMS 的所有控制系統(tǒng)都是由計算機(jī)提供。 個別的機(jī)床在 FMS 里面被 CNC 控制。 全部的系統(tǒng)被 DNC 控制。自動化物料運(yùn)儲系統(tǒng)就象數(shù)據(jù)收集、系統(tǒng)監(jiān)聽、工具控制和交通控制的其他功能一樣,也是用計算機(jī)來控制的,人/ 計算機(jī)的相互作用這就是 FMS 的柔性。
一、 柔性制造業(yè)的發(fā)展歷史
柔性制造業(yè)最初是有英國的莫林公司在 1960 年提出的, 24小時無人值守自動運(yùn)行 。 這個24小時的無人值守的系統(tǒng)就是真正的 FMS 。但是,由于自動化，集成化和計算機(jī)控制技術(shù)仍未發(fā)展到可以能夠支撐系統(tǒng), 所以它一開始就有很多局限性。 首先FMS 是在支撐系統(tǒng)發(fā)展完善的時間之前發(fā)展的。它發(fā)展到最后被丟棄也是再所難免的。
在1960年到1970年間，柔性制造業(yè)的概念還只是存在與一些大學(xué)里。 然而，在 1970年后期和 1980年早期由于復(fù)雜的計算機(jī)控制技術(shù)的出現(xiàn)，柔性制造業(yè)發(fā)展迅速的概念。 在美國柔性制造業(yè)主要使用者在汽車，卡車和發(fā)動機(jī)的制造業(yè)中。
二、柔性制造業(yè)的原理
在生產(chǎn)制造過程中制造的生產(chǎn)率和柔性之間總是存在著一定的不協(xié)調(diào)的關(guān)系。 一方面是生產(chǎn)線中有很高的生產(chǎn)率, 但是柔性非常低。另一方面是獨立的 CNC 雖然生產(chǎn)率低，但是能提供最大的柔性, 但是有能力的機(jī)器。 在這兩方面之間是柔性制造業(yè)發(fā)展最合適的方面。當(dāng)仍然維持柔性制造的情況下，能夠制造出在保持較高生產(chǎn)率，在以上兩方面總折中的制造系統(tǒng)制造嗎？
生產(chǎn)線能夠以高的生產(chǎn)率生產(chǎn)大量的零件。 這種生產(chǎn)需要采取很多的裝備, 但是可以把這些大量的設(shè)備的相同的部分關(guān)掉。 它的主要缺點就是在任何一個部份中，哪怕甚至十分小的設(shè)計的變化也能夠引起整個的生產(chǎn)線的停工或者是重新再配置。 這樣的生產(chǎn)線最主要的弱點就是在沒有寶貴的時間進(jìn)行重新配置的情況下，不能夠生產(chǎn)制造同一部機(jī)械的各個不同的部份的零件。
傳統(tǒng)地CNC機(jī)床已經(jīng)開始用來生產(chǎn)那些在設(shè)計中微不足道的各種不同的的部份零件。因為這些設(shè)備可能被很快地就被重新調(diào)整、規(guī)劃，以適應(yīng)較小的或是甚至更主要的設(shè)計的改變 , 所以這些機(jī)床對這一個目的是十分理想的。 但是，這些機(jī)車設(shè)備不能夠獨立地或以較高的生產(chǎn)率來生產(chǎn)體積大零件。
FMS能夠生產(chǎn)體積大的和生產(chǎn)率高而優(yōu)越于獨立的CNC機(jī)床。 雖然這些機(jī)床和柔性十分不相配，但是它們也是閉合的。對于柔性制造系統(tǒng)特別地重要的、大概是最集中的能力就是在現(xiàn)在的生產(chǎn)制造形式下，能夠以很高的生產(chǎn)率、很大的柔性，為了生產(chǎn)另外的零件或產(chǎn)品快速地重新配置生產(chǎn)設(shè)備。柔性制造業(yè)就填充這一持續(xù)很久的制造業(yè)的空缺。
柔性制造業(yè)憑借自己的特有的能力，給生產(chǎn)者帶來了很多的便利:
? 柔性可以加工一系列的零件
? 加工零件的任意性
? 同時制造不同的零件
? 減少裝備時間和調(diào)試時間
? 高效率地應(yīng)用機(jī)床
? 減少直接的和間接的勞動成本
? 能夠?qū)Σ煌牟牧线M(jìn)行識別處理
? 如果一部機(jī)床損壞，不影響零件的制造
三、柔性制造系統(tǒng)組成
FMS 主要有四個部分來組成:
? 機(jī)床工具
? 控制系統(tǒng)
? 材料處理系統(tǒng)
? 操作人員
1.機(jī)床工具
一個柔性制造系統(tǒng)和任何其他的制造業(yè)的系統(tǒng)一樣，使用的是同一類型的機(jī)床工具,它們是自動化或用手操作的，用工具工作。這些機(jī)床包括車床，磨床，鉆床 , 鋸床, 等。
在 FMS 中所使用的機(jī)床的類型實際上是靠這些機(jī)床各自的用途來設(shè)定的，一些 FMS 需要被設(shè)計成符合定義明確要求的特性。在這些情況下，包括在系統(tǒng)中的機(jī)床的操作計劃都是必須的。 一個這樣的系統(tǒng)就是一個能夠很好提供服務(wù)的系統(tǒng)。
在一個車間的配置設(shè)定中,真實的請求不能被及時地識別任何其他的設(shè)定，或一定必然要有很高的可靠性、可能性, 機(jī)器系統(tǒng)會至少能夠包含標(biāo)準(zhǔn)的制造業(yè)的操作。這樣的系統(tǒng)就是一個用途一般的系統(tǒng)。
2.控制系統(tǒng)
控制系統(tǒng)是為FMS的其它系統(tǒng)提供了許多的不同控制功能:
? 規(guī)劃零件的運(yùn)儲和分配
? 控制和監(jiān)聽工作流程
? 控制加工過程
? 系統(tǒng)/工具控制/監(jiān)聽
在FMS的控制系統(tǒng)中運(yùn)行的計算機(jī)控制區(qū)域能夠?qū)θ魏我粋€FMS的部分的所有的活動進(jìn)行控制和檢測。FMS 控制軟件是相當(dāng)復(fù)雜和煩瑣的，因為它必須同時地執(zhí)行許多不同的任務(wù)。不管曾經(jīng)在這一區(qū)域中實行的什么樣的研究,都沒有和FMS軟件一樣的設(shè)計方案功能和結(jié)構(gòu)。
調(diào)度程序功能包括計劃該如何生成FMS的命令通用的容量,考慮機(jī)床工具的現(xiàn)在工作狀態(tài)，工作進(jìn)程,工作工具,工作夾具,等等。 行程能夠自動地安排，也可能在一個操作員的協(xié)助下進(jìn)行工作。 也有很多FMS的控制系統(tǒng)是聯(lián)合自動機(jī)械和手工操作員操作的。發(fā)送功能包括實行程序調(diào)度和協(xié)調(diào)車間內(nèi)各部分的動作，也就是說 , 能夠決定何時何地傳送一個貨盤, 什么時候該開始在在加工中心中處理, 等等。
監(jiān)視器的功能與監(jiān)聽工作進(jìn)展 , 機(jī)器狀態(tài) , 警報信息等等, 有關(guān)系,而且能夠給調(diào)度進(jìn)程和發(fā)送者提供輸入所產(chǎn)生各種不同的制造報告和警報信息。系統(tǒng)里面處理部份原料的運(yùn)輸由一個傳送控制模塊來管理。 用多點控制的運(yùn)輸工具由一個 AGV 系統(tǒng)控制,控制邏輯就變的相當(dāng)?shù)貜?fù)雜，并成為FMS控制軟件的一個十分重要的部份。當(dāng)在載入?yún)^(qū)域的部分為它收集做好準(zhǔn)備時， 在一個終端機(jī)中的一個裝載/ 卸載模塊能夠在載入?yún)^(qū)域分別告知操作者進(jìn)入到系統(tǒng)，并且使他或她能夠更新控制系統(tǒng)的狀態(tài)。一個儲存控制模塊能夠中保留一個部份被儲存的帳戶在AS/RS 中的精確位置。 工具管理模塊維持所有的有關(guān)工具的賬戶數(shù)據(jù)的并保持工具在FMS中的真實的位置。工具管理模塊能夠管理遠(yuǎn)遠(yuǎn)勝過正常的數(shù)目，而且此外，模塊還能控制工具的準(zhǔn)備和流程。 DNC 功能是在生產(chǎn)車間中為FMS控制程序和工作機(jī)床和各種裝置之間提供接口技術(shù)。對 FMS來說， 生產(chǎn)車間的裝備中DNC功能和作用是很重要的; 一個功能齊全的DNC通過通信的條款能夠控制在遠(yuǎn)處的機(jī)械的請求。關(guān)于以前的DNC 討論的片段)
事實上有很多機(jī)器工具的制造商已經(jīng)發(fā)展了專有的通信條款， 這些條款是很復(fù)雜的，因為在FMS中包含中很多設(shè)備的的發(fā)展和集成。 除此之外，那些多設(shè)備的物理的集成實際上是十分困難的；舉例來說，在托盤中各種各樣的裝載/ 卸載的機(jī)械裝置都是應(yīng)用很復(fù)雜的機(jī)械工具，它們來自各種不同的生產(chǎn)廠商。因此，僅僅可取的方法就是從主要的機(jī)械工具制造商中購買一個比較接近用具的關(guān)鍵系統(tǒng)，工具購買實現(xiàn) FMS 的唯一適當(dāng)?shù)姆绞揭徺I來自主要的工作母機(jī)制造業(yè)者之一的一個關(guān)鍵系統(tǒng)。這個系統(tǒng)必須是可靠的和能很好地進(jìn)行測試，并且應(yīng)該由多個廠商負(fù)責(zé)幫助這個系統(tǒng)進(jìn)行故障的處理。
3.物料運(yùn)儲系統(tǒng)
自動化的物料運(yùn)儲系統(tǒng)的是一個的能夠協(xié)助獨立的 CNC 機(jī)床形成一組，并加入到全面的 FMS 之內(nèi)的基本的成分。系統(tǒng)必須能讓那些安裝在托盤上的工件從一個工作站移動到另外一個工作站上。當(dāng)工件等待著去一個指定的工作站被處理的時候，這個系統(tǒng)必須盡可能地給它提供適當(dāng)?shù)奈恢谩?
物料運(yùn)儲系統(tǒng)必須能夠卸載在工作站上的工件，并且能夠裝載另外一個運(yùn)輸?shù)较乱粋€工作站上的零件。它還必須能夠適應(yīng)計算機(jī)的控制，并且完全地與柔性制造系統(tǒng)中的其他的成分相容。最后， 在FMS中物料運(yùn)儲系統(tǒng)必須能夠承受車間的嚴(yán)格環(huán)境。 一些 FMSs 配置的自動化引導(dǎo)小車(AGVs)，如物料運(yùn)儲就是一個重要的方法。
在FMS中自動儲存和取回系統(tǒng) (AS/RS) 常常集合在一起的。 這使系統(tǒng)能在無人操縱的情況下正常地運(yùn)行，降低了勞動強(qiáng)度。在白天班將那些未加工的零件固定在貨盤中，載入系統(tǒng)并且儲存的AS/RS中，等待著機(jī)器可能的需要時的命令。當(dāng)工序完成的時候, 運(yùn)輸機(jī)就把零件運(yùn)回到AS/RS，在AS/RS里等待下一個工序或者被從 FMS 被卸載，F(xiàn)MSs 的完全無人值守的操作非常少見的；在大部份的情形下一或較多的操作員將會總是不在長場