第二节 自动化加工设备的选择与布局
一、自动化加工设备的选择
自动化加工设备的选择首先应根据产品批量的大小以及产品变型品种数量的大小确定加工系统的结构形式。对于中小批量生产的产品，可选用加工单元形式或可换多轴箱形式；对于大批量生产，可以选用自动生产线形式。在拟订了加工工艺流程之后，可根据加工任务（如工件图样要求及对生产能力的要求）来确定自动机床的类型、尺寸、数量。对于大批量生产的产品，可根据加工要求，为每个工序设计专用机床或组合机床。对于多品种中小批量生产，可根据加工零件的尺寸范围、工艺性、加工精度及材料等要求，选择适当的专用机床、数控机床或加工中心；根据生产要求（如加工时间及工具要求，批量和生产率的要求）来确定设备的自动化程度，如自动换刀、自动换工件及数控设备的自动化程度；根据生产周期（如加工顺序及传送路线）选择物料流自动化系统形式（运输系统及自动仓库系统等）。
二、自动化加工设备的布局
自动化加工设备的布局形式是指组成自动化加工系统的机床、辅助装置以及连接这些设备的工件传送系统中，各种装置的平面和空间布置形式。它是由工件加工工艺、车间的自然条件、工件的输送方式和生产纲领所决定的。
1.自动线的布局
自动线的布局形式有多种，如图3-2所示。
图3-2 自动线的布局形式
（1）旋转体工件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，储料有限，如图3-3所示。
图3-3 贯穿式传送轴类工件加工自动线布局
1—上料道；2—上料装置；3—下料道；4—提升装置；5—机床
②悬挂式。工件传送系统设置在机床的上方，输送机械手悬挂在机床上方的架子上，如图3-4所示。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，适合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，如某大型机械厂的装备车间自行开发设计了长叉轴、短叉轴的自动化生产线，其中工件的输送就采用的悬挂式输送系统。
图3-4 采用悬挂式输送机械手的自动线布局
1—输送用驱动液压缸；2—机械手；3—桁架；4—铣端面、打中心孔机床；5—车床；6—料道
③侧置式。如图3-5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，安装在地面上。为了便于调整操作机床，可将输送装置截断。输送料道还同时具有储料作用。这种布局的自动线有串联和并联两种形式。
图3-5 机床纵列的轴类工件车削自动线布局
1—上料机械手；2—下料机械手；3—机床；4—传送料道
（2）组合机床自动线的布局形式
①直线通过式和折线通过式。图3-6所示为直线通过式自动线布局。步伐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距。工人在自动化生产线始端上料，末端卸料。如发动机箱体加工自动化生产线，箱体在起始端上料，输送可采用辊子输送系统或网带输送系统，箱体依次经过各加工机床，在转位台将工件旋转一定角度，将待加工面面向机床以便进行下道工序的加工，最后在末端下料。
图3-6 直线通过式自动线布局
1—机床；2—输送带；3—工件；4—转位台
对于工位较多、规模大的自动线，直线布置受到车间长度限制，因而布置成折线式。
②框式。框式是折线式的封闭形式。框式布局更适合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3-7所示。
图3-7 框式自动线布局
1—输送装置；2—机床；3—清洗装置
③环形。环形自动化生产线工件的输送轨道是圆环形，多为中央带立柱的环形线。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。环形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形线，装卸料可集中在一个工位。对于随行夹具输送工件的环形线，不需要随行夹具返回装置，如图3-8所示。
图3-8 加工气缸盖的环形自动线布局
1—立柱；2—输送托架；3—随行夹具转载机构；4—装卸料机构
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。图3-9所示为采用桁架式机械手输送工件的非通过式自动线布局，适于由单机改装连成的自动线布局，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。如前面所提到的长叉轴自动化生产线，由于工件的输送采用悬挂式机械手进行输送，机床顶部敞开并布置在输送线的下方，机械手夹持工件在机床上方将工件放入机床夹具中，机床加工完毕后，机械手将工件取下，再传送到下一个工位。
图3-9 采用桁架式机械手输送工件的非通过式自动线布局
1—装料台；2—机床；3—卸料台；4—传动机构；5—输送液压缸；6—机械手
2.柔性制造系统的布局
柔性制造系统的总体布局可以概括为以下几种布置原则，如图3-10所示。
（1）随机布置原则
如图3-10（a）所示。这种布局方法是将若干机床随机地排列在一个长方形的车间内。它的缺点是很明显的，只要多于三台机床，运输路线就会非常复杂。
（2）功能原则（或叫工艺原则）
如图3-10（b）所示。这种布局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车、铣、磨这样流动。
（3）模块式布置原则
如图3-10（c）所示。这种布局方式的车间是由若干功能类似的独立模块组成的，看来好像增加了生产能力的冗余度，但在应对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3-10（d）所示。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。
（5）根据加工阶段划分原则
如图3-10（e）所示。这种布局方式将车间分为准备加工阶段、机械加工阶段和特种加工阶段。
图3-10 柔性制造系统的总体布局原则