第三节　机械制造自动化的途径

一、制造规模

制造企业的产品品种和生产批量大小是各不相同的，人们称之为制造规模。通常，可以将制造规模分为3种：大规模制造、大批量制造和多品种小批量制造。

年产量超过5000件的制造常称为大规模制造，例如标准件（螺钉、螺母、垫圈、销等）的制造、自行车的制造、汽车的制造等。大规模制造常采用组合机床生产线或自动化单机系统，通常其生产率极高，产品的一致性非常好。

年产量在500～5000件之间的制造常称为大批量制造，如大型汽车制造、大型推土机制造等均属于大批量制造。大批量制造的自动化程度和生产率较大规模制造要低，时间中多使用加工中心和柔性制造单元。

年产量在500件以下的制造常称为多品种小批量制造，如飞机制造、大型轮船制造等。

二、机械制造自动化途径

产品对象（包括产品的结构、材质、重量、性能、质量等）决定着自动装置和自动化方案的内容；生产纲领的大小影响着自动化方案的完善程度、性能和效果；产品零件决定着自动化的复杂程度；设备投资和人员构成决定着自动化的水平。因此，要根据不同情况，采用不同的加工方法。

1.单件、小批量生产机械化及自动化的途径

单件生产是指单个地生产不同结构和不同尺寸的产品，并且很少重复；例如重型机器制造、专业设备制造和新产品试制等。

据统计，在机械产品的数量中，单件生产占30%，小批量生产占50%。因此，解决单件、小批量生产的自动化有很大的意义。而在单件小批量生产中，往往辅助工时所占的比例较大。而仅从采用先进的工艺方法来缩短加工时间并不能有效地提高生产率。在这种情况下，只有使机械加工循环中各个单元动作及循环外的辅助工作实现机械化、自动化来同时减少加工时间和辅助时间，才能达到有效提高生产率的目的。因此，采用简易自动化使局部工步、工序自动化，是实现单件小批量生产自动化的有效途径，具体方法是：

①采用机械化、自动化装置，来实现零件的装卸、定位、夹紧机械化和自动化。

②实现工作地点的小型机械化和自动化，如采用自动滚道、运输机械、电动及气动工具等装置来减少辅助时间，并可降低劳动强度。

③改装或设计通用的自动机床，实现操作自动化，来完成零件加工的个别单元的动作或整个加工循环的自动化，以便提高劳动生产率和改善劳动条件。

对改装或设计的通用自动化机床，必须满足使用经济、调整方便、省时、改装方便、迅速以及自动化装置能保持机床万能性能等基本要求。

2.中等批量生产的自动化途径

中等批量生产的批量虽比较大，但产品品种并不单一。随着社会上对品种更新的需求，要求中等批量生产的自动化系统仍应具备一定的可变性，以适应产品和工艺的变换。从各国发展情况看，有以下趋势：

（1）建立可变自动化生产线

在成组技术基础上实现“成批流水作业生产”。应用PLC或计算机控制的数控机床和可控主轴箱、可换刀库的组合机床，建立可变的自动线。在这种可变的自动生产线上，可以加工和装夹几种零件，既保持了自动化生产线高生产率的特点，又扩大了工艺适应性。

对可变自动化生产线的要求：

①所加工的同批零件具有结构上的相似性。

②设置“随行夹具”，解决同一机床上能装夹不同结构工件的自动化问题。这时，每一夹具的定位、夹紧是根据工件设计的。而各种夹具在机床上的连接则有相同的统一基面和固定方法。加工时，夹具连同工件一块移动，直到加工完毕，再返回原位。

③自动线上各台机床具有相应的自动换刀库，可以使加工中的换刀和调整实现自动化。

④对于生产批量大的自动化生产线，要求所设计的高生产率自动化设备对同类型零件具有一定的工艺适应性，以便在产品变更时能够迅速调整。

（2）采用具有一定通用性的标准化的数控设备

对于单个的加工工序，力求设计时采用机床及刀具能迅速重调整的数控机床及加工中心。

（3）设计制造各种可以组合的模块化典型部件，采用可调的组合机床及可调的环形自动线

对于箱体类零件的平面及孔加工工序，则可设计或采用具有自动换刀的数控机床或可自动更换主轴箱并带自动换刀库、自动夹具库和工件库的数控机床。这些机床都能够迅速改变加工工序内容，既可单独使用，又便于组成自动线。在设计、制造和使用各种自动的多功能机床时，应该在机床上装设各种可调的自动装料、自动卸料装置，机械手和存储、传送系统，并应逐步采用计算机来控制，以便实现机床的调整“快速化”和自动化，来尽量减少重调整时间。

3.大批量生产的自动化途径

大批量生产是指产品数量很大，大多数工作地点经常重复地进行某一个零件的某一道工序的加工。例如，汽车、拖拉机、轴承等的制造通常都是以大批量生产的方式进行的。

目前，实现大批量生产的自动化已经比较成熟，主要有以下几种途径：

①广泛地建立适于大批量生产的自动线。国内外的自动化生产线生产经验表明：自动化生产线具有很高的生产率和良好的技术经济效果。目前，大量生产的工厂已普遍采用了组合机床自动线和专用机床自动线。

②建立自动化工厂或自动化车间。大批量生产的产品品种单一、结构稳定、产量很大、具有连续流水作业和综合机械化的良好条件。因此，在自动化的基础上按先进的工艺方案建立综合自动化车间和全盘自动化工厂，是大批量生产的发展方向。目前大批量生产正向着集成化的机械制造自动化系统的方向发展。整个系统是建立在系统工程学的基础上，应用电子计算机、机器人及综合自动化生产线所建成的大型自动化制造系统。它能够实现从原材料投入经过热加工、机械加工、装配、检验到包装的物流自动化，而且也实现了生产的经营管理、技术管理等信息流的自动化和能量流的自动化。因此，常把这种大型的自动化制造系统称为全盘自动化系统。但是全盘自动化还需进一步解决许多复杂的工艺问题、管理问题和自动化的技术问题。除了在理论上需要继续加以研究外，还需要建立典型的自动化车间、自动化工厂来深入进行实验，从中探索全盘自动化生产的规律，使之不断完善。

③建立“可变的短自动线”及“复合加工”单元。采用可调的短自动线，即只包含2～4个工序的一小串加工机床建立的自动线。它短小灵活，有利于解决大批量生产的自动化生产线具有一定的可变性的问题。

④改装和更新现有老式设备，提高它们的自动化程度。把大批量生产中现有的老式设备改装或更新成专用的高效自动机，最低限度也应该是半自动机床。进行改装的方法是：可以采用安装各种机械的、电气的、液压的或气动的自动循环刀架，如程序控制刀架、转塔刀架和多刀刀架；安装各种机械化、自动化的工作台，如各种各样的机械式、气动、液压或电动的自动工作台模块；安装各种自动送料、自动夹紧、自动换刀、自动检验、自动调节加工参数的装置，自动输送装置和工业机器人等自动化的装置，来提高大量生产中各种旧有设备的自动化程度。沿着这样的途径也能有效地提高生产率，并且可以为进一步实现工艺过程自动化创造条件。