机械制造装备设计第七章习题答案（关慧贞）
第七章习题与思考题答案
7-1 什么是机械加工生产线？它的主要组成类型及特点有哪些？ 答：机械加工生产线：在机械产品生产过程中，对于一些加工工序较多的工件，为保证加工质量、提高生产率和降低成本，往往把加工装备按照一定的顺序依次排列，并用一些输送装置与辅助装置将他们连接成一个整体，使之能够完成工件的指定加工过程的生产作业线。 机械加工生产线由加工装备、工艺装备、传送装备、辅助装备和控制系统组成。
7-2 影响机械生产线工艺和结构方案的主要因素是什么？
答：影响机械生产线工艺和结构方案的主要因素：1）工件几何形状及外形尺寸；2）工件的工艺及精度要求；3）工件材料；4）要求生产率；5）车间平面布置；6）装料高度。
7-3 简述机械加工生产线的设计内容和流程？
答：机械加工生产线的设计一般可分为准备工作阶段、总体方案设计阶段和结构设计阶段。
主要流程如下：1）制定生产线工艺方案，绘制工序图和加工示意图；2）拟定全线的自动化控制方案；3）确定生产线的总体布局，绘制生产线的总联系尺寸图；4）绘制生产线的工作循环周期表；5）生产线通用加工装备的选型和专用机床、组合机床的设计；6）生产线输送装置、辅助装置的选型及设计；7）液压、电气等控制系统的设计；8）编制生产线的使用说明书及维修注意事项等。
7-4 在拟定自动线工艺方案时应着重考虑哪些方面的问题？如何解决这些问题？
答：（1）工件工艺基准选择：a、尽可能在生产线上采用统一的定位面，以利于保证加工精度，简化生产线的结构；b、尽可能采用已加工面作为定位基准；c、箱体类工件应尽可能采用“一面两销”定位方式，便于实现自动化，也容易做到全线采用统一的定位基面；d、定位基准应有利于实现多面加工，减少工件在生产线上的翻转次数，减少辅助设备数量，简化生产线构；e、在较长的生产线上加工材料较软的工件时，其定位销孔因多次定位将严重磨损，为了保证精度，可采用两套定位孔，一套用于粗加工，另一套用于精加工；或采用较深的定位孔，粗加工用定位孔的一半深度，精加工用定位孔的全部深度；f、定位基准应使夹压位置及夹紧简单可靠。
（2）工件输送基准的选择：a、形状规则箱体类工件通常采用直接输送方式，必要时可增加工艺凸台；
b、小型回转类工件一般采取滚动或滑动输送方式；
c、盘、环类工件以端面作为输送基准，采用板式输送装置输送；
d、对于一些外形不规则的工件，由于没有合适的输送基准，采用随行夹具或托盘输送。
（3）生产线工艺流程的拟定：a、确定各表面的加工方法；b、划分加工阶段；c、确定工序集中和分散程度；d、安排工序顺序。
（4）选择合理的切削用量：a、生产线刀具寿命的选择原则；b、对加工时间较长、影响生产线生产节拍的工序，应尽量采用较大的切削用量以缩短加工时间；c、同一个的刀架或主轴箱上的刀具，确定合理的切削速度和每转进给量使得各刀具具有大致相同的寿命；d、选择复合刀具的切削用量时，应考虑到复合刀具各个部分的强度、寿命及工作要求。
7-5 简述生产节拍平衡和生产线分段的意义及相应的措施。
答：生产节拍平衡的意义：对生产的全部工序进行平均化，调整各作业负荷，以使个作业时间尽可能相近，通过平衡生产线，可以提高操作者及设备工装的工作效率；减少单间产品的工时消耗，降低成本；减少工序的在制品，真正实现有序流动；可以在平衡的生产线基础上实现单元生成，提高生产应变能力，应对市场变化。
生产节拍平衡的措施：1）评估优化限制性工序，改善作业；2）作业转移、分解与合并；3）采用新的工艺方法，提高工序节拍；4）增加顺序加工工位；5）实现多件并行加工，提高单件的工序节拍；6）在同一工位上增加同时加工工件的数目。
生产线分段的意义：平衡生产线的生产节拍，缩短限制性工序的工时；使得各工段在相邻工段停产的情况下还能独立运行一段时间，提高生产线的设备利用率；减少工件热变形和内应力对后续工序的影响。
生产线分段措施：1）采用转位或翻转装置，分段独立传送；2）对限制性工序单独组成工段；3）对工位数多生产线进行分段，并在相邻段之间设立储料库;4）对加工精度要求较高工件，在粗加工后下线，在储料库内存放一定的时间。
7-6 提高生产线可靠性的主要手段有哪些？
答：提高生产线可靠性的主要手段：1）采用高可靠性的元器件；2）提高寻故障和排除故障的速度；3）重要的和加工精度要求高的工位采用并联排列，易于出故障的电路和电气元器件采用并联连接，还有采用容错技术和自诊断技术相结合，自动查故障并自动转换至并联元器件和电路上运行，也可由人工转换至并联的工位继续运行，这样都将大大节省故障停机时间；4）把生产线分成若干段，采用柔性连接，则每段组成的元器件数将大量减少，可提高生产线的可靠性；5）加强管理，克服由于技术工作和组织管理不完善所造成的生产线停机时间。
7-7 简述组合机床的组成类型、特点及配置形式？
答：组合机床是根据工件加工需要，以通用部件为基础，配以少量按工件特定形状和加工工艺设计的专用部件和夹具而组成的一种高效专用机床。通用部件是组成组合机床的基础，用来实现机床切削和进给运动的通用部件为动力部件。用以安装动力部件的通用部件为支承部件。
组合机床具有如下特点：1）主要用于棱体类零件和杂件的孔面加工；2）生产效率高；3）加工精度稳定；4）研制周期短，便于设计、制造和使用维护，成本低；5）自动化程度高，
劳动强度低；6）配置灵活。
大型组合机床的配置形式：（1）具有固定式夹具的单工位组合机床的配置形式有以下几种：1）卧式组合机床（动力箱水平安装）；2）立式组合机床（动力箱垂直安装）；3）倾斜式组合机床（动力箱倾斜安装）；4）复合式组合机床（动力箱具有上述两种以上的安装状态）。
（2）具有移动式夹具的（多工位）组合机床的配置形式有以下几种：1）具有移动工作台的机床；2）具有回转工作台的机床；3）鼓轮式机床；4）中央立柱式机床。
（3）砖塔主轴式组合机床的配置形式有以下几种：1）转塔式主轴箱只实现切削运动，被加工零件安装在滑台上，由滑台实现进给运动；2）砖塔式主轴箱安装在滑台上，转塔式主轴箱既能实现切削主运动又实现进给运动。
小型组合机床的配置形式：单工位配置形式、多工位配置形式。
7-8 组合机床总体设计的内容有哪些？
答：组合机床总体设计主要是绘制“三图一卡”，就是针对具体的零件，在选定的工艺和结构方案的基础上，进行组合机床总体方案图样文件设计。其内容包括：绘制被加工零件工序图、加工示意图、机床总联系尺寸图和编制生产率计算卡等。
7-9 简述机械加工生产线的总体布局形式及特点。
答：机械加工生产线的总体布局形式由生产类型、工件结构形式、工件传送方式、车间条件、工艺过程和生产纲领等因素决定。布局形式主要有：
1）直接传送方式：这种输送方式是工件由输送装置直接输送，依次输送到各工位，输送基面就是工件的某一表面。
2）带随行夹具方式：带随行夹具方式生产线中，一类方式是将工件安装在随行夹具上，输送线将随行夹具依次输送到各工位。另一类方式是由中央立柱带随行夹具，这种方式适用于同时实现工件两个侧面及顶面加工的场合，在装卸工位装上工件后，随行夹具带着工件绕生产线一周便可完成工件三个面的加工3）悬挂传送方式：主要适用外形复杂及没有合适传送基准的工件及轴类零件，结构简单，适用于生产节拍较长的生产线，只适用于尺寸较小、形状较复杂的工件。
4）生产线的连接方式：（1）刚性连接其特点是生产线中没有储料装置，工件输送有严格的节奏性，如某一工位出现故障，将影响到全线；（2）柔性连接生产线中设有储料装置，当某台设备因故停歇时，其余各台机床仍可继续工作一段时间，在这段时间故障可进行故障排除，避免全线停产。
7-10 简述柔性制造系统的概念、组成及类型。
答：柔性制造系统（FMS）是一个以网络为基础、面向车间的开放式集成制造系统，是实现CIMS的基础。
组成：1）加工子系统2）物流子系统3）控制子系统
类型：柔性制造装置（FMU）、柔性加工单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、柔性生产线（FML）7-11 柔性制造系统的规划内容、目标是什么？
答：柔性制造系统规划的内容：物料流、加工工位、控制系统、组织管理。物料流包括传送方式及布置、时间特性；加工工位包括机床选择、利用率；控制系统包括计算机选择、控制软件；组织管理包括人员培训、数据采集与处理。
柔性制造系统的目标：以最少的投资来实现高生产率的多品种加工和降低制造成本。
7-12 柔性制造系统对机床的配置要求是什么？
答：柔性制造系统对机床的配置要求：兼顾对生产率和柔性的要求，也要考虑系统的可靠性和机床的负荷率。
7-13 FMS各独立工位及其配置原则是什么？
答：（1）机械加工工位：机械加工工位是指对工件进行切削加工（或其他形式的机械加工）的地点，泛指机床，一条FMS中机床的数量应根据各类被加工零件的生产纲领及工序时间来确定。
（2）装卸工位：装卸工位是指在托盘上装卸夹具和工件的地点，它是工件进入、退出FMS的界面。装卸工位的数目取决于FMS的规模及工件进入和退出系统的频率；一条FMS可设置一个或多个装卸工位，装卸工作台至地面的高度应便于操作者在托盘上装卸夹具及工件；操作人员在装卸工件或夹具时，为了防止托盘被自动引导小车取走而造成危险，一般在它们之间设置自动开启式防护闸门或其他安全防护装置。
（3）检查工位：检查工位是指对完工或部分完工的工件进行测量或检验的地点。在FMS中，检测系统与监控系统一起往往作为单元层之下的独立工作站层而存在，以便于FMS采用模块化的方式设计与制造。
（4）清洗工位：清洗工位是指对托盘（含夹具及工件）进行自动冲洗和清除滞留在其上的切屑的工位。对于设置在线监测工位的FMS，往往亦设置清洗工位。当FMS中的机床本身具备冲洗切屑的功能时，可不单独设置清洗工位。
7-14 FMS总体平面布局的原则和形式是什么？
答：原则：a、有利于提高加工精度；b、排屑方便，便于盛切屑小车推出系统或设置排屑自动输送沟；
c、便于整个车间的物流通畅和自动化；
d、避免系统通信线路受到外界磁场干扰；
e、布局模块化，使系统控制简捷；
f、有利于人身安全设置安全防护网；
g、占地面积小且便于维修；
h、便于系统扩展。
形式：（1）基于装备之间关系的平面布局：a、随机布局；b、功能布局；c、模块布局；d、单元布局。（2）基于物料输送路径的平面布局：a、直线型布局；b、环形布局；c、网络型布局。
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