生產加工機器與系統.ppt

生產加工機器與系統 生產機器與系統是工廠現場中最基本的建構區塊。本章在於工廠自動化中的物料加工部份。物料與零件的真正加工時間只佔一小部分。 例如將圖5-1中的轉軸從庫存中取出加工大約只有三分鐘的增加價值時間。許多製造作業中，庫存部分可能花三個小時或更多無價值的時間於機器準備上;包括安裝生產刀具、確認生產程式及檢查第一個製成品。 例如圖10-1所示此圖指出機器在準備階段是沒有動作的;而生產的大部分時間包括組裝、移動、等待及檢查等。 減少移動時間、縮短移動距離、減少準備時間以及減少檢查需求是世界級製造的目標。 圖10-1 生產效率 圖10-2 生產系統 第十章 生產加工機器與系統 10.1 物料與加工程序 10.2 彈性製造 10.3 固定式高容量自動化 10.4 摘 要 10.1 物料與加工程序 圖3-17的生產加工表是研究加工程序的必然起點。研究此圖的生產流程直到熟悉所有的名稱與基本作業。 1.加工作業：加工作業是將原料轉換成製成品而沒有添加其他材料和元件。材料的形狀、物理性質以及表面藉由能量在加工程序中持續地改變著。 製造所執行的加工作業可分成下面四類: a.初步作業 b.二次作業 c.物理性質作業 d.精加工作業 10.1 物料與加工程序 2.初步作業：初步作業是將原料轉換成製成品所需的基本幾何形狀。 金屬鑄造是初步作業的最佳例子，金屬原料是處於熔融狀態，而模穴中的空間是產品的大約幾何形狀，熔融狀態的金屬倒入模穴中並經過冷卻即完成初步作業;而粗胚鑄件已具備製成品的大致形狀。 典型的初步作業包括： 1.鑄造 2.成型 3.氧氣與電弧切割 4.鋸切 1.鑄造 鑄造(Casting)鑄造是採用熔融金屬與形狀接近製成品模具的製造程序。 將熔融金屬倒入一個形狀類似於工件的模穴中，當液態金屬充滿整個模穴並凝固成固態後再將模具移除，而鑄造件準備進行二次作業。 典型溼砂模鑄造的橫剖面如圖10-3所示。 圖10-3 核心鑄造之橫剖面 經常使用稱作高壓模鑄造程序是使用金屬鑄造模。 基本的鑄造模機器有四個元件: (1)兩件式模具 (2)模具的固著與緊閉機構 (3)熔融金屬的射出裝置 (4)熔融金屬的來源 整個加工之作業過程如圖10-4所示 圖10-4 冷室模具鑄造機器的作業流程 2.成型 成型在成型加工中，原料的形狀經由外力而改變。 例如圖10-5所示的擠製過程中，由壓力桿件產生的壓力迫使一個圓形金屬棒進入模具中，擠出件與模具中的孔洞形狀相同。 經常使用的成型程序有鍛造 (冷熱鍛造 )、輥軋和旋轉成型 、剪切、沖壓 、拉伸、端壓以及模鍛。 圖10-5 前向擠製的剖面圖 3.氧氣與電弧切割 氧氣氣體切割包括四種切削加工: 氧乙抉、氫氧、空氣乙抉及壓力氣體。 基底金屬被加熱至某溫度後經由氧氣與基底金屬的化學氧化反應而切割。 電漿電弧切割是利用切削電極與材料之間的電壓差來切割金屬的電弧切削加工(圖10-6)，電弧集中的區域造成局部熔解，而熔解的金屬經由噴嘴所噴出的高速離子化氣體所移除。 其他電弧切削方法包括氧氣電弧、氣體金屬電弧、氣體鎢電弧、遮蔽金屬電弧以及碳電弧。 圖10-6 遮蔽氣體電漿電弧切削 4.鋸切 鋸切各種製造操作所使用的原料形式有線、圓棒、管件、擠出件、薄板、平板鑄造件或鍛造件等。在許多情況下，材料必須被切成所需要的長度以準備進行二次作業。 鋸切是一種初步加工流程;採用直式、帶式或圓形刀片去切削原料成二次加工作業所需要的大約形狀。 經常使用鋼鋸、帶鋸以及圓形鋸進行作業。鋼鋸可用手動方式或數值控制模式進行操作。帶鋸則涵蓋某些人工控制到完全自動化如圖10-7與10-8所示。 二次作業 二次作業的執行可使得原始材料得到製成品之最後形狀。 例如，當鑄鐵被鑄造成汽車引擎的大約形狀時，圓柱牆必須加工以使得活塞能夠平順地在內部運動。 同樣地，二次作業經常跟隨著初步的製造作業執行。 典型的二次作業包括車削、搪孔 、銑削 、鑽孔、搪孔、輪磨及非傳統加工程序 車削 車削是在一部稱做車床的工具機上執行，它可經由人工、透過複雜的數值控制(NC)或電腦數值控制(CNC)操作。 在車削作業中，材料或工件固定於主軸中，並且繞著縱軸旋轉;而此時刀具進給到旋轉中的工件以移除材料並產生所需形狀。 車削 在車削作業中，材料可以從工件外表面 (OD)去除，亦可從材料內部(ID)去除。 OD作業包括面車削、導角、切槽、壓花、剖面、車螺紋以及切斷面等。 ID作業則有挖凹槽、鑽孔、鉸孔、塘孔及攻螺紋。圖10-9 CNC機器所示。 圖10-9 (a) CNC車削中心機 圖 10-9 (b) CNC分度刀具塔 搪孔 搪孔是一種生產精密內部圓柱表面的加工型態，由手動方式、NC/CNC車床或特殊用途搪孔機器所執行。 在這些車床中，工件旋轉而單點或多邊切削刀具是固定不動的