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拖拉機(jī)行業(yè)組合機(jī)床及其生產(chǎn)線的柔性化 471004 中國(guó)一拖集團(tuán)有限公司 李 明 摘要 介紹了國(guó)內(nèi)外組合機(jī)床及其生產(chǎn)線柔性化發(fā)展的特點(diǎn) 及目前國(guó)內(nèi)拖拉機(jī)生產(chǎn)企業(yè)實(shí) 現(xiàn)組合機(jī)床生產(chǎn)線柔性化應(yīng)解決的關(guān)鍵問題 Abstract The features and trends of building block machines and flexible production lines consisting of those machines both in China and oversease are presented Also discussed are the critical issues for flexible production line consisting of building block machines used in China tractor manufacturers 關(guān)鍵詞 組合機(jī)床 柔性化 拖拉機(jī) 1 對(duì)組合機(jī)床生產(chǎn)線柔性化的需求 對(duì)拖拉機(jī)行業(yè)來講 在成功地解決了大批量生 產(chǎn)的問題之后 還必須解決多品種生產(chǎn)問題 大批 量生產(chǎn)采用的設(shè)備是組合機(jī)床及其自動(dòng)線 它是專 用于大批量機(jī)械產(chǎn)品生產(chǎn)的高效自動(dòng)化設(shè)備 是汽 車 拖拉機(jī) 內(nèi)燃機(jī)等工業(yè)不可替代的主要加工設(shè) 備 近年來隨著數(shù)控技術(shù) 電子技術(shù) 計(jì)算機(jī)技術(shù)等 的發(fā)展 為適應(yīng)市場(chǎng)要求 組合機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu)和控 制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化 其主要特點(diǎn)就是在傳 統(tǒng)的剛性組合機(jī)床生產(chǎn)線上出現(xiàn)了柔性化的發(fā)展趨 勢(shì) 為適應(yīng) 20 世紀(jì) 90 年代以來拖拉機(jī)行業(yè)市場(chǎng)競(jìng) 爭(zhēng)更趨激烈 產(chǎn)品市場(chǎng)壽命進(jìn)一步降低 新產(chǎn)品的開 發(fā)周期日益縮短的要求 我公司在上新產(chǎn)品的決策 中 就決定研制具有柔性的組合機(jī)床生產(chǎn)線 例如 目前我公司正在進(jìn)行中等功率拖拉機(jī)批量生產(chǎn)的生 產(chǎn)準(zhǔn)備工作 其后橋殼體和傳動(dòng)箱殼體是關(guān)鍵零件 如何使后橋殼體生產(chǎn)線和傳動(dòng)箱殼體生產(chǎn)線具有較 大的柔性 使其不但可加工現(xiàn)有品種 而且還適應(yīng)未 來新型中等功率拖拉機(jī)的生產(chǎn) 是生產(chǎn)線方案論證 的焦點(diǎn) 若采用傳統(tǒng)的剛性組合機(jī)床生產(chǎn)線來加 工 則只能是一個(gè)品種一條線 不但會(huì)加大投資 浪 費(fèi)資源 使加工能力過剩 而且無法滿足新的變型產(chǎn) 品出現(xiàn)時(shí)對(duì)加工設(shè)備的要求 而采用加工中心和通 用數(shù)控機(jī)床所組成的生產(chǎn)線 則投資大且無法滿足 大批量的生產(chǎn)綱領(lǐng)要求 采用數(shù)控組合機(jī)床生產(chǎn) 線 投資少 柔性好 它不但能滿足現(xiàn)有品種的加工 制造并可為新的變型品種的加工留有余地 可通過 更換主軸箱 改變數(shù)控加工程序等方式 來滿足變型 產(chǎn)品的加工 2 組合機(jī)床生產(chǎn)線柔性化的特點(diǎn) 2 1 數(shù)控化 數(shù)控組合機(jī)床的出現(xiàn) 不僅完全改變了過去那 種由繼電器電路組成的組合機(jī)床的控制系統(tǒng) 而且 也使組合機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)乃至通用部件標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生了或 正在發(fā)生著巨大的變化 組合機(jī)床及其自動(dòng)線的數(shù) 控化 使得傳統(tǒng)的專用機(jī)床和通用機(jī)床的界限變得 紋出現(xiàn)率由過去的 80 左右下降到 1 甚至更低 基本上消除了履帶板早期磨損現(xiàn)象 提高了履帶板 與履帶銷的使用壽命 由過去的 1 500 h 左右提高至 2 000 h 以上 3 結(jié)論 以莫萊石砂代替石英砂生產(chǎn)履帶板砂芯可提高 砂芯的高溫強(qiáng)度 提高抗高溫開裂性 消除履帶板銷 孔脈紋鑄造缺陷 從而解決了履帶板與履帶銷早期 磨損問題 大大提高了履帶板與履帶銷的質(zhì)量與使 用壽命 參 考 文 獻(xiàn) 1 Cilson D M Sand Additives Past 按其主軸數(shù) 有單軸 和多軸模塊 也有單軸和多軸復(fù)合加工模塊 數(shù)控 加工模塊的發(fā)展 主要有兩種方式 一是與現(xiàn)有組 合機(jī)床通用件相對(duì)應(yīng) 設(shè)計(jì)數(shù)控通用件 目前國(guó)內(nèi)已 有企業(yè)正在研制數(shù)控一維滑臺(tái) 數(shù)控二維 十字 滑 臺(tái) 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)等 都屬于這種方式 二是根據(jù) 數(shù)控加工的特點(diǎn) 研制數(shù)控組合機(jī)床所獨(dú)有的部件 如自動(dòng)更換式多軸主軸箱 數(shù)控回轉(zhuǎn)刀庫(kù) 數(shù)控?fù)Q刀 機(jī)械手 數(shù)控?fù)Q箱機(jī)械手等 2 3 高速化 由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度 切 削力及切削溫度 提高生產(chǎn)效率 故機(jī)床的高速化研 究方興未艾 特別是數(shù)控機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng) 速度已達(dá)到了驚人的高速 如美國(guó)生產(chǎn)的加工中 心 主軸轉(zhuǎn)速可達(dá) 15 000 60 000 r min 工作臺(tái)快進(jìn) 速度高達(dá) 90 120 m min 3 順應(yīng)機(jī)床高速化的潮 流 組合機(jī)床的速度也越來越高 例如 德國(guó)大眾汽 車廠在加工鋁合金缸蓋燃燒室側(cè)面時(shí) 采用 PCD 銑 刀 銑削速度高達(dá) 3 075 m min 進(jìn)給速度達(dá) 3 600 mm min 而采用安裝有 CBN 刀片的新穎鏜刀加工灰 鑄鐵時(shí) 切削速度達(dá) 800 m min 進(jìn)給速度達(dá) 1 500 mm min 2 2 4 精密化 由于機(jī)床實(shí)現(xiàn)了數(shù)控化 因而機(jī)床的加工精度 越來越高 使一些過去看來難以達(dá)到的加工精度 今 天也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 例如 意大利 Mandelli 公司生產(chǎn) 的 Thunder 500 型加工中心 x y z 軸的定位精度均 為 0 008 mm 重復(fù)定位精度為 0 003 mm B 軸定位 精度 6 重復(fù)定位精度 3 5 在數(shù)控組合機(jī)床上 也 要求提高設(shè)備的工序能力系數(shù) 使加工誤差在 0 01 mm 以內(nèi) 4 2 5 全防護(hù)化 全封閉防護(hù)是現(xiàn)在機(jī)床的一大特點(diǎn) 不論是單 機(jī)還是機(jī)床生產(chǎn)線 電氣 液壓線路全部采用空中 走線 全封閉防護(hù) 不但使機(jī)床及其生產(chǎn)線外型美 觀 而且也提高了機(jī)床及生產(chǎn)線的安全性 可靠性和 維修的便利性 3 實(shí)現(xiàn)柔性化應(yīng)解決的關(guān)鍵問題 顯然 采用數(shù)控機(jī)床和加工中心來取代剛性組 合機(jī)床生產(chǎn)線并實(shí)現(xiàn)柔性 是不符合我國(guó)國(guó)情的 我們認(rèn)為 采用以數(shù)控組合機(jī)床為主 并配以經(jīng)濟(jì)型 加工中心和經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床來組成生產(chǎn)線 是目前 國(guó)內(nèi)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線柔性化較經(jīng)濟(jì)的方案 發(fā)展柔性組 合機(jī)床生產(chǎn)線必須解決以下關(guān)鍵問題 3 1 研制數(shù)控組合機(jī)床通用部件 與開發(fā)組合機(jī)床通用部件類似 研制數(shù)控組合 機(jī)床必須發(fā)展數(shù)控組合機(jī)床通用部件 從目前情況 看 主要應(yīng)開發(fā)一維數(shù)控滑臺(tái) 二維十字?jǐn)?shù)控滑臺(tái)等 基礎(chǔ)部件 同時(shí)應(yīng)開發(fā)采用交流伺服電機(jī)或步進(jìn)電 機(jī)驅(qū)動(dòng) 數(shù)控方式可分別為閉環(huán) 半閉環(huán)和開環(huán)的數(shù) 控滑臺(tái) 數(shù)控滑臺(tái)的導(dǎo)軌面及壓板滑動(dòng)面可粘貼工 業(yè)塑料導(dǎo)軌板 工業(yè)塑料導(dǎo)軌板的摩擦系數(shù)很小 可以使數(shù)控滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)輕快 振動(dòng)小 噪聲低 并能防 止低速爬行 另外 由于它具有較好的耐磨性 因此 可以延長(zhǎng)導(dǎo)軌的壽命 一維 二維數(shù)控滑臺(tái)的傳動(dòng) 絲杠均采用雙螺母滾珠絲杠 以消除雙向傳動(dòng)間隙 提高數(shù)控滑臺(tái)的傳動(dòng)精度 在拖拉機(jī)等大批量生產(chǎn)行業(yè) 有大量的銑削工 33 拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車 序 而推廣采用大走刀 強(qiáng)力高效平面銑削技術(shù)是目 前我國(guó)縮短生產(chǎn)線節(jié)拍 減少設(shè)備投資 提高生產(chǎn)效 率的必由之路 目前 國(guó)內(nèi)平面銑削速度較低 特別 是對(duì)于粗銑而言 由于毛坯質(zhì)量不穩(wěn)定 切削余量 大 其進(jìn)給速度一般低于 400 mm min 以我公司為 例 為滿足年產(chǎn) 4 萬(wàn)臺(tái)柴油機(jī)的目標(biāo) 缸體生產(chǎn)線粗 銑平面的進(jìn)給速度必須達(dá)到 600 mm min 以上 切削 功率高達(dá) 40 kW 目前國(guó)內(nèi)銑削頭的最大功率為 30 kW 遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求 因此 開發(fā) 45 kW 大功率 銑削頭和高速進(jìn)給數(shù)控銑削滑臺(tái)是當(dāng)務(wù)之急 大功率可調(diào)速組合銑床是目前國(guó)內(nèi)諸多廠家競(jìng) 相研制的產(chǎn)品 我們已開發(fā)出 45 kW 大功率滑座式 銑頭 該銑頭既可用于組合銑床 又可用于數(shù)控組 合銑床 與傳統(tǒng)銑頭相比 該銑頭有兩個(gè)顯著特點(diǎn) 一是銑頭轉(zhuǎn)速可無級(jí)調(diào)節(jié) 這是因?yàn)樗刹捎米冾l 器來實(shí)現(xiàn)電機(jī)的調(diào)速 二是它具有銑頭軸向進(jìn)給運(yùn) 動(dòng) 它與數(shù)控回轉(zhuǎn)臺(tái)組合 可完成對(duì)零件的多面加 工 該銑頭的開發(fā)成功 不僅為組合銑床添加了新 成員 也為數(shù)控組合機(jī)床增添了新的通用部件 3 2 研制經(jīng)濟(jì)型加工中心 經(jīng)濟(jì)型加工中心是價(jià)格相對(duì)低廉 可完成鉆 鏜 銑 鉸等多種工序的自動(dòng)化機(jī)床 加工中心是工 藝范圍廣泛 自動(dòng)化程度高 加工精度高的高科技現(xiàn) 代化設(shè)備 可在一次裝夾工件后完成多道工序加工 因此是實(shí)現(xiàn)中小批量生產(chǎn)的高效加工設(shè)備 由于加 工中心是集機(jī) 電 液 儀等技術(shù)于一身的高科技設(shè) 備 因此 目前國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上加工中心的售價(jià)均很 高 而對(duì)我公司來講 希望加工中心既保持有加工 范圍廣 柔性大 自動(dòng)化程度高的特點(diǎn) 同時(shí)不追求 過高的加工精度 滿足一般零件的加工精度要求即 可 以降低價(jià)格 我們承擔(dān)的經(jīng)濟(jì)型加工中心的總體方案設(shè)計(jì)已 經(jīng)完成 加工中心的刀具旋轉(zhuǎn) 刀具的上下運(yùn)動(dòng) 工 作臺(tái)的雙向運(yùn)動(dòng)等四軸實(shí)現(xiàn)數(shù)字控制 刀具的上下 運(yùn)動(dòng)及工作臺(tái)的雙向運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng) 擬采用可 存儲(chǔ) 10 把刀具的回轉(zhuǎn)盤式刀庫(kù) 其主軸轉(zhuǎn)速范圍 為 30 3 000 r min 通過變頻實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速 三向 工作進(jìn)給速度為 10 1 000 mm min 三向?qū)к壘?采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌 其 x y 雙向十字工作臺(tái)的設(shè)計(jì) 工作也已完成 3 3 普通機(jī)床的數(shù)控改造 對(duì)普通機(jī)床進(jìn)行數(shù)控化改造 將其應(yīng)用于組合 機(jī)床生產(chǎn)線 無疑是提高其柔性且降低成本的有效 方法之一 我公司就成功地將車床和銑床數(shù)控改造 后應(yīng)用于生產(chǎn)線上 我們對(duì) C620 1 普通車床進(jìn)行 的數(shù)控改造 采用了以單片機(jī)為核心的兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控系統(tǒng) 步進(jìn)電機(jī) 開環(huán)控制 能進(jìn)行內(nèi)外 圓柱面 圓錐面 圓柱螺紋 圓錐螺紋等加工 機(jī)床 主軸的啟動(dòng) 停止 變速 縱向 橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的行程 和速度 刀具的更換等均可進(jìn)行自動(dòng)控制 改造后 該機(jī)床用于加工拖拉機(jī)轉(zhuǎn)向油缸整體式活塞桿 可 自動(dòng)完成零件徑向和軸向尺寸的精確控制 生產(chǎn)效 率可提高數(shù)倍 我們還對(duì)原匈亞利 VF2222 銑床進(jìn)行改造 用于 加工菲亞特輪式拖拉機(jī)錐支座零件的結(jié)合面及 4 個(gè) 凸臺(tái)平面 因錐支座結(jié)合面為一八邊形平面 且受 零件結(jié)構(gòu)限制 無法實(shí)現(xiàn)用大銑刀覆蓋整個(gè)平面進(jìn) 行銑削 故采用小銑刀沿多邊形進(jìn)行周邊銑削 因 VF2222 機(jī)床無法實(shí)現(xiàn)工作臺(tái) x y 兩方向同時(shí)走刀 故在進(jìn)行斜邊切削時(shí) 工人需手工操作 從而使加工 一個(gè)錐支座零件長(zhǎng)達(dá) 48 min 使該工序成為錐支座 生產(chǎn)線上的瓶頸 且由于工人手工操作 其加工質(zhì) 量難以保證 為縮短該工序的加工時(shí)間 提高零件 的加工精度 為該零件下道工序進(jìn)入加工中心創(chuàng)造 良好的定位基面 我們對(duì) VF2222 銑床進(jìn)行了數(shù)控改 造 該項(xiàng)目采用交流伺服電機(jī) 半閉環(huán)控制 根據(jù) 數(shù)控裝置發(fā)來的速度和位移指令 控制 x y z 三方 向執(zhí)行部件的進(jìn)給速度 方向 位移 各坐標(biāo)的進(jìn)給 速度均能在一定的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整 操作者可對(duì)零 件加工過程進(jìn)行編程 完成對(duì)零件的三坐標(biāo)加工 改造后的機(jī)床加工精度高 工作臺(tái)的定位精度可達(dá) 0 01 mm 實(shí)踐表明 將數(shù)控改造后的普通機(jī)床用于組合 機(jī)床生產(chǎn)線以提高其柔性 是符合我國(guó)國(guó)情的好方 法 參 考 文 獻(xiàn) 1 佟璞瑋 伴隨汽車工業(yè)發(fā)展的中國(guó)機(jī)床工業(yè) 世界制造 技術(shù)與裝備市場(chǎng) 1999 2 19 22 2 李如松 組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展 組合機(jī)床與自 動(dòng)化加工技術(shù) 1999 1 5 10 3 AMT信息宣傳部 WMEM 編輯部 來自 IMTS98 美國(guó)國(guó) 際制造技術(shù)展覽會(huì)的報(bào)導(dǎo) 一 世界制造技術(shù)與裝備市 場(chǎng) 1999 1 5 8 4 李如松 組合機(jī)床和自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展 續(xù) 組合機(jī)床 與自動(dòng)化加工技術(shù) 1999 2 28 34 5 譚汝謀 從 21 屆意大利機(jī)床展看意大利機(jī)床工業(yè) 世界 制造技術(shù)與裝備市場(chǎng) 1999 1 9 11 收稿日期 2000212211 編輯 胡軍 43 2001 年第 3 期