柔性组合机床及其生产线的发展探讨.pdf

现代生产与管理技术GroupTechnology&ProductionModernizationVol.23,No.1,2006收稿日期:2006-02-15作者简介:付书明(1953-),女,河北平山人,高级工程师,研究方向为机床工厂工艺设计.文章编号:1006-3269(2005)04-0045-04柔性组合机床及其生产线的发展探讨付书明1,李明2(1.机械工业第六设计研究院,郑州450007；2.郑州航空工业管理学院,郑州450015)摘要:论述了柔性生产线的特点及发展趋势,介绍了数控组合机床的基本组成及常见的形式,指出了使传统的组合机床及其自动线具有柔性的重要意义.关键词:柔性；组合机床；生产线中图分类号:TG65文献标识码:A今天,市场环境发生了巨大的变化,消费的需求日趋主体化、个体化和多样化,这使得过去主要以成本高低来决定企业竞争力的局面得到了根本转变,企业竞争力已由产品品种、新产品上市速度、交货期、质量和成本等多个指标共同决定.甚至是新产品的上市速度成为决定企业生存与发展的关键问题,多品种变批量生产逐渐成为主流生产模式.进入20世纪90年代以来,汽车、拖拉机行业市场的竞争更趋激烈,新产品层出不穷,产品市场寿命进一步缩短,新的产品层出不穷,新产品的开发周期日益缩短.因而汽车、拖拉机工业对高速化、柔性自动化技术装备的需求量日益增多.因此,为适应新产品更新换代的步伐,使生产线在保持其高生产率的条件下,进一步提高其柔性,就越来越具有重要意义.组合机床及其生产线,是专用于大批量机械产品生产的高效自动化技术设备,是汽车、拖拉机、内燃机等工业不可替代的主要加工设备.近年来随着数控技术、电子技术、计算机技术等的发展,组合机床的机械结构和控制系统也发生了翻天覆地的变化.因此,研究组合机床及其生产线的技术现状和发展趋势,使传统的组合机床及其自动线具有柔性,是拖拉机和汽车生产企业为满足市场需求所必须解决的问题.1生产线的柔性化发展特点1.1数控化数控组合机床的出现,不仅完全改变了过去那种由继电器电路组成的组合机床的控制系统,而且也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或正在发生着巨大的变化.组合机床及其自动线的数控化,使得传统的专用机床和通用机床的界限,变得模糊起来.以至于在组合机床这种传统意义上的专用机床领域内,也出现了“组合机床柔性化”的提法和实践.传统意义上的组合机床刚性自动线和生产线,也具有了一定的柔性.组合机床柔性化在国际上发展较为迅速.如美国Lanm公司20世纪90年代前期生产的汽车发动机缸体、缸盖加工设备,有50%是传统的组合机床生产线,25%是可调可变生产线,25%是柔性生产系统(FTL,FMS).日本在19881992年间,组合机床的数控化率已达32%39%.德国在同时间内组合机床及自动线的数控化率为18%62%1.目前,国内也开展了数控组合机床的研究.如沈阳数控机床厂推出了SSK-U6030型缸体八工位数控组合机床,用以加工家用冰箱压缩机缸体2.一些组合机床通用部件生产厂家也已经开发出一维数控滑台、二维数控十字滑台和数控回转台.与其它数控机床类似,数控组合机床也是通过数控加工程序来改变加工行程、工作循环、切削参数、加工位置和自动换刀.而且,结合组合机床特点,数控组合机床还可自动更换主轴箱,以适应变形品种的加工.必须指出的是,一般意义上的数控组合机床与54现代生产与管理技术成组技术与生产现代化2006年第23卷第1期数控机床是完全不同的,数控机床是在通用机床的基础上发展起来的,它不必考虑零部件的通用化问题,它的加工工艺十分广泛,主要用于零件小批量生产模式中.而数控组合机床是在组合机床这类专用机床的基础上发展起来的,它是由数控化的通用部件作为零部件而组装成的,因而具有传统组合机床通用部件设计、制造标准化的优点；它的工艺范围相对较窄,主要用于多品种变批量生产当中.当然,数控组合机床是数控机床的一种,随着技术的发展,数控组合机床与一般意义上的数控机床的差别将逐渐缩小.1.2模块化为适应数控组合机床的发展,就出现了组成数控机床的数控加工功能模块.组合机床模块化是组合机床数控化所带来的必然结果,也是组合机床数控化的必要基础.数控加工模块化极大地丰富了组合机床的通用件.它必将引起组合机床通用件发生根本性变化.数控加工模块,按其数控坐标(轴)数,主要有单坐标、双坐标和三坐标.按其主轴数,有单轴和多轴模块,也有单轴和多轴复合加工模块.数控加工模块的发展,主要有2种方式.一是与现有组合机床通用件相对应,设计数控通用件.目前国内已有企业正在研制数控一维滑台、数控二维(十字)滑台、数控回转工作台等,都属于这种方式；二是根据数控加工的特点,研制数控组合机床所独有的部件,如自动更换式多轴主轴箱、数控回转刀库、数控换刀机械手、数控换箱机械手等.1.3高速化由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切削力、大大减小切削温度、提高生产效率,故机床的高速化研究方兴未艾,特别是数控机床的主运动和进给运动已达到了惊人的高速.如美国生产的加工中心,主轴转速可达15000r60000r/min,工作台快进速度高达90120m/min2.顺应机床高速化的潮流,组合机床的速度也越来越高.例如,德国大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时,采用PCD铣刀,铣削速度高达3075m/min,进给速度达3600mm/min,而采用安装有CBN刀片的新颖镗刀加工灰铸铁时,切削速度达800m/min,进给速度达1500mm/min1.1.4精密化由于机床实现了数控化,因而机床的加工精度越来越高,使一些过去看来难以达到的加工精度,今天也已经实现了.例如,意大利Mandelli公司生产的Thunder500型加工中心,X、Y、Z轴的定位精度均为0.008mm,重复定位精度为0.003mm；B轴定位精度6,重复定位精度3.在数控组合机床上,也要求提高设备的工序能力系数,使加工误差在0.01mm以内1.1.5全防护化全封闭防护是现在机床的一大特点,不论是单机还是机床生产线,均采用全封闭的外包装.电器、液压全部采用空中走线.全封闭防护,不但使机床及其生产线外型美观,而且也提高了机床及生产线的安全性、可靠性和维修的便利性.2数控组合机床通用部件众所周知,传统的组合机床属刚性的专用机床,它主要由一些具有独立功能的通用部件及少许专用部件所构成,是典型的模块化机床.通过给通用部件(或模块)赋予柔性,使其成为柔性通用部件,用这些柔性通用部件就可以构成多种形式的柔性组合机床.因此,研制数控组合机床通用部件是制造柔性化的组合机床及其生产线的基础.2.1数控动力滑台一维数控滑台、二维数控十字滑台是数控组合机床的基础部件.此类滑台可根据用户要求,采用交流伺服电机或步进电机驱动.数控滑台的导轨面及压板滑动面均粘贴了工业塑料导轨板.该工业塑料导轨板是一种以聚四氟乙烯为主的塑料板材,厚度为4mm(按需要可以选择不同的规格),可以进行各种机械加工,其粘结工艺也很简单.这种工业导轨板的摩擦系数很小,可以使数控滑台运动轻快,振动小、噪声低,并能防止低速爬行.另外,由于这种材料具有较好的耐磨性,因此可以延长导轨的寿命.在组合机床中,在切削负荷较小的精加工场合,也可在动力滑台上用直线滚动导轨代替滑动导轨,实现动力滑台的滚动化(滚动导轨+滚珠丝杠).一维、二维数控滑台的传动丝杠均采用双螺母滚珠丝杠,以消除双向传动间隙,提高数控滑台的传动精度.64现代生产与管理技术GroupTechnology&ProductionModernizationVol.23,No.1,20062.2数控回转工作台在组合机床中,回转式多工位组合机床占有很重要的地位.根据有关统计资料,德国在19901992年期间,回转式多工位组合机床和自动线的产量约各占组合机床总数的50%左右1.因为这类机床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上,并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工,此外,还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工,因而具有很高的自动化程度和生产效率,被汽车、拖拉机和压缩机等工业部门广泛采用.而数控回转工作台是回转式多工位数控组合机床的基础部件.目前,国内已开发出系列数控回转工作台,它可以水平方式安装于主机中间底座的台面上,以完成对工件的多面加工,也可以垂直方式安装于主机动力滑台上,实现自动换刀加工.它利用主机的控制系统或专门配套的控制系统,完成与主机相协调的各种加工的分度回转运动.水平方式安装时,工作台上可安装板、盘或其它形状较复杂的被加工零部件,从而实现等分的和不等分的连续的孔、槽以及曲面的加工,且能达到很高的精度.2.3数控切削头现国内已经开发出可实现无级调速的各种切削头,如数控钻削头、镗削头、铣削头等等.如大功率滑座式铣头,该铣头既可用于组合铣床,又可用于数控组合铣床.与传统铣头相比,该铣头有两个显著特点:一是铣头转速可无级调速,这是因为它可采用变频器来实现电机的调速；二是它具有铣头轴向进给运动.它与数控回转台组合,可完成对零件的多面加工.该铣头的开发成功,不仅为组合铣床添加了新成员,也为数控组合机床增添了新的通用部件.3常见的柔性数控组合机床3.1数控转塔组合机床数控转塔动力头可与数控滑台和其它通用部件组成数控转塔组合机床.数控转塔动力头有单轴和多轴的,有立式、卧式和倾斜式的,故可构成多种形式的数控转塔机床.通过转塔头的转位,即可对工件进行多工序加工,也可在不同的工位加工不同的零件.3.2数控自动更换多轴箱组合机床多轴加工是组合机床获得高生产率的主要手段,由数控可更换主轴箱所组成的数控组合机床既保证了机床的高效又兼备了高的柔性.由于这种多轴箱只有在机床处于加工中它才与动力箱连接构成切削头.所以,从理论上讲,可更换的多轴箱的数量是不受限制的,从而具有更大的灵活性.这种柔性机床适合于中小批量多品种或中大批量轮番生产箱体类零件采用.3.3数控换刀和换箱复合式组合机床此类柔性组合机床实际是将加工中心和组合机床巧妙地结合在一起,既保持了组合机床的高效又兼备了加工中心的高柔性.换刀主要是为较大直径的单轴孔的半精镗和精镗.3.4三坐标加工模块带换刀装置的三坐标加工模块,其加工主轴可实现X、Y、Z三个坐标轴的运动,刀具也可自动更换,对加工族系零件有较大的灵活性.这种加工模块配以固定工作台可组成三坐标加工单元,配以回转工作台或回转夹具也可组成四轴、五轴加工单元.可以独立使用,又可以用于组合机床自动线,使其成为柔性自动线4.4结语柔性组合机床及组合机床柔性生产线是实现刚性的多品种变批量生产方式的主要设备.它是在刚性的组合机床与组合机床生产线的基础上为适应市场消费个性化而产生的新型设备.数控技术、自动化技术等先进制造技术的发展为其生产与发展提供了坚实的技术基础.对许多企业而言,研制、采用柔性组合机床与组合机床柔性生产线,不仅应当成为技术革新的主要内容,而且将成为企业提高竞争力的关键.参考文献:1李如松.组合机床和自动线的技术发展EB/OL.(2005-12-05)..2李秀敏.组合机床行业现状与发展思考J.航空制造技术,2003,(4):41-43.3AMT信息宣传部,WMEM编辑部.来自IMTS98美国国际制造技术展览会的报导(一)J.世界制造技术与装备市场,1999,(1):5-8.4潘滨,韩松.如何正确理解与选定组合机床的柔性J.组合机床与自动化加工技术,1999,(12):1-4.74现代生产与管理技术成组技术与生产现代化2006年第23卷第1期DevelopmentTendencyofFlexibleModularMachine2toolandProductionLineFUShu2ming1,LIMing2(1.No.6InstituteofProjectPlanning&ResearchofMachineryIndustry,Zhengzhou450007；2.ZhengzhouInstituteofAeronauticalIndustryManagement,Zhengzhou450015,China)Abstract:Inthispaper,theflexibleproductionlinechar2acteristicsandthedevelopmenttendencyarediscussedbrief2ly.Thebasicpartsandthefamiliarformsofnumericalcon2trolmodularmachine2toolareintroduced.Itpointsouttheimportancethatthetraditionalmodularmachine2toolanditsproductionlinehavetheflexibleness.Keywords:flexibleness；modularmachine2tool；produc2tionline(上接第33页)满意的主要原因.物流服务提供商的高运作成本和低质量使得需求企业不得不求助于自身力量.3.2提高物流外包收益的对策分析首先,建立供应链企业之间的信任机制.信任机制的建立需要物流需求企业和物流服务提供商共同提升自己的核心能力.供应链环节企业中彼此之间的信任需要对彼此能力的肯定,物流服务提供商提高自身的核心竞争力,提高对客户的服务水平是物流需求企业建立对其信任的基础条件.同时,供应链环节上的企业彼此之间沟通是非常重要的,这种良好的沟通需要组织结构和硬件的支持,其中,信息技术是非常重要的,供应链上企业的快速沟通需要信息技术的支撑.此外,物流需求企业和物流服务提供商之间的信任评审体系也非常重要.其次,企业适应供应链管理要求对企业组织结构进行适当变革.供应链管理对企业传统竞争模式提出了挑战,企业应该打破传统的企业界限,同其它企业展开充分的合作,把有限的资源投入自身的核心领域,而将非核心领域外包出去,发挥彼此的比较优势和竞争优势,从供应链整体角度参与市场竞争.企业也要正确认识物流,从战略角度考察物流对企业的重要意义,在此基础上选择适合本企业发展的物流战略方案.最后,营造良好的竞争环境.这需要政府的引导和规范市场秩序,制定物流法律法规、物流税收等政策.在物流标准化方面,政府和企业进行充分地合作,建立物流标准化体系.参考文献:1DonaldJBowersox,DavidJCloss,BixbyCooperM.SupplyChainLogisticsManagementM.NewYork:TheMcGraw-HillCompanies,Inc.2002.2王淑云.物流外包的理论与应用M.北京:人民交通出版社,2004.3马士华,林勇,陈志祥.供应链管理M.北京:机械工业出版社,2000.4刘伟.供应链管理M.成都:四川人民出版社,200