通用机床_组合机床和加工中心在工艺方案中的选用.pdf

机械制造与研究施华,等通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用MachineBuildingAutomation,Feb2008,37(1):7778,81通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用施华(江苏食品职业技术学院机电工程系,江苏淮安223200)摘要:理想的加工工艺不仅应保证加工出符合图样的合格工件,同时应能使设备之间的功能得到合理的应用和充分的发挥。要充分利用各种设备的特点,必须对具体零件的工艺方案进行分析。使加工中心、组合机床和通用机床相互协作,发挥出最佳的经济效益来。关键词:加工中心；组合机床；生产节拍；协作中图分类号:TH162+.1文献标识码:A文章编号:167125276(2008)0120077202SelectingEquipmentsfromCNC,MMTandGMTinMachiningTechnologySHIHua(JiangsuFoodScienceCollege,Huaian223000,China)Abstract:Theperfectmachiningtechnologyshouldnotonlymakesurethatworkpiecesarecertifiedparts,butalsobeabletobringequipmentsintothereasonableapplicationandentireability.Itisnecessarytoanalysismachiningtechnology.Andcomputerizednu2mericalcontrol,modularmachinetoolandgeneralmachinetoolwillbemadefullyusedwiththegreatbenefit.Keywords:computerizednumericalcontrol；modularmachinetool；manufacturetime；teamup0引言现代机械加工设备中,常用的机床设备基本分为三大类,即通用机床、组合机床和数控机床(或加工中心)。随着数控技术的发展,加工中心以其特有的优势在机械加工中起着越来越重要的作用,然而,不是所有零件都适合用加工中心加工,也不是所有表面或内腔的加工选用加工中心就是最合理的,最理想的方案不仅要保证加工出符合图样的合格工件,同时应能使所选用的各种设备的功能得到合理的应用和充分的发挥,要让设备之间相互协作,在制定具体零件加工方案(或生产线)时,应该从零件的工艺特点出发,结合各种机床的功能、特点进行生产平衡性计算和经济性、柔性度分析并综合比较,只有这样,才能使制定的加工方案合理,从而达到品质优、效率高和成本低的目的。同时还能兼顾到产品的改型。1设备工艺特点比较a)普通机床工艺特点:通用性好,适用范围广,生产成本高,加工精度中等,生产准备时间短,产品品质很大程度上取决于工人技术熟练程度。其中摇臂钻床的适用范围最广,几乎适用于各种大中型零件的钻孔加工；b)组合机床工艺特点:组合机床是根据被加工件的工艺要求,按照工序高度集中的原则而设计的,并以系列化、标准化的通用部件为基础,配以少量专用部件而组成的专用设备,并配以专用夹具,采用多把刀具同时进行加工。组合机床的辅助动作实现了自动化,具有专用、高效、自动化和易于保证加工精度。当被加工的零件尺寸结构有所改进时,组合机床的通用零部件还可以重新被利用组成新的组合机床,且具有一定的柔性度。在数控设备还没有普及和推广的几十年里,它对于提高加工效率,降低对操作者的技术要求起到了很大的作用,尤其是组合铣床和专用钻床,在壳体类零件的加工线中应用非常广泛；c)加工中心的工艺特点:它具有高精度、高效率、高柔性、降低劳动强度和拓宽工艺范围等特点。此外,加工中心还特别适合于加工多工位和工序集中的工件以及难于测量的工件。在选用加工中心时,一般应考虑以下原则:1)适合于加工周期性重复投产的零件。若用普通设备加工则效率太低,品质不稳定,数量也难以保证,而采用加工中心首件试切以后,程序和相关生产信息可保留下来,或经过简单修改即可使用,重复投产时生产准备周期与成本大大降低；2)加工调试时间较长,工件的加工批量要大于经济批量；3)工件的加工内容要合适,如精度要求比较高的箱体的综合加工。2应用实例分析2.1设备方案的选择下面以拖拉机变速箱壳体的加工为例来分析,材料为HT200,壳体结构复杂,箱壁薄,主要加工面有:1)轴孔尺寸精度；2)轴孔的位置精度；3)轴孔和平面基准的位置精度。变速箱是个典型的箱体类零件,其简图如图1所示。选择两个设备方案:1)整个加工过程选用加工中心；2)加工中心+组合机床+万能摇臂钻床。771994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.机械制造与研究施华,等通用机床、组合机床和加工中心在工艺方案中的选用http:ZZHD.E2mail:ZZHD机械制造与自动化图1变速箱工序简图a)生产节拍的计算:1)生产纲领:N=Qn(1+)式中:N年生产纲领,台/年；Q机器产品的年产量,Q=5000台/年；n整机中该零件数量；备品的百分率,=3%；废品的百分率,=3%。计算得N=5200台/年。2)生产节拍t:t=年时基数60/N年工作日为300天,分两班制进行加工,每班8h。由于机械、系统维护等原因,所有机术满负荷率为80%,则年基数8280%=3840h,计算得t=44.3min,因此每道工序的工时要44.3min。b)生产平衡性与经济性分析:1)方案一选用的设备全部为加工中心,因为加工中心具有高精度、高效率和高柔性等特点,从技术角度看,该方案完全可行,但从整个生产节拍来看,我们通过试验,整个零件的在加工中心上的加工所需总工时是5h,按44min的节拍计算需要设备7台。本工艺中所选加工中心价格为250万/台,总投资为1750万元。这样一算还真的不够经济；2)方案二考虑到了人员配备、生产成本核算和整个生产节拍的合理性。此方案经计算能够满足年产量的需求,加工中心的基准统一,保证了精加工工序的精度,组合机床完成重要平面的粗精加工。摇臂钻床可以在满足整个加工节拍的基础上,使得流水线减少专用设备的数量；c)柔性度分析:在方案二中,摇臂钻床的使用,充分发挥普通机床的特点,结合各种覆盖式钻模,翻转式钻模、回转式钻模(图2)的使用,使得在一次定位中完成多个不同表面上孔的加工,既保证了加工精度,又提高了生产效率。同时,通过更换钻模,扩大了工艺路线具有一定适用性。此外,加工中心和程序改动,组合机床适当调整,都使加工线具备了一定的柔性度。2.2加工工艺方案确定a)加工顺序安排:如图1所示,其加工顺序为:粗铣前后端面(卧式双面组合铣床)粗铣上平面(卧式单面组合铣床)铣大端面两侧面、两侧面凸台(卧式双面组合铣床)粗铣底面凸台(卧式铣床)精铣上平面,钻铰定位销孔(卧式数控铣床、钻床)精铣前后两端面(卧式双面组合铣床)粗镗轴承孔,钻两端各孔,钻定位销孔、滑杆孔及倒挡同孔底孔(卧式双工位组合镗床)钻两侧面、上平面、底面上积压孔及螺纹底孔,钻扩铰4230H8孔(摇臂钻床)精镗轴承孔,粗精铣内端面,精镗两端面定位销也和倒挡轴孔(卧式加工中心)扩铰小端面4个滑杆孔(摇臂钻床)在小端面上锪8224孔,钻攻螺纹孔82M8、22M12及M101(摇臂钻床)攻两侧面螺孔,锪底面台,攻底面各螺纹孔,攻上平面螺纹孔(摇臂钻床)去毛剌清洗、吹干检验。b)加工阶段划分:根据以上分析,对该箱体类零件的加工工艺拟定如下:1)粗加工阶段:用3台专用机床(铣床)切除大部分加工余量；2)半精加工阶段:用2台专用机(1台铣床、1台镗床)使主要表面去除粗加工留下来的误差,并完成孔的半精镗加工；(下转第81页)871994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.机械制造与研究纪多斌,等高速铣削加工铝合金花瓶凸模MachineBuildingAutomation,Feb2008,37(1):7981刀位文件,现从刀位文件中截取一段样条插补的刀位文件格式字段。NURBSKNOT/1.0000000CNTRL/-1.9721,0.7307,-0.3950CNTRL/-2.0055,0.7861,-0.3950CNTRL/-2.0522,0.8165,-0.3950PAINT/COLOR37RAPID对上述刀位文件选用HeidenhainiTNC530后处理器或Heidenhai通用后处理器或ISO标准格式的后处理器,即可生成DMG60T铣削加工中心上适用的加工用程序。4切削加工结果与展望切削加工生产得到的工件如图3所示,其表面形成许多微小面积的鱼鳞面,表面粗糙度经实际测量达到IT7IT9级,基本已经达到磨削粗加工的标准,与理论计算相符合。实际加工时间2.5h远比采用普通铣削,磨削和人工打磨处理相结合的加工方法的时间短,体现了高速切削的高效性,加工获得的花瓶曲面的形状精度也很高,优于上面提到的传统加工方法,次品率大大降低。以上只是高速切削用于加工型面的具体一例,加工中有更多的实例需要用到高速切削。如叶轮曲面的加工需图3花瓶凸模要用到五轴联动数控铣削加工才能完成。对于高速切削工艺的研究,复杂型面类零件的加工是一个重要的方向。参考文献:1郝一舒,邵纳,李沪曾.HSM技术在模具制造中的应用M.中国制造业信息化,2005(2):1122114.2马强,候涛.B型槽的高速铣削加工工艺分析与仿真研究J.中州大学学报,2005(1):1202121.3吴自浩.高速铣削铝合金刀具选型及模糊综合评判J.电子机械工程,2005(2):44248.4王力强,方沂,贺琼义,等.铝合金薄壁盒体高速加工研究J.模具工业,2006(6):61264.收稿日期:2007-09-05(上接第78页)图2变速箱孔加工用的回转钻模3)精加工阶段:用1台卧式加工中心,使工件加工达到图纸要求(这里变速箱壳体的孔达到IT6IT7级,Ra为1.623.2)；4)孔系加工:用5台摇臂钻床完成各端面上各孔的加工。3结束语在保证加工品质的同时,充分发挥各种设备的特点及作用,同时