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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 中國一拖集團(tuán)有限公司 李明 摘要 介紹了國內(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、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/ min3 。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/ min2 。 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 ,是不符合我國國情的。 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。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 ,是符合我國國情的好方 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 美國國 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