組合機(jī)床和組合機(jī)床自動(dòng)線的技術(shù)性
發(fā)布日期:2011-11-25 蘭生客服中心 瀏覽:3414
組合機(jī)床和組合機(jī)床自動(dòng)線是一種專用高效自動(dòng)化技術(shù)裝備,目前,由于它仍是大批量機(jī)械產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性生產(chǎn)的關(guān)鍵裝備,因而被廣泛應(yīng)用于汽車、拖拉機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和壓縮機(jī)等許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中 ,特別是汽車工業(yè),是組合機(jī)床和自動(dòng)線最大的用戶。如德國(guó)大眾汽車廠在Salzgitter的發(fā)動(dòng)機(jī)工廠,90年代初所采用的金屬切削機(jī)床主要是自動(dòng)線(60%)、組合機(jī)床(20%)和加工中心(20%)。顯然,在大批量生產(chǎn)的機(jī)械工業(yè)部門,大量采用的設(shè)備是組合機(jī)床和自動(dòng)線。因此,組合機(jī)床及其自動(dòng)線的技術(shù)性能和綜合自動(dòng)化水平,在很大 程度上決定了這些工業(yè)部門產(chǎn)品的生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)組織的結(jié)構(gòu),也在很大程度上決定了企業(yè)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
現(xiàn)代組合機(jī)床和自動(dòng)線作為機(jī)電一體化產(chǎn)品,它是控制、驅(qū)動(dòng)、測(cè)量、監(jiān)控、刀具和機(jī)械組件等技術(shù)的綜合反映。近20年來(lái),這些技術(shù)有長(zhǎng)足進(jìn)步,同時(shí)作為組合機(jī)床主要用戶的汽車和內(nèi)燃機(jī)等行業(yè)也有很大的變化,其 產(chǎn)品市場(chǎng)壽命不斷縮短,品種日益增多且質(zhì)量不斷提高。這些因素有力地推動(dòng)和激勵(lì)了組合機(jī)床和自動(dòng)線技術(shù)的不斷發(fā)展。
1 組合機(jī)床品種的發(fā)展重點(diǎn)
在組合機(jī)床這類專用機(jī)床中,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線占有很重要的地位。因?yàn)檫@ 兩類機(jī)床可以把工件的許多加工工序分配到多個(gè)加工工位上,并同時(shí)能從多個(gè)方向?qū)ぜ膸讉(gè)面進(jìn)行加工,此外,還可以通過轉(zhuǎn)位夾具(在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)機(jī)床上)或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置(在自動(dòng)線上)實(shí)現(xiàn)工件的五面加工或全部加工,因而具有很高的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率,被汽車、摩托車和壓縮機(jī)等工業(yè)部門所采用。
根據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,德國(guó)在1990~1992年期間,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線的產(chǎn)量約各占組合機(jī)床總數(shù) 的50%左右。
應(yīng)指出,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床實(shí)際上是一種特殊型式的小型自動(dòng)線,適合于加工輪廓尺寸≤250mm的中小件。與自動(dòng)線相比,在加工同一種工件的情況下,回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床所占作業(yè)面積要比自動(dòng)線約小2/3。
2 自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間進(jìn)一步縮短
目前,以大批量生產(chǎn)為特征的轎車和輕型載貨車,其發(fā)動(dòng)機(jī)的年產(chǎn)量通常為60萬(wàn)臺(tái)左右,實(shí)現(xiàn)這樣大的批量 生產(chǎn),回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床和自動(dòng)線在三班運(yùn)行的情況下,其節(jié)拍時(shí)間一般為20~30秒,當(dāng)零件生產(chǎn)批量更大時(shí),機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間還要更短些。在70年代,自動(dòng)線要實(shí)現(xiàn)這樣短的節(jié)拍,往往要采用并列的雙工位或設(shè) 置雙線的辦法,即對(duì)決定自動(dòng)線節(jié)拍的、工序時(shí)間最長(zhǎng)的加工工序要通過并聯(lián)兩個(gè)相同的加工工位,如果限制性工序較多時(shí),則通過采用兩條相同的自動(dòng)線來(lái)平衡自動(dòng)線系統(tǒng)的加工節(jié)拍。顯然,這樣就要增加設(shè)備投資和作業(yè)面積。
縮短基本時(shí)間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具,以通過提高切削速度和進(jìn)給速度來(lái)縮短基本時(shí)間。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)3075m/min,進(jìn)給速度達(dá)3600mm/min;又如,在鏜削灰鑄鐵缸體的缸孔時(shí),采用裝有三個(gè)可轉(zhuǎn)位CBN刀片的新穎鏜刀頭,切削速度達(dá) 800m/min,進(jìn)給速度為1500mm/min,加工深度為146mm的缸孔,其實(shí)際加工時(shí)間僅為5.8s,比傳統(tǒng)加工工藝可縮 短2/3的加工時(shí)間。
縮短輔助時(shí)間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件 所花的時(shí)間。為縮短這部分空行程時(shí)間,普遍采用提高工件(工件直接輸送)或隨行夾具的輸送速度和加工模塊的快速移動(dòng)速度。目前,隨行夾具的輸送速度可達(dá)60m/min或更高些,加工模塊快速移動(dòng)速度達(dá)40m/min。目前,隨行夾具高速輸送裝置常用的有電液比例閥控制的或擺線驅(qū)動(dòng)的輸送裝置。70年代末,Honsberg公司在其加工變速箱體的自動(dòng)線上就采用了電液比例閥控制的輸送裝置。該自動(dòng)線長(zhǎng) 18.2m,有12個(gè)加工工位,輸送步距為1400mm,輸送重量為7000kg,輸送速度達(dá)45.6m/min,一個(gè)步距的輸送時(shí)間 僅為2.5s。
為該輸送裝置的運(yùn)動(dòng)特性曲線。由于電液比例閥控制系統(tǒng)具有良好的啟動(dòng)和制動(dòng)性能,且系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單,至今,這種輸送裝置仍被許多自動(dòng)線所采用。
3 組合機(jī)床柔性化進(jìn)展迅速
十多年來(lái),作為組合機(jī)床重要用戶的汽車工業(yè),為迎合人們個(gè)性化需求,汽車變型品種日益增多,以多 品種展開競(jìng)爭(zhēng)已成為汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的特點(diǎn)之一,這使組合機(jī)床制造業(yè)面臨著變型多品種生產(chǎn)的挑戰(zhàn)。為適應(yīng)多品 種生產(chǎn),傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機(jī)床和自動(dòng)線必須提高其柔性。在70年代,數(shù)控系統(tǒng)的可靠性有了很大的提高,故到70年代末和80年代初,像Alfing、Hüller-Hille 和Ex-cell-o等公司相繼開發(fā)出數(shù)控加工模塊和柔性自動(dòng)線(FTL),從此數(shù)控組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線逐年增多。在 1988年至1992年間,日本組合機(jī)床和自動(dòng)線(包括部分其它形式的專用機(jī)床)產(chǎn)量的數(shù)控化率已達(dá)32%~39%,產(chǎn)值 數(shù)控比率達(dá)35%~51%;德國(guó)組合機(jī)床和自動(dòng)線產(chǎn)量的數(shù)控化率為18%~62%,產(chǎn)值數(shù)控化率達(dá)45%~66%(表2)。這 些數(shù)字表明,近十年來(lái),組合機(jī)床的數(shù)控化發(fā)展是十分迅速的。應(yīng)指出,進(jìn)入90年代以來(lái),汽車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更趨激烈,產(chǎn)品市場(chǎng)壽命進(jìn)一步縮短,新車型的開發(fā)周期日益縮短(目前一般為35個(gè)月),汽車品種不斷增多,因而汽車工業(yè)對(duì)柔性自動(dòng)化技術(shù)裝備的需求量日益增多。如日本豐田汽車公司,在本世紀(jì)末的目標(biāo)是公司下屬工廠的柔性 化加工系統(tǒng)的普及率達(dá)到100%。很顯然,組合機(jī)床及其自動(dòng)線在保持其高生產(chǎn)效率的條件下,進(jìn)一步提高其柔性 就愈來(lái)愈具有重要意義。
表2 日本和德國(guó)數(shù)控組合機(jī)床和數(shù)控自動(dòng)線(1988~1992年) 產(chǎn)量、產(chǎn)值 產(chǎn)量 產(chǎn)值
年份 1988 1989 1990 1991 1992 1988 1989 1990 1991 1992
日本 組合機(jī)床和自動(dòng)線 5074 5138 5653 5970 4260 808.2 954.9 1106.2 1590.1 1193.1
其中:數(shù)控組合機(jī)床和數(shù)控自動(dòng)線 1640 1640 2087 2326 1626 283.7 335.0 539.9 767.6 607.2
數(shù)控化率(%) 32.3 31.9 36.9 39.0 38.2 35.1 35.1 48.8 48.3 50.9
德國(guó) 組合機(jī)床和自動(dòng)線 1655 837 886 813 644 565.2 429.8 712.2 746.7 896.9
其中:數(shù)控組合機(jī)床和數(shù)控自動(dòng)線 1028 149 196 236 274 302.0 196.0 378.3 490.6 590.5
數(shù)控化率(%) 62.1 17.8 22.0 29.0 42.5 53.5 45.6 53.1 65.7 65.8
摘自《1993~1994 Economic Handbook of the Machine Tool Industry》AMT
1.輸送裝置 2.操縱臺(tái) 3.液壓站 4.備料站 5.夾緊工位 6.龍門式空架機(jī)器人 7.清洗工位 8.CNC三坐標(biāo)加工模塊 9.輸送帶 10.轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊 11.NC二坐標(biāo)銑削模塊 12.有軌輸送小車 13.儲(chǔ)料站 14.手動(dòng)夾緊站
組合機(jī)床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要前提是開發(fā) 數(shù)控加工模塊,而有著較長(zhǎng)發(fā)展歷史的加工中心技術(shù)為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經(jīng)驗(yàn)。由數(shù)控加工模塊組 成的柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線,可通過應(yīng)用和改變數(shù)控程序來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀、自動(dòng)更換多軸箱和改變加工行程 、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等,以適應(yīng)變型品種的加工。 柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線用的數(shù)控加工模塊,按其數(shù)控坐標(biāo)(軸)數(shù),主要有單坐標(biāo)(Z)、雙坐標(biāo)(X-Z、Y-Z、 Z-U和Z-B等)和三坐標(biāo)(X-Y-Z)加工模塊;按其主軸數(shù),有單軸和多軸加工模塊,也有單軸和多軸復(fù)合加工模塊。
單坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控滑臺(tái)和主軸部件(或多軸箱,包括可換多軸箱)組成。雙坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控十字滑臺(tái)和 主軸部件組成,例如數(shù)控雙坐標(biāo)銑削模塊。 立柱移動(dòng)式數(shù)控三坐標(biāo)加工模塊(圖6),其刀具能在三個(gè)坐標(biāo)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng),可根據(jù)加工工件的品種和加工任務(wù) 配備刀庫(kù)、換刀機(jī)械手以及所需的刀具,具有很高的柔性。這種加工模塊是柔性自動(dòng)線實(shí)現(xiàn)多品種加工最重要的 模塊之一。
立柱移動(dòng)式CNC三坐標(biāo)加工模塊可利用X軸和Y軸的聯(lián)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)周邊銑削工藝,特別是在銑削象變速箱體這類剛 性較差的工件時(shí),可采用較小直徑的銑刀,實(shí)現(xiàn)高速(切削速度達(dá)2500m/min)周邊銑削,由此減小加工時(shí)的切削 力和工件的變形。這比采用雙坐標(biāo)銑削加工模塊用大直徑銑刀進(jìn)行銑削要優(yōu)越得多。多軸加工模塊是又一種重要模塊,主要用于加工箱體和盤類工件的柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線。這類模塊有多 種不同的結(jié)構(gòu)形式,但基本上可分為自動(dòng)換箱式多軸加工模塊、轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式 多軸加工模塊。自動(dòng)換箱式模塊由于可在專門設(shè)置的多軸箱庫(kù)中儲(chǔ)存較多的多軸箱,故可用來(lái)加工較多不 同品種的工件。而轉(zhuǎn)塔式和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式多軸加工模塊,由于在轉(zhuǎn)塔頭和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)上允許裝的多軸箱數(shù)量有限 (一般為4~6個(gè)),所以這種加工模塊只能實(shí)現(xiàn)有限品種的加工。
在自動(dòng)線上采用CNC三坐標(biāo)加工模塊和轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊,不僅可實(shí)現(xiàn)不同品種工件的加工,而且在自動(dòng)線 節(jié)拍時(shí)間內(nèi)(如果節(jié)拍時(shí)間允許的話),這類加工模塊還可以在同一個(gè)加工工位上通過其自動(dòng)換刀或換箱,依次實(shí) 現(xiàn)多道加工工序(粗鏜、半精鏜和精鏜;鉆孔、擴(kuò)孔和攻絲),從而減少自動(dòng)線的加工工位數(shù),縮短自動(dòng)線的長(zhǎng)度 。
單軸和多軸復(fù)合加工模塊是一種三坐標(biāo)數(shù)控加工模塊,可通過自動(dòng)換刀或自動(dòng)更換多軸箱而實(shí)現(xiàn)單軸加工或多軸加工。值得提及的是,在80年代中期德國(guó)Honsberg公司推出的CNCMACH模塊化系統(tǒng)是很有特色的一種模塊化系統(tǒng),該系統(tǒng)充分應(yīng)用模塊化結(jié)構(gòu)原理,在作為系統(tǒng)基礎(chǔ)模塊的 CNC三坐標(biāo)模塊上,通過增減各種不同的功能模塊,拼裝成各種不同坐標(biāo)或不用工藝用途的加工模塊。具體地說(shuō) ,從坐標(biāo)看,除三坐標(biāo)外,還可組成雙坐標(biāo)和單坐標(biāo)加工模塊;從刀庫(kù)看,可裝設(shè)刀具庫(kù)和多軸箱庫(kù),可單獨(dú)實(shí) 現(xiàn)刀具或多軸箱的自動(dòng)更換,也可依次實(shí)現(xiàn)刀具和多軸箱的更換。
CNC MACH系統(tǒng),不僅在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面,而且在控制和軟件等方面也是模塊化的。因此,利用該系統(tǒng)模塊,可以 很方便地拼裝成柔性自動(dòng)線(FTL)、柔性加工單元(FMC)或柔性制造系統(tǒng)(FMS)。 除上述各種CNC加工模塊外,機(jī)器人和伺服驅(qū)動(dòng)的夾具也是柔性組合機(jī)床和柔性自動(dòng)線的重要部件。特別在柔 性自動(dòng)線上,目前已較普遍地采用龍門式空架機(jī)器人進(jìn)行工件的自動(dòng)上下料,用于工件的轉(zhuǎn)位或翻轉(zhuǎn)。為搬運(yùn)不 同的工件,可在自動(dòng)線旁設(shè)置手爪庫(kù),以實(shí)現(xiàn)手爪的自動(dòng)更換。夾具配備伺服驅(qū)動(dòng)裝置,以適應(yīng)工件族內(nèi)不同工 件的自動(dòng)夾緊。
該線采用的數(shù)控加工模塊有四個(gè)雙坐標(biāo)數(shù)控銑削模 塊、六個(gè)數(shù)控轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊和六個(gè)數(shù)控三坐標(biāo)加工模塊。輔助工位有清洗工位和采用機(jī)器人進(jìn)行操作的裝 夾工作站。由于組成自動(dòng)線的加工模塊都是數(shù)控的,當(dāng)由一種工件的加工變換為另一種工件的加工時(shí),只需通過 改變數(shù)控程序就行了,而無(wú)需進(jìn)行機(jī)械等方面的調(diào)整和改裝。
4 加工精度日益提高
表3 轎車發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件的精度 工件名稱 項(xiàng)目 數(shù)值
氣缸體 頂?shù)酌娴钠矫娑?0.02mm/1000mm
缸孔孔徑精度 IT6
主軸孔同軸度 f0.01mm
缸體止口深度 0.01~0.02mm
氣缸蓋 進(jìn)排氣閥座與導(dǎo)管孔的同軸度 f0.02mm
導(dǎo)管孔孔徑精度 IT6
氣缸體和氣缸蓋等箱體件
工藝定位銷孔 孔徑精度 IT5
孔距精度 +0.01mm
變速箱體 傳動(dòng)軸孔孔距精度 +0.02mm
孔徑精度 IT6
連桿 大小頭孔 孔徑精度 IT6(大頭孔)
IT5(小頭孔)
孔距精度 +0.01mm
螺栓定位孔 孔徑精度 IT6
孔距精度 +0.03mm
1.鏜桿 2.精車缸孔止口用的滑板 3.空心錐柄(HSK) 4.裝有三個(gè)切削刃和三個(gè)金剛石導(dǎo)向條的刀頭 5.車止口用拉桿
缸孔精鏜刀具
1.自動(dòng)上下料系統(tǒng) 2.加工基準(zhǔn)面和定位銷孔的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床 3~6、8~10、13~17、21.切削加工柔性自動(dòng)線 7.試漏機(jī) 11.清洗機(jī) 12.導(dǎo)管和閥座自動(dòng)裝配機(jī) 18.去毛刺機(jī) 19.清洗機(jī) 20.凸輪軸軸承蓋自動(dòng)裝配機(jī)
缸蓋綜合生產(chǎn)系統(tǒng)
特別自80年代中期以來(lái),汽車制造業(yè)為增強(qiáng)其汽車的競(jìng)爭(zhēng)力,不斷地加嚴(yán)其發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)鍵件的制造公差,并通過計(jì)算機(jī)輔助測(cè)量和分析方法,以及通過設(shè)備能力檢驗(yàn)來(lái)提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。目前,在驗(yàn)收組合機(jī)床和自動(dòng)線時(shí),已普遍要求設(shè)備的工序能力系數(shù)要大于1.33,有的甚至要求工序能力系數(shù)要大于1.67,以便確保穩(wěn)定的加工精度。應(yīng)指出,采用Cp≥1.33來(lái)驗(yàn)收設(shè)備,這實(shí)際上是加嚴(yán)了工件的制造公差,即工件的實(shí)際加工公差僅為工件給定公差的1/3~1/2,這無(wú)疑是對(duì)組合機(jī)床和自動(dòng)線提出了更高的要求。組合機(jī)床制造廠為了滿足用戶對(duì)工件加工精度的高要求,除了進(jìn)一步提高主軸部件、鏜桿、夾具(包括鏜模)的精度,采用新的專用刀具,優(yōu)化切削工藝過程,采用刀具尺寸測(cè)量控制系統(tǒng)和控制機(jī)床及工件的熱變形等一系列措施外,目前,空心工具錐柄(HSK)和過程統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制(SPC)的應(yīng)用已成為自動(dòng)線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術(shù)手段。
空心工具錐柄是一種采用徑向(錐面)和軸向(端面)雙向定位的新穎工具,其優(yōu)點(diǎn)是具有較高的抗彎剛度、扭轉(zhuǎn)剛度和很高的重復(fù)精度。在機(jī)床上采用空心錐柄的鏜刀,就可使用預(yù)調(diào)的刀具加工出IT7/IT6精密孔。所示是空心工具錐柄在缸孔精鏜刀具上的應(yīng)用實(shí)例。
SPC是基于工序能力的用于監(jiān)控工件加工質(zhì)量的一種方法。目前,在自動(dòng)線上這種質(zhì)量保證系統(tǒng)愈來(lái)愈多地被用來(lái)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程中的加工質(zhì)量進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控。表4是缸蓋氣門導(dǎo)管底孔和閥座底孔在采用SPC監(jiān)控時(shí)的實(shí)際加工公差。 表4 采用SPC監(jiān)控時(shí)缸蓋氣門導(dǎo)管底孔和閥座底孔的實(shí)際加工公差 (mm) 加工部位 孔徑 公差 SPC監(jiān)控下的實(shí)際加工公差
(臨界工序能力系數(shù)Cpk=2)
導(dǎo)管底孔 12 H7+0.018 +0.009
閥座底孔 30 H8+0.033 +0.016
5 綜合自動(dòng)化程度日益提高
近十年來(lái),為進(jìn)一步提高工件的加工精度和減少工件在生產(chǎn)過程中的中間儲(chǔ)存、搬運(yùn)以及縮短生產(chǎn)流程時(shí)間,將工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序間的清洗、測(cè)量、裝配和試漏等)集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中,以實(shí)現(xiàn)工件加工、表面處理、測(cè)量和裝配等工序的綜合自動(dòng)化。
清洗
在自動(dòng)線和自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中,清洗設(shè)備主要用于工件的工序間清洗和工件的最終清洗。
工件的工序間清洗主要是為下一道工序創(chuàng)造必要的工作條件。例如,工件毛坯在噴漆前、工件基準(zhǔn)面加工后、去毛刺后、測(cè)量前以及裝配前所進(jìn)行的各種清洗。
當(dāng)今,鑒于我們?nèi)祟愘囈陨娴沫h(huán)境日益受到工業(yè)污染的破壞,環(huán)境保護(hù)已引起人們的普遍重視。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外越來(lái)越關(guān)注工業(yè)清洗對(duì)環(huán)境的污染。這就促使許多工業(yè)部門的零件清洗轉(zhuǎn)向應(yīng)用水劑清洗(采用酸性、中性或堿性清洗液,清洗液中主要含有磷酸鹽、活性劑和絡(luò)合劑等),這種水劑清洗主要根據(jù)工件清洗質(zhì)量要求而采用噴淋(分散清洗)和浸漬(集中清洗)兩種工藝。
基于環(huán)境保護(hù)、現(xiàn)場(chǎng)操作工人的保健和清洗工藝的合理化等要求,目前,清洗機(jī)已普遍采用封閉式布局,整個(gè)清洗過程是自動(dòng)進(jìn)行的,設(shè)備控制采用可編程控制器,并自動(dòng)監(jiān)控所有機(jī)械動(dòng)作和工藝技術(shù)參數(shù)。在這類清洗機(jī)上集成了蒸發(fā)、過濾、材料回收和處理等裝置,圖16所示是德國(guó)奔馳汽車公司轉(zhuǎn)向器殼的清洗流程。該清洗機(jī)采用封閉式布局,清洗過程是在一個(gè)封閉系統(tǒng)中進(jìn)行的,通過一個(gè)清洗液凈化輔助系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)清洗液的循環(huán)使用。在該系統(tǒng)中,作為凈化處理裝置的核心部件是一個(gè)清洗凈化和回收模塊。該模塊由超精過濾器和蒸發(fā)器聯(lián)合組成,利用這個(gè)綜合凈化處理裝置產(chǎn)生的清洗液和蒸鎦水,重新用于零件的清洗和漂洗。
自動(dòng)測(cè)量
在自動(dòng)線上采用自動(dòng)測(cè)量旨在對(duì)工件的加工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控。近幾年來(lái),由于自動(dòng)線節(jié)拍時(shí)間的日益縮短、被測(cè)工件的精度要求越來(lái)越高以及測(cè)量又要在生產(chǎn)條件下進(jìn)行,因此,自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)不僅要具有很高的工作速度和很高的工作精度,并且要具有較強(qiáng)的抗環(huán)境干擾(如切屑、塵埃、冷卻液蒸汽、油液、振動(dòng)和溫度等)能力或測(cè)量系統(tǒng)具有對(duì)某些干擾量能進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償?shù)男阅堋?
在自動(dòng)線上,自動(dòng)測(cè)量可分為加工前測(cè)量和加工后測(cè)量。
加工前測(cè)量是在工件加工前通過測(cè)量以確定工件的特征,并利用測(cè)量結(jié)果來(lái)調(diào)整刀具相對(duì)于工件待加工部位的位置,然后進(jìn)行相應(yīng)的加工。例如,在銑削缸蓋底平面時(shí),為確保各燃燒室至底平面的深度尺寸偏差為最小(這一偏差直接影響到發(fā)動(dòng)機(jī)性能),故采用了測(cè)量控制的銑削方法。銑削前,缸蓋在隨行夾具中找正和夾緊,接著采用多個(gè)氣動(dòng)測(cè)量頭測(cè)出各燃燒室的深度,由最大值和最小值求出平均值,然后利用該值通過相應(yīng)的控制來(lái)調(diào)整銑頭相對(duì)于工件的位置再進(jìn)行銑削。
近年來(lái),在自動(dòng)線上,工件精加工后普遍進(jìn)行100%的檢驗(yàn)測(cè)量,為此,在精加工工位后設(shè)置測(cè)量工位。所示是缸蓋進(jìn)排氣閥座和導(dǎo)管孔綜合精度自動(dòng)測(cè)量裝置。該裝置采用四個(gè)氣動(dòng)測(cè)量頭同時(shí)對(duì)四個(gè)閥座和導(dǎo)管進(jìn)行測(cè)量。在測(cè)量閥座錐面的測(cè)量頭上設(shè)有約50μm隙縫寬的環(huán)形噴嘴,測(cè)量導(dǎo)管孔的心棒同樣設(shè)有測(cè)量噴嘴。當(dāng)該心棒低速引入導(dǎo)管孔時(shí),以閥座錐面自動(dòng)定心和找正,這是通過專門設(shè)計(jì)的滾動(dòng)軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)的,并借助于彈簧給測(cè)量閥座錐面幾何精度的測(cè)量頭施加一定的貼合力,以使測(cè)量頭靠在閥座的錐面上。當(dāng)接通壓縮空氣進(jìn)行測(cè)量時(shí),就可通過從環(huán)形噴嘴中排出的氣體量來(lái)測(cè)定:
閥座錐角誤差
閥座錐孔圓度
閥座錐孔對(duì)導(dǎo)管孔的跳動(dòng)誤差
A)測(cè)量任務(wù) B)測(cè)量裝置
1.安裝板 2.壓縮空氣接頭 3.可浮動(dòng)的彈性支承 4.機(jī)械定心頭 5.測(cè)量導(dǎo)管孔的測(cè)量心棒(設(shè)有測(cè)量噴嘴) 6.測(cè)量閥座深度的兩個(gè)電感應(yīng)測(cè)頭 7.可旋轉(zhuǎn)的環(huán)形噴嘴
缸蓋氣門閥座錐面和導(dǎo)管孔的綜合精度測(cè)量
裝配
在主體工件的加工過程中,有的需要將個(gè)別零件裝配到主體件上后再繼續(xù)進(jìn)行加工。在現(xiàn)代化生產(chǎn)中,已普遍地將這類工序間裝配集成到自動(dòng)線或自動(dòng)線組成的生產(chǎn)系統(tǒng)中。例如,缸體的瓦蓋裝配、缸蓋的進(jìn)排氣閥座及導(dǎo)管裝配和缸體、缸蓋的堵片裝配等。
進(jìn)行裝配時(shí),首先是采用液態(tài)氮將閥座圈和導(dǎo)管冷卻到-160℃,通過自動(dòng)上料裝置將低溫冷縮的閥座圈和導(dǎo)管裝入缸蓋的相應(yīng)底孔中,隨后靠溫度的自然升高使零件產(chǎn)生膨脹,從而將兩個(gè)零件牢固地配合在缸蓋里。這種低溫裝配工藝與通過加熱整個(gè)缸蓋來(lái)裝配閥座和導(dǎo)管的傳統(tǒng)工藝相比,其優(yōu)點(diǎn)是既可節(jié)能,又能確保裝配質(zhì)量。
密封性試驗(yàn)
對(duì)一些有密封性能要求的工件(如缸體、缸蓋和進(jìn)排氣管等),在自動(dòng)線上經(jīng)一定的切削加工后,需進(jìn)行密封性試驗(yàn),以防止不合格工件進(jìn)入下一道工序,以致影響產(chǎn)品性能。
工件密封性檢驗(yàn),既可納入自動(dòng)線也可設(shè)置在自動(dòng)線系統(tǒng)中,一般視自動(dòng)線節(jié)拍的長(zhǎng)短而定。
6 自動(dòng)線可靠性和利用率不斷改善和提高
自動(dòng)線的經(jīng)濟(jì)性只有在其進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)的情況下才有可能實(shí)現(xiàn)。為提高自動(dòng)線加工過程的可靠性、利用率和工件的加工質(zhì)量,目前在自動(dòng)線上愈來(lái)愈多的采用過程監(jiān)控,對(duì)其各組成設(shè)備的功能、加工過程和工件加工質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)控,以便快速識(shí)別故障、快速進(jìn)行故障診斷和早期預(yù)報(bào)加工偏差,使操作人員和維修人員能及時(shí)地進(jìn)行干預(yù),以縮短設(shè)備調(diào)試周期、減少設(shè)備停機(jī)時(shí)間和避免加工質(zhì)量偏差。
顯然,提高自動(dòng)線的利用率和工件加工質(zhì)量是生產(chǎn)控制和監(jiān)控的主要目的。
從目前自動(dòng)線生產(chǎn)控制和監(jiān)控的內(nèi)容看,生產(chǎn)控制和監(jiān)控系統(tǒng)基本上是由質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)線運(yùn)行控制與監(jiān)控系統(tǒng)和刀具監(jiān)控系統(tǒng)這幾個(gè)部分組成的。
近年來(lái),質(zhì)量監(jiān)控已日益成為現(xiàn)代自動(dòng)線生產(chǎn)監(jiān)控的重要一環(huán)。這主要是由于汽車工業(yè)不斷提高發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量的緣故。各汽車制造廠普遍要求將零件的設(shè)計(jì)公差帶壓縮1/3~1/2作為工序公差,對(duì)機(jī)床能力系數(shù)提出了很高的要求。為此,自動(dòng)線制造廠為確保設(shè)備具有穩(wěn)定的加工質(zhì)量,已日益重視應(yīng)用SPC對(duì)自動(dòng)線的生產(chǎn)過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控,對(duì)加工質(zhì)量偏差的趨向進(jìn)行早期預(yù)報(bào),以便把工件的加工公差始終控制在預(yù)定的范圍內(nèi)。
現(xiàn)代自動(dòng)線的過程控制和監(jiān)控不僅包含對(duì)變得愈來(lái)愈復(fù)雜的自動(dòng)線的過程控制和對(duì)所有終點(diǎn)開關(guān)、電動(dòng)機(jī)保護(hù)開關(guān)、節(jié)拍時(shí)間、冷卻和潤(rùn)滑液的供給以及液壓、氣動(dòng)功能等進(jìn)行監(jiān)控和診斷,而且還包括對(duì)刀具耐用度、設(shè)備維修間隔和工件計(jì)數(shù)等進(jìn)行管理,并通過一些直觀的過程圖形顯示、操作指引、故障報(bào)警和診斷指示,使操作人員更便于監(jiān)控整個(gè)自動(dòng)線的生產(chǎn)過程。
80年代末,在自動(dòng)線的故障診斷技術(shù)中出現(xiàn)的一種基于知識(shí)的故障診斷技術(shù),可對(duì)自動(dòng)線運(yùn)行中產(chǎn)生的所有故障進(jìn)行診斷(而不是局限于診斷最常出現(xiàn)的故障),確定故障部位及其原因,這為迅速排除故障贏得了時(shí)間,從而顯著地縮短自動(dòng)線的調(diào)試時(shí)間和停機(jī)時(shí)間。
當(dāng)前,自動(dòng)線的控制技術(shù)已由集中控制方式轉(zhuǎn)向分散控制方式。根據(jù)對(duì)這種新的控制模式的研究表明,采用分散控制系統(tǒng)要比采用集中控制系統(tǒng)可節(jié)省費(fèi)用5%。這主要是由于分散控制系統(tǒng)可減少電纜敷設(shè)費(fèi)用(采用總線系統(tǒng))、減少電氣保養(yǎng)維修費(fèi)(由于提高了透明度)、省去控制柜臺(tái)架(分散控制系統(tǒng)的控制柜直接設(shè)置在自動(dòng)線的加工工位上)和無(wú)需設(shè)置集中冷卻裝置等。此外,這種分散控制系統(tǒng)由于總體配置簡(jiǎn)單,有利于加快自動(dòng)線的投入運(yùn)行,并由于一目了然的結(jié)構(gòu)配置,在產(chǎn)生故障時(shí)很容易確定故障的部位。最后,分散控制系統(tǒng)的模塊化和標(biāo)準(zhǔn)化也有利于降低成本和提高透明度。
切削過程監(jiān)控(刀具碰撞、刀具磨損和刀具破損等監(jiān)控)是現(xiàn)代自動(dòng)線過程監(jiān)控的重要組成部分。在切削加工中,主要的干擾是來(lái)自刀具,象汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋和變速箱體等復(fù)雜工件的加工,往往要采用許多條自動(dòng)線,上千把刀具,刀具出現(xiàn)超過磨損極限和破損的概率比較高。一旦某把刀具出現(xiàn)故障,如不及時(shí)進(jìn)行識(shí)別和報(bào)警,就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)二次故障、產(chǎn)生廢品和損壞機(jī)床等事故,使自動(dòng)線停機(jī)次數(shù)和停機(jī)時(shí)間增多,從而導(dǎo)致自動(dòng)線利用率的降低。而通過對(duì)切削過程進(jìn)行監(jiān)控可顯著地減少自動(dòng)線的停機(jī)時(shí)間。如德國(guó)一汽車廠的缸蓋加工自動(dòng)線,由于采用了切削過程監(jiān)控系統(tǒng),使自動(dòng)線的生產(chǎn)率提高了8%。
在自動(dòng)線上,對(duì)多軸鉆削和攻絲進(jìn)行監(jiān)控具有特別重要意義。由于傳感器技術(shù)的不斷進(jìn)步,多軸鉆削監(jiān)控和攻絲監(jiān)控技術(shù)已日趨成熟。
為對(duì)攻絲過程進(jìn)行監(jiān)控,在攻絲接頭中設(shè)有長(zhǎng)度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)以及在快換夾頭中設(shè)置可調(diào)整扭矩值的扭矩離合器,離合器的扭矩值應(yīng)根據(jù)絲錐直徑、螺距和工件材質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)絲維磨鈍或攻絲底孔有誤差時(shí),快換夾頭中的扭矩離合器就起動(dòng),這時(shí)由于強(qiáng)制的機(jī)床進(jìn)給使攻絲接頭中的長(zhǎng)度補(bǔ)償機(jī)構(gòu)壓縮。這種軸向移動(dòng)使裝在接頭中的高頻發(fā)生器通過裝在同一接頭里的發(fā)射天線發(fā)出高頻信號(hào),該信號(hào)被機(jī)床旁的接收器天線接收,通過與機(jī)床控制系統(tǒng)聯(lián)接的該接收器發(fā)出指令使機(jī)床停止工作;并可發(fā)出光或聲響進(jìn)行報(bào)警。同時(shí),一個(gè)裝在接頭上的紅色目視環(huán)產(chǎn)生軸向移動(dòng),這樣,如在多軸攻絲時(shí),即使都用同一頻率也可立即看出在哪一個(gè)攻絲主軸上發(fā)生了故障。故障排除后,這個(gè)紅色目視環(huán)應(yīng)重新把它移到原來(lái)的位置上。
攻螺紋時(shí),使用這種監(jiān)控系統(tǒng),一方面可以減少絲錐的折斷率,另一方面可提高絲錐加工工件的件數(shù)。據(jù)資料介紹、美國(guó)一汽車廠在未采用監(jiān)控系統(tǒng)前,絲錐折斷每年為1430次,采用監(jiān)控系統(tǒng)后,絲錐折斷降低為260次,返修品由年1134件降為8件。在德國(guó)大眾汽車廠,前些年已使用這種系統(tǒng)1500套,在未采用監(jiān)控系統(tǒng)前,為確保攻螺紋過程的可靠性,對(duì)絲錐采用強(qiáng)制更換,規(guī)定一把絲錐加工1000件后即進(jìn)行更換。采用監(jiān)控系統(tǒng)后,一把絲錐加工的工件數(shù)達(dá)到了2000件。
7、 其它技術(shù)的應(yīng)用動(dòng)向
在工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的組合機(jī)床行業(yè)中,下列技術(shù)得到了較為廣泛的應(yīng)用。
組合機(jī)床設(shè)計(jì)普及CAD技術(shù)
在國(guó)外許多公司中,組合機(jī)床設(shè)計(jì)已普遍采用CAD工作站,在設(shè)計(jì)室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應(yīng)用于繪圖工作外,并在構(gòu)件的剛度分析(有限元方法)、組合機(jī)床及自動(dòng)線設(shè)計(jì)方案比較和選擇,以及方案報(bào)價(jià)等方面均已得到廣泛應(yīng)用,從而顯著地提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量和縮短了設(shè)計(jì)周期。加之國(guó)外許多公司在組合機(jī)床和自動(dòng)線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達(dá)90%以上),使組合機(jī)床和自動(dòng)線的交貨期進(jìn)一步縮短。如意大利IMAS公司,一臺(tái)復(fù)雜程度較高的回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床從訂單到供貨一般為8個(gè)月;德國(guó)Honsberg公司為前蘇聯(lián)制造的加工變速箱體和箱蓋的兩條柔性自動(dòng)線從訂單到供貨僅為14個(gè)月。
推行并行工程
近十年來(lái),為縮短汽車開發(fā)周期、降低制造費(fèi)用和提高產(chǎn)品質(zhì)量,世界上許多汽車廠都在積極推行日本豐田汽車公司首創(chuàng)的精益生產(chǎn)方式(Lean Production)。旨在從整體優(yōu)化的觀點(diǎn)合理配置和利用企業(yè)擁有的生產(chǎn)要素,以達(dá)到高速、高效、高質(zhì)量和低成本地開發(fā)制造汽車,促使企業(yè)獲得更高的綜合效益。
精益生產(chǎn)方式的重要內(nèi)容之一是并行工程。根據(jù)并行工程的組織原則,要求在產(chǎn)品開發(fā)的各個(gè)環(huán)節(jié)中,所有各相關(guān)的設(shè)計(jì)和制造活動(dòng)之間按時(shí)間并行地進(jìn)行密切合作和協(xié)調(diào)。也就是要求產(chǎn)品開發(fā)部門、生產(chǎn)規(guī)劃部門和設(shè)備制造廠之間進(jìn)行緊密合作,對(duì)要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和加工裝備同時(shí)進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計(jì),及早地發(fā)現(xiàn)和改正產(chǎn)品(工件)可能存在的錯(cuò)誤,并盡早確定主要的生產(chǎn)工藝裝備,從而達(dá)到改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造工藝、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低制造費(fèi)用、提高產(chǎn)品質(zhì)量和工藝裝備質(zhì)量的目的。
從并行工程的基本思想看,這一方法似乎也不是新發(fā)明。因?yàn)樵谕ǔTO(shè)計(jì)組合機(jī)床時(shí),同樣要求組合機(jī)床制造廠與用戶之間進(jìn)行密切合作,以便使專用設(shè)備能更好地滿足用戶的各種要求。但是,并行工程同這種做法有著本質(zhì)上的不同。眾所周知,組合機(jī)床制造廠總是根據(jù)用戶提供的工件圖紙和樣件來(lái)進(jìn)行專用設(shè)備的設(shè)計(jì)的,在工作環(huán)節(jié)上是一種按順序進(jìn)行的作業(yè)。而并行工程則突破了這種上下道作業(yè)的工作程序,它要求通過裝備制造部門早期介入用戶產(chǎn)品的規(guī)劃和設(shè)計(jì),在產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門考慮其結(jié)構(gòu)和功能時(shí),能協(xié)同考慮產(chǎn)品的加工和裝配工藝(以制造工藝和裝配工藝帶動(dòng)設(shè)計(jì)),從而加速產(chǎn)品開發(fā),同時(shí)達(dá)到降低制造費(fèi)用和提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。
在國(guó)外,近十年來(lái),很多汽車制造廠都在積極推行并行工程,并有不少組合機(jī)床制造廠與汽車廠密切合作應(yīng)用這一方法來(lái)加速專用裝備的設(shè)計(jì)制造。例如,美國(guó)的Ingersoll和Lamb,德國(guó)的Grob和Ex-cell-o等公司都應(yīng)用并行工程分別為一些汽車廠設(shè)計(jì)制造了眾多的缸體、缸蓋和變速箱體等加工自動(dòng)線,取得了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。
8 結(jié)束語(yǔ)
近20年來(lái),組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)取得了長(zhǎng)足進(jìn)步,自動(dòng)線在加工精度、生產(chǎn)效率、利用率、柔性化和綜合自動(dòng)化等方面的巨大進(jìn)步,標(biāo)志著組合機(jī)床自動(dòng)線技術(shù)發(fā)展達(dá)到的高水平。自動(dòng)線的技術(shù)發(fā)展,刀具、控制和其它相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步以及用戶需求變化起著重要的推動(dòng)作用,其中,特別是CNC控制技術(shù)對(duì)自動(dòng)線結(jié)構(gòu)的變革及其柔性化起著決定性作用。
隨著市場(chǎng)需求的變化,柔性將愈來(lái)愈成為決擇設(shè)備的重要因素。因此,自動(dòng)線將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競(jìng)爭(zhēng)。
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Lehmann數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的顯著優(yōu)勢(shì)
◆緊湊且質(zhì)量較輕 相對(duì)于傳統(tǒng)數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì):結(jié)構(gòu)極端緊湊,功率更不遜色分好,甚至更佳。 更少的干擾邊緣:(GD)-40%;(DD)-41% 可以極為方便地橫向操作軸(從上方) 可以十分迅速地夾緊切割刀具:最長(zhǎng)的耐用時(shí)間
2017-02-24 -
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的combiFlex模塊化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)
僅4種φ100-500mm的基本型號(hào),可以提供超過240種配置的數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)讓您選擇! combiFlex模塊化系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在: 高保值性:隨時(shí)適應(yīng)新的要求 型號(hào)多樣性:GD(大約-50%);DD(大約-50%) 每種尺寸
2017-02-20 -
pL Lehmann數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)3+2軸替代五軸機(jī)床的完整加工
用戶是一家鎖具和五金配件生產(chǎn)企業(yè),擁有近300名員工。它主要為商業(yè)樓宇開發(fā)、生產(chǎn)和銷售門窗及外墻的固定、操作和密封配件。 用戶除了要生產(chǎn)出高品質(zhì)門五金配件外,創(chuàng)新、高效、高性價(jià)比的生產(chǎn)是確保經(jīng)濟(jì)成果的另一個(gè)支柱,根據(jù)各個(gè)組件的需要,提
2017-02-20 -
實(shí)例講解配套于高精密磨床的第四軸數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺(tái)
LapmasterWolters公司為了提高其精密磨床的生產(chǎn)力而配備了pL LEHMANN旋轉(zhuǎn)臺(tái)。高精密的表面加工當(dāng)然需要高品質(zhì)的工藝設(shè)備,LapmasterWolters數(shù)控外圓磨床,作為制造專用于表面精密加工的高精密磨床的國(guó)際市場(chǎng)領(lǐng)銜者
2017-02-20