組合機床和組合機床自動線是一種專用高效自動化技術裝備，目前，由于它仍是大批量機械產品實現(xiàn)高效、高質量和經濟性生產的關鍵裝備，因而被廣泛應用于汽車、拖拉機、內燃機和壓縮機等許多工業(yè)生產領域。其中 ，特別是汽車工業(yè)，是組合機床和自動線最大的用戶。如德國大眾汽車廠在Salzgitter的發(fā)動機工廠，90年代初所采用的金屬切削機床主要是自動線(60%)、組合機床(20%)和加工中心(20%)。顯然，在大批量生產的機械工業(yè)部門，大量采用的設備是組合機床和自動線。因此，組合機床及其自動線的技術性能和綜合自動化水平，在很大 程度上決定了這些工業(yè)部門產品的生產效率、產品質量和企業(yè)生產組織的結構，也在很大程度上決定了企業(yè)產品的競爭力。

    現(xiàn)代組合機床和自動線作為機電一體化產品，它是控制、驅動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術的綜合反映。近20年來，這些技術有長足進步，同時作為組合機床主要用戶的汽車和內燃機等行業(yè)也有很大的變化，其 產品市場壽命不斷縮短，品種日益增多且質量不斷提高。這些因素有力地推動和激勵了組合機床和自動線技術的不斷發(fā)展。

1 組合機床品種的發(fā)展重點

    在組合機床這類專用機床中，回轉式多工位組合機床和自動線占有很重要的地位。因為這 兩類機床可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向對工件的幾個面進行加工，此外，還可以通過轉位夾具(在回轉工作臺機床上)或通過轉位、翻轉裝置(在自動線上)實現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，因而具有很高的自動化程度和生產效率，被汽車、摩托車和壓縮機等工業(yè)部門所采用。

    根據(jù)有關統(tǒng)計資料，德國在1990～1992年期間，回轉式多工位組合機床和自動線的產量約各占組合機床總數(shù) 的50%左右。

    應指出，回轉式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線，適合于加工輪廓尺寸≤250mm的中小件。與自動線相比，在加工同一種工件的情況下，回轉式多工位組合機床所占作業(yè)面積要比自動線約小2/3。

2 自動線節(jié)拍時間進一步縮短

    目前，以大批量生產為特征的轎車和輕型載貨車，其發(fā)動機的年產量通常為60萬臺左右，實現(xiàn)這樣大的批量 生產，回轉式多工位組合機床和自動線在三班運行的情況下，其節(jié)拍時間一般為20～30秒，當零件生產批量更大時，機床的節(jié)拍時間還要更短些。在70年代，自動線要實現(xiàn)這樣短的節(jié)拍，往往要采用并列的雙工位或設 置雙線的辦法，即對決定自動線節(jié)拍的、工序時間最長的加工工序要通過并聯(lián)兩個相同的加工工位，如果限制性工序較多時，則通過采用兩條相同的自動線來平衡自動線系統(tǒng)的加工節(jié)拍。顯然，這樣就要增加設備投資和作業(yè)面積。

    縮短基本時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給速度來縮短基本時間。例如，德國大眾汽車廠在加工鋁合金缸蓋燃燒室側面時，采用PCD銑刀，銑削速度高達3075m/min，進給速度達3600mm/min；又如，在鏜削灰鑄鐵缸體的缸孔時，采用裝有三個可轉位CBN刀片的新穎鏜刀頭，切削速度達 800m/min，進給速度為1500mm/min，加工深度為146mm的缸孔，其實際加工時間僅為5.8s，比傳統(tǒng)加工工藝可縮 短2/3的加工時間。

    縮短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉換為工進后至刀具切入工件 所花的時間。為縮短這部分空行程時間，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速度。目前，隨行夾具的輸送速度可達60m/min或更高些，加工模塊快速移動速度達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動的輸送裝置。70年代末，Honsberg公司在其加工變速箱體的自動線上就采用了電液比例閥控制的輸送裝置。該自動線長 18.2m，有12個加工工位，輸送步距為1400mm，輸送重量為7000kg，輸送速度達45.6m/min，一個步距的輸送時間 僅為2.5s。

    為該輸送裝置的運動特性曲線。由于電液比例閥控制系統(tǒng)具有良好的啟動和制動性能，且系統(tǒng)結 構簡單，至今，這種輸送裝置仍被許多自動線所采用。

3 組合機床柔性化進展迅速

    十多年來，作為組合機床重要用戶的汽車工業(yè)，為迎合人們個性化需求，汽車變型品種日益增多，以多 品種展開競爭已成為汽車市場競爭的特點之一，這使組合機床制造業(yè)面臨著變型多品種生產的挑戰(zhàn)。為適應多品 種生產，傳統(tǒng)以加工單一品種的剛性組合機床和自動線必須提高其柔性。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線(FTL)，從此數(shù)控組合機床和柔性自動線逐年增多。在 1988年至1992年間，日本組合機床和自動線(包括部分其它形式的專用機床)產量的數(shù)控化率已達32%～39%，產值 數(shù)控比率達35%～51%；德國組合機床和自動線產量的數(shù)控化率為18%～62%，產值數(shù)控化率達45%～66%(表2)。這 些數(shù)字表明，近十年來，組合機床的數(shù)控化發(fā)展是十分迅速的。應指出，進入90年代以來，汽車市場競爭更趨激烈，產品市場壽命進一步縮短，新車型的開發(fā)周期日益縮短(目前一般為35個月)，汽車品種不斷增多，因而汽車工業(yè)對柔性自動化技術裝備的需求量日益增多。如日本豐田汽車公司，在本世紀末的目標是公司下屬工廠的柔性 化加工系統(tǒng)的普及率達到100%。很顯然，組合機床及其自動線在保持其高生產效率的條件下，進一步提高其柔性 就愈來愈具有重要意義。

表2 日本和德國數(shù)控組合機床和數(shù)控自動線(1988～1992年) 產量、產值 產量 產值

年份 1988 1989 1990 1991 1992 1988 1989 1990 1991 1992

日本 組合機床和自動線 5074 5138 5653 5970 4260 808.2 954.9 1106.2 1590.1 1193.1

其中：數(shù)控組合機床和數(shù)控自動線 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 組合機床和自動線 1655 837 886 813 644 565.2 429.8 712.2 746.7 896.9

其中：數(shù)控組合機床和數(shù)控自動線 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 3.液壓站 4.備料站 5.夾緊工位 6.龍門式空架機器人 7.清洗工位 8.CNC三坐標加工模塊 9.輸送帶 10.轉塔式多軸加工模塊 11.NC二坐標銑削模塊 12.有軌輸送小車 13.儲料站 14.手動夾緊站

    組合機床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術來實現(xiàn)的。開發(fā)柔性組合機床和柔性自動線的重要前提是開發(fā) 數(shù)控加工模塊，而有著較長發(fā)展歷史的加工中心技術為開發(fā)數(shù)控加工模塊提供了成熟的經驗。由數(shù)控加工模塊組 成的柔性組合機床和柔性自動線，可通過應用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動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，以適應變型品種的加工。 柔性組合機床和柔性自動線用的數(shù)控加工模塊，按其數(shù)控坐標(軸)數(shù)，主要有單坐標(Z)、雙坐標(X-Z、Y-Z、 Z-U和Z-B等)和三坐標(X-Y-Z)加工模塊；按其主軸數(shù)，有單軸和多軸加工模塊，也有單軸和多軸復合加工模塊。

    單坐標加工模塊由數(shù)控滑臺和主軸部件(或多軸箱，包括可換多軸箱)組成。雙坐標加工模塊由數(shù)控十字滑臺和 主軸部件組成，例如數(shù)控雙坐標銑削模塊。 立柱移動式數(shù)控三坐標加工模塊(圖6)，其刀具能在三個坐標上實現(xiàn)運動，可根據(jù)加工工件的品種和加工任務 配備刀庫、換刀機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線實現(xiàn)多品種加工最重要的 模塊之一。

    立柱移動式CNC三坐標加工模塊可利用X軸和Y軸的聯(lián)動來實現(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，可采用較小直徑的銑刀，實現(xiàn)高速(切削速度達2500m/min)周邊銑削，由此減小加工時的切削 力和工件的變形。這比采用雙坐標銑削加工模塊用大直徑銑刀進行銑削要優(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床和柔性自動線。這類模塊有多 種不同的結構形式，但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊、轉塔式多軸加工模塊和回轉工作臺式 多軸加工模塊。自動換箱式模塊由于可在專門設置的多軸箱庫中儲存較多的多軸箱，故可用來加工較多不 同品種的工件。而轉塔式和回轉工作臺式多軸加工模塊，由于在轉塔頭和回轉工作臺上允許裝的多軸箱數(shù)量有限 (一般為4～6個)，所以這種加工模塊只能實現(xiàn)有限品種的加工。

    在自動線上采用CNC三坐標加工模塊和轉塔式多軸加工模塊，不僅可實現(xiàn)不同品種工件的加工，而且在自動線 節(jié)拍時間內(如果節(jié)拍時間允許的話)，這類加工模塊還可以在同一個加工工位上通過其自動換刀或換箱，依次實 現(xiàn)多道加工工序(粗鏜、半精鏜和精鏜；鉆孔、擴孔和攻絲)，從而減少自動線的加工工位數(shù)，縮短自動線的長度 。

    單軸和多軸復合加工模塊是一種三坐標數(shù)控加工模塊，可通過自動換刀或自動更換多軸箱而實現(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)充分應用模塊化結構原理，在作為系統(tǒng)基礎模塊的 CNC三坐標模塊上，通過增減各種不同的功能模塊，拼裝成各種不同坐標或不用工藝用途的加工模塊。具體地說 ，從坐標看，除三坐標外，還可組成雙坐標和單坐標加工模塊；從刀庫看，可裝設刀具庫和多軸箱庫，可單獨實 現(xiàn)刀具或多軸箱的自動更換，也可依次實現(xiàn)刀具和多軸箱的更換。

    CNC MACH系統(tǒng)，不僅在機械結構方面，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，機器人和伺服驅動的夾具也是柔性組合機床和柔性自動線的重要部件。特別在柔 性自動線上，目前已較普遍地采用龍門式空架機器人進行工件的自動上下料，用于工件的轉位或翻轉。為搬運不 同的工件，可在自動線旁設置手爪庫，以實現(xiàn)手爪的自動更換。夾具配備伺服驅動裝置，以適應工件族內不同工 件的自動夾緊。

    該線采用的數(shù)控加工模塊有四個雙坐標數(shù)控銑削模 塊、六個數(shù)控轉塔式多軸加工模塊和六個數(shù)控三坐標加工模塊。輔助工位有清洗工位和采用機器人進行操作的裝 夾工作站。由于組成自動線的加工模塊都是數(shù)控的，當由一種工件的加工變換為另一種工件的加工時，只需通過 改變數(shù)控程序就行了，而無需進行機械等方面的調整和改裝。

4 加工精度日益提高

表3 轎車發(fā)動機關鍵件的精度 工件名稱 項目 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 進排氣閥座與導管孔的同軸度 f0.02mm

導管孔孔徑精度 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.裝有三個切削刃和三個金剛石導向條的刀頭 5.車止口用拉桿

缸孔精鏜刀具

    1.自動上下料系統(tǒng) 2.加工基準面和定位銷孔的回轉工作臺式組合機床 3～6、8～10、13～17、21.切削加工柔性自動線 7.試漏機 11.清洗機 12.導管和閥座自動裝配機 18.去毛刺機 19.清洗機 20.凸輪軸軸承蓋自動裝配機

缸蓋綜合生產系統(tǒng)

    特別自80年代中期以來，汽車制造業(yè)為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴其發(fā)動機關鍵件的制造公差，并通過計算機輔助測量和分析方法，以及通過設備能力檢驗來提高其產品的質量。目前，在驗收組合機床和自動線時，已普遍要求設備的工序能力系數(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。應指出，采用Cp≥1.33來驗收設備，這實際上是加嚴了工件的制造公差，即工件的實際加工公差僅為工件給定公差的1/3～1/2，這無疑是對組合機床和自動線提出了更高的要求。組合機床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，除了進一步提高主軸部件、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，采用刀具尺寸測量控制系統(tǒng)和控制機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)計質量控制(SPC)的應用已成為自動線提高和監(jiān)控加工精度的新的重要技術手段。

    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)點是具有較高的抗彎剛度、扭轉剛度和很高的重復精度。在機床上采用空心錐柄的鏜刀，就可使用預調的刀具加工出IT7/IT6精密孔。所示是空心工具錐柄在缸孔精鏜刀具上的應用實例。

    SPC是基于工序能力的用于監(jiān)控工件加工質量的一種方法。目前，在自動線上這種質量保證系統(tǒng)愈來愈多地被用來對整個生產過程中的加工質量進行連續(xù)監(jiān)控。表4是缸蓋氣門導管底孔和閥座底孔在采用SPC監(jiān)控時的實際加工公差。 表4 采用SPC監(jiān)控時缸蓋氣門導管底孔和閥座底孔的實際加工公差 (mm) 加工部位 孔徑 公差 SPC監(jiān)控下的實際加工公差

(臨界工序能力系數(shù)Cpk＝2)

導管底孔 12 H7+0.018 +0.009

閥座底孔 30 H8+0.033 +0.016

5 綜合自動化程度日益提高

    近十年來，為進一步提高工件的加工精度和減少工件在生產過程中的中間儲存、搬運以及縮短生產流程時間，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、測量、裝配和試漏等)集成到自動線或自動線組成的生產系統(tǒng)中，以實現(xiàn)工件加工、表面處理、測量和裝配等工序的綜合自動化。

清洗

    在自動線和自動線組成的生產系統(tǒng)中，清洗設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、工件基準面加工后、去毛刺后、測量前以及裝配前所進行的各種清洗。

    當今，鑒于我們人類賴以生存的環(huán)境日益受到工業(yè)污染的破壞，環(huán)境保護已引起人們的普遍重視。近年來，國內外越來越關注工業(yè)清洗對環(huán)境的污染。這就促使許多工業(yè)部門的零件清洗轉向應用水劑清洗(采用酸性、中性或堿性清洗液，清洗液中主要含有磷酸鹽、活性劑和絡合劑等)，這種水劑清洗主要根據(jù)工件清洗質量要求而采用噴淋(分散清洗)和浸漬(集中清洗)兩種工藝。

    基于環(huán)境保護、現(xiàn)場操作工人的保健和清洗工藝的合理化等要求，目前，清洗機已普遍采用封閉式布局，整個清洗過程是自動進行的，設備控制采用可編程控制器，并自動監(jiān)控所有機械動作和工藝技術參數(shù)。在這類清洗機上集成了蒸發(fā)、過濾、材料回收和處理等裝置，圖16所示是德國奔馳汽車公司轉向器殼的清洗流程。該清洗機采用封閉式布局，清洗過程是在一個封閉系統(tǒng)中進行的，通過一個清洗液凈化輔助系統(tǒng)來實現(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，利用這個綜合凈化處理裝置產生的清洗液和蒸鎦水，重新用于零件的清洗和漂洗。

自動測量

    在自動線上采用自動測量旨在對工件的加工質量進行監(jiān)控。近幾年來，由于自動線節(jié)拍時間的日益縮短、被測工件的精度要求越來越高以及測量又要在生產條件下進行，因此，自動測量系統(tǒng)不僅要具有很高的工作速度和很高的工作精度，并且要具有較強的抗環(huán)境干擾(如切屑、塵埃、冷卻液蒸汽、油液、振動和溫度等)能力或測量系統(tǒng)具有對某些干擾量能進行自動補償?shù)男阅堋?

    在自動線上，自動測量可分為加工前測量和加工后測量。

    加工前測量是在工件加工前通過測量以確定工件的特征，并利用測量結果來調整刀具相對于工件待加工部位的位置，然后進行相應的加工。例如，在銑削缸蓋底平面時，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)動機性能)，故采用了測量控制的銑削方法。銑削前，缸蓋在隨行夾具中找正和夾緊，接著采用多個氣動測量頭測出各燃燒室的深度，由最大值和最小值求出平均值，然后利用該值通過相應的控制來調整銑頭相對于工件的位置再進行銑削。

    近年來，在自動線上，工件精加工后普遍進行100%的檢驗測量，為此，在精加工工位后設置測量工位。所示是缸蓋進排氣閥座和導管孔綜合精度自動測量裝置。該裝置采用四個氣動測量頭同時對四個閥座和導管進行測量。在測量閥座錐面的測量頭上設有約50μm隙縫寬的環(huán)形噴嘴，測量導管孔的心棒同樣設有測量噴嘴。當該心棒低速引入導管孔時，以閥座錐面自動定心和找正，這是通過專門設計的滾動軸承來實現(xiàn)的，并借助于彈簧給測量閥座錐面幾何精度的測量頭施加一定的貼合力，以使測量頭靠在閥座的錐面上。當接通壓縮空氣進行測量時，就可通過從環(huán)形噴嘴中排出的氣體量來測定：

閥座錐角誤差

閥座錐孔圓度

閥座錐孔對導管孔的跳動誤差

A)測量任務 B)測量裝置

    1.安裝板 2.壓縮空氣接頭 3.可浮動的彈性支承 4.機械定心頭 5.測量導管孔的測量心棒(設有測量噴嘴) 6.測量閥座深度的兩個電感應測頭 7.可旋轉的環(huán)形噴嘴

缸蓋氣門閥座錐面和導管孔的綜合精度測量

裝配

    在主體工件的加工過程中，有的需要將個別零件裝配到主體件上后再繼續(xù)進行加工。在現(xiàn)代化生產中，已普遍地將這類工序間裝配集成到自動線或自動線組成的生產系統(tǒng)中。例如，缸體的瓦蓋裝配、缸蓋的進排氣閥座及導管裝配和缸體、缸蓋的堵片裝配等。

    進行裝配時，首先是采用液態(tài)氮將閥座圈和導管冷卻到-160℃，通過自動上料裝置將低溫冷縮的閥座圈和導管裝入缸蓋的相應底孔中，隨后靠溫度的自然升高使零件產生膨脹，從而將兩個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缸蓋來裝配閥座和導管的傳統(tǒng)工藝相比，其優(yōu)點是既可節(jié)能，又能確保裝配質量。

密封性試驗

    對一些有密封性能要求的工件(如缸體、缸蓋和進排氣管等)，在自動線上經一定的切削加工后，需進行密封性試驗，以防止不合格工件進入下一道工序，以致影響產品性能。

    工件密封性檢驗，既可納入自動線也可設置在自動線系統(tǒng)中，一般視自動線節(jié)拍的長短而定。

6 自動線可靠性和利用率不斷改善和提高

    自動線的經濟性只有在其進行連續(xù)生產的情況下才有可能實現(xiàn)。為提高自動線加工過程的可靠性、利用率和工件的加工質量，目前在自動線上愈來愈多的采用過程監(jiān)控，對其各組成設備的功能、加工過程和工件加工質量進行監(jiān)控，以便快速識別故障、快速進行故障診斷和早期預報加工偏差，使操作人員和維修人員能及時地進行干預，以縮短設備調試周期、減少設備停機時間和避免加工質量偏差。

    顯然，提高自動線的利用率和工件加工質量是生產控制和監(jiān)控的主要目的。

    從目前自動線生產控制和監(jiān)控的內容看，生產控制和監(jiān)控系統(tǒng)基本上是由質量監(jiān)控系統(tǒng)、自動線運行控制與監(jiān)控系統(tǒng)和刀具監(jiān)控系統(tǒng)這幾個部分組成的。

   近年來，質量監(jiān)控已日益成為現(xiàn)代自動線生產監(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)動機質量的緣故。各汽車制造廠普遍要求將零件的設計公差帶壓縮1/3～1/2作為工序公差，對機床能力系數(shù)提出了很高的要求。為此，自動線制造廠為確保設備具有穩(wěn)定的加工質量，已日益重視應用SPC對自動線的生產過程進行連續(xù)監(jiān)控，對加工質量偏差的趨向進行早期預報，以便把工件的加工公差始終控制在預定的范圍內。

    現(xiàn)代自動線的過程控制和監(jiān)控不僅包含對變得愈來愈復雜的自動線的過程控制和對所有終點開關、電動機保護開關、節(jié)拍時間、冷卻和潤滑液的供給以及液壓、氣動功能等進行監(jiān)控和診斷，而且還包括對刀具耐用度、設備維修間隔和工件計數(shù)等進行管理，并通過一些直觀的過程圖形顯示、操作指引、故障報警和診斷指示，使操作人員更便于監(jiān)控整個自動線的生產過程。

    80年代末，在自動線的故障診斷技術中出現(xiàn)的一種基于知識的故障診斷技術，可對自動線運行中產生的所有故障進行診斷(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間，從而顯著地縮短自動線的調試時間和停機時間。

    當前，自動線的控制技術已由集中控制方式轉向分散控制方式。根據(jù)對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)省費用5%。這主要是由于分散控制系統(tǒng)可減少電纜敷設費用(采用總線系統(tǒng))、減少電氣保養(yǎng)維修費(由于提高了透明度)、省去控制柜臺架(分散控制系統(tǒng)的控制柜直接設置在自動線的加工工位上)和無需設置集中冷卻裝置等。此外，這種分散控制系統(tǒng)由于總體配置簡單，有利于加快自動線的投入運行，并由于一目了然的結構配置，在產生故障時很容易確定故障的部位。最后，分散控制系統(tǒng)的模塊化和標準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，主要的干擾是來自刀具，象汽車發(fā)動機缸體、缸蓋和變速箱體等復雜工件的加工，往往要采用許多條自動線，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，如不及時進行識別和報警，就會導致出現(xiàn)二次故障、產生廢品和損壞機床等事故，使自動線停機次數(shù)和停機時間增多，從而導致自動線利用率的降低。而通過對切削過程進行監(jiān)控可顯著地減少自動線的停機時間。如德國一汽車廠的缸蓋加工自動線，由于采用了切削過程監(jiān)控系統(tǒng)，使自動線的生產率提高了8%。

    在自動線上，對多軸鉆削和攻絲進行監(jiān)控具有特別重要意義。由于傳感器技術的不斷進步，多軸鉆削監(jiān)控和攻絲監(jiān)控技術已日趨成熟。

    為對攻絲過程進行監(jiān)控，在攻絲接頭中設有長度補償機構以及在快換夾頭中設置可調整扭矩值的扭矩離合器，離合器的扭矩值應根據(jù)絲錐直徑、螺距和工件材質進行調整。當絲維磨鈍或攻絲底孔有誤差時，快換夾頭中的扭矩離合器就起動，這時由于強制的機床進給使攻絲接頭中的長度補償機構壓縮。這種軸向移動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，該信號被機床旁的接收器天線接收，通過與機床控制系統(tǒng)聯(lián)接的該接收器發(fā)出指令使機床停止工作；并可發(fā)出光或聲響進行報警。同時，一個裝在接頭上的紅色目視環(huán)產生軸向移動，這樣，如在多軸攻絲時，即使都用同一頻率也可立即看出在哪一個攻絲主軸上發(fā)生了故障。故障排除后，這個紅色目視環(huán)應重新把它移到原來的位置上。

    攻螺紋時，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，對絲錐采用強制更換，規(guī)定一把絲錐加工1000件后即進行更換。采用監(jiān)控系統(tǒng)后，一把絲錐加工的工件數(shù)達到了2000件。

7、 其它技術的應用動向

    在工業(yè)發(fā)達國家的組合機床行業(yè)中，下列技術得到了較為廣泛的應用。

    組合機床設計普及CAD技術

    在國外許多公司中，組合機床設計已普遍采用CAD工作站，在設計室?guī)缀鹾茈y見到傳統(tǒng)的繪圖板。CAD除應用于繪圖工作外，并在構件的剛度分析(有限元方法)、組合機床及自動線設計方案比較和選擇，以及方案報價等方面均已得到廣泛應用，從而顯著地提高了設計質量和縮短了設計周期。加之國外許多公司在組合機床和自動線組成模塊方面的系列化和通用化程度很高(一般達90%以上)，使組合機床和自動線的交貨期進一步縮短。如意大利IMAS公司，一臺復雜程度較高的回轉工作臺式組合機床從訂單到供貨一般為8個月；德國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線從訂單到供貨僅為14個月。

推行并行工程

    近十年來，為縮短汽車開發(fā)周期、降低制造費用和提高產品質量，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)的精益生產方式(Lean Production)。旨在從整體優(yōu)化的觀點合理配置和利用企業(yè)擁有的生產要素，以達到高速、高效、高質量和低成本地開發(fā)制造汽車，促使企業(yè)獲得更高的綜合效益。

    精益生產方式的重要內容之一是并行工程。根據(jù)并行工程的組織原則，要求在產品開發(fā)的各個環(huán)節(jié)中，所有各相關的設計和制造活動之間按時間并行地進行密切合作和協(xié)調。也就是要求產品開發(fā)部門、生產規(guī)劃部門和設備制造廠之間進行緊密合作，對要設計的產品和加工裝備同時進行規(guī)劃和設計，及早地發(fā)現(xiàn)和改正產品(工件)可能存在的錯誤，并盡早確定主要的生產工藝裝備，從而達到改進產品設計和制造工藝、縮短產品開發(fā)周期、降低制造費用、提高產品質量和工藝裝備質量的目的。

    從并行工程的基本思想看，這一方法似乎也不是新發(fā)明。因為在通常設計組合機床時，同樣要求組合機床制造廠與用戶之間進行密切合作，以便使專用設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上的不同。眾所周知，組合機床制造廠總是根據(jù)用戶提供的工件圖紙和樣件來進行專用設備的設計的，在工作環(huán)節(jié)上是一種按順序進行的作業(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品的規(guī)劃和設計，在產品設計部門考慮其結構和功能時，能協(xié)同考慮產品的加工和裝配工藝(以制造工藝和裝配工藝帶動設計)，從而加速產品開發(fā)，同時達到降低制造費用和提高產品質量的目的。

    在國外，近十年來，很多汽車制造廠都在積極推行并行工程，并有不少組合機床制造廠與汽車廠密切合作應用這一方法來加速專用裝備的設計制造。例如，美國的Ingersoll和Lamb，德國的Grob和Ex-cell-o等公司都應用并行工程分別為一些汽車廠設計制造了眾多的缸體、缸蓋和變速箱體等加工自動線，取得了較好的技術經濟效益。

8 結束語

    近20年來，組合機床自動線技術取得了長足進步，自動線在加工精度、生產效率、利用率、柔性化和綜合自動化等方面的巨大進步，標志著組合機床自動線技術發(fā)展達到的高水平。自動線的技術發(fā)展，刀具、控制和其它相關技術的進步以及用戶需求變化起著重要的推動作用，其中，特別是CNC控制技術對自動線結構的變革及其柔性化起著決定性作用。

    隨著市場需求的變化，柔性將愈來愈成為決擇設備的重要因素。因此，自動線將面臨由高速加工中心組成的FMS的激烈競爭。