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拖拉機行業(yè)組合機床及其生產線的柔性化 471004 中國一拖集團有限公司 李 明 摘要 介紹了國內外組合機床及其生產線柔性化發(fā)展的特點 及目前國內拖拉機生產企業(yè)實 現(xiàn)組合機床生產線柔性化應解決的關鍵問題 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 關鍵詞 組合機床 柔性化 拖拉機 1 對組合機床生產線柔性化的需求 對拖拉機行業(yè)來講 在成功地解決了大批量生 產的問題之后 還必須解決多品種生產問題 大批 量生產采用的設備是組合機床及其自動線 它是專 用于大批量機械產品生產的高效自動化設備 是汽 車 拖拉機 內燃機等工業(yè)不可替代的主要加工設 備 近年來隨著數(shù)控技術 電子技術 計算機技術等 的發(fā)展 為適應市場要求 組合機床的機械結構和控 制系統(tǒng)也發(fā)生了巨大的變化 其主要特點就是在傳 統(tǒng)的剛性組合機床生產線上出現(xiàn)了柔性化的發(fā)展趨 勢 為適應 20 世紀 90 年代以來拖拉機行業(yè)市場競 爭更趨激烈 產品市場壽命進一步降低 新產品的開 發(fā)周期日益縮短的要求 我公司在上新產品的決策 中 就決定研制具有柔性的組合機床生產線 例如 目前我公司正在進行中等功率拖拉機批量生產的生 產準備工作 其后橋殼體和傳動箱殼體是關鍵零件 如何使后橋殼體生產線和傳動箱殼體生產線具有較 大的柔性 使其不但可加工現(xiàn)有品種 而且還適應未 來新型中等功率拖拉機的生產 是生產線方案論證 的焦點 若采用傳統(tǒng)的剛性組合機床生產線來加 工 則只能是一個品種一條線 不但會加大投資 浪 費資源 使加工能力過剩 而且無法滿足新的變型產 品出現(xiàn)時對加工設備的要求 而采用加工中心和通 用數(shù)控機床所組成的生產線 則投資大且無法滿足 大批量的生產綱領要求 采用數(shù)控組合機床生產 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 產品的加工 2 組合機床生產線柔性化的特點 2 1 數(shù)控化 數(shù)控組合機床的出現(xiàn) 不僅完全改變了過去那 種由繼電器電路組成的組合機床的控制系統(tǒng) 而且 也使組合機床機械結構乃至通用部件標準發(fā)生了或 正在發(fā)生著巨大的變化 組合機床及其自動線的數(shù) 控化 使得傳統(tǒng)的專用機床和通用機床的界限變得 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 結論 以莫萊石砂代替石英砂生產履帶板砂芯可提高 砂芯的高溫強度 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量與使 用壽命 參 考 文 獻 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 合機床通用件相對應 設計數(shù)控通用件 目前國內已 有企業(yè)正在研制數(shù)控一維滑臺 數(shù)控二維 十字 滑 臺 數(shù)控回轉工作臺等 都屬于這種方式 二是根據(jù) 數(shù)控加工的特點 研制數(shù)控組合機床所獨有的部件 如自動更換式多軸主軸箱 數(shù)控回轉刀庫 數(shù)控換刀 機械手 數(shù)控換箱機械手等 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 提高生產效率 故機床的高速化研 究方興未艾 特別是數(shù)控機床的主運動和進給運動 速度已達到了驚人的高速 如美國生產的加工中 心 主軸轉速可達 15 000 60 000 r min 工作臺快進 速度高達 90 120 m min 3 順應機床高速化的潮 流 組合機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面時 采用 PCD 銑 刀 銑削速度高達 3 075 m min 進給速度達 3 600 mm min 而采用安裝有 CBN 刀片的新穎鏜刀加工灰 鑄鐵時 切削速度達 800 m min 進給速度達 1 500 mm min 2 2 4 精密化 由于機床實現(xiàn)了數(shù)控化 因而機床的加工精度 越來越高 使一些過去看來難以達到的加工精度 今 天也已經實現(xiàn)了 例如 意大利 Mandelli 公司生產 的 Thunder 500 型加工中心 x y z 軸的定位精度均 為 0 008 mm 重復定位精度為 0 003 mm B 軸定位 精度 6 重復定位精度 3 5 在數(shù)控組合機床上 也 要求提高設備的工序能力系數(shù) 使加工誤差在 0 01 mm 以內 4 2 5 全防護化 全封閉防護是現(xiàn)在機床的一大特點 不論是單 機還是機床生產線 電氣 液壓線路全部采用空中 走線 全封閉防護 不但使機床及其生產線外型美 觀 而且也提高了機床及生產線的安全性 可靠性和 維修的便利性 3 實現(xiàn)柔性化應解決的關鍵問題 顯然 采用數(shù)控機床和加工中心來取代剛性組 合機床生產線并實現(xiàn)柔性 是不符合我國國情的 我們認為 采用以數(shù)控組合機床為主 并配以經濟型 加工中心和經濟型數(shù)控機床來組成生產線 是目前 國內實現(xiàn)生產線柔性化較經濟的方案 發(fā)展柔性組 合機床生產線必須解決以下關鍵問題 3 1 研制數(shù)控組合機床通用部件 與開發(fā)組合機床通用部件類似 研制數(shù)控組合 機床必須發(fā)展數(shù)控組合機床通用部件 從目前情況 看 主要應開發(fā)一維數(shù)控滑臺 二維十字數(shù)控滑臺等 基礎部件 同時應開發(fā)采用交流伺服電機或步進電 機驅動 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 數(shù)控滑臺的導軌面及壓板滑動面可粘貼工 業(yè)塑料導軌板 工業(yè)塑料導軌板的摩擦系數(shù)很小 可以使數(shù)控滑臺運動輕快 振動小 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 可以延長導軌的壽命 一維 二維數(shù)控滑臺的傳動 絲杠均采用雙螺母滾珠絲杠 以消除雙向傳動間隙 提高數(shù)控滑臺的傳動精度 在拖拉機等大批量生產行業(yè) 有大量的銑削工 33 拖拉機與農用運輸車 序 而推廣采用大走刀 強力高效平面銑削技術是目 前我國縮短生產線節(jié)拍 減少設備投資 提高生產效 率的必由之路 目前 國內平面銑削速度較低 特別 是對于粗銑而言 由于毛坯質量不穩(wěn)定 切削余量 大 其進給速度一般低于 400 mm min 以我公司為 例 為滿足年產 4 萬臺柴油機的目標 缸體生產線粗 銑平面的進給速度必須達到 600 mm min 以上 切削 功率高達 40 kW 目前國內銑削頭的最大功率為 30 kW 遠遠不能滿足要求 因此 開發(fā) 45 kW 大功率 銑削頭和高速進給數(shù)控銑削滑臺是當務之急 大功率可調速組合銑床是目前國內諸多廠家競 相研制的產品 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 該銑頭有兩個顯著特點 一是銑頭轉速可無級調節(jié) 這是因為它可采用變頻 器來實現(xiàn)電機的調速 二是它具有銑頭軸向進給運 動 它與數(shù)控回轉臺組合 可完成對零件的多面加 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)控組合機床增添了新的通用部件 3 2 研制經濟型加工中心 經濟型加工中心是價格相對低廉 可完成鉆 鏜 銑 鉸等多種工序的自動化機床 加工中心是工 藝范圍廣泛 自動化程度高 加工精度高的高科技現(xiàn) 代化設備 可在一次裝夾工件后完成多道工序加工 因此是實現(xiàn)中小批量生產的高效加工設備 由于加 工中心是集機 電 液 儀等技術于一身的高科技設 備 因此 目前國內外市場上加工中心的售價均很 高 而對我公司來講 希望加工中心既保持有加工 范圍廣 柔性大 自動化程度高的特點 同時不追求 過高的加工精度 滿足一般零件的加工精度要求即 可 以降低價格 我們承擔的經濟型加工中心的總體方案設計已 經完成 加工中心的刀具旋轉 刀具的上下運動 工 作臺的雙向運動等四軸實現(xiàn)數(shù)字控制 刀具的上下 運動及工作臺的雙向運動實現(xiàn)三軸聯(lián)動 擬采用可 存儲 10 把刀具的回轉盤式刀庫 其主軸轉速范圍 為 30 3 000 r min 通過變頻實現(xiàn)無級變速 三向 工作進給速度為 10 1 000 mm min 三向導軌均 采用直線滾動導軌 其 x y 雙向十字工作臺的設計 工作也已完成 3 3 普通機床的數(shù)控改造 對普通機床進行數(shù)控化改造 將其應用于組合 機床生產線 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 后應用于生產線上 我們對 C620 1 普通車床進行 的數(shù)控改造 采用了以單片機為核心的兩坐標聯(lián)動 經濟型數(shù)控系統(tǒng) 步進電機 開環(huán)控制 能進行內外 圓柱面 圓錐面 圓柱螺紋 圓錐螺紋等加工 機床 主軸的啟動 停止 變速 縱向 橫向進給運動的行程 和速度 刀具的更換等均可進行自動控制 改造后 該機床用于加工拖拉機轉向油缸整體式活塞桿 可 自動完成零件徑向和軸向尺寸的精確控制 生產效 率可提高數(shù)倍 我們還對原匈亞利 VF2222 銑床進行改造 用于 加工菲亞特輪式拖拉機錐支座零件的結合面及 4 個 凸臺平面 因錐支座結合面為一八邊形平面 且受 零件結構限制 無法實現(xiàn)用大銑刀覆蓋整個平面進 行銑削 故采用小銑刀沿多邊形進行周邊銑削 因 VF2222 機床無法實現(xiàn)工作臺 x y 兩方向同時走刀 故在進行斜邊切削時 工人需手工操作 從而使加工 一個錐支座零件長達 48 min 使該工序成為錐支座 生產線上的瓶頸 且由于工人手工操作 其加工質 量難以保證 為縮短該工序的加工時間 提高零件 的加工精度 為該零件下道工序進入加工中心創(chuàng)造 良好的定位基面 我們對 VF2222 銑床進行了數(shù)控改 造 該項目采用交流伺服電機 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)行部件的進給速度 方向 位移 各坐標的進給 速度均能在一定的范圍內進行調整 操作者可對零 件加工過程進行編程 完成對零件的三坐標加工 改造后的機床加工精度高 工作臺的定位精度可達 0 01 mm 實踐表明 將數(shù)控改造后的普通機床用于組合 機床生產線以提高其柔性 是符合我國國情的好方 法 參 考 文 獻 1 佟璞瑋 伴隨汽車工業(yè)發(fā)展的中國機床工業(yè) 世界制造 技術與裝備市場 1999 2 19 22 2 李如松 組合機床和自動線的技術發(fā)展 組合機床與自 動化加工技術 1999 1 5 10 3 AMT信息宣傳部 WMEM 編輯部 來自 IMTS98 美國國 際制造技術展覽會的報導 一 世界制造技術與裝備市 場 1999 1 5 8 4 李如松 組合機床和自動線的技術發(fā)展 續(xù) 組合機床 與自動化加工技術 1999 2 28 34 5 譚汝謀 從 21 屆意大利機床展看意大利機床工業(yè) 世界 制造技術與裝備市場 1999 1 9 11 收稿日期 2000212211 編輯 胡軍 43 2001 年第 3 期