机械加工中机床和工件间的节能性组合安排

机械加工中机床和工件间的节能性组合安排

孟庆玉

新疆众和股份有限公司新疆乌鲁木齐830013

摘要：车床是机械加工的重要设备。车床的作业效率更是关系到生产的能耗与企业的经济效益。本文将进行分析。

关键词：机械加工；车床；特点；节能；安排

1前言

随着我国工业现代化水平的提高，车床的效率也在不断提升。车床的组合安排能够有效降低作业能耗。

2高性能组合机床或高生产率加工中心特征

2.1模块化按照模块化原理进行设计和制造的、面向大量生产的专用机床是组合机床最基本和最重要的特征。

2.2柔性化刚性是组合机床及其自动线的局限性,柔性化就是在尽可能保持其高生产率特征的同时能够适应有限多品种生产的需要。

2.3数控化数控化是实现组合机床柔性化的主要手段,借助模块化数控单元构建组合机床和自动线,就有可能把组合机床的高生产率和加工中心的高柔性优势两种加以整合。

2.4重要的是定位速度,因为当加工节拍以秒计时,缩短辅助时间就显得非常重要。

2.5可重构传统组合机床是设计阶段可组合,克服它的刚性局限的措施之一就是可重构,即使用阶段的可组合。当加工对象改变时,可以迅速添加或拆除某台机床组成新的制造系统。

2.6智能化具有自优化、自监控、自诊断和预维护功能。加工过程是在一系列传感器的监视下进行的。在偏离设定值时,会自动调整工作参数,超出极限值时,能够报警或停止工作。具有上述特征的新一代组合机床可统称为“高性能组合机床”,在许多情况下,也可以理解为适合大量生产的高生产率加工中心

3多零件多机床的节能性调度安排

单零件的节能性调度安排比较曲单,一般只需在保记:工艺要求的前提下选用空载总能耗最小的机床即可。但对多零件多机床进行安排时,就不能只了考虑单个零件选用空载总能耗最小的机床,而应该考虑所有零件所安排的全部机床的空载能耗的总和应为最小。

从一个简单例子看多零件多机床的节能性调度安排的意义。某厂某车间有两台车床,651629号和710233号。现有甲乙两批轴需要车削外圆。由于直径上的差异,车削甲零件时,主轴转速应为600rpm。肋乙零件应为185rpm。现要将这两种零件分别安排在上述两台机床进行加工.

方案1:甲一A乙一B

方案2:甲一B,乙一A

由方案l的总损耗功率为2260+900=3160w

方案2的总损耗功率为1280+1320=2600w

如果成批生产,每天三班、切削时间以20小时计算,设一年工作日为300天,则一年节电量为3360度。

对于实际加工中的许多情形,由于零件种类和机床数目很多,机床规格也不同,这就使得零件与机床的组合情况,以及能量消`耗更加复杂。正因为如此,存在节能性方案和共他方泉的能耗差别更大,也就更增添了节能性调度安排的经济意义。

4回转体类零件的复合加工机床

车削中心的发展:有相当一部分回转体类零件(有人估计占1/2左右),除了车削外,还需要进行铣削、钻孔、攻丝等操作,加上回转体件每道工序的加工时间相对较短,因此迫切需要在一台机床上一次装夹下对回转体件进行多工序复合加工,从而终於在上世纪70年代开发出车削中心。与普通数控车床相比,车削中心的转塔刀架上装有可使铣刀、钻头、丝锥旋转的动力刀具,同时机床主轴上还具有可按数控程序精确分度和与X轴或(和)Z轴进行插补联动的C轴功能。这种能在一次装夹下对回转体件进行车、铣、钻、镗、攻丝的3轴(X、Z、C)控制车削中心,迄今仍是工业生产中用得最多的回转体件复合加工机床。其后,车削中心又进一步向扩大加工工艺范围方向发展,为了钻削或铣削偏离回转体件中心线的孔或槽,又开发出带Y轴控制的转塔刀架,并相应推出了4轴(X、Y、Z、C)控制的车削中心。不过,单主轴车削中心无论怎样扩大工艺范围,仍无法解决回转体件在一次装夹下的背面二次加工(即工件夹持端的加工)问题,因而在上世纪80年代又出现了双主轴车削中心。这种机床的两根主轴大多是在同一轴线上对置排列,以便在加工完回转体件的主要一端后,由第二主轴将工件从主轴上自动摘取过来以加工夹持端。由于夹持端的加工任务一般都相对简单一些,故第二主轴通常称为副主轴,其功率也相对小一点。双主轴车削中心可以配一个刀架,但大多是两个刀架,以利于提高加工效率和更充分发挥机床设备的潜能。

双主轴车削中心的布局各式各样,Hardinge公司的双主轴车削中心具有典型性。该机在床身上方的同一轴线上,配备有相互对置的主轴(18.65kW)和副主轴(11kW),两主轴的转速均为40～4000r/min,并都可以有C轴控制,副主轴还可沿轴线方向运动以摘取在主轴上加工完一端的工件。在主轴的上方和副主轴的下方各配有一个10刀位的转塔刀架,转塔刀架上每个刀位均可配备功率为3.7kW、转速为80～8000r/min的动力刀具,上刀架为3轴(X1、Y1、Z1)控制,下刀架为2轴(X2、Z2)控制。

5不同工艺方法的复合加工

10年前,德国Traub公司就可提供配备有YAG激光头的车削中心,但应用较少并未形成潮流。上文所述的In-egrex200-ⅢST车铣中心,也能为回转体件提供可实现其它加工工艺方法的各种选件,例如可以提供激光淬火装置和砂轮轴,能够在车、铣、钻、镗等操作之后进行表面淬硬和内、外圆磨削。不过从目前情况看,这类不同工艺方法的复合加工,一般更适合在单件和批量较小的条件下使用。但也不尽然,近年来出现的车磨中心,就适合包括汽车制造等大批量生产在内的各种批量生产情况使用。现在市场上所谓的车磨中心,是指对淬硬的回转体件进行硬车和精磨的复合加工机床。1998年德国Emag公司展出了全球首台倒置式车磨中心,2000年投入生产使用。Emag车磨中心,配置有车刀和磨削主轴的转塔刀架在主轴下方,只进行分度转动不移动,主轴在上作X轴和Z轴运动(由主轴内的套筒完成Z轴运动)并负责上下料。它主要用於加工淬硬的盘、套类零件,如传动齿轮、滑动联轴器、外星轮、轴承环等。凡是硬车能达标的部位都由车削完成,需要磨削的部位硬车后也只留下几μm的余量,这样不仅生产效率高,而且加工质量好。如今Emag的车磨中心已有多种类型,其中有的还增加了Y轴控制功能,刀具配置则更加灵活,根据需要最多可配置4个磨削轴、12把车刀。

采用多工序复合加工数控机床,无疑可以显着缩短工件加工的过程链,因而愈来愈受到多品种、中小批量机械制造企业的青睐。现在,随着消费的个性化和产品更新换代速度的加快,大批大量生产的柔性化已是大势所趋,工序分散的刚性自动化装备已开始部分被工序集中的柔性自动化装备所取代。所以总的说来,柔性自动化条件下的复合加工具有发展潜力,特别是不同工艺方法的复合加工,目前发展得尚不充分。虽然复合加工是发展方向,但从装备结构设计和加工经济性的角度看,数控机床多工序复合加工能力还是有一个界线为好。以面向回转体件的数控机床为例,目前的工序集中度基本上以热处理为分界线,而且在多数情况下,齿形等特殊加工仍以使用专门化机床为宜。在一台机床上一次装夹下从毛坯到成品的全部加工,当前仅仅适用于一定范围的零件和生产方式。

6结束语

总之，在进行车床作业加工过程中，我们要合理进行分配，提高作业的效率，为企业创造更大的经济效益。

参考文献：

[1]杨正书:机床节能性调度安排的数学模型和现场应用方法[D],重庆大学,2014

[2]刘学武:机床节能性调度安排的微机优化方法[D],浙江工业大学,2015