上個(gè)世紀(jì)届谈,組合機(jī)床自動(dòng)線以其高效率統(tǒng)治了汽車工業(yè)的生產(chǎn)葡谅。伴隨汽車工業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇雨冒,汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代周期從幾十年縮短到3~5年唆逻,組合機(jī)床自動(dòng)線由于缺乏柔性而無(wú)法適應(yīng)般供。20世紀(jì)80年代,美國(guó)汽車巨人福特與機(jī)床巨人INGERSOLL合作唇墅,研制了集高柔性及高效率于一身的高速加工中心栅告。柔性自動(dòng)生產(chǎn)線的問(wèn)世,加快了汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代特奇,提高了企業(yè)的效率和靈活性域抚,這就是現(xiàn)在我們可以看到每年有幾十種新車上市的原因之一。
在最近一次召開(kāi)有關(guān)汽車裝備的論壇上剧么,中國(guó)汽車工程學(xué)會(huì)裝備部部長(zhǎng)陳長(zhǎng)年就汽車發(fā)展對(duì)機(jī)床裝備的需求談了自己的看法:“汽車制造的水平和質(zhì)量取決于裝備水平涵蔓,同時(shí),汽車工業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力又取決于裝備的先進(jìn)性和制造成本苫治。
“汽車裝備支撐著汽車產(chǎn)業(yè)和機(jī)床產(chǎn)業(yè)的半邊天滋遗。”對(duì)于這個(gè)說(shuō)法颜说,陳長(zhǎng)年認(rèn)為有三個(gè)理由:
“第一购岗,我國(guó)汽車業(yè)消費(fèi)約占裝備制造業(yè)產(chǎn)值和利潤(rùn)的一半汰聋;第二门粪,從2002年開(kāi)始,中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)首次超過(guò)電子產(chǎn)業(yè)烹困,成為拉動(dòng)工業(yè)增長(zhǎng)的第一動(dòng)力玄妈;第三,汽車工業(yè)的發(fā)展既依賴于機(jī)床工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步髓梅,又引領(lǐng)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展拟蜻。近十幾年來(lái),我國(guó)汽車工業(yè)已經(jīng)成為機(jī)床消費(fèi)主體,約占我國(guó)機(jī)床消費(fèi)總量的70%.同時(shí)酝锅,汽車工業(yè)投資的一半以上又用于購(gòu)買金屬加工機(jī)床诡必,其中進(jìn)口機(jī)床約占80%.”
回顧汽車的發(fā)展歷史,不難看出先進(jìn)裝備以及制造工藝在其中的作用搔扁。
引爆第三次發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)革命
陳長(zhǎng)年認(rèn)為爸舒,隨著技術(shù)進(jìn)步,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)速度將越來(lái)越快遇冶,新品開(kāi)發(fā)周期從30個(gè)月縮短到13個(gè)月材又,同時(shí),日益發(fā)展的多樣性需求涧智,使車型數(shù)量急劇增加药屠;同時(shí)在發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)愈發(fā)激烈的情況下,生產(chǎn)批量的不確定性增大誊桅。而目前流行的柔性自動(dòng)線崇旺,由于價(jià)格昂貴,又使得汽車制造業(yè)的投資風(fēng)險(xiǎn)加大坷疙,同時(shí)皱蝙,產(chǎn)能過(guò)剩矛盾日益突出。這正是第三次發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)革命的背景涕肪。
近年來(lái)矮层,人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟(jì)性日益突出的矛盾。滿足變品種锌烫、變批量的需要晓言,兼顧高柔性、高效率啸盏、低投資的要求和市場(chǎng)快速反應(yīng)能力重贺;同時(shí),也在探討以制造系統(tǒng)的革命來(lái)解決產(chǎn)能過(guò)剩的世紀(jì)矛盾回懦。
因此气笙,陳長(zhǎng)年判斷醞釀中的發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)第三次革命正在到來(lái)。而這場(chǎng)技術(shù)革新也必將是由先進(jìn)的機(jī)床加工技術(shù)引爆怯晕∏逼裕可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS或許可以成為導(dǎo)火索。
可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS在1998年被美國(guó)國(guó)家研究委員會(huì)列為未來(lái)20年制造業(yè)必須優(yōu)先解決的十大關(guān)鍵技術(shù)之首舟茶。
RMS著眼于制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整能力谭期,原理是通過(guò)對(duì)制造系統(tǒng)中機(jī)床配置的調(diào)整和機(jī)床功能模塊的增減,迅速構(gòu)成適應(yīng)新品生產(chǎn)或生產(chǎn)批量變化的市場(chǎng)環(huán)境吧凉。由此也誕生了可重構(gòu)機(jī)床RMT.RMT由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成隧出。與傳統(tǒng)模塊化機(jī)床(如組合機(jī)床)本質(zhì)性區(qū)別是它在使用中的可重構(gòu)性踏志。RMS的結(jié)構(gòu)和布局可依需要在用戶現(xiàn)場(chǎng)快速重組。
據(jù)此日本馬扎克公司開(kāi)發(fā)出了分型制造系統(tǒng)胀瞪。其實(shí)質(zhì)是“單臺(tái)套件生產(chǎn)”,即可以應(yīng)對(duì)各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案针余。其原理是“一次裝卡完成加工”.即用幾臺(tái)INTEGREX機(jī)床,分別完成發(fā)動(dòng)機(jī)五大件全部加工领明,進(jìn)行“套件生產(chǎn)”,并隨即裝配成一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)吼闽。使得在發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)完成后即可以用最小的投資、最快的速度生產(chǎn)出來(lái)禾样。非常適用于新發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)驱香,分型制造系統(tǒng)把復(fù)合性機(jī)床技術(shù)的軟件、硬件發(fā)揮得淋漓盡致怨瑰。
分型制造系統(tǒng)工藝特點(diǎn)是工序集中型示奉,一臺(tái)機(jī)床“獨(dú)立”完成全部加工,在生產(chǎn)批量加大時(shí)增加機(jī)床惨琼,并配備物料存儲(chǔ)和傳送裝置皇铝。設(shè)備排列特點(diǎn)是并聯(lián)式,一臺(tái)機(jī)床故障涧馋,生產(chǎn)線照常運(yùn)行锡胡。
陳長(zhǎng)年認(rèn)為,分型制造系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案蚜懦,比較適合多品種小批量多樣式的生產(chǎn)绘雁。但如果上批量效率優(yōu)勢(shì)就不是很明顯了。
多樣化汽車時(shí)代提出新要求
多品種大批量制造系統(tǒng)是多樣化時(shí)代新生的汽車零部件制造系統(tǒng)援所,是制造技術(shù)應(yīng)對(duì)兼顧多樣性和經(jīng)濟(jì)性要求的最新技術(shù)創(chuàng)新庐舟。
多品種大批量制造系統(tǒng)包括工件送進(jìn)式機(jī)床和緊湊型柔性自動(dòng)流水線。至今只有兩家德國(guó)公司能夠提供成熟的技術(shù)住拭,但只適用于小型復(fù)雜零件的多品種大批量制造挪略。一個(gè)是德國(guó)Ex-Cell-O公司開(kāi)發(fā)的兼有組合機(jī)床和加工中心特性的XG系列加工中心;另一個(gè)則是德國(guó)Witzig&Frank公司的緊湊型柔性自動(dòng)流水線滔岳。
對(duì)于專業(yè)變速器廠和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋廠杠娱,由于面對(duì)不同用戶的要求,必須提供中等尺寸和重量的變速器殼體和發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋的多品種變批量制造系統(tǒng)谱煤。瑞典MODIG公司的工件送進(jìn)式制造單元TransFlex,是對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)方式的顛覆式創(chuàng)新摊求。我國(guó)企業(yè)正在進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)。預(yù)計(jì)2010年左右可提供產(chǎn)品趴俘。
工件送進(jìn)式機(jī)床也稱為工作臺(tái)倒置式機(jī)床睹簇。原理是:主軸裝于機(jī)床上部并攜帶工件倒置奏赘。各個(gè)運(yùn)動(dòng)軸(3~5軸)全部或大部集中于主軸寥闪。刀具裝于機(jī)床下部,加工時(shí)主軸按數(shù)控軟件指令將工件運(yùn)送到刀尖。
陳長(zhǎng)年介紹說(shuō)椭梁,這類機(jī)床最早出現(xiàn)于十幾年前的“倒立車”.而工件送進(jìn)式機(jī)床在此之上又有了革命性發(fā)展:從立車式發(fā)展到加工中心式逼读;具有一組排列式刀具、或動(dòng)力刀具軸捻奉。這些刀具皆為模塊化的青先,根據(jù)加工要求設(shè)置,加工對(duì)象變更時(shí)更換刀具很方便九站。如放置臥式數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架委鸯,轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位就實(shí)現(xiàn)了換刀,轉(zhuǎn)塔刀架中還可以包含動(dòng)力刀架屋骇,如銑刀軸菲国、占頭軸、絲椎軸等殷彰,還可放置獨(dú)立的大功率銑刀軸射屿、外圓磨頭、內(nèi)圓磨頭哺肘、珩磨頭殴胧、激光頭、直刀齒輪佩迟、渦輪滾刀軸等团滥。這樣一臺(tái)多功能或復(fù)合加工機(jī)床就可實(shí)現(xiàn)除裝夾基面以外的全部加工。不再只限于加工回轉(zhuǎn)體類零件报强,還可加工非回轉(zhuǎn)體類零件惫撰,即菱柱體類零件,如板躺涝、殼厨钻、箱體、缸蓋等及其它異形零件坚嗜。
他認(rèn)為夯膀,工件送進(jìn)式機(jī)床有下列優(yōu)點(diǎn):一是可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上下料,不需絲毫額外的投入苍蔬,從而由單機(jī)升級(jí)為制造單元诱建,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無(wú)人生產(chǎn)。同時(shí)排屑方便碟绑,適合于大批量自動(dòng)化生產(chǎn)武骆。
二是加工對(duì)象變更時(shí)可快速調(diào)整:工件與刀具相對(duì)位置及其精度靠智能數(shù)控軟件保證,既節(jié)省了定位和對(duì)刀時(shí)間溃杖,又在加工對(duì)象變更時(shí)很容易調(diào)整硝锨,適合新產(chǎn)品研發(fā)和量產(chǎn)耽慌。此外,在加工對(duì)象變更時(shí)還可變更模塊化刀具储佣。
三是夾具相對(duì)簡(jiǎn)單辅任,原則上不需設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的專用夾具。因而加工新品的周期大大縮短位蓉,費(fèi)用大大降低立漏。同時(shí)換刀時(shí)間短,省略了傳統(tǒng)加工中心換刀的大部分動(dòng)作冶媚,因而節(jié)省了換刀時(shí)間聪戳。
同時(shí),由于工件與刀具的運(yùn)動(dòng)鏈大為縮短彭旬,簡(jiǎn)化了機(jī)床結(jié)構(gòu)针执,降低了機(jī)床各部件間相對(duì)位置精度要求,因而降低了機(jī)床制造難度围辙。
除此以外我碟,一般一臺(tái)工件送進(jìn)式機(jī)床可以滿足生產(chǎn)節(jié)拍一分鐘左右的要求。顯然投資小的多姚建,也不存在產(chǎn)能過(guò)剩問(wèn)題矫俺。如果生產(chǎn)節(jié)拍要求更短,可以再加一臺(tái)工件送進(jìn)式機(jī)床掸冤,以此類推厘托。與傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比,省略了工件自動(dòng)傳輸系統(tǒng)稿湿,占用車間面積小铅匹,安裝費(fèi)用低。
除了工件送進(jìn)式機(jī)床饺藤,多品種大批量制造系統(tǒng)還有緊湊型柔性自動(dòng)流水線包斑。相對(duì)于傳統(tǒng)柔性自動(dòng)流水線來(lái)說(shuō),其物流系統(tǒng)(原材料處理涕俗、存儲(chǔ)罗丰、上下料裝置、機(jī)床間工件傳輸裝置)十分簡(jiǎn)約山堵,工作臺(tái)(托盤(pán))腊囤、八角頭回轉(zhuǎn)刀庫(kù)也十分簡(jiǎn)約。
德國(guó)Witzig&Frank公司的TRI鄄FLEX是一條占地面積很小的緊湊型柔性自動(dòng)流水線硅决,由圍繞在中央集中式物流裝置四周的4臺(tái)模塊化加工中心組成韭展。適合小型精密汽車零部件多品種大批量流水線生產(chǎn)。上料機(jī)器人將毛坯送到中央集中式物流裝置拂是,然后至第一臺(tái)加工中心酬裆。在完成這道工序后辟侠,中央集中式物流裝置只需旋轉(zhuǎn)90度(如配置6臺(tái)加工中心則旋轉(zhuǎn)60度),即可將置于其上的工作臺(tái)(托盤(pán))送到第二臺(tái)加工中心牡增,依此類推,完成全部加工壳坞。每臺(tái)加工中心都按節(jié)拍流水加工柑耙,每一生產(chǎn)節(jié)拍(以分秒計(jì)算)都會(huì)生產(chǎn)出一個(gè)零件。
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