CAD在加工中心及柔性线方案设计中的应用

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2 @5 M6 I2 t: G$ x1 J8 V- d- W$ T7 h0 l- g 9 u4 c! p& ~5 B" Y/ N! ?# ^8 y! E" K7 `9 P& h3 [4 T2 u5 N9 P5 ^- |- M. I5 h; B( n% Y3 a* G4 A5 h: c/ w, \: x/ l! p6 S2 u/ y d, B$ [; s# ]. T2 P9 q$ @6 \: L8 [. h0 A4 k5 q" Z, t, N- r0 s! F- ~4 P6 T2 S4 B* \0 W0 [3 x! e' g4 E+ Q* r0 t% H0 J2 `9 X; l/ n; t7 Y3 T! q1 g' _% e, D& ~ e) x; F9 J& H1 y! L! {; u! O; \% q) {* }3 s9 Z+ K0 v4 |. r! x* x1 H2 u- V9 q* u e" a2 H! l: f! Q' }/ P$ _0 G% Y" M0 s) ^) P" M6 e5 A2 `. ^" c o: Q7 H" l* f' |) K# [# w" W$ _* G) Y" U+ }1 r: a/ g5 _4 T5 a4 B' o K0 j6 Y. a: {: I! o! k9 H9 v0 f. ]8 I& y5 Z+ Z( `0 h- W( Q! `$ o a5 h. n1 d; w0 V( u( \0 }; U- g$ c! h/ f" j# M* ^- a: k: |- l9 |- Y$ h: `9 m! h; a2 t8 A& ]* v2 [8 L; T3 Z- @; Z8 g2 y- Q( q. _8 Q% C' b1 I" h7 d% R* d/ d$ `% y: b$ I/ |* ~( t( E9 i# \" }$ E$ \' y1 N) M4 `0 F) \6 z6 r5 s" l3 M' |) V5 f: u3 U& Q( |' v _1 H+ I3 r+ b' o& y. [1 a3 G0 Q* @6 S+ t x) ~; h+ M9 {4 D) T. ~: s8 e4 n8 c) Y8 ]/ S- l, A, A e$ ^) P1 \3 G/ m9 J. A. z9 Y6 w X) R6 s0 B5 ?1 j' }- b, j# s' q& k5 V5 X" C5 Z) }9 P3 t. u3 }1 {8 p. x$ V" A7 M/ B$ y3 [5 I3 P: m o5 y% k$ D, L/ U5 m4 [( Z; |8 u3 ^* U2 l9 j( V7 Z. V) M3 ?6 O+ W/ K9 P 表1 阀体分类表 种类 三 通 四 通 压力 6 16 40 64 16 40 64 通径 f25 √ √ √ √ √ √ √ f32 √ √ √ √ √ √ √ f40 √ √ √ √ √ √ √ f50 √ √ √ √ √ √ √ f65 √ √ √ √ √ √ √ f80 √ √ √ √ √ √ √ f100 √ √ √ √ √ √ √ 0 y0 O |: V) d. j 本文中所指的方案设计主要指的是应用工程的方案设计(也包括项目投标过程中的方案设计)。加工中心和柔性线都是用于多品种加工的。其特点是零件品种多、工序变化大，方案设计的工作量比一般组合机床大得多。采用传统的人工设计方法，要花费大量的人力和时间，在要求的时间内往往难以完成。如果引入CAD技术，发挥其特长，效果就非常显著。在这方面，我们作了一些工作并进行了初步的应用尝试。 首先，根据实际需要，归纳整理了一些加工中心和柔性线方案设计中常用的机床、刀具、工具、托板、有轨小车、无轨小车、滚道、清洗机及切削用量等的相关数据和图形，建立了部分的图库、数据库及数学模型。在此基础上，我们将这些成果作了初步的应用尝试，取得了很好的效果。现举两个例子介绍如下： 例1：我所为鞍山热工仪表厂提供了一台加工中心K6307，用于加工49种不同的阀体。这些阀体有7种不同的通径，4种不同的压力，尺寸变化较大。49种阀体的通径和压力见表1。 机床加工哪种阀体完全取决于订货，因此在生产过程中品种更换非常频繁。有时一种阀的订货量只有几件，而在每次更换品种时都需要更换或调整夹具、刀具、程序等，它们的工序图、加工示意图、夹具调整图等必须完备、清晰，才能保证操作人员顺利地进行工作。由于有49种不同的零件，设计工作量很大。我们引入了CAD技术，按实际的需要先作出各种模块，再画出各种零件所需要的夹具调整图和加工示意图。所需的时间大大缩短，而图的质量却大大提高。 7 x6 y) P5 u' s$ G 画出各种零件的工件工序图(图1) , z7 t# F( ?% i. ?% @6 b 图1 工件工序图 ( n2 M% n. |2 m0 M ) w- q( ~* C3 G* G3 V 画出夹具调整图(图2) & s; s- R- F7 g% n: m 图2 夹具调整图 " h M, q$ f$ {7 g, b ! X) X% L2 l* S: _, I" n' [5 Z 该图表示了在加工阀体JP40-50时所选用的夹具为21组夹具。每个夹具上可装两个零件。所选定的调整垫为2146(垫高32.392)，并将两端定位的V形块调整到离夹具边66.5处。该21组夹具可用于通径40和50的三通阀体(共8种)。该图还说明了在加工该阀体时CNC应调出的零件程序号为3-50-40。操作人员将按此图选择并调整夹具。如果更换品种，只需更换调整垫，并改变定位的V形块到夹具边的距离即可实现。 8 @( f! B6 N* j2 d3 x# W 画出加工示意图 第4序 倒角(见图3)。 & {7 r# \! ?1 P& | , }) O: @8 H1 X9 m 图3 第4序倒角加工示意图 图中所示为49种零件中的一种(阀体JP40-50)，50通径的三通阀体，压力为4MPa，采用三个法兰外圆定位，图中粗实线所示为要求加工的面和孔，并注明了要加工的尺寸和公差。 - X6 H/ c3 U2 u. Y/ | 本序采用的是专用倒角刀，其刀头的位置可调量很大。在加工各种不同的阀体时可按加工示意图标明的尺寸调出(包括刀尖端外伸尺寸和刀尖到刀杆中心的尺寸)。由于此刀是供许多零件使用的，所以工人将按此尺寸调刀。 + q6 u( P: a4 a! R( j$ \6 _+ f4 K 第7序 铣螺纹 ], ~; P" _' ~9 ], C* n V$ L# M W1 I W z7 r 图4 第7序铣螺纹加工示意图 对于大螺纹，在FMC上通常采用螺纹梳刀加工，如图4所示，用一把f30的梳刀通过行星铣的方法可以铣出各种不同直径的螺纹(在图中为M64×1.5)，其刀具中心走的轨迹如图中左图所示，分1～5段。第一段刀具从孔中心横向进给到R30.688处，第二段在90°区域内进给到R32.212处，此时已经完成了刀具的切入，第三段在360°的范围内完成行星铣一周，第4、5段为退出。由于螺纹梳刀是一种新型刀具，为了便于操作人员和现场技术人员理解程序，所以画出此刀的循环图。 由于每种零件有铸铁、铸钢、不锈钢等四种不同的材料，所以图中都填有几种不同的切削用量。 以上图纸共设计了49套，每种零件一套，每套十几张，共700余张，受到用户厂操作人员的好评。如果采用传统的方法来设计，需要几倍甚至十几倍的时间才能完成，图纸的质量也相对较差。 例2：为重庆某厂设计的柔性生产线方案。 : B6 K) K+ \( d2 P+ H7 C# m# g) M 该厂要求用一条柔性生产线加工6种不同的变速器壳体。该生产线需用14台立式加工中心和2台卧式加工中心组成。由于参加投标的大多是国外厂商，用户对标书的方案要求比较高，要求画出每台机床、每种零件、每次安装的方案图(见图5～7)。  9 L2 Q$ h0 e3 `! b! R 图5 方案用变速器壳体加工示意图1 图6 方案用变速器壳体加工示意图2 ) X6 B2 ^4 _: A- X 图5及图6所示为某一种零件在某台加工中心上加工的示意图。该图表示了在该台机床上加工的部位、尺寸和精度、定位方法和选用的刀具等等。对于该柔性线中的16台机床，6种减速器而言，这样的图需100张左右(有的工序较长，一张图画不下，例如图5)。对于图中所示刀具的切削参数则需另一张表格表示。例如图5所示加工内容的参数在表2中给出。 8 F) n, ?. I1 M. s! ] d* ` n' t 图7 变速器壳体柔性生产线 5 Y+ U, r0 k9 y1 V5 ?1 B, f4 x+ t* V$ A$ X1 U8 U {% ]( C8 u6 q, U% p+ H% W1 s7 s) P# }3 |( P: i- K. Q: V+ x, [! O O- P* S2 n; X/ Q9 b2 [: d% W) S1 O2 m; y: f! _4 T/ \' Y/ b3 O/ V, t) Q) F' u# t7 m5 \2 J1 H. G9 O+ T' e G3 ^6 x" Z' I9 z$ N- S1 U; j& Z1 t, X. g0 D; A7 W7 M) u% g8 N9 b4 Z, k" R; D$ i' \# N2 B/ A8 F$ t6 V1 k: ]! j5 U0 l i* c& p" z5 ~7 l6 A+ e, S% i0 k; S# F2 J$ R" }2 S8 [' j- P% i) \. @" B" ^4 G& `' Q% d1 I$ E2 W S' e' P& o* N7 \% q, T9 e: D" O: B" d$ K6 {; D7 b9 ]; j+ y- }# m2 |/ L3 R1 X1 A! W: y* o" a7 l. q& u3 H& n6 Z$ V* z) C' B) O" O5 y& v& g; }1 E; a+ D6 ^9 h1 w7 ~/ u" |, A% T Y+ a$ t; o4 v4 A' @- E( e$ u7 z! q2 a& L0 C9 F* E# y) w, j# r4 k% v- d) n [! j4 e3 m$ u U$ J; `; z8 \: N3 E9 ~% n* I; _$ I7 S+ @4 R0 D! ~3 ^% f, s5 ?2 ~2 U# ~8 q/ L. M1 u6 {: ?# T- s# r' e1 J; n. D2 L7 _0 u' o1 L4 M. N& d5 I! ?8 R# f. d; i ~' P: _& ]9 ~5 b7 |$ ^# l- ?8 B* l `- Q1 \/ d K+ Y V6 f& n) i; s+ d0 Z, P6 a3 D, @4 x; P l+ F* l* {8 L# k' [; r% L4 R9 E7 n7 C% Y) i) x0 B7 E4 [6 L. Q8 G9 n0 ` c/ x; h% i5 p' @0 Z# z s1 _4 _& H/ e4 e- b6 u8 k. Z {7 K8 {& d% H9 Y. J7 F2 _' d" X! \% C& ]4 M8 p7 u" r6 `7 O8 a3 n0 N3 H' m9 \& N3 _- U6 n T8 L9 S6 V# `3 r, `( l1 p4 q1 @" z* U g4 \2 q1 B. j 表2 加工时间计算表 安装次数 序号 加工内容 刀具 v (m/min) s (mm/r) 切削 时间 (s) 第一次安装(加工大面) 1 铣大面 f80面铣刀 600 0.2×6 =1.2 13.4 2 中心钻(倒角) NC中心钻 80 0.12 24 3 钻2-f5 ?5硬质合金三刃钻 100 0.18 2.1 4 攻2-M6 M6丝锥 15 1 5.2 5 钻2-f8.8 f8.8硬质合金三刃钻 100 0.18 6.4 6 攻2-M10×1.25 M10×1.25丝锥 15 1.25 5.4 7 扩f11孔(两处) 扩孔钻 120 0.18 9.2 8 扩f15孔 扩孔钻 120 0.18 2.4 9 孔口倒角 镗 刀 200 0.2 2 10 挖槽 挖槽刀 400 0.06 20 11 扩?22孔 扩孔钻 120 0.18 4.6   94.7 辅助时间(s)： T换=82.5，T定=33，T装=20，T辅=67.8 T机加=94.7，T总=162.5 6 t. n; ?# r% m$ n) R# Y' ] 通常项目招标的时间一般都很短，在短时间之内用人工的方法作出大量的这样的图纸是不可能的。而我们用CAD作的方案在众多投标单位中名列前茅，并且达到与国外厂商相同的水平。 9 q: ?" s! L6 r- k7 ] 最近我们又为某汽车厂作了一条加工减速器壳体总体的FMS方案，也受到用户厂的好评。 我们在这方面所做的工作，只是一种初步的应用，大部分资料、数据以及经验是在实际工作中积累起来的，基础工作也是在实际应用中逐步进行的，更进一步的应用还有待于做大量的工作之后才能实现。为此我们要完善各种数据库、图库，充实基础部分，开发各种管理软件，按照不同需要调用各种模块，提高设计的自动化程度。其目标就是要在类似的应用工程中充分地利用CAD技术，加快设计速度，提高设计质量，增强竞争能力，从而能使我们在这个领域中站稳脚跟，立于不败之地。