立方体零件的可调节加工方案

xosew4149 · 发表于 2011-6-11 11:39:15

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Heller公司利用全新的方案来满足汽车工业对于更加柔性的如工系统的要求。全新的“ModuleLineSystem （线性模块系统）”内所包含的自动化工作流程考虑到了更高的生产率。
只要你把双腿分得足够开就能稳稳地坐在地板上——Heller公司的总经理、Manfred Maier这样形象地解释了柔性加工系统“MLS（ModuleLineSystem）”这一全新方案的出发点，这套系统用于加工发动机和变速箱当中的立方体零件。
一条腿代表了汽车制造行业的客户，也就是说，这些OEM公司和一级供应商放弃了多工位自动机床，从90年代起选择了所谓的混合解决方案；另一条腿代表了独立机床中的通用机床市场。
以加工中心（模块化系统）为基础，Heller公司成功地定位于以上两个领域，但是却要避招来越来越多的抱怨并导致日益增长的内部包装费用。
“客户在技术方而的要求总是多种多样的，”Maier说，“一方面，他们要求切削单元高度可用，要为批量生产提供很好的自动化性能，从而达到较低单件成本的目的；另一方面，他们要求拥有数量庞大的刀具库，要为批量生产提供良好的准备工作，其加工范围要能完全覆盖各种零部件。今后，我们要全力以赴为这两个方面的应用提供没有抱怨的解决方案。”
MLS系统的出发点来源于汽车工业不断变化的框架条件、越来越班的革新周期、不断扩大的产品范围、越来越大的成本压力。汽车行业的规划视野越来越小，规划的安全性就越低。如何能让今天规划的设备在8至10年后还能满足生产需求？如何能使投资安全最大化？
“可调节性”就是灵丹妙药
一般采用多台专用机床加工发动机和变速箱中的立方体零件，这样才能达到目前为止较低的单件成本。然而，由于原计划的工件总数不断变化，设备的收益率就成了问题。因为零件的几何形状，工件加工流程的变化而引发的副作用也越来越明显。生产过程经常受到干扰，最坏的情况下甚至需要新增一条生产线，或者现有的生产线根本无法继续使用。
“谁愿意在一堆不能使用的机器上继续工作呢？即使是前几年的混合解决方案，建立在流水线设备之上，虽然这熊设备已经根据汽车工业的需求尽可能地进行了优化，但是也不能很好地解决将来的问题。因此，我们决定开发一种全新的方案来将用户在生产效率和柔性化两方面的要求统一起来。”Maior说。

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图1 连续物料流的末端，依靠新式的自动化系统，
工件和刀具可以在加工模块
自动化系统布置在MLS系统的中央，并成为其核心部分（图1）；工件和刀具布置在加工模块两边．并能自由输送。MLS系统的控制系统（图2）可以自动判断，并将工件准确地输送至该台机床。集成在MLS系统中的工件库和的平滑工输送可以确保每时每刻每台机床（即使该台机床还在加工工件）均已做好了接收下一个工件的准备。由于机床和自动化系统彼此分离，以此加工模块可以自行确定供料的时间点并连续工作。

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系统固有的柔性
这一特点可以使得用户能够在实际生产中实现三种改变：实现计划的工件数量能够增加、减少，或者根据工件情况的改变自动更改加工内容。第一种情况可以通过增加额外的机床来扩展MLS系统的功能。工件管理也能够通过进一步扩展线性模块来满足更大的产量要求。要求更严格，但却更经常发生的情况是不断减少的工件数量。在这种情况下，需要将一定量的加工内容从该系统剥离，再用于加工其他的工件。例如：当前情况下，安排MLS系统用于加工四缸汽油发动机的汽缸盖．而生产任务预测到下一步加工柴油发动机需求的增长；系统中的这台设备就将选择符合自己工作能力的柴油机部件进行加工。最终．按照不同尺寸工件的物流顺序来更改操作顺序。在MLS系统中，系统可扩展性和工件可扩展性是结合在起的：系统可以扩展为按顺序或者并行输送工件的变体。借助这种可调节性（图3）未来投资的成效将有条件地取决于预测的工件数量是否与实际情况中单个合同的工件数量一致，并将在何种程度上取得一致。同时，今后也不再会出于柔性化的考虑来预留生产能力。单个工件的价格将直接、正面影响批量生产线的核心规模。
关于生命周期效益最优化的十点理议
可设置的柔性化
MLS系统通过集成并经过实践检验证明了的坚固耐用的加工中心来满足各种各样的需求，比如将单轴加工中心MC-10和MC-20集成为双轴加工中心MCT1O，或者将MC200、MPC200和MP200的模块组合在一起集成为其有特殊功能的新系统。机床的模块化设计使得MLS系统能够全面采用各种刀具和工件的转换器，刀具库、基座、加工中心单元和单轴机床．甚至诸如清洁工件，测量工件以及在工件上激光刻字等工序都能灵活地集成在MLS系统上。
整固的机床结构
机床上部结构和伺服电机需要和下部的高硬度铸铁床身热隔离立柱导执的阶梯状设计就考虑到了Z轴方向的刚度．也考虑到了刀具和工件在Z轴方向具有相同举升高度的恒定条件。固定布置的主轴和用于进给的夹具确保了加工质量的可重复性。所有轴向上的进给方式可以有选择地使用滚珠丝杠或者直线电机。
更少的空间需求
与通过传送带和龙门架相链接的自动进给机构或者混合式设备相比，达到相同加工能力的MLS系统所需的空间显著降低。其原因在于加工中心的的占地而积较小，模块两边各需2毫米就可以将自动化系统布置到中央。
五面式加工工艺和干式加工工艺
五面式加工工艺对切削功率和切削动态特性提出了个比较经济的框架条件：在最高转速为16000转/分的情况下，功率最大不能超过40kW（HSK-100），启动时间最长不能超过0.3秒，在所有直线轴向上以快速行程最快不能超过60米/分，加速度最大不能超过8米/秒2，在A轴和B轴方向上的直线驱动也必须满足将来的要求。干式加工工艺的设备必锁保持协调一致，保持切屑的自由滑落，外部的Z铀，冒口加工，切屑容器和超过60度倾斜角的金属覆盖件都必须确保排屑的通畅，而且不能出现切屑缠绕的现象。
刀具管理系统
在刀具装夹时间越来越短的情况下，要提高设备总的生产率就要减少换刀时间。MLS系统不再使用双爪卡盘，而是将刀具库直接布置在工件上方，采用快速的履带链条将刀具输送至主轴（图5）。刀具的单独安装过程少于3秒，减少了工作准备时间．从而使得切削间隔时间可以达到2.4秒。刀具切换系统取代了以住的一些附属功能，比如清洁刀具、刀具编码和刀具缺陷控制。机床主轴的基本布置形式使得刀具的自由长度可以和选装的刀具库结合在一起，从而使得MLS系统使用钻头的长度最大可以达到800毫米，铣刀的直径最大可以达到330毫米。

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刀具管理系统
在刀具装夹时间越来越短的情况下，要提高设备总的生产率就要减少换刀时间。MLS系统不再使用双爪卡盘，而是将刀具库直接布置在工件上方，采用快速的履带链条将刀具输送至主轴（图5）。刀具的单独安装过程少于3秒，减少了工作准备时间．从而使得切削间隔时间可以达到2.4秒。刀具切换系统取代了以住的一些附属功能，比如清洁刀具、刀具编码和刀具缺陷控制。机床主轴的基本布置形式使得刀具的自由长度可以和选装的刀具库结合在一起，从而使得MLS系统使用钻头的长度最大可以达到800毫米，铣刀的直径最大可以达到330毫米。
工件管理系统——FlexFlow
MLS系统拥有一套完美的、变换多样的工件管理系统。加工中心之间并未采用硬连接而是采用一种柔性的工件进给和工件分配机构。线性模块实现了10秒以内的工件切换速度，包含了从工件库取出工件，沿导轨进给（图4）、再输送到像“沉默的仆人”一样工作的转换台上（图6）。中央送料系统实现了单台设备的工件进给。

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图6 工件进出闸门：位于加工模块和中央工件存储器之间的连接机构
——“沉默的仆人”，转换时间少于10秒
简便的操作
复杂的设备要求简便的操作。所有的生产策略和紫急对策部存储在控制系统中，只需八个按钮就可以方便地操作整台设备。“IPM”过程监控系统集成了工件监控（包括工件破损监测和工件过载监测）、机床碰撞监测，皮带磨损监测、、滚珠丝杠功能监测，根据加工进程和工件情况调节主轴实际功率的功能。MLS系统中的视频摄像头甚至可以实时监测到平时不可见的工艺过程。中央控制系统的配置管理功能还能够将所育设备的状况清晰地显示出来。
方便的维护
机械和电气部件的选择都考虑到了以后的磨损。自动控制系统中的主轴采用了全新开发的直接驱动方式，名为“Help”的驱动系统中（包括：液压部分、电力部分、润滑部分和气动部分）的所有传感器和执行器、控制和自动化系统（西门子的“Solution Line”系统）都布置在中后部，并且在电气控制柜外醒目地标识出来。
一人负贵解决所有的问题
考虑到设备售后服务的响应速度，Heller公司的机床和自动化部件都只安排了一个联系人。
投资费用
以上的优点使得Heller公司有理由相信，与目前已有的方案相比，以加工动力总成的立方体零件为例，他们开发的这套系统在整个生命周期之内平均可以节省30%的投资。
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