CAD在加工中心及柔性线方案设计中的应用

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7 h% b5 d3 T7 F- N8 X" F6 Y$ i0 X- `, C3 g: k$ z3 \8 u0 C+ Z# }5 W+ [5 A" B9 q; M3 E' e* @ K. W: l3 E2 K |) N+ [6 }- b& ~

7 U7 c" R( V9 U( T/ B( I9 b+ A! } f/ i) b$ H 8 `) d" P! T5 P) V# O+ v$ x5 L- P( w9 p- x3 ?: Y; ]- w3 N v& d# w# Q# g" L% ~4 G, j' d0 |4 q6 `* o- Y- I, x3 p2 Q, k" e- {$ Q: D' e; Q0 B |4 k' O7 K1 r) c9 D+ |4 m& x* h, U9 [+ ~6 x' L- v9 n8 U7 f5 Q" T0 G5 O( X, {8 f, O& J0 r" m1 R7 N5 }% X2 j7 b3 ]# B4 A- i, F7 x. _2 ?: t# O0 B1 Y8 l/ P$ P2 {$ u5 R5 \& T$ t5 C, a: F( D5 }1 j1 }6 q" L# k8 r p7 z9 r2 z+ ~; Y1 T; m( O& P5 y$ i- Y3 ?5 L, U: P1 T. L: e8 f* j4 u9 X' p# {% J% [ H( C5 o% c6 O* D/ L% U0 R7 y6 R! l$ l+ J( K( a. ` `- N! I0 H# T: C. z) Z5 d! J5 \, y {; f2 L+ J6 O# z7 o5 n+ z+ N! M" c$ b6 a' c7 p3 x% _# N) \9 G: s. w. P2 h9 Y. h2 Y# r' b! F( G. z# @" h) T4 W6 I/ H6 j7 [& k9 U+ W4 m, ]$ _* m% n, ~) c: f+ ?2 B8 ^ N. J6 _2 i$ k; O, r 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 √ √ √ √ √ √ √ 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。 # M4 }8 u ?& ]. C$ c; S7 y7 K+ [4 v 画出各种零件的工件工序图(图1) / c4 [5 m2 h* D2 C. g& u 图1 工件工序图 % B. t" M( u: t Q/ T 6 Q9 x" {: m6 B+ S; N 画出夹具调整图(图2) 7 A6 f: l" @9 M 图2 夹具调整图 0 k- j5 b! A& t 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。 画出加工示意图 3 Y/ ~5 V9 Z& K1 [& w2 _ 第4序 倒角(见图3)。 : |' b, O6 K8 d+ \- ^/ E& x% M 图3 第4序倒角加工示意图 " E: U/ {& ~9 }# R) N 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。 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。 第7序 铣螺纹 9 Z* o& z+ m" U4 c& |7 t4 V) i 图4 第7序铣螺纹加工示意图 8 ~- r; K5 S3 z0 Q F 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。 2 A% U! w0 d( V) T4 d 例2：为重庆某厂设计的柔性生产线方案。 ' Y: q+ ]( a$ q4 ?+ S5 e , c w) T4 ]$ n& S! F, U 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)。  ; J8 C' r3 d# e. B: j, p: R. J: G8 h. s6 b : ?' B' z6 z; P% c2 g# b 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 / D! Y J7 e% X, r 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。 0 T- r! f6 C6 a, l; ?4 T9 k }4 e. g6 D# B$ u0 }- e2 p 图7 变速器壳体柔性生产线 4 z7 F/ j; K% }' K( B1 R# g; T: [0 B% M4 |4 H4 O, E& |0 h/ F' ^3 K: m4 [9 ?( O" B; j! s4 l* r4 n8 T# N8 G+ `2 f; `8 e+ S- A L7 }, ~; S# E7 A4 @' v0 ?' j' g' {% r B, ]6 q5 r0 d C' G1 n/ q4 r1 ~. d3 a0 ]* ]& K' M+ i1 N9 {; V) }8 {' f1 ?' ?6 w4 H4 N; ?7 {7 `$ u# n* m8 @, w, X m) H/ S* W) x2 | e! E+ H3 J7 k) H4 {) P2 c! Y5 M0 M5 I3 }7 P( t Y! @3 v- A5 y9 V3 p% ], M4 J+ u0 Z) C0 u. j |' A* F# E; j J& D" W( m% n( J. |* g: k ^$ _9 m% B" [' D# [0 l8 P' g K6 I* M+ X( u/ ^ v- p$ R* E% B' j$ P8 O! 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F0 t0 G$ Q/ i; `& A( K, Z2 y2 ?7 M2 B$ Q8 r7 g5 T$ I/ l 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 2 U7 ~/ |$ Q0 e& l 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。 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。 # s( X/ S Q0 s. O/ ^ 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。

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