CAD在加工中心及柔性线方案设计中的应用

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: h9 ~# d3 F" E+ h! f+ R' g+ H) l$ g' ^! U7 _. [1 ]' ]0 K( k6 u9 i " ]! a+ a) ]% _/ B% h; }, t+ j' `8 k0 G/ a9 o1 v9 {0 V# b( e, A9 B. W; K) g, q- O* {8 ^; A/ l g" x# [8 ]. u4 T# r( D! B) z3 m9 `1 i' L0 b: q- _9 x# M. G7 b7 k$ D& ~& \0 `, O: P; W4 d+ Y1 v% k& \, N J7 d* Y$ U+ W% n" l" ?# x+ [0 J! ]) g9 H1 J9 M7 J1 K8 ?% c( }0 O) J+ A5 N3 A0 K. A( x3 _! o( U2 ^! a* z- r' S$ }6 b- r- T% J. A$ D6 I' S" [2 K" d: `- W8 F2 E" I( f' X% O/ x* Y3 S0 B# x. Y4 t! o5 a, p: G# ]8 X! @3 b1 @! @+ y- r( K* q5 c. i1 r0 Q- Y+ j9 k$ d( k0 v* G; _- h; F @7 k) B: B* p' B- ^" N9 G5 D8 g" v" c. W$ C2 z0 c' k8 t9 l/ \/ ^, C+ x; S3 w) O8 [# u# i* \* O w9 [; K: I: z8 P6 I1 ?; ~! R: |, c! n/ c$ P% n* ?. ]) i/ n: `- J1 ] c J) T- k( u4 ~/ m4 W; W0 W4 A, I! c q7 E }. i5 E( f+ w9 \6 z) P5 v! F7 \5 t- M2 M. k$ m- Z) S$ x4 K7 E% [7 E/ M) P/ g; [8 S6 U, h# f, X/ t |4 O4 U, q, J! O3 t6 `) ?9 J3 V& o# D$ e" O- s4 o5 ?1 L% k* Z |% o, T/ L" `, M. o. x5 ~- J) }+ q4 C2 }3 m U5 s& `, x; o% U) d8 ?' \3 l, H9 x! e: m% K' d5 K o+ A7 F$ P" T7 {% [5 Z1 _; U- O% [. c* }$ ?* {; Q( \1 B$ w. l5 K0 j- k6 C" K 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 √ √ √ √ √ √ √ 6 R" I* Y- B- x- W( Y& i+ M/ G. Q 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。 7 z5 u6 Z/ x3 B" _ 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。 ( V7 ?: U4 r& f* ?, W# _' o 画出各种零件的工件工序图(图1) / g7 ?4 W7 H4 @* a( u5 h, D 图1 工件工序图 + e7 D5 w8 l x! Z% [( ^ 5 u' I* H3 p4 |3 b4 l 画出夹具调整图(图2) 1 f, x: O& a8 ]) Y6 F' b 图2 夹具调整图 7 p5 E( p V3 x/ S5 K& X. }2 w% q 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。 2 f- q, O% J2 o 画出加工示意图 ! {0 ^+ M5 O7 ^& _: X 第4序 倒角(见图3)。 , A1 w* p; p& s) ?/ x) b7 q 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。 # I2 r9 u6 _8 A/ B 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。 ' t8 B( ]; R l. f, S$ o 第7序 铣螺纹 3 }; r7 z. K& O0 O: D8 D/ K 图4 第7序铣螺纹加工示意图 8 Z* A/ h$ `+ D 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。 : r+ E; |* M# } 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。 / T. \- r; `/ ]- M1 p) s( V5 e, \ 例2：为重庆某厂设计的柔性生产线方案。 0 T V$ z/ I v- g) \; r 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)。  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 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。 图7 变速器壳体柔性生产线 ; n* c3 ]5 l# H5 _0 K8 d/ C+ _8 B; ^& f5 d4 g3 r& ^- |1 e. \5 ?" W7 q Y0 j/ _) }( Q# e5 x6 e. A2 J- s! F5 ~) e0 f7 D2 q: m+ U7 |( s; a8 O4 S0 b" Z N: T0 D. d+ \) G- d; i; J3 A8 c. p& ]$ F& Z' |- b" t& ~: n7 Q8 M {$ J( D) [! G& M( o: v5 m- f* a) K1 j# l' p' p2 {( b; z+ S* [1 h0 _( E& ~; R) e! P* M, K/ q( c. o/ n3 v4 ~& [, l) C9 f/ ]) t2 E% E. c! z2 k* y* G' E& p" Q- T/ |6 y3 l! C. [7 _8 r% Y6 i% G: C+ g* u3 x2 g) j) g) i @ l# O2 p0 ~: W: ~# a% y, k n8 h0 l9 Z1 h- T; w0 P6 b; w4 T$ w* ~/ p d$ j1 b0 ]; S1 c# O. r' P0 f- o1 s+ w5 |) i; O1 ^& S, j# Y& R* p/ V2 `: r+ o8 F5 N; C% o2 X& v# a/ C5 U) X& p9 F5 e3 n0 H5 Z2 a$ ]% Z0 @: |& Q( }' S; E) N1 [. O" q3 E3 Y& m# Y; H/ I/ U# S7 d# T8 w* s: q' Z( ~+ z9 b7 {0 u# A' ~ L$ |, f: j5 f& P1 {" m- B. d: Q; M$ g' @" @( i5 y( |( E9 e3 f9 m5 K) L8 x% ]6 ? R( }- \3 f* u0 o2 x4 z" S5 Q. y) [" o- e9 J( F# }& l' X0 |. d8 b; v; f* d: _: U3 J" R! y2 I& G% T2 M! w- C0 h: Z! C2 v+ `$ F1 O7 s) V n3 X4 Y6 j- y% M* l+ o! R& t0 x' v' I( a) v) H4 b; H- @( O- u- o$ c5 W5 v8 \/ w4 [. x/ f, K/ D/ J* v! j, h9 O9 Q0 _/ n& a; s3 h5 \. e2 l7 w, O8 p/ k/ w" a9 r5 B2 T l' a. J; Q. p* B; K! Q" y. M/ n8 M; I4 q+ J( S2 w+ V: F+ q( D; S/ H% i" e9 w, w# Y1 M# d& P& K 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 7 P; V: M8 [! E' S4 v6 Z; M 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。 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。