可重构机床提高大批量生产的柔性化

简单粗暴

现代化生产要求设备的技术方案具备更好的应变能力。由于柔性化的增加需要耗费资金，因此也就直接影响到生产的经济性。在高度专业化的批量生产活动中，对最大柔性化和高经济性的要求仍然充满矛盾，也未得到真正的解决。
一直以来人们的观点都是：生产周期很长的批量性产品只有在专业设备上加工，才能达到最佳的经济性。这样一种设备专为这种工件而设计，才可以满足所有的要求。但是，当今的产品品种变化非常频繁，所生产的工件特征也会经常发生变化，因此加工计划逐步要求设备具有柔性化。
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图1 在对机床进行投资分析时，最大的灵活性与良好
' O# N  I/ H6 k* N% S的经济性一直是一对相互对立的因素。可重构制造系统
0 i; V/ ?7 J, q; n6 \* m可以化解这种矛盾，尤其在高精度的大批量生产过程中
可重构机床得到了越来越多的应用，它明显地要比通用型设备便宜，这是因为某些模块和加工选择项并非必须具备，而是在需要的时候，再另行购置并更换使用。另一方面，与专用设备或特殊设备相比，更高的柔性化可以使小批量或中等批量的工件整体加工更凸现良好的经济效益。
机床可重构方案通过购置新的模块来满足新的要求，即可确保对实时工件的最佳加工。由于无需支出不需要的部件的费用，因此设备的价格就变得相应较低。
! B! n& `9 S% F( M) \2 a顺利进行可重构制造的前提条件是要具备合适的接口。这种接口技术允许可以更换所有的加工模块或轴。与现行的设备方案相反，加工工艺的更换，如从铣削到磨削或安装附加的旋转轴或直线轴，无需设备停机数周。在理想的情况下，工艺的更换可在一天之内由用户自行完成。机床制造厂家对此提供相应的技术或对模块进行预安装和预调试。对于可重构制造，只需将这些组件通过设备上的机械接口准确的装配到设备上即可。
接口具有刚性和标准化
该接口除了具备良好的刚性之外，还需达到模块的长期可更换性和设备的标准化。常见的是螺栓连接方式，但是螺栓在校准后需要施加张紧力，模块更换时必须反复测量尺寸并借助于螺栓进行调节。
采用一种所谓的静态接口最为适合。其原理与HSK刀具连接件相仿，用户可以获得一种咬合力强的刚性接口。张紧可以采用液压或人工进行。如果在狭窄的生产空间里为设备加装模块的话，则只需把模块装入到接口4mm的对中锥度里即可。
' t' q+ F+ g# p; y+ g$ m针对大批量生产中因存在成本压力和对工件进行连续优化而实施的技术改进或产品的更改，设计了XG系列powertrain（图2）。新的生产技术通过接口被集成到设备上，由此，设备可持续保持在最新的技术水平上。此外，设备还可以对批量生产所提出的新要求作出快速的反应，而在以往情况下，哪怕是对工件的进行一点小改动，也经常需要很大的改装量。
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图2  XG系列MAG powertrain主要用于对动力铰接元件的
4 U) w2 u5 M2 f大批量生产。对这种系列产品可以实现机床的可重复配置
对新技术的集成
7 k+ V# x8 F6 m' g产品的更改使得可重构制造变得很有必要（图3）。由此需对设备进行很大程度上的干预：从工作间里设备的自动化、工件夹具一直到轴的布置（图4）。

图3  加工模块设有静力接口，可以实现铰接关节（上）与差动
% P4 ]1 U; v6 E  a2 b% F- b  e外壳（下）之间的更换。所需的工作空间的变化已经被考虑在内
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, h" f2 H& A# x: r% p, Q4 s图4  在对铰接关节和差动外壳进行更换时，工作空
间会发生很大的变化。更换件可以是设备的自动化
2 _: H2 D/ Q* o6 ]& O2 T- n: z部分，也可以是工件的夹持装置，还可以是轴的布置
为了达到这一点，在加工模块上设有静态接口，同时在对接口进行定义时，使它在安装完毕的设备上仍能够被更换。要在某些模块上做到这一点，是很耗费时间的，尤其是在既大又重的部件，如B轴模块上更是如此，主要是因为工作空间有限。在更换部件时，有些部件必须设有特殊的开口，以便于运送。
借助于接口，加工模块在设备制造厂商那里接受预调设，这样可以减轻现场的调换工作量，加速工作完成。工件的夹具系统和自动化部分也可以通过接口进行更换。由此可以在两个不同工件的两个工作区域里实现快速和简便的可重构。为了确保理想的刚性特性，各个模块均带有相应数量的接口。
3 u: o4 }+ r  ]. ]7 K磨削取代铣削和车削
另一种情况是XG系列机床极简便的可重构：把硬质铣削和车削工艺更改为磨削。通过把铣轴更换为转速为60 000r/min的磨削轴并把车削刀座更换为转速为30 000r/min的磨削轴即可。由于从连接元件到插头都采用标准化的接口，因此这种措施无需大的工作量。此外，模块还可以通过标准接口被固定在设备的机架上（图5）。

- l* {  y' {/ K3 w1 i0 i% E图5  从几何外形连接元件一直到插头，设备均装有标准的部
3 D3 u+ O0 B; X6 U' ^6 C件。此外，可以实现例如把车削轴模块与铣削轴模块进行互换
5 v$ s2 q$ G- x, w0 x" ~- t6 Y如果更换生产工艺对设备有着较大的影响的话，则这种做法就非常有意义，如从硬铣削和硬车削转换到软加工便属于这种情况。这时，可以在设备上使用针对粗加工和精加工的铣轴。通过模块方案，部件的更换就显得非常简便，由于两个模块均采用相同的接口，因此松开张紧装置即可把模块从设备上取下。铣削模块可以大致被定位，然后通过接口的夹力被固定在正确的位置上。通过这种方式，调换过程可以极大缩短。
较小的采购费用和较好的经济效益
6 s4 V+ t' D" K; a4 q可重构制造是一种可以提高机床的经济性和延长机床使用寿命的理想方法。接口新技术还可以快速而便捷地被集成到设备上。
- Q+ E+ H# [# b: x1 ^' j1 D在经济性方面，曾经进行了一项研究，即把一台常规设备与一台同型号的可重构制造的设备进行对比：在15年的使用过程中，总共进行了三次可重构制造（从铣削工艺更换到磨削工艺，取下或装上不同的加工轴），从中证实了新的设备方案的经济性要超出大约20%。由于设备的使用寿命较长，因此无需耗费大量采购资金，这一点优势是显而易见的。
  \, m# `! z' w4 r5 F【MechNet】
文章关键词： 机床