可重構(gòu)機(jī)床提高大批量生產(chǎn)的柔性化

現(xiàn)代化生產(chǎn)要求設(shè)備的技術(shù)方案具備更好的應(yīng)變能力。由于柔性化的增加需要耗費(fèi)資金，因此也就直接影響到生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性。在高度專業(yè)化的批量生產(chǎn)活動(dòng)中，對(duì)最大柔性化和高經(jīng)濟(jì)性的要求仍然充滿矛盾，也未得到真正的解決。
    一直以來(lái)人們的觀點(diǎn)都是：生產(chǎn)周期很長(zhǎng)的批量性產(chǎn)品只有在專業(yè)設(shè)備上加工，才能達(dá)到最佳的經(jīng)濟(jì)性。這樣一種設(shè)備專為這種工件而設(shè)計(jì)，才可以滿足所有的要求。但是，當(dāng)今的產(chǎn)品品種變化非常頻繁，所生產(chǎn)的工件特征也會(huì)經(jīng)常發(fā)生變化，因此加工計(jì)劃逐步要求設(shè)備具有柔性化。

圖1  在對(duì)機(jī)床進(jìn)行投資分析時(shí)，最大的靈活性與良好
的經(jīng)濟(jì)性一直是一對(duì)相互對(duì)立的因素�？芍貥�(gòu)制造系統(tǒng)
可以化解這種矛盾，尤其在高精度的大批量生產(chǎn)過(guò)程中

    可重構(gòu)機(jī)床得到了越來(lái)越多的應(yīng)用，它明顯地要比通用型設(shè)備便宜，這是因?yàn)槟承┠�塊和加工選擇項(xiàng)并非必須具備，而是在需要的時(shí)候，再另行購(gòu)置并更換使用。另一方面，與專用設(shè)備或特殊設(shè)備相比，更高的柔性化可以使小批量或中等批量的工件整體加工更凸現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。
    機(jī)床可重構(gòu)方案通過(guò)購(gòu)置新的模塊來(lái)滿足新的要求，即可確保對(duì)實(shí)時(shí)工件的最佳加工。由于無(wú)需支出不需要的部件的費(fèi)用，因此設(shè)備的價(jià)格就變得相應(yīng)較低。
    順利進(jìn)行可重構(gòu)制造的前提條件是要具備合適的接口。這種接口技術(shù)允許可以更換所有的加工模塊或軸。與現(xiàn)行的設(shè)備方案相反，加工工藝的更換，如從銑削到磨削或安裝附加的旋轉(zhuǎn)軸或直線軸，無(wú)需設(shè)備停機(jī)數(shù)周。在理想的情況下，工藝的更換可在一天之內(nèi)由用戶自行完成。機(jī)床制造廠家對(duì)此提供相應(yīng)的技術(shù)或?qū)δ�塊進(jìn)行預(yù)安裝和預(yù)調(diào)試。對(duì)于可重構(gòu)制造，只需將這些組件通過(guò)設(shè)備上的機(jī)械接口準(zhǔn)確的裝配到設(shè)備上即可。
接口具有剛性和標(biāo)準(zhǔn)化
    該接口除了具備良好的剛性之外，還需達(dá)到模塊的長(zhǎng)期可更換性和設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化。常見(jiàn)的是螺栓連接方式，但是螺栓在校準(zhǔn)后需要施加張緊力，模塊更換時(shí)必須反復(fù)測(cè)量尺寸并借助于螺栓進(jìn)行調(diào)節(jié)。
    采用一種所謂的靜態(tài)接口最為適合。其原理與HSK刀具連接件相仿，用戶可以獲得一種咬合力強(qiáng)的剛性接口。張緊可以采用液壓或人工進(jìn)行。如果在狹窄的生產(chǎn)空間里為設(shè)備加裝模塊的話，則只需把模塊裝入到接口4mm的對(duì)中錐度里即可。
    針對(duì)大批量生產(chǎn)中因存在成本壓力和對(duì)工件進(jìn)行連續(xù)優(yōu)化而實(shí)施的技術(shù)改進(jìn)或產(chǎn)品的更改，設(shè)計(jì)了XG系列powertrain（圖2）。新的生產(chǎn)技術(shù)通過(guò)接口被集成到設(shè)備上，由此，設(shè)備可持續(xù)保持在最新的技術(shù)水平上。此外，設(shè)備還可以對(duì)批量生產(chǎn)所提出的新要求作出快速的反應(yīng)，而在以往情況下，哪怕是對(duì)工件的進(jìn)行一點(diǎn)小改動(dòng)，也經(jīng)常需要很大的改裝量。

圖2  XG系列MAG powertrain主要用于對(duì)動(dòng)力鉸接元件的
大批量生產(chǎn)。對(duì)這種系列產(chǎn)品可以實(shí)現(xiàn)機(jī)床的可重復(fù)配置

對(duì)新技術(shù)的集成
    產(chǎn)品的更改使得可重構(gòu)制造變得很有必要（圖3）。由此需對(duì)設(shè)備進(jìn)行很大程度上的干預(yù)：從工作間里設(shè)備的自動(dòng)化、工件夾具一直到軸的布置（圖4）。

圖3  加工模塊設(shè)有靜力接口，可以實(shí)現(xiàn)鉸接關(guān)節(jié)（上）與差動(dòng)
外殼（下）之間的更換。所需的工作空間的變化已經(jīng)被考慮在內(nèi)

圖4  在對(duì)鉸接關(guān)節(jié)和差動(dòng)外殼進(jìn)行更換時(shí)，工作空
間會(huì)發(fā)生很大的變化。更換件可以是設(shè)備的自動(dòng)化
部分，也可以是工件的夾持裝置，還可以是軸的布置

    為了達(dá)到這一點(diǎn)，在加工模塊上設(shè)有靜態(tài)接口，同時(shí)在對(duì)接口進(jìn)行定義時(shí)，使它在安裝完畢的設(shè)備上仍能夠被更換。要在某些模塊上做到這一點(diǎn)，是很耗費(fèi)時(shí)間的，尤其是在既大又重的部件，如B軸模塊上更是如此，主要是因?yàn)楣ぷ骺臻g有限。在更換部件時(shí)，有些部件必須設(shè)有特殊的開(kāi)口，以便于運(yùn)送。
    借助于接口，加工模塊在設(shè)備制造廠商那里接受預(yù)調(diào)設(shè)，這樣可以減輕現(xiàn)場(chǎng)的調(diào)換工作量，加速工作完成。工件的夾具系統(tǒng)和自動(dòng)化部分也可以通過(guò)接口進(jìn)行更換。由此可以在兩個(gè)不同工件的兩個(gè)工作區(qū)域里實(shí)現(xiàn)快速和簡(jiǎn)便的可重構(gòu)。為了確保理想的剛性特性，各個(gè)模塊均帶有相應(yīng)數(shù)量的接口。
磨削取代銑削和車削
    另一種情況是XG系列機(jī)床極簡(jiǎn)便的可重構(gòu)：把硬質(zhì)銑削和車削工藝更改為磨削。通過(guò)把銑軸更換為轉(zhuǎn)速為60 000r/min的磨削軸并把車削刀座更換為轉(zhuǎn)速為30 000r/min的磨削軸即可。由于從連接元件到插頭都采用標(biāo)準(zhǔn)化的接口，因此這種措施無(wú)需大的工作量。此外，模塊還可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口被固定在設(shè)備的機(jī)架上（圖5）。

圖5  從幾何外形連接元件一直到插頭，設(shè)備均裝有標(biāo)準(zhǔn)的部
件。此外，可以實(shí)現(xiàn)例如把車削軸模塊與銑削軸模塊進(jìn)行互換

    如果更換生產(chǎn)工藝對(duì)設(shè)備有著較大的影響的話，則這種做法就非常有意義，如從硬銑削和硬車削轉(zhuǎn)換到軟加工便屬于這種情況。這時(shí)，可以在設(shè)備上使用針對(duì)粗加工和精加工的銑軸。通過(guò)模塊方案，部件的更換就顯得非常簡(jiǎn)便，由于兩個(gè)模塊均采用相同的接口，因此松開(kāi)張緊裝置即可把模塊從設(shè)備上取下。銑削模塊可以大致被定位，然后通過(guò)接口的夾力被固定在正確的位置上。通過(guò)這種方式，調(diào)換過(guò)程可以極大縮短。
較小的采購(gòu)費(fèi)用和較好的經(jīng)濟(jì)效益
    可重構(gòu)制造是一種可以提高機(jī)床的經(jīng)濟(jì)性和延長(zhǎng)機(jī)床使用壽命的理想方法。接口新技術(shù)還可以快速而便捷地被集成到設(shè)備上。
    在經(jīng)濟(jì)性方面，曾經(jīng)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，即把一臺(tái)常規(guī)設(shè)備與一臺(tái)同型號(hào)的可重構(gòu)制造的設(shè)備進(jìn)行對(duì)比：在15年的使用過(guò)程中，總共進(jìn)行了三次可重構(gòu)制造（從銑削工藝更換到磨削工藝，取下或裝上不同的加工軸），從中證實(shí)了新的設(shè)備方案的經(jīng)濟(jì)性要超出大約20%。由于設(shè)備的使用壽命較長(zhǎng)，因此無(wú)需耗費(fèi)大量采購(gòu)資金，這一點(diǎn)優(yōu)勢(shì)是顯而易見(jiàn)的。