從CIMES看設(shè)備與工藝的關(guān)系

■廣州數(shù)控設(shè)備有限公司 （廣東廣州 510530） 王漢翼

高級工程師 王漢翼

近幾年來，中國國際機床工具展覽會（CIMES）在自動化柔性化制造、數(shù)字化和信息化等領(lǐng)域展出了許多精品案例，但是，對于具體的制造企業(yè)來說，應(yīng)該怎樣選擇適合自己企業(yè)的制造方式？這種制造方式，怎樣既能照顧到自己的產(chǎn)品特點，又能匹配企業(yè)規(guī)模？這些問題比選擇一臺加工設(shè)備要復(fù)雜得多。本文就這些問題，以及在智能制造案例設(shè)計及應(yīng)用中遇到的一些問題，談一些觀點，希望對大家有所幫助。

1. 規(guī)模決定設(shè)備，設(shè)備決定工藝

企業(yè)的發(fā)展需要過程，初期往往采用的是通用設(shè)備，隨著規(guī)模的不斷擴大，各種專用機床就會不斷地增加，因此，同樣的產(chǎn)品，在企業(yè)發(fā)展的不同階段，會有完全不同的加工設(shè)備及加工工藝。下面以常見的軸類零件為例，分析小批量生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的區(qū)別。

圖1所示為普通的階梯軸類零件。這種結(jié)構(gòu)的階梯軸在電動機、減速機、水泵和糧食機械等很多行業(yè)都有應(yīng)用，在年產(chǎn)5萬件以下的多品種、小批量生產(chǎn)企業(yè)中，大多采用通用設(shè)備加工，其加工工藝見表1。

在表1所示生產(chǎn)模式中，由于采用的是通用設(shè)備，產(chǎn)品換型容易，缺點是生產(chǎn)效率比較低。

在大批量生產(chǎn)中，往往采用專機生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝見表2。

對比表1、表2可以發(fā)現(xiàn)，表2比表1少了一道加工工序，而且在表2大批量生產(chǎn)工藝中，工序一加工時間比較短，這就是采用專機加工的優(yōu)勢。

表1、表2兩種工藝的優(yōu)缺點對比見表3。

2. 基于生產(chǎn)工藝的自動化生產(chǎn)線

圖2所示為表1階梯軸類零件小批量生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線布局，其加工工藝流程如圖3所示，具體的工藝流程描述見表4。圖2中，數(shù)控車床1車左端面，數(shù)控車床3車右端面，數(shù)控車床4車右外圓，數(shù)控車床12車左外圓，數(shù)控銑床11銑鍵槽。

圖1 普通階梯軸類零件

表1 階梯軸類零件小批量生產(chǎn)加工工藝

表2 階梯軸類零件大批量生產(chǎn)加工工藝

表3 兩種工藝的優(yōu)缺點對比

圖2 小批量生產(chǎn)自動化生產(chǎn)線布局

根據(jù)工藝流程分析，最大加工時間為170s，換料需20s，因此生產(chǎn)單個工件所需時間為170＋20＝190（s）。1個月按工作26天、1天按16h計算，并且考慮機器定期維修保養(yǎng)、暖機以及準備刀具、毛坯和工件搬運等非生產(chǎn)工時后，根據(jù)本公司的經(jīng)驗及統(tǒng)計資料，該自動化加工單元的使用率約為82.3%。月產(chǎn)量為26×16×3 600×0.823/190＝6 486（件）。

如果產(chǎn)能更大，可以多建幾個單元，1個熟練的操作者可操作2個或3個單元，體現(xiàn)了以機器人換人給企業(yè)帶來的效益。

對于10萬件以上的大批量生產(chǎn)企業(yè)，可以采用表2中有專機的自動化生產(chǎn)線，如圖4所示。其中1號機床為銑打機，可以同時銑軸的兩端面、鉆兩端中心孔以及套車一端外圓，加工效率高，而且兩端中心孔的同軸度也比較高，在大批量軸的生產(chǎn)加工中被廣泛采用。從2011年起，CIMES展會上每年都有此種專機展出，其功能和質(zhì)量也在不斷提升。

圖3 小批量生產(chǎn)工藝流程示意

表4 小批量生產(chǎn)工藝流程

圖4 有專機的自動化生產(chǎn)線

圖3和圖4所示只是軸類零件自動化加工的通用案例，對于具體的行業(yè)，可以采用具有行業(yè)特色的專屬加工線，比如電動機生產(chǎn)企業(yè)可以采用如圖5所示的自動化生產(chǎn)線。

3. 存在的問題與前景展望

從歷年C I M E S展會上展品的總體情況來看，中低端市場國產(chǎn)機床在品種上基本實現(xiàn)了全覆蓋，在市場占有率上成了絕對主流；在高端機床上，與國外產(chǎn)品的差距也越來越小。自《中國制造2025》發(fā)布以后，圍繞著這個規(guī)劃，各方都做了很多努力，筆者在與客戶的接洽中，不斷有客戶提出要做最好的工藝和自動化生產(chǎn)線。且不說此種說法的不妥之處，但就工藝來說，其與企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的規(guī)模和規(guī)劃投資有很大的關(guān)聯(lián)性。從企業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備和規(guī)劃投資兩方面綜合考慮，適合自己企業(yè)的工藝就是最好的工藝，依此建造的自動化生產(chǎn)線就是最好的生產(chǎn)線。

從展會情況來看，智能制造中的自動在線檢測方面，在檢測工具和應(yīng)用軟件上，與國外同行相比，國內(nèi)還有很大的差距。在感應(yīng)式檢測上，以日本產(chǎn)品居多；在二維、三維視覺檢測上，以歐洲產(chǎn)品居多。

在智能制造生產(chǎn)線方面，國內(nèi)目前以2h或4h無人干預(yù)居多，主要的技術(shù)瓶頸在車床的自動化換刀方面，目前國內(nèi)還沒有機床廠開發(fā)基于機器人的自動化換刀車床或者基于自循環(huán)系統(tǒng)的自動化換刀車床，這就使得12或16刀位刀架的機床在連續(xù)車削加工2h或4h后，大多到了更換新刀具或刀片換向的極限，無法再連續(xù)加工。而這種自動換刀技術(shù)不存在開發(fā)難點。

圖5 電動機自動化生產(chǎn)線

展望未來，中國制造的強大實力和快速發(fā)展，已經(jīng)被越來越多的人認同，相信一些短板很快會被補齊，中國制造會越來越強大。