CAD在加工中心及柔性线方案设计中的应用

张进鹏 · 发表于 2011-6-18 09:25:12

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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。
画出各种零件的工件工序图(图1)

图1 工件工序图
画出夹具调整图(图2)

图2 夹具调整图
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
第4序倒角(见图3)。

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。
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

图4 第7序铣螺纹加工示意图
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。
例2：为重庆某厂设计的柔性生产线方案。
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
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
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。
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