范龍等

【摘 要】機(jī)床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而目前機(jī)床設(shè)備正朝著高復(fù)合、高精度、高速度化和模塊化的復(fù)合機(jī)床發(fā)展。簡(jiǎn)單介紹了組合機(jī)床的含義、應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀，然后結(jié)合最新的研究成果重點(diǎn)介紹了組合機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】組合機(jī)床；研究現(xiàn)狀；發(fā)展趨勢(shì)

【Abstract】The machine tool is the main manufacturing equipment， and machine equipment is changing for the high complex， high-precision， high speed and modular composite machine currently. This paper briefly introduces the meaning of machine tool， application and development status.Then the paper focuses on the development trend of modular machine tool combined with the latest research.

【Key words】Combined machine tool； Research status； Development trend

0 引言

機(jī)床是制造業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，而數(shù)控機(jī)床是高精度、高效率的自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也越來(lái)越快，數(shù)控機(jī)床正朝著高復(fù)合、高精度、高速度化和模塊化方向發(fā)展。因此，數(shù)控組合機(jī)床就是在這樣的社會(huì)環(huán)境下，為了適應(yīng)當(dāng)下的機(jī)械加工工藝對(duì)機(jī)床在高速、高精等方面的要求應(yīng)運(yùn)而生的。

經(jīng)有關(guān)組織統(tǒng)計(jì)，自2010年起，屮國(guó)已經(jīng)成為世界最大的機(jī)床生產(chǎn)國(guó)和購(gòu)買國(guó)，在巨大的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的拉動(dòng)下，我國(guó)的機(jī)床產(chǎn)業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展時(shí)期，新技術(shù)新產(chǎn)品大量被投入使用，一些具有國(guó)際水平的新產(chǎn)品也陸續(xù)推出，隨著機(jī)床工業(yè)的飛速發(fā)展，特別是復(fù)合加工技術(shù)的日益廣泛應(yīng)用，機(jī)床的高效率、高精度以及近乎荀刻的成本控制日漸深入人心。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，由于單一加工內(nèi)容，造成的數(shù)控加工裝備和自動(dòng)生產(chǎn)線機(jī)床成本浪費(fèi)高達(dá)30%，因而影響其效能的充分發(fā)揮。由于以上各種原因，使得區(qū)別于傳統(tǒng)單一加工內(nèi)容的組合機(jī)床就顯現(xiàn)出了明顯的優(yōu)勢(shì)。

1 組合機(jī)床含義及應(yīng)用

組合機(jī)床是以通用部件為基礎(chǔ)，配以按工件特定外形和加工工藝設(shè)計(jì)的專用部件和夾具，組成的半自動(dòng)或自動(dòng)專用機(jī)床。它一般采用多軸、多刀、多工序、多面或多工位同時(shí)加工的方式，生產(chǎn)效率比通用機(jī)床高幾倍至幾十倍。它適宜于在大批量生產(chǎn)中對(duì)一種或幾種類似零件的一道或幾道工序進(jìn)行加工。這種機(jī)床既具有專用機(jī)床的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高和自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)，又具有一定的重新調(diào)整能力，以適應(yīng)工件變化的需要。

組合機(jī)床一般用于加工箱體類或非凡外形的零件。加工時(shí)，工件一般不旋轉(zhuǎn)，由刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀具與工件的相對(duì)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，來(lái)實(shí)現(xiàn)鉆孔、擴(kuò)孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、銑削平面、切削內(nèi)外螺紋以及加工外圓和端面等。有的組合機(jī)床采用車削頭夾持工件使之旋轉(zhuǎn)，由刀具作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，也可實(shí)現(xiàn)某些回轉(zhuǎn)體類零件（如飛輪、汽車后橋半軸等）的外圓和端面加工。

2 國(guó)內(nèi)外組合機(jī)床現(xiàn)狀

組合機(jī)床出現(xiàn)在世界上只有50多年的歷史。我國(guó)組合機(jī)床事業(yè)是從無(wú)到有，逐漸發(fā)展起來(lái)的。從1956年開(kāi)始自行設(shè)計(jì)、制造了組合機(jī)床并得到很大發(fā)展。如北京、上海、遼寧、山東、江蘇等發(fā)展很快，西北、西南地區(qū)也又新的發(fā)展。國(guó)家又重點(diǎn)安排了一批工廠，如大連機(jī)床廠、常州機(jī)床廠、大河機(jī)床廠、長(zhǎng)沙機(jī)床廠、上海第十機(jī)床廠等20多個(gè)工廠生產(chǎn)組合機(jī)床通用部件，為全國(guó)各地機(jī)械加工部門(mén)用組合機(jī)床自己武裝自己創(chuàng)造了非常有利的條件。許多工廠在大搞技術(shù)改造、設(shè)備更新、質(zhì)量翻新的熱潮中，制造了大量的組合機(jī)床及其自動(dòng)線，成倍地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，保證了產(chǎn)量和質(zhì)量，降低了成本。目前，我國(guó)大多數(shù)省、市、自治區(qū)都能設(shè)計(jì)并制造組合機(jī)床及其自動(dòng)線，產(chǎn)量、質(zhì)量和技術(shù)水平都在不斷提高。我國(guó)組合機(jī)床及其自動(dòng)線已占有一定數(shù)量，特別是在汽車制造行業(yè)已有了大量的組合機(jī)床及其自動(dòng)線，生產(chǎn)能力也在不斷提高。用我國(guó)自行設(shè)計(jì)與制造的組合機(jī)床及其自動(dòng)線武裝起來(lái)的第二汽車制造廠，經(jīng)投產(chǎn)后證明具有規(guī)模、效率高，具有較高的自動(dòng)化程度特點(diǎn)物理從工藝方案和布局，還是從加工精度和質(zhì)量方面看，這些組合機(jī)床及組合機(jī)床自動(dòng)線都已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。

近幾年來(lái)，組合機(jī)床在汽車、拖拉機(jī)、柴油機(jī)、電機(jī)、儀器、儀表、縫紉機(jī)、自行車、閥門(mén)、礦山機(jī)械、冶金、航空、紡織機(jī)械及軍工等部門(mén)已獲得廣泛的應(yīng)用，甚至一些中小批量生產(chǎn)部門(mén)也開(kāi)始推廣使用。由于組合機(jī)床具有的一系列優(yōu)點(diǎn)，因此在我國(guó)機(jī)械加工工業(yè)中廣泛推廣使用組合機(jī)床已成為多、快、好、省地發(fā)展我國(guó)機(jī)械加工工業(yè)的一條重要途徑，繼續(xù)發(fā)展和提高組合機(jī)床及自動(dòng)線技術(shù)水平，是當(dāng)前機(jī)械加工工業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。

3 組合機(jī)床發(fā)展趨勢(shì)

3.1 廣泛應(yīng)用數(shù)控技術(shù)

國(guó)外主要的組合機(jī)床生產(chǎn)廠家都有自己的系列化完整的數(shù)控組合機(jī)床通用部件，在組合機(jī)床上不僅一般動(dòng)力部件應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，而且?jiàn)A具的轉(zhuǎn)位或轉(zhuǎn)角、換箱裝置的自動(dòng)分度與定位也都應(yīng)用數(shù)控技術(shù)，從而進(jìn)一步提高了組合機(jī)床的工作可靠性和加工精度。

安陽(yáng)第二機(jī)床廠吳慧萍設(shè)計(jì)生產(chǎn)的立式單面四工位擴(kuò)鉸缸體挺柱孔組合機(jī)床，如圖1所示。該機(jī)床由四個(gè)工位自動(dòng)切換組成，利用移動(dòng)前導(dǎo)向裝置和棘爪輸送裝置配合液壓夾緊，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)零件的同時(shí)加工。不僅節(jié)約了設(shè)備成本，而且提高了生產(chǎn)效益。

3.2 發(fā)展綜合自動(dòng)化技術(shù)

現(xiàn)代工業(yè)的大發(fā)展對(duì)自動(dòng)化制造技術(shù)提出了許多新的需求，大批量生產(chǎn)的高效率，要求制造系統(tǒng)不僅能完成一般的機(jī)械加工工序，而且能完成零件從毛坯進(jìn)線到成品下線的全部工序。

一拖開(kāi)創(chuàng)裝備科技有限公司李洋設(shè)計(jì)了發(fā)動(dòng)機(jī)缸體軸承蓋專用機(jī)床。以往的加工中，許多廠家通常采用兩臺(tái)機(jī)床分別對(duì)軸承蓋螺栓孔進(jìn)行鉆孔和擴(kuò)孔加工，這樣不僅效率較低，品種單一，而且工件多次裝夾造成了一定的定位誤差。為了提高其加工效率和精度，該機(jī)床對(duì)鉆孔和擴(kuò)孔工序進(jìn)行了整合，圖2所示為其結(jié)構(gòu)示意圖。機(jī)床對(duì)工件的加工分二步進(jìn)行，其中一工位刀具通過(guò)浮動(dòng)鉆模板進(jìn)行鉆孔加工，然后浮動(dòng)鉆模板隨主軸箱退回原位，工件隨夾具通過(guò)移位滑臺(tái)移位至擴(kuò)孔工位，刀具通過(guò)固定鉆模板進(jìn)行擴(kuò)孔加工。同時(shí)，工件采用濕式加工，其所在夾具及鉆模板上均設(shè)有濕式加工所用的水路系統(tǒng)，在對(duì)刀具進(jìn)行冷卻的同時(shí)，保證了工件定位面定位精度。

3.3 發(fā)展綜合高速切削技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高速切削技術(shù)取得了顯著的進(jìn)步。高速、高效、復(fù)合是當(dāng)今機(jī)械加工的發(fā)展趨勢(shì)。實(shí)現(xiàn)高速切削的最關(guān)鍵技術(shù)是研究開(kāi)發(fā)性能優(yōu)良的高速切削機(jī)床，自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，開(kāi)發(fā)高速切削機(jī)床便成為國(guó)際機(jī)床工業(yè)技術(shù)發(fā)展的主流。

上海電氣機(jī)床成套工程有限公司潘家珍設(shè)計(jì)了四工位雙軸數(shù)控高速鉆削組合機(jī)床，如圖3所示。機(jī)床采用四等分?jǐn)?shù)控轉(zhuǎn)臺(tái)交換夾具、精密內(nèi)冷高速旋轉(zhuǎn)主軸和伺服驅(qū)動(dòng)進(jìn)給，采用四工位雙軸數(shù)控高速鉆削的方式，從三個(gè)不同方向同時(shí)對(duì)門(mén)鉸鏈進(jìn)行螺紋底孔及倒角加工、銷軸孔加工和背孔螺紋底孔及倒角加工。通過(guò)對(duì)夾具的快速更換，可以加工不同型號(hào)的門(mén)鉸鏈車身件零件。左右件一次裝夾同時(shí)加工。加工節(jié)拍為12s/兩件。除人工上下料外，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)加工過(guò)程。

3.4 發(fā)展柔性技術(shù)

20世紀(jì)80年代以來(lái)，國(guó)外對(duì)中大批量生產(chǎn)，多品種加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施，使加工裝備具有了一定的柔性。如先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動(dòng)力頭、可換主軸箱等組成的組合機(jī)床；同時(shí)根據(jù)加工中心的發(fā)展，開(kāi)發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元，并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動(dòng)線（FTL）。這種結(jié)構(gòu)的變化，既可以實(shí)現(xiàn)多品種加工要求的調(diào)整變化快速靈敏，又可以使機(jī)床配置更加靈活多樣。

浙江大學(xué)流體傳動(dòng)及控制國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室姚榮慶開(kāi)發(fā)了CNG車載瓶端部機(jī)械加工柔性組合機(jī)床，如圖4所示。該機(jī)床針對(duì)傳統(tǒng)CNG車載瓶加工缺少數(shù)控專機(jī)造成大質(zhì)量CNG車載瓶加工質(zhì)量較差和生產(chǎn)效率低下等技術(shù)問(wèn)題，將基于移置式多軸機(jī)床的旋風(fēng)切削、基于圖像反饋的刀具切削路徑誤差補(bǔ)償、面向綠色切削的霧化冷卻技術(shù)等進(jìn)行組合應(yīng)用，開(kāi)發(fā)了CNG車載瓶端部機(jī)械加工柔性組合機(jī)床，實(shí)現(xiàn)了高速平穩(wěn)切削，快速可靠換刀，自適應(yīng)性補(bǔ)償缺陷，高效環(huán)保的刀具冷卻。組合機(jī)床的應(yīng)用使得CNG車載瓶加工技術(shù)的自動(dòng)化程度、加工精度和生產(chǎn)效率都得到了明顯提高。

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)床工業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)特別是現(xiàn)代制造業(yè)的基礎(chǔ)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的戰(zhàn)略地位。當(dāng)今社會(huì)企業(yè)的發(fā)展壯大，都離不開(kāi)創(chuàng)新，組合機(jī)床行業(yè)企業(yè)一要開(kāi)展科技攻關(guān)，攻克當(dāng)前行業(yè)企業(yè)技術(shù)發(fā)展上的難題。當(dāng)今科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，傳統(tǒng)的組合機(jī)床已經(jīng)落后，企業(yè)需要立足根本，重點(diǎn)把關(guān)，把企業(yè)科研能力當(dāng)成重中之重，使企業(yè)的創(chuàng)新能力到達(dá)一個(gè)新的平臺(tái)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳慧萍，李前明.立式單面四工位擴(kuò)鉸缸體挺柱孔組合機(jī)床[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2013（6）：119-123.

[2]李洋，發(fā)動(dòng)機(jī)缸體軸承蓋專用機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2015（1）：15-152.

[3]潘家珍.四工位雙軸數(shù)控高速鉆削組合機(jī)床設(shè)計(jì)[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)，2014（9）：137-139.

[4]姚榮慶，等.CNG車載瓶端部機(jī)械加工柔性組合機(jī)床的開(kāi)發(fā)[J].中國(guó)機(jī)械工程，2012（14）：1674-1677.

[責(zé)任編輯：鄧麗麗]