劉博文 吳迪

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的機(jī)械加工技術(shù)有了很大進(jìn)展。本文首先對傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝方法進(jìn)行了分析，認(rèn)為其存在加工效率低、耗能高和加工精度不穩(wěn)定等方面的不足?？紤]轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工生產(chǎn)流程長、加工工序多、物料轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)雜、加工精度高、測量要求高的特點(diǎn)，提出轉(zhuǎn)向節(jié)的智能化加工，即將MES系統(tǒng)及與ERP、PLM系統(tǒng)的集成運(yùn)用到轉(zhuǎn)向節(jié)的加工是今后的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向節(jié);傳統(tǒng)加工工藝;智能化加工;MES系統(tǒng);ERP;PLM系統(tǒng)

引言

熱處理加工是機(jī)械裝備及其零部件制造過程中一項(xiàng)重要工序，像齒輪、軸承、葉片等重要的機(jī)械零件和工模具都要經(jīng)過熱處理，做好熱處理加工對于充分發(fā)揮金屬材料的性能潛力，提高產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，節(jié)約材料，減少能耗，延長產(chǎn)品的使用壽命，提高經(jīng)濟(jì)效益都具有十分重要的意義。改革開發(fā)后，伴隨著國內(nèi)機(jī)械、汽車等行業(yè)的快速發(fā)展，熱處理加工服務(wù)行業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展，氣氛爐、真空爐等先進(jìn)熱處理裝備也得到了廣泛使用，但也存在著加工企業(yè)數(shù)量眾多、規(guī)模小、裝備落后，熱處理工藝管理仍主要依賴人員經(jīng)驗(yàn)，工藝開發(fā)能力差，檢測手段缺乏，員工總體素質(zhì)不高，勞動(dòng)生產(chǎn)率低和質(zhì)量管理體系不規(guī)范等問題。與歐美日等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)相比，我國在勞動(dòng)生產(chǎn)率、能源利用率、產(chǎn)品質(zhì)量分散度、環(huán)境保護(hù)和安全管理、熱處理技術(shù)人員、開發(fā)創(chuàng)新能力等環(huán)節(jié)還有很大的差距。

1轉(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與加工要求

轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀較為復(fù)雜，集中了軸、套、盤環(huán)、叉架等零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其主要由支承軸頸、法蘭盤、叉架等部分構(gòu)成。支承軸頸呈階梯結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是由同軸的外圓柱面、圓錐面、螺紋面，以及與軸心線垂直的軸肩、過渡圓角和端面組成的回轉(zhuǎn)體;法蘭盤包括法蘭面、均布的連接螺栓通孔和轉(zhuǎn)向限位的螺紋孔;叉架是由轉(zhuǎn)向節(jié)的上、下耳和法蘭面構(gòu)成的叉架形體。從機(jī)加工藝來講，轉(zhuǎn)向節(jié)分為桿部、法蘭盤和叉部這個(gè)部分的加工。（1）桿部：以中心孔為定位基準(zhǔn)，加工方式以車削和磨削為主，其中磨削加工是關(guān)鍵。（2）法蘭盤：制動(dòng)器安裝孔的加工是最主要的，要確保其位置度，還要兼顧其加工效率。（3）叉部：是轉(zhuǎn)向節(jié)加工的難點(diǎn)，采用“一面兩銷”的定位方式，主要是確保上下主銷孔的同軸度，以及主銷孔與內(nèi)端面的垂直度，是整個(gè)加工工藝的投資重點(diǎn)以及設(shè)備選型的關(guān)鍵，大部分轉(zhuǎn)向節(jié)在此部位還有橫拉桿裝配用的錐孔，這更增加了叉部加工難度，錐孔加工是許多廠家難以保證百分之百合格的項(xiàng)目，轉(zhuǎn)向節(jié)的早期失效就從這里開始。（4）主銷孔襯套壓裝后的加工，有的壓裝后不要求加工，有的則要求加工。但是從裝配角度來看，壓裝后加工更有利于裝配，否則會(huì)影響轉(zhuǎn)向性能的靈活性。

2熱處理加工產(chǎn)業(yè)能源利用及環(huán)保措施現(xiàn)狀

熱處理加工行業(yè)是能耗大戶，歐美日等國家地區(qū)由于先進(jìn)設(shè)備、嚴(yán)格的工藝制度及健全的能源管理措施的綜合使用，20世紀(jì)70年代末歐洲熱處理單位能耗已達(dá)到500kW·h/t以下，日本達(dá)到400kW·h/t左右。我國同期的熱處理能耗是1200～1300kW·h/t，專業(yè)化調(diào)整后的90年代，平均單位能耗下降到1000kW·h/t，專業(yè)熱處理廠達(dá)到800kW·h/t。到“十二五”末期我國熱處理平均單位能耗降到約500kW·h/t，但仍高于工業(yè)發(fā)達(dá)國家30%以上。目前國內(nèi)不少小規(guī)模熱處理加工企業(yè)未采用可控氣氛和真空熱處理等為代表的先進(jìn)環(huán)保裝備，主要使用傳統(tǒng)落后設(shè)備，不可避免地會(huì)產(chǎn)生排放等污染，如鹽浴熱處理廢渣、清洗含油廢水及有機(jī)溶劑、開放淬火油煙、未屏蔽的加熱感應(yīng)輻射及各類噪聲超標(biāo)等。我國的熱處理企業(yè)，真空清洗、超聲波清洗、煙氣處理設(shè)備的普及率不到1%，煙氣排放和處理設(shè)施尚不完善，致使大量溫室和有害氣體（CO2、SOX、NOX）直接向大氣排放。

3轉(zhuǎn)向節(jié)的智能化加工

針對轉(zhuǎn)向節(jié)加工生產(chǎn)流程長、加工工序多、物料轉(zhuǎn)運(yùn)復(fù)雜、加工精度高、測量要求高的特點(diǎn)，搭建了具有鮮明行業(yè)特點(diǎn)的面向轉(zhuǎn)向節(jié)精密加工的MES系統(tǒng)平臺(tái)，在設(shè)備互聯(lián)互通的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)全過程的質(zhì)量數(shù)據(jù)、生產(chǎn)數(shù)據(jù)、物料數(shù)據(jù)、人員操作數(shù)據(jù)、設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，建立生產(chǎn)全過程質(zhì)量追蹤，以主成型機(jī)為核心，前端工藝?yán)瓌?dòng)生產(chǎn)，后端工藝推動(dòng)生產(chǎn)，減少中間在制品積壓，提高生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)向節(jié)智能機(jī)加工生產(chǎn)線的一種方式是由數(shù)控加工中心、機(jī)器人、機(jī)內(nèi)在線測量儀、自動(dòng)液壓夾具構(gòu)成，全線無人自動(dòng)化生產(chǎn)。轉(zhuǎn)向節(jié)智能機(jī)加工生產(chǎn)線的另一種方式是以多主軸加工中心為主體，配備機(jī)加轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)器人。這2種生產(chǎn)線都和企業(yè)ERP系統(tǒng)、PLM系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等有機(jī)結(jié)合，配置了以在線檢測、質(zhì)量追溯、設(shè)備工具物耗數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)、自動(dòng)排程為核心的MES系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)、上線激光刻碼、掃描、刀具破損檢測、在線檢測及產(chǎn)品質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析、刀具破損及壽命預(yù)警、設(shè)備能效監(jiān)控、設(shè)備運(yùn)行狀況及故障反饋查詢、報(bào)工、生產(chǎn)信息可視化等諸多功能。根據(jù)在線檢測得到的轉(zhuǎn)向節(jié)幾何參數(shù)，自動(dòng)調(diào)整加工工藝參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能化加工。整個(gè)加工過程是伴隨著物料轉(zhuǎn)移進(jìn)行工單轉(zhuǎn)移的一個(gè)過程。物料流轉(zhuǎn)和工單流轉(zhuǎn)是MES系統(tǒng)的2條主線，質(zhì)量信息、能源信息、設(shè)備信息綁定在工單上，產(chǎn)品生產(chǎn)全過程信息以批次號(hào)下管理工單的形式進(jìn)行聚合，輔助以ANDON系統(tǒng)、指揮中心、看板管理等功能，建設(shè)具有鮮明鍛壓特色的MES系統(tǒng)。智能終端內(nèi)部具有獨(dú)立的CPU和內(nèi)存，有以太網(wǎng)絡(luò)的RJ45接口和一個(gè)或多個(gè)RS232接口。其特點(diǎn)及優(yōu)勢為：（1）真正做到將串口線路縮短到最短，增強(qiáng)了串口通信的穩(wěn)定性。（2）計(jì)算機(jī)服務(wù)器的并行處理能力大大提高，系統(tǒng)安全、穩(wěn)定。（3）通過智能終端的方式連接，可以有效地避免病毒對機(jī)床的入侵。（4）后期可以通過智能終端和DNC采集軟件的配合，針對支持宏B的數(shù)控機(jī)床直接實(shí)現(xiàn)快速機(jī)床加工信息采集。（5）一個(gè)智能終端出現(xiàn)故障不會(huì)影響到其他設(shè)備。另外，在維修方面也更加方便快捷，不用擔(dān)心多串口服務(wù)器的方式下出現(xiàn)“一口損壞，整臺(tái)更換”的尷尬局面。在車間現(xiàn)場根據(jù)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和接口形式不同，采用不同的方式完成數(shù)據(jù)收集，總體分為網(wǎng)卡機(jī)床采集和串口機(jī)床采集，對于串口機(jī)床分為支持宏B自動(dòng)反饋的和不支持宏B自動(dòng)反饋2種。網(wǎng)絡(luò)DNC系統(tǒng)高級(jí)采集模塊功能提供企業(yè)部門樹和車間布局圖的展示，在車間布局圖上用戶可直觀看到各機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)，并可方便查詢單臺(tái)設(shè)備的詳細(xì)運(yùn)行狀態(tài)。另通過高級(jí)采集模塊可將各類采集方式采集到的生產(chǎn)管理需要的數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫。

結(jié)束語

綜上所述，傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)向節(jié)加工方式存在著加工效率低、耗能高和加工精度不穩(wěn)定等諸多缺點(diǎn)，已經(jīng)不適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的要求，基于MES系統(tǒng)及與ERP、PLM系統(tǒng)集成的轉(zhuǎn)向節(jié)智能機(jī)加工生產(chǎn)線，能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)劃排產(chǎn)、刀具破損檢測、在線檢測及產(chǎn)品質(zhì)量追溯、質(zhì)量分析、設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控、生產(chǎn)信息可視化等諸多功能，將是國內(nèi)外轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)企業(yè)的必然選擇。

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