柔性化加工

关键词： 加工

柔性化加工（精选八篇）

柔性化加工 篇1

三维曲面零件成形后,需要进行测量、划线、裁边、钻孔等后续加工过程,在此过程中如何支撑、定位这些工件就成为一个新的问题。大型薄板类覆盖件在自重作用下常常会产生较大变形,尤其在飞机制造中,钣金类零件尺寸大,后续加工工序多,而加工、装配的精度要求非常高。为此,对于每种工件,都需要制作专用工装进行支撑、定位。制作辅助工具费时、费力,而且需要大量的存储空间。飞机装配过程尤为突出,三维曲面零件需要通过一系列的辅助工具联接在一起,包括专用工装和夹具。工装将部件支撑并固定,而夹具则定位两个或多个部件进行加工或联接操作。为了解决上述问题,满足制造业的快速发展,近年来,出现了可用于不同操作过程的计算机控制柔性工具。工具的形状可以根据计算机数据快速被调整到所需要的形状。柔性工具技术具有快速、通用及节省成本的特点。

2 柔性工具技术

能够实现柔性工具的技术很多,其中,基于离散冲头的多点技术是用于板类零件柔性制造和装配的一种新技术。多点技术的核心是拥有高度可由计算机调整的数控冲头单元(Numerical Controlled Punch Element,NCPE)[1],如果多个NCPE紧密排列成冲头矩阵,它们可以作为可重构多点模具,用于钣金零件多点冲压成形或多点拉形(Multi-Point Forming Tooling,MPFT)。其型面可以根据计算机数据快速调整,因此,一套装置可以用于多种不同形状的零件成形。如果NCPE按照一定间隔及方式排列(图1),它就可以作为支撑成形后工件的可调整多点柔性工装使用(MultiPoint Positioning Tooling,MPFT)。作为一种柔性制造辅助工具,它可以定位、支撑成形后的三维曲面覆盖件,完成后续的测量、划线、裁边、钻孔等加工过程和焊接、铆接等联接工艺过程。

基于离散冲头的定位工装系统已经出现了30多年,美国科研人员申请了专利[2,3],他们以手动、机械、液压等方式使每个冲头伸出到固定位置,冲头到达所需位置后通过锁定机构锁定冲头,所有冲头形成的型面用来定位、支撑、夹持工件用于后续加工。另外,美国CAN Manufacturing Systems公司开发了商业化的离散冲头产品POGO Flexible Tooling Systems,用在波音等飞机制造企业的飞机零件生产及装备中[4]。西班牙的Mtorres公司也生产了商业化的TORRESTOOL产品,用在飞机钣金零件的检测、划线及加工中(见图2)[5]。近年来,吉林大学在多点成形技术研究及设备开发的基础上,结合欧盟第六框架协议项目的运行,进行了多点柔性工具技术的研发[6]。

3 柔性工具性能分析

在飞机、汽车等制造行业,有很多大型金属薄板类零件。当将其放置在多点柔性工具上面进行测量、划线等操作时,如果冲头点布置距离过大的话,工件会在自身重量的作用下产生变形,影响产品的最终质量。如果冲头单元排列紧密,虽然能够解决这个问题,但是会显著提高多点柔性工具的制造成本,而且使得系统复杂,难以推广使用。因此,数控冲头单元NCPE的排列形式以及排列间距问题就成为一个柔性工具性能与制造成本的优化问题。为解决这个问题,分析冲头的排列与工件在自重下变形的规律,显得十分重要,为此,本文作了仿真研究。

3.1 有限元模型建立

板材的变形过程是一个复杂的过程,它既要考虑材料的非线性,又要考虑几何非线性;既有弹性变形,又有塑性变形,同时又要分析预测弯曲成形过程中可能出现的各种成形缺陷。计算时所采用的材料应力应变的增量关系式为:

式中:dσij———应力增量;

dεkl———应变增量;

Dijklep=Dijkle-Dijklp,Dijkle———弹性矩阵;

Dijklp———塑性矩阵。在模拟分析中,假设板

在模拟分析中,假设板材与支架之间的摩擦力服从库仑摩擦定律,由于成形过程中板材与支架的接触点的状态是变化的,如果采用理想的库仑摩擦定律,摩擦力出现阶跃,计算将不稳定。为此,采用修正的库仑摩擦定律,即摩擦力成为相对滑动速度的连续函数:

式中:Ft和Fn———分别为接触点处的摩擦力和正压力;

△u觶t———板材与支架接触点的相对滑动速度;

μ———摩擦系数;

Φ(△u觶t)———可取如下形式:当△u觶t

其中d为一个不大的正数。

模拟中材料选择2024铝板,O状态。

3.2 有限元分析

为了简化计算过程,分析中假设NCPE排列成方形矩阵形式,且x,y方向等间隔,都等于m。分析工件尺寸1600mm×1200mm,板材厚度分别取0.5mm、1mm、2mm、4mm。冲头间距m分别取200mm、300mm、400mm,也就是说在工件尺寸不变的情况下,模拟分析中,多点柔性工具中冲头的个数分别为:63、30和20。另外,设每个冲头端部为半球形,工件与冲头接触为点接触。

有限元模型建立后,首先对平板在自重下的变形进行了模拟分析。图3为柔性工具冲头间距m为400mm,板厚1.0mm时,工件垂直方向y的变形情况。从图中看出,工件在自重作用下,未被冲头支撑的地方产生向下变形。由于是平板,板上各处变形比较均匀,y向最大位移达到了0.9mm。这个数值已经对测量、划线等操作产生影响。因此,如果对于1.0mm厚度的2024-O铝板,要使用多点支撑工具,其间距必须减小,或者其布置方式要改变。为进一步研究其变形规律,对不同间距m值,不同厚度的铝板在自重作用下的变形规律进行了模拟实验,其中y向最大变形量与板厚及冲头间距m的关系如图4所示。

从图4可以看出,对于固定的多点支撑工具,被支撑铝板在自重下的变形量随着板厚的增加而减小。以m值为400mm的柔性工具为例,0.5mm厚平板的最大变形量达到3.4mm,而同样情况下,4mm厚平板的最大变形量只有0.06mm。前者的变形已经不能接受,而后者在一定情况下则可以使用。也就是说,每一种固定结构的多点柔性工具都有一定的使用范围。

另一方面,在板厚固定的情况下,工件在自重下的变形量随着m值的增大而增大。对于1mm厚的平板来说,m为200mm时,其最大变形量只有0.05mm,而当m为400mm时,其最大变形量为0.9mm。其间距增加了一倍,而最大变形量则是18倍。因此,对于多点柔性工具,m值的选择十分关键。

在分析了平板的最大变形与板厚及m值的关系后,进一步研究变形后工件在多点工具上的变形规律。首先研究二维形状工件,选取尺寸为1600mm×1200mm的柱面工件,柱面半径1200mm,材料铝2024-O。仿真中将多点柔性工具调整到目标型面,然后将柱面放置在支架上呈自由状态,研究其在自重下各点的变形量。仿真结果显示,y向变形沿长边方向呈现规律变化,横向变形量则较小,这是因为横向在变形过程中产生了加工硬化,使得在该方向抵抗变形的能力增强。

图5是柱面最大变形量与板厚及m值的关系。由图可见,其最大变形量与板厚变化的规律与平板相同,也是随着板厚的增加,变形量逐步减小。同样在m值为400mm的柔性工具上,板厚0.5mm工件的最大变形量是2.1mm,板厚4mm的最大变形量为0.05mm。与平板比较,工件的最大变形量明显减小,尤其是薄工件。对于板厚4mm的工件,单向变形后变形量也减小,但差距不是很明显。最大变形量同样也随着m值的增大而增大,1mm厚工件m为200mm时为0.04mm,400mm时为0.6mm。相对平板来说都有所减小。

最后对双向都有变形的三维形状工件的变形进行仿真分析。图6为1600mm×1200mm,半径为2000mm的球形工件在m值为400mm的多点柔性工具上的y向变形量分布图,其最大变形量出现在边缘位置。

图7是柱面工件最大变形量与板厚及m值的关系。最大变形量亦随着工件板厚的增加而减小,随着m的增大而增大。但是变形量与只有一个方向变形的柱面件相比较有明显的减小。同样对于m为400mm的多点柔性工具,0.5mm厚的球面变形量只有0.8mm,4mm厚时更是减小到0.04mm。这是因为对于球形工件,在两个方向成形后都产生加工硬化现象,工件抵抗因自重而变形的能力得到加强。球面件最大变形量与m值的变化趋势与平板及柱面相同。

从图4、5、7的比较可以看出,对于相同的多点柔性工具、相同的板厚、不同几何形状的工件其在自重下的变形量各不相同。对于1mm厚工件,在m为300mm的多点柔性工具上,平板的最大变形量为0.3mm,柱面为0.2mm,球面为0.1mm。由此可见,几何形状越复杂的工件放置在多点工具上时其变形量越小。

4 结束语

多点柔性工具技术是一种机电一体化的柔性工装,在计算机的控制下,能够根据需要改变自己的型面,以支撑、定位成形后的三维曲面零件。有限元模拟分析结果显示,在使用多点柔性工具支撑薄板类工件时,工件在自重下的最大变形量随着板厚的增加而减小,随着冲头间距m的增大而增大。这一结论,对多点柔性工具的设计与开发具有理论指导意义。当然,这里只研究了冲头间隔对变形的影响,没有详细分析冲头的不同排列形式对工件变形的影响。

摘要：针对成形后金属三维曲面零件的测量、装配等后续加工的支撑问题,提出了多点柔性工具技术。该柔性工具由按矩阵排列的数控调整冲头单元组成,可以根据CAD数据任意改变型面。本文对由多点柔性工具支撑的工件在自重下的变形规律进行了有限元分析,得到了工件最大变形量与板材厚度及冲头单元间距之间的关系,为多点柔性工具的设计开发提供了理论依据。

关键词：机械制造,柔性工装,三维曲面加工,有限元分析

参考文献

[1]Chunguo Liu,Mingzhe Li,Wenzhi Fu.Principles and apparatus of multi-point forming for sheet metal.International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2008,Volume35(Numbers 11-12):1227-1233.

[2]Flexible tooling apparatus.US patent.5,722,646(filed29August1995).

[3]Universal holding fixture.US Patent.4,684,113(filed28September1984).

[4]http://www.cnaflextool.com.

[5]http://www.mtorres.com.

柔性化加工 篇2

【关键词】机械加工技术 个性化教学 策略

【中图分类号】 G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2014）08C-0145-02

个性化教育是针对学生的个性差异，为每一位学生都得到个性发展而实施的一种教育模式，是一种人性化的教育理念。传统教育模式下根据学生的学习结果而对学生作出“好”和“差”的评价做法，完全忽略了每个正常的学生都有与众不同的个性化差异这一事实。实际上，学生接受新知识的能力存在阶梯差异，因此，教师应树立对每一位学生终身发展负责的职业教育理念，承认差异、找到差异、认识差异和尊重差异，针对差异特征，科学合理地设计个性化学习策略，实施个性化教学，让每个学生都能通过教育走向成功。

机械加工技术课程是中职学校加工制造类专业的核心课程，该课程的教学具有实践性、应用性强的特征，具有技能性和技术性双层次培养规格。然而，该课程目前的教学普遍存在两方面问题：一方面，课程内容上，概念多、抽象、实践性强等，使得课程在教学实施过程中面临诸多困难；另一方面，教学方法、教学手段上，脱离学生的实际认知和接受能力，使教学进度与学生掌握程度不能同步，难以形成教与学的良性循环。对此，建立一种全新的以就业为导向、以能力为本位、以职业岗位需求为主线的个性化教学模式势在必行。

一、制订个性化教学大纲和计划

机械加工技术课程是机械制造类专业的一门重要专业主干课程。该课程的指导思想是：以机械加工工艺为主线，将金属切削机床、金属切削原理及刀具、机械制造工艺学等知识有机地结合起来，注重培养学生的全面素质和综合职业能力。在实践教学中，可根据学生的培养规格即技能型和技术型以及根据学生自身定位和发展价值取向来制订教学大纲和计划。课程教学大纲采取模块式结构，依据课程特点，分别设计建立多层次、多方位的能力素质结构模块。模块设置分为基础模块、选学模块、综合实践模块等。基础模块以“必须、够用”为原则确定基础性教学内容和基本要求。选学模块是由学校根据专业学习的实际需要和满足不同个性化学生学习需求而确定的拓展部分。综合实践模块则是体现综合性和强调实践性的。每一教学模块，都规定相应的专业能力、方法能力和社会能力目标。学生可结合自身需求选择、合理搭建教学内容模块。这样，变刚性组合为柔性组合，更有利于个性化教学设计，从而使教学大纲和教学计划的适应性明显增强。

二、设计个性化教学内容

针对不同个性化的学习要求，以培养学生的职业能力为目标，打破原有学科体系的框架。改变按单一学科系统安排教学内容的方式，结合职业岗位的知识、能力要求，按照国家职业技能标准、行业职业技能鉴定规范，围绕职业能力的形成，分解知识、能力要点，将学习内容整合在与职业真实工作任务相贴近的学习模块和综合项目中。通过设计和学生生活相关的案例和任务，让学生以自己的认知方式来理解和建构知识，并在此过程中使学生解决问题和发现知识汇聚在一起，使学生在实践应用的过程中实现知识的转化和创造。

个性化教学内容的设计适应于基于工作过程的任务驱动教学法的实施，让学生以任务驱动方式完成工作任务，在完成任务的过程中融入职业道德、职业意识元素，让学生充分体验各工作要素及其相互间的关系。在教学实践时，要根据学生的不同个性、实际认知水平来设计任务，让任务从简单到复杂。始终以学生的角度考虑，注意学生的特点与知识接受能力的差异，充分考虑学生的现有基础、认知能力和兴趣等。以兴趣为主线，以实用为载体，以培养学生的能力为目的。设计要有层次性，在个性化教学内容的设计上应做到：理论教学与实践教学相结合；知识、能力和素质培养相结合；职业技术与职业技能相结合。

三、构建个性化教学情境

可根据培养方向，构建个性化教学情境。教师不仅是教学活动的组织者，更是满足不同个性化学习要求的情境构建者。即为向不同的学生提供全程的个性化环境体验，根据课程大纲要求，以文字教材为基础，抓住重点和难点，扩大教学信息量，解决内容与学时的矛盾。对适于用图像、动画、音像等形式表达的内容，制作配套辅助教学多媒体课件，将机械加工技术的实用知识直观、生动、形象地展示给学生，使学生易于理解和接受。通过录像真实展示生产现场情境，代替现场参观。将电子教案发给学生，解决使用多媒体后记笔记困难问题，循环播放音像多媒体课件，再现教师讲课过程，便于学生自学与复习，提高教学效率与质量。课程情境化增强了课程的灵活性，可以实现课程结构的柔性化，也可适应课程个性化的要求，满足学生个性发展的需要。同时，增强了课程的可选择性，进一步激发了学生学习的动力。

在满足不同个性化学习要求的同时，为完成对学生的专业能力、方法能力和社会能力的培养，教师要为不同个性化的学生之间搭建交流、合作的平台，实现个性化、协作型的有机结合，以达到对不同个性化完美人格的培养。在教学时空上，应减少教师为主体的活动时间，增加学生活动的时间，让学生有充分的时间和精力接受个性化教学、进行个性化学习。在教学方案设计上要开放弹性，为学生主动参与留出时间与空间，为教学过程的动态生成创设条件。

四、构建个性化教学资源网络平台

可根据课程的培养目标建立一个系统的、覆盖课程核心体系的个性化教学网络资源平台，该平台充分考虑学生的发展定位取向、需求、情感、兴趣等要素，是实施个性化教学的重要形式。具有不同个性的学生通过网络资源平台满足自己不同的学习要求。学生可不受时间、空间的限制，登录后有选择地进行学习，并能同其他学生组成学习小组，在充分沟通与交流中共享学习成果、增长知识与技能，使以人的发展为目的的个性化职业教育理念得以实现。

个性化教学资源网络平台是以课程为中心进行设计的，所有教学内容均围绕课程教学而展开，将教学资源融合在课堂管理中，实现网上教学、课堂管理、教学资源管理、查找资料、备课、设置教学进度、布置作业、在线测试、答疑、双向沟通等良好功能。网络教学平台建设内容包括网络课件、视频录像、试题库、电子教材、教案、实践训练任务等，面向全体学生开放，允许学生在任何时间、任何地点进行有选择性的学习，为学生提供自主式、协作式的学习空间。此外，还可在教学平台上开展设计、实验、测评等教学活动。虚实结合的实践环境，为教师提供数字式平台，有利于教师主导作用的发挥，有利于实现“以人为本”的个性化实践教学，能够加强学生解决实际问题能力的培养，进而为创新能力的培养搭建广阔的平台。可见，通过有效利用数字化教学资源辅助教学，合理利用网络与多媒体技术，可以满足学生个性化学习的需求。

五、建立客观公正的个性化评价体系

建立一个科学、合理、规范、高效的课程教学评价体系是课程教学改革成功的保证。人的智力具有多元性，职业教育应有与之对应的对学生进行评价的内容、方法、标准和模式，尊重学生的个体差异性。对此，应建立灵活多样的评价体系，注重过程性评价。即改变传统的单凭一纸试卷评定成绩的方法，把教师评价与学生自评、互评相结合，实行多环节考核（课堂练习与讨论、平时作业与大作业、实验报告、期末考试等）相结合，并从专业能力、方法能力、社会能力等方面加以评价。

实践中，笔者所在课题组对以上机械加工技术课程个性化教学策略进行了研究并付诸实践，取得了很好的成效，可见，这样的个性化教学策略是有利于学生的个性化发展的，值得推而广之。

【参考文献】

[1]邓志伟.个性化教学论[M].上海：上海教育出版社，2001

[2]李如密，刘玉静.个性化教学的内涵及其特征[J].教育理论与实践，2001（9）

[3]唐丹.促进职业教育学生个性发展的策略[J].科技创业月刊，2005（7）

[4]黄亚媛.多元智能理论与职业学校学生个性发展[J].中等职业教育，2004（20）

【基金项目】教育部全国教育信息技术“十二五”规划重点课题（111820089-02-0066）

【作者简介】黄学荣（1965- ），男，蒙古族，辽宁北票人，朝阳职工工学院机电工程系主任，高级讲师，硕士，研究方向：机械加工技术。

储柜柔性分组加工功能的开发 篇3

淮阴卷烟厂通过对布料车进行机械改造,调整相应控制程序,改变行车的往复运转传动装置来实现储柜进出料量的可调。其项目的施工难度大、工期长、费用高且实现的功能不够灵活。济南卷烟厂制丝车间通过研究投料量、布料长度、布料车运行速度的数学模型,以及开发PLC、Intouch程序,自行研发了中试线储柜的柔性可调式进出柜系统,实现了储柜的柔性分组加工功能,极大地节省了设备改造、软件开发的费用。

1 中试线制丝工艺及电控系统

济南卷烟厂制丝车间中试生产线是制丝车间小批量加工的试验生产线,生产加工能力为2000kg/h。

叶丝线工艺流程:开箱→切片→松散回潮→筛分和加料→烟叶预配→配叶贮叶→筛分→切叶丝→HT增温增湿→滚筒式叶丝干燥→比例掺配→加香→配丝贮丝→入库→储供丝。

中试线共有CP202、CP204、CP207三个电控柜,其中CP202负责制叶及烟叶进柜,CP204负责烟叶出柜及制丝,CP207负责混丝搀兑及烟丝进柜。各电控柜以及I/O箱之间采用Profinet CBA通信,CP202+19、20、21 I/O箱控制储柜进柜,CP204+12、13 I/O箱控制储柜出柜,储柜布料车、底带分别由变频器控制,布料带由双向馈电器控制,每个储柜有对射式光电管6对。电控系统主站与从站网络图如图1所示。

2 中试线储柜

中试线共有16个储柜,均为对顶式储柜。储柜额定存储能力5000kg,存储高度要求约900mm±10mm,储柜最大布料长度14m,进料方式采用平铺式进料,能够满足正常批量生产时的要求。当生产小批量烟叶时,储叶为1000kg左右,由于加工的烟叶较少,烟叶均匀地铺放到整个叶柜中,布料高度过低,平均仅有约200mm。在出柜时,后工序流量要求为2000kg/h,即使在底带速度调到最大的情况下,还是形成出柜流量不足,满足不了后工序切丝的需求,造成断料。

3 数学模型

3.1 相关定义

M:存储烟叶的重量;L:储柜布料长度;W:储柜宽度;H:烟叶储存高度;ρ:储存烟叶密度;T:布料车反向时间,即布料车在触发接近开关后返回时间;V:布料车的运行速度。

3.2 数学模型的建立

H=900mm为固定值,M1=5000kg为储柜额定存储量,L1为储柜布料长度;M2为小批量进柜时的烟叶重量,L2为小批量进柜时理论布料长度。

小批量进料与正常进料方式的H、ρ相同,可知:

即:

因为T=L/V,可得:

式中,t为修正时间。由上式可知,T的大小由V决定。

采集现场变频器实际运行的6组(每组10个样本)数据(见表1),建立速度与频率的回归方程(见图2),利用方差分析(见表2)进行回归方程的显著性检验。

将布料车运行速度与变频器运行频率的回归方程代入时间方程,最终的数学模型建立完成:

3.3 确定关键技术参数

3.3.1 布料车与布料带速比

流量为2000kg/h,进行布料车与布料带速比实验,结果见表3,确定其值为2:1。

3.3.2 α的参数估计

α是布料达到布料要求后的斜坡倾角。在布料高度为900mm时,测量α,并对其均值进行90%的置信区间估计得到[71.62°,78.41°],为了方便计算,采用α=75°。

3.3.3 最小返向时间

为了避免电机频繁的正反向运行,以及考虑到接近开关的触发响应时间,保护设备正常运行,设定最小返向时间为4s。

3.3.4 最小入柜量

将最小反向时间带入数学模型公式,计算得到235.71kg,所以设定小批量进柜的下限为240kg。

3.3.5 储柜柔性储存能力

储柜柔性储存能力设定为240～5000kg,在Intouch人机接口程序中允许输入进柜量240～5000kg。

4 PLC程序控制流程

PLC程序控制流程如图3所示。包括以下步骤:

(1)上位机下达启动命令后,控制程序开始正向布料,并判断是否选用了小批量进柜方式。

(2)如果步骤(1)选用了小批量进柜方式,则根据批次产量和储柜的容量计算布料长度,利用计时器控制布料长度,并判断是否到达所计算的布料长度;如果到达了所计算的布料长度,停止正向布料开始反向布料,利用行程开关控制反向布料,当布料到达左端行程开关时,停止反向布料,开始正向布料,同时复位计时器重新开始计时;当到达所计算的布料长度后,停止正向布料,开始反向布料,如此循环实现小批量布料。

(3)如果步骤(1)没有选择小批量布料方式,则利用左右行程开关控制布料。当到达左端行程开关时开始正向布料,当到达右端行程开关时开始反向布料,如此循环。

5 人机界面操作功能

在CP202现场操作屏上,利用Intouch程序开发小批量入柜操作的人机界面,实现以下操作功能:

(1)在CP202现场操作屏上,选择“生产控制”,如图4所示。

(2)在“生产控制”选项中,选择进柜号“2203”,点击“进柜方式”,如图5所示。

(3)在选择“进柜方式”后,弹出对话框,选择“小批量”,如图6所示。

(4)在“进柜量”处输入“1500”kg,如图7所示。

(5)操作完成后,点击“集中控制”后在主画面上出现提示语“请注意,现在选择的是小批量进柜方式”,如图8所示。

(6)在生产完成后,操作人员按上述步骤将进柜方式由“小批量”改为“满柜”。

6 柔性储柜功能验证实验

6.1 实现对顶式储柜柔性加工功能

选择“小批量”进柜方式,并在1000～3000kg之间选择5个投料量,各进行3次测试,测试数据如表4所示。可知,储柜布料高度均在900mm±10mm范围内,实际布料长度与系统自动算出结果一致,实现了储柜依据烟叶投料量柔性贮存的功能。

6.2 实现单个储柜小批量分组加工功能

在实现储柜柔性进料的基础上,还可以实现储柜小批量分组加工功能。例如,某个牌号产品由4个子配方组成,在经过拆箱、切片、回潮、加料工序后,烟叶在储叶柜进行分组贮存。烟叶出柜时可以依据工艺配方要求,按比例混合出料。

7 结语

此次项目改造,在不增减、改动任何硬件设备的情况下,实现了对顶式储叶柜的柔性可调式平铺进柜工作方式,满足了正常生产与小批量生产、工艺试样生产对于储柜的需求;并且,可进行多个子配方的分组储存,实现小批量分组加工功能,使企业生产加工更加精细化,为打造柔性工艺技术平台、实现烟叶分组加工奠定了技术基础。程序封装后移植性好,方便灵活,便于多组储柜同时改造、调试。

参考文献

[1]中国烟草总公司.卷烟工艺规范[M].北京:中国轻工业出版社,1994

柔性化加工 篇4

1. 农产品加工企业概念

农产品加工企业主要是以农业物料也就是人工种养或野生动植物资源为原料物资作为生产资料, 附加科学技术, 进而加工成高一级或其他产品的企业单位, 它是农产品附加值提升的龙头支柱.

2. 福利的含义

本文所述福利都是指广义的福利, 是指企业为了保留和激励员工, 采用的现金或者非现金形式的报酬。福利的功能主要是用做改善劳动条件等方面的功能。目前很多企业的福利在薪酬中占的比重越来越大, 福利, 更多的是为了激励员工的积极性, 留住员工的心, 使之更好的为企业服务。同时福利在某些方面还可以改善员工之间, 或者员工和管理层之间的关系。

3. 农产品加工企业特点

农产品加工企业既是国家宏观经济的重要组成部分, 又可以解决农民就业问题, 是国民经济的重要组成部分。如何促进农产品加工企业健康稳定的发展是当前社会经济发展的重要环节之一。其中人的问题, 是企业发展的关键问题之一。调查了解, 湖北省很多农产品加工企业是村办企业, 或者起于前店后厂的作坊, 虽然在这期间国内引进了国内外很多先进的管理经验。但是大多数农产品加工企业在薪酬管理中普遍存在。没有建立真正的薪酬制度和薪酬体系, 不能充分调动员工积极性。我省农产品加工企业的员工绝大部分来自附近农村, 素质相对低下, 他们的乡土意识强、文化水平相对较低;缺乏市场观念、竞争观念和进取精神。而这些特点限制他们的创新精神;他们在工作中缺乏规范意识、安全意识和诚信意识, 这些特点会影响企业的发展。

二、农产品加工企业员工的福利状况

由于农产品加工企业人员的特殊性, 以及企业性质的特殊性, 导致我省农产品加工企业员工不能适应农产品加工企业从劳动密集型、资源型和粗加工企业向技术密集型、生产高、新、精产品的顺利转换。我省农产品加工企业目前的员工福利现状总结如下:

1. 农产品加工企业管理层不重视员工福利

人力资源管理是企业管理的重要部分, 而薪酬管理是人力资源管理的重要环节。人才培养和激励, 是人事管理的重要内容, 农业企业想要得到更好的发展, 离不开人才, 想要留住核心人才, 管理层必须注重人才管理, 必须意识到, 福利制度也是留住人才的关键一环。据了解我省农产品加工企业的管理层不重视福利, 员工的薪酬组成绝大部分由工资组成, 然后会有一部分节假日的补贴, 这就是所谓的福利了, 这一部分福利一般少的可怜, 可能是一两百块钱购物卡, 也可能是一袋米、一壶油或者几十斤农产品, 而了解发现, 大多数员工对这些福利都是不满意的, 觉得仅仅是形式注意而已。

2. 员工福利所占比重不合理

薪酬主要包括工资、奖金与福利, 工资是本的生活保障, 奖金具有直接激励功能, 而福利是具有明显激励功能的报, 福利政策应用的成功与否, 是企业留住人才的关键, 这当是所有企业留住人才考虑的重点。我省目前的农产品加工企业中, 薪酬制度比较死板。薪酬的绝大部分由基本工资组成, 其次是奖金, 比如突出贡献奖啊, 现金奖等, 这部分比例一般比较小, 最后加上一部分货币形式的福利, 主要是节假日补贴, 以货币的形式发放。目前国内外大公司的福利已经占到薪酬的很大一部分比例, 占40%之多, 其中既有货币形式的福利也有非货币形式的福利, 可见福利留人的重要性, 不过农产品加工企业有其特殊性, 可以根据自身特点制定符合自己的福利制度。

3. 员工福利形式单一

福利既可以是货币性福利也可以是非货币性福利, 非货币性福利可能更符合员工的需求, 可以满足员工更高层次的要求。农业企业的特殊性决定它不可能像大企业那样高薪留住员工, 那么可以根据自己的特点, 制定一些个性化的福利吸引员工, 留住员工。据了解, 我省能产品加工企业员工的薪酬形式单一, 特别是福利几乎都是雷同, 一般是节假日福利, 也就是逢年过节的时候给员工发几张购物卡或者给工资卡打一点现金, 数量不多, 形式也不够吸引人, 这样的福利仅仅就是走个形式而已, 没有发挥实质性的作用。

4. 盲目模仿大企业的福利制度

由于农业企业的特殊性, 我省大部分农业企业没有规范、合理的薪酬制度, 只是员工积极性受到限制。随着市场竞争加剧, 企业管理层也意识到了薪酬制度的重要性, 意识到福利的重要性, 逐渐将高报酬和中等程度的福利结合在一起, 但是有的企业在改变的过程中盲目模仿大企业的做法, 不符合农产品加工企业的实际情况, 也会适得其反。例如农产品加工企业可能无法像大企业那样靠高薪或者可观的福利留住员工, 那么可以从设计符合农产品加工企业的个性化福利着手。

三、完善农产品加工企业员工福利制度的对策

农产品加工企业人员参差不齐, 从小学到博士都有, 而且农产品加工企业本地居民职工比较多, 针对这种情况, 以及通过了解到的本省农产品加工企业的这些现状, 笔者提出以下几点个性化福利制度, 以期解决农产品加工企业人才难留的问题。

1. 管理层必须意识到福利制度在人力资源管理中的重要性

工资高低只是当前市场水平总体体现, 而福利则是企业对员工的一种长期承诺, 在某种层面, 员工会更关心企业的福利而不仅仅是工资水平。农产品加工企业无论从地理环境、盈利实力、还是工作环境、人员发展等发面都无法给员工提供满意的发展空间, 正因为如此, 农产品加工企业的管理层更应该注重员工福利, 想办法弥补这些缺憾。百胜餐饮集团董事局主席大卫·诺瓦克曾说:“如果你不善待你的员工, 你就永远别指望他会善待你的顾客。”这可能会给我们农产品加工企业的管理者一些启示。笔者认为, 农产品加工企业要重视员工福利, 创新是必要的。比如, 可以在为员工提供养老保险、医疗保险、失业保险的基础上, 设计个性化、多元化的福利项目。不仅涉及物质类型的福利也涉及精神层面的福利项目。解决员工的安全感、归属感、责任感等问题。只有充分信任员工、服务于员工, 才能最大限度的发挥员工的积极性和创造性, 增强员工的责任感和主人翁精神, 对增强企业的创造力和凝聚力发挥巨大作用。

2. 增大福利在薪酬中所占比重

据了解, 我省农产品加工企业员工的福利多采用固定福利, 一般也就是节假日补贴的形式发放, 数额少, 没有等级区分。由于农产品加工企业不可能像大企业那样增加福利的绝对数值, 可以考虑多样化和弹性的福利措施。比如将员工的福利和绩效考核结合起来, 通过绩效考评方式, 使农产品加工企业的员工甚至管理人员都有机会通过指定计划来克服工作中的低效率行为, 规范正确行为, 实现组织的绩效目标。科学合理的绩效考评方法能激发员工的积极性, 使员工感到公平合理, 从而增强企业的凝聚力。其次, 还可以以精神福利的形式增加员工福利, 比如组织员工及其家属参加文艺活动、培训、旅游等福利项目, 既能增加员工福利, 又不会太大幅度增加企业负担。对于农产品加工企业员工来说, 这些有特色的个性化的福利可能正是员工所需。

3. 引入多样化的员工福利形式

农产品加工企业在其实际工作中, 不仅要要考虑经济性质的福利, 更应该重视非经济性质的福利。而非经济性质的福利可以满足员工更高层次的、更多方面的需求。考虑到本省农产品加工企业福利形式的单一, 笔者提出以下一些福利形式可供借鉴。首先, 培训计划。农产品加工企业的员工更应该制定合理有序的职工培训计划。这里的员工可能大多数来自农村, 学历不是很高, 视野不够开阔, 对自己的人生规划比较模糊。管理层应该帮助员工制定职业计划, 帮助他们规划自己的职业生涯, 同时为他们提供个人发展的机会, 在了解自己的兴趣、技能或价值的同时尽量将个人价值的实现与公司发展保持一致。其次, 给员工提供精神福利。针对农产品加工企业的员工特点, 可以开展适合的公司集体活动。比如, 可以每周利用半天时间组织员工参加茶话会, 茶话会的内容可以是民间歌舞表演、可以是农民运动会、也可以是创意大赛等形式, 这样既可以增加员工的团结性、又让大家感受到组织的融洽、让员工对企业有家的依恋, 这样也是留住员工的较好形式之一。然后, 建立职业年金计划, 给员工一份安全感。职业年金也叫补充养老保险计划, 是由企业自己建立起来的只向本企业员工提供退休津贴的养老保险计划。它和工资不同的是, 员工必须服务到退休, 才能领取的这部分养老保险计划。这对于增加员工的归属感、安全感意义重大。农产品加工企业员工的特点, 大部分员工追求稳定、安定, 所以管理层必须考虑员工的归属感。除此之外, 还可以为员工提供他方咨询项目的福利、可以为员工提供免费体检、全家游等项目的福利。总之, 农产品加工企业要想通过福利制度完善薪酬管理, 必须从根本上意识到福利制度的重要性, 加大福利投入在薪酬成本中的比重, 针对自己的员工的特点, 制定个性化的福利制度。

4. 制定个性化的福利制度

农产品加工企业员工的特点可能决定他们和国外大企业或者大型国企员工的需求不同, 而且农产品加工业无论是利润和资金流, 还是管理经验都无法和这些大企业相比, 那么, 农产品加工企业在完善薪酬制度, 改变福利政策的道路上也不可能完全照搬这些大企业的经验。对于农产品加工企业的员工而言, 可能更注重公平感、归属感。笔者认为, 在制定个性化福利制度的时候应该考虑到员工的普遍需求。可以在设计福利制度的时候增加这种投入。

总之, 农产品加工企业管理者必须充分意识到人才对于企业的重要性, 要想发展企业, 必须先留住核心人才, 针对自己员工的特点制定“个性化”福利, 完善薪酬管理制度, 抓住员工的心, 留住人才为企业发展壮大做准备。

摘要：我国是农业大国, 农产品加工企业对于促进农业生产发展、提高农业经济效率、甚至在国民经济的发展中都具有举足重轻的作用。企业的发展离不开高素质的人才, 薪酬问题是企业管理的一项主要问题, 合理有效的薪酬制度对于提高员工的积极性, 留住核心员工具有重要作用。福利, 是薪酬的重要组成部分, 本文通过对湖北省农产品加工企业员工的福利现状的分析, 指出农产品加工企业福利制度存在的问题, 并提出改进措施。

关键词：农产品加工企业,薪酬,对策

参考文献

[1]崔凯.农业企业人力资源管理杂谈[J].人力资源, 2009 (01) .

[2]蒋玮静.试论薪酬设计中的公平与效率[J].经营管理者, 2010 (01) .

[3]孙永春.现代企业薪酬管理探究[J].科技广场, 2012 (6) .

柔性化加工 篇5

关键词：薄壁件,真空夹具,变形分析

0 引言

真空夹具在薄壁件的加工中应用广泛,如SCHMALZ(施迈茨)公司设计的真空装夹系统[1],适合底部平整、面积较大的金属薄壁件加工。针对薄壁结构件如飞机蒙皮的装夹问题,近年来出现了多点柔性夹具,如西班牙M.Torres公司的TORRESTOOL多点柔性工装系统[2],该夹具可用于飞机机身、机翼等飞机蒙皮的切边和钻铣。北京航空航天大学建立了基于可重构柔性多点模具的飞机蒙皮数字化拉形试验系统[3],突破了飞机蒙皮CAD数模工艺补充面的自动生成技术。中航工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司针对大型薄壁件的加工变形采取的措施之一是设计正反两面加工的真空夹具[4]。这些真空夹具的设计都为薄壁构件的加工变形控制和加工精度的保证提供了有效方法。

典型的飞机薄壁构件表面由多个型腔组成,这些小型腔的腹板部分厚度最薄处达到1mm以下,结构复杂,形状和尺寸多变。该类结构件通常不能采用上述的真空夹具,而采用专用的真空夹具,则夹具品种多、数目多,无法保证夹具的通用性。本文针对整体壁板类薄壁结构的加工设计了一套真空柔性夹具,并研究了吸盘结构以及板厚对薄壁结构的影响。

1 真空柔性夹具的设计

某飞机的薄壁构件如图1所示。由于腹板较薄,加工时受到刀具轴向切削力的作用容易变形,因此为每处腹板增加一套真空柔性夹具,既能提供均匀的夹紧力,又能使腹板得到有效支撑。真空柔性夹具结构如图2所示。

真空柔性夹具的工作原理是:未供油压时,夹具处于释放状态;开始供油后,活塞上升,柱塞弹簧带动吸盘上升直至完全接触工件;接着,在油压的作用下锥套下移,通过钢球对套筒产生较大的径向作用力,从而对柱塞产生强劲的抱紧力;最后,通过真空泵对密封腔抽真空,在吸附区域产生均匀的夹紧力,工件加工完成后,使密闭腔与大气相通,即可松开工件。真空柔性夹具安装方便,具有自适应性,不用手动调整吸盘的高度,针对不同型腔大小的腹板结构,仅更换真空吸附夹具上方的组件即可。

2 有限元模型的建立

在相同的切削用量和切削方式情况下,腹板的变形规律相似,这里仅取某一处腹板结构进行分析。简化后的装夹几何模型如图3所示。密封件由橡胶制成,材质较软,加工期间对腹板的变形影响可忽略不计,因此在有限元仿真中忽略密封件三维模型,在工件相应区域施加分布载荷q代替负压,选取q=55kPa。为了避免吸盘割伤铝合金工件,吸盘材料选择铝合金,工件和吸盘的材料参数见表1。

将建立的三维模型导入有限元分析软件内,采用8节点六面体单元C3D8R对承载盘和工件进行网格划分,并对承载盘和工件接触区域的网格进行细化。为了对位移的求解结果要求精确,因此选择线性缩减积分单元;腹板在受力分析中承受弯矩,沿厚度方向上至少应划分4个单元[5]。工件腹板下表面和吸盘上表面定义Surface Intact,其接触属性设置为库伦摩擦,摩擦因数为0.09。施加边界条件时,吸盘下表面和整体框左右端突出部分施加固定约束。

3 吸盘结构对薄壁件影响分析

采用真空柔性夹具辅助支撑腹板,即增加了一块刚性支撑,又得到了均匀分布的夹紧力,从而提高了加工时工件的刚度。若对腹板上所有点进行受力分析计算,计算量比较庞大,因此仅选取一些参考点进行仿真分析。从腹板上表面中心向左依次选取A至G共7个参考点,参考点与腹板中心的距离如表2所示。

mm

取D=40 mm,D1=8 mm,D2=50 mm,a=80mm,板厚h=2mm,其余板厚为5 mm,分别在各参考点处直径Φ1mm内的范围加载幅值为100N的变载荷,在其他条件不变的情况下,通过有限元软件模拟了有、无真空柔性夹具作为辅助支撑两种条件下的腹板法向变形。

图4(a)给出了无真空夹具作为支撑情况下,不同参考点处施加载荷所引起腹板受力变形,图中曲线1~7分别代表在参考点A至G处单独施加载荷所引起的腹板各点Z向位移;图4(b)给出了有真空夹具作为支撑情况下,不同参考点处施加载荷所引起腹板受力变形,图中曲线1~7分别代表在参考点A至G处单独施加载荷所引起的腹板各点Z向位移。

由图4可以看出,在有、无真空夹具作为支撑的两种情况下,腹板中心区域节点Z向位移量都较其他区域节点Z向位移大;在有辅助支撑的情况下,腹板中心区域节点Z向位移较无支撑状态明显减小。分别在参考点A、B、C、D处施加载荷时,在腹板上引起的节点Z向位移总体较大,越靠近载荷处,节点Z向位移越大。受力区域越靠近框壁,整体变形越小,受力区域的最大节点Z向位移同样也减小。

4 板厚对腹板变形的影响分析

薄壁件厚度越小,抵抗变形的能力越弱,在加工过程中极易因切削作用而产生“让刀现象”和颤振。在真空柔性夹具作为辅助支撑、其余条件同上节情况下,分别选取不同腹板厚度进行分析,表3中列出了各参考点处节点最大Z向位移量随厚度的变化。

μm

由表3可知,当板厚h为3mm、4mm时,腹板在各参考点处节点Z向位移量整体较小,这是由于腹板厚度增大,刚度变大的缘故;当板厚h=2mm时,在腹板中心区域受力导致的节点位移量明显增加,腹板在其余参考点处受力时,节点Z向位移量都有所增加。腹板厚度较小时,增加真空柔性夹具是有必要的。

5 吸盘结构的改进

由第4节可知,对于同一套吸盘而言,当腹板厚度变小时,由于密封腔边界相对腹板厚度较大,腹板刚度不足,节点Z向位移明显增加。针对上述问题,提出以下改善措施:减小真空腔边界间距,划分成多个真空腔,同时增大吸盘直径,改进后的简化装夹模型如图5所示。在其他条件同第4节的情况下,对腹板进行了有限元仿真分析。图6为改进后有真空吸附单元作为支撑情况下,不同参考点处施加载荷所引起腹板受力变形。图6中曲线1~7分别代表在参考点A至G处单独施加载荷所引起的腹板各点Z向位移。

由图4和图6可以看出,吸盘结构改进后,腹板中心区域受载时,腹板节点Z向位移明显减小;同时腹板中心区域节点位移量大小基本相等,较改进前得到有效改善。

6 结语

设计了一种新型的真空柔性夹具,介绍了其主要结构和工作原理,较普通真空夹具有较好的通用性,适合各类型腔腹板的加工,可大大减少专用夹具的数量。应用有限元分析软件对腹板不同点受力时腹板整体变形进行了数值模拟,研究表明真空夹具作为薄壁件的辅助支撑,能有效改善薄壁件的变形,对于厚度在3mm以下的腹板,应增加辅助支撑来减小腹板的变形,同时真空腔边界间距不宜过大。

参考文献

[1]施迈茨(Schmalz)公司.新型真空夹具系统突破机床装夹瓶颈[J].现代制造,2009(17):56-57.

[2]周凯.飞行器大型薄壁件制造的柔性工装技术[J].航空制造技术,2012(3):34-39.

[3]李东升,胡福文,李小强,等.基于可重构柔性工装夹持的飞机蒙皮数控切边关键技术及发展[J].航空制造技术,2009(23):26-29.

[4]王家颖.大型薄壁零件防变形加工工艺[J].航空制造技术,2011(增刊2):79-82.

柔性化加工 篇6

近日,桂林广陆数字测控股份有限公司研制成功一种专门针对钣金平面加工而开发的柔性钣金加工中心,它突破以往的模式和局限,在加工模式、布局结构、自动编程软件等方面全面创新,实现以往不能实现的一次安装薄板,实现薄板平面的钻孔、攻丝、形状切割、图案刻铣、底面倒刮毛刺等工序的综合、低成本的自动化加工。

桂林广陆公司已申请了国家发明专利,并已获得国家知识产权局的受理。现在,在上述机型和功能的基础上,研发人员正在联合广西大学等单位共同研制集切削加工和激光切割于一体的,多模式、多工序复合的特种高档钣金加工中心,在更高的水平上实现大规格范围、全工序的钣金平面自动化加工,实现钣金平面加工技术新的突破。

柔性化加工 篇7

板材加工是制造业的重要组成部分,在通信及电力、家电等诸多行业中得到广泛应用。市场竞争的加剧使得产品更新速度大大加快,这就要求制造商具有快速应变的能力。体现在板材加工装备上,产品种类增多,生产批量则以中小批量为主。柔性制造单元具有高度柔性和自动化的加工能力,适应了产品快速变化的要求。便捷、高效的上料装置成为柔性制造单元必不可少的组成部分。尤其在民用电器领域,0.3mm～0.5mm薄板的大量应用,对上料装置提出更高要求。

为保证数控转塔冲床板材上料时的定位精度,一般要求对板材进行初定位。即吸盘将单张板料从上料台车吸取到初定位装置上,由气缸推动板料靠齐定位边,然后吸盘重新吸起板料,送进至数控转塔冲床的夹钳。气缸推动定位的初定位方式对于厚度低于0.5mm板材,往往会引起板材变形,影响板料的吸取,或造成制成品孔位精度严重偏差。本文提出一种用于板材柔性加工生产线上的可调整上料台车,在保证上料定位精度同时,可有效避免初定位引起的薄板变形及由此造成的加工精度问题。

2 可调整上料台车的结构

图1所示为板材柔性加工生产线上可调整上料台车装置。台车主要由木托盘、台车上架、支撑滚轮、推力轴承、台车底架、调整装置、行走电机、驱动轴、定位销等组成。它将传统台车改为上、下两层,台车上架通过推力轴承与台车底架联接,且台车上架由安装在台车底架上的若干支撑滚轮支撑。三件定位销起木托盘及板垛往台车上架上堆放时目测定位用。设备安装就位时,要保证台车行进方向与主机夹钳口定位板连线垂直,即台车底架长边上两个定位销公切线与主机夹钳钳口定位板连线平行。

调整装置见图2所示,安装板固定在台车底架上,定位板通过拉手拖动可在滑座内前后伸缩,定位板及滑座同时亦可绕水平旋转轴和竖直旋转轴旋转。手轮与丝杠螺母传动装置联接,螺母上开有滑槽,固定在台车上架的销钉即通过此滑槽与螺母联接。调整水平旋转轴上刻度线与主机夹钳口定位板平行。脱开旋钮,定位板及滑座即可在重力作用下绕竖直回转轴顺时针旋转至竖直状态,托盘及板垛就可以往台车上架上堆放了。拉起定位板,锁住旋钮,即可限制定位板在竖直方向的回转自由度,松开拉手,在弹簧作用下定位板即与板垛侧面贴合。松开锁紧螺钉,转动手轮,螺母带动台车上架回转,板垛亦随之回转,当滑座上标记孔与水平旋转轴上刻度线重合时,即表明板垛边缘与主机夹钳口平行。拧紧锁紧螺钉,即可开始上料。

装置具有以下优点:

(1)省去了初定位装置,使整线长度减少3m多,送料装置导轨行程相应减小,节省了占地空间,同时降低了成本。

(2)对厚0.3mm～0.5mm薄板,消除了因气缸推动定位的初定位方式产生的板料变形。从而有效避免了由此引发的孔位精度超差等问题。

(3)上料动作简化,耗时更少,明显提高了生产效率。

3 实际使用效果

(1)板垛堆放角度的调整到位靠滑座上标记孔与水平旋转轴上刻度线目测重合实现,难免存在一定误差。板料经送料装置吸取、传送到主机位时,夹钳向前运动探料,每个钳口均装有一个接近开关,只有两个夹钳的接近开关均发讯后,夹钳才停止探料。钳口闭合,送料装置退回至台车位,冲压程序启动。这有效保证板边与钳口定位板重合,从而保证加工孔位置精度。系统探料行程设有最大值,当夹钳运行至该值时,如钳口接近开关仍未发讯,或只有一个开关发讯,丝杠停止进给并报警。吸盘杆与吸盘架间设计有一定间隙,也就是说板料吸取后,板料同吸盘架之间有一定浮动范围。这一浮动范围完全可以抵消板垛调整目测引起的误差。

(2)该装置设计出发点是叉车插取托盘及板垛堆放在台车上,实际生产中因追加计划或其他原因有的批次很小,只有数十张甚至更少板料急于需要加工,台车进出耗时较长,操作者往往人工将板料堆放在台车上架的托盘上,这时只需将板边靠齐定位销即可,不经角度调整同样能达到较好效果。

4 结束语

这种板材柔性加工线可调整台车以其简单的结构、新颖的设计,为薄板的自动上料提供了一种全新的、更佳的选择。在一年多的实际生产中,可完全满足产品的孔位精度要求。该装置的不断完善,必将使其发挥更好的作用。

参考文献

[1]电气制造编辑部.板材柔性加工技术及市场.电气制造.2007,(4):30-36.

柔性化加工 篇8

某发动机厂家拥有两类发动机产品,其中发动机缸体自制,其余零部件外协生产,市场成熟后总产量预计达到5万台/年。如果同时布置两条发动机缸体生产线,会导致加工车间使用面积紧张,生产检测设备重复投资且加工设备不能完全发挥自身产能和柔性。为合理利用加工车间使用面积和加工中心产能,减少投资,笔者设计了一条发动机缸体柔性加工生产线,实现两种不同类型发动机缸体共线生产,同时在前期发动机产量较低的情况下实现低能耗生产,减少隐形投入。两种不同缸体的外形尺寸级关键部位尺寸对比见表1。

1总体方案

该发动机缸体柔性加工生产线以加工中心为主,保障整线的柔性化程度;大型表面的粗加工(如缸体的上下表面、前后端面)采用通用双面铣床,在保障生产节拍的前提下尽量减少投资;缸体关键部位的加工(如发动机缸控珩磨,发动机主轴孔加工,凸轮轴孔加工)采用专用机床,以保证缸体的加工精度。中间清洗设备,试漏设备以及检测设备通过夹具实现共用。

两种发动机缸体的外形尺寸相差较大,但加工单元数量相差不大,且加工位置相似,关键部位加工尺寸近似。为保证加工节拍,缸体大表面粗加工单元分线加工,后续半精加工、精加工通过加工中心完成共线生产,专用机床采用微调或者换刀进行共线生产。

为满足以上要求,结合生产车间物流状况,整体加工线布置见第82页图1。整线采用U型布置,保障发动机缸体成品进入仓库或装配车间物流顺畅;两种缸体通用粗加工设备分线布置,加工完后与主线汇合;完成相同工序加工的加工中心并联于主线[2],沿主线两侧对称布置,在产量相对较少时只需开动一侧设备便可完成生产任务;由于专用设备较少,但需最终产能一次到位,合理分布于主线两侧。

生产线中发动机缸体物流采用主动式辊子轨道,工位截流。缸体从轨道到加工设备夹具间采用液压机械手臂运送,最大限度减少人工参与程度。

整条生产线电源输入采用总线连接,分段控制的方法。生产线液压油与压缩空气输送同样采用分段控制,分段标准根据两种缸体生产时需开动设备考虑,减少能源浪费。

2关键点及解决方案

2.1加工中心的选型

两种缸体的外形尺寸差异主要体现在缸体的长度上。选择立式加工中心时主要考虑加工中心的工作台在X轴方向可同时适用于两种不同缸体。经严格计算与筛选后,选择工作行程X轴1 270 mm,Y轴650 mm,Z轴630 mm。卧式加工中心进行加工时以前后两端面为基准进行加工,故考虑Z轴在加工时可同时适用于两种不同的缸体,选用工作台为630 mm×630 mm的加工中心,工作行程X轴1 000 mm,Y轴850 mm,Z轴950 mm。加工单元进行切削加工时,切削力相差不大,因此可选择同一直径刀柄。

2.2生产线的产品转换

如何在生产过程中进行两种产品的转换是该生产线能否完成的关键,重点是两种发动机缸体夹具如何在加工中心进行转换或能否使用同一套夹具。

发动机缸体在立式加工中心中的加工单元主要是上下表面及位于上下两侧的一些孔及表面,两种缸体在加工这些单元时均采用上下表面的定位销孔及面定位,即“一面两销”定位。被加工单元总是位于上方,与机床主轴垂直,故设计夹具的同时应考虑两种缸体共用一套夹具。

发动机缸体在卧式加工中心中的加工单元,定位面主要是发动机缸体的前后端面,两类缸体的定位面及销孔位置比较接近,故很难通用一套夹具。因此,卧式加工中心配备两套夹具,夹具与工作台连接采用快速接头连接,实现夹具快换。专用设备夹具设计的两类缸体共用一套夹具,清洗及试漏设备可设计专用工装,保障不同缸体通用。

2.3发动机缸体从主线到加工中心夹具的输送

为尽量减少人工使用,缸体从主线到加工中心夹具通过液压机械手臂输送。液压机械手臂通过液压系统实现手臂的铅直方向移动和抓紧,利用伺服电机实现垂直于主线和平行于主线的快速移动。整体动作通过PLC控制,实现“一键移动”,保障较低的人工参与程度。液压系统可与机床夹具共用,管路与线路采用空中走线,美观大方,便于维修。

3结束语

笔者阐述的发动机缸体柔性加工线通过工件夹具共用、夹具快换等策略,采用并联式柔性生产线布置,实现两种不同类型的发动机缸体共线生产,解决了在产量相对较少的情况下产生的能源浪费问题。相较于传统方案,加工中心投资减少40%以上,总体投资减少30%以上;使用过程中可节约各类能源如电力、压缩空气、液压油等15%,在初期产量较少的情况下可节约各类能源30%以上。同时占地面积减少40%以上。适宜于发动机产品种类多,单种产品产量低的汽车及发动机厂家,对于其他机械类零件柔性加工生产线具有借鉴意义。

摘要：笔者设计了一条产能达5万台/年的发动机缸体柔性加工生产线,通过发动机缸体夹具共用、夹具快换等策略,实现两种不同类型发动机缸体的共线生产。与传统方案比较,可减少用地面积40%以上,加工中心投资减少40%,总体投资减少30%,同时在使用过程中可节约各类能源15%以上。此类生产线设计适宜于方法产品类型多、单个产品产量少的厂家。

关键词：发动机,并联柔性加工线,共线生产,夹具共用,夹具快换

参考文献