摘要:结合几个应用实例,着重阐述了CAD在加工中心及柔性线方案设计中应用的重要性、必要性、优越性及发展前景。
    关键词:CAD;FMS;加工中心;方案设计  

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。

表1 阀体分类表

种类

三 通

四 通

压力

6

16

40

64

16

40

64

通径

g0301.gif (103 bytes)25

g0301.gif (103 bytes)32

g0301.gif (103 bytes)40

g0301.gif (103 bytes)50

g0301.gif (103 bytes)65

g0301.gif (103 bytes)80

g0301.gif (103 bytes)100

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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。
1)画出各种零件的工件工序图(图1)

1

2)画出夹具调整图(图2)

1

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。
3)画出加工示意图
第4序 倒角(见图3)。

1

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
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30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。 

1

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)。#p#分页标题#e#

 

1

 

1

1

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。

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)






(加


面)

1

铣大面

g0301.gif (103 bytes)80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-g0301.gif (103 bytes)5

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-g0301.gif (103 bytes)8.8

g0301.gif (103 bytes)8.8
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

g0301.gif (103 bytes)11孔(两处)

扩孔钻

120

0.18

9.2

8

g0301.gif (103 bytes)15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

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辅助时间(s)
注: 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。