從CIMES看設(shè)備與工藝的關(guān)系

1.規(guī)模決定設(shè)備、設(shè)備決定工藝企業(yè)的發(fā)展需要過程，初期往往采用的是通用設(shè)備，隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，各種專用機(jī)床就會(huì)不斷地增加，因此，同樣的產(chǎn)品，在企業(yè)發(fā)展的不同階段，會(huì)有完全不同的加工設(shè)備及加工工藝。下面以常見的軸類零件為例，分析小批量生產(chǎn)與大批量生產(chǎn)的區(qū)別。圖1所示為普通的階梯軸類零件。這種結(jié)構(gòu)的階梯軸在電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、水泵和糧食機(jī)械等很多行業(yè)都有應(yīng)用，在年產(chǎn)5萬件以下的多品種、小批量生產(chǎn)企業(yè)中，大多采用通用設(shè)備加工，其加工工藝見表1。圖1普通階梯軸類零件在表1所示生產(chǎn)模式中，由于采用的是通用設(shè)備，產(chǎn)品換型容易，缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率比較低。在大批量生產(chǎn)中，往往采用專機(jī)生產(chǎn)，其生產(chǎn)工藝見表2。對(duì)比表1、表2可以發(fā)現(xiàn)，表2比表1少了一道加工工序，而且在表2大批量生產(chǎn)工藝中，工序一加工時(shí)間比較短，這就是采用專機(jī)加工的優(yōu)勢(shì)。表1、表2兩種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見表3。2.基于生產(chǎn)工藝的自動(dòng)化生產(chǎn)線圖2所示為表1階梯軸類零件小批量生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)線布局，其加工工藝流程如圖3所示，具體的工藝流程描述見表4。圖2中，數(shù)控車床1車左端面，數(shù)控車床3車右端面，數(shù)控車床4車右外圓，數(shù)控車床12車左外圓，數(shù)控銑床11銑鍵槽。圖2小批量生產(chǎn)自動(dòng)化生產(chǎn)線布局1、3、4、12—數(shù)控車床2—上料倉5、7、9—機(jī)器人6、8—輸送線10—下料倉11—數(shù)控銑床圖3小批量生產(chǎn)工藝流程示意根據(jù)工藝流程分析，最大加工時(shí)間為170s，換料需20s，因此生產(chǎn)單個(gè)工件所需時(shí)間為170＋20＝190（s）。1個(gè)月按工作26天、1天按16h計(jì)算，并且考慮機(jī)器定期維修保養(yǎng)、暖機(jī)以及準(zhǔn)備刀具、毛坯和工件搬運(yùn)等非生產(chǎn)工時(shí)后，根據(jù)本公司的經(jīng)驗(yàn)及統(tǒng)計(jì)資料，該自動(dòng)化加工單元的使用率約為82.3%。月產(chǎn)量為26×16×3600×0.823/190＝6486（件）。如果產(chǎn)能更大，可以多建幾個(gè)單元，1個(gè)熟練的操作者可操作2個(gè)或3個(gè)單元，體現(xiàn)了以機(jī)器人換人給企業(yè)帶來的效益。對(duì)于10萬件以上的大批量生產(chǎn)企業(yè)，可以采用表2中有專機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)線，如圖4所示。其中1號(hào)機(jī)床為銑打機(jī)，可以同時(shí)銑軸的兩端面、鉆兩端中心孔以及套車一端外圓，加工效率高，而且兩端中心孔的同軸度也比較高，在大批量軸的生產(chǎn)加工中被廣泛采用。從2011年起，CIMES展會(huì)上每年都有此種專機(jī)展出，其功能和質(zhì)量也在不斷提升。圖4有專機(jī)的自動(dòng)化生產(chǎn)線圖3和圖4所示只是軸類零件自動(dòng)化加工的通用案例，對(duì)于具體的行業(yè)，可以采用具有行業(yè)特色的專屬加工線，比如電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)企業(yè)可以采用如圖5所示的自動(dòng)化生產(chǎn)線。圖5電動(dòng)機(jī)自動(dòng)化生產(chǎn)線3.存在的問題與前景展望從歷年CIMES展會(huì)上展品的總體情況來看，中低端市場(chǎng)國產(chǎn)機(jī)床在品種上基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，在市場(chǎng)占有率上成了絕對(duì)主流；在高端機(jī)床上，與國外產(chǎn)品的差距也越來越小。自《中國制造2025》發(fā)布以后，圍繞著這個(gè)規(guī)劃，各方都做了很多努力，筆者在與客戶的接洽中，不斷有客戶提出要做最好的工藝和自動(dòng)化生產(chǎn)線。且不說此種說法的不妥之處，但就工藝來說，其與企業(yè)現(xiàn)有設(shè)備的規(guī)模和規(guī)劃投資有很大的關(guān)聯(lián)性。從企業(yè)的現(xiàn)有設(shè)備和規(guī)劃投資兩方面綜合考慮，適合自己企業(yè)的工藝就是最好的工藝，依此建造的自動(dòng)化生產(chǎn)線就是最好的生產(chǎn)線。從展會(huì)情況來看，智能制造中的自動(dòng)在線檢測(cè)方面，在檢測(cè)工具和應(yīng)用軟件上，與國外同行相比，國內(nèi)還有很大的差距。在感應(yīng)式檢測(cè)上，以日本產(chǎn)品居多；在二維、三維視覺檢測(cè)上，以歐洲產(chǎn)品居多。在智能制造生產(chǎn)線方面，國內(nèi)目前以2h或4h無人干預(yù)居多，主要的技術(shù)瓶頸在車床的自動(dòng)化換刀方面，目前國內(nèi)還沒有機(jī)床廠開發(fā)基于機(jī)器人的自動(dòng)化換刀車床或者基于自循環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)化換刀車床，這就使得12或16刀位刀架的機(jī)床在連續(xù)車削加工2h或4h后，大多到了更換新刀具或刀片換向的極限