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黃河科技學院畢業(yè)設計 (文獻綜述) 第 9 頁
回轉(zhuǎn)式多工位組合機床
現(xiàn)代社會中，人們?yōu)榱烁咝?、?jīng)濟地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機器、儀器和工具等技術設備與裝備。為制造這些技術設備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設備等。由于機械零件的形狀精度、尺寸精度和表面粗糙度，目前主要靠切削加工的方法來達到，特別是形狀復雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機床上經(jīng)過幾道甚至幾十道切削加工工藝才能完成。因此，機床是現(xiàn)代機械制造業(yè)中最重要的加工設備。機床的技術性能直接影響機械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟性，進而決定著國民經(jīng)濟的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機床的發(fā)展，現(xiàn)代社會目前不可能達到現(xiàn)在物質(zhì)文明的高度。[1]
一個國家要繁榮富強，必須實現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術的現(xiàn)代化，這就需要一個強大的機械制造業(yè)為國民經(jīng)濟各部門提供現(xiàn)代化得先進技術設備與裝備，即各種機器、儀器和工具等。所以說，機床工業(yè)是機械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機床工業(yè)的發(fā)展和機床技術水平的提高，使本國國民經(jīng)濟的發(fā)展建立在堅實可靠的基礎上。[2]
我國的機床工業(yè)是在1949年新中國成立以后才開始建立起來的。解放前，由于長期的封鎖統(tǒng)治和19世紀中葉以后帝國主義的侵略和掠奪，我國的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非常落后，沒有獨立的機械制造業(yè)。至解放前夕，全國只有少數(shù)城市的一些規(guī)模很小的機械廠，制造少量簡單的皮帶車間、牛頭刨床和砂輪等；1949年全國機床產(chǎn)量僅1000多臺，品種不到10個。
解放后，黨和人民政府十分重視機床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟恢復時期，就把一些原來的機械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個五年計劃期間，又陸續(xù)擴建、新建了一系列機床廠。經(jīng)過50多年的建設，我國機床工業(yè)從無到有，從小到大，現(xiàn)在已經(jīng)種類比較齊全，具有一定實力的機床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機床通用品種，數(shù)控機床1500多種；不僅裝備了國內(nèi)的工業(yè)，而且每年還有一定數(shù)量的機床出口。[3]
我國機床行業(yè)的發(fā)展是迅速的，成就是巨大的。但由于起步晚、底子薄，與世界先進水平相比，還有較大差距。為了適應我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學技術現(xiàn)代化的需要，為了提高機床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機床基礎理論研究，加強工藝試驗研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機床，使我國的機床工業(yè)盡早躋身于世界先進行列。[4]
世界上第一臺組合機床于1908年在美國問世，30年代后組合機床在世界各國得到迅速發(fā)展。至今，它已成為現(xiàn)代制造工程的關鍵設備之一?，F(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求，而組合機床也在不斷吸取新技術成果而完善和發(fā)展。
在組合機床(圖1)這類專用機床中，回轉(zhuǎn)式(回轉(zhuǎn)工作臺式和鼓輪式)多工位合機床和自動線占有重要位置。因為這類組合機床是采用多工位、多軸、多面和多方向同時加工工件的，因而具有很高的生產(chǎn)率。同時，這樣的機床，工件經(jīng)加工出基準后上機(線)或毛坯直接上機(線)，可實現(xiàn)工件的全部加工。并且，由于工件在加工過程中往往是只需一次裝夾，因而加工精度比較高。因此，這類機床是內(nèi)燃機行業(yè)或其它一些大批量生產(chǎn)部門使用的重要技術裝備。
根據(jù)美國在1978~1983年這5年間對所生產(chǎn)的4856臺組合機床所作的統(tǒng)計分析表，回轉(zhuǎn)工作臺組合機床占了]/3，自動線41.5%(表1)。
應用統(tǒng)計數(shù)字可以看出，回轉(zhuǎn)工作臺組合機床是僅次于自動線而為工業(yè)部門使用較多的高效加工設備。[5]
回轉(zhuǎn)式務工位組合機床，特別適合于加工輪廓尺寸在250mm以內(nèi)的中小零件。這類機床的應用主要集中于汽車、閥門、氣動、液壓、制鎖、輕工儀表和電氣等工業(yè)部門。市場銷量大，因此在國內(nèi)外有許多從事其設計和制造的廠家。如歐美的‘rons-hoffen、Diedeoheim、witzig&Frank、Riello、IMAS、AugustWenzler、wiest、Haaf、RinoBerard、K.P.Pfiffner、J.Worner、Mikro、EugenBader、Kin-gsbury、H位11erHille、Etxe一TarSA和Posalux，日本的三協(xié)精機、巖田工機，前蘇聯(lián)的哈爾科夫小型組合機床廠(X3MAC)和我國的大連組合機床研究所、大連機床廠、常州機床廠和北方精密機械廠等。其中，北方精密機械廠是我國唯一專門從事回轉(zhuǎn)工作臺組合機床生產(chǎn)的專業(yè)廠，目前的生產(chǎn)能力為年產(chǎn)約30臺。[6]
據(jù)估計目前我國回轉(zhuǎn)式多工位組合機床約占整個組合機床的4%，與機床工業(yè)發(fā)達的國家相比，無論在數(shù)量上還是在技術上均存在一定差距。因此，加速發(fā)展這類機床，以滿足四化建設的需要，是我國機床行業(yè)面臨的一項任務。
回轉(zhuǎn)式多工位組合機床按其回轉(zhuǎn)輸送裝置的旋轉(zhuǎn)軸線所處位置，可分為回轉(zhuǎn)工作臺式(鉛垂軸線)和鼓輪式(水平軸線)兩種。而回轉(zhuǎn)工作臺又可分為傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)工作臺、懸掛回轉(zhuǎn)工作臺和環(huán)形工作臺三種結構型式(圖2)。
所有回轉(zhuǎn)式多工位組合機床的共同特點是:工件沿回轉(zhuǎn)工作臺或鼓輪的圓周進行輸送;在各加工工位上配置完成不同加工工藝的動力頭，加工時，工件固定不動，由刀具實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和進給。機床的第一個工位系上料(手動或自動)工位，接著是加工和測量工位。有的機床為實現(xiàn)工件的全部加工，在加工工位間設置工件的轉(zhuǎn)位或換夾工位。卸料可在第一個工位上、也可在最后一個工位上進行，這樣可使上下料時間與機動時間重疊。從結構配置上說，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床實際上是一種特殊型式的小型自動線。[7]
回轉(zhuǎn)式多工位組合機床具有下列優(yōu)點:
1)生產(chǎn)效率高;
2)機床結構配置有利于操作和調(diào)整人員接近加工區(qū)，便于迅速調(diào)整機床；
3)加工精度高（因加工過程中工件不需換夾）；
4)機床所占作業(yè)面積??；
5)在加工時間內(nèi)，可采用單獨設置的裝卸工位進行手動或自動上下料；
6)在機床上幾乎可以實現(xiàn)所有的切削加工工藝，也可附加無屑加工工藝。如：鉆削、深孔鉆削、銑削、車削、切槽、鉸削、拉削、插削、去毛刺以及簡單的裝配等。[8]
組成回轉(zhuǎn)式多工位組合機床的主要部件有回轉(zhuǎn)分度裝置、中間底座、 鼓輪支架、定位裝置和動力頭等。這些部件的結構和技術性能，在很大程度上決定了回轉(zhuǎn)式多工位組合機床的結構型式及其技術水平。
回轉(zhuǎn)式多工位組合機床的回轉(zhuǎn)分度驅(qū)動一般采用電氣機械、液壓和氣動等方式。應用液壓和電氣機械驅(qū)動的較多(鼓輪的回轉(zhuǎn)分度一般為液壓驅(qū)動)而使甩氣動驅(qū)動的較少。液壓由于可采用較高的工作壓力，故其結構空間比氣動的小。目前，由于電液比例閥的應用，而大大提高了工作臺的分度轉(zhuǎn)位速度，縮短了分度轉(zhuǎn)位時間。同時，由于電液比例閥可改善機床的起動和緩沖性能，故也可改善工作臺定位時的工作條件。電氣機械驅(qū)動主要有馬氏槽盤和圓柱凸輪間歇運動機構。圖所示是瑞士Mirkron公司回轉(zhuǎn)工作臺組合機床上所采用的圓柱凸輪間歇運動機構。采用這種驅(qū)動裝置，工作臺轉(zhuǎn)位分度時平穩(wěn)無沖擊，故可采用一個高速電機進行驅(qū)動，從而縮短了輔助時間。
回轉(zhuǎn)工作臺組合機床的中間底座和鼓輪式組合機床的鼓輪支架，從某種意義上說，是這類機床的核心部件，因為組成機床的所有其它部件均是環(huán)繞著這種部件配置的。因此，中間底座(或鼓輪支架)的穩(wěn)定性和剛性對機床的工作精度具有重要影響。中間底座和鼓輪支架雖然多數(shù)是采用鑄鐵結構，但目前采用焊接結構的也逐漸在增多。[9]
回轉(zhuǎn)工作臺組合機床的分散和集中傳動回轉(zhuǎn)工作臺組合機床的傳動結構基本上有兩種:分散傳動和集中傳動。采用分散傳動時，回轉(zhuǎn)工作臺分度傳動和動力頭的進給傳動互為獨立。這種結構的優(yōu)點是，便于各部件的單獨調(diào)整。特別是在機床上有幾種工件輪番生產(chǎn)時，機床的調(diào)整較為方便。采用集中傳動時，回轉(zhuǎn)工作臺的分度傳動和各動力頭主軸的進給是由一個機械驅(qū)動裝置集中驅(qū)動的，這種傳動可保證所有部件嚴格協(xié)調(diào)地工作，不會出現(xiàn)部件的誤動作，從而提高機床工作的可性。采用機械集中傳動還可減少熱源對機工作精度的影響，同時，機械進給l十分定，也有利于提高工件的加工質(zhì)量。但這傳動不易改變切削參數(shù)，這樣的機床專用都很強，因此，只適合于加工單一品種且大批量生產(chǎn)的諸如電子元器件、噴油嘴等較小工件。[10]
自80年代初以來，隨著世界經(jīng)濟的增長和競爭的加劇，產(chǎn)品市場的需求日益向滿足個性化方向發(fā)展。產(chǎn)品品種增多，投產(chǎn)批量相應減少(由大批向中小批發(fā)展)，供貨期也越來越短。用于單一品種生產(chǎn)的傳統(tǒng)組合機床和自動線已難于滿足多品種生產(chǎn)的要求，組合機床制造業(yè)日益面臨嚴峻的挑戰(zhàn)，提高組合機床的柔性就成為關系到組合機床制造業(yè)生存和發(fā)展的緊迫任務。十多年來，許多組合機床制造廠先后開發(fā)了各種NC通用部件，如NC動力滑臺、CNC三坐標加工模塊和NC動力頭(加工模塊)等，并通過采用CNC控制和數(shù)據(jù)處理等技術來提高組合機床的柔性，以適應變型多品種加工。[11]
用戶的需求和相關技術的進步是推動組合機床技術不斷發(fā)展的主要動力。近幾年來，回轉(zhuǎn)式多工位組合機床技術發(fā)展主要有以下趨向:
1）近十多年來，現(xiàn)有刀具材料和刀具性能的不斷改善以及新的刀具材料(涂層碳化鎢硬質(zhì)合全、碳(氮)化鈦硬質(zhì)合金、陶瓷刀具材料、立方氮化硼和聚晶金剛石等)的出現(xiàn)和推廣應用，使機床的切削速度和進給速度有了較大幅度的提高，從而使切削基本時間大大縮短。同時，隨著驅(qū)動技術的進步，機床輔助時間也顯著減少，目前，回轉(zhuǎn)工作臺的分度時間一般為0.5~3.2秒。這樣回轉(zhuǎn)式多工位組合機床的節(jié)拍時間也隨之縮短，目前，一般在6——30秒范圍內(nèi)。
2）在機床上集成更多的加工工藝(包括各種切削工藝、成型工藝(滾壓)和簡一單的裝配工藝等)，進一步擴大了機床的工藝和應用范圍。
3)實現(xiàn)多面、多方向、多工位和多加工，進一步提高生產(chǎn)率。
4)采用高精度端面齒盤定位和發(fā)展銷定位，并采用滾珠預緊無間隙定位等，進一步提高回轉(zhuǎn)分度工作臺和鼓輪的分度位精度。
5)在加工流程中實現(xiàn)工件夾具的自轉(zhuǎn)位或工件自動換夾，從而在一臺機床上現(xiàn)工件五面加工或完成從工件毛坯到成品全部加工。
6)采用自動上下料裝置，實現(xiàn)工件工的全部自動化。
7)采用刀具尺寸測量控制和功能監(jiān)系統(tǒng)，進一步提高機床的加工精度、自動水平和利用率。
8)在機床上裝夾多個工件，以提高產(chǎn)率。
9)設置NC加工工位和采用CNC制，在保持高生產(chǎn)率的條件下提高機床性，實現(xiàn)多品種加工。[12]
回轉(zhuǎn)式多工位組合機床是一種高效自動化加工設備，是一種特殊型式的組合機床自動線。在工業(yè)發(fā)達國家，這種機床的應用遍及許多工業(yè)部門，其比例約占整個組合機床的三分之一。設計制造這類機床的不僅有一般機床廠，而且還有不少專業(yè)廠。根據(jù)國外的發(fā)展經(jīng)驗和國內(nèi)汽車、閥門、電氣、氣動、液壓和制鎖等行業(yè)的發(fā)展需求，我們應重視并大力發(fā)展這類高效自動化的加工設備。為此，在我國應建立幾個生產(chǎn)回轉(zhuǎn)工作臺式組合機床和鼓輪式組合機床的專業(yè)廠，并不斷增強這些企業(yè)自身的研究開發(fā)能力，進一步提高這類機床的技術水平，以便滿足國內(nèi)經(jīng)濟建設的需求，并增強參與國際市場競爭的能力。[13]
參考文獻
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[12] John. L. Feirer. Machine Tools Netalworking [M],1973.
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