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黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (文獻(xiàn)綜述) 第 9 頁
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床
現(xiàn)代社會(huì)中，人們?yōu)榱烁咝А⒔?jīng)濟(jì)地生產(chǎn)各種高質(zhì)量產(chǎn)品，日益廣泛的使用各種機(jī)器、儀器和工具等技術(shù)設(shè)備與裝備。為制造這些技術(shù)設(shè)備與裝備，又必須具備各種加工金屬零件的設(shè)備，諸如鑄造、鍛造、焊接、沖壓和切削加工設(shè)備等。由于機(jī)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(dá)到，特別是形狀復(fù)雜、精度要求高和表面粗糙度要求小的零件，往往需要在機(jī)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(jī)床是現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中最重要的加工設(shè)備。機(jī)床的技術(shù)性能直接影響機(jī)械產(chǎn)品的質(zhì)量及其制造的經(jīng)濟(jì)性，進(jìn)而決定著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平?？梢赃@樣說，如果沒有機(jī)床的發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)目前不可能達(dá)到現(xiàn)在物質(zhì)文明的高度。[1]
一個(gè)國家要繁榮富強(qiáng)，必須實(shí)現(xiàn)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的現(xiàn)代化，這就需要一個(gè)強(qiáng)大的機(jī)械制造業(yè)為國民經(jīng)濟(jì)各部門提供現(xiàn)代化得先進(jìn)技術(shù)設(shè)備與裝備，即各種機(jī)器、儀器和工具等。所以說，機(jī)床工業(yè)是機(jī)械制造業(yè)的“裝備部”、“總工藝師”，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重大作用。因此，許多國家都十分重視本國機(jī)床工業(yè)的發(fā)展和機(jī)床技術(shù)水平的提高，使本國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建立在堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)上。[2]
我國的機(jī)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(jì)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(dú)立的機(jī)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(jī)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(jī)床產(chǎn)量僅1000多臺(tái)，品種不到10個(gè)。
解放后，黨和人民政府十分重視機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。在解放初期的三年經(jīng)濟(jì)恢復(fù)時(shí)期，就把一些原來的機(jī)械修配廠改建為專業(yè)廠；在隨后開始的幾個(gè)五年計(jì)劃期間，又陸續(xù)擴(kuò)建、新建了一系列機(jī)床廠。經(jīng)過50多年的建設(shè)，我國機(jī)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(shí)力的機(jī)床工業(yè)體系，能生產(chǎn)5000多種機(jī)床通用品種，數(shù)控機(jī)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(jī)床出口。[3]
我國機(jī)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(jìn)水平相比，還有較大差距。為了適應(yīng)我國工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化的需要，為了提高機(jī)床產(chǎn)品在國際市場上的競爭能力，必須深入開展機(jī)床基礎(chǔ)理論研究，加強(qiáng)工藝試驗(yàn)研究，大力開發(fā)精密、重型和數(shù)控機(jī)床，使我國的機(jī)床工業(yè)盡早躋身于世界先進(jìn)行列。[4]
世界上第一臺(tái)組合機(jī)床于1908年在美國問世，30年代后組合機(jī)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(guān)鍵設(shè)備之一。現(xiàn)代制造工程從各個(gè)角度對(duì)組合機(jī)床提出了愈來愈高的要求，而組合機(jī)床也在不斷吸取新技術(shù)成果而完善和發(fā)展。
在組合機(jī)床(圖1)這類專用機(jī)床中，回轉(zhuǎn)式(回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式和鼓輪式)多工位合機(jī)床和自動(dòng)線占有重要位置。因?yàn)檫@類組合機(jī)床是采用多工位、多軸、多面和多方向同時(shí)加工工件的，因而具有很高的生產(chǎn)率。同時(shí)，這樣的機(jī)床，工件經(jīng)加工出基準(zhǔn)后上機(jī)(線)或毛坯直接上機(jī)(線)，可實(shí)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(jī)床是內(nèi)燃機(jī)行業(yè)或其它一些大批量生產(chǎn)部門使用的重要技術(shù)裝備。
根據(jù)美國在1978~1983年這5年間對(duì)所生產(chǎn)的4856臺(tái)組合機(jī)床所作的統(tǒng)計(jì)分析表，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床占了]/3，自動(dòng)線41.5%(表1)。
應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)字可以看出，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床是僅次于自動(dòng)線而為工業(yè)部門使用較多的高效加工設(shè)備。[5]
回轉(zhuǎn)式務(wù)工位組合機(jī)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(jī)床的應(yīng)用主要集中于汽車、閥門、氣動(dòng)、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(shè)計(jì)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(jī)、巖田工機(jī)，前蘇聯(lián)的哈爾科夫小型組合機(jī)床廠(X3MAC)和我國的大連組合機(jī)床研究所、大連機(jī)床廠、常州機(jī)床廠和北方精密機(jī)械廠等。其中，北方精密機(jī)械廠是我國唯一專門從事回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床生產(chǎn)的專業(yè)廠，目前的生產(chǎn)能力為年產(chǎn)約30臺(tái)。[6]
據(jù)估計(jì)目前我國回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床約占整個(gè)組合機(jī)床的4%，與機(jī)床工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比，無論在數(shù)量上還是在技術(shù)上均存在一定差距。因此，加速發(fā)展這類機(jī)床，以滿足四化建設(shè)的需要，是我國機(jī)床行業(yè)面臨的一項(xiàng)任務(wù)。
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)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(tái)式(鉛垂軸線)和鼓輪式(水平軸線)兩種。而回轉(zhuǎn)工作臺(tái)又可分為傳統(tǒng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)、懸掛回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和環(huán)形工作臺(tái)三種結(jié)構(gòu)型式(圖2)。
所有回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的共同特點(diǎn)是:工件沿回轉(zhuǎn)工作臺(tái)或鼓輪的圓周進(jìn)行輸送;在各加工工位上配置完成不同加工工藝的動(dòng)力頭，加工時(shí)，工件固定不動(dòng)，由刀具實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)和進(jìn)給。機(jī)床的第一個(gè)工位系上料(手動(dòng)或自動(dòng))工位，接著是加工和測量工位。有的機(jī)床為實(shí)現(xiàn)工件的全部加工，在加工工位間設(shè)置工件的轉(zhuǎn)位或換夾工位。卸料可在第一個(gè)工位上、也可在最后一個(gè)工位上進(jìn)行，這樣可使上下料時(shí)間與機(jī)動(dòng)時(shí)間重疊。從結(jié)構(gòu)配置上說，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床實(shí)際上是一種特殊型式的小型自動(dòng)線。[7]
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床具有下列優(yōu)點(diǎn):
1)生產(chǎn)效率高;
2)機(jī)床結(jié)構(gòu)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(jī)床；
3)加工精度高（因加工過程中工件不需換夾）；
4)機(jī)床所占作業(yè)面積小；
5)在加工時(shí)間內(nèi)，可采用單獨(dú)設(shè)置的裝卸工位進(jìn)行手動(dòng)或自動(dòng)上下料；
6)在機(jī)床上幾乎可以實(shí)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(jī)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(dòng)力頭等。這些部件的結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能，在很大程度上決定了回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的結(jié)構(gòu)型式及其技術(shù)水平。
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的回轉(zhuǎn)分度驅(qū)動(dòng)一般采用電氣機(jī)械、液壓和氣動(dòng)等方式。應(yīng)用液壓和電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)的較多(鼓輪的回轉(zhuǎn)分度一般為液壓驅(qū)動(dòng))而使甩氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)的較少。液壓由于可采用較高的工作壓力，故其結(jié)構(gòu)空間比氣動(dòng)的小。目前，由于電液比例閥的應(yīng)用，而大大提高了工作臺(tái)的分度轉(zhuǎn)位速度，縮短了分度轉(zhuǎn)位時(shí)間。同時(shí)，由于電液比例閥可改善機(jī)床的起動(dòng)和緩沖性能，故也可改善工作臺(tái)定位時(shí)的工作條件。電氣機(jī)械驅(qū)動(dòng)主要有馬氏槽盤和圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖所示是瑞士Mirkron公司回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床上所采用的圓柱凸輪間歇運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)。采用這種驅(qū)動(dòng)裝置，工作臺(tái)轉(zhuǎn)位分度時(shí)平穩(wěn)無沖擊，故可采用一個(gè)高速電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，從而縮短了輔助時(shí)間。
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的中間底座和鼓輪式組合機(jī)床的鼓輪支架，從某種意義上說，是這類機(jī)床的核心部件，因?yàn)榻M成機(jī)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(duì)機(jī)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(jié)構(gòu)，但目前采用焊接結(jié)構(gòu)的也逐漸在增多。[9]
回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的分散和集中傳動(dòng)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)組合機(jī)床的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)基本上有兩種:分散傳動(dòng)和集中傳動(dòng)。采用分散傳動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)分度傳動(dòng)和動(dòng)力頭的進(jìn)給傳動(dòng)互為獨(dú)立。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是，便于各部件的單獨(dú)調(diào)整。特別是在機(jī)床上有幾種工件輪番生產(chǎn)時(shí)，機(jī)床的調(diào)整較為方便。采用集中傳動(dòng)時(shí)，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度傳動(dòng)和各動(dòng)力頭主軸的進(jìn)給是由一個(gè)機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置集中驅(qū)動(dòng)的，這種傳動(dòng)可保證所有部件嚴(yán)格協(xié)調(diào)地工作，不會(huì)出現(xiàn)部件的誤動(dòng)作，從而提高機(jī)床工作的可性。采用機(jī)械集中傳動(dòng)還可減少熱源對(duì)機(jī)工作精度的影響，同時(shí)，機(jī)械進(jìn)給l十分定，也有利于提高工件的加工質(zhì)量。但這傳動(dòng)不易改變切削參數(shù)，這樣的機(jī)床專用都很強(qiáng)，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(jì)的增長和競爭的加劇，產(chǎn)品市場的需求日益向滿足個(gè)性化方向發(fā)展。產(chǎn)品品種增多，投產(chǎn)批量相應(yīng)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(jī)床和自動(dòng)線已難于滿足多品種生產(chǎn)的要求，組合機(jī)床制造業(yè)日益面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，提高組合機(jī)床的柔性就成為關(guān)系到組合機(jī)床制造業(yè)生存和發(fā)展的緊迫任務(wù)。十多年來，許多組合機(jī)床制造廠先后開發(fā)了各種NC通用部件，如NC動(dòng)力滑臺(tái)、CNC三坐標(biāo)加工模塊和NC動(dòng)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(shù)來提高組合機(jī)床的柔性，以適應(yīng)變型多品種加工。[11]
用戶的需求和相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步是推動(dòng)組合機(jī)床技術(shù)不斷發(fā)展的主要?jiǎng)恿?。近幾年來，回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床技術(shù)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(yīng)用，使機(jī)床的切削速度和進(jìn)給速度有了較大幅度的提高，從而使切削基本時(shí)間大大縮短。同時(shí)，隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)床輔助時(shí)間也顯著減少，目前，回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的分度時(shí)間一般為0.5~3.2秒。這樣回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床的節(jié)拍時(shí)間也隨之縮短，目前，一般在6——30秒范圍內(nèi)。
2）在機(jī)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(jìn)一步擴(kuò)大了機(jī)床的工藝和應(yīng)用范圍。
3)實(shí)現(xiàn)多面、多方向、多工位和多加工，進(jìn)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(yù)緊無間隙定位等，進(jìn)一步提高回轉(zhuǎn)分度工作臺(tái)和鼓輪的分度位精度。
5)在加工流程中實(shí)現(xiàn)工件夾具的自轉(zhuǎn)位或工件自動(dòng)換夾，從而在一臺(tái)機(jī)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(dòng)上下料裝置，實(shí)現(xiàn)工件工的全部自動(dòng)化。
7)采用刀具尺寸測量控制和功能監(jiān)系統(tǒng)，進(jìn)一步提高機(jī)床的加工精度、自動(dòng)水平和利用率。
8)在機(jī)床上裝夾多個(gè)工件，以提高產(chǎn)率。
9)設(shè)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(jī)床性，實(shí)現(xiàn)多品種加工。[12]
回轉(zhuǎn)式多工位組合機(jī)床是一種高效自動(dòng)化加工設(shè)備，是一種特殊型式的組合機(jī)床自動(dòng)線。在工業(yè)發(fā)達(dá)國家，這種機(jī)床的應(yīng)用遍及許多工業(yè)部門，其比例約占整個(gè)組合機(jī)床的三分之一。設(shè)計(jì)制造這類機(jī)床的不僅有一般機(jī)床廠，而且還有不少專業(yè)廠。根據(jù)國外的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)汽車、閥門、電氣、氣動(dòng)、液壓和制鎖等行業(yè)的發(fā)展需求，我們應(yīng)重視并大力發(fā)展這類高效自動(dòng)化的加工設(shè)備。為此，在我國應(yīng)建立幾個(gè)生產(chǎn)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)式組合機(jī)床和鼓輪式組合機(jī)床的專業(yè)廠，并不斷增強(qiáng)這些企業(yè)自身的研究開發(fā)能力，進(jìn)一步提高這類機(jī)床的技術(shù)水平，以便滿足國內(nèi)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需求，并增強(qiáng)參與國際市場競爭的能力。[13]
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