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灵活的ModuleLine系统

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尽管人们认为Heller公司开发生产的ModuleLine系统（MLS）仅仅是用于加工多面体零件的另一类柔性生产系统，但在负责开发这一机床系统的Bernd Zapf看来，MLS却并不只是在现有系统基础上增加了一些变化，而是一种全新的柔性生产系统。当前，汽车产品的的需求波动较大，新车型不断推出，产品的开发周期越来越短，汽车制造商希望能够找到这样一种生产加工方案：既要具备自动生产线的基本生产效率，又要具备柔性生产系统的灵活性。当然，投资成本也是汽车制造商重点考虑的一个因素。事实上，零件的制造成本不仅取决于生产线的投资成本，同时还关系到很多其他因素，如操作费用、维护费用以及为后期增添设备的费用等。例如一个汽车生产厂认为可能需要花费10年的时间才能回收一条生产线的投资，为了达到这一目的，他们就必须以80%～85%的指数发挥整体设备效率（即OEE，OEE=设备可用率×生产能力×质量）。因此，在动力系零件的大、中型批量生产中，面对生产的变化需求，汽车制造商在考虑投资自动生产线的同时，还要考虑采用柔性生产加工系统。模块化的组成在谈到MLS系统的方案时，HELLER公司的美国业务部销售副总裁Vincent Trampus先生解释说，这一主要为动力系元件生产而设计的系统既可以看作是自动生产线，也可以看作是柔性生产系统。 MLS系统的基本元素是由机床组成的加工模块，占地面积小是MLS系统的优点之一。这些机床包括：单轴机床MC 10型和MC 20型，主轴的行程分别为630mm和800mm，机床的结构相对比较紧凑，其宽度只有1.8 m。MCT 10型为双主轴机床，是在MC10型机床的基础上集成为双轴加工中心；MC 200型为MC20型机床的加强型，可配置有4:1齿轮箱，能产生800Nm的扭力，可使用大尺寸刀具镗削加工缸体或曲轴，铣削加工顶面。MPC型机床则设计有多轴加工头。其他的辅助设备还包括刀库、刀具交换装置和工件交换装置，这些都是机床的通用配置。此外，还有一个配有旋转工作台的耳轴装置，由两个附加轴组成（A轴和B轴），与机床的三个基本要素组合在一起，MLS系统便具有了一次调试装卡的五轴和五面体加工能力。而更重要的是，选用不同类型的主轴，MLS系统还可以设置成湿式加工、干式加工或微量润滑剂加工（MQL）方式。自动化系统是MLS系统中的重要组成部分，主要表现在零件的自动传送和刀具的传送中。该系统采用线性电机传动，电机的电力传输采用接触式导轨，控制信号通过无线电发送。由于不带易于磨损的拖曳式电缆，这种设计结构不但可以使维护保养要求降低到最低限度，而且在需要时，有利于生产系统的进一步扩充。投资成本和生产能力与自动生产线相比，MLS系统的结构优势是在项目之初就能得以体现的。也就是说，自动线的生产能力就是其现有生产设备的生产能力，生产安排也只能依靠现有的自动生产线来解决。规划一条自动线的初期投资是相当可观的，然而，一个项目通常需要花费几个月，甚至一年或更长的时间—才能够达到既定的生产能力，这就意味着设备一直在生产能力之下运行。然而，与自动化生产线相比较，MLS系统的初期投资费用有其1/6。其上的每一个工作站，包括零件自动传送系统，都是可以安装的。一旦生产工艺确定，如需增加设备，还可以再安装其他的生产单元。（图片）图1：MC10加工中心但并不是说MLS与其他以加工中心为基础的生产系统情况有所不同，Trampus先生说，在有高架装料系统的情况下，经过实践证实，系统部分工艺的实现似乎要比MLS系统的更为昂贵和复杂。这是因为，对于高架装料系统而言，整个预期的自动化装置都是购置获得的。MLS系统的优点还不只于此，如果采用柔性生产系统并将其与生产同样能力的MLS系统进行比较，MLS 系统可以平均节约37%的占地面积。从总体来看，如果该系统每年的生产能力为5万个零件，MLS 系统系统可以帮助用户节约18%的费用。（图片）图2：传送工件和刀具的自动化系统采用线性电机驱动，不带易于磨损的电缆线 MLS系统之所以能够获得这么高的生产效率，有着多方面的因素。其中机械性能和规格当然是非常重要的，例如其快速进给速度为60m/min，加速度为8m/s2，其目的是为了获得更高的生产效率，而并不是要使机床具有更快的特性。根据负责开发这一机床系统的Bernd Zapf先生及其同事（该开发工作组共有40人）计算，如果进一步提高各轴的性能，他们还能使生产率再提高1%～2%。如果他们能够通过加快刀具更换速度和切屑对切屑的时间以降低机床的空闲时间，生产效率还可提高约6%。为此，他们正在努力解决如何进一步减少刀具更换时间的问题。从本质上来说，刀库安装位置一般处于主轴之上。而下一把需要使用的刀具预先安置在刀具交换装置上，因此“刀对刀”的时间已接近于“零”，而切屑对切屑时间只需2.4s，在刀具更换频繁的情况下，这一数字的累计也是相当可观的，通常，对动力系零件（如缸体、箱体和齿轮箱等）的加工也起着重要的作用。零件更换装置也是如此，当一个零件加工时，另一个待加工的零件就已在加工区外等候，因此，工件的更换时间只需10s甚至更少。（图片）图3：MLS系统的刀具交换装置在更换前需要先调试刀具，这可使切屑对切屑时间降低到最低限度结语因此可以这样讲，MLS系统是采用多台机床构建而成的。零件可按串行方式加工或并联方式进行加工，在某些情况下还可采用混合方式加工。完全不同类型的零件可以在同一时间运行加工。当产品或产量发生变化时，使用者还可以采用比较直接的形式，在系统上增加机床数量或减少机床数量。通常，MLS系统可以像一套以加工中心为基础的柔性生产系统那样，将主要精力集中到如何最大限度地降低总资产费用上。 12/6/2008


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