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柔性制造技术在发动机制造中的应用
广东省地方铁路总公司 王文虎
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摘要：本文简述了柔性制造技术的发展及实际使用的效果，进而展望了其进一步发展的趋势。
关键词：柔性制造技术；发展；应用；展望
柔性自动化制造技术简称柔性制造技术，自1967年由英国莫林斯(MOLINS)公司提出以后，至今已发展了30多年，由于柔性制造技术是管理技术和制造技术的有机集合，换句话说它是以数控技术为核心，以计算机技术、信息技术、检测技术、质量控制技术与生产管理技术相结合的先进制造技术，因而被世界各国所重视，并在发达国家的制造业中得到了广泛的应用。
柔性制造技术的应用，既解决了近百年来中小批量和中大批量多品种加工自动化的问题，亦很好地适应了产品不断迅速更新的需求：即解决了60年代以来，一直是以提高切削用量、减少切削时间，缩短或重和辅助时间为手段，来达到提高生产率效果不理想的问题。实用表明，柔性制造技术具有如下特点：①具有较高的柔性、机构性和通用性；②转产快、准备时间短；③设备利用率高，可实现无人看管24ｈ连续工作；④加工质量高且稳定；⑤所需费用低；⑥相同产量占地面积是传统设备的60%。由此可见，正是由于柔性制造技术的这种高效、灵活的特性使其成为实施敏捷制造、并行工程、精益生产和智能制造系统的基础，且应用日益广泛，已成为整个机构制造领域的核心技术[1]。
1、几种柔性制造系统的类型
柔性制造系统，按其构成的机床类型、柔性程度和生产效率的不同，可分为以下3种型式。
1.1　FMS(典型的柔性制造系统)是以NC/MC为主体的生产设备与运输路线可以改变的自动化运输装置的有机结合，是由DNC与CNC、CNC与CNC或单一的CNC等多种不同型式的分级控制系统而形成的一个由物质流(工件和刀具)与信息流结合的完整的柔性自动生产线。
1.2　FML(柔性自动线)通常是由可换主轴箱机床、通用和专用数控机床、加工中心及辅助设备等机床群和传送路线固定的工件输送装置所组成，传送装置的系统是非柔性的或柔性程度较低的、用可编程序控制器(PC)或(CNC)控制，可适应多品种、中大批量生产的一种柔性生产系统。
1.3　FMC是由MC+APL(自动交换工作台装置)组成，它有自动化核心的加工功能，以及对这两者的协调和控制功能。有自动控制、维护监视等功能，假如再配有与外部输送系统连接的设置，还可以构成组成FMS的模块。FMC具有夜班无人看管的功能，只要在其托盘上分别装夹好相同的工件，它便可以可靠地、连续地进行加工[2，3]。
2、柔性制造的实际使用情况
早在1990年我厂为了376Q汽油机的制造，购置了4台加工中心，组成了一个准柔性制造系统，主要负责完成发动机机体与缸盖的加工，其具体的工艺技术参数如下：
2.1　被加工对象及部位被加工零件是376Q机体、缸盖的关键部位、材料分别为HT21～40，铝合金，其加工技术要求分别见表1。

表1　376Q汽油机机体、缸盖零件的技术要求

（图片）

2.2　柔性制造系统的构成
本系统由4台卧式加工中心组成，采用日本的FAＮＶC6M系统控制，脉冲的分辨率为0 001ｍｍ，定位精度为±0 012/300ｍｍ，重复定位精度为±0 006ｍｍ，分度定位精度为±10″，刀库容量分别为40和60把，配有自动交换工作台装置，托盘数2个，工序装夹情况见图1、图2。

（图片）

图1　机体1、3、4工序装夹示意图
(主要加工前、后面和左、右侧面及主轴承孔)

（图片）

图2　机体2工序装夹示意图
(主要加工上、下面)

2.3　工艺流程示意
376Q汽油机机体、缸盖零件的柔性加工工艺流程见图3，加工中心内各工序的工步内容略。“三车间”指的是需转入该车间完成部分辅助和加工后再回线。

（图片）

图3　1992年8月间加工中心工段“试行工艺流程”

2.4　工件检测与国外工艺水平对比
对被加工零件的检测见表2；与国外工艺水平对比见表3。

表2　机体件检测结果(单位：ｍｍ)

（图片）

表3　与国外工艺水平对比

（图片）

2.5　对比结果分析
(1)加工精度能满足使用要求，但与国外水平比有差距。(2)加工时间是国外水平的2～3倍。(3)对柔性系统的开发与管理还有待提高。(4)前述系统特点得到充分验证。
2.6　加工质量与生产效率的进一步提高
2.6.1　加工质量的高低是制造系统好坏的一个综合指标，它反映了控制系统的水平、工艺装备的精度、加工工艺的好坏及刀具系统的管理，以及被加工对象的状况等。为此应从以下几方面来提高系统的综合控制水平：①开发和使用先进的控制系统以实现切削过程的自适应控制、自动检测和刀具的寿命管理。②提高工装、夹具的定位精度及使用性能，绝对避免装夹变形情况，同时要合理地制定加工工艺。③加强对刀具系统的管理，提高刀具制造精度和使用寿命。④保证被加工对象在材料和毛坯精度上的相对稳定。
2.6.2　生产效率的高低是对系统运用程度的一种反映，因此我们需做好如下几方面的工作：①在工艺编制上要尽可能使工序集中，以减少程序转换的时间。②优化程序的结构、减少程序的运行时间。③利用多种手段来达到提高切削用量的目的。④合理地安排生产结构、调整好各机床加工的均衡性，从而提高机群的整体效率。
2.7　综合效果的评价
柔性技术的使用还处在初级阶段，在诸多方面仍不够完善，但其收效确是显著的，具体表现在：(1)生产投资期短、辅助工作少、而且价格低；(2)加工质量高且稳定；(3)使得生产组织、工艺的再调整十分便利；(4)可进行三班不停机工作、设备利用率高。为此，我相信通过柔性技术的开发和使用，必将给企业今后的发展带来巨大的活力。
3、柔性制造技术的新发展
柔性制造技术在各工业发达国家已经得到广泛的生产应用，数控机床、加工中心、柔性制造单元(FMC)，柔性制造系统(FMS)应用日益广泛，计算机集成制造(CIM)将使生产的设计、制造管理、供销、财务都用计算机统一管理，实现工厂的全盘计算机管理的自动化。在80年代CIMS呼声甚高，认为是机械制造的发展方向，但按这种概念建立CIMS需要极大的硬件投资和很长的开发建设时间。由于技术的飞跃发展，过分强调统一管理，无法适应多变的生产。因此现在CIMS的概念必须更新，要有更多的灵活性能，才能适应迅速多变的生产。
CAD/CAM一体化技术的发展应用，大大地缩短了产品的研制开发周期，同时也促进了设计思想的变化。设计考虑制造(DFM)的思想现已被更多的人接受，在保证产品性能要求的前提下大大减少了制造成本，并行工程是将设计、工艺准备、加工制造、装配调试工作从串联作业改为前后衔接的并行作业，大大缩短了生产周期。
最近提出的敏捷制造技术将柔性自动化技术发展到一个新高度。由于因特网的发展，就有可能将不同的工厂的生产有机地组织起来，发挥各自的特长进行合作生产。敏捷制造技术主要包括三部分内容：(1)基层单位的计算机管理和自动化。但这里不强调全盘自动化，在用计算机管理更经济时就采用自动化，否则就由人参加。(2)计算机仿真和虚拟制造在新产品设计和研制时特别有用。(3)通过因特网将不同工厂、不同地区的单位有机地组织起来，发挥各单位的特长，实现异地设计、异地制造和装配，达到产品的快速、高效、优质、低成本生产[4]。
参考文献：
[1]刘启中.现代数控技术及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2]杨有君.数字控制技术与数控机床[M].北京：机械工业出版社，1999.
[3]张根保.自动化制造系统[M].北京：机械工业出版社，1999.
[4]孙大涌.先进制造技术[M].北京：机械工业出版社，2000. 11/29/2004

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