浅谈柔性制造技术在数控机床中的应用

2014-08-15黑龙江杨海峰徐玉海

职业技术 2014年11期

黑龙江杨海峰徐玉海

在信息化技术蓬勃发展的推动下，以数控机床为核心的制造技术向着高效化、柔性化和高精化的方向发展，数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业，构建数字化企业的重要基础装备，它的发展一直备受关注。数控机床以卓越的柔性自动化性能，优异而稳定的精度，灵敏而多样化的功能引人瞩目，开创了机械产品向机电一体化发展的先河。因此，数控技术成为先进制造技术中的核心技术之一。另一方面，通过持续的研究，信息技术的深化应用促进了数控机床的进一步提升。所以，本文将着重剖析数控技术的现状及动向，从中探讨高效柔性制造技术对促进机床制造业发展的作用。

一、柔性制造系统

柔性制造系统(FMS)指自动化程度高的制造系统。目前所谈及的FMS通常是指在批量切削加工中以先进的自动化和高水平的柔性为目标的制造系统。80年代后，制造业自动化进入一个崭新时代，即基于计算机的集成制造(CIMS)时代，FMS已成为各工业化国家机械制造自动化的研制发展重点。

1.柔性制造单元(FMC)

FMC的问世并在生产中开始使用约比FMS晚6-8年，它是由1-2台加工中心、工业机器人、数控机床及物料运送存贮设备构成，具有适应加工多品种产品的灵活性。FMC可视为一个规模最小的FMS，是FMS向廉价化及小型化方向发展的一种产物，其特点是实现单机柔性化及自动化，迄今已进入普及应用阶段。

2.柔性制造系统(FMS)

通常包括4台或更多台全自动数控机床(加工中心与车削中心等)，由集中的控制系统及物料搬运系统连接起来，可在不停机的情况下实现多品种、中小批量的加工及管理。

3.柔性制造线(FML)

它是处于单一或少品种大批量非柔性自动线与中小批量多品种FMS之间的生产线。其加工设备可以是通用的加工中心、CNC机床；亦可采用专用机床或NC专用机床，对物料搬运系统柔性的要求低于FMS，但生产率更高。它是以离散型生产中的柔性制造系统和连续生产过程中的分散型控制系统(DCS)为代表，其特点是实现生产线柔性化及自动化，其技术已日臻成熟，迄今已进入实用化阶段。

4.柔性制造工厂(FMF)

FMF是将多条FMS连接起来，配以自动化立体仓库，用计算机系统进行联系，采用从订货、设计、加工、装配、检验、运送至发货的完整FMS。它包括了CAD/CAM，并使计算机集成制造系统(CIMS)投入实际，实现生产系统柔性化及自动化，进而实现全厂范围的生产管理、产品加工及物料贮运进程的全盘化。FMF是自动化生产的最高水平，反映出世界上最先进的自动化应用技术。它是将制造、产品开发及经营管理的自动化连成一个整体，以信息流控制物质流的智能制造系统(IMS)为代表，其特点是实现工厂柔性化及自动化。

二、柔性制造技术应用在数控机床的发展方向

发展柔性结构体系的数控制造技术装备及制造系统，是实现在快速多变的市场环境中对用户驱动的市场需求做出灵活、快速响应的关键。所谓制造装备及制造系统的柔性化，是指当产品的品种需求发生变化时，它们仍能在满足经济性的前提下，实现及时转换生产的适应能力。同时，持续地提高经济加工精度也是适应市场竞争的另一个主要目标。作为评定数控机床及系统效能的基本指标，也将由以传统的工作精度和切削能力改为用高效柔性和高精化的程度来衡量。

1.高效柔性化

虽然传统的非数控机床也具有一定的柔性，但它不能获得高的效能和稳定的精度，更不适应复杂型面的加工。因此，基于数控技术的高效柔性化制造装备及其制造系统需兼具下列特征：

（1）高度的灵活性和多品种生产的快速适应性；

（2）高效的生产能力，包括：高生产率——借助于高速化和提高金属切除率等途径；高稳定性——对于光机电集成的数控机床，着重要求其降低故障率，提高可靠性，以提高制造装备及系统的开动率(利用率)。

高效柔性化和高精化分别反映了制造业在竞争激烈的市场环境下两个最主要的要求，即产品生产变换的灵捷性和产品质量的持续提高。

2.高精化

产品零件的精度直接影响到其工作性能、寿命、能耗和噪声等，因此数控机床的高精化是市场需求和技术发展的必然结果。

3.高速化

数控机床的高速化是提高其高效柔性和高精化的重要措施。它既可以提高机床的切削能力和缩短辅助时间，又能改善切屑成形过程，减少刀齿每转进给量和降低切削力，有助提高加工精度。因此，高速化的发展不能单纯地追求转速的提高，必须考虑改善各项制约因素，才不致事倍功半。应包括热误差和控制精度，还要注意机床结构的静动态刚度、动平衡和刀具的性能等。