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對(duì)大型工件進(jìn)行“完整加工”一直是難題，機(jī)床設(shè)備的快速發(fā)展使這個(gè)問(wèn)題得到解決，并證明了完整加工與大型工件的處理并非相互排斥。人們把焦點(diǎn)都放在水電和壓縮空氣消耗上，卻極少考慮空間使用問(wèn)題，就生產(chǎn)成本“能效”來(lái)講，每平方米所蘊(yùn)含的生產(chǎn)力其實(shí)有著巨大的潛力。

“完整加工”一詞在生產(chǎn)領(lǐng)域由來(lái)已久，如今更受關(guān)注。回顧過(guò)去，當(dāng)初只有多面加工和多方向或六面加工。隨著多種生產(chǎn)技術(shù)的整合，單個(gè)加工中心已經(jīng)能完成從毛坯到成品零部件的完整加工。

完 整加工越來(lái)越依賴五軸聯(lián)動(dòng)加工。除需整合多種生產(chǎn)技術(shù)外，五軸加工系統(tǒng)還要求能在空間中以相對(duì)隨意的方式定位工件和工具，并使其自由回旋。這一要求使得完 整加工，尤其是對(duì)小型工件的完整加工，得以應(yīng)用在大小型機(jī)床上。完整加工在工件質(zhì)量方面的優(yōu)勢(shì)，也比傳統(tǒng)的“泰勒制”科學(xué)管理生產(chǎn)更勝*。

完整加工——大型工件受益良多

一開(kāi)始，大型工件加工似乎面對(duì)諸多限制。大型工件通常需要進(jìn)行諸多操作，因此加工中心需要配備大容量的刀庫(kù)，并要求某些工具必須與工件的尺寸相近。那么在一臺(tái)龐大的機(jī)器上完成所有生產(chǎn)步驟是否可行呢？

以 往人們總是過(guò)快地做出決定，卻沒(méi)有充分地考慮完整加工的好處。其實(shí)，它具備很多方面的優(yōu)勢(shì)。相比在加工小型工件的優(yōu)勢(shì)，完整加工對(duì)于大型工件而言，其優(yōu)勢(shì) 更是有過(guò)之而無(wú)不及。在多階段的生產(chǎn)過(guò)程中，即便各生產(chǎn)系統(tǒng)間的緩沖達(dá)到低，大型工件仍需要非常大的存儲(chǔ)空間。例如，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的箱式托盤只能容納24個(gè) 貨車渦輪增壓器的半邊外殼。即使加工只需幾分時(shí)間，若要滿足一個(gè)班次中未完工產(chǎn)品的緩沖需要，那它所占的空間就足以把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)變成像是帶有切屑分區(qū)的物流 作業(yè)站。每增加一個(gè)生產(chǎn)步驟，則需要更多的空間。在這種情況下，顯然不能把空間效率只當(dāng)作假定條件而已。

根據(jù)各工件的重量，機(jī)器的每個(gè)裝 卸步驟都需要使用裝卸工具。在大型機(jī)器中，這些裝卸步驟的實(shí)現(xiàn)都是自動(dòng)化的。為保證生產(chǎn)過(guò)程的一致性，裝卸工具通過(guò)自動(dòng)輸送和緩沖區(qū)相互銜接起來(lái)。價(jià)值創(chuàng) 造要素在資源投資中所占百分比極小，并且近年來(lái)持續(xù)下降，而與此同時(shí)，工件也取代了冷卻潤(rùn)滑劑在很多地方的使用。

如果將完整加工用于大型 工件，則可以大量降低在物流和自動(dòng)化方面的開(kāi)支。所需機(jī)器的尺寸取決于軸的布置。可以確定的是，工件可以進(jìn)行雙旋轉(zhuǎn)，也就是說(shuō)繞著兩個(gè)軸旋 轉(zhuǎn)。如果工具能進(jìn)行X、Y和Z三個(gè)平面上的線性運(yùn)動(dòng)，則可以使工具或工件盡可能少旋轉(zhuǎn)和平衡動(dòng)作。

圖1 斯塔瑪雙主軸和五軸聯(lián)動(dòng)砂輪安裝生產(chǎn)，主軸距離為600mm

在 設(shè)計(jì)可以容納較多大型刀具的加工中心時(shí)，還要考慮到熱效應(yīng)。只有在這種情況下，完整加工才能在相對(duì)較小的空間內(nèi)發(fā)揮所有優(yōu)勢(shì)。結(jié)合雙主軸復(fù)合加工（圖 1），用戶能獲得標(biāo)準(zhǔn)空間效益，因?yàn)橥暾庸つ芘c雙主軸加工實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。同時(shí)創(chuàng)造了高水平的每平方米生產(chǎn)力。圖2所示為同時(shí)加工兩個(gè)工件的加工中心， 其大尺寸為500 x 500 x 500 mm，占地面積僅12 m2。

圖2 斯塔瑪加工中心MC526——所需占地面積僅為12m2

根 據(jù)工件參數(shù)，完整加工夾緊一個(gè)工件多可能需要50個(gè)工具，所設(shè)計(jì)的工具庫(kù)必須能符合如此大的尺寸要求。除了要獲得快速的換刀間隔，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)快速的切屑到 切屑換刀時(shí)間，機(jī)器內(nèi)部工具管理還必須高度智能化。位于德國(guó)Schlierbach的斯塔瑪（Stama）制造的工具庫(kù)不僅可用于單主軸和雙主軸加工，而 且具有多達(dá)120個(gè)位置的超大容量。

大容量刀庫(kù)面臨的主要挑戰(zhàn)，是要同時(shí)實(shí)現(xiàn)特定刀具的隨時(shí)供給和縮短刀具干擾時(shí)間。通過(guò)刀庫(kù)的工程設(shè)計(jì) 來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題，利用快速抓取裝置或快速移動(dòng)鏈條是*的。為了盡可能降低刀庫(kù)需要應(yīng)對(duì)的高動(dòng)應(yīng)力，斯塔瑪?shù)募庸ぶ行亩寂鋫淞?ldquo;斯塔瑪?shù)毒吖芾?rdquo;解 決方案（圖3）。有了刀庫(kù)分類裝置的幫助，就能保證在加工過(guò)程中，按照所需的正確順序，把刀具放入刀庫(kù)中。另外，新的刀具裝入刀庫(kù)中后，或是切換到同規(guī)格 的備用工具后，順序會(huì)持續(xù)得到更新。因此，可以保證在低動(dòng)應(yīng)力的情況下，大型刀庫(kù)中始終保持快速的切屑到切屑換刀時(shí)間。

圖3 刀具分類裝置：“斯塔瑪工具管理”保證一致的短暫切屑到切屑換刀時(shí)間

過(guò)程整合

除 了五軸聯(lián)動(dòng)完整加工外，銑削中心還對(duì)各生產(chǎn)工序加以整合，這為質(zhì)量和物流方面創(chuàng)造更好的前景。舉例說(shuō)，原本需先在車銑機(jī)床上完成所有粗車工序，然后才能開(kāi) 始細(xì)車步驟。而將車削主軸并入加工中心，就可以實(shí)現(xiàn)任意順序的五軸聯(lián)動(dòng)車銑操作（圖4）。同時(shí)還能在各操作步驟之間自由移動(dòng)工件，而無(wú)需從機(jī)床上取下工 件。如果由工件來(lái)執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，那么工件可以在夾緊裝置松開(kāi)后卻不離開(kāi)夾緊裝置的情況下旋轉(zhuǎn)至定位，這樣就無(wú)需再單獨(dú)夾緊。

圖4 在同一中心上配備車銑加工的完整加工——貨車渦輪增壓器外殼的雙主軸車

什么是“泰勒制”？

物 質(zhì)方面的直接浪費(fèi)，人們是可以看到和感覺(jué)到的，但由于人們不熟練、低效率或指揮不當(dāng)而造成的浪費(fèi)，人們既看不到，又摸不到。所有的日常活動(dòng)中不注意效率的 行為都在使整個(gè)國(guó)家資源遭受巨大損失，而補(bǔ)救低效能的辦法不在于尋求某些出眾或是非凡的人，而在于科學(xué)的管理。提出這個(gè)觀念的人正是被西方管理界譽(yù)為“科 學(xué)管理之父”的泰勒。

泰勒制可以使作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，可以提高生產(chǎn)效率，泰勒制也叫科學(xué)管理。