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行業(yè)新聞
機(jī)械加工如何做出正確決策
機(jī)械加工工藝流程是工件或者零件制造加工的步驟
，采用機(jī)械加工的方法，直接改變毛坯的形狀、尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為零件的過(guò)程稱為機(jī)械加工工藝流程。比如一個(gè)普通零件的加工工藝流程是粗加工-精加工-裝配-檢驗(yàn)-包裝，就是個(gè)加工的籠統(tǒng)的流程
。
機(jī)械加工工藝就是在流程的基礎(chǔ)上
，改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品，是每個(gè)步驟，每個(gè)流程的詳細(xì)說(shuō)明，比如，上面說(shuō)的，粗加工可能包括毛坯制造，打磨等等，精加工可能分為車，鉗工，銑床，等等，每個(gè)步驟就要有詳細(xì)的數(shù)據(jù)了，比如粗糙度要達(dá)到多少，公差要達(dá)到多少。
技術(shù)人員根據(jù)產(chǎn)品數(shù)量
、設(shè)備條件和工人素質(zhì)等情況，確定采用的工藝過(guò)程，并將有關(guān)內(nèi)容寫(xiě)成工藝文件，這種文件就稱工藝規(guī)程。這個(gè)就比較有針對(duì)性了。每個(gè)廠都可能不太一樣
，因?yàn)閷?shí)際情況都不一樣?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">？偟膩?lái)說(shuō)
，工藝流程是綱領(lǐng)，加工工藝是每個(gè)步驟的詳細(xì)參數(shù)
，工藝規(guī)程是某個(gè)廠根據(jù)實(shí)際情況編寫(xiě)的特定的加工工藝
。
機(jī)械加工工藝流程
機(jī)械加工工藝規(guī)程是規(guī)定零件機(jī)械加工工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件之一，它是在具體的生產(chǎn)條件下
，把較為合理的工藝過(guò)程和操作方法
，按照規(guī)定的形式書(shū)寫(xiě)成工藝文件，經(jīng)審批后用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)
。機(jī)械加工工藝規(guī)程一般包括以下內(nèi)容：工件加工的工藝路線
、各工序的具體內(nèi)容及所用的設(shè)備和工藝裝備、工件的檢驗(yàn)項(xiàng)目及檢驗(yàn)方法
、切削用量
、時(shí)間定額等。
日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)
，令汽車制造企業(yè)不得不認(rèn)真考慮一下自己未來(lái)的發(fā)展問(wèn)題
。為此，他們提出了整體壽命周期費(fèi)用的研究要求
，希望能夠幫助自己做出正確的決策
。
對(duì)于汽車動(dòng)力總成制造企業(yè)來(lái)講，合理規(guī)劃生產(chǎn)是非常重要的
。因?yàn)?div id="jfovm50" class="index-wrap">，正確的選擇可以進(jìn)一步提高生產(chǎn)系統(tǒng)的使用價(jià)值，提高生產(chǎn)效率
，讓生產(chǎn)流程更加合理化
，為企業(yè)節(jié)省大量的開(kāi)支。
就發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)所采用的自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)而言
，其整體壽命周期費(fèi)用的計(jì)算并非是件簡(jiǎn)單的事情
。首先
，企業(yè)要在先期投入大量資金購(gòu)置生產(chǎn)設(shè)備。然后
，還需要考慮在后期的使用過(guò)程中
，這套能夠?qū)㈣T件加工成成品(缸體)的生產(chǎn)系統(tǒng)需要花費(fèi)多少操作費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用?打個(gè)更好的比方，如果以10年為期限計(jì)算
，在這一系統(tǒng)上生產(chǎn)400萬(wàn)件這樣的缸體需要投入多少運(yùn)營(yíng)成本?
我們的答案是：該項(xiàng)花費(fèi)將在1.10～1.60億美元之間
。這5
000萬(wàn)美元的差額不但與動(dòng)力總成制造企業(yè)所選用的生產(chǎn)設(shè)備機(jī)型有著密切的關(guān)系，而且與該零件(缸體)在未來(lái)10年內(nèi)的改型也有著密切的關(guān)系
。為適應(yīng)這些設(shè)計(jì)上的變化
，動(dòng)力總成制造企業(yè)就必須對(duì)其生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改造。此外
，選用的設(shè)備型號(hào)對(duì)日常消耗的刀具
、備品備件(如主軸)、公用設(shè)施及勞務(wù)操作和維修費(fèi)用等因素也都會(huì)有很大的影響
。
由并聯(lián)加工中心
、程控加工中心分組組成的敏捷加工單元
制造技術(shù)的發(fā)展
過(guò)去，能夠年產(chǎn)成千上萬(wàn)件大型動(dòng)力總成零件的惟一切實(shí)可行和具有較高成本效益的方法是
，建造采用順序加工工藝的專機(jī)生產(chǎn)線
。加工內(nèi)容按工序分配給不同的單獨(dú)工位順序完成，并由一條剛性的輸送帶連接起來(lái)
。毛坯從生產(chǎn)線的一端上料
，成品(缸體或缸蓋)從另一端下線，然后進(jìn)入裝配工序
。
這種生產(chǎn)系統(tǒng)適合對(duì)生產(chǎn)線柔性要求不高的
、設(shè)計(jì)變化較小的系列零件的生產(chǎn)，而對(duì)于設(shè)計(jì)變化較大的零件則需設(shè)計(jì)新的工位
。改造采用順序加工工藝的專機(jī)生產(chǎn)線成本很高
，動(dòng)力總成制造企業(yè)需要投入大量的時(shí)間和金錢。
隨著制造技術(shù)的發(fā)展
，敏捷制造系統(tǒng)和混合型生產(chǎn)系統(tǒng)的出現(xiàn)給生產(chǎn)帶來(lái)了改變
。
敏捷制造系統(tǒng)由裝配有機(jī)械手的數(shù)控機(jī)床和機(jī)床間的自動(dòng)化輸送設(shè)備組成，采用并聯(lián)加工工藝
，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)
，一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障并不會(huì)導(dǎo)致整條生產(chǎn)線停工
。此外
，這種采用并聯(lián)加工工藝的生產(chǎn)系統(tǒng)具有很好的柔性，很容易根據(jù)生產(chǎn)需要做進(jìn)一步擴(kuò)展
。
對(duì)于大批量生產(chǎn)
，傳統(tǒng)的專機(jī)生產(chǎn)線的購(gòu)置成本較低
。如果生產(chǎn)零件的預(yù)期變化很少，專機(jī)生產(chǎn)線將是最佳的選擇
。隨著制造技術(shù)的發(fā)展
，相對(duì)前幾代的自動(dòng)生產(chǎn)線，如今的生產(chǎn)線改造成本已有所降低
。
混合型生產(chǎn)系統(tǒng)是前兩種生產(chǎn)方式的組合
，兼有專機(jī)生產(chǎn)線和柔性制造單元的特點(diǎn)。
如何進(jìn)行選擇
在選擇哪種生產(chǎn)系統(tǒng)時(shí)
，整體壽命周期費(fèi)用可以作為生產(chǎn)企業(yè)的重要依據(jù)
。在MAG動(dòng)力總成公司的設(shè)備開(kāi)發(fā)工作表上，創(chuàng)建了一個(gè)整體壽命周期費(fèi)用計(jì)算模型
，將產(chǎn)品的變化分為3大類：變化較少
、變化中等、變化較大
。變化較少的一類只需對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)上的附加孔進(jìn)行重新配置
，以使其適應(yīng)新的模型。根據(jù)锪孔
、鉆孔
、鉸孔和攻絲操作的變換，在專機(jī)生產(chǎn)線上添加多軸加工頭
，增加刀具
，以適應(yīng)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)變化。對(duì)此
，敏捷制造系統(tǒng)則只需修改工件加工程序
、更換刀具即可滿足這些變化。
發(fā)動(dòng)機(jī)缸體就是設(shè)計(jì)變化中等的一個(gè)實(shí)例
。其新的特點(diǎn)將給生產(chǎn)帶來(lái)一定的影響
，需要增加必要的加工量。在這種情況下
，專機(jī)生產(chǎn)線需要增添多軸加工頭和2～3個(gè)新工位
，需要更改夾具。安裝新設(shè)備及改造舊設(shè)備將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)線停機(jī)
，因此在更換前需要調(diào)整成品的庫(kù)存
。
在人們考慮選用何種生產(chǎn)方案應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的中等變化時(shí)，敏捷制造系統(tǒng)的柔性就得到了充分體現(xiàn)
。因?yàn)槊艚葜圃煜到y(tǒng)更容易進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)備的安裝調(diào)試并不會(huì)影響到線上其他數(shù)控機(jī)床的正常工作。對(duì)于產(chǎn)品變化較大的方案
，如果使用的是專機(jī)生產(chǎn)線，那么就必須考慮設(shè)計(jì)和制造幾個(gè)全新的加工工位，以代替現(xiàn)有的工位。這必將涉及到多臺(tái)機(jī)床，還有相當(dāng)數(shù)量的新型多頭加工頭、夾具，大量更新機(jī)械、電氣、液壓系統(tǒng)和PLC設(shè)計(jì)、刀具總圖、工藝表 、相關(guān)說(shuō)明書(shū)。而在敏捷制造系統(tǒng)上
，我們可能只需增添兩臺(tái)新型數(shù)控機(jī)床
。此外，由于生產(chǎn)工藝的變化
，還需更改數(shù)控機(jī)床的加工程序
。
在一條發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線10～20年的壽命周期中，產(chǎn)品發(fā)生2次較大變化
、4～5次中等變化及10～20次較小變化的情況是罕見(jiàn)的
。這樣看來(lái)，敏捷制造系統(tǒng)是動(dòng)力總成制造企業(yè)的最佳選擇
。但是當(dāng)產(chǎn)量很大時(shí)
，專機(jī)生產(chǎn)線的初始投資成本則相對(duì)于敏捷制造系統(tǒng)更低。當(dāng)產(chǎn)量達(dá)到每年60萬(wàn)件時(shí)
，專機(jī)生產(chǎn)線的成本要比敏捷制造系統(tǒng)的成本低40%
，后期的運(yùn)行及維護(hù)成本也較低。
目前的專機(jī)生產(chǎn)線屬于高標(biāo)準(zhǔn)化的加工系統(tǒng)
，這類系統(tǒng)非常適合于零件的大批量生產(chǎn)
，占了相?dāng)大的比重。通常，并列加工工藝采用的數(shù)控機(jī)床擁有更多的主軸。在整個(gè)規(guī)劃好的系統(tǒng)壽命周期中，如果將系統(tǒng)中的主軸數(shù)量乘以所需的預(yù)計(jì)更換件數(shù)量，再乘以每根主軸3～5萬(wàn)美元的購(gòu)買費(fèi)用，所得的金額是十分可觀的。此外，平均無(wú)故障時(shí)間(MTBF)以及確定故障和排除故障所需的可變勞動(dòng)力技術(shù)水平，也需納入自動(dòng)生產(chǎn)線維修項(xiàng)目的輸入值進(jìn)行計(jì)算。 。如果生產(chǎn)零件的預(yù)期變化很少或設(shè)計(jì)變化不頻繁，其投資成本是相對(duì)較低的
？赡軙?huì)超過(guò)2 000萬(wàn)美元。 。各個(gè)工序可分為幾個(gè)工位，按順序安排在一條生產(chǎn)線上，并由剛性傳送系統(tǒng)連接起來(lái)。
，較小的產(chǎn)品變化可能需要花費(fèi)幾百萬(wàn)美元，中等變化的花費(fèi)約需1
000萬(wàn)美元，而較大變化的花費(fèi)通?div id="4qifd00" class="flower right">然而在許多應(yīng)用領(lǐng)域中
，對(duì)專機(jī)生產(chǎn)線的重新安裝改造所花費(fèi)的高昂費(fèi)用可能會(huì)抵消其初始投資及操作運(yùn)行成本較低的優(yōu)勢(shì)。因?yàn)?div id="d48novz" class="flower left">在未來(lái)
，產(chǎn)品變化的頻率和可能性還會(huì)進(jìn)一步提高。與缸體相比，這一系列的變化將會(huì)更多地體現(xiàn)在缸蓋產(chǎn)品上，從而使一些動(dòng)力總成制造企業(yè)更傾向于采用敏捷制造系統(tǒng)來(lái)生產(chǎn)缸蓋。此外
，生產(chǎn)系統(tǒng)的比較還包括機(jī)床利用率等因素，預(yù)測(cè)這些操作變量是判斷生產(chǎn)系統(tǒng)整體壽命周期費(fèi)用的一個(gè)重要組成部分。我們可以根據(jù)生產(chǎn)企業(yè)的勞動(dòng)率來(lái)計(jì)算這兩種生產(chǎn)方式的勞務(wù)成本。運(yùn)行敏捷制造系統(tǒng)所需要的操作人員和維護(hù)人員，其數(shù)量相當(dāng)于專機(jī)生產(chǎn)線所需人員的2～3倍。事實(shí)上，無(wú)論采用哪一種生產(chǎn)方式，其公用設(shè)施的費(fèi)用(供電和供氣)以及冷卻液和油耗也都是可以計(jì)算出來(lái)的。設(shè)備維護(hù)及備品備件的費(fèi)用評(píng)估也包含在內(nèi)
。主軸的更換，包括庫(kù)存?zhèn)浼?div id="4qifd00" class="flower right">除此之外，還有一些因素對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)壽命周期費(fèi)用也具有很大的影響
。刀具的消耗是必須考慮的。隨著機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給率的不斷提高，刀具的消耗也隨之提高。在傳統(tǒng)加工方式中，冷卻液費(fèi)用約占操作費(fèi)用的15%左右。由于提取系統(tǒng)的不斷更新，微量潤(rùn)滑變得更加切實(shí)可行。其關(guān)鍵是重新設(shè)計(jì)機(jī)床的底座，利用重力幫助排除切屑，而不是采用沖洗的方法排除切屑。事實(shí)上，一旦采用了這種特殊設(shè)計(jì)的機(jī)床底座，所需冷卻液要比濕加工減少很多。對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)整體壽命周期費(fèi)用的研究表明
，在許多應(yīng)用領(lǐng)域中采用柔性加工單元與專機(jī)生產(chǎn)線相結(jié)合的混合生產(chǎn)方式更為理想。專機(jī)用于進(jìn)行特點(diǎn)穩(wěn)定的粗加工和精加工，數(shù)控機(jī)床用于設(shè)計(jì)特色易于發(fā)生變化的工位。現(xiàn)在，動(dòng)力總成制造企業(yè)又有了一種新的選擇——采用專機(jī)式加工中心
。專機(jī)式加工中心是以加工中心和專機(jī)的組合形式來(lái)加工工件的一種新工藝，將機(jī)床轉(zhuǎn)化為一個(gè)獨(dú)立的加工單元。專機(jī)式加工中心更加簡(jiǎn)單、可靠，主軸比專機(jī)要少，換刀時(shí)間短，加工效率高。此外，它的初期投資和運(yùn)轉(zhuǎn)周期都要低一些。結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)最近的一項(xiàng)研究
，我們對(duì)這三種生產(chǎn)方式的整體壽命周期費(fèi)用進(jìn)行了比較。生產(chǎn)期限為20年，產(chǎn)品和工具改造轉(zhuǎn)換的較大變化為3次、中等變化為5次、較小變化為10次，系統(tǒng)的整體壽命周期費(fèi)用見(jiàn)表
。系統(tǒng)的整體壽命周期費(fèi)用是由產(chǎn)量決定的：當(dāng)年產(chǎn)30～40萬(wàn)件時(shí)，敏捷制造系統(tǒng)的整體壽命周期費(fèi)用最低;當(dāng)年產(chǎn)60萬(wàn)件時(shí)
，專機(jī)生產(chǎn)線的整體壽命周期費(fèi)用最低。如果按同樣的設(shè)備投資和生產(chǎn)規(guī)模，以10年(代替20年)生產(chǎn)期限進(jìn)行計(jì)算
，盡管產(chǎn)量降低了
，但在生產(chǎn)系統(tǒng)的選擇上仍采用同樣的推薦數(shù)字。
根據(jù)壽命周期費(fèi)用分析
，以上三種生產(chǎn)系統(tǒng)方案均占有一定的優(yōu)勢(shì)
。如果產(chǎn)量較低，敏捷制造系統(tǒng)占有優(yōu)勢(shì);如果產(chǎn)量屬于中等水平
，則采用混合型生產(chǎn)系統(tǒng)或敏捷制造系統(tǒng)最為理想
。當(dāng)產(chǎn)品發(fā)展變化達(dá)到最低預(yù)測(cè)水平時(shí)，專機(jī)生產(chǎn)線在大批量生產(chǎn)規(guī)模中非常具有優(yōu)勢(shì)。面對(duì)大批量生產(chǎn)
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，敏捷制造系統(tǒng)初期投資較高
，但其柔性和易擴(kuò)展性不但能滿足當(dāng)時(shí)的市場(chǎng)需要，同時(shí)還能適應(yīng)未來(lái)的發(fā)展變化
。專機(jī)生產(chǎn)線的初期費(fèi)用較低
，如果產(chǎn)品在一定時(shí)期內(nèi)不會(huì)發(fā)生大的變化，選擇這種生產(chǎn)方案是切實(shí)可行的。
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