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模塊化刀具系統(tǒng)滿足汽車制造柔性化需求的解決方案
2007-12-19 17:13:46
汽車作為高效生產(chǎn)的產(chǎn)品，對生產(chǎn)設(shè)備的精度和柔性有很高的要求。而刀具在金屬切削加工中占有舉足輕重的地位。對于汽車制造業(yè)而言，許多工序必須使用專用刀具，如發(fā)動機曲軸，無論是內(nèi)銑、車車拉還是高速外銑工序，所使用的都是專用刀具，這些刀具的刀體制造復(fù)雜，價格昂貴。由此，面向汽車制造的柔性化需求，模塊化刀具系統(tǒng)作為柔性解決方案應(yīng)運而生。
近年來，由于科學(xué)技術(shù)的不斷進步和人們消費需求的不斷變化，汽車產(chǎn)品的壽命周期縮短了，產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度加快了。這種形勢迫使許多生產(chǎn)企業(yè)走上多品種、小批量的生產(chǎn)方式，以提高本企業(yè)產(chǎn)品的市場占有率，適應(yīng)市場需求的多變性。美國著名的未來學(xué)家阿爾溫·托夫勒在《第三次浪潮》中預(yù)言，今后的社會是一個“打破標推化”的多樣化社會，今后的一切將“越來越不一致和沒有標準了”。
長期以來，加工業(yè)的批量與其經(jīng)濟效益存在著密切聯(lián)系。如果不能達到經(jīng)濟批量，則生產(chǎn)企業(yè)要不沒有必要的利潤維持企業(yè)的發(fā)展，要不產(chǎn)品價格缺乏競爭能力而無法取得足夠的市場占有率。因此，我們必須設(shè)法尋找一些解決方案，比如降低經(jīng)濟批量的數(shù)額，使我們在小批量生產(chǎn)時同樣達到接近大批量生產(chǎn)的經(jīng)濟效益。
刀具在汽車制造中發(fā)揮著重要作用。模塊化刀具系統(tǒng)就是面向汽車制造的柔性化需求的柔性解決方案。

模塊化的基本概念

模塊化是指以產(chǎn)品(或系統(tǒng))的總功能為對象，以功能的分析分解為基礎(chǔ)建立模塊體系，運用模塊組合成產(chǎn)品(或系統(tǒng))。我們可以把具有某種功能的產(chǎn)品看成一個系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)的分析，把系統(tǒng)的總功能分解成若干個子功能，而用以完成這些子功能的要素就是該系統(tǒng)的子系統(tǒng)。如果其中某些子系統(tǒng)可與其他系統(tǒng)中的另一些子系統(tǒng)在功能上通用、互換，又具有一致的接口，這些子系統(tǒng)便可以從母系統(tǒng)中分離出來，形成一個個通用的子系統(tǒng)(即模塊)，這就是分解。為了滿足不同的使用要求，我們在模塊體系中選擇若干個模塊并按照新產(chǎn)品(或系統(tǒng))的要求結(jié)合起來，就會產(chǎn)生一個具有新功能的產(chǎn)品(或系統(tǒng))，這就是組合。這一過程與積木玩具極相似。例如，我們在某車床上使用一刀具系統(tǒng)，其裝上鉆頭作為切削模塊，用彈簧套作為鏈接切削模塊與環(huán)境(機床)的橋梁──主柄模塊，就形成了鉆削系統(tǒng)；而如果把切削模塊換為絲錐，它就成了攻絲系統(tǒng)。對于鉆削系統(tǒng)，由彈簧套和直柄鉆頭組成的系統(tǒng)在使用功能上與錐柄麻花鉆等效。

模塊化刀具的建立

在建立模塊時，屬于同一功能單元的、安裝于同一些部件(或模塊)上的一組模塊，應(yīng)具有相同的結(jié)合要素(包括相同的安裝與聯(lián)結(jié)形式)，以保證性能、用途和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同的模塊在組合成產(chǎn)品時具有互換性。這樣，當汽車制造廠的工件結(jié)構(gòu)、尺寸、材料有了改變之后，我們就有可能通過更換新的模塊，組合成符合新功能要求的刀具，來滿足汽車制造者新的需求。
建立模塊時應(yīng)使其功能單一、合理細化，以達到靈活性大、適應(yīng)性強、壽命周期長的效果，并使其適應(yīng)產(chǎn)品品種和參數(shù)變化的要求，形成經(jīng)濟合理的系列化，最大限度地滿足用戶的不同需要，利于高效生產(chǎn)、降低成本和提高產(chǎn)品質(zhì)量。如模塊式可轉(zhuǎn)位面銑刀，一類是一種刀體可配用不同的刀墊，可以形成45°主偏角通用面銑刀、45°主偏角輕切削低功耗面銑刀、75°主偏角通用型面銑刀、89°45′主偏角的經(jīng)濟型立銑刀、90°主偏角的小切深(ap<9mm)和大切深(ap<15mm)以及刀尖角較小(60°)的立銑刀、修光銑刀、圓刀片型腔銑刀、八角刀片的多功能銑刀等10種類型的銑刀；另一類是各種刀墊可分別在直徑80、100、125、160、200、250、315、400、500mm的各種刀體上使用，這樣就可以擴大刀具的使用范圍，減少刀具的庫存，提高刀具使用者的應(yīng)變能力。

圖1 模塊化銑刀示例
某德國公司的銑刀片目前有20種常用刃口形狀，由于刀片的前角不同，因此能改變銑刀的工作角度。例如，在該模塊化銑刀(如圖1所示)上使用90°主偏角的小切深(ap<9mm)或大切深(ap<15mm)的刀墊時，如裝用A57刀片，其徑向前角為0°；如裝用D55刀片，徑向前角增至10°；如裝用F55刀片，則徑向前角增至16°；而如裝用K88刀片，徑向前角則增至25°。

這樣的模塊式刀具設(shè)計可以提供很多種組合，形成千姿百態(tài)的刀具，為制造廠快速適應(yīng)市場變化，開發(fā)制造新產(chǎn)品在技術(shù)上提供了可能。這樣的模塊式刀具系統(tǒng)可用于各種自動化程度的場合，應(yīng)用范圍可從普通銑床、專用銑床到復(fù)雜的數(shù)控加工中心和柔性生產(chǎn)線。與當前使用的其他刀具相比，該系統(tǒng)的可變性非常強。

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