发动机深孔构件加工机床的可重构设计研究

2015-10-08罗俊

山东工业技术 2015年18期

罗俊

（景德镇陶瓷学院,江西景德镇 333403）

1 引言

“2020 年制造业将面临的严峻挑战”，该内容源于美国国家研究委员会发表的一份研究报告。已经发表，就引起了广泛关注。该报告以较长的篇幅陈述了专家们对2020年世界将面临的各种具体挑战，以及面对挑战各个国家都急需解决的可重构企业和可重构制造系统等共10项关键技术。可重构机床的研究与开发，是重构制造系统以及敏捷制造的必要条件，是完成可重构制造系统复杂内容的重要内容之一，需要引起我们的高度重视。可集成性、模块化、可定制性、可转换性、可诊断性，是可重构机床本身具有的优势特点，明显优越于传统机床的功能与特性。对机床设计重构能否成功实现，很大程度上取决于可重构模块的功能冗余问题是否能够得到有效解决。

孔加工在整个机械制造加工过程中占有很大比重，约为四分之一；而深孔加工量更是所有孔加工实行的重中之重，约有百分之四十之多。BTA设备、枪钻设备、DF设备以及喷吸钻设备等是深孔加工设备的常见类型。这些设备类型都有较强的专业性和针对性，在提高工作效率的同时，也大大限制了深孔加工机床的扩散、普及速率，影响其自身的发展。每一类直径及工艺要求不同的工件加工，需要不同的加工设备；不同的加工设备，需要不一样的辅具。加工设备和辅具的数量会随着加工工件的增多柱不断扩长，甚至出现需要从国外进口专业机床设备的现象，这就必然造成生产进本的大量投入，制约了经济利润的获得。

可重构制造系统，即对产品族内的生产能力和功能进行调整与修复的一种制造系统。当许多不确定因素同时降临时，可重构制造系统会迅速做出反应，对内部结构和硬、软件功能模块进行调整和改变，从而加强产品性能。

模块化设计，是设计可重构机床的重要理念；而深孔机床的有效设计，需要对整个机床结构中不同环节功能的明确划分。这种对各个设计环节上的严格要求，有助于设计周期的缩短和机床加工实践中工件质量的提升。模块化设计，是实现模块组织生产的先决条件。它的采用，便宜生产率较高的专用工艺设备投入生产，全面实现企业生产效率和产品综合质量的提高的同时，减少了企业的成本投入；模块化设计，是对即插即用特性的有效应用，从产品的更新换代、维护修复上都会有很大的助益。

2 深孔加工

长径比L／D（孔深L、同孔径D的比），是机加工中通常被用来对孔进行深浅程度划分的数据工具。以数据5为界，L／D≥5的孔为深孔，L／D＜5的孔为浅孔。专业的加工刀辅具与较先进的技术技能，是进行深孔加工操作的必备措施，两者缺一不可。

2.1 深孔零件的各类加工方式

通常情况下，一般内孔的制备加工多采用工件固定、刀具进给旋转的方式进行操作；对深孔的制备加工常会以工件旋转、刀具进给来等深孔零件的方式进行操作。显然，两者之间因为孔的深浅程度的不同，施工操作方式也有了很大差异。对于深孔钻削操作而言，常采用三种方式进行。一是在盘类零件加工中应用的工件旋转、刀具进给方式；二是对加厚板材类产品进行钻孔应用的工件固定、刀具旋转进给方式；三是对管料钻孔、枪炮管类产品加工使用的工件旋转、刀具旋转进给方式。

2.2 深孔刀辅具含义与内容

所谓深孔刀辅具，即是深孔机床上通常使用的、较专业的刀具和辅助工具。它主要包含深孔扩钻、喷吸钻、DF钻、SIED钻、BTA钻、枪钻等类型。

3 机床功能结构的模块化设计

严格接口的标准化要求，是机床结构模块化的基础条件。所谓模块化设计是一系列工作的集合，即是对具有不同功能的产品进行结构功能模块的功能划分、特性设计、模块组合，进而形成更具有专业化性能的机床设备，进行各个不同类型产品的加工操作。机床功能结构的模块化设计，适用于个别有特殊加工需求的工件加工时的随时组装。模块化的构建，有利于各标准模块的批量化、大规模生产，是应对形形色色的加工需求时机床部件进行“即插即用”操作的重要前提。

3.1 模块化的主要内容

独立床身模块、直线进给床身模块、主轴模块和抽屑动力头模块，是从可重构技术的相关加工方法和深孔机床加工零件的自身特性出发进行的具体性划分。

3.2 结构可行性方案及可重构性分析

一是改变可变床身的长度或调整直线运动模块，是应对临时更换加工工件尺寸的有效途径；二是调整机床运动模式和改变数控程序，是应对临时更换较为复杂的被加工件的有效途径；三是改变加工刀辅具及其运行程序，是应对临时更换被加工件加工工艺的有效途径。

4 各结构模块的设计

担任一些较特殊的加工任务，是各模块使机床重构后的附加功能。

（1）基本的机床床架。作为其他设备的载体，是最基本的机床床架（底座）的主要功能；（2）独立的承载模块。为了承载工件，会出现将以前的一体机床改为分体设计等现象，这是承载模块的主要作用。在模块内部加入升降装置，有利于模块表面的齐整；（3）直线进给床身模块。可重构机床设计的重点部分是直线进给床身模块的合理设计。在前期工作中，提高精准度的稳定性、导轨表面设置标准接口，是提升模块插接组装效率的关键性准备。为了刀具进给运动的顺利运行，会在可重构机床设计中注重进给箱、伺服电机（提供进给动力）、丝杠等部分的利用率；（4）接口标准化。接口标准化是可重构设计的关键性内容之一。电机接口、刀辅具接口，是进行标准接口部件设计时主要涵盖的两个方面。