模块化刀具系统满足汽车制造柔性化需求的解决方案

2007-12-19 17:13:46

汽车作为高效生产的产品，对生产设备的精度和柔性有很高的要求。而刀具在金属切削加工中占有举足轻重的地位。对于汽车制造业而言，许多工序必须使用专用刀具，如发动机曲轴，无论是内铣、车车拉还是高速外铣工序，所使用的都是专用刀具，这些刀具的刀体制造复杂，价格昂贵。由此，面向汽车制造的柔性化需求，模块化刀具系统作为柔性解决方案应运而生。

近年来，由于科学技术的不断进步和人们消费需求的不断变化，汽车产品的寿命周期缩短了，产品更新换代的速度加快了。这种形势迫使许多生产企业走上多品种、小批量的生产方式，以提高本企业产品的市场占有率，适应市场需求的多变性。美国著名的未来学家阿尔温·托夫勒在《第三次浪潮》中预言，今后的社会是一个“打破标推化”的多样化社会，今后的一切将“越来越不一致和没有标准了”。

长期以来，加工业的批量与其经济效益存在着密切联系。如果不能达到经济批量，则生产企业要不没有必要的利润维持企业的发展，要不产品价格缺乏竞争能力而无法取得足够的市场占有率。因此，我们必须设法寻找一些解决方案，比如降低经济批量的数额，使我们在小批量生产时同样达到接近大批量生产的经济效益。

刀具在汽车制造中发挥着重要作用。模块化刀具系统就是面向汽车制造的柔性化需求的柔性解决方案。

模块化的基本概念

模块化是指以产品(或系统)的总功能为对象，以功能的分析分解为基础建立模块体系，运用模块组合成产品(或系统)。我们可以把具有某种功能的产品看成一个系统，通过对系统的分析，把系统的总功能分解成若干个子功能，而用以完成这些子功能的要素就是该系统的子系统。如果其中某些子系统可与其他系统中的另一些子系统在功能上通用、互换，又具有一致的接口，这些子系统便可以从母系统中分离出来，形成一个个通用的子系统(即模块)，这就是分解。为了满足不同的使用要求，我们在模块体系中选择若干个模块并按照新产品(或系统)的要求结合起来，就会产生一个具有新功能的产品(或系统)，这就是组合。这一过程与积木玩具极相似。例如，我们在某车床上使用一刀具系统，其装上钻头作为切削模块，用弹簧套作为链接切削模块与环境(机床)的桥梁──主柄模块，就形成了钻削系统；而如果把切削模块换为丝锥，它就成了攻丝系统。对于钻削系统，由弹簧套和直柄钻头组成的系统在使用功能上与锥柄麻花钻等效。

模块化刀具的建立

在建立模块时，属于同一功能单元的、安装于同一些部件(或模块)上的一组模块，应具有相同的结合要素(包括相同的安装与联结形式)，以保证性能、用途和内部结构不同的模块在组合成产品时具有互换性。这样，当汽车制造厂的工件结构、尺寸、材料有了改变之后，我们就有可能通过更换新的模块，组合成符合新功能要求的刀具，来满足汽车制造者新的需求。

建立模块时应使其功能单一、合理细化，以达到灵活性大、适应性强、寿命周期长的效果，并使其适应产品品种和参数变化的要求，形成经济合理的系列化，最大限度地满足用户的不同需要，利于高效生产、降低成本和提高产品质量。如模块式可转位面铣刀，一类是一种刀体可配用不同的刀垫，可以形成45°主偏角通用面铣刀、45°主偏角轻切削低功耗面铣刀、75°主偏角通用型面铣刀、89°45′主偏角的经济型立铣刀、90°主偏角的小切深(ap<9mm)和大切深(ap<15mm)以及刀尖角较小(60°)的立铣刀、修光铣刀、圆刀片型腔铣刀、八角刀片的多功能铣刀等10种类型的铣刀；另一类是各种刀垫可分别在直径80、100、125、160、200、250、315、400、500mm的各种刀体上使用，这样就可以扩大刀具的使用范围，减少刀具的库存，提高刀具使用者的应变能力。

图1 模块化铣刀示例

某德国公司的铣刀片目前有20种常用刃口形状，由于刀片的前角不同，因此能改变铣刀的工作角度。例如，在该模块化铣刀(如图1所示)上使用90°主偏角的小切深(ap<9mm)或大切深(ap<15mm)的刀垫时，如装用A57刀片，其径向前角为0°；如装用D55刀片，径向前角增至10°；如装用F55刀片，则径向前角增至16°；而如装用K88刀片，径向前角则增至25°。

这样的模块式刀具设计可以提供很多种组合，形成千姿百态的刀具，为制造厂快速适应市场变化，开发制造新产品在技术上提供了可能。这样的模块式刀具系统可用于各种自动化程度的场合，应用范围可从普通铣床、专用铣床到复杂的数控加工中心和柔性生产线。与当前使用的其他刀具相比，该系统的可变性非常强。

158机床网