發動機深孔構件加工機床的可重構設計研究

羅 俊

（景德鎮陶瓷學院,江西 景德鎮 333403）

1 引言

“2020 年制造業將面臨的嚴峻挑戰”，該內容源于美國國家研究委員會發表的一份研究報告。已經發表，就引起了廣泛關注。該報告以較長的篇幅陳述了專家們對2020年世界將面臨的各種具體挑戰，以及面對挑戰各個國家都急需解決的可重構企業和可重構制造系統等共10項關鍵技術?？芍貥嫏C床的研究與開發，是重構制造系統以及敏捷制造的必要條件，是完成可重構制造系統復雜內容的重要內容之一，需要引起我們的高度重視?？杉尚?、模塊化、可定制性、可轉換性、可診斷性，是可重構機床本身具有的優勢特點，明顯優越于傳統機床的功能與特性。對機床設計重構能否成功實現，很大程度上取決于可重構模塊的功能冗余問題是否能夠得到有效解決。

孔加工在整個機械制造加工過程中占有很大比重，約為四分之一；而深孔加工量更是所有孔加工實行的重中之重，約有百分之四十之多。BTA設備、槍鉆設備、DF設備以及噴吸鉆設備等是深孔加工設備的常見類型。這些設備類型都有較強的專業性和針對性，在提高工作效率的同時，也大大限制了深孔加工機床的擴散、普及速率，影響其自身的發展。每一類直徑及工藝要求不同的工件加工，需要不同的加工設備；不同的加工設備，需要不一樣的輔具。加工設備和輔具的數量會隨著加工工件的增多柱不斷擴長，甚至出現需要從國外進口專業機床設備的現象，這就必然造成生產進本的大量投入，制約了經濟利潤的獲得。

可重構制造系統，即對產品族內的生產能力和功能進行調整與修復的一種制造系統。當許多不確定因素同時降臨時，可重構制造系統會迅速做出反應，對內部結構和硬、軟件功能模塊進行調整和改變，從而加強產品性能。

模塊化設計，是設計可重構機床的重要理念；而深孔機床的有效設計，需要對整個機床結構中不同環節功能的明確劃分。這種對各個設計環節上的嚴格要求，有助于設計周期的縮短和機床加工實踐中工件質量的提升。模塊化設計，是實現模塊組織生產的先決條件。它的采用，便宜生產率較高的專用工藝設備投入生產，全面實現企業生產效率和產品綜合質量的提高的同時，減少了企業的成本投入；模塊化設計，是對即插即用特性的有效應用，從產品的更新換代、維護修復上都會有很大的助益。

2 深孔加工

長徑比L／D（孔深L、同孔徑D的比），是機加工中通常被用來對孔進行深淺程度劃分的數據工具。以數據5為界，L／D≥5的孔為深孔，L／D＜5的孔為淺孔。專業的加工刀輔具與較先進的技術技能，是進行深孔加工操作的必備措施，兩者缺一不可。

2.1 深孔零件的各類加工方式

通常情況下，一般內孔的制備加工多采用工件固定、刀具進給旋轉的方式進行操作；對深孔的制備加工常會以工件旋轉、刀具進給來等深孔零件的方式進行操作。顯然，兩者之間因為孔的深淺程度的不同，施工操作方式也有了很大差異。對于深孔鉆削操作而言，常采用三種方式進行。一是在盤類零件加工中應用的工件旋轉、刀具進給方式；二是對加厚板材類產品進行鉆孔應用的工件固定、刀具旋轉進給方式；三是對管料鉆孔、槍炮管類產品加工使用的工件旋轉、刀具旋轉進給方式。

2.2 深孔刀輔具含義與內容

所謂深孔刀輔具，即是深孔機床上通常使用的、較專業的刀具和輔助工具。它主要包含深孔擴鉆、噴吸鉆、DF鉆、SIED鉆、BTA鉆、槍鉆等類型。

3 機床功能結構的模塊化設計

嚴格接口的標準化要求，是機床結構模塊化的基礎條件。所謂模塊化設計是一系列工作的集合，即是對具有不同功能的產品進行結構功能模塊的功能劃分、特性設計、模塊組合，進而形成更具有專業化性能的機床設備，進行各個不同類型產品的加工操作。機床功能結構的模塊化設計，適用于個別有特殊加工需求的工件加工時的隨時組裝。模塊化的構建，有利于各標準模塊的批量化、大規模生產，是應對形形色色的加工需求時機床部件進行“即插即用”操作的重要前提。

3.1 模塊化的主要內容

獨立床身模塊、直線進給床身模塊、主軸模塊和抽屑動力頭模塊，是從可重構技術的相關加工方法和深孔機床加工零件的自身特性出發進行的具體性劃分。

3.2 結構可行性方案及可重構性分析

一是改變可變床身的長度或調整直線運動模塊，是應對臨時更換加工工件尺寸的有效途徑；二是調整機床運動模式和改變數控程序，是應對臨時更換較為復雜的被加工件的有效途徑；三是改變加工刀輔具及其運行程序，是應對臨時更換被加工件加工工藝的有效途徑。

4 各結構模塊的設計

擔任一些較特殊的加工任務，是各模塊使機床重構后的附加功能。

（1）基本的機床床架。作為其他設備的載體，是最基本的機床床架（底座）的主要功能；（2）獨立的承載模塊。為了承載工件，會出現將以前的一體機床改為分體設計等現象，這是承載模塊的主要作用。在模塊內部加入升降裝置，有利于模塊表面的齊整；（3）直線進給床身模塊?？芍貥嫏C床設計的重點部分是直線進給床身模塊的合理設計。在前期工作中，提高精準度的穩定性、導軌表面設置標準接口，是提升模塊插接組裝效率的關鍵性準備。為了刀具進給運動的順利運行，會在可重構機床設計中注重進給箱、伺服電機（提供進給動力）、絲杠等部分的利用率；（4）接口標準化。接口標準化是可重構設計的關鍵性內容之一。電機接口、刀輔具接口，是進行標準接口部件設計時主要涵蓋的兩個方面。

5 結論

現階段，為了適應國內國際市場的發展需求，我國在而不斷加快對可重構深孔加工機床的研究進展。而結構重構設計的科學性與實用性，是深孔加工機床理論不斷充實、完善的發展趨勢。這些系統性理論的逐一的實踐利用，進一步促進了企業生產效率的提升和進行深孔加工成本投入的減少。

[1]郭虎,辛志杰,陳振亞.基于遺傳算法的現場修復機床可重構設計方法的研究[J].組合機床與自動化加工技術,2012(05).

[2]曾法力,李愛平,謝楠,徐立云.基于圖文法的可重構機床配置規劃方法[J].同濟大學學報(自然科學版),2011(04).