文章编号：1006—3269(2005)04—0045 o4
柔性组合机床及其生产线的发展探讨
付书明 ，李 明
(1．机械工业第六设计研究院，郑州 450007； 2．郑州航空工业管理学院，郑州 45001 5)
摘 要： 论述了柔性生产线的特点及发展趋势，介绍
了数控组合机床的基本组成及常见的形式，指出了使传统的
组合机床及其 自动线具有柔性的重要意义．
关 键 词： 柔性；组合机床；生产线
中图分类号： TG65 文献标识码： A
今天，市场环境发生了巨大的变化，消费的需求
日趋主体化、个体化和多样化，这使得过去主要以成
本高低来决定企业竞争力的局面得到了根本转变，
企业竞争力已由产品品种、新产品上市速度、交货
期、质量和成本等多个指标共同决定．甚至是新产品
的上市速度成为决定企业生存与发展的关键问题，
多品种变批量生产逐渐成为主流生产模式．进入 2O
世纪 9O年代以来，汽车、拖拉机行业市场的竞争更
趋激烈，新产品层出不穷，产品市场寿命进一步缩
短，新的产品层出不穷，新产品的开发周期 日益缩
短．因而汽车、拖拉机工业对高速化、柔性 自动化技
：术装备的需求量日益增多．因此，为适应新产品更新
换代的步伐，使生产线在保持其高生产率的条件下，
： 一步提高其柔性，就越来越具有重要意义．
组合机床及其生产线，是专用于大批量机械产
品生产的高效自动化技术设备，是汽车、拖拉机、内
燃机等工业不可替代的主要加工设备．近年来随着
数控技术、电子技术、计算机技术等的发展，组合机
床的机械结构和控制系统也发生了翻天覆地的变
化．因此，研究组合机床及其生产线的技术现状和发
展趋势，使传统的组合机床及其自动线具有柔性，是
拖拉机和汽车生产企业为满足市场需求所必须解决
收稿日期：2006—02—15
作者简介：付书明(1953一)，女，河北平【lJ人，高级T程师，研究方向
为机床工厂工艺设计．
的问题．
1 生产线的柔性化发展特点
1．1 数控化
数控组合机床的出现，不仅完全改变了过去那
种由继电器电路组成的组合机床的控制系统，而且
也使组合机床机械结构乃至通用部件标准发生了或
正在发生着巨大的变化．组合机床及其自动线的数
控化，使得传统的专用机床和通用机床的界限，变得
模糊起来．以至于在组合机床这种传统意义上的专
用机床领域内，也出现了“组合机床柔性化”的提法
和实践．传统意义上的组合机床刚性自动线和生产
线，也具有了一定的柔性．
组合机床柔性化在国际上发展较为迅速．如美
国Lanm公司2O世纪 9O年代前期生产的汽车发动
机缸体、缸盖加工设备，有 5o 是传统的组合机床
生产线，25 是可调可变生产线，25 是柔性生产系
统(FTI ，FMS)．日本在 1988～l992年间，组合机
床的数控化率已达 32 ～39 9，6．德国在同时间内组
合机床及 自动线 的数控化率为 18 ～62 [ ．目
前，国内也开展了数控组合机床的研究．如沈阳数控
机床厂推出了 SSK—U6O3O型缸体八工位数控组
合机床，用以加工家用冰箱压缩机缸体 ]．一些组合
机床通用部件生产厂家也已经开发出一维数控滑
台、二维数控十字滑台和数控回转台．
与其它数控机床类似，数控组合机床也是通过
数控加工程序来改变加工行程、工作循环、切削参
数、加工位置和自动换刀．而且，结合组合机床特点，
数控组合机床还可 自动更换主轴箱，以适应变形品
种的加工．
必须指出的是，一般意义上的数控组合机床与
Group Technology& Production Modernization Vo1．23，No．1，2006
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数控机床是完全不同的，数控机床是在通用机床的
基础上发展起来的，它不必考虑零部件的通用化问
题，它的加工工艺十分广泛，主要用于零件小批量生
产模式中．而数控组合机床是在组合机床这类专用
机床的基础上发展起来的，它是由数控化的通用部
件作为零部件而组装成的，因而具有传统组合机床
通用部件设计、制造标准化的优点；它的工艺范围相
对较窄，主要用于多品种变批量生产当中．当然，数
控组合机床是数控机床的一种，随着技术的发展，数
控组合机床与一般意义上的数控机床的差别将逐渐
缩小．
1．2 模块化
为适应数控组合机床的发展 ，就出现了组成数
控机床的数控加工功能模块．组合机床模块化是组
合机床数控化所带来的必然结果，也是组合机床数
控化的必要基础．数控加工模块化极大地丰富了组
合机床的通用件．它必将引起组合机床通用件发生
根本性变化．
数控加工模块，按其数控坐标(轴)数，主要有单
坐标、双坐标和三坐标．按其主轴数，有单轴和多轴
模块，也有单轴和多轴复合加工模块．数控加工模块
的发展，主要有 2种方式．一是与现有组合机床通用
件相对应，设计数控通用件．目前国内已有企业正在
研制数控一维滑台、数控二维(十字)滑台、数控回转
工作台等，都属于这种方式；二是根据数控加工的特
点，研制数控组合机床所独有的部件，如自动更换式
多轴主轴箱、数控回转刀库、数控换刀机械手、数控
换箱机械手等．
1．3 高速化
由于高速加工可大大降低零件表面粗糙度及切
削力、大大减小切削温度、提高生产效率，故机床的
高速化研究方兴未艾，特别是数控机床的主运动和
进给运动已达到了惊人的高速．如美国生产的加工
中心，主轴转速可达 15 000 r～60 000 r／min，工作
台快进速度高达 90～120 m／min ]．顺应机床高速
化的潮流，组合机床的速度也越来越高．例如，德国
大众汽车厂在加工铝合金缸盖燃烧室侧面时，采用
PCD铣刀，铣削速度高达 3 075 m／min，进给速度达
3 600 mm／min。而采用安装有 CBN刀片的新颖镗
刀加工灰铸铁时，切削速度达 800 m／min，进给速度
达 1 500 mm／min[ ．
1．4 精密化
由于机床实现了数控化，因而机床的加工精度
越来越高 使一些过去看来难以达到的加工精度，今
天也已经实现了．例如，意大利 Mandelli公司生产
的 Thunder 500型加工中心，X、Y、Z轴的定位精度
均为0．008 mm，重复定位精度为0．003 mm；B轴定
位精度 6 ，重复定位精度 3 ．在数控组合机床上，也
要求提高设备的工序能力系数，使加工误差在 0．01
mm以内[ ．
1．5 全防护化
全封闭防护是现在机床的一大特点，不论是单
机还是机床生产线，均采用全封闭的外包装．电器、
液压全部采用空中走线．全封闭防护，不但使机床及
其生产线外型美观，而且也提高了机床及生产线的
安全性、可靠性和维修的便利性．
2 数控组合机床通用部件
众所周知，传统的组合机床属刚性的专用机床，
它主要由一些具有独立功能的通用部件及少许专用
部件所构成，是典型的模块化机床．通过给通用部件
(或模块)赋予柔性，使其成为柔性通用部件，用这些
柔性通用部件就可以构成多种形式的柔性组合机
床．因此，研制数控组合机床通用部件是制造柔性化
的组合机床及其生产线的基础．
2．1 数控动力滑台
一 维数控滑台、二维数控十字滑台是数控组合
机床的基础部件．此类滑台可根据用户要求，采用交
流伺服电机或步进电机驱动．数控滑台的导轨面及
压板滑动面均粘贴了工业塑料导轨板．该工业塑料
导轨板是一种以聚四氟乙烯为主的塑料板材，厚度
为 4 ram(按需要可以选择不同的规格)，可以进行
各种机械加工，其粘结工艺也很简单．这种工业导轨
板的摩擦系数很小，可以使数控滑台运动轻快，振动
小、噪声低，并能防止低速爬行．另外，由于这种材料
具有较好的耐磨性，因此可以延长导轨的寿命．
在组合机床中，在切削负荷较小的精加工场合，
也可在动力滑台上用直线滚动导轨代替滑动导轨，
实现动力滑台的滚动化(滚动导轨+滚珠丝杠)．
一 维、二维数控滑台的传动丝杠均采用双螺母
滚珠丝杠，以消除双向传动间隙，提高数控滑台的传
动精度．
《成组技术与生产现代化}2oo6年第 23卷第 1期
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2．2 数控回转工作台
在组合机床中，回转式多工位组合机床占有很
重要的地位．根据有关统计资料，德国在 1990～
1992年期间，回转式多工位组合机床和自动线的产
量约各占组合机床总数的 5O 左右[ ．因为这类机
床可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位
上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，
此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)
或通过转位、翻转装置(在 自动线上)实现工件的五
面加工或全部加工，因而具有很高的自动化程度和
生产效率，被汽车、拖拉机和压缩机等工业部门广泛
采用．而数控回转工作台是回转式多工位数控组合
机床的基础部件．目前，国内已开发出系列数控回转
工作台，它可以水平方式安装于主机中间底座的台
面上，以完成对工件的多面加工，也可以垂直方式安
装于主机动力滑台上，实现自动换刀加工．它利用主
机的控制系统或专门配套的控制系统，完成与主机
相协调的各种加工的分度回转运动．水平方式安装
时，工作台上可安装板、盘或其它形状较复杂的被加
工零部件，从而实现等分的和不等分的连续的孔、槽
以及曲面的加工，且能达到很高的精度．
2．3 数控切削头
现国内已经开发出可实现无级调速的各种切削
头，如数控钻削头、镗削头、铣削头等等．如大功率滑
座式铣头，该铣头既可用于组合铣床，又可用于数控
组合铣床．与传统铣头相比，该铣头有两个显著特
点：一是铣头转速可无级调速，这是因为它可采用变
频器来实现电机的调速；二是它具有铣头轴向进给
运动．它与数控回转台组合，可完成对零件的多面加
工．该铣头的开发成功，不仅为组合铣床添加了新成
员，也为数控组合机床增添了新的通用部件．
3 常见的柔性数控组合机床
3．1 数控转塔组合机床
数控转塔动力头可与数控滑台和其它通用部件
组成数控转塔组合机床．数控转塔动力头有单轴和
多轴的，有立式、卧式和倾斜式的，故可构成多种形
式的数控转塔机床．通过转塔头的转位，即可对工件
进行多工序加工，也可在不同的工位加工不同的零
件．
3．2 数控自动更换多轴箱组合机床
多轴加工是组合机床获得高生产率的主要手
段，由数控可更换主轴箱所组成的数控组合机床既
保证了机床的高效又兼备 |『高的柔性．由于这种多
轴箱只有在机床处于加工中它才与动力箱连接构成
切削头．所以，从理论上讲，可更换的多轴箱的数量
是不受限制的，从而具有更大的灵活性．这种柔性机
床适合于中小批量多品种或中大批量轮番生产箱体
类零件采用．
3．3 数控换刀和换箱复合式组合机床
此类柔性组合机床实际是将加工中心和组合机
床巧妙地结合在一起，既保持了组合机床的高效又
兼备了加工中心的高柔性．换刀主要是为较大直径
的单轴孔的半精镗和精镗．
3．4 兰坐标加工模块
带换刀装置的三坐标加工模块，其加工主轴可
实现 X、y、Z三个坐标轴的运动，刀具也可 自动更
换，对加工族系零件有较大的灵活性．这种加工模块
配以固定工作台可组成三坐标加工单元，配以回转
工作台或回转夹具也可组成四轴、五轴加工单元．可
以独立使用，又可以用于组合机床自动线，使其成为
柔性自动线_4]．
4 结 语
柔性组合机床及组合机床柔性生产线是实现刚
性的多品种变批量生产方式的主要设备．它是在刚
性的组合机床与组合机床生产线的基础上为适应市
场消费个性化而产生的新型设备．数控技术、自动化
技术等先进制造技术的发展为其生产与发展提供了
坚实的技术基础．对许多企业而言，研制、采用柔性
组合机床与组合机床柔性生产线，不仅应当成为技
术革新的主要内容，而且将成为企业提高竞争力的
关键．
参考文献：
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M achine-tool and Production Line ly·The basic parts and the familiar forms of numerical con—
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FU Shu—ming ，LI M ing。 importance that the traditional modular machine_too1 and its
(1．No．6 Institute of Project Planning& prodUCtion line have the flexibleness
．
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2．Zhengzhou Institute of Aeronautical Industry tion line
Management，Zhengzhou 450015，China)
Abstract：In this paper，the flexible production line char一
七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七 七
(上接第 33页) ；
满意的主要原因．物流服务提供商的高运作成本和 一 ． 一
低质量使得需求企业不得不求助于自身力量． 矽 x ：
3．2 提高物流外包收益的对蘩分析 [1] Dona1d J B。wersox，David J c1。ss，Bixhy c。。pef M．supp1y ；
首先，建立供应链企业之间的信任机制．信任机 Chain I 。gistics Management[M]．New Y0rk：The McGraw— l
警 妻 要 嘉 王H ill Com panie s,Inc理．20⋯02． ¨人脓通出 l 提升自己的核心能力
． 供应链环节企业中彼此之间 ， ： 一⋯ ⋯⋯⋯ ⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯ ～～一 l
的信任需要对彼此能力的肯定，物流服务提供商提 E33马士华，林 勇，陈志祥
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高自身的核心竞争力，提高对客户的服务水平是物 社，2000．
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环节上的企业彼此之间沟通是非常重要的，这种良 [ ]郑克俊·供应链管理环境下的企业业务外包及优劣研究[J]·软 ；
好的沟通需要组织结构和硬件的支持，其中，信息技 科学瑚o2 瑚卜。 }
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Supply Chain Circumstance
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商之间的信任评审体系也非常重要．
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最后，营造良好的竞争环境．这需要政府的引导 g培ncs?L： 0u mg IS made m this p per·1。hen，th “rT
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乍，建立物流标准化体系． tive advantage~thi d party 1o stics
’48 。 《成组技术与生产现代化》2DO6年第 23卷第 1期
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