机加工工厂设计中的加工设备选择与布局设计8198.docx

今天的市市场已成成为买方方市场。随随着市场场的全球球化，企企业问竞竞争愈演演愈烈。如如果我们们在工厂厂设计初初期只着着眼于制制造出一一流的产产品，那那么即使使如愿，最最终也未未必能赢赢得市场场。前期期加工设设备选型型的错误误及布局局的不合合理往往往会导致致后期生生产成本本的上升升，而改改变这些些错误的的代价往往往是巨巨大的。因因此，在在工厂设设计前期期，产品品的制造造成本、设设备的使使用效率率不应成成为设计计人员的的思考盲盲点，合合理选择择加工设设备，精精益规划划设备布布局，高高效组织织并协调调各生产产要素，是是降低产产品的制制造成本本、提高高生产率率、赢在在起跑线线上的关关键。Ill 加工设设备的选选择加工设备备是根据据产品类类型、生生产纲领领、工艺艺规程等等参数来来选择的的。如果果设备的的类型和和数量选选择得当当。不仅仅可减少少投资，提提高设备备利用率率，降低低设备维维护、运运行费用用。还对对完善设设备布局局、简化化在制品品周转、缩缩短生产产链等起起着至关关重要的的作用。(1)加加工设备备选择指指标工艺可可能性工工艺可能能性是指指加工设设备在不不同生产产要求下下实现加加工工艺艺过程的的能力。工工艺可能能性主要要包括：加工设设备可完完成的工工序种类类；加工工对象的的类型和和尺寸范范围；能能加工的的材料和和毛坯种种类；切切削用量量的可能范围等等。通常常，在大大批量生生产中，因因工序分分散，可可选用工工艺可能能性较窄窄的加工工设备。如如各种专专机、组组合机床床等；在在单件、小小批生产产中，由由于工序序集中，一一台加工工设备要要完成尽尽可能多多的工序序，宜选选用通用用机床或或数控机机床，且且工艺可可能性要要选得宽宽一些，以以适应加加工对象象多变的的需要。加工精精度和表表面质量量加工精精度是指指加工设设备所能能达到的的尺寸精精度、形形状精度度和位置置精度，它它受制于于加工设设备本身身的几何何精度、运运动精度度、刚度度、抗振振性、热热稳定性性、精度度保持性性和误差差补偿策策略等。设设备加工工精度过过高或过过低都是是不可取取的，我我们需要要的是经经济加工工精度，即即加工设设备在其其正常使使用条件件下能经经济合理理地达到到的加工工精度。表表面质量量主要指指被加工工工件表表面几何何学特性性及表面面层物理理品质。要要注意其其中的表表面粗糙糙度等指指标除与与加工设设备本身身的抗振振性有关关外，还还与影响响切削稳稳定性的的设备外外因索有有关，诸诸如：所所采用的的切削用用量、切切削液、工工件材料料、刀具具(或磨具具)的几何何形状及及材料特特性等，若若选择设设备时仅仅注意设设备本身身而忽视视上述设设备外因因素将是是片面的的，其效效果可能能事倍功功半。一一般来说说，采用用自动化化程度高高的加工工设备，避避免人为为因素干干扰，是是保证加加工精度度和表面面质量稳稳定性的的有效途途径。生产率率生产率率通常是是通过加加工设备备单位时时间内所所能加工工的工件件数量或或所能切切除的材材料量来来衡量的的。生产产率主要要取决于于加工设设备的切切削时间间、辅助助时间以以及分摊摊到每个个工件上上的调整整、准备备和结束束时间。通通常，选选择高速速、大功功率、高高刚度的的加工设设备是提提高生产产率的有有效保证证。可靠性性可靠性性是指在在规定的的时间和和条件下下，加工工设备保保持其应应有工作作性能的的能力。它它主要与与设备中中关键零零部件的的精度保保持性、耐耐磨性、耐耐用性、精精度稳定定性和抗抗干扰性性有关，因因此，要要注意设设备中一一些关键键零部件件的选择择，必要要时可对对欲购设设备提出出附加要要求，对对一些关关键零部部件质量量或材质质作出规规定，还还要注意意设备可可靠性与与设备合合理的使使用期限限及合理理的精度度储备有有关。经济性性经济性性是指加加工设备备质量、功功能、成成本的合合理配合合。在满满足功能能要求的的前提下下，设备备结构要要尽可能能简单，技技术采用用合理，并并遵循加加工设备备的系列列化、零零部件的的通用化化和标准准化的要要求，这这对降低低设备设设计、制制造及日日后的维维修、改改造成本本很重要要。另外外，选择择节能、环环保、寿寿命长的的设备也也是相当当经济的的，这可可有效降降低其使使用成本本。(I)加加工设备备选择程程序第一步：对被加加工零件件进行分分类并初初选加工工设备，零零件分类类细化程程度取决决于生产产类型，批批量愈大大，分类类(或分组组)应愈细细。按加工工工艺性性对零件件进行分分类，把把加工性性质相同同或相似似的零件件分在同同一类；对已分分类零件件按加工工尺寸和和重量分分组，并并注意区区分毛坯坯材料种种类，以以便加工工设备的的合理使使用及切切屑的分分类管理理；将精度度要求高高的同类类件分在在一组，以以便合理理使用精精密加工工设备来来保证零零件加工工质量。第二步：编制工工艺路线线，根据据工艺规规程和生生产纲领领对零件件进行工工艺分析析，参考考国内外外同类零零件的先先进加工工工艺，编编制各零零件加工工工序及及工艺路路线。第三步：选择设设备及其其数量，测测算各设设备工作作节拍(或单机机工时)，通过过平衡各各设备的的生产能能力，估估算出整整个生产产线中所所需要的的设备及及其数量量。第四四步：优优化，包包括加工工工序的的优化和和设备选选型的优化，本本文仅讨讨论后者者的优化化问题，主主要可从从以下两两方面着着手：设备利利用率，从从设备等等待时间间、设备备负荷率率、设备备功能是是否冗余余来分析析。大批批量生产产因采用用专机和和流水线线较多，设设备平均均负荷率率可在OO6O7之间；成批生生产的设设备负荷荷率为OO7085；单单件、小小批生产产因通用用万能设设备较多多，负荷荷率可在在o85以上上。资金利利用率，从从设备投投资的资资金占用用、财务务成本、投投资回收收期等技技术经济济指标来来分析。优优化要对对系统内内全体设设备作统统筹考虑虑，整个个系统的的设备利利用率和和资金利利用率都都较高的的方案为为最佳方方案。加工设备备布局设设计布局设计计简单地地说就是是系统中中单元的的选择及及单元的的排列组组合。在在完成设设备选择择后就要要结合车车间场地地、空间间结构特特点及工工艺约束束对设备备进行合合理布局局。要充充分考虑虑设备之之间在空空间位置置上的协协调性，以以确保生生产系统物流畅畅通及设设备的充充分使用用，加工工设备的的合理布布局对加加工系统统中物流流的合理理性起到到关键性性作用。(1)加加工设备备布局原原则工艺性性原则要要求生产产工艺过过程合理理并连续续，生产产各环节节加工能能力相匹匹配。工工艺合理理不仅可可以避免免某些配配置的不不平衡，减减少生产产过程中中的中断断、等待待，还可可以简化化加工过过程，减减少不必必要的作作业，消消除生产产能力的的冗余，缩缩短生产产周期，从从而充分分有效地地利用人人员、设设备、空空间和能能源。经济性性原则必必须使系系统的配配置和布布局确保保产品综综合成本本的最低低化和企企业最终终效益的的最大化化。加工工系统的的购入成成本和使使用成本本将最终终反映到到产品成成本上，要要力求设设备投资资最低；设备的的布置和和使用高高效、合合理；物物流经济济、畅通通。可持续续性原则则在多变变的市场场中，要要使加工工系统体体现最大大的灵活活性和柔柔性，以以适应产产品品种种及产能能的变动动，为今今后的可可持续性性发展留留出空间间。安全性性原则设设备布置置要严格格遵循“安全第第一”的原则则，切实实保证工工人的操操作安全全，为职职工提供供方便、舒舒适、安安全、符符合职业业卫生的的工作环环境。(2)加加工设备备的常用用布局厦厦比较流水线线布局常常见于自自动化生生产线，设设备为特特定的产产品而专专门设计计布局，以以获得最最大的效效率，生生产过程程分得很很细，工工位布置置成一条条或几条条相连的的线段。优优点是生生产效率率高、产产品质量量有保证证；缺点点是系统统柔性较较低，仅仅局限于于很少一一类产品品，生产产准备时时间长、物物料处理理难度大大、调度度复杂性性高。机群式式布局加加工设备备按其工工种和功功能进行行分群布布置，把把相同的的操作和和工艺过过程集中中在一起起，形成成各具功功能的机机群或功功能块。优优点是系系统柔性性较大，同同组设备备的负荷荷较易平平衡，制制造过程程中物料料运输的的成本较较低；缺缺点是生生产效率率低、周周期长。单元布布局将某某一类零零件作为为一个加加工单元元，把加加工这一一单元所所需的各各种设备备集中在在一起。优优点是物物流路线线短，生生产效率率较高，生生产管理理简单，加加工质量量可靠；缺点是是系统柔柔性取决决于设备备本身的的柔性，当当系统柔柔性要求求较高时时，成本本提升较较快。它它比较适适合多品品种、小小批量的的制造企企业中大大量相似似零件的的加工制制造。定点布布局产品品在加工工过程中中固定不不动或很很少移动动，工人人和制造造设备围围着产品品移动，多多见于大大型产品品(船体、飞飞机等)的建造造和装配配。上述述常用布布局之比比较如附附表所示示。(3)布布局设计计程序第一步：划分生生产块(流) 根据据产品工工艺资料料(可按前前述“加工设设备选择择程序”的“第一、二二步”建立)，把具具有相似似加工工工艺的产产品或零零部件归归为一类类，形成成一个块块(流)，对没没有共性性但需求求量较大大的产品品可单独独划分为为一个生生产块(流)；对需需批量生生产的工工序也可可单独作作为个个生产块块(流)。第二步：平面布布置根据上上述生产产块(流)的划分分情况进进行生产产区域设设计，设设计时要要注意将将物流量量大的区区域尽量量安排得得靠近些些，并使使各生产产区域间间通道宽宽敞，物物流顺畅畅。在相应应的生产产区域内内进行生生产配置置的设计计。若生生产块(流)是连续续工艺流流程，可可布置为为U型生产产线或uu型生产产线组合合。另外外，应将将进行批批量生产产的生产产块(流)与其联联系紧密密的生产产块(流)布置在在一起，以以便建立立类似的的连续工工艺流程程。根据车车间空间间、工艺艺约束、设设备结构构参数及及动力参参数，结结合物流流设计，合合理确定定选定的的加工设设备所在在位置以以及设备备缓冲区区和仓库库等位置置，给出出几个不不同的初初步布局局方案。第三步：物流考考察本文文所述的的物流特特指工序序物流，即即各加工工工序之之间的物物料流动动。主要要应注意意以下三三点：应确保保物料能能畅通无无阻并沿沿最短路路线流动动，避免免无谓的的交叉和和往返。建建立一个个前后连连贯的工工序或总总体连续续的工艺艺路线是是满足本本要求的的关键。应有利于岗位设置及员工之间的交流与协作。物流设计计要为岗岗位设置置提供最最大的灵灵活性，以以确保在在不同的的需求下下，实行行不同的的一岗多多机配置置中人员员的流动动和参与与。物流路路线的安安排应确确保人员员的安全全，避免免可能发发生的物物损，应应符合消消防、劳劳动卫生生等有关关法规或或条例。第四步：瓶颈辨辨识一方方面，要要平衡生生产能力力，尽量量避免瓶瓶颈的产产生；另另一方面面，我们们要充分分利用瓶瓶颈资源源，平衡衡物流，极极小化在在制品的的库存。瓶瓶颈可从从工序负负荷比较较表中考考察每道道工序的的负荷来来获得，也也可通过过实地考察类类似系统统的运行行得到。第五步：方案优优化根据据零件的的加工节节拍，计计算出加加工设备备、小车车(或行车车)、缓冲冲区以及及仓库的的负荷率率，确定定各个初初步方案案的生产产能力，通通过综合合比较，选选择工艺艺过程合合理、负负荷平衡衡、加工工效率较较优、生生产能力力较大的的为最佳佳方案。在在布局方方案优化化过程中中，进行行物流效效率的分分析和评评判至关关重要，这是是布局方方案优化化所必不不可少的的。日设计评评价一个个较好的的布局设设计方案案应符合合以下四四个要点点：满足产产品生产产纲领和和加工工工艺要求求，工艺艺可靠，质质量稳定定。同时时，对可可能发生生的生产产纲领变变化(如扩能能)或产品品的变化化(转产)作了充充分的考考虑，在在控制预预算的前前提下，系系统加工工柔性较较高，发发展潜力力较大。一方面面，设备备布局合合理，工工艺路线线流畅。中中间环节节少，系系统生产产率和物物流效率率均较高高；另一一方面，设设备利用用率高，运运行费用用低，人人员配置置少，投投资省。采用当当今较为为成熟可可靠的新新技术、新新工艺，迎迎合了技技术发展展趋势。所所采用的的工艺、技技术在相相当一段段时问内内不落伍伍，有一一定的技技术改造造空问。绿色环环保。除除了遵循循现行的的中央及及地方主主管部门门制定的的法律、法法规、规规范和标标准以外外，还要要对中央央及地方方主管部部门制定定的各种种指导性性文件及及国外较较为先进进(严格)的规范范标准有有所响应应，这是是企业可可持续发发展的重重要保证证。日示例某公司委委托设计计一个船船用半组组合曲轴轴生产项项目，项项目要建建一精加加工车间间，承担担曲轴的的散件加加工、单单套(散件红红套成曲曲拐)、复套套(曲拐红红套成曲曲轴)、精加加工等，生生产纲领领为年产产1600根曲轴轴。其制制造工艺艺由曲拐拐制造(流程程一)和曲轴轴成形(流程二二)两部分分组成：流程一：毛坯一一机械性性能试验验和探伤伤一精车车两平面面、外圆圆一镗红红套孔一一精车开开档、曲曲柄肩一一镗两侧侧缺口一一探伤一一船检一一分组红红套成曲曲拐；流程二：多组曲曲拐整体体红套成成曲轴一一车曲轴轴主轴颈颈、自由由端轴、输输出端法法兰面一一车曲柄柄销一船船检一镗镗自由端端、输出出端法兰兰孔、链链轮螺孔孔一车外外圆、抛抛光一磁磁粉探伤伤一船检检一包装装、发运运。(1)设设备选择择针对流流程一，通通过对其其加工工工艺分析析基本本采用国国产通用用设备，其其中的曲曲拐3nnq-机机床可通通过普通通立车改改造来替替代，成成本是国国外同类类专用机机床的114。在这这部分国国产设备备的选择择上有意意识地额额外提高高了工艺艺可能性性要求，以以增加设设备适应应性。这这样，除除满足本本项目曲曲拐加工工外，还还可对外外承揽其其它加工工业务，由由于国产产设备价价格相对对较低，故故所增加加的投资资并不多多。针对流程程二，因因要满足足曲轴成成形后大大量苛刻刻的技术术要求，决决定引进进国外曲曲轴专用用加工设设备，以以确保曲曲轴的最最后加工工质量。受受这部分分设备专专用性强强、投资资极大(单台5oo0万美美金以上上)的限制制，所选选设备的的适应性性未作拓拓宽，仅仅以满足足本项目目纲领产产量、规规格要求求为选择择原则。但但考虑到到今后的的发展，在在这些曲曲轴专用用加工设设备旁预预留了一一块面积积(目前暂暂为堆场场)，用于于今后可可能的设设备添加加。(2)布布局由于于单个曲曲拐最重重近400 t，组组装成曲曲轴后最最大重量量约2887 tt，最大大长度近近15 m，故故合理分分配起重重能力对对精益组组织生产产、降低低厂房造造价意义义重大。经经优化分分析，设设备采用用机群式式布局，把把起重能能力需求求仅400 t的的曲拐加工工(流程一一)布置在在一跨，把把起重能能力需3300 t的曲曲轴加工工(流程二二)布置在在另一跨跨。机床床布置与与跨间平平行。长长加工设设备尽量量靠近各各跨轴线线并与之之平行布布置，以以便在这这些设备备前留出出半成品品堆场。又又因大规规格产品品相对较少，故故把使用用频率低低的大型型3n-v设备备布置在在车间末末端，这这样可使使大吨位位行车靠靠边，同同时也减减少了小小吨位行行车的运运行距离离，还方方便了超超大件的的驳运(离门近近)。考虑虑到今后后的发展展，在负负荷高的的设备(也是关关键设备备)附近预预留了设设备添置置场地。此外，在在布局中中有意识识地把车车间分成成机加工工区域和和钳工区区域两块块，使车车间条块块清晰、功功能划分分明确，其其好处如如下：曲轴红红套和曲曲拐红套套区域(燃烧天天然气加加热)间距最最短并沿沿墙布置置，以利利集中供供气加热热，散热热容易且且安全；通过中中间平车车通道的的分隔，机机加工区区域可避避开红套套后打磨磨、修整整所产生生的粉尘尘和噪声声；钳工区区行车使使用频繁繁，集中中靠门设设置可避避免影响响其它共共用轨道道的行车车使用，并并有利物物件的吊吊装出入入；便于人人员的调调度和管管理。目结束语语本文所述述内容属属工厂设设计中工工艺设计计的一部部分，其其优劣对对工厂建建成后生生产能力力、效益益的高低低起着决决定性作作用。但但目前，512厂设计常常被异化为建筑与公用的设计，工艺设计中这部分内容或因业主急欲开工而忽忽带过；或因已已有现成成工艺而而一套了了之，大大多未把把项目建建设作为为加工工工艺新生生的一个个契机，结结果是新新瓶裴旧旧酒，竣竣工后常常常因生生产工艺艺不合理理，或设设备选择择及布局局不合理理而留下下诸多遗遗憾，本本文正是是基于这这样的考考虑，对对机加工工工厂设设计中的的加工设设备选择择与布局局设计进进行了初初步的研研究和总总结，希希望工艺艺设计因因其在工工厂设计计中的决决定作用用而有所所强化。