2022年机加工工厂设计中的加工设备选择与布局设计.doc

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1、今天的市场已成为买方市场。随着市场的全球化，企业咨询竞争愈演愈烈。假如我们在工厂设计初期只着眼于制造出一流的产品，那么即便如愿，最终也未必能赢得市场。前期加工设备选型的错误及规划的不合理往往会导致后期消费本钱的上升，而改变这些错误的代价往往是宏大的。因而，在工厂设计前期，产品的制造本钱、设备的使用效率不应成为设计人员的考虑盲点，合理选择加工设备，精益规划设备规划，高效组织并协调各消费要素，是降低产品的制造本钱、提高消费率、赢在起跑线上的关键。Ill 加工设备的选择加工设备是依照产品类型、消费纲领、工艺规程等参数来选择的。假如设备的类型和数量选择得当。不仅可减少投资，提高设备利用率，降低设备维护

2、、运转费用。还对完善设备规划、简化在制品周转、缩短消费链等起着至关重要的作用。(1)加工设备选择指标 工艺可能性工艺可能性是指加工设备在不同消费要求下实现加工工艺过程的才能。工艺可能性主要包括：加工设备可完成的工序品种；加工对象的类型和尺寸范围；能加工的材料和毛坯品种；切削用量的可能范围等。通常，在大批量消费中，因工序分散，可选用工艺可能性较窄的加工设备。如各种专机、组合机床等；在单件、小批消费中，由于工序集中，一台加工设备要完成尽可能多的工序，宜选用通用机床或数控机床，且工艺可能性要选得宽一些，以习惯加工对象多变的需要。 加工精度和外表质量加工精度是指加工设备所能到达的尺寸精度、形状精度和位

3、置精度，它受制于加工设备本身的几何精度、运动精度、刚度、抗振性、热稳定性、精度保持性和误差补偿策略等。设备加工精度过高或过低都是不可取的，我们需要的是经济加工精度，即加工设备在其正常使用条件下能经济合理地到达的加工精度。外表质量主要指被加工工件外表几何学特性及外表层物理质量。要留意其中的外表粗糙度等指标除与加工设备本身的抗振性有关外，还与妨碍切削稳定性的设备外因索有关，诸如：所采纳的切削用量、切削液、工件材料、刀具(或磨具)的几何形状及材料特性等，假设选择设备时仅留意设备本身而无视上述设备外要素将是片面的，其效果可能事倍功半。一般来说，采纳自动化程度高的加工设备，防止人为要素干扰，是保证加工精

4、度和外表质量稳定性的有效途径。 消费率消费率通常是通过加工设备单位时间内所能加工的工件数量或所能切除的材料量来衡量的。消费率主要取决于加工设备的切削时间、辅助时间以及分摊到每个工件上的调整、预备和完毕时间。通常，选择高速、大功率、高刚度的加工设备是提高消费率的有效保证。 可靠性 可靠性是指在规定的时间和条件下，加工设备保持其应有工作功能的才能。它主要与设备中关键零部件的精度保持性、耐磨性、耐用性、精度稳定性和抗干扰性有关，因而，要留意设备中一些关键零部件的选择，必要时可对欲购设备提出附加要求，对一些关键零部件质量或材质作出规定，还要留意设备可靠性与设备合理的使用期限及合理的精度储藏有关。 经济

5、性经济性是指加工设备质量、功能、本钱的合理配合。在满足功能要求的前提下，设备构造要尽可能简单，技术采纳合理，并遵照加工设备的系列化、零部件的通用化和标准化的要求，这对降低设备设计、制造及日后的维修、改造本钱非常重要。另外，选择节能、环保、寿命长的设备也是相当经济的，这可有效降低其使用本钱。(I)加工设备选择程序第一步：对被加工零件进展分类并初选加工设备，零件分类细化程度取决于消费类型，批量愈大，分类(或分组)应愈细。 按加工工艺性对零件进展分类，把加工性质一样或类似的零件分在同一类； 对已分类零件按加工尺寸和重量分组，并留意区分毛坯材料品种，以便加工设备的合理使用及切屑的分类治理； 将精度要求

6、高的同类件分在一组，以便合理使用精细加工设备来保证零件加工质量。第二步：编制工艺道路，依照工艺规程和消费纲领对零件进展工艺分析，参考国内外同类零件的先进加工工艺，编制各零件加工工序及工艺道路。第三步：选择设备及其数量，测算各设备工作节拍(或单机工时)，通过平衡各设备的消费才能，估算出整个消费线中所需要的设备及其数量。第四步：优化，包括加工工序的优化和设备选型的优化，本文仅讨论后者的优化咨询题，主要可从以下两方面着手： 设备利用率，从设备等待时间、设备负荷率、设备功能是否冗余来分析。大批量消费因采纳专机和流水线较多，设备平均负荷率可在O6O7之间；成批消费的设备负荷率为O7085；单件、小批消费

7、因通用万能设备较多，负荷率可在o85以上。 资金利用率，从设备投资的资金占用、财务本钱、投资回收期等技术经济指标来分析。优化要对系统内全体设备作统筹考虑，整个系统的设备利用率和资金利用率都较高的方案为最正确方案。加工设备规划设计规划设计简单地说确实是系统中单元的选择及单元的陈列组合。在完成设备选择后就要结合车间场地、空间构造特点及工艺约束对设备进展合理规划。要充分考虑设备之间在空间位置上的协调性，以确保消费系统物流畅通及设备的充分使用，加工设备的合理规划对加工系统中物流的合理性起到关键性作用。(1)加工设备规划原则 工艺性原则 要求消费工艺过程合理并连续，消费各环节加工才能相匹配。工艺合理不仅

8、能够防止某些配置的不平衡，减少消费过程中的中断、等待，还能够简化加工过程，减少不必要的作业，消除消费才能的冗余，缩短消费周期，从而充分有效地利用人员、设备、空间和能源。 经济性原则 必须使系统的配置和规划确保产品综合本钱的最低化和企业最终效益的最大化。加工系统的购入本钱和使用本钱将最终反映到产品本钱上，要力求设备投资最低；设备的布置和使用高效、合理；物流经济、畅通。 可持续性原则 在多变的市场中，要使加工系统表达最大的灵敏性和柔性，以习惯产品品种及产能的变动，为今后的可持续性开展留出空间。 平安性原则设备布置要严格遵照“平安第一”的原则，实在保证工人的操作平安，为职工提供方便、温馨、平安、符合

9、职业卫生的工作环境。(2)加工设备的常用规划厦比拟 流水线规划 常见于自动化消费线，设备为特定的产品而专门设计规划，以获得最大的效率，消费过程分得非常细，工位布置成一条或几条相连的线段。优点是消费效率高、产质量量有保证；缺点是系统柔性较低，仅局限于非常少一类产品，消费预备时间长、物料处理难度大、调度复杂性高。 机群式规划 加工设备按其工种和功能进展分群布置，把一样的操作和工艺过程集中在一起，构成各具功能的机群或功能块。优点是系统柔性较大，同组设备的负荷较易平衡，制造过程中物料运输的本钱较低；缺点是消费效率低、周期长。 单元规划将某一类零件作为一个加工单元，把加工这一单元所需的各种设备集中在一起

10、。优点是物流道路短，消费效率较高，消费治理简单，加工质量可靠；缺点是系统柔性取决于设备本身的柔性，当系统柔性要求较高时，本钱提升较快。它比拟合适多品种、小批量的制造企业中大量类似零件的加工制造。 定点规划产品在加工过程中固定不动或非常少挪动，工人和制造设备围着产品挪动，多见于大型产品(船体、飞机等)的建造和装配。上述常用规划之比拟如附表所示。(3)规划设计程序第一步：划分消费块(流) 依照产品工艺材料(可按前述“加工设备选择程序”的“第一、二步”建立)，把具有类似加工工艺的产品或零部件归为一类，构成一个块(流)，对没有共性但需求量较大的产品可单独划分为一个消费块(流)；对需批量消费的工序也可单

11、独作为 个消费块(流)。第二步：平面布置 依照上述消费块(流)的划分情况进展消费区域设计，设计时要留意将物流量大的区域尽量安排得靠近些，并使各消费区域间通道宽阔，物流顺畅。 在相应的消费区域内进展消费配置的设计。假设消费块(流)是连续工艺流程，可布置为U型消费线或u型消费线组合。另外，应将进展批量消费的消费块(流)与其联络严密的消费块(流)布置在一起，以便建立类似的连续工艺流程。 依照车间空间、工艺约束、设备构造参数及动力参数，结合物流设计，合理确定选定的加工设备所在位置以及设备缓冲区和仓库等位置，给出几个不同的初步规划方案。第三步：物流调查 本文所述的物流特指工序物流，即各加工工序之间的物料

12、流淌。主要应留意以下三点： 应确保物料能畅通无阻并沿最短道路流淌，防止无谓的穿插和往返。建立一个前后连接的工序或总体连续的工艺道路是满足本要求的关键。 应有利于岗位设置及员工之间的交流与协作。物流设计要为岗位设置提供最大的灵敏性，以确保在不同的需求下，实行不同的一岗多机配置中人员的流淌和参与。 物流道路的安排应确保人员的平安，防止可能发生的物损，应符合消防、劳动卫生等有关法规或条例。第四步：瓶颈辨识一方面，要平衡消费才能，尽量防止瓶颈的产生；另一方面，我们要充分利用瓶颈资源，平衡物流，极小化在制品的库存。瓶颈可从工序负荷比拟表中调查每道工序的负荷来获得，也可通过实地调查类似系统的运转得到。第五

13、步：方案优化依照零件的加工节拍，计算出加工设备、小车(或行车)、缓冲区以及仓库的负荷率，确定各个初步方案的消费才能，通过综合比拟，选择工艺过程合理、负荷平衡、加工效率较优、消费才能较大的为最正确方案。在规划方案优化过程中，进展物流效率的分析和评判至关重要，这是规划方案优化所必不可少的。日设计评价一个较好的规划设计方案应符合以下四个要点： 满足产品消费纲领和加工工艺要求，工艺可靠，质量稳定。同时，对可能发生的消费纲领变化(如扩能)或产品的变化(转产)作了充分的考虑，在操纵预算的前提下，系统加工柔性较高，开展潜力较大。 一方面，设备规划合理，工艺道路流畅。中间环节少，系统消费率和物流效率均较高；另

14、一方面，设备利用率高，运转费用低，人员配置少，投资省。 采纳当今较为成熟可靠的新技术、新工艺，投合了技术开展趋势。所采纳的工艺、技术在相当一段时咨询内不落伍，有一定的技术改造空咨询。 绿色环保。除了遵照现行的中央及地点主管部门制定的法律、法规、标准和标准以外，还要对中央及地点主管部门制定的各种指导性文件及国外较为先进(严格)的标准标准有所响应，这是企业可持续开展的重要保证。日例如某公司委托设计一个船用半组合曲轴消费工程，工程要建一精加工车间，承担曲轴的散件加工、单套(散件红套成曲拐)、复套(曲拐红套成曲轴)、精加工等，消费纲领为年产160根曲轴。其制造工艺由曲拐制造(流程一)和曲轴成形(流程二

15、)两部分组成：流程一：毛坯一机械功能试验和探伤一精车两平面、外圆一镗红套孔一精车开档、曲柄肩一镗两侧缺口一探伤一船检一分组红套成曲拐；流程二：多组曲拐整体红套成曲轴一车曲轴主轴颈、自由端轴、输出端法兰面一车曲柄销一船检一镗自由端、输出端法兰孔、链轮螺孔一车外圆、抛光一磁粉探伤一船检一包装、发运。(1)设备选择针对流程一，通过对其加工工艺分析根本采纳国产通用设备，其中的曲拐3nq-机床可通过一般立车改造来替代，本钱是国外同类专用机床的14。在这部分国产设备的选择上有认识地额外提高了工艺可能性要求，以增加设备习惯性。如此，除满足本工程曲拐加工外，还可对外承揽其它加工业务，由于国产设备价格相对较低，

16、故所增加的投资并不多。针对流程二，因要满足曲轴成形后大量苛刻的技术要求，决定引进国外曲轴专用加工设备，以确保曲轴的最后加工质量。受这部分设备专用性强、投资极大(单台5o0万美金以上)的限制，所选设备的习惯性未作拓宽，仅以满足本工程纲领产量、规格要求为选择原则。但考虑到今后的开展，在这些曲轴专用加工设备旁预留了一块面积(目前暂为堆场)，用于今后可能的设备添加。(2)规划 由于单个曲拐最重近40 t，组装成曲轴后最大重量约287 t，最大长度近15 m，故合理分配起重才能对精益组织消费、降低厂房造价意义严重。经优化分析，设备采纳机群式规划，把起重才能需求仅40 t的曲拐加工(流程一)布置在一跨，把

17、起重才能需300 t的曲轴加工(流程二)布置在另一跨。机床布置与跨间平行。长加工设备尽量靠近各跨轴线并与之平行布置，以便在这些设备前留出半成品堆场。又因大规格产品相对较少，故把使用频率低的大型3n-v设备布置在车间末端，如此可使大吨位行车靠边，同时也减少了小吨位行车的运转间隔，还方便了超大件的驳运(离门近)。考虑到今后的开展，在负荷高的设备(也是关键设备)附近预留了设备添置场地。此外，在规划中有认识地把车间分成机加工区域和钳工区域两块，使车间条块明晰、功能划清楚确，其好处如下： 曲轴红套和曲拐红套区域(燃烧天然气加热)间距最短并沿墙布置，以利集中供气加热，散热容易且平安； 通过中间平车通道的分

18、隔，机加工区域可避开红套后打磨、修整所产生的粉尘和噪声； 钳工区行车使用频繁，集中靠门设置可防止妨碍其它共用轨道的行车使用，并有利物件的吊装出入； 便于人员的调度和治理。目完毕语本文所述内容属工厂设计中工艺设计的一部分，其优劣对工厂建成后消费才能、效益的高低起着决定性作用。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；或因已有现成工艺而一套了之，大多未把工程建立作为加工工艺新生的一个契机，结果是新瓶裴旧酒，竣工后常常因消费工艺不合理，或设备选择及规划不合理而留下诸多遗憾，本文正是基于如此的考虑，对机加工工厂设计中的加工设备选择与规划设计进展了初步的研究和总结，希望工艺设计因其在工厂设计中的决定作用而有所强化。