高壓開關的新工藝工作研究

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在國家“裝備制造業調整振興規劃”政策的引導下，高壓開關行業制造資源狀況得到大幅改善，數控加工水平不斷提高，信息化建設大力推進。在新的制造資源條件下，機械加工工藝工作如何適應新形勢的發展，在此筆者談一點自己粗淺的看法。

1當前高壓開關行業制造資源狀況分析

不管是軍工行業、能源領域，還是航空航天、船舶工業，無論國內外任何企業的生產過程都離不開零件的切削加工。零件的切削加工過程實際是去除多余材料的過程，可以說，切削加工不僅現在而在整個21世紀仍是機械制造業的主導加工方法，絕大部分機械零件需機械加工完成。據統計，目前75%～85%的零件成型是通過機械加工來實現的，切削加工約占整個機械加工工作量的95%。因此，在工藝設計中，機加工工藝設計占有十分重要的位置。

數控技術、計算機技術的迅速發展，使數控機床已經取代普通機床并在國內各行各業得到廣泛應用。隨著數控機床向高速、高精度、復合化、智能化和柔性化方向的快速發展，以及我國旨在促進國產數控機床發展的一系列政策導向的出臺和。自“九五”以來，國內許多企業投入了大筆資金進行技術改造，力求提高企業工藝裝備水平，尤其是軍工、航空航天及能源裝備企業等表現突出，投入的技術改造資金最大，許多企業淘汰了原有的普通機床而購買了大量高效數控機床，設備數控化率大幅提升，有的已達60%，甚至80%，已接近國外數控機床的使用水平。同樣，國內高壓開關行業也不甘落后，技術改造的規模和力度也隨產品產量的大幅度增長而快速提升。特別是在國家“裝備制造業調整振興規劃”和“加快建設以百萬伏級交流和±800kV級直流系統特高壓電網為核心的堅強的國家電網”的政策指導下，高壓開關行業在企業多次的技改工作和“十五”、“十一五”技術改造中相繼注入了不少資金以提高自己的工藝裝備水平。圖1和表為某高壓開關企業在2000年前和2000年至今的數控設備狀況對比。從圖1可以看出，進入21世紀以來，高壓開關企業數控設備的數量明顯增多。由于數控設備比普通設備精度高、效率高和加工零件質量好等優點，企業投入的機械加工設備總臺數雖有明顯下降，但設備的數控化率大幅度提高。在加工刀具方面，隨著數控機床的廣泛應用，國外刀具企業進入高壓開關行業，帶來了先進刀具和經營理念，如可轉位刀片、整體硬質合金刀具、涂層刀具、模塊化刀具系統、多功能刀具和高效專用刀具等。國外刀具制造廠家如瑞典山特維克可樂滿，美國肯納飛碩，德國的瓦爾特，日本日研、大昭和等，無論車刀、鏜刀、銑刀，還是鉆頭、卡套、螺紋刀具、刀柄等，不但刀具技術性能好，而且制造廠家都提供了完善的選型手冊和切削參數推薦表，使用起來十分便利。伴隨高速加工技術的應用，多功能刀具和高效專用刀具也紛紛進入國內企業，如以色列依斯卡的“霸王刀”，即在一個刀頭的幾個方向上都有切削刃，可在一次裝卡中完成左右車外園、車端面、切槽和倒角等多道工序，既節省了刀具數量，又減少了換刀時間。雖然國內刀具發展起步晚，但也出現了如成量公司、哈量公司及株洲鉆石等一批國產數控刀具生產廠家。通過引進、消化和吸收國外先進技術，具有同等性能且價格低廉的國產刀具也開始廣泛應用，使得國內、國外刀具目前處于并行使用的態勢。

工裝使用方面，一些企業除了專用夾具外，在數控機床上也開始采用標準化、通用化程度高的組合夾具及模塊化可重組夾具等，復雜零件的加工基本都依靠這些高效夾具來保證加工精度和加工質量。甚至有些企業還采用多夾具交換、多工位夾具來提高生產效率，以確保工件在一次安裝中，盡可能實現多表面加工，既減少了工件的安裝次數，也減少了工件因多次裝夾所帶來的誤差。經驗證明，工裝夾具的使用可提高生產效率20%左右，所以，工裝夾具的使用率明顯提高。零件質量檢驗方面，由于數控機床性能穩定，因此，零件的加工質量可靠，穩定性好，只要送首檢工件即可，極大地減少了檢驗工序。隨著計算機技術的發展，國內曾經廣泛使用的二維CAD軟件正被CAD三維軟件所替代，如UG、Solidwork和Pro/E等在高壓開關企業應用已趨于成熟和普及。三維的CAD/CAM軟件已經開始嘗試。高性能的CAD/CAM軟件不僅提供了由設計（CAD）到制造信息（NC程序、刀具清單）的轉變功能，而且CAM軟件可以通過切削參數和軌跡數據計算輸出工時定額。

2數控機床的加工特點

數控機床是一種高度自動化的機床，有一般普通機床不具備的許多特點。

1）機床的適應性強。普通機床加工復雜異形零件往往需要很多的工裝或夾具，而數控機床加工此類零件只要不同的程序即可實現。尤其在曲線加工和型腔加工中，更是普通機床無法比擬的，較之普通機床有較大的柔性和適應性。

2）加工精度高。數控機床是由數控系統控制的自動化機床，一般輸出當量為0.001mm，機床的傳動誤差和反向間隙都可以得到有效補償。由于數控機床是按照所編程序自動進行加工，消除了操作者的人為誤差。對于需多道工序完成的零件，特別是箱體類零件、使用加工中心，一次安裝就能進行多道工序連續加工，減少了安裝誤差，使零件加工精度提高，加工零件一致性好，互換性高。

3）生產效率高。數控機床轉速比普通機床要大的多，快速定位和換刀等輔助時間短，主軸輸出扭矩較大。特別是近幾年電主軸、直線電動機等高新技術的應用，現在較先進的機床轉速都在12000r/min，快移速度都在30～50m/min，換刀速度達1.3s，若配上內冷等先進刀具，極大改善了切削條件，生產效率明顯提高。

4）可減輕勞動強度，改善勞動條件。從事數控機床操作的工人，只要正確裝夾工件，掌握了正常的操作順序就可以使機床正常加工，與普通機床操作者比較，勞動強度大大減輕。由于數控機床一般具備自動排屑、全封閉保護裝置，機床無論從外觀和結構都比普通機床優越得多，因此，勞動條件和工作環境大大改善。

5）有利于生產管理的現代化。利用數控機床加工，能準確地計算零件的加工工時，簡化檢驗等管理工作，易于實現柔性制造單元（FMC）、柔性制造系統（FMS）和計算機集成制造系統（CIMS）。

3新的制造資源條件下高壓開關行業機械

加工工藝工作的幾點思考綜合上述，高壓開關行業制造資源狀況的分析和數控機床的加工特點，先進的數控化加工設備、刀具及三維CAD/CAM軟件的廣泛使用，使得傳統的工藝設計內容將發生改變。原以工藝過程卡、工序卡為主要內容的工藝規程設計將轉變為以NC程序編制、NC刀具的選擇、對刀點與換刀點的確定、裝夾方案的確定為主要內容的數控加工工序卡、數控加工程序說明卡、數控加工刀具單和數控加工走刀路線圖的工藝設計。工藝設計不再像傳統的工藝設計那樣必須經過工藝過程設計才能達到設計信息向制造信息的轉化，設計信息通過CAD/CAM平臺轉化為制造信息已成為可能。通過CAD設計好的三維零件只要給定切削軌跡、切削參數及入刀點等，便自動生成NC程序直接用于機床加工。在裝配方面，隨著加工過程自動化程度的提高，零件的互換性好，減少了對工人經驗的依賴。另外，三維CAD通過軟件的仿真模擬，可以提供可視化、可操作的加工及裝配過程分析，這樣以來，不僅工藝流程得到簡化，而且大大減少了對工藝規程、工藝文件的依賴，企業對CAPP、TeamCenterManufacturing等計算機輔助工藝過程設計功能的依賴性也將大大降低。加工裝配傳統的串行模式也將逐步被并行模式所取代。在并行模式下，自動化制造系統作業信息通過MIS系統及時反饋，上游CAM生成的刀位軌跡文件根據下游制造設備狀態生成基于不同機床的NC程序，在設計階段就能充分考慮到下游的可制造性，可大大提高整個企業制造的柔性和適應性。

從圖2和圖3可以看出，串行模式下工藝工作具有一定的被動性，不能適應目前市場的發展。而并行模式對發生問題可以實時進行反饋并加以改進，對縮短新品研發速度，保證產品質量，快速適應市場具有明顯的優勢。國內高壓開關行業可以說在上述方面率先做了不少研究和積極的探索。2009年，某高壓開關企業在TeamCenterManufacturing的平臺上利用UGCAM軟件3D自動化編程，通過真實零件的導航加工，完成了整個零件從三維造型到數控編程再到現場加工的整個過程，有效地利用先進數控設備，從而實現了產品開發的CAD/CAM一體化，為提高產品開發質量，縮短產品開發周期做出了有益的嘗試。圖4為某一零件的導航實例。隨著我國制造業的快速發展，高壓開關行業制造資源狀況的不斷改善。在新的制造資源條件下，傳統的手工工藝管理將不再適應新形勢的要求，工藝管理的數字化將成為關鍵。

產品品種多、批量小以及交貨期短已成為當前市場的發展要求。在這種情形之下，任何企業都面臨著繁重的產品工藝工作，工作量大、與其他部門信息溝通頻繁是工藝工作的特點，因此，只有提高企業工藝管理水平，才能提高企業對市場的響應能力和競爭力?，F有的工藝管理多為手工管理，對人的依賴性強，管理的效率低下，質量不高。其次，孤島式的CAPP、TeamCenterManufacturing、CAM和DNC等不能滿足工藝管理系統信息集成化的需要。另外，工藝工作涉及的面很廣，它與企業許多部門的聯系十分密切，要求與其他部門的信息集成，如車間的MIS系統、生產管理部門的MRPII/ERP系統、金蝶財務系統和質量檢測系統等。隨著企業不斷采用精益生產、敏捷制造及并行工程等生產模式，要求信息在部門間、企業間實現集成。因此，工藝管理的數字化研究已成為當務之急。數字化，通俗地說就是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字、數據，再以這些數字、數據建立起適當的數字化模型，把它們轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部，進行統一處理，這就是數字化的基本過程。數字化制造就是指制造領域的數字化，它是制造技術、計算機技術、網絡技術和管理科學的交叉、融和、發展與應用的結果，也是制造企業、制造系統與生產過程、生產系統不斷實現數字化的必然趨勢。工藝管理的數字化就是在工藝標準化的基礎上，從企業的工藝規劃、工藝設計、工裝設計、生產技術準備、加工制造、制造過程管理與控制、售后工藝服務等方面來進行數字化、計算機化，從而達到縮短產品工藝準備周期，優化工藝設計與管理，提高產品質量和加工效率，降低產品制造成本的目的。實現工藝管理的數字化，可為企業管理的數字化奠定基礎，也可加快企業信息化的步伐。

這幾年，高壓開關行業在大規模的企業技術改造中，信息化建設步伐很快。企業孤島式的產品設計軟件（UG/Solidwork/Pro/E）、產品數據管理系統（PDM）、TCM工藝制造系統、工時與材料定額系統、生產管理系統、財務價格系統、車間裝配系統、車間MIS系統和DNC系統等建設一應俱全。有些先進企業基于PDM產品數據管理系統的三維UG設計、TCM/CAPP工藝制造系統的集成已初見成效，制造過程各種信息的網絡化管理已成為趨勢。所以，高壓開關行業目前不僅已具備數字化制造的基礎，而且有條件和能力進行工藝數字化管理的嘗試。盡管在數字化制造與工藝數字化管理方面可能還存在許多各種無法預計的困難，需要進一步探索和研究的課題，但它畢竟是高壓開關行業的一大進步，代表了制造業的先進水平和發展方向。

4結束語

通過對高開關行業制造資源環境的分析，隨著我國制造業的發展，高壓開關行業制造資源狀況不斷改善，數控加工水平不斷提高，以及三維CAD/CAM軟件應用的普及，本文對高壓開關行業機械加工工藝工作今后的發展提出了幾點思考，對高壓開關行業在新的制造資源條件下所做的一些初步嘗試進行了簡述。網絡化、集成化的數字化制造不僅將成為未來高壓開關行業機械加工的主流和發展方向，而且會引領整個制造業的發展。信息化的建設將有力推動工藝管理由傳統手工工藝管理向數字化管理的巨大轉變。工藝工作如何適應新形勢的發展、如何以高質量的工藝管理水平促進企業管理水平的升級，還有待于進一步研究和探索。