高压开关的新工艺工作研究

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在国家“装备制造业调整振兴规划”政策的引导下，高压开关行业制造资源状况得到大幅改善，数控加工水平不断提高，信息化建设大力推进。在新的制造资源条件下，机械加工工艺工作如何适应新形势的发展，在此笔者谈一点自己粗浅的看法。

1当前高压开关行业制造资源状况分析

不管是军工行业、能源领域，还是航空航天、船舶工业，无论国内外任何企业的生产过程都离不开零件的切削加工。零件的切削加工过程实际是去除多余材料的过程，可以说，切削加工不仅现在而在整个21世纪仍是机械制造业的主导加工方法，绝大部分机械零件需机械加工完成。据统计，目前75%～85%的零件成型是通过机械加工来实现的，切削加工约占整个机械加工工作量的95%。因此，在工艺设计中，机加工工艺设计占有十分重要的位置。

数控技术、计算机技术的迅速发展，使数控机床已经取代普通机床并在国内各行各业得到广泛应用。随着数控机床向高速、高精度、复合化、智能化和柔性化方向的快速发展，以及我国旨在促进国产数控机床发展的一系列政策导向的出台和。自“九五”以来，国内许多企业投入了大笔资金进行技术改造，力求提高企业工艺装备水平，尤其是军工、航空航天及能源装备企业等表现突出，投入的技术改造资金最大，许多企业淘汰了原有的普通机床而购买了大量高效数控机床，设备数控化率大幅提升，有的已达60%，甚至80%，已接近国外数控机床的使用水平。同样，国内高压开关行业也不甘落后，技术改造的规模和力度也随产品产量的大幅度增长而快速提升。特别是在国家“装备制造业调整振兴规划”和“加快建设以百万伏级交流和±800kV级直流系统特高压电网为核心的坚强的国家电网”的政策指导下，高压开关行业在企业多次的技改工作和“十五”、“十一五”技术改造中相继注入了不少资金以提高自己的工艺装备水平。图1和表为某高压开关企业在2000年前和2000年至今的数控设备状况对比。从图1可以看出，进入21世纪以来，高压开关企业数控设备的数量明显增多。由于数控设备比普通设备精度高、效率高和加工零件质量好等优点，企业投入的机械加工设备总台数虽有明显下降，但设备的数控化率大幅度提高。在加工刀具方面，随着数控机床的广泛应用，国外刀具企业进入高压开关行业，带来了先进刀具和经营理念，如可转位刀片、整体硬质合金刀具、涂层刀具、模块化刀具系统、多功能刀具和高效专用刀具等。国外刀具制造厂家如瑞典山特维克可乐满，美国肯纳飞硕，德国的瓦尔特，日本日研、大昭和等，无论车刀、镗刀、铣刀，还是钻头、卡套、螺纹刀具、刀柄等，不但刀具技术性能好，而且制造厂家都提供了完善的选型手册和切削参数推荐表，使用起来十分便利。伴随高速加工技术的应用，多功能刀具和高效专用刀具也纷纷进入国内企业，如以色列依斯卡的“霸王刀”，即在一个刀头的几个方向上都有切削刃，可在一次装卡中完成左右车外园、车端面、切槽和倒角等多道工序，既节省了刀具数量，又减少了换刀时间。虽然国内刀具发展起步晚，但也出现了如成量公司、哈量公司及株洲钻石等一批国产数控刀具生产厂家。通过引进、消化和吸收国外先进技术，具有同等性能且价格低廉的国产刀具也开始广泛应用，使得国内、国外刀具目前处于并行使用的态势。

工装使用方面，一些企业除了专用夹具外，在数控机床上也开始采用标准化、通用化程度高的组合夹具及模块化可重组夹具等，复杂零件的加工基本都依靠这些高效夹具来保证加工精度和加工质量。甚至有些企业还采用多夹具交换、多工位夹具来提高生产效率，以确保工件在一次安装中，尽可能实现多表面加工，既减少了工件的安装次数，也减少了工件因多次装夹所带来的误差。经验证明，工装夹具的使用可提高生产效率20%左右，所以，工装夹具的使用率明显提高。零件质量检验方面，由于数控机床性能稳定，因此，零件的加工质量可靠，稳定性好，只要送首检工件即可，极大地减少了检验工序。随着计算机技术的发展，国内曾经广泛使用的二维CAD软件正被CAD三维软件所替代，如UG、Solidwork和Pro/E等在高压开关企业应用已趋于成熟和普及。三维的CAD/CAM软件已经开始尝试。高性能的CAD/CAM软件不仅提供了由设计（CAD）到制造信息（NC程序、刀具清单）的转变功能，而且CAM软件可以通过切削参数和轨迹数据计算输出工时定额。

2数控机床的加工特点

数控机床是一种高度自动化的机床，有一般普通机床不具备的许多特点。

1）机床的适应性强。普通机床加工复杂异形零件往往需要很多的工装或夹具，而数控机床加工此类零件只要不同的程序即可实现。尤其在曲线加工和型腔加工中，更是普通机床无法比拟的，较之普通机床有较大的柔性和适应性。

2）加工精度高。数控机床是由数控系统控制的自动化机床，一般输出当量为0.001mm，机床的传动误差和反向间隙都可以得到有效补偿。由于数控机床是按照所编程序自动进行加工，消除了操作者的人为误差。对于需多道工序完成的零件，特别是箱体类零件、使用加工中心，一次安装就能进行多道工序连续加工，减少了安装误差，使零件加工精度提高，加工零件一致性好，互换性高。

3）生产效率高。数控机床转速比普通机床要大的多，快速定位和换刀等辅助时间短，主轴输出扭矩较大。特别是近几年电主轴、直线电动机等高新技术的应用，现在较先进的机床转速都在12000r/min，快移速度都在30～50m/min，换刀速度达1.3s，若配上内冷等先进刀具，极大改善了切削条件，生产效率明显提高。

4）可减轻劳动强度，改善劳动条件。从事数控机床操作的工人，只要正确装夹工件，掌握了正常的操作顺序就可以使机床正常加工，与普通机床操作者比较，劳动强度大大减轻。由于数控机床一般具备自动排屑、全封闭保护装置，机床无论从外观和结构都比普通机床优越得多，因此，劳动条件和工作环境大大改善。

5）有利于生产管理的现代化。利用数控机床加工，能准确地计算零件的加工工时，简化检验等管理工作，易于实现柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）和计算机集成制造系统（CIMS）。

3新的制造资源条件下高压开关行业机械

加工工艺工作的几点思考综合上述，高压开关行业制造资源状况的分析和数控机床的加工特点，先进的数控化加工设备、刀具及三维CAD/CAM软件的广泛使用，使得传统的工艺设计内容将发生改变。原以工艺过程卡、工序卡为主要内容的工艺规程设计将转变为以NC程序编制、NC刀具的选择、对刀点与换刀点的确定、装夹方案的确定为主要内容的数控加工工序卡、数控加工程序说明卡、数控加工刀具单和数控加工走刀路线图的工艺设计。工艺设计不再像传统的工艺设计那样必须经过工艺过程设计才能达到设计信息向制造信息的转化，设计信息通过CAD/CAM平台转化为制造信息已成为可能。通过CAD设计好的三维零件只要给定切削轨迹、切削参数及入刀点等，便自动生成NC程序直接用于机床加工。在装配方面，随着加工过程自动化程度的提高，零件的互换性好，减少了对工人经验的依赖。另外，三维CAD通过软件的仿真模拟，可以提供可视化、可操作的加工及装配过程分析，这样以来，不仅工艺流程得到简化，而且大大减少了对工艺规程、工艺文件的依赖，企业对CAPP、TeamCenterManufacturing等计算机辅助工艺过程设计功能的依赖性也将大大降低。加工装配传统的串行模式也将逐步被并行模式所取代。在并行模式下，自动化制造系统作业信息通过MIS系统及时反馈，上游CAM生成的刀位轨迹文件根据下游制造设备状态生成基于不同机床的NC程序，在设计阶段就能充分考虑到下游的可制造性，可大大提高整个企业制造的柔性和适应性。

从图2和图3可以看出，串行模式下工艺工作具有一定的被动性，不能适应目前市场的发展。而并行模式对发生问题可以实时进行反馈并加以改进，对缩短新品研发速度，保证产品质量，快速适应市场具有明显的优势。国内高压开关行业可以说在上述方面率先做了不少研究和积极的探索。2009年，某高压开关企业在TeamCenterManufacturing的平台上利用UGCAM软件3D自动化编程，通过真实零件的导航加工，完成了整个零件从三维造型到数控编程再到现场加工的整个过程，有效地利用先进数控设备，从而实现了产品开发的CAD/CAM一体化，为提高产品开发质量，缩短产品开发周期做出了有益的尝试。图4为某一零件的导航实例。随着我国制造业的快速发展，高压开关行业制造资源状况的不断改善。在新的制造资源条件下，传统的手工工艺管理将不再适应新形势的要求，工艺管理的数字化将成为关键。

产品品种多、批量小以及交货期短已成为当前市场的发展要求。在这种情形之下，任何企业都面临着繁重的产品工艺工作，工作量大、与其他部门信息沟通频繁是工艺工作的特点，因此，只有提高企业工艺管理水平，才能提高企业对市场的响应能力和竞争力。现有的工艺管理多为手工管理，对人的依赖性强，管理的效率低下，质量不高。其次，孤岛式的CAPP、TeamCenterManufacturing、CAM和DNC等不能满足工艺管理系统信息集成化的需要。另外，工艺工作涉及的面很广，它与企业许多部门的联系十分密切，要求与其他部门的信息集成，如车间的MIS系统、生产管理部门的MRPII/ERP系统、金蝶财务系统和质量检测系统等。随着企业不断采用精益生产、敏捷制造及并行工程等生产模式，要求信息在部门间、企业间实现集成。因此，工艺管理的数字化研究已成为当务之急。数字化，通俗地说就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术和管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势。工艺管理的数字化就是在工艺标准化的基础上，从企业的工艺规划、工艺设计、工装设计、生产技术准备、加工制造、制造过程管理与控制、售后工艺服务等方面来进行数字化、计算机化，从而达到缩短产品工艺准备周期，优化工艺设计与管理，提高产品质量和加工效率，降低产品制造成本的目的。实现工艺管理的数字化，可为企业管理的数字化奠定基础，也可加快企业信息化的步伐。

这几年，高压开关行业在大规模的企业技术改造中，信息化建设步伐很快。企业孤岛式的产品设计软件（UG/Solidwork/Pro/E）、产品数据管理系统（PDM）、TCM工艺制造系统、工时与材料定额系统、生产管理系统、财务价格系统、车间装配系统、车间MIS系统和DNC系统等建设一应俱全。有些先进企业基于PDM产品数据管理系统的三维UG设计、TCM/CAPP工艺制造系统的集成已初见成效，制造过程各种信息的网络化管理已成为趋势。所以，高压开关行业目前不仅已具备数字化制造的基础，而且有条件和能力进行工艺数字化管理的尝试。尽管在数字化制造与工艺数字化管理方面可能还存在许多各种无法预计的困难，需要进一步探索和研究的课题，但它毕竟是高压开关行业的一大进步，代表了制造业的先进水平和发展方向。

4结束语

通过对高开关行业制造资源环境的分析，随着我国制造业的发展，高压开关行业制造资源状况不断改善，数控加工水平不断提高，以及三维CAD/CAM软件应用的普及，本文对高压开关行业机械加工工艺工作今后的发展提出了几点思考，对高压开关行业在新的制造资源条件下所做的一些初步尝试进行了简述。网络化、集成化的数字化制造不仅将成为未来高压开关行业机械加工的主流和发展方向，而且会引领整个制造业的发展。信息化的建设将有力推动工艺管理由传统手工工艺管理向数字化管理的巨大转变。工艺工作如何适应新形势的发展、如何以高质量的工艺管理水平促进企业管理水平的升级，还有待于进一步研究和探索。