20世紀(jì)70年代出現(xiàn)的加工中心以及80年代開(kāi)始出現(xiàn)的柔性制造系統(tǒng)（FMS）標(biāo)志著生產(chǎn)過(guò)程柔性化的開(kāi)始。但是柔性制造系統(tǒng)并沒(méi)有完全擺脫傳統(tǒng)加工工藝的束縛，由許多臺(tái)加工中心加上高度自動(dòng)化的物流輸送系統(tǒng)組成，導(dǎo)致系統(tǒng)價(jià)格和維護(hù)成本高昂，因而并沒(méi)有獲得廣泛的工業(yè)應(yīng)用。取而代之的是90年代 5面體加工中心的發(fā)展，它基本實(shí)現(xiàn)了箱體零件的全部工序加工。這種工序集約化的新型加工中心是完整加工的先導(dǎo)。近年來(lái)，在完整加工領(lǐng)域有了很大進(jìn)展，工序集約化突飛猛進(jìn)，擴(kuò)展到回轉(zhuǎn)體零件。首先是在數(shù)控車(chē)床上增加銑削加工，然后從車(chē)銑復(fù)合加工到完整加工。完整加工（complete machining）是指在一臺(tái)機(jī)床上能加工完畢一個(gè)零件的所有工序，有時(shí)也可能需要2臺(tái)機(jī)床，所以也稱為綜合加工或復(fù)合加工。完整加工主要涉及加工工藝的策略規(guī)劃、機(jī)床設(shè)備的配置和功能擴(kuò)展以及生產(chǎn)管理方式的變化三個(gè)方面。
1、工藝策略規(guī)劃
新材料和新工藝的出現(xiàn)對(duì)數(shù)控機(jī)床發(fā)展的影響越來(lái)越大。例如，鋁合金的廣泛應(yīng)用、干式加工和硬材料車(chē)削的出現(xiàn)，使得高速加工數(shù)控機(jī)床就成為當(dāng)前的熱點(diǎn)。工藝策略規(guī)劃的重要性在于它決定了將哪些工序集成在一臺(tái)機(jī)床上加工以及工序之間的順序、刀具的選用和工件的裝夾方法等。工藝策略規(guī)劃很大程度上決定了機(jī)床和功能部件的配置。
車(chē)削和銑削的最大不同之處在于：車(chē)削時(shí)工件旋轉(zhuǎn)，刀具移動(dòng)；而銑削時(shí)工件不動(dòng)，刀具旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)。這就給工序集約帶來(lái)了一定的難度。通常情況下采用轉(zhuǎn)塔更換車(chē)削刀具，而采用刀庫(kù)和機(jī)械手更換銑削刀具。當(dāng)把這樣眾多的工序集約在一臺(tái)機(jī)床上加工時(shí)，它的數(shù)控程序的編制過(guò)程就變復(fù)雜了。其最大的困難在于運(yùn)動(dòng)部件以及刀具之間不能發(fā)生相互干涉。按照傳統(tǒng)的觀念，具有兩個(gè)回轉(zhuǎn)軸線的零件必須在不同機(jī)床上進(jìn)行。現(xiàn)在借助不同的功能部件，就有可能在一臺(tái)完整加工機(jī)床上得以實(shí)現(xiàn)。當(dāng)加工大型零件時(shí)，完整加工的優(yōu)勢(shì)將會(huì)更加突出。
2、機(jī)床配置特點(diǎn)
為了在一臺(tái)機(jī)床上能夠完成不同的加工工序，當(dāng)更換工件時(shí)，機(jī)床的部件就需要加以重新組合。因此，機(jī)床的結(jié)構(gòu)必須加以模塊化。例如，德國(guó)Index公司最新推出的模塊化車(chē)削加工中心就能夠完成車(chē)削、銑削、鉆削、滾齒、磨削、激光熱處理等許多工序，如圖1所示。
圖1 模塊化的機(jī)床結(jié)構(gòu)
車(chē)削加工中心借助不同結(jié)構(gòu)的刀具轉(zhuǎn)塔和銑削頭可以進(jìn)行車(chē)削、銑削等加工工序，如圖2所示。在車(chē)削工作時(shí)，有兩個(gè)12把刀具的刀架可以完成各種復(fù)雜的車(chē)削工序。在銑削工作時(shí)，刀架轉(zhuǎn)過(guò)90°，兩個(gè)由電主軸驅(qū)動(dòng)的銑頭可在不同方向進(jìn)行銑削加工。這樣就完成了對(duì)一個(gè)零件的全部加工工序，實(shí)現(xiàn)了完整加工。
圖2 完整加工案例
在很多情況下，回轉(zhuǎn)體零件上有齒形，如小齒輪或花鍵。傳統(tǒng)的加工方法必然在不同的機(jī)床上進(jìn)行加工。從完整加工的觀念出發(fā)，可以將它們集成到一臺(tái)機(jī)床上完成，如圖3所示。
圖3 在車(chē)削加工中心上進(jìn)行滾齒
3、完整加工的管理特點(diǎn)
工序集約化不僅提高了工藝的有效性，由于零件在整個(gè)加工過(guò)程中只有一次裝卡，加工的精度更容易獲得保證。完整加工大大縮短了生產(chǎn)過(guò)程鏈，而且由于把加工任務(wù)只交給一個(gè)工作崗位，不僅使生產(chǎn)管理和計(jì)劃調(diào)度簡(jiǎn)化，而且透明度明顯提高，無(wú)需復(fù)雜的計(jì)劃系統(tǒng)就能夠迅速解決所發(fā)生的事情并使之優(yōu)化。工件越復(fù)雜，它相對(duì)傳統(tǒng)工序分散的生產(chǎn)方法的優(yōu)勢(shì)就越明顯。此外，盡管完整加工機(jī)床的單臺(tái)設(shè)備價(jià)格較高，但由于過(guò)程鏈的縮短和設(shè)備數(shù)量的減少，車(chē)間占地面積和設(shè)備維護(hù)費(fèi)用也隨之減少，從而降低了總體固定資產(chǎn)的投資、生產(chǎn)運(yùn)作和管理的成本。從另一角度來(lái)看，企業(yè)資源計(jì)劃如果僅僅局限于業(yè)務(wù)管理部門(mén)或設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)等企業(yè)上層的信息化是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。車(chē)間最底層的加工設(shè)備——數(shù)控機(jī)床不能夠連成網(wǎng)絡(luò)或信息化，必然成為制造業(yè)信息化的制約瓶頸，沒(méi)有能夠真正解決工廠最關(guān)鍵的問(wèn)題。所以，對(duì)于面臨日益全球化競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)代制造工廠來(lái)說(shuō)，除了要提高機(jī)床的數(shù)控化率外，更要使所擁有的數(shù)控機(jī)床具有雙向、高速的聯(lián)網(wǎng)通訊功能，以保證信息流在車(chē)間的底層之間及底層與上層之間的通信暢通無(wú)阻。
企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)安排一周的加工任務(wù)，發(fā)送到信息塔。信息塔向操作者發(fā)出指令，并在屏幕上顯示機(jī)床的實(shí)時(shí)工作狀態(tài)。操作者按照屏幕指示進(jìn)行操作，遇到問(wèn)題可隨時(shí)查閱計(jì)算機(jī)中的操作手冊(cè)。正常情況下，機(jī)床自動(dòng)工作，操作者與機(jī)床在時(shí)間和空間上都是分離的。管理者和操作者皆配備有手機(jī)，通過(guò)手機(jī)可以查詢生產(chǎn)工況、預(yù)計(jì)加工完成時(shí)間以及延期報(bào)告和故障報(bào)警。
眾所周知，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，縮短和保證交貨期十分重要。一個(gè)產(chǎn)品的加工過(guò)程鏈越長(zhǎng)，生產(chǎn)周期就越難以控制。隨著數(shù)控機(jī)床性能的提高，機(jī)動(dòng)時(shí)間越來(lái)越短，影響交貨期的瓶頸往往在于機(jī)床輔助時(shí)間和工件在工序之間的滯留，減少工作地的數(shù)目也就意味著縮短生產(chǎn)周期。這時(shí)，以工序集約化的新型加工中心為先導(dǎo)的完整加工應(yīng)運(yùn)而生。大量生產(chǎn)方式的特征是工序分散、按節(jié)拍組織流水生產(chǎn)，是一種剛性的生產(chǎn)自動(dòng)化。隨著技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品品種不斷增加而批量減少，加上產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度明顯提高，以及客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的要求日益苛刻，對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的柔性化提出了越來(lái)越迫切的需要。
