柔性车削中心（共4篇）
柔性车削中心 篇1
0 引言
近年来汽车行业发展迅猛,制动器作为汽车、摩托车制动系统中的主要执行器件,有着巨大的市场需求。制动盘是盘式制动器的关键部件,其产品质量直接影响盘式制动器的性能发挥。目前大多数汽车、摩托车均采用特定规格的制动盘,故尺寸规格、材料种类较多,且生产工艺要求不同。为满足制动盘的多品种大批量生产,需研发适用于盘类零件的柔性生产设备。STAR-08T柔性车削中心数控系统的研发正是着眼于解决制动盘的高效柔性生产而进行的。该柔性车削中心采用两工位两主轴双刀架立式车床机构,并带上下料机构实现工件的自动安装和堆垛。该机床共二十轴,两个主轴控制,八个进给轴控制,两组上下料机构控制,共十个调整轴。该车削中心的主轴具有无级调速控制,考虑到自动上下料主轴控制必须具有准停功能,为此采用独立型PLC实现柔性车削中心主轴调速、准停和速度实时监控,上下料机构控制和监控,采用独立型PLC的作用就是在数控系统集成中可以充分利用独立型PLC的硬件资源,如要实现上述功能需要高速输入输出功能和模拟量输入输出功能,为了达到较高的控制要求需要较高的模拟量输入输出分辨率,采用独立型PLC完全可以解决这些问题,如果采用专用的控制卡则需要较高的硬件资源,提高了数控系统集成成本。为此在STAR-08T数控系统中开发了独立型PLC模块。
1 独立型PLC软件设计
独立型PLC实现柔性车削中心主轴调速、主轴准停、速度实时监控,上下料机构中两个步进电机位置和速度控制,双刀架控制,主轴速度监控以及主轴和步进电机当前位置监控。为了到达该功能采用“缓冲池”的软件结构,如图1。“缓冲池”执行程序的过程分为三个阶段,即输入采样阶段、程序执行阶段、输出刷新阶段。在输入采样阶段,PLC接收来自上位机通信数据,并存入“缓冲池”的寄存器中,此时寄存器被刷新。接着进入程序处理阶段,在程序执行阶段或其它阶段,即使上位机的通信数据更改不会使“缓冲池”的寄存器状态发生变化,“缓冲池”的寄存器状态的变化只有在下一个扫描周期的输入处理阶段才能被更新。在程序执行阶段,PLC对程序按顺序进行“缓冲池”扫描执行。若程序用梯形图来表示,则总是按先上后下,先左后右的顺序进行。当指令中从输入“缓冲池”中读出,根据用户程序进行运算,运算的结果再存入元件映象寄存器中。对于元件映象寄存器来说,其内容会随程序执行的过程而变化。当所有程序执行完毕后,进入输出处理阶段。在这一阶段里,PLC将输出映象寄存器中与输出有关的状态转存到输出锁存器中,并通过一定方式输出,驱动外部负载。
对于“缓冲池”中的监控缓冲区,在PLC一次扫描过程中进行一次更新,根据通信的要求进行发送数据到上位机。而“缓冲池”的程序执行采用时间片轮转思想,系统将所有的就绪进程按先来先服务算法的原则,排成一个队列,每次调度时,系统把处理机分配给队列首进程,并让其执行一个时间片。当执行的时间片用完时,由一个计时器发出时钟中断请求,调度程序根据这个请求停止该进程的运行,将它送到就绪队列的末尾,再把处理机分给就绪队列中新的队首进程,同时让它也执行一个时间片。
2 上位机软件模块设计
上位机软件模块设计采用控制字驱动方案,控制字的设计如图2所示。上位机软件设计采用循环扫描的方式进行工作,程序流程如图3所示控制CPU时刻通过人机界面和自动控制模式的G代码、M代码或FST代码的编译结果来获得控制请求,
通过不同的请求来修改控制字的不同位,在获得控制请求的时候可能有多个控制请求,设计软件把所有的请求分为了三个等级,主轴控制为最高级别,电机控制和换刀控制为中等级别,读取各个状态为最低级别,每档级别中还有不同事件,采用先来先服务(即FIFS:first input first service)的原则。为了保证软件设计的健壮性和系统的稳定型,在通信成功之后要复位控制字的相关位,在通信过程中可能由于某种原因导致的通信中断和通信错误,采用双机制程序设计:如果通信不成功再次进行通信,如果三次通信失败进行系统报警处理,同时进行通信软件诊断。通信模块是指上位机与PLC的通信模块,它包括:通信硬件接口的初始化、数据接收发送、通信协议的制定、数据打包和解包、数据的效验等待。
WM:工作模式设置位,独立型PLC模块共有自动、点动、单步和回零四种工作模式。
WS:主轴速度设定位;
WW:1#电机目标位置设定位;
WW1:2#电机目标位置设定位;
WF:1#电机最高速度设定位;
WF1:2#电机最高速度设定位;
WT:1#刀架目标刀位设定位;
WT1:2#刀架目标刀位设定位;
WC:主轴准停位置设定位;
XX:备用;
RS:读取主轴速度设定位;
RC:读取主轴当前位置设定位;
RW:读取1#电机当前位置设定位;
RW1:读取2#电机当前位置设定位;
RT:读取1#温度值设定位;
RT1:读取2#温度值设定位;
3 上下位机通信软件模块设计
上下位机(即PC机和PLC)采用RS485通讯方式。RS485接口是异步串行半双工传输接口。默认通讯协议方式采用ASCII方式。数据格式为:1位起始位,7位数据位,1位停止位。波特率为115200bps。
3.1 通讯协议格式
传输设备将消息转为有起点和终点的帧,这就允许接收的设备在消息起始处开始工作,读地址分配信息,判断哪一个设备被选中,判知何时信息已完成。错误消息也能侦测到并能返回结果。消息发送至少要以10ms时间的停顿间隔开始。传输的第一个域是设备地址。网络设备不断侦测网络总线,包括停顿间隔时间内。当第一个域(地址域)接收到,每个设备都进行解码以判断是否发往自己的。在最后一个传输字符之后,一个至少10ms时间的停顿标定了消息的结束。一个新的消息可在此停顿后开始。整个消息帧必须作为一连续的流转输。如果在帧完成之前有超过5ms时间的停顿时间,接收设备将刷新不完整的消息并假定下一字节是一个新消息的地址域。同样地,如果一个新消息在小于5ms的时间内接着前个消息开始,接收的设备将认为它是前一消息的延续。这将导致一个错误,因为在最后的校验域的值不可能是正确的。一典型的消息帧如图4,其包括:起始、设备地址、功能代码、数据数量及数据、校验和结束。
3.2 LRC校验码
对于消息发送端,LRC的计算方法是将要发送消息中“从机地址”到“运行数据”没有转换成ASCII码的全部字节连续累加,结果丢弃进位,得到的8位字节按位取反,后再加1(转换为补码),最后转换成ASCII码,放入校验区,高字节在前,低字节在后。对于消息接收端,采取同样的LRC方法计算接收到消息的校验和,与实际接收到的校验和进行比较,如果相等,则接收消息正确。如果不相等,则接收消息错误。如果校验错误,则丢弃该消息帧,并不作任何回应,继续接收下一帧数据。
4 结束语
独立型PLC实现柔性车削中心主轴调速、主轴准停、速度实时监控,上下料机构中两个步进电机位置和速度控制,双刀架控制,主轴速度监控以及主轴和步进电机当前位置监控。而且独立型PLC模块充分利用工业应用现场成熟的PLC硬件资源,减少了硬件开发的周期,采用自由口通讯协议,开发简单,增强了系统集成开发的软硬件的稳定性和系统软件的健壮性。独立型PLC模块应用于STAR-08T柔性车削中心,如图5所示。该设备是全功能带自动上下料机构两工位双主轴双刀架四工序盘类零件机械加工数控装备。加工的盘类零件如图6所示,一个工位加工零件的外径和上面沟槽,另一个工位加工零件的内径和下面沟槽。STAR-08T柔性车削中心自动上下料,采用参数化编程,替代传统的G代码编程,大大降低工人的劳动强度,提供了加工效率。
摘要：柔性车削中心是针对盘类零件加工设计制造的专用的机床,该机床采用两工位两主轴双刀架立式车床机构,并带上下料机构实现工件的自动安装和堆垛。采用独立型PLC实现柔性车削中心主轴、上下料机构控制和监控,独立型PLC与上位机通过RS-232/RS-485进行通讯实现主控机对从CPU独立型PLC监控,充分利用主控机的资源和PLC优点实现柔性车削中心的软硬件的快速集成开发。
关键词：柔性车削中心,独立型PLC,通讯,盘类零件
柔性车削中心 篇2
1.1 柔性化系统概念
柔性化一般指在生产制造领域能够应对市场变化及时作出改变的系统, 它具有灵活性和快速反应等特点, 被认为是应对外界市场不确定性的强有力武器[1]。柔性化强调多品种, 小批量的快速响应速度, 在最短时间内满足外界的多样化需求[2]。
随着社会的发展, 物流服务领域逐渐向“多批次、短周期;多品种、小批量”趋势发展, 柔性化系统的概念也由生产制造领域逐渐向物流服务领域扩展。在竞争激烈的物流服务领域, 各类物流服务商迫切需要加强其柔性化系统服务能力, 以期在最短时间内满足客户的动态需求, 增强市场竞争力。
1.2 柔性化分拣中心
柔性分拣中心是以信息流为核心, 以物流设备、设施为基础的运作系统, 物流设备的柔性是分拣中心柔性特征的重要维度, 一般柔性分拣中心要求物流设备具有复合功能和可重构性等基本特征[3]。物流设备的复合功能主要体现在多功能的集成, 从而满足不同的作业需要。物流设备的可重构性是指通过标准接口及调整不同设备的运行性能参数的基础上, 组合成为具有新功能作业系统的特性, 从而具备单一设备所不能达到的快速适应需求变化的能力。标准接口的结构应具有典型的通用性, 体现在对于作业对象具有良好的适应性, 同时具备信息沟通的异构性, 实现不同设备主体之间的信息交互和共享。物流设备的可重构性应建立在快速敏捷性和经济可行性的基础之上, 在时间、空间、经济等多方面满足使用要求。
2 UPS世界港分拣流程及柔性化应用
UPS世界港分拣中心坐落在美国路易斯维尔市的国际机场附近, 它占地200万平方米。这个分拣中心每天至少要处理100万个包裹, 工作的高峰通常在晚上11点到第二天凌晨4点。在这里, 装满各色物品和人们期待的包裹经过登记之后, 在长长的传送带上爬上爬下, 迂回反复, 8到10分钟后准确地来到即将飞往递送地的飞机前[4]。
当来自全球各地的飞机汇集到世界港后, 货物从卸载、分拣到重新装载便进入标准的流程操作阶段, 装载各类货物的铝制集装箱会从飞机上被卸载, 通过装有小滑轮的货物通道进入分拣区域, 货物的分拣便正式开始。
2.1 基本流程
入口处的工作人员拿起包裹, 然后把它放在传送带上, 完成最初的人工分类, 他需要注意的是确保包裹贴标签那面朝上。包裹被送上传送带之后, 首先要进行分类, 即通过DWS分别测量包裹的尺寸和重量并对包裹进行扫描, 读取包裹数据, 其中包括包裹紧迫性以及目的地等信息, 以便确定包裹的最佳传输路线。经过DWS扫描后的包裹会被分为三类:小件、包裹以及特殊件。每一类货物的处理方式不一样, 具体如下:
(1) 小件:信封和比较小的纸盒;小件货物进入处理中心, 接着放入滑槽, 在滑槽里进行分类, 然后进入引导区, 在引导区由工作人员将标签翻上放到倾斜盘分拣机, 分拣机移动过程中扫描小件货物上的标签, 扫描成功的货物经滑块式分拣机进入货柜滑槽和装货袋, 最终由工作人员将货物装入货柜进行发货。
(2) 包裹:45磅内的一般立体纸盒;包裹进入处理中心后, 进入无人分类区进行自动化处理, 包裹在移动过程中由摄影机隧道读取货件标签, 接着经滑块式分拣机送上运输带, 包裹进入运输带后, 系统会追踪滑块分拣机输送进度, 货物最终经滑块分拣机进入货柜滑槽和装货袋, 最终由工作人员将货物装入货柜进行发货。
(3) 特殊件:重量较大和不规则货物;特殊件进入处理中心后, 进入专属系统, 由老练技师手动扫描标签, 接着装入输送轨道上的大塑料箱, 运送到世界港侧翼的专属部门, 特殊件进入柜台, 由工作人员装进货柜进行发货。
以上是世界港对货物进行的三种分类, 每种类型的货物分拣方式都不一样, 本文以包裹货物为例, 对其分拣过程中运用的柔性技术进行分析。
2.2 包裹分拣流程
经过初步分类之后, 这些包裹进入分拣中心的核心部分, 这个巨大的空间里有蜘蛛网一样密集交叉的传输路线, “蛛丝”有传送带、滑轮轨道, 还有可以夹住包裹、按固定路线运行的机械手臂。在这里, 包裹被推动、挤压、固定、托举、排序、分类、确定投递目的地、粘贴说明, 最后来到代表目的地所在的洲、国家、地区和城市的传输带上。分拣中心主要细分为四层, 每层之中的货物主要由滑轮轨道运输, 而层与层之间由传送带相连。这是一个极端复杂的体系, 整个分拣流程由电脑控制。经过初步筛选, 即将前往相同目的地的包裹被整齐地摆放在一条传送带上, 前后隔开固定的距离。在两条传送带的交汇处, 电脑精确探测各个方向包裹单额数量, 然后像控制红绿灯一样, 根据包裹多少确定每条传送带是该等待还是运行。包裹在传送带上前进的过程中, 会有光学识别装置扫描贴在上面的标签确认目的地[5]。
2.3 包裹分拣过程的柔性化分析
包裹在传输过程中, 会有专门的识别装置对包裹上面的标签进行扫描, 以确定包裹的传输路线。而分拣中心的传送带纵横交错, 并且分为多层, 去往不同地方的包裹也许要在不同层级传输, 包裹在扫描确定路线后, 为了能够顺利进入正确轨道, 传送带需要具备在不同层级中切换的功能, 实现柔性化操作。以下便以UPS世界港分拣中心的一个路径切换环节作为例子, 分析其中的柔性化操作过程以及其中应用到的技术等。
2.3.1 层级介绍
世界港的传送带整体上分为四层, 每一层的传输路径不一样, 代表着包裹将被发往不同地方。
2.3.2 扫描装置及扫描过程介绍
为了确定包裹的正确传输路线, 需要对包裹进行扫描, 读取包裹的目的地信息, 世界港分拣中心在此环节安装了一个光学识别装置, 从侧面对包裹进行扫描, 扫描信息将传输到电脑, 电脑据此控制传送带的切换。
2.3.3 柔性切换过程介绍
识别装置前端不远处的传送带分为上下两层, 如图1所示, 假设过来两个包裹分别为包裹1和包裹2, 识别装置分别对两个包裹进行扫描后, 信息会反馈到控制系统, 控制系统根据包裹目的地信息和传送带运行相关参数作出决策。如包裹1将要进入A传送带, 包裹2将要进入B传送带, 电脑控制系统会根据包裹的运行速度和传送带距离以及两个包裹之间的距离对C传送带进行控制, 第一步将控制C传送带和A传送带相连, 确保包裹1顺利进入A传送带 (如图1所示) ;将包裹1顺利送入A传送带后, 第二步控制系统会迅速切换将C传送带与B传送带相连, 确保包裹2顺利进入B传送带 (如图2所示) [6]。
通过这种柔性化操作, 分拣中心顺利解决了不同层级传送带之间的切换, 使世界港内部空间得到有效利用的同时, 最大限度节省资源投入。
分拣中心此环节的柔性化之所以能够实现, 离不开设计人员对相关参数的精准收集和先进技术的应用, 下面笔者对实现此柔性化操作需要应用的技术和参数进行介绍和分析。
2.3.4 应用技术和参数介绍
在实现此环节的柔性化操作过程中, UPS应用了相关技术, 其中包括:
(1) 智慧标签技术:智慧标签粘贴在包裹表面, 里面包含包裹重量、急迫性、邮递区号和地址以及详细的递送路线图等重要信息。
(2) 光学识别装置:光学识别装置对包裹上的智慧标签进行扫描, 将包裹的相关信息传回控制系统。
(3) 中央伺服机:中央伺服机对识别装置传回的数据进行快速处理, 确定每个包裹应该采取的输送路线。
(4) 滑块式分拣机:和中央伺服机密切配合, 掌握正确时机连接不同传送带, 使货物顺利进入正确的传输线路, 避免阻塞或碰撞。
此环节的柔性化操作过程中, 整个系统需要收集的参数有:
(1) 包裹目的地:只有确定包裹的最终目的地, 才能确定其正确的传输路线, 这一参数存储在智慧标签里, 将由识别装置通过扫描方式进行收集。
(2) 传送带运行方向:包裹最终要由传送带运送到正确的地点装柜, 因此, 控制系统除了知道包裹目的地之外, 还需要知道哪条传送带去往此目的地, 这样才能选择正确的传送带运送包裹。
(3) 包裹的运行速度和包裹之间的距离:这两个参数是结合在一起使用的, 控制系统需要根据包裹之间的距离和包裹运行速度决定传送带切换的时机, 既不能过早也不能过晚。
2.3.5 柔性化内涵和评价
UPS世界港分拣中心在选择货物运输路线这一环节中通过标准接口实现不同传送带的衔接, 实现一带多用的目标, 充分利用分拣中心内部空间的同时, 最大限度节省了资源的投入, 使包裹能够在复杂的环境中有条不紊地到达正确的地点。
3 结语
随着技术和市场环境的发展变化, 柔性化系统被越来越多地应用, 应用范围从传统的生产制造领域朝着物流服务领域扩展。柔性化系统的应用能够使企业更加快速地响应市场需求变化, 同时实现资源的优化配置。本文分析介绍了UPS世界港分拣中心在包裹分拣过程中对柔性化思想的应用, UPS世界港通过先进的技术实现传送带与传送带之间的切换, 使不同层级的传送带实现无缝衔接, 使传送带能够进行多层运作, 充分利用了分拣中心的内部空间。
摘要：随着技术的发展和市场需要, 柔性化系统被越来越多企业所应用, 应用范围也逐渐从生产制造领域向物流服务领域扩展。本文分析介绍了UPS世界港分拣中心在传送带运送环节实现的柔性化操作, 介绍此环节的运作过程, 分析其实现柔性化操作所需要运用的技术和参数。
关键词：UPS,分拣中心,传送带,柔性化
参考文献
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[2]谭颖.医药物流配送柔性化研究[J].研究与探讨, 2011 (11) .
[3]刘伟, 严青.全球外包经济环境下的精益生产和柔性物流[J].中外物流, 2007 (11) .
[4]同童.物流的奥妙——UPS公司的运营模式[J].WORLD VISION, 2005 (08) .
[5]陆海东.UPS生产运作管理.http://wenku.baidu.com/view/ea414b62a45177232f60a273.html.
柔性车削中心 篇3
随着科学技术的发展, 人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高, 产品更新换代的周期越来越短, 产品的复杂程度也随之增高, 传统的大批量生产方式受到了挑战。这种挑战不仅对中小企业形成了威胁, 而且也困扰着国有大中型企业。为了提高制造工业的柔性和生产效率, 使之在保证产品质量的前提下, 缩短生产周期, 降低成本, 使中小批量生产与大批量生产抗衡, 柔性制造系统便应运而生。随着市场竞争的日趋激烈, 企业都在想方设法适应瞬息万变的市场需求, 而制造手段的落后往往是阻碍企业发展的主要瓶颈。在改造传统生产模式的过程中, 人们已经认识到采用柔性制造系统是一种缩短产品研制周期、提高产品市场竞争力的行之有效的办法。
目前, 没有任何一种复杂的生产模式能够整合所有的先进生产模式, 因为所处行业的不同, 从而会选择不同种类的组合, 从而达到本领域生产的最优模式, 以满足本行业生产, 这种组合方式当然也可以从某个概念出发, 而产生一些组合的生产模式。本文描述了一个在网络环境下, 以立体库为物料中心, 以柔性制造单元为加工中心, 以入出库台车为搬运中心组成的一个钣金柔性加工系统, 它不仅能够存储原材料, 还能够存储半成品、成品, 并且缩短了物料搬运行程, 提高了加工能力, 缩短了产品生产周期。系统不仅适合多品种, 小批量生产模式, 由于其具备高效存储能力, 因此也能适应单一品种的大批量生产模式。
1 钣金柔性加工系统的组成
设备层主要由立体库、冲剪加工中心、冲压加工中心、机器人折弯加工中心、手动折弯和入出库台车组成, 相互之间的关系如图1所示。
控制层主要由立体库控制系统、冲压中心控制系统、冲剪中心控制系统、机器人折弯中心控制系统、入出库台车控制系统组成。
网络层主要由MES制造执行系统、WMS库存管理系统、WCS仓库控制系统组成, 其结构如图2所示。
2 立体库系统
该系统根据WCS下达的作业, 完成对以托盘为单位的板料、半成品、成品的入出库及储存, 系统主要由立体货架、堆垛机、入出库台车以及专用托盘组成。
货架为组合式货架, 采用双排对称结构, 总的存储货位数量为82个, 单个货位承重不小于3000kg。每排货架共有10列, 每列分为5层, 近地面三层为原材料货位, 其余两层为成品货位, 一层20个货位中入出库台车占用9个货位, 余下11个货位再分成三层, 共22个货位存放板材, 二三层共计40个货位存放半成品及成品, 如图3所示。
堆垛机系统采用双立柱、三组货叉结构, 水平行走、垂直升降或货叉伸缩采用变频调速, 水平激光认址, 无线以太网、PLC控制, 最大承载3000KG。
系统采用4种托盘分为板料托盘、半成品托盘、成品托盘及网箱托盘, 通过叉车、入出库台车来完成原料、半成品、成品入出库作业。
入出库台车采用PLC控制、变频调速, 往来于立体库和各加工中心之间物料搬运, 1、2号台车为原材料入库, 3、5号台车为板料出库, 4、6号台车为半成品入库, 7、1号台车为成品入库, 8、9号台车为半成品出库。
3 钣金柔性加工系统流程的描述
整个系统在ERP和MES的驱动下通过9台入出库台车和一台堆垛机来完成物料的入出库, 如图4所示。
系统流程可分为入库流程和出库流程。
入库流程可分为:
原材料入库, 操作员通过无线手持终端获取ERP采购计划, 对入库原材料进行检验、录入, 并通过1号和2号台车及堆垛机完成其原材料托盘入库作业, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
半成品入库, 立体库根据MES下达的半成品入库指令, 检测4号或6号台车是否到位, 到位后控制堆垛机完成其半成品托盘入库, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
成品入库, 操作员通过无线手持终端对成品进行检验、录入, 并通过7号和1号台车及堆垛机完成其成品托盘入库作业, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
出库可分为:
原材料出库, MES根据生产计划向冲压、冲剪加工中心和立体库下达加工作业和原材料托盘出库作业, 立体库将其原材料托盘通过堆垛机、入出库台车3号和5号送到冲压、冲剪加工中心工作位, 冲压、冲剪加工中心加工完后, 剩余原材料托盘再经过台车、堆垛机返回到库中, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
半成品出库, MES根据生产计划向机器人中心和手动折弯中心和立体库下达加工作业和半成品托盘出库作业, 立体库将其半成品托盘通过堆垛机、入出库台车8号和9号送到机器人中心和手动折弯中心工位, 机器人中心和手动折弯中心加工完后, 剩余半成品托盘再经过台车、堆垛机返回到库中, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
成品出库, MES根据生产计划向立体库下达成品托盘出库作业, 立体库将其成品托盘通过堆垛机、入出库台车7号和2号完成成品托盘的出库, 出库完的空托盘再经过台车、堆垛机返回到库中, 堆垛机将其货位地址及托盘条码绑定后通过无线以太网发送给WMS。
WMS将每次作业的结果通过以太网实时上报MES, MES随时根据原材料的供应、加工效率和供货需求来调整计划, 使其达到最优。
4 结束语
在钣金柔性加工系统中, 立体库的作用非常重要, 其不仅完成钣金原材料、半成品及成品的出入库, 还负责冲剪加工中心、冲压加工中心、人工折弯设备、机器人折弯加工中心及入出库台车的上下料输送及调度, 为各加工中心及时提供材料, 并将加工后的半成品及成品送回立体仓库, 立体仓库是钣金柔性加工系统的物流枢纽。由此可见, 立体库在钣金柔性加工系统中起到了一个物料配送中心的作用, 储存、缓冲原材料、半成品、成品是为了更好的协调各加工中心, 使各加工中心发挥出最大的生产效率。
参考文献
[1]张根保.自动化制造系统 (第2版) [M].北京:机械工业出版社.2005.
[2]刘延林.柔性制造自动化概论[M].武汉:华中科技大学出版社.2001.
柔性车削中心 篇4
对于一般深大基坑, 地质条件较差、对变形控制要求较高时, 通常采用排桩 (或地下连续墙) 加多道钢筋砼内支撑的支护方式。当基坑面积较大、挖深较深时, 内支撑体系往往布置地较为复杂, 且需要布置多道钢筋砼内支撑。一方面工程造价较高, 同时给工程施工、尤其是土方开挖造成了较大的难度。
如何在保证基坑安全的情况下, 采用合理的支撑方式, 是目前深大基坑支护需研究的重要课题。
1. 工程简况
厦门裕景中心基坑工程, 位于鹭江道西侧, 厦禾路以南, 西侧为第一码头, 东南侧与鹭江道相隔为大同片区老城区, 北侧为厦禾路BRT高架桥。工程设四层整体地下室, 基坑开挖深约20.60m, 周长约600m。场地原始地貌处于原港湾潮间带, 后经人工回填改造成陆地。场地西北距现海岸线约15m (靠北局部地段距现海岸线约8m) , 已修建有护岸和码头, 护岸外为海域。
场地岩土层主要为:①杂填土:厚度在1.50~8.70m之间;②中砂:厚度约0.90~4.70m;③淤泥:厚度0.50~9.80m;④粗砂:厚度为0.8~8.3m;⑤粉质粘土:厚度为0.70~5.10m;⑥残积砾质粘性土:厚度为1.50~16.30m;⑦a全风化花岗岩:厚度为1.00~18.90m;⑦b全风化脉岩:厚度为3.80~11.10m;⑧a1砂砾状强风化花岗岩:厚度变化大为1.60~71.10m;⑧b1碎块状强风化花岗岩:厚度为0.50~55.30m;⑧a2土状强风化脉岩:厚度为2.50~24.90m;⑧b2块状强风化脉岩:厚度为2.10~56.90m;⑨中风化花岗岩:其顶板埋深为2.50~109.80m, 顶板高程为-104.98~-2.33m。
各土层设计参数见表1。
2 本基坑工程特点
(1) 基坑规模大:基坑挖深20.6m, 周长约600m, 面积约2万平方米, 属于深大基坑。
(2) 周边环境复杂:东侧为鹭江道, 北侧为厦禾路BRT高架桥, 西侧为第一码头, 南侧为旅游客运码头。基坑位于厦门鹭江道繁华地段, 周边车流量、人流量均很大, 且紧邻海边。对基坑支护变形控制、及止水措施要求很高。
(3) 地质条件复杂:
基坑支护范围内土层分布不均匀, 岩面起伏很大。基坑北侧中风化岩面深度约100m;而基坑中部最浅约8m即可见中风化岩。
存在较厚软弱不利土层:局部淤泥层厚约10m, 淤泥层底埋深达16m;局部砂层厚达8m, 局部砂层埋深达15m。
基坑紧邻海边, 地下水丰富, 紧邻海岸线处可能存在旧驳岸, 且局部存在较厚粗砂层。基坑支护设计、施工难度大。
3 刚性支撑与柔性支撑相结合的支护结构
对于一般深大基坑, 地质条件较差、对变形控制要求较高时, 常规采用排桩 (或地下连续墙) 加多道钢筋混凝土内支撑的支护方式。
本基坑开挖深约20.6m, 而基坑支护范围基岩最浅约10m, 如何在确保基坑安全的情况下, 同时兼顾工程造价及施工工期, 是本基坑工程需重点考虑的核心问题。
根据场地周边环境及地质情况, 考虑到围护造价与施工工期, 基坑围护桩采用冲 (钻) 孔灌注桩, 桩间采用高压旋喷桩止水。灌注桩桩径1.0~1.3m, 高压旋喷桩采用三重管工艺。
支撑采用刚柔相结合的支撑型式, 上部设二道钢筋砼内支撑, 确保基岩较浅部分有二个可靠刚性支撑点, 形成稳定的受力体系。对基坑开挖深度范围内基岩裸露部分, 保证围护桩进中风化岩不小于1m, 在桩脚设置岩锚。裸露基岩采用岩石系统锚杆支护。
基坑下部采用二~四道预应力锚索柔性支撑。典型支护剖面如图1、2。
4 钢筋砼内支撑体系的布置
本基坑面积大, 约2万平方米, 长约235m, 宽约110m, 且形状较不规则, 这给支撑体系的布置带来一定难度。
本基坑工程平面钢筋砼内支撑体系, 采用圆形支撑及对撑作为主要受力杆件, 基坑北侧采用两个半圆形支撑, 半圆形支撑中间设桁架对撑 (第一道对撑梁宽1.3m, 第二道对撑梁宽1.5m) , 半圆形支撑直径达109m (第一道弧梁梁宽2.0m, 第二道弧梁梁宽2.5m) , 南面设一个直径60m的圆形支撑。
采用圆形支撑加对撑的支撑型式, 既能保证内支撑的刚度, 确保基坑安全及变形稳定, 而且减小了支撑的工程量, 节约了造价, 同时给土方开挖保留了很大的操作空间, 利于施工。
5 监测结果反馈
基坑深层水平位移实测典型曲线如图4。从监测结果来看, 基坑围护结构变形均较小, C391#测点为淤泥较深位置, 变形略大, 最大变形也不超过30mm。C257#测点为基岩面较浅位置, 桩长也较短, 变形为负位移 (围护桩往基坑外变形) , 桩顶变形约5mm。其余位置变形均在10mm左右。基坑坑底沉降最大约20mm。
从监测结果来看, 基坑变形得到了很好的控制。因场地地质条件复杂, 存在受力不平衡问题, 基岩较浅部分围护桩存在向基坑外位移现象。
6 设计及施工要点
对基坑工程而言, 如何在保证基坑安全的前提下, 尽量节约造价、方便施工、节省工期, 一直是基坑设计的核心问题。
对面积较大的基坑工程, 内支撑的布置, 首先要保证足够的平面刚度, 方能有效控制基坑变形。同时, 应尽量设置较大的出土空间, 以方便土方开挖, 同时给土方车道预留足够的空间, 避免土方车道与内支撑位置有较大交叉。对本基坑工程, 因支撑布置预留了很大的土方开挖空间, 出土采用临时坡道的方式, 土方车可直接行车至基坑底进行运输, 不必设施工栈桥, 既方便施工又节约造价。
对柔性支护, 预应力锚索设计荷载较大时, 应采用压力分散型或拉力分散型, 保证锚索注浆体合理受力, 避免注浆体形成局部破坏。
对刚性支撑与柔性支撑相结合的支护体系, 应考虑变形协调的问题。刚性支撑与柔性支撑刚度相差较大, 为保证柔性支撑充分发挥作用, 避免水平力的传递过多集中在刚性支撑, 柔性支撑应施加足够的预应力, 确保刚性支撑与柔性支撑共同工作、合理受力。对地质条件复杂, 基坑支护范围内土层差异较大时, 应考虑内支撑及围护结构不平衡受力问题, 应采用三维分析对剖面单元计算进行复核。
基坑支护止水体系是涉及基坑安全的重要问题, 不管采用何种止水措施, 都无法保证基坑完全不漏水, 因此采取充分的预警堵漏措施, 是止水施工的重中之重。
本基坑工程部分基岩较浅, 土方开挖过程中需采用爆破, 施工应对支护结构体系采取充分的保护措施, 特别是平面内支撑及立柱。
7 结论
(1) 厦门裕景中心基坑支护工程, 采用刚性支撑与柔性支撑相结合的支护方式, 是成功的。在保证基坑安全的同时, 节约造价、方便施工、节省工期。
(2) 对面积较大的平面支撑体系, 采用圆形支撑加对撑的支撑型式, 既能保证内支撑的刚度, 确保基坑安全及变形稳定, 同时给土方开挖保留了很大的操作空间, 利于施工。
(3) 采用刚性支撑与柔性支撑相结合的支护方式, 应考虑变形协调的问题, 柔性支撑应施加足够的预应力, 确保刚性支撑与柔性支撑共同工作、合理受力。
(4) 地质条件复杂, 基坑支护范围内土层差异较大时, 应考虑内支撑及围护结构不平衡受力问题, 应采用三维分析对剖面单元计算进行复核。
参考文献
[1]刘国彬, 王卫东.基坑工程手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.
[2]龚晓南, 高有潮.深基坑工程设计施工手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1998.