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汽车零部件制造装备的发展 |
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作者：小巨人机床有限公司总工 黄建文 来源：《中国机械与金属》 |
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伴随着中国汽车行业的高速发展，汽车零部件产业的面貌也日新月异。作为消费了40%的机床设备的这一产业，它的发展既依赖于机床工业的技术进步，又有力推动着机床工业的发展。同时，汽车行业的激烈竞争加快了产品更新换代的步伐，冲击着汽车的生产方式。所有这些都决定了机床制造业必须不断地推陈出新以适应新的发展需要。
汽车装备制造业的发展变迁
上世纪七十年代，企业增强巿场竞争力的主要手段是提高生产效率、降低成本。接下来，如何在低成本的基础上向客户提供质量可靠的产品成为八十年代制造业的主题。
随后，从产品的源头——产品设计入手，优化设计又成为九十年代的巿场主流。进入21世纪以来，无论产品的品种还是新产品的推出速度都在加速演变，汽车产品已由单纯的代步工具逐步过渡为时尚化的产品，同时，节能和减排问题也逐步成为普遍要求甚至是国家的强制标准。
这意味着汽车零部件的生产方式必须相应变化，曾为降低生产成本立下汗马功劳的刚性生产线难以适合新兴需求，与此同时，制约柔性生产线发展的加工效率问题也在数控机床和刀具技术的发展之下日渐瓦解，工序集约化的生产方式和品种变换便捷令柔性生产线的优势显露无遗。
因此，效率和柔性就成为当今制造业发展的主流。柔性生产线能适应现在日新月异的技术进步，满足产品更新换代和多品种生产的需要。
图1 超高速加工中心在加工发动机零件
设备制造商面临全新需求
汽车行业产品推陈出新的动力来自多方面，包括技术尤其是发动机技术的不断进步；消费者求新的心理；以及对节能环保、安全性和舒适性的不懈追求。而所有这些要求的满足，都需要建立在汽车零部件的更新换代之上。为此，机床制造商需要迎接全新挑战。
1. 机床高速化
汽车行业对于加工效率和加工质量的追求是推动高速加工技术前行的动力。机床的高速度基于机床主要配套元件的发展，这体现于数控技术、电主轴技术、直线电机技术等先进技术的应用。
比如，采用电主轴技术的机床主轴转速达40,000rpm以上；而直线电机的应用使快速移动速度能够达到120m/min，加速度达到2g，三轴联动时的合成速度更能达成208m/min，以及3.24g的加速度；采用伺服电机驱动的换刀机械手的换刀速度能达到0.8秒，大幅缩减辅助时间，提高机床的使用效率。
2. 机床高精度化
汽车零部件的大批量生产方式，要求机床具有高工程能力指数，这要求机床具有高精度且精度的保持性与可靠性要好。只有这样的机床才能加工出高质量的产品，才能为确保产品质量和提升装配效率奠定优良基础。 通过主轴恒温、中空丝杠冷却、自动热补偿、以及全闭环控制等技术的运用，机床的精度得以不断提高。
3. 机床复合化
尽可能将加工工序集中在一台机床上予以加工的复合加工技术，能够缩短物流线和加工周期、减少辅助和等待时间、并避免工序间的误差传递，有效提高加工效率和加工精度。
这种复合化的结果对加工中心的概念提出挑战，最初的复合技术主要是多面多轴的复合，后来又在卧式车床基础上增加加工中心铣轴，发展成为车铣复合加工中心。现如今，则是在车铣复合的基础上进行跨行业的复合，比如在机床上加工完成后再直接进行沾火和磨削。
这就意味着可以真正做到按照订货生产，并大幅度缩短交货期，它对工厂的生产和管理模式产生了深远影响。
4. 机床自动化
自动化技术的应用非常适合批量生产的要求，它可以提高生产效率，并减少人为因素的影响。
复合化的机床、大容量的刀库和自动上下料装置为自动化的实现提供了有力保障。复合机床的使用使得工件在一台机床或一个单元上便能基本完成全部的加工工序；大容量的刀库则确保在刀具寿命结束时能及时更换备用刀具，也可以实现多品种的混合生产。
这种自动化单元的生产也为大批量的生产提供了一种新模式，将传统的流水线生产改为单元化生产，产量的增加只要通过增置相应的单元数量即可实现，而且某个单元的故障也不致于影响其他单元的生产。
5. 网络、信息技术的应用
网络、信息技术的应用能够进行系统集成，这不仅减少了辅助时间，还方便了管理，有效提高机床的开动率。由于电子技术和计算机软硬件技术的发展，现在的数控机床不但可以完成切削加工的功能，还拥有很多智能化与网络化的功能。比如人机对话式的编程方式、夹具刀具数据库、操作历史记录、机床负载监控、加工时间分析、自动诊断导航，以及机床维护等。
6. 节能环保
作为上游的设备制造商，必须在设备的开发阶段就要考虑到节能环保和宜人化操作方式的需求。因此，尽量减少占地面积、融入节能设计、节省润滑油的耗用等，还有，借助全封闭防护罩完全避免切屑和烟尘的外溢，不对工作环境造成污染，同时操作氛围也更加舒适。
图2 小巨人机床有限公司为用户提供的发动机零件柔性生产线
新兴机床在汽车工业的应用
汽车工业的全新生产模式和工件材料给生产设备供应商提出挑战，机床行业的发展也同时改变着汽车产业的生产模式和概念。以下介绍几例高速、高精度、高度柔性化生产设备在汽车行业的应用。
1. 汽车变速箱齿轮的生产
汽车变速箱对传动速度、传动效率、噪音、传动和变速的平稳性方面有很高要求，汽车变速箱齿轮的精度也不能马虎。传统的加工方法是在齿轮沾火后再进行磨削来提高齿轮端面和内孔精度，但是相对低下的磨削效率难于满足加工效率和零件加工成本方面的要求。
随着高刚性的机床结构和电主轴技术在数控机床上的全面应用，以及CBN和陶瓷刀具的使用，当今一些数控车床在加工沾硬钢时已能实现以车代磨的高效加工。
这项工艺已成功运用于汽车变速箱齿轮的生产，沾火后的变速箱齿轮的工件硬度可达HRC58-62，运用CBN或陶瓷刀具进行硬车削之后，可令工件表面粗糙度达到Ra0.2以下。
2﹒汽车差速器壳体内部的球面加工
在汽车差速器壳体内部有一个球面加工，由于其加工部位在工件的腔体内部，以往都需要采用专用机床，而这种机床的采购周期往往较长，滞后了整个生产工艺的推进。
复合加工技术的发展使得在通用机床上加工此类零件成为现实，MAZAK生产的INTEGREX复合加工机床便可配合专用的勾形刀具，利用Ｂ轴和Ｚ轴的插补功能进行插补进刀，令勾形刀具通过工件的小孔绕进工件内部来加工零件。
这一改变大幅缩短了零件的加工准备周期，也使得零件的多品种交替生产成为可能，加速了零件的更新换代。同时，INTEGREX机床所具有的复合加工能力，也能应用于像发动机缸体、缸盖、曲轴、凸轮轴、连杆等复杂零件的加工，使这些零件能由一个整体的块料或是棒料在一台机床上直接加工为成品，并立即进入发动机整机的组装环节。
虽然在现阶段，这种加工手段尚不能适用于批量加工，但是由于这一工艺能省却制作模型和铸造毛坯的过程，使得发动机样机在设计完成之后便能迅速跨入样机生产工序，特别适于发动机的研发试制，或是个性化发动机的生产。
图3 MAZAK复合加工机INTEGREX系列
汽车零部件生产对机床生产商的要求
数控机床作为一种机电一体化的产品，其融入了最新的电子和机械技术，在汽车零件加工中除了机床之外，还包含刀具、夹具、测量等诸多重要环节。同时，考虑到大批量生产方式以及组线的需要，必须还要有物流、清洗、试漏、压装、装配以及管理等环节的全面配合。
在这整套工艺流程中涉及的各类软硬件技术繁复多样，无疑也考验着机床制造商面对汽车零件生产提供服务配套的能力。也即，机床制造商不但要提供高性能机床，还要具有为用户规划一整套解决方案的能力，根据客户方的加工工件图纸、技术要求、质量要求和生产纲领，提供从设备选型、节拍计算、工艺安排、刀具选择、夹具设计和制造，一直到编程试切与人员培训的一揽子服务，使得机床一到客户工厂即能投入生产并创造效益。(end)
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(9/22/2007) |
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