保证零部件高效生产的方式分析

作者：小巨人机床有限公司 黄建文    来源：AI汽车制造业

欢迎访问e展厅 展厅 3 数控机床/铣床展厅 数控铣床, 摇臂铣床, 立式铣床, 转塔铣床, 炮塔铣床, ... 在目前的经济危机形势下，汽车行业面临越来越激烈的竞争，各汽车及零部件制造企业都在不断寻找新技术、新设备，以实现降低生产成本、提高加工效率，从而通过降低产品售价来赢得客户和市场。作为为其提供生产设备的机床制造企业，我们首先感受到了用户的这种需求，因此不断推出新的机床产品和工艺方法来满足用户需求。除了选择可靠的机床设备，刀具、加工方式的选择以及信息技术等都影响着企业的生产效率和成本，下面我们对其简要做以分析。 高速、高精度机床保证高效加工 目前，汽车零部件制造企业已普遍采用由数控机床组成的柔性生产线进行多种产品共线生产，以满足产品换型的需要。因此，高速、高精度、高可靠性的数控机床成为满足其需要的必要条件。这类机床大都采用电主轴、直线导轨、大导程的滚珠丝杠、高速的凸轮换刀机构和高性能伺服系统来满足高效率的要求。同时，机床在自动化、复合化方面的发展也顺应了汽车行业要求高效率的特点。 当前，主流机床快速移动速度、主轴转速和换刀速度已经相差很小，各机床企业千方百计在其他方面进一步提高效率。产品的加工节拍包括工件的加工时间和装卸时间，为了缩短装卸时间，一些企业开发了双交换工作台的加工中心，机床在加工一个工作台上工件的同时在另一个工作台进行装卸工件作业，保证主轴始终处于工作状态，从而提高加工效率。 机床的复合化减少了工件的加工工序和装夹时间。例如，通过在立式加工中心上增加转台，工件一次装夹可加工出工件多个加工面上的加工部位；在车床上增加铣削主轴，工件在一次装夹后可以完成车削、铣削、钻孔和攻丝等加工内容；再增加第二主轴可以在一面加工完成后自动转到另一个面进行加工。这些都是为适应效率提高的要求而新开发的机床产品。 此外，通过为单个数控机床或者多个数控机床组成的生产线配备机械手实现自动上下料，也是提高生产效率的一个方面。由于刀具的寿命有限，大批量无人化生产对加工产品的品质控制程度如何，也制约着自动化水平的提高。在这样的生产方式下，需要对刀具的寿命进行有效的管理，并随时对刀具磨损进行必要的补偿，因此要求有智能化的数控系统对刀具寿命进行管理，有大容量的刀库或者中央刀具库作为硬件支撑。在自动化生产线中，还必须要有零件的检测装置，根据零件的检测结果随时对刀具进行必要的补偿，以保证加工质量。 为了适应大批量生产的需要，机床往往还配有许多辅助系统，如反冲式的自动排屑器、大流量的冷却、主轴贯通冷却及自动液压接口等，这些选项对提高效率和长时间的自动化运行都有很大帮助。 刀具对加工效率的推动 随着刀具技术的进步，刀具对加工效率的提升也有很大贡献。汽车零部件中有很大一部分铝合金材料，随着PCD刀具的普及，效率得到大幅提升，尤其在铝合金平面铣削和铰孔工序中得到广泛应用。由于PCD刀具具有高达数千米的切削线速度和超长的加工寿命，因此，在工件加工效率得到提高的同时，加工产品的精度和质量也得到大幅提高。刀具寿命的增加，减少了刀具更换和调刀的次数，以及由此引起的停机次数，同样也提高了效率。同时，刀具寿命大幅度提高，平均到每一个零件上刀具的消耗费用也随之减少，从而从多个方面降低了生产成本。 刀具带来的效率提升还体现在复合刀具的大量采用上，一把复合刀具通常能够代替数把普通刀具，由于减少了换刀次数并且复合刀具能够同时加工不同的加工部位，从而节省了大量的辅助时间和加工时间。 选择加工方式实现增效降本 要进一步降低生产成本，加工效率的提高只是一个方面，生产线的投资成本也是一个重要因素。同样的零件可以通过不同的方式加工出来。为了满足生产纲领的要求，不同的设备有不同的加工方案，而不同的设备价格差距也较大。因此，如何根据零件的加工特点，选择合适的设备成为选择生产线的一个重要标准。 以汽车发动机缸盖的加工为例，以前都是采用卧式加工中心组成的生产线进行生产，虽然加工效率和加工质量都能得到保证，但是还有更经济的生产方式。我们通过分析缸盖的各个加工部位发现，加工时间里包含大量的平面铣削和钻孔攻丝工序，这些加工采用立式加工中心完全可以解决，而立式加工中心的价格通常是卧式加工中心的1/2～1/3。如果在这些工序内采用立式加工中心，关键的凸轮轴孔、气门座孔、气门座圈孔以及最后接合面的精加工采用卧式加工中心加工，可以使整个生产线的投资成本大大降低。类似的加工方式在变速器壳体的加工中也得到了印证，在变速器壳体的接合面加工中，面和孔以及螺孔的加工完全可以通过立式加工中心来实现。 工艺革新带动效率提升 效率提升还体现在工艺方法的革新上，随着数控机床加工精度的提高也诞生了一些新的加工方法。比如在传统的工艺思想中，工件淬火后只能通过磨削的方式来加工，随着刀具和机床技术的发展，现在也可以通过刀具加工的方式来进行。采用特殊刀具对淬火后的工件加工的工艺方法相比传统的磨削方式在加工效率方面有大幅提高。以汽车齿轮的加工为例，汽车变速器齿轮淬火后，工件的内孔、端面要求进行相应的磨削，现在采用以车代磨的工艺方法，可将工件表面的粗糙度控制在Ra0.2以下，而且我们在车削其中一个端面有槽的工件端面时，工件也能够稳定地达到技术要求，打破了以车代磨不能进行断续切削的定论。以车代磨的加工效率比磨床高出许多，极大地减少了设备投资，节约了工厂的占地面积，减少了操作工人。目前，以车代磨的工艺方法已经通过了用户大批量生产的检验和验证。 随着精密锻造技术的提高，以前需要进行机械加工的部位如今也不用再进行加工。比如很多齿轮精锻以后无需再进行加工；以前汽车传动机构中的钟形壳上有6条球道都需要进行机械加工，由于工件形状的特殊性，需要特殊的机床来进行加工，加工效率很低，现在这些部位精锻就可以达到要求，节省了机械加工的时间。 信息技术对生产效率的保证 单纯设备性能的提高所带来的效率提升是有限的，通过加工方式和管理方式的变更带来的变化才是革命性的。对生产过程中的各个环节进行支持和控制，对生产线状况进行监控，对发生的各种状况进行及时有效的处理是进一步提高效率的有效手段。因此，信息化的柔性生产线成为现阶段各个厂家选择的必要条件。生产线的信息系统包括对程序的编制和集中管理、计划的编制和下达、刀具的准备和寿命管理、工件的测量和补偿、工件的调动、故障诊断和处理、在线服务以及对这些信息的实时在线监控和管理。通过对这些信息的管理和及时处理，生产线的效率得到极大提升，为汽车零部件厂家降低成本和提高产品质量提供软硬件两个方面的保证。(end)

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