迎接车铣复合加工技术的革命

作者：奥地利WFL公司 乔宇    来源：MM现代制造

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 目前，中国轨道交通建设全面提速，国产时速350km/h的“和谐号”动车组实现批量生产、同速度级别的干线高铁逐渐投入使用……用突飞猛进来形容这种发展速度并不为过。当然，这无疑为轨道装备制造业带来了最佳的发展机遇。但挑战也随之而来，传统的加工方式已经无法满足更高标准的需求，尤其是在精度和效率这最为加工车间看重的两个方面。作为机车车辆制造企业的领先者，南车戚墅堰机车有限公司对此深有同感，公司的柴油机分厂通过引进高端的复合加工设备，对原有加工工艺进行了彻底的改变。现如今在加工车间的曲轴和凸轮轴生产线上，再也看不到繁琐的功能各异的数控加工设备，一台车铣复合加工机床取代了原有的四台设备，不仅减少了投入成本，还将工件的加工精度和效率提升至更高的水平。而这一切都得益于集团与奥地利WFL公司的合作。 前所未有的加工体验 柴油机可以说是内燃机车的心脏，为整个机车的运行提供动力。其中，凸轮轴又是柴油机不可或缺的部分，它的好坏直接影响燃烧是否充分，所以凸轮轴的精度非常重要。“尤其是公司与美国GE公司合作成立柴油机分厂以后，我们要按照GE公司的要求来加工凸轮轴，精度要求更高了。”凸轮轴加工车间主管工艺师夏焕金先生是与WFL公司合作的主要参与者，他回忆说道，“用当时已有的传统设备根本无法达到要求，而且我们一直沿用传统的仿形加工方式，效率上也无法满足需求。”于是，2007年加工车间拟定方案，决定购进新型的加工设备，以提高凸轮轴的加工水平，并将目光锁定欧洲高端的加工技术。 国内的机车车辆厂大多历史悠久，数十年传承下来的加工经验很难改变，因此在招标初期，加工车间仍以凸轮铣床为主要采购目标。但奥地利WFL的出现改变了加工车间的固有想法，经过对其他机车车辆制造企业的使用调研以及对5轴车铣复合加工中心功能的逐渐了解，加工车间最终选择了WFL的M35设备。WFL公司中国区首席代表李锋先生认为这次合作是具有突破意义的，他说：“合作的过程很曲折，让传统的加工车间接受先进的加工方式并非易事。传统的加工方式成熟、可靠、风险小，但是工艺繁琐，耗费的加工时间长，严重影响整体加工效率。而车铣复合技术的出现，打破了戚墅堰柴油机厂的固有模式，为他们提供了一种前所未有的加工体验。三年过去了，事实证明当时的决策非常正确。” 目前，M35车铣复合加工中心主要用于GEVO16型柴油机凸轮轴的凸轮外形的车铣加工，轴颈、法兰端面及凸台的车削加工，端面安装孔的钻削、镗削加工。据夏工介绍，加工的产品主要有两种，分别是GE的凸轮轴和自主设计的280型凸轮轴，主要供给环境恶劣的地区，这对机车提出更高要求，所以对机车内部零件必须严格把控。他说：“凸轮轴的凸轮型面加工余量相对少，所以我们更注重加工精度的提升，因为整个位置度和尺寸公差都非常小，需要设备的精度更高，尤其是重复精度。”以其中16缸柴油机用凸轮轴的加工来说，M35承担三次装卡、两道工序的加工任务。第一道工序是铣削凸轮，精度要求很高，轮廓度的精度要达到0.05mm；第二道工序是螺栓安装孔，GE的凸轮轴需要8节连在一起，所以螺栓孔的位置度要求非常高，超过0.04mm的偏差都会导致安装出现问题。 夏工解释说：“精度主要在于两端法兰孔的同轴度和凸台尺寸，都要遵循GE公司的CTQ关键项目尺寸，绝对不能超差。整个凸轮轴有32个螺栓孔，一边16个，为了让每根凸轮轴高精度地连接在一起，16个孔中各有1个定位孔（直径18mm，其余为15mm），精度最高，用于同轴度的测量，一旦不精准，凸轮轴之间的连接角度就会变化。另外，凸轮轴端面上还有一个定位销测量孔，精度也很重要，因为每个缸的发火次序不同，所以每个凸轮的相位角就不一样，而相位角的定位基准就是靠定位销来实现的，被用于定位以及整个桃形和轴的测量。”夏工补充说，除此之外，两端法兰外端面相对两端凸台公共轴线的垂直度、跳动，各个孔的位置度等精度要求都非常高。 M35车铣复合加工中心不仅在精度上提供了很好的保证，在加工工序上也较原来有大幅改进，带来了效率的提高。“以前我们需要经过仿形车和粗磨两道工序之后才能进行热处理，而使用了M35以后，工艺改变了，一次车铣桃形成型，凸轮表面粗糙度和凸轮型线轮廓度就可以达到要求。以前车一根凸轮轴需要2h，再经过磨削也需要2h，而现在共用30min就可以完成原来4h的加工任务。同时还减少了一道工序，就是定位销的加工，按照之前的加工工序，额外还需要一台机床才能实现轴向定位基准。”现在的加工模式，无需对凸轮轴进行搬运和二次定位装卡，就可以达到高品质的加工精度，并使效率成倍提升。按照传统的加工模式，国内型号凸轮轴的年产量只有800节，而在使用M35之后，加工车间在2009年就加工GE型号凸轮轴1600节，车铣复合加工技术的优势显而易见。 真正的定制化机床 车铣复合加工技术为企业带来了效益，除了解决零件的高精度、高效率加工问题，其真正的高技术水平还应体现在对零件的质量保障方面。特别是在批量生产中，要保证每一个零件都在精度要求之内。“奥地利WFL公司于1982年在汉诺威展会上展出了世界上第一台车铣机床MILLTURN?，此后WFL只专注于车铣机床的制造。WFL不仅是车铣技术的发明者，也是全世界唯一一家专业车铣机床制造企业，也是该领域最大的企业。”李总认为WFL的专业性使公司可以提供给用户最高端的车铣复合技术，帮助他们解决加工难题，“时至今日，WFL可以提供给用户最完善的车铣复合加工技术，我们的设备全部采用模块化结构设计，可以根据用户特殊需要提供相应的功能，而且开发程度要更加深入。是真正意义上的定制化机床。”夏工对WFL机床的模块化结构大加赞赏，他说：“WFL设备中设有典型零件的加工循环，比如凸轮轴的加工，我们可以直接调用凸轮轮廓车铣加工宏程序，简化了编程，只要输入特定参数就可以进行加工了。”而给他留下深刻印象的还要数M35的测量循环功能，“比如两端法兰孔的同轴度，如果没有测量的工艺，精度很难保证。如果测量方法不当，会造成很大误差。WFL的测量循环已经成为了零件加工工艺中不可缺少的部分，这个功能不仅可以实现零件的找正，还可以在加工过程中用来避免零件的物理变形、热膨胀变形、刀具磨损带来的误差，保证了零件的加工精度。” 据李总介绍，这是定制化之后的一个显著特点，他解释说：“加工程序是理论程序，现实加工情况肯定与理论有偏差，因为如刀具损耗、温度变化这些因素都是不确定的，容易给零件带来变形。这种情况在编程中并没有纳入考虑，但却实际存在，如果按照理论加工，那么误差就会被计算到零件中。而WFL提出的测量方法是，在最终精加工步骤之前，系统自设一个预加工量，它会大于理论加工值，然后系统进行测量，当测量值小于这个量的时候，系统会自动补偿，以达到最终要求的尺寸。整个过程是自动的，无需人工干预，这也是WFL区别于其他厂家的专利技术。”好的设备就是要更快、更高精度地加工出零件。而这个过程中精度的保证是关键，WFL做到了——经过验证，柴油机分厂生产的GE凸轮轴完全符合要求精度，而且离散性都被控制在很小的范围内，超过了GE本土生产水平，这个结果让美国同行刮目相看。 合作升级 为了让用户更好地理解和使用设备，WFL提供给用户同样专业的培训和服务。“前期我们会组织在奥地利本土进行全天培训，由奥地利专家授课。帮助用户更好地了解设备功能，掌握操作。”李总介绍说，“另外，我们每隔两年还会提供给用户一次专业培训，邀请奥地利专家来访。这个培训非常行之有效，因为在使用一段时间后对机床有了一定的认识，此时进行培训，效果更明显。专家可以为用户解决实际发生的问题，用户之间也可以就各自的问题进行探讨。这一过程会持续一周时间。”除此之外，WFL还在北京设有备件库，为了更快地响应用户的需求。公司还投入更多资金邀请国外专家常驻中国地区，为用户解答疑难问题。 夏工补充说，在机床调试初期，WFL派了一名外国工程师全程跟随，共同编辑程序、调试机床参数。这使操作者和编程人员可以在最短时间内适应机床，机床也以最快的速度进入工件加工状态。 对于输电成本很高的地区来说，内燃机车仍然是一种比较好的铁路牵引解决方式。它具有基建投资小、机动性和适应性强等优势，具有不可替代的作用。目前，南车戚墅堰机车有限公司制造的机车以省油、载重量大著称，而且经过了东北地区-47°的严寒考验和新疆吐鲁番地区50°高温的考验。根据今后的发展趋势，柴油机分厂目前正计划扩大产能，达到年产450～650台的生产水平，这无疑需要WFL更多的支持，进一步的购买计划已经列入日程。(end)

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