高速加工中心進(jìn)入汽車生產(chǎn)領(lǐng)域

　　十多年來，高速加工中心的結(jié)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)和技術(shù)性能有了長足的發(fā)展和提高。在結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)方式上經(jīng)歷了從滾珠絲桿－立柱移動(dòng)式到直線電機(jī)－框中框結(jié)構(gòu)的二代發(fā)展。

　　當(dāng)今，高速加工中心又在向并－串聯(lián)混合運(yùn)動(dòng)學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)展，以進(jìn)一步提高加工中心的動(dòng)態(tài)性能。目前，表征高速加工中心動(dòng)態(tài)特性的軸加速度已達(dá)1-2g，快速行程速度達(dá)到80－120m/min。這為較大幅度縮短輔助時(shí)間創(chuàng)造了條件。如 ：當(dāng)軸加速度為1.2g，快速行程速度120m/min，軸行程距離為800mm時(shí)的軸定位時(shí)間僅需0.5s左右。而高速切削和高速進(jìn)給的應(yīng)用使加工的基本時(shí)間變得越來越短。例如 ：銑削深度14.1mm的M6螺孔僅需1.2s，由此可見，現(xiàn)代高速加工中心已成功的將原本是相互矛盾的柔性和生產(chǎn)率融合到了一起。

　　當(dāng)今，世界汽車工業(yè)由于激烈的市場競爭，促使汽車更新?lián)Q代的速度明顯加快，產(chǎn)品市場壽命進(jìn)一步縮短。與此同時(shí)，汽車變型品種逐漸增多，投產(chǎn)批量日益減少。為滿足全球市場的不同個(gè)性化需求，多品種柔性生產(chǎn)越來越成為競爭的決定因素，設(shè)備的生產(chǎn)效率和柔性已成為選擇設(shè)備的主要因素。 在20世紀(jì)80年代前，剛性自動(dòng)線是汽車工業(yè)唯一采用的高效自動(dòng)化設(shè)備。隨著數(shù)控系統(tǒng)可靠性的提高和汽車工業(yè)多品種生產(chǎn)的需要。

　　80年代初柔性自動(dòng)線問世，并越來越獲得廣泛的應(yīng)用。但由于柔性自動(dòng)線所加工的工件在幾何形狀和加工工藝上要高度相似，并且這些工件在自動(dòng)線設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)是確定了的。

　　另外，由于柔性自動(dòng)線所有的加工工位之間是一種互補(bǔ)的關(guān)系，因此，當(dāng)自動(dòng)線上某一臺(tái)機(jī)床發(fā)生故障時(shí)，就會(huì)造成全線停頓，導(dǎo)致設(shè)備利用率下降，即使在最好的情況下，其利用率也僅為70％。 加工變速箱時(shí)自動(dòng)線與高速加工中心之間投資費(fèi)用的比較 EX-CELL-O的缸蓋柔性生產(chǎn)線 1993年以來相繼出現(xiàn)由高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線，由于它具有高生產(chǎn)率、高加工柔性和能力柔性，所以既能滿足當(dāng)前多品種的加工任務(wù)，也能通過調(diào)整或擴(kuò)充設(shè)備來適應(yīng)未來的加工任務(wù)，因而這種柔性生產(chǎn)線正越來越多地被汽車工業(yè)所采用。象奔馳、福特、戴姆勒－克萊斯樂和通用等眾多的汽車廠都已采用高速加工中心來加工缸蓋和變速箱體，用柔性生產(chǎn)線替代自動(dòng)線已是一種發(fā)展趨勢。

　　有關(guān)資料介紹，自動(dòng)線的市場份額已從60年代中期的40％減少到90年代末期的25％。按目前的技術(shù)水平，采用柔性生產(chǎn)線加工缸蓋每天最佳加工件數(shù)已達(dá)到1200-1500件（相當(dāng)于年加工30萬到40萬件），變速箱體每天最佳加工件數(shù)為1500-1800件（相當(dāng)于年加工40-45萬件）。 柔性生產(chǎn)線是一種兼有自動(dòng)線和柔性制造系統(tǒng)（FMS）特征的混合型生產(chǎn)系統(tǒng)。這種生產(chǎn)系統(tǒng)是由若干臺(tái)具有互補(bǔ)和互替功能的高速加工中心通過按一定方向傳送工件的輸送系統(tǒng)連接而成的。由于這種系統(tǒng)是采用定向輸送的物料流，所以工件輸送系統(tǒng)比較簡單，往往可采用滾動(dòng)輸送帶來實(shí)現(xiàn)工件的連續(xù)輸送。并且，這種輸送系統(tǒng)可以起到工件的中間儲(chǔ)存作用，故有利于提高機(jī)床的利用率。柔性生產(chǎn)線在工序流程的安排上，通常是采用自動(dòng)線的傳統(tǒng)加工方式來分配加工工序，所以生產(chǎn)線上的加工中心是按這種預(yù)定的工序和流程方向依次進(jìn)行排列，并且在每個(gè)加工單元上至少安排兩臺(tái)加工中心進(jìn)行平行加工（完成相同的加工任務(wù)）。這樣，它與柔性制造系統(tǒng)任意分配加工任務(wù)的方式相比，不僅可省去用于調(diào)度的主計(jì)算機(jī)，并且可以改善夾具和刀具的使用。

　　與自動(dòng)線相比，由于采用平行加工，柔性生產(chǎn)線可以充分利用機(jī)床的生產(chǎn)能力。當(dāng)某一臺(tái)機(jī)床出現(xiàn)故障而停機(jī)時(shí)，其它機(jī)床仍可以繼續(xù)工作，因此，這種生產(chǎn)線的技術(shù)利用率可達(dá)到90％以上。 有時(shí)，會(huì)在柔性生產(chǎn)線中集成自動(dòng)線，以組成混合生產(chǎn)系統(tǒng)，以便充分發(fā)揮組合機(jī)床和加工中心各自的優(yōu)點(diǎn)，確保工件的加工精度和加工效率。因?yàn)樵谏�產(chǎn)中會(huì)有一些加工任務(wù)（對(duì)于缸蓋來說，如凸輪軸、氣門閥座和導(dǎo)管孔），更適合于采用自動(dòng)線來完成。例如，加工缸蓋的氣門閥座和導(dǎo)管孔時(shí)，往往要采用復(fù)合專用刀具，除了要車削閥座的錐面外，同時(shí)要用一把絞刀精加工導(dǎo)管孔，以獲得閥座錐面和導(dǎo)管孔較高的同軸度（0.01-0.03mm）。像這種既要進(jìn)行徑向進(jìn)給又要作軸向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的加工任務(wù)，在加工中心上往往是比較難于實(shí)現(xiàn)的，而對(duì)于組合機(jī)床，實(shí)現(xiàn)這樣的加工任務(wù)就容易的多。

　　應(yīng)提及的是，為了便于調(diào)整和改裝，以適應(yīng)多品種加工，采用的應(yīng)該是數(shù)控自動(dòng)線。 柔性生產(chǎn)線是按模塊化組建的，這就提供了對(duì)系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行分階段投資的優(yōu)點(diǎn)。在首次投資時(shí)用戶不必進(jìn)行大量投資，而可以隨著市場對(duì)產(chǎn)品需求的增加而擴(kuò)充高速加工中心和相關(guān)設(shè)備的數(shù)量。

　　從EX-CELL-O公司的缸蓋柔性生產(chǎn)線中可以看到高速加工中心是分幾個(gè)階段進(jìn)行擴(kuò)充的，這顯然有利于提高投資的經(jīng)濟(jì)效益。在柔性生產(chǎn)系統(tǒng)中，為了滿足多品種加工的需要采用了針對(duì)不同品種而設(shè)計(jì)的適配板，在更換工件品種時(shí)，無需更換機(jī)床的夾具，而只需更換與工件有關(guān)的適配板和刀具等，由此減少了改裝費(fèi)用。

　　今后，隨著驅(qū)動(dòng)技術(shù)、控制技術(shù)和機(jī)床結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)的發(fā)展，高速加工中心的動(dòng)態(tài)特性將進(jìn)一步提高。而隨著刀具材料的不斷進(jìn)步和新刀具的采用，新一代的高速加工中心將進(jìn)一步縮短工件加工時(shí)間�？梢灶A(yù)料，在汽車這樣大批量生產(chǎn)行業(yè)中，由高速加工中心組成的柔性生產(chǎn)線替代大部分自動(dòng)線已不是遙遠(yuǎn)的事情。