我國在汽車生產(chǎn)線高速加工的情況

撰稿：蘭生數(shù)控機(jī)床銷售有限公司  范琦

采用加工中心取代剛性生產(chǎn)線在我國汽車制造中早已開始部分應(yīng)用。近幾年也開始應(yīng)用高速加工中心。表 1 是我國汽車行業(yè)中使用的部分高速加工中心及其性能指標(biāo)。

20 世紀(jì) 80 年代以來，我國相繼從德國、美國、法國、日本等引進(jìn)了多條較先進(jìn)的轎車數(shù)控生產(chǎn)自動(dòng)線，使我國轎車制造工業(yè)得到較快的發(fā)展。其中較典型的是來自德國的一汽大眾捷達(dá)轎車和上海大眾桑塔納轎車自動(dòng)生產(chǎn)線，技術(shù)上處于國際 20 世紀(jì) 90 年代中期水平，其中應(yīng)用了較多的高速加工技術(shù)。  

1 ．引進(jìn)的捷達(dá)數(shù)控轎車自動(dòng)生產(chǎn)線概況

一汽大眾捷達(dá)轎車自動(dòng)生產(chǎn)線由沖壓、焊接、涂裝、總裝、發(fā)動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)器等高速生產(chǎn)線組成。年產(chǎn)轎車能力15萬輛，制造節(jié)拍 1 . 50min ／輛。生產(chǎn)具有國際 20 世紀(jì) 90 年代水平的 4 缸、 6 缸捷達(dá)奧迪轎車五汽門電噴發(fā)動(dòng)機(jī)及配套的傳動(dòng)

器，生產(chǎn)節(jié)拍 30 一 40s／臺(tái)，生產(chǎn)線部分采用風(fēng)冷干式切削加工技術(shù)，其機(jī)械加工工藝流程反映了當(dāng)代轎車制造業(yè)中的先進(jìn)技術(shù)水平。

    2 .一汽大眾轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)器生產(chǎn)線上應(yīng)用的高速加工技術(shù)

一汽大眾捷達(dá)奧迪轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)器零部件生產(chǎn)線上，幾乎所有的切削刀、輔具（工具）均為進(jìn)口產(chǎn)品 〔 來自 49 個(gè)外國公司），關(guān)鍵工序的設(shè)備也是進(jìn)口的數(shù)控機(jī)床。其典型技術(shù)特點(diǎn)簡要分述如下：

刀具材料的選用：以超硬刀具材料為主，采用 CBN 、SiN 陶瓷、 Ti 基陶瓷、 TiCN 涂層刀具材料加工高強(qiáng)度鑄鐵件，銑削速度達(dá) 2200m / min;采用 PCD 、超細(xì)硬質(zhì)合金刀具加工高 Si-AL 鑄造件，銑削速度也達(dá) 2200m / min ，鉆、鉸削速度達(dá) 80 - 240m / min ；采用 SiN 陶瓷、 Ti 基陶瓷及 TiCN 涂層刀具加工精鍛結(jié)構(gòu)鋼零件，車削速度達(dá) 200m / min ；采用高 Co 粉末冶金表面涂覆 TiCN的高速鋼整體拉刀、滾刀、剃齒刀，以及硬質(zhì)合金機(jī)夾組合專用拉刀，加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件，拉削速度 10 一 25m / min，滾削速度 110m / min ，剃齒切速 170m / min 。

刀具典型結(jié)構(gòu)與加工工藝：零件孔加工刀具采用多刃復(fù)合式（刀刃機(jī)夾、鑲焊組合）結(jié)構(gòu)，以鉸削、擠削替代磨削，在一次性走刀過程中完成孔的精加工，轉(zhuǎn)速達(dá) 3000 r / min ，進(jìn)給速度達(dá) 1 . 5 一 3m / min ，精度可達(dá) 5 一 7 級(jí)，表面粗糙度 R_a0.7 μm；零件平面銑削刀具多采用密齒、過定位、重復(fù)夾緊結(jié)構(gòu)，徑、軸向雙向可調(diào)的高速密齒面銑刀。直徑25mm-400mm , 軸向跳動(dòng)＜士0.0025mm 。.零件裝配平面的加工，是以銑代磨，表面粗糙度凡。 R_a0.7 μm，不平度＜0.02mm 。曲軸主軸頸、連桿軸頸加工，采用雙工位車一拉削專用刀具，刀盤直徑 700mm ，圓周裝有 40 個(gè)硬質(zhì)合金涂層刀片，每 10 片為一組，切削速度 150m / min 快進(jìn)速度花4.6m / min ，切削余量 1.5 一 3mm ／徑向，班產(chǎn) 350 件；曲軸主軸軸承蓋加工，采用側(cè)置、排列式機(jī)夾復(fù)合成形拉削專用刀具，安裝三種、共 713 片可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金涂層（ TICN ）刀片，進(jìn)給速度 25m / min ，班產(chǎn) 1750件，拉削切削余量 1 . 5 -3mm ；缸體曲軸及缸蓋凸輪軸主軸的裝配圓弧面、側(cè)面的加工，采用組合式、軸向串聯(lián)、機(jī)夾三面刃專用盤銑刀，由 6 一 8 個(gè)刀盤成組裝配，共安裝約 146 片機(jī)夾可轉(zhuǎn)位涂層刀片，在一次徑向走刀中，完成 10 個(gè)側(cè)面的銑削加工，加工余量 1 . 5 - 2mm ；傳動(dòng)器同步齒圈座的外圈漸開線齒及三等分直槽的加工，采用長 1800 mm 的筒式專用外拉刀，一次走刀拉削成形，拉削速度 l0m / min , 三工位班產(chǎn) 1440 件；發(fā)動(dòng)機(jī) 5 種傳動(dòng)軸上的花鍵齒形（ M = 0.8 mm ）加工，采用雙工位、成對配置的搓、擠無屑加工專用刀具，其一次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將花鍵齒形搓擠成形，班產(chǎn)共 800 件；傳動(dòng)器的齒輪加工，采用多頭小直徑涂層高速滾刀及徑向剃齒刀滾、剃成形，以剃代磨，班產(chǎn) 800 件；差速器殼體內(nèi)球面的鏜削，采用機(jī)床主軸內(nèi)置式、推拉桿軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)鏜刀頭二維成半圓軌跡移動(dòng)，疊加殼體回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，一次走刀完成其球面成形鏜削加工；缸體氣缸孔幢削采用雙工位、機(jī)床主軸內(nèi)置式、軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)推拉桿機(jī)構(gòu)，正向走刀進(jìn)行粗鏜，回程走刀進(jìn)行精鏜，進(jìn)給速度達(dá) 80om / min ；一些零件的軸端頭外圓柱面加工，采用成形組合外圓銑、鉸削專用工具，一次走刀完成外圓、端面粗加工，替代單刃車削加工工藝。上述專用高速、高效刀具結(jié)構(gòu)不勝枚舉，與相應(yīng)專用數(shù)控機(jī)床組合成各加工工位，生產(chǎn)節(jié)拍為 20 一 40s 。零部件的精度與質(zhì)量 60 % - 80 ％決定于這些專用刀具及數(shù)控機(jī)床的精度和質(zhì)量， 20 ％一 40 ％決定于零件毛坯的精度與質(zhì)量。生產(chǎn)流程中，質(zhì)量監(jiān)測工序?yàn)闄C(jī)外抽檢。

發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)器兩條生產(chǎn)線共有 25 。多臺(tái)數(shù)控機(jī)床采用 HSK 高速空心刀柄，共計(jì)六個(gè)規(guī)格： 32 ＃、 40 ＃、 50 ＃、 63 ＃、 80 ＃、 100 # ，其中以 40 ＃、 50 ＃、 63 ＃三種規(guī)格使用數(shù)量最多。 HSK 空心刀柄與上述各種多刃專用銑刀、復(fù)合式孔加工刀具組成高速工具系統(tǒng)，完成 250 多個(gè)工序、工位的切削加工，其高速動(dòng)平衡精度為鎮(zhèn) G2 . 5 。

高速專用數(shù)控機(jī)床：一汽大眾轎車發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)器關(guān)鍵零件的多數(shù)加工工藝都突破了傳統(tǒng)機(jī)加工理念，其高速專用數(shù)控機(jī)床也突破了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式。機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是以各種高速多刃專用成形刀具和加工工藝為主導(dǎo)，滿足整條生產(chǎn)線各加工工位、加工工序生產(chǎn)節(jié)拍均衡及穩(wěn)定的質(zhì)量與精度要求，在一次往復(fù)進(jìn)給過程中，高速加工發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)器各種零部件。把機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)、加工精度與表面質(zhì)量、零部件的材料性能等各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，以及各加工工位、工序的具體技術(shù)要求，分解成各個(gè)單一的技術(shù)指標(biāo)，因而機(jī)床結(jié)構(gòu)相對簡捷，數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，其加工工藝數(shù)據(jù)固化在數(shù)控系統(tǒng)中。這些機(jī)床一般都具備動(dòng)態(tài)剛度好、主軸回轉(zhuǎn)和行程定位精度高的特性。機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速一般在 6000r / min 以下，進(jìn)給速度在 20m / min 以內(nèi)。

安裝筒式外形拉刀的專用數(shù)控機(jī)床及曲軸專用數(shù)控車一拉機(jī)床較為典型。前者的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是：在三臺(tái) 60 多噸推力的液壓千斤頂上固定豎裝三把柱狀專用外形拉刀筒體，在數(shù)控（系統(tǒng)的控制）下，將同步齒圈座零件半成品，間歇式自下推人，由上頂出，使零件彼此擦疊逐一拉削，并全程通過拉刀筒體，完成該零件外圈漸開線直齒及 120^o三等分直槽的拉削加工工序。這臺(tái)專機(jī)生產(chǎn)率可替代由 13 一 16 臺(tái)高速滾齒機(jī)、插（銑）床組成的生產(chǎn)線。曲軸專用車一拉機(jī)床是由中型數(shù)控車床改造而成的專機(jī)，其專用數(shù)控系統(tǒng)使曲軸回轉(zhuǎn)的速度和轉(zhuǎn)角，與盤式車?yán)�刀齒的每 90⁰間隙式轉(zhuǎn)角、逐刃跟進(jìn)成車?yán)�削的加工�?dòng)作相匹配，使二者各自在回轉(zhuǎn)一圈與往復(fù)分度 90⁰的車?yán)�削加工運(yùn)動(dòng)過程中，動(dòng)作相互協(xié)調(diào)、和諧，其工件的質(zhì)量、精度基本決定于盤狀拉刀徑向精度及專機(jī)進(jìn)給定位精度。這臺(tái)雙工位車一拉數(shù)控專機(jī)可替代十臺(tái)以上數(shù)控成形車床和五臺(tái)以上內(nèi)銑式曲軸加工機(jī)床。該線其他專用數(shù)控機(jī)床一般都要求剛度、功率足夠，主軸回轉(zhuǎn)精度達(dá)到 2 一 5 μ m ，定位精度± 2 一 5μm ，直線運(yùn)動(dòng)精度 5 一 10 μm / 300mm 。