零缺陷的孔加工技術(shù)

   汽車(chē)安全產(chǎn)品是按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)而設(shè)計(jì)的，即使一百萬(wàn)分之一的次品率或許就是100%的缺陷，這就要求安全產(chǎn)品生產(chǎn)商必須確保零件的零缺陷。先進(jìn)的機(jī)床系統(tǒng)為些提供了強(qiáng)有力的保障。

   隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，人們對(duì)汽車(chē)安全性能的要求也越來(lái)越高，為汽車(chē)配備了如安全氣囊、ABS和安全帶等越來(lái)越多的安全裝置。對(duì)于安全產(chǎn)品的制造商而言，優(yōu)秀的機(jī)床系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)汽車(chē)零件的零缺陷提供了保障。

   American TurnedProducts公司(以下簡(jiǎn)稱"ATP公司”)自1984年起就開(kāi)始供應(yīng)汽車(chē)零部件產(chǎn)品，目前其汽車(chē)零部件的銷(xiāo)售額約占公司總銷(xiāo)售額的70％。據(jù)ATP公司的制造副總裁Harry Eighmy先生介紹，現(xiàn)在的汽車(chē)要求零部件供應(yīng)商必須具備嚴(yán)格控制加工尺寸和精度的能力。加工工藝在不斷提高，用戶也要求更緊密的制造公差和更好的表面粗糙度。一般來(lái)說(shuō)，目前的加工公差僅相當(dāng)于10年前的1／2～1／3。

   就在幾年前，ATP公司還一直在使用傳統(tǒng)的油石珩磨加工設(shè)備。在一次國(guó)際金屬加工技術(shù)展覽會(huì)上，他們發(fā)現(xiàn)了采用多把金剛石鍍層刀具的單行程的孔加工機(jī)床。與ATP公司當(dāng)時(shí)使用的設(shè)備相比，由ENGIS公司制造的多刀加工系統(tǒng)具有十分顯著的工藝優(yōu)勢(shì)。

   ATP公司原來(lái)使用的珩磨加工設(shè)備有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的珩磨頭，在加工過(guò)程中，珩磨頭在孔中往復(fù)運(yùn)動(dòng)，每次沖程珩磨頭在孔直徑方向上膨脹。珩磨油石(或叫珩磨工具)由很細(xì)的磨料做成，磨損較慢，可以較好地控制孔的加工尺寸和表面粗糙度。

   而單行程的孔加工機(jī)床具有多把實(shí)體的圓柱形刀具，每把刀具的尺寸依次遞增。相比而言，油石加工是用一把直徑膨脹式的刀具反復(fù)多次地通過(guò)被加工孔來(lái)進(jìn)行加工，單行程方式是用一系列尺寸遞增的金剛石鍍層刀具一次通過(guò)被加工孔來(lái)進(jìn)行加工。

   盡管金剛石刀具聽(tīng)起來(lái)比較昂貴，但實(shí)際上，與傳統(tǒng)的珩磨加工工具相比它要便宜得多。金剛石刀具不僅具有很高的耐磨性，而且其磨損被分布到所有的刀具上(根據(jù)不同的加工應(yīng)用，最多可達(dá)8把)，這樣每個(gè)加工零件的最終加工狀態(tài)更加一致，更換刀具所必需的停機(jī)時(shí)間更短，生產(chǎn)效率更高。

   典型的工藝過(guò)程為：把加工零件放置在回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的夾具上，當(dāng)加工零件轉(zhuǎn)至第一工位時(shí)，第一把刀具做一次單行程的加工；零件轉(zhuǎn)至第二工位時(shí)，第二把直徑稍大的刀具做相應(yīng)的加工；零件繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，直至所有刀具加工完畢。隨著工作臺(tái)的每次旋轉(zhuǎn)，每個(gè)工位都有相應(yīng)的零件被加工，同時(shí)會(huì)有一個(gè)產(chǎn)品加工完成。

   正如大多數(shù)的金屬加工過(guò)程，機(jī)床僅僅是孔加工工藝的一個(gè)因素，其他如刀具系統(tǒng)、工裝夾具、冷卻液、加工零件的上下料等，也必須考慮周全。因此，ENGIS公司的銷(xiāo)售代表與用戶一起工作，明確所要完成的加工應(yīng)用，推薦可使效率最大化的加工方式、零件夾具系統(tǒng)、加工用冷卻液、零件檢測(cè)和自動(dòng)配置選項(xiàng)等。此外ENGIS公司還能夠?yàn)榭蛻籼峁┙昏�匙工程，以確保最大的生產(chǎn)效率和最小的錯(cuò)誤。

   因此，當(dāng)ATP公司接到加工1215合金的淬火零件的大訂單時(shí)，他們完全依賴于配備自動(dòng)上下料的“交鑰匙”機(jī)床，在直徑為25.4mm、長(zhǎng)度為50mm的零件上精加工35mm深的盲孔，確保加工孔尺寸公差為0.01mm，表面粗糙度為0.7μm。

   ATP公司生產(chǎn)的大多數(shù)零件都是鋼制材料，在精加工孔之前，這些零件都要先進(jìn)行熱處理，因而孔加工設(shè)備都集中布置，而沒(méi)有放在相應(yīng)的生產(chǎn)線上。目前，該公司有2臺(tái)ENGIS的半自動(dòng)孔加工機(jī)床和1臺(tái)自動(dòng)加工系統(tǒng)用于汽車(chē)零部件的生產(chǎn)。 

   自動(dòng)加工機(jī)床和手動(dòng)機(jī)床在加工相同的零件時(shí)，前者的自動(dòng)上下料包并不昂貴，大約僅是后者的一半，并且二者的占地面積相當(dāng)，兩臺(tái)機(jī)床的加工節(jié)拍都分別為9s，但是自動(dòng)加工機(jī)床可以連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。研究結(jié)果表明：應(yīng)用自動(dòng)加工機(jī)床可使生產(chǎn)效率提高30％-40％。

   自動(dòng)加工機(jī)床排除了人為過(guò)失，保證了每個(gè)零件在完全相同的狀態(tài)下進(jìn)行加工，這是目前能確保實(shí)現(xiàn)零缺陷加工的唯一方法。

機(jī)器人上下料

   在自動(dòng)上下料系統(tǒng)中，離散的熱處理零件由滾動(dòng)進(jìn)料器送進(jìn)傳送道，一個(gè)小型的FANUC機(jī)器人在機(jī)床前端的操作者位置上，從傳送道上取下工件，然后送到機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的上料工位的夾具夾頭中。

   機(jī)床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)將這個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)調(diào)速零件帶到不同的加工工位。這樣，一個(gè)零件經(jīng)過(guò)6把直徑逐漸加大的單行程的金剛石孔加工刀具。當(dāng)零件轉(zhuǎn)至下料工位時(shí)，機(jī)器人將它從夾具夾頭中移至檢測(cè)工位。如果零件在合格范圍內(nèi)，零件將通過(guò)檢測(cè)工位至卸料傳送帶，最終將被送到機(jī)床圍欄外的收集筐中。 

   ATP公司所要求的加工孔尺寸公差為0.01mm，表面粗糙度為0.7μm，而這個(gè)自動(dòng)孔加工機(jī)床保證了更高的尺寸公差(0.0025mm～0.005mm)和更好的表面粗糙度(0.25μm～0.3μm)。

   基于自動(dòng)孔加工機(jī)床優(yōu)良的性能，ATP公司計(jì)劃購(gòu)置更多的自動(dòng)機(jī)床。目前，該公司的兩臺(tái)手動(dòng)機(jī)床主要用于生產(chǎn)小批量零件。ATP公司正計(jì)劃用自動(dòng)上下料包翻新其中的一臺(tái)設(shè)備，同時(shí)再添置一臺(tái)自動(dòng)機(jī)床，新機(jī)床將安置在現(xiàn)有機(jī)床的旁邊，原來(lái)的兩個(gè)機(jī)床操作工人將負(fù)責(zé)第4臺(tái)機(jī)床的操作。這就意味著該公司在不增加勞動(dòng)力成本的條件下，可使孔的加工效率提高50％。