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汽车发动机零部件的柔性化生产 -
原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-03 原文发表:2007-07-03 人气:5
本文章共3988字，分3页，当前第1页，快速翻页：
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在十多年前，要用加工中心来替代自动线还是难于办到的事，然而在今天，这种替代已成了现实。在上世纪80年代末和90年代初，像轿车发动机这样的大批量生产领域，采用的加工设备主要还是自动线和组合机床。例如德国大众汽车厂在Salzgitter的发动机生产厂里，生产包括样机在内的（1~2.8）升排量的四缸、五缸和六缸发动机，采用的加工设备，自动线就占了60%，组合机床和加工中心各占了20%。然而就在这几年中，众多机床厂充分利用在刀具技术和驱动技术等方面取得的巨大进步，在90年代初兴起高速加工和开发出高速加工中心，显著提高了加工中心的生产效率。与此同时，由于经济的全球化和需求的个性化，促使产品品种日益增多，设备的柔性成了决择加工设备的重要因素。在这样的技术和市场情况下，于是高速加工中心在90年代中期就开始进入大批量生产领域，打破了自动线和组合机床在这些领域里的垄断地位。
目前，在汽车发动机的缸盖、缸体、变速箱体和离合器壳等箱体件的加工中，由高速加工中心组成的柔性生产线已大部分替代了自动线、高速加工中心已成为汽车发动机箱体件加工的主要设备。
加工中心和自动线是两种不同类型的机床，最初，它们有着不同的应用领域，它们之间并不存在着竞争。技术的进步和市场的变化，推动了自动线的柔性化和加工中心的高速化发展。致使这两种不同类型机床的应用领域彼此接近和相互重叠，生产率和柔性这两个特征参数之间的矛盾渐渐在消失。
目前，在中、大批量生产领域有些工件的加工完全可以采用高速加工中心来实现。而对于一些需采用复杂刀具又需机床配合的工件加工，则愈来愈多地转向采用模块化的生产系统，在这样的生产系统中，可以根据具体的加工任务来集成加工中心和自动线及组合机床，以便充分地利用自动线和加工中心各自的优点。
自动线的柔性化及其特点
为适应不断增加的变型品种的生产，在70年代末和80年代初，众多组合机床制造厂家相继利用NC技术开发出了柔性自动线用的各种不同类型的数控加工模块。这些加工模块按其运动坐标数，有单坐标、双坐标和三坐标模块；按其主轴数，有单主轴和多主轴模块（转塔式多轴加工模块）。由于这些模块是数控的，因此，当柔性自动线由加工变型品种中的一种工件转向加工另一种工件时，可通过改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和自动改变加工行程以及自动改变工作循环、切削用量和加工位置等，以适应变型多品种加工。
图1所示是一条加工载重卡车八种变速箱体的柔性自动线。该线采用了四台双坐标数控铣削模块，六台数控转塔式多轴加工模块和六台立柱移动式三坐标加工模块，辅助工位有清洗工位和采用机器人进行操作的装夹工作站。当由一种工件的加工转换为另一种工件的加工时，只须通过夹具上的编码来调用所要加工工件的数控程序、所需的刀具和加工参数，而无需进行机械等方面的手动调整。
图1：加工变速箱体的柔性自动线
（德国Chemnitz机械研究所）
柔性自动线与刚性自动线一样，也是一种刚性连接的多工位自动化加工设备，柔性自动线所加工的变型品种在工件的几何形状和加工工艺上必须高度相似，并且这些工件在自动线设计时应该是确定了的，因此，柔性自动线的柔性还是有限的。由于柔性自动线上所有的加工工位之间是互补关系，所以当自动线上某一台机床发生故障时，就会造成全线停顿，致使设备利用率下降，即使在最好情况下，自动线的利用率也仅为70%。
目前，例如在汽车工业中，像发动机的缸体、缸盖和变速箱体不仅品种多，而且在6年左右的时间里，往往会被新的产品所替代，这就要求加工设备不仅要适应已确定的变型品种的加工，而且还要求能适应尚未确定，而今后有待发展的工件的加工。显然，柔性自动线由于其结构上的特点，就难于满足这样的要求了。
加工中心的高速化
在80年代初，加工中心主轴的最高转速还仅为4000r/min，最高轴移动速度约为20 m/min。但在随后的（7～8）年中，由于驱动、主轴轴承和控制等技术的长足进步，促使高速加工中心问世。目前，高速加工中心的主轴转速已普遍达到（15000 ～24000）r/min，轴加速度达（1～2）g，轴移动速度达到（80～120）m/min，两次切削间的间隔时间（切屑到切屑的时间）达（2.6～4.6）秒。这样，使得这类加工中心可以采用高效刀具以很高的切削速度和进给速度进行高效加工，大大缩短了基本时间。如粗镗直径为86mm、深度135mm的灰铸铁缸体的缸孔，加工时间仅1.8秒（进给速度达4500mm/min）；钻铣铝合金离合器壳上M16 ×1.5深22mm的螺纹孔也只需1.2秒。
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