日期：2010-08-30　　来源：机械专家网　　　　点击：

    2、我国引进数控轿车自动生产线中的高速加工技术

　　二十世纪八十年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本…等国引进了多条较先进的轿车数控生产自动线，使我国轿车制造工业得到空前发展。其中较典型的是来自德国的一汽--大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其处于国际二十世纪九十年代中期水平。其中应用了较多较实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的现状与发展趋势。本文重点介绍一汽--大众捷达轿车传、发生产线。

　　2.1引进的捷达数控轿车自动生产线概况

　　一汽--大众捷达轿车自动生产线由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成。同步引进德国大众汽车公司并行工程管理模式与管理技术，经营各条自动线生产运行，年产轿车能力15万辆，制造节拍1.50分/辆。其中发动机、传动器生产线共拥有627台各种机加工设备，进口253台，国产374台，其基本上属于数控刚性自动生产线。自产发动机零件9种，传动器零件27种，其余社会配套。年产发动机27万台，传动器18万台。生产国际二十世纪九十年代水平的4缸、6缸捷达奥迪轿车五汽门电喷发动机及配套的传动器，生产节拍30～40秒/ 1台，生产线部分采用风冷干式切削加工技术，其机械加工工艺流程反映了当代轿车制造业中最先进的技术水平。轿车营销以国内市场为主。由于没有轿车自主知识产权，新车型的研发，是以现有一汽--大众捷达轿车生产自动线为本，持续从德国大众汽车公司进口相关信息和技术上海大众桑塔纳轿车自动生产线情况类同。

　　2.2一汽--大众轿车发动机、传动器发、传零件毛坯技术概况

　　一汽--大众捷达奥迪轿车发动机、传动器关键零件毛坯均为精密铸造成型的高强度铸铁、铸铝及精密模锻的结构钢件，部分零件采用精密粉末冶金烧结成形工艺。其高速加工技术要求在批产工艺过程中，材料可加工性能良好、稳定，零件毛坯切削余量控制在1.2～4mm±0.3 mm以内。生产线运行初期，零件毛坯靠进口。自1997年起，国内相关企业经多次攻关，先后攻克批产零件毛坯的精密成型工艺技术、零件材料各化学元素选配及热处理工艺技术难题，旨在达到高速加工自动生产线技术对零件毛坯材料可加工性、尺寸精度一致性较高要求的技术指标，传动器零件毛坯国产化已达95%以上。

　　2.3一汽--大众轿车发、传生产线高速切削刀具、高速机床及加工工艺

　　一汽大众捷达奥迪轿车发动机、传动器零部件生产线上，几乎所有的切削刀、辅具工具均为进口产品来自49个外国公司，关键工序的设备机床也是进口的专用刚性数控产品。其典型技术特点简要分述如下：

　　刀具材料的选用：以超硬刀具材料为主。采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷、TiCN涂层刀具材料加工高强度铸铁件，铣削速度达2200m/min；采用PCD、超细硬质合金刀具加工高Si-Al铸造件，铣削速度也达2200m/min，钻、铰削速度达80～240m/min；采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂层刀具加工精锻结构钢零件，车削速度达200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN的高速钢整体拉刀、滚刀、剃齿刀，以及硬质合金机夹组合专用拉刀，加工各种精锻钢件、铸铁件，拉削速度10～25m/min,滚削速度110m/min,剃齿切速170m/min。

　　刀具典型结构与加工工艺：零件孔加工刀具采用多刃复合式刀刃机夹、镶焊组合结构，以铰、挤削替代磨削，在一次性走刀过程中完成孔的精加工，转速达3000r.p.m，走刀速度达1.5～3 m/min,精度可达5～7级，粗糙度Ra0.7μm枪钻转速达8000r.p.m，Ra2μm；零件平面铣削刀具多采用密齿、过定位、重复夹紧结构，径、轴向双向可调的高速密齿面铣刀。直径φ250～400mm，轴向跳动＜±0.0025mm。零件装配平面的加工，是以铣代磨，粗糙度Ra0.7μm，不平度＜0.02mm；曲轴主轴颈、连杆轴颈加工，采用双工位车一拉削专用刀具。刀盘直径φ700mm，圆周装有40个硬质合金涂层刀片，每10片为一组，切削速度150 m/min，快进速度4.6m/ min，切削余量1.5～3mm/径向,班产350件；曲轴主轴轴承盖加工,采用侧置、排列式机夹复合成形拉削专用刀具，安装三种、共713片可转位硬质合金涂层TiCN刀片，进给速度25m/min,班产1750件，拉削切削余量1.5～3mm；缸体曲轴及缸盖凸轮轴主轴的装配圆弧面、侧面的加工，采用组合式、轴向串联、机夹三面刃专用盘铣刀，由6～8个刀盘成组装配，共安装约146片机夹可转位涂层刀片，在一次径向走刀中，完成10个侧面的铣削加工，加工余量1.5～2mm；传动器同步齿圈座的外圈渐开线齿及三等分直槽的加工，采用长1800mm的筒式专用外拉刀，一次走刀拉削成形，拉削速度10m/min,三工位班产1440件；发动机5种传动轴上的花键齿形M=0.8mm加工，采用双工位、成对配置的搓、挤无屑加工专用刀具，其一次往复运动，将花键齿形搓挤成形，班产共800件；传动器的齿轮加工，采用多头小直径涂层高速滚刀及径向剃齿刀滚、剃成形，以剃代磨，班产800件；差速器壳体内球面的镗削，采用机床主轴内置式、推拉杆轴向往复运动，带动镗刀头二维成半圆轨迹移动，叠加壳体廻转运动，一次走刀完成其球面成形镗削加工；缸体汽缸孔镗削采用双工位、机床主轴内置式、轴向往复运动推拉杆机构，往走刀--粗镗，复走刀--精镗，切削速度达800m/min；一些零件的轴端头外圆柱面加工，采用成形组合外圆铣、铰削专用工具，一次走刀多刃铣铰削完成外圆、端面粗加工，替代单刃车削加工工艺。…上述专用高速、高效刀具结构不胜枚举，与相应专用数控机床组合成的各加工工位，生产节拍为20～40秒。零部件的精度与质量60%～80%决定于这些专用刀具及数控机床的精度和质量，20%～40%决定于零件毛坯的精度与质量。生产流程中，质量监测工序为机后抽检。

　　发动机、传动器二条生产线共有250多台数控机床采用HSK高速空心工具柄，共计6个规格：32＃、40＃、50＃、63＃、80＃、100＃，其中以40＃、50＃、63＃三种规格使用数量最多。HSK空心工具柄与上述各种多刃专用铣刀、复合式孔加工刀具组成高速工具系统，完成250多个工序、工位切削加工，其高速动平衡精度为≤2.5G。

　　高速专用数控机床：一汽--大众轿车发动机、传动器关键零件的多数加工工艺突破了传统机加工理念，其高速专用数控机床也突破了传统结构设计形式。概括讲，其机床结构设计是以各种高速多刃专用成形刀具和加工工艺为主导，以满足整条生产线各加工工位、加工工序生产节拍均衡及稳定的质量与精度要求，在一次往复走刀过程中，高速加工发动机、传动器各种零部件而构思设计和制造的。对机床数控系统、质量与精度、零部件的材料性能…等各项技术参数，是以各加工工位、工序的具体技术要求，进行分解成各个单一的技术指标，因而机床结构相对简捷、数控系统稳定可靠，其加工技艺数据库固化在数控系统中。这些机床一般都具备动态刚度好、主轴回转和行程定位精度高的特性。机床主轴转速一般在6000r.p.m以下，快进在20m/min以内。由于篇幅有限，只能选其一、二简要概述。

　　安装筒式外形拉刀的专用数控机床及曲轴专用数控车--拉机床较为典型。前者的结构特点是：在三台60多吨推力的液压千斤顶上固定竖装三把柱状专用外形拉刀筒体，在数控PC机下，将同步齿圈座零件半成品，间歇式自下推入，由上顶出，使零件彼此摞叠逐一拉削、并全程通过拉刀筒体，完成该零件外圈渐开线直齿及1200三等分直槽的拉削加工工序。一台专机生产率可替代由13台---～16台高速滚齿机、插铣床组成的生产线；而后者的结构基本上是一台将中型数控车床改形而成的专机。其专用数控系统使曲轴回转的速度和转角，与盘式车拉刀齿的每90间隙式转角、逐刃跟进成车拉削的加工动作相匹配，使二者各自在回转一圈与往复分度900的车拉削加工运动过程中，动作相互协调、和谐。其工件的质量、精度基本决定于盘状拉刀径向精度及专机进刀定位精度。一台双工位车--拉数控专机可替代10台以上数控成形车床和5台以上内铣式曲轴加工机床。该线其它专用数控机床一般都要求刚度、功率足够，主轴回转精度达到2～5μm，定位精度：±2～5μm，直线运动精度：5～10μm/300mm。

　　一汽--大众数控轿车生产线还设有激光焊接、激光表面淬火…等特种数控专用设备。

　　纵观一汽--大众发动机、传动器生产线机械制造工艺技术，其刀具切削与进给速度未达到某些论文中介绍的高速切削概念指标，但其生产效率是属于高速加工的范畴。在生产实践中，这种相对低速切削而高效的加工技术，通过了市场竞争环境的严格考核。

　　我国所有引进的各条轿车自动生产线的管理、决策机制及产品设计分析、加工工艺技术基本上引用相应外国公司的模式和样品。其加工技艺数据库都是固化在各台专用机床的数控系统内，我们对此往往知其然而不知其所以然。原因在于未深入、系统、有针对性地研究那些基础共性技术，使引进产品国产化工作，在技术上处?quot;照瓢画葫芦不知究里"的被动状态。研发轿车的源头技术，基于"买来主义"。今后随着轿车个性化产品的社会需求大量增加，缺少自主知识产权及系统研发能力的企业，在市场竞争中，将始终处于下风。

　　2.4我国其它行业高速加工技术概况

　　在我国航天、航空、汽轮机、模具…等行业，程度不同地应用了高速加工技术，其间的差距在于国家对该行低度胱式稹⒁???日?叩闹С侄嘤肷伲?约捌笠导颐嵌愿咚偌庸は低臣际跞鲜兜纳钣肭场O喽杂诮纬抵圃煲刀?裕?饫嗷?抵圃煨幸祷?旧鲜鞘粲诠ひ绽肷⑿椭圃煲怠F涓咚偌庸ぜ际踔饕?碚髟诙愿咚偈?鼗?灿氲毒呒际醯挠τ蒙稀D壳耙岩??募庸ぶ行摹⑹?仫巯炒仓髦嶙?僖话恪?000r.p.m极少有12000r.p.m，快进速度≤40m/min。对高Si-Al铸铝、锻铝合金体，高强度铸铁及结构钢件，多采用超细硬质合金、TiCN及TiAlN进口涂层硬质合金刀具材料和标准结构各类刀具加工。超硬刀具材料及专用结构刀具应用还较少，加之机床主轴转速偏低，一般不能进入高速切削领域。以铣削加工为例，这些行业加工铝合金工件：切削速度＜1000 m/ min，进给速度＜15 m/ min。每齿进刀＜0.35 mm。车削：切削速度＜700 m/ min。铣削铸铁、结构钢含不锈钢工件：切削速度＜500 m/ min，进给速度＜10m/ min，每齿进刀量＜0.3 m m。上述行业中，企业内生产管理局网、网络经营管理决策系统及生产技艺数据库技术的应用方面，处于初级阶段。基本上都没有外联生产经营通讯网络。数控设备利用率仅为25%左右。预计"十五"期间，随着我国加入WTO，在外来高速加工技术及全球化、区域化市场经济的冲击下，上述行业将会在应用高速加工技术方面发生跳跃式的进步与发展。

　　2.5与国外的差距

　　由于种种原因，我国一些高速加工技术基础共性技术研究没有优化、集成和推广应用。国内企业大都从外国引进高速加工技术，存在差距理所当然。在此试述如下：

　　零件毛坯制造技术：零件毛坯材料的选择、成形工艺技术的优化，直接影响到后序机制工艺过程、生产节拍快慢和产品质量、成本，是产品全生命周期的起点。国内少有科技人员下功夫去潜心系统研究。跟踪国外的快速成形工艺技术还未真正实用于企业生产流程中。更少有人从绿色制造、环保角度研讨零件毛坯制造系统技术的变革与发展。

　　高速刀具技术：差距主要表现在高性能刀具材料的研发含表面涂层材料、刀具制造工艺技术、刀具安全技术及刀具使用技术等领域。高速机床技术：在市场经济引进技术设备的带动下，我国高速机床技术有了长足进步，差距在于机床关键功能部件的研发上，落后于市场需求。如转速20000 r.p.m以上的大功率高刚度主轴、无刷环形扭矩电机、直线电机、快速响应数控系统…等在实用上处于空白；多功能复合机床设计、制造网络、通讯网络技术的应用，还处于初级阶段……等。

　　生产技艺数据库：国内制造企业尤其是国营企业普遍未重视建立自身企业行业生产技艺系统数据库，其中包含制造工艺流程及相关的技艺Know How、金属非金属切削数据库、专家机制知识库、企业内外有效资源数据库……等。

　　高速切削机理的基础共性技术研究也处于初级阶段。

　　2.6高速加工、高速切削技术的误区

　　其一，高速机床技术＝高速切削技术＝高速加工技术；其二，高速加工技术放之企业而皆准。这两种观点，其实不然。机床主轴廻转、直线运动速度高，不一定就是在进行高速切削或加工，要考察刀具的直径、刃齿数、零件表面状况…等多方具体情况而论，反之亦然；高速加工技术放之企业不一定都准。要视产品的技术附加值多与少、加工技艺要求、市场需求、企业所拥有的人力、物力、技术及管理模式与管理技术…等具体情况而定。在企业技改中，对其引进、应用切不可盲从，更不?quot;邯郸学步"。

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