组合机床在汽车零部件加工中的应用及发展方向

2016-12-27郭红刚陕西东风车桥传动系统股份有限公司

大陆桥视野 2016年8期

关键词：汽车零部件发展

郭红刚/陕西东风车桥传动系统股份有限公司

郭红刚/陕西东风车桥传动系统股份有限公司

【摘要】随着电子技术和机械工业的飞速发展，组合机床、数控机床、三维打印等先进机床已逐步得到广泛应用。特别是组合机床，在不断吸取新技术成果的基础上得到了完善和发展，在汽车零部件的加工中扮演着重要角色。

【关键词】汽车零部件；组合机床；发展

一、组合机床的分类及构成

组合机床是按系列化、标准化原则设计的通用部件以及按被加工工件形状和加工要求而设计的专用部件所组成的高效专用机床。组合机床按通用部件组成可分为大型组合机床和小型组合机床。按配置形式又分为单工位和多工位机床两大类。单工位机有单面、双面、三面、四面几种。多工位机有移动工作台式、回转工作台式和回转鼓轮式。组合机床主要由动力部件、支承部件、输送部件、控制部件、辅助部件组成。

二、组合机床在汽车零部件加工中的应用

由于组合机床生产效率高、可靠性强，在我国的汽车零部件制造领域得到了广泛应用。

1.回转多工位组合机床。

回转多工位组合机可以把工件的许多加工工序分配到多个加工工位上，并同时能从多个方向对工件的几个面进行加工，此外，还可以通过转位夹具(在回转工作台机床上)或通过转位、翻转装置(在自动线上)实现工件的五面加工或全部加工，如汽车后桥主减速器壳在六工位回转式多工位组合机床上可依次完成工件装夹定位→钻连接法兰孔→钻→铰孔→钻轴承压盖孔→倒角→攻螺纹孔多道工序。而应用十工位回转组合机床可对发动机气门挺杆一次完成钻、铰孔、铣、攻丝等。

2.单工位多面组合机床。

后桥主减速器壳，其空间十字孔形状位置精度要求高，在通用机床上根本无法实现。而利用三面组合机床（镗削头），工件在一次装夹完成四个轴承孔的加工，同轴度、垂直度、偏置距、孔径精度都达到设计要求。

后桥壳作为汽车驱动后桥的支撑部件，其加工尺寸及连接孔多，而其三组法兰连接孔则通过三面组合机床完成。机床由三付多轴箱、液压滑台、PLC、定位夹紧系统等组成，一次可完成全部孔的钻削加工。有些还利用双工位组合机床还可进一步实现自动攻丝工序，大幅提高了生产效率。同样，利用铣、钻四面组合机床，由四面同时对差速器十字轴进行铣、钻加工，有效提升了加工效率及及加工精度。

3.随行夹具组合机床。

在组合机床中利用拖链使组合机床随性夹具沿导轨往复移动，可实现多工位加工。如差速器壳行星轴孔的加工。一工位实现钻扩工序，二工位实现铰孔工序。另外在后桥半轴法兰孔的钻扩铰工序，多工位随行夹具组合机床也被广泛应用。

4.单面专用组合机床。

这种机床加工范围较窄，主要用于加工较大孔径的工件。在汽车后桥壳的中孔加工中得到应用。其由镗削头、液压辅助夹紧系统、控制系统等组成。中孔车端面、镗孔、倒角一次完成。

在后桥壳的焊接中组合机床也同样得到了应用。如桥壳环焊缝焊接组合机床、桥壳中段直焊缝焊接组合机床。其主要由焊枪系统、伺服电机、滚珠丝杠传动、翻转系统、气动元件、控制系统等组成，焊接效率高、质量稳定。

三、组合机床的发展方向

现代组合机床和自动线作为机电一体化产品，它是控制、驱动、测量、监控、刀具和机械组件等技术的综合反映。而主要用户汽车和内燃机等行业的迅速发展，则有力地推动和激励了组合机床由过去的“刚性”结构向“柔性”化方向发展。

1.广泛采用数控技术。

随着技术的不断进步,数控技术被应用于多工位主轴箱、可换主轴箱、编码随行夹具和刀具的自动更换,配以可编程序控制器(PLC)、数字控制(NC)等,能任意改变工作循环控制和驱动系统,并能灵活适应多种加工的可调可变的组合机床。提高了组合机床的工作的灵活性、可靠性和加工精度。

2.加工节拍进一步缩短。

缩短加工节拍，主要是通过缩短基本时间和辅助时间来实现的。

缩短基本时间的主要途径是采用新的刀具材料和新颖刀具，以通过提高切削速度和进给速度来缩短基本时间。缩短辅助时间主要是缩短包括工件输送、加工模块快速引进以及加工模块由快进转换为工进后至刀具切入工件所花的时间。目前，随行夹具的输送速度可达60m/min或更高些，加工模块快速移动速度达40m/min。

3.柔性化进展迅速。

在制造业大批量、多品种生产大环境下，加工装备采取了一系列的可调、可变、可换措施,使加工装备具有了一定的柔性。先后发展了转塔动力头、可换主轴箱等组成的组合机床,同时根据加工中心的发展,开发了二坐标、三坐标模块化的加工单元,并以此为基础组成了柔性加工自动线(FTL)。近十年来，组合机床的数控化发展是十分迅速的。而汽车工业对柔性自动化技术装备的需求量日益增多。如日本丰田汽车公司，在本世纪末的目标是公司下属工厂的柔性化加工系统的普及率达到100%。

组合机床的柔性化主要是通过采用数控技术来实现的。由数控加工模块组成的柔性组合机床，可通过应用和改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多轴箱和改变加工行程、工作循环、切削参数以及加工位置等，以适应变型品种的加工。柔性组合机床和柔性自动线用的数控加工模块，按其数控坐标(轴)数，主要有单坐标(Z)、双坐标(X-Z、Y-Z、Z-U和Z-B等)和三坐标(X-Y-Z)加工模块；按其主轴数，有单轴和多轴加工模块，也有单轴和多轴复合加工模块。

单坐标加工模块由数控滑台和主轴部件(或多轴箱，包括可换多轴箱)组成。双坐标加工模块由数控十字滑台和主轴部件组成。多轴加工模块主要用于加工箱体和盘类工件的柔性组合机床和柔性自动线。这类模块有多种不同的结构形式，但基本上可分为自动换箱式多轴加工模块、转塔式多轴加工模块和回转工作台式多轴加工模块。

除上述各种CNC加工模块外，机器人和伺服驱动的夹具也是柔性组合机床和柔性自动线的重要部件。特别在柔性自动线上，目前已较普遍地采用龙门式空架机器人进行工件的自动上下料，用于工件的转位或翻转。为搬运不同的工件，可在自动线旁设置手爪库，以实现手爪的自动更换。夹具配备伺服驱动装置，以适应工件族内不同工件的自动夹紧。

4.加工精度日益提高。

汽车制造业为增强其汽车的竞争力，不断地加严其关键件的制造公差，并通过三坐标及计算机辅助测量和分析方法，以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。目前，在验收组合机床和自动线时，已普遍要求设备的工序能力系数要大于1.33，有的甚至要求工序能力系数要大于1.67，以便确保稳定的加工精度。应指出，采用Cp≥1.33来验收设备，这实际上是加严了工件的制造公差，对组合机床和自动线提出了更高的要求。机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求，进一步提高了主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度。