浅析机械加工技术在汽车制造中的运用

杨振明

摘要：随着我国机械加工技术的发展，尤其是机械制造服务业的快速发展，机械加工技术在汽车制造维修领域中的运用价值日益凸显。合理运用机械加工技术能够有效提升汽车制造维修水平，增强汽车安全性能。本文结合实践调查，以机械加工技术在汽车制造中的应用价值作为切入点，分析机械加工技术在汽车中的运用，最后详细分析机械加工技术在汽车发动机曲轴具体实践应用。

关键词：机械加工技术;汽车制造维修;运用;智能化

中图分类号：U472.4                                     文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2021）12-0107-02

0  引言

随着我国科技强国战略的实施，我国机械制造技术已经达到或者领先于世界水平。尤其是工业机器人技术的发展有效的推动了我国智能机械制造加工行业的发展。汽车行业是机械加工技术应用的重要领域，推进机械加工技术创新发展是我国汽车制造业高质量发展的关键因素，因此我们要深入推进机械加工技术在汽车领域的创新运用。

1  机械加工技术在汽车制造中运用的意义

机械加工是我国经济发展的基础，随着我国工业制造技术的不断发展，机械加工技术在汽车制造维修中的运用具有巨大的价值意义：首先机械加工技术的创新发展有效的提升了汽车制造生产技术的发展。以数控机床技术为例，随着大数据技术在数控机床中的运用，我国汽车零部件加工的精度越来越精密，质量越来越高，有效的促进了汽车制造水平。例如在数控机床技术的带动下，我国汽车产业基本实现了流水化作业，大大提高了汽车生产效率;其次机械加工技术推动了汽车制造效率，实现了机器人生产控制化。随着机械加工技术的发展，尤其是智能制造业的发展，推动了汽车智能制造化的发展。例如通过引入机器人技术后，能够实现汽车生产的自动化操作，减少了人工劳动量，大大提高了汽车生产的精准度，避免了人工焊接中所存在的漏焊、虚焊问题;最后机械加工技术在汽车制造维修中的运用能够带动我国新能源汽车发展。新能源汽车的发展离不开机械制造技术的支撑，机械加工技术的融入能够促进我国机械制造产业的发展，为新能源汽车注入高科技元素。

2  机械加工技术在汽车制造中的运用

纵观汽车制造生产的全过程，在汽车制造生产过程中会应用到大量的机械加工技术。其主要表现为：

2.1 切削技术的运用

切削技术是汽车制造的关键，汽车的各种零部件需要通过切削技术实现。尤其是在高精度的汽车制造行业中，切削工序直接关系到汽车零部件的安装质量。随着智能加工技术的发展，高速切削技术成为汽车制造的关键，通过高性能切削刀实现对发动机、变速器等关键部件的加工。其中刀具是完成零部件切削的“牙齿”，其切削性能取决于刀具本身的材料，近些年我国加快了对刀具材料的研究力度。例如现在应用于高速切削刀具中的材料主要包括：超硬材料、高性能硬质合金以及新型陶瓷材料等。但是上述材料仍然存在不少问题，例如超硬刀具虽然具有使用寿命长的特点，但是其强度和韧性却不足，需要在今后的研究中利用纳米技术等对超硬刀具的材料进行优化设计。实践证明高速切削技术对促进汽车制造具有巨大的作用。以汽车覆盖件为例，一般汽车车内的覆盖件需要采取注塑磨具批量生产，但是由于汽车型號不同，需要较多的磨具才能加工出相应的零件。而传统的切削技术在切削中由于磨具比较薄，因此容易造成精度不准的问题。而高速切削技术则可以实现快速、高效的切削，有效降低低速切削造成的粗精加工问题。

2.2 数控机床的运用

数控机床是汽车制造的基础，根据统计汽车工业约消费了全社会发展40%的数控车床。可见数控机床技术在汽车制造领域的巨大作用。根据统计汽车生产中的90%以上的零部件需要依靠磨具成型，虽然我国数据机床加工技术取得不错成效，但是相比国外国家而言还存在一定的差距。尤其是在精准度方面存在一定的距离，导致汽车零件加工的精度不够强。近些年我国加快数控机床技术的研发力度。例如华中数控针对我国汽车发动机生产线依赖于进口的状态，与东方设备制造厂合作，针对发动机关键零件数控加工的需求，研发了具有高性能数控系统的高精度四轴卧式加工中心，该机床具有以下特点：①高性能。直线轴最大加速度1G，进给速度20m/min，快移60m/min;②高加工精度：定位精度可达5μm，重复定位精度可达3μm，铣削孔圆柱度10μm以内（孔直径？准100mm）;③高主轴配置：采用PS电主轴，功率为25kW，最高转速8000r/min;④带液压锁紧转台：？准120左右盘铣时，可提高加工效率的同时保证重切精度;⑤顶置刀库：节省机床占地面积的同时，可提高C-C换刀时间，减小每个工件的加工时间。

2.3 夹具在汽车制造中的运用

在汽车制造中会应用到大量的夹具，例如分总成焊装夹具、零件安装夹具等。相对于其他夹具而言焊装夹具在整个汽车制造中具有巨大的作用。因为焊装夹具组件型面复杂、精度要求高、设计制造难度大，在夹具使用过程中，如果夹具定位元件发生偏移、定位元件磨损和夹钳夹紧力不够等现象，将导致零件扭曲变形，出现定位偏差，引起焊接间隙的变动，最终导致装配尺寸误差和构件受力状态的恶化，直接影响到白车身的精度。所以需要做好夹具的管理：一是对夹具进行定期保养工作;二是对定位元件精度进行检测;三是对夹具形状进行精度检测。

3  机械加工技术在汽车制造中的具体实践应用

为了深入分析机械加工技术在汽车制造中的应用，本文以汽车曲轴制造为例。CAD/CAE技术是机械加工技术的重要组成部分。该技术在汽车曲轴加工中具有巨大的应用价值。

3.1 汽车曲轴生产加工技术应用

汽车曲轴是汽车发动机的重要动力传输装置，其在汽车生产中的作用不可忽视。目前采取传统的数控机床加工模式难以满足发动机生产技术需求。因此基于机械加工技术的发展，将智能机械加工技术应用到汽车曲轴生产加工中。汽车曲轴主要包括两种材料：球墨铸铁和钢材。一般出于成本考虑会采取球墨铸铁，主要是用于生产主轴颈与连杆轴径部位。在具体的球墨铸铁中需要观察熔炼的过程，在熔炼完成后需要对曲轴进行精加工。结合大量实践经验，在发动机曲轴铸造的时候需要运用到光谱设备仪器以此对铸造成本分析分析。比如在铸造的过程中需要利用挤压造型法对铸造气体排放进行控制，而且还需要运用到自动感应器等设备，以此降低人为干扰铸造精度的问题。

另外在曲轴主轴颈的磨削作业中，主要采取的是跟踪磨削法，跟踪磨削法是以主轴颈中心线为回转中心，一次装夹依次完成曲轴连杆颈的磨削加工（也可用于主轴颈磨削），磨削连杆轴颈的实现方式是通过CNC控制砂轮的进给和工件回转运动两轴联动，来完成曲轴加工进给。跟踪磨削法采用一次装夹、在一台数控磨床上依次完成曲轴主轴颈和连杆颈的磨削加工，能有效地减少设备费用，降低加工成本，提高加工精度和生产效率。

3.2 机械制造技术在曲轴制造加工中的具體应用流程

3.2.1 曲轴三维模型设计

随着机械制造技术的发展，做好前期设计工作至关重要，因此利用CAXA实体设计软件对曲轴进行三维模型设计，这样可以从源头上实现对曲轴质量的控制。在运用CAXA软件时需要充分考虑曲轴的自身特点，利用软件系统的“圆柱体”图素，完成实体模型。具体的设计尺寸见表1所示。

3.2.2 基于ANSYS 对曲轴三维有限元进行分析

对设计模型进行三维有限分析是整个制造环节的重点。在对曲轴进行三维有限分析时需要在实体模型的基础上，通过有限分析将设计的模型尽可能与汽车制造实际场景相适应。具体的三维有限分析则是需要将设置好的逆模型导入到ANSYS软件系统中，在分析的时候需要采取分部位分析的策略，实行先整体后部分的原则。例如汽车发动机曲轴包括很多部分，但是连杆轴径、主轴径是曲轴的重要组成部位，需要重点对其进行三维有限分析，根据经验表明一般采取六面体单元分析，因此此种分析方法可以提升计算的精准度。

完成曲轴有限元模型之后，需要通过该模型对曲轴的振动特性进行分析。因为在汽车行驶的过程中曲轴会受到负载等作用而出现周期性的变化，例如会引起共振等问题，这样会导致曲轴出现疲劳损坏。所以需要对其进行振动参数的检测。例如可以对机器部件和曲轴结构进行共振检测。

3.2.3 模拟数控加工

完成上述操作滞后，需要利用CAXA软件进行模拟数控加工，即将得到的数据输入到讲过参数表中，然后系统就会根据提示拾取加工对象，改变曲面方向后，系统就会自动开始计算，并且生成刀具轨迹，就能够实现数控加工环节。当然为了保证曲轴生产加工质量，必须要做好关键部位的滚压机床控制。根据调查滚压力的大小直接关系到滚压的效果，例如滚压力大则会导致滚压的力度超出设定值，而且还容易造成曲轴整体出现变形的问题。由于油缸的压力是可以变化的，因此可以通过伺服阀对其进行控制，实现脉冲滚压。当然为了保证滚压的效果，需要在滚压的过程中设置警报器，通过设置探头可以在任意位置对曲轴进行弯曲变形检测，若变形超差，确定变形方向，通过专家系统控制，使滚压油缸的力根据变形方向而变化，从而达到校直的目的，一般需19～21kN的校直力。在滚压加工过程中，为了控制滚压力的大小，在滚压臂最易产生变形的位置安装了一个应变仪，通过滚压臂受张力产生变形的大小，来监控滚压力，从而对压力进行控制。

总之，随着我国机械加工技术的不断发展，尤其是工业机器人技术的日益成熟，机械加工技术在汽车制造维修中发挥了巨大作用，有效的推动了我国汽车产业的高质量发展。因此我们要加大机械加工技术创新，将信息技术、电子技术以及物联网技术等融入到机械制造加工中，以此助力于我国机械制造服务业的发展。当然高等院校也要发挥科研优势，加强产教融合、开展校企合作，以此为机械加工行业培养优秀的工匠型人才。

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