組合機床在汽車零部件加工中的應(yīng)用及發(fā)展方向

郭紅剛

【摘 要】隨著電子技術(shù)和機械工業(yè)的飛速發(fā)展，組合機床、數(shù)控機床、三維打印等先進(jìn)機床已逐步得到廣泛應(yīng)用。特別是組合機床，在不斷吸取新技術(shù)成果的基礎(chǔ)上得到了完善和發(fā)展，在汽車零部件的加工中扮演著重要角色。

【關(guān)鍵詞】汽車零部件；組合機床；發(fā)展

一、組合機床的分類及構(gòu)成

組合機床是按系列化、標(biāo)準(zhǔn)化原則設(shè)計的通用部件以及按被加工工件形狀和加工要求而設(shè)計的專用部件所組成的高效專用機床。組合機床按通用部件組成可分為大型組合機床和小型組合機床。按配置形式又分為單工位和多工位機床兩大類。單工位機有單面、雙面、三面、四面幾種。多工位機有移動工作臺式、回轉(zhuǎn)工作臺式和回轉(zhuǎn)鼓輪式。組合機床主要由動力部件、支承部件、輸送部件、控制部件、輔助部件組成。

二、組合機床在汽車零部件加工中的應(yīng)用

由于組合機床生產(chǎn)效率高、可靠性強，在我國的汽車零部件制造領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

1.回轉(zhuǎn)多工位組合機床。

回轉(zhuǎn)多工位組合機可以把工件的許多加工工序分配到多個加工工位上，并同時能從多個方向?qū)ぜ膸讉€面進(jìn)行加工，此外，還可以通過轉(zhuǎn)位夾具（在回轉(zhuǎn)工作臺機床上）或通過轉(zhuǎn)位、翻轉(zhuǎn)裝置（在自動線上）實現(xiàn)工件的五面加工或全部加工，如汽車后橋主減速器殼在六工位回轉(zhuǎn)式多工位組合機床上可依次完成工件裝夾定位→鉆連接法蘭孔→鉆→鉸孔→鉆軸承壓蓋孔→倒角→攻螺紋孔多道工序。而應(yīng)用十工位回轉(zhuǎn)組合機床可對發(fā)動機氣門挺桿一次完成鉆、鉸孔、銑、攻絲等。

2.單工位多面組合機床。

后橋主減速器殼，其空間十字孔形狀位置精度要求高，在通用機床上根本無法實現(xiàn)。而利用三面組合機床（鏜削頭），工件在一次裝夾完成四個軸承孔的加工，同軸度、垂直度、偏置距、孔徑精度都達(dá)到設(shè)計要求。

后橋殼作為汽車驅(qū)動后橋的支撐部件，其加工尺寸及連接孔多，而其三組法蘭連接孔則通過三面組合機床完成。機床由三付多軸箱、液壓滑臺、PLC、定位夾緊系統(tǒng)等組成，一次可完成全部孔的鉆削加工。有些還利用雙工位組合機床還可進(jìn)一步實現(xiàn)自動攻絲工序，大幅提高了生產(chǎn)效率。 同樣，利用銑、鉆四面組合機床，由四面同時對差速器十字軸進(jìn)行銑、鉆加工，有效提升了加工效率及及加工精度。

3.隨行夾具組合機床。

在組合機床中利用拖鏈?zhǔn)菇M合機床隨性夾具沿導(dǎo)軌往復(fù)移動，可實現(xiàn)多工位加工。如差速器殼行星軸孔的加工。一工位實現(xiàn)鉆擴工序，二工位實現(xiàn)鉸孔工序。另外在后橋半軸法蘭孔的鉆擴鉸工序，多工位隨行夾具組合機床也被廣泛應(yīng)用。

4.單面專用組合機床。

這種機床加工范圍較窄，主要用于加工較大孔徑的工件。在汽車后橋殼的中孔加工中得到應(yīng)用。其由鏜削頭、液壓輔助夾緊系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成。中孔車端面、鏜孔、倒角一次完成。

在后橋殼的焊接中組合機床也同樣得到了應(yīng)用。如橋殼環(huán)焊縫焊接組合機床、橋殼中段直焊縫焊接組合機床。其主要由焊槍系統(tǒng)、伺服電機、滾珠絲杠傳動、翻轉(zhuǎn)系統(tǒng)、氣動元件、控制系統(tǒng)等組成，焊接效率高、質(zhì)量穩(wěn)定。

三、組合機床的發(fā)展方向

現(xiàn)代組合機床和自動線作為機電一體化產(chǎn)品，它是控制、驅(qū)動、測量、監(jiān)控、刀具和機械組件等技術(shù)的綜合反映。而主要用戶汽車和內(nèi)燃機等行業(yè)的迅速發(fā)展，則有力地推動和激勵了組合機床由過去的“剛性”結(jié)構(gòu)向“柔性”化方向發(fā)展。

1.廣泛采用數(shù)控技術(shù)。

隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控技術(shù)被應(yīng)用于多工位主軸箱、可換主軸箱、編碼隨行夾具和刀具的自動更換，配以可編程序控制器（PLC）、數(shù)字控制（NC）等，能任意改變工作循環(huán)控制和驅(qū)動系統(tǒng)，并能靈活適應(yīng)多種加工的可調(diào)可變的組合機床。提高了組合機床的工作的靈活性、可靠性和加工精度。

2.加工節(jié)拍進(jìn)一步縮短。

縮短加工節(jié)拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現(xiàn)的。

縮短基本時間的主要途徑是采用新的刀具材料和新穎刀具，以通過提高切削速度和進(jìn)給速度來縮短基本時間。縮短輔助時間主要是縮短包括工件輸送、加工模塊快速引進(jìn)以及加工模塊由快進(jìn)轉(zhuǎn)換為工進(jìn)后至刀具切入工件所花的時間。目前，隨行夾具的輸送速度可達(dá)60m/min或更高些，加工模塊快速移動速度達(dá)40m/min。

3.柔性化進(jìn)展迅速。

在制造業(yè)大批量、多品種生產(chǎn)大環(huán)境下，加工裝備采取了一系列的可調(diào)、可變、可換措施，使加工裝備具有了一定的柔性。先后發(fā)展了轉(zhuǎn)塔動力頭、可換主軸箱等組成的組合機床，同時根據(jù)加工中心的發(fā)展，開發(fā)了二坐標(biāo)、三坐標(biāo)模塊化的加工單元，并以此為基礎(chǔ)組成了柔性加工自動線（FTL）。近十年來，組合機床的數(shù)控化發(fā)展是十分迅速的。而汽車工業(yè)對柔性自動化技術(shù)裝備的需求量日益增多。如日本豐田汽車公司，在本世紀(jì)末的目標(biāo)是公司下屬工廠的柔性化加工系統(tǒng)的普及率達(dá)到100%。

組合機床的柔性化主要是通過采用數(shù)控技術(shù)來實現(xiàn)的。由數(shù)控加工模塊組成的柔性組合機床，可通過應(yīng)用和改變數(shù)控程序來實現(xiàn)自動換刀、自動更換多軸箱和改變加工行程、工作循環(huán)、切削參數(shù)以及加工位置等，以適應(yīng)變型品種的加工。柔性組合機床和柔性自動線用的數(shù)控加工模塊，按其數(shù)控坐標(biāo)（軸）數(shù)，主要有單坐標(biāo)（Z）、雙坐標(biāo)（X-Z、Y-Z、Z-U和Z-B等）和三坐標(biāo)（X-Y-Z）加工模塊；按其主軸數(shù)，有單軸和多軸加工模塊，也有單軸和多軸復(fù)合加工模塊。

單坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控滑臺和主軸部件（或多軸箱，包括可換多軸箱）組成。雙坐標(biāo)加工模塊由數(shù)控十字滑臺和主軸部件組成。多軸加工模塊主要用于加工箱體和盤類工件的柔性組合機床和柔性自動線。這類模塊有多種不同的結(jié)構(gòu)形式，但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊、轉(zhuǎn)塔式多軸加工模塊和回轉(zhuǎn)工作臺式多軸加工模塊。

除上述各種CNC加工模塊外，機器人和伺服驅(qū)動的夾具也是柔性組合機床和柔性自動線的重要部件。特別在柔性自動線上，目前已較普遍地采用龍門式空架機器人進(jìn)行工件的自動上下料，用于工件的轉(zhuǎn)位或翻轉(zhuǎn)。為搬運不同的工件，可在自動線旁設(shè)置手爪庫，以實現(xiàn)手爪的自動更換。夾具配備伺服驅(qū)動裝置，以適應(yīng)工件族內(nèi)不同工件的自動夾緊。

4.加工精度日益提高。

汽車制造業(yè)為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴(yán)其關(guān)鍵件的制造公差，并通過三坐標(biāo)及計算機輔助測量和分析方法，以及通過設(shè)備能力檢驗來提高其產(chǎn)品的質(zhì)量。目前，在驗收組合機床和自動線時，已普遍要求設(shè)備的工序能力系數(shù)要大于1.33，有的甚至要求工序能力系數(shù)要大于1.67，以便確保穩(wěn)定的加工精度。應(yīng)指出，采用Cp≥1.33來驗收設(shè)備，這實際上是加嚴(yán)了工件的制造公差，對組合機床和自動線提出了更高的要求。機床制造廠為了滿足用戶對工件加工精度的高要求，進(jìn)一步提高了主軸部件、鏜桿、夾具（包括鏜模）的精度。

四、結(jié)論

組合機床是現(xiàn)代制造工程的關(guān)鍵設(shè)備之一。現(xiàn)代制造工程從各個角度對組合機床提出了愈來愈高的要求。我國組合機床裝備與國外先進(jìn)設(shè)備還有相當(dāng)大的差距，因此努力實現(xiàn)組合機床技術(shù)裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調(diào)可變、任意加工性以及通信技術(shù)的應(yīng)用將是今后的發(fā)展方向。