我国在汽车生产线高速加工的情况

撰稿：兰生数控机床销售有限公司  范琦

采用加工中心取代刚性生产线在我国汽车制造中早已开始部分应用。近几年也开始应用高速加工中心。表 1 是我国汽车行业中使用的部分高速加工中心及其性能指标。

20 世纪 80 年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本等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较快的发展。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，技术上处于国际 20 世纪 90 年代中期水平，其中应用了较多的高速加工技术。  

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。年产轿车能力15万辆，制造节拍 1 . 50min ／辆。生产具有国际 20 世纪 90 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 一 40s／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的先进技术水平。

    2 .一汽大众轿车发动机、传动器生产线上应用的高速加工技术

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），关键工序的设备也是进口的数控机床。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 一 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，以铰削、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 3000 r / min ，进给速度达 1 . 5 一 3m / min ，精度可达 5 一 7 级，表面粗糙度 R_a0.7 μm；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25mm-400mm , 轴向跳动＜士0.0025mm 。.零件装配平面的加工，是以铣代磨，表面粗糙度凡。 R_a0.7 μm，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 700mm ，圆周装有 40 个硬质合金涂层刀片，每 10 片为一组，切削速度 150m / min 快进速度花4.6m / min ，切削余量 1.5 一 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 一 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 1800 mm 的筒式专用外拉刀，一次走刀拉削成形，拉削速度 l0m / min , 三工位班产 1440 件；发动机 5 种传动轴上的花键齿形（ M = 0.8 mm ）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，叠加壳体回转运动，一次走刀完成其球面成形镗削加工；缸体气缸孔幢削采用双工位、机床主轴内置式、轴向往复运动推拉杆机构，正向走刀进行粗镗，回程走刀进行精镗，进给速度达 80om / 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各加工工位，生产节拍为 20 一 40s 。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 ％一 40 ％决定于零件毛坯的精度与质量。生产流程中，质量监测工序为机外抽检。

发动机、传动器两条生产线共有 25 。多台数控机床采用 HSK 高速空心刀柄，共计六个规格： 32 ＃、 40 ＃、 50 ＃、 63 ＃、 80 ＃、 100 # ，其中以 40 ＃、 50 ＃、 63 ＃三种规格使用数量最多。 HSK 空心刀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、工位的切削加工，其高速动平衡精度为镇 G2 . 5 。

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都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。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，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，在一次往复进给过程中，高速加工发动机、传动器各种零部件。把机床数控系统、加工精度与表面质量、零部件的材料性能等各项技术参数，以及各加工工位、工序的具体技术要求，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，其加工工艺数据固化在数控系统中。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 / min 以下，进给速度在 20m / min 以内。

安装筒式外形拉刀的专用数控机床及曲轴专用数控车一拉机床较为典型。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（系统的控制）下，将同步齿圈座零件半成品，间歇式自下推人，由上顶出，使零件彼此擦叠逐一拉削，并全程通过拉刀筒体，完成该零件外圈渐开线直齿及 120^o三等分直槽的拉削加工工序。这台专机生产率可替代由 13 一 16 台高速滚齿机、插（铣）床组成的生产线。曲轴专用车一拉机床是由中型数控车床改造而成的专机，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 90⁰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给定位精度。这台双工位车一拉数控专机可替代十台以上数控成形车床和五台以上内铣式曲轴加工机床。该线其他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 一 5 μ m ，定位精度± 2 一 5μm ，直线运动精度 5 一 10 μm / 300mm 。