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高速加工中心在汽车生产领域的应用

来源：信息中心　时间：2009-2-1 10:56:18

十多年来，高速加工中心的结构、驱动和技术性能有了长足的发展和提高。在结构和驱动方式上经历了从滚珠丝杆－立柱移动式到直线电机－框中框结构的二代发展。当今，高速加工中心又在向并－串联混合运动学结构发展，以进一步提高加工中心的动态性能。目前，表征高速加工中心动态特性的轴加速度已达1～2g，快速行程速度达到80～120m/min。这为较大幅度缩短辅助时间创造了条件。如：当轴加速度为1.2g、快速行程速度120m/min、轴行程距离为800mm时，轴定位时间仅需0.5s左右。而高速切削和高速进给的应用使加工的基本时间变得越来越短。例如：铣削深度14.1mm的M6螺孔仅需1.2s，由此可见，现代高速加工中心已成功的将原本是相互矛盾的柔性和生产率融合到了一起。

当今，世界汽车工业由于激烈的市场竞争，促使汽车更新换代的速度明显加快，产品市场寿命进一步缩短。与此同时，汽车变型品种逐渐增多，投产批量日益减少。为满足全球市场的不同个性化需求，多品种柔性生产越来越成为竞争的决定因素，设备的生产效率和柔性已成为选择设备的主要因素。

在20世纪80年代前，刚性自动线是汽车工业唯一采用的高效自动化设备。随着数控系统可靠性的提高和汽车工业多品种生产的需要。80年代初柔性自动线问世，并越来越获得广泛的应用。但由于柔性自动线所加工的工件在几何形状和加工工艺上要高度相似，并且这些工件在自动线设计时应是确定了的。另外，由于柔性自动线所有的加工工位之间是一种互补的关系，因此，当自动线上某一台机床发生故障时，就会造成全线停顿，导致设备利用率下降，即使在最好的情况下，其利用率也仅为70%。

1993年以来，相继出现由高速加工中心组成的柔性生产线，由于它具有高生产率、高加工柔性和能力柔性，所以既能满足当前多品种的加工任务，也能通过调整或扩充设备来适应未来的加工任务，因而这种柔性生产线正越来越多地被汽车工业所采用。如奔驰、福特、戴姆勒－克莱斯勒和通用等众多的汽车厂都已采用高速加工中心来加工缸盖和变速箱体，用柔性生产线替代自动线已是一种发展趋势。有关资料介绍，自动线的市场份额已从60年代中期的40%减少到90年代末期的25%。按目前的技术水平，采用柔性生产线加工缸盖每天最佳加工件数已达到1200～1500件(相当于年加工30万到40万件)，变速箱体每天最佳加工件数为1500～1800件(相当于年加工40～45万件)。

柔性生产线是一种兼有自动线和柔性制造系统(FMS)特征的混合型生产系统。这种生产系统是由若干台具有互补和互替功能的高速加工中心通过按一定方向传送工件的输送系统连接而成的。由于这种系统是采用定向输送的物料流，所以工件输送系统比较简单，往往可采用滚动输送带来实现工件的连续输送。并且，这种输送系统可以起到工件的中间储存作用，故有利于提高机床的利用率。柔性生产线在工序流程的安排上，通常是采用自动线的传统加工方式来分配加工工序，所以生产线上的加工中心是按这种预定的工序和流程方向依次进行排列，并且在每个加工单元上至少安排两台加工中心进行平行加工(完成相同的加工任务)。这样，它与柔性制造系统任意分配加工任务的方式相比，不仅可省去用于调度的主计算机，并且可以改善夹具和刀具的使用。与自动线相比，由于采用平行加工，柔性生产线可以充分利用机床的生产能力。当某一台机床出现故障而停机时，其它机床仍可以继续工作，因此，这种生产线的技术利用率可达到90%以上。

有时，会在柔性生产线中集成自动线，以组成混合生产系统，以便充分发挥组合机床和加工中心各自的优点，确保工件的加工精度和加工效率。因为在生产中会有一些加工任务(对于缸盖来说，如凸轮轴、气门阀座和导管孔)，更适合于采用自动线来完成。例如，加工缸盖的气门阀座和导管孔时，往往要采用复合专用刀具，除了要车削阀座的锥面外，同时要用一把绞刀精加工导管孔，以获得阀座锥面和导管孔较高的同轴度(0.01～0.03mm)。像这种既要进行径向进给又要作轴向进给运动的加工任务，在加工中心上往往是比较难于实现的，而对于组合机床，实现这样的加工任务就容易的多。应提及的是，为了便于调整和改装，以适应多品种加工，采用的应该是数控自动线。

柔性生产线是按模块化组建的，这就提供了对系统设备进行分阶段投资的优点。在首次投资时用户不必进行大量投资，而可以随着市场对产品需求的增加而扩充高速加工中心和相关设备的数量。从EX-CELL-O公司的缸盖柔性生产线中可以看到高速加工中心是分几个阶段进行扩充的，这显然有利于提高投资的经济效益。在柔性生产系统中，为了满足多品种加工的需要采用了针对不同品种而设计的适配板，在更换工件品种时，无需更换机床的夹具，而只需更换与工件有关的适配板和刀具等，由此减少了改装费用。

今后，随着驱动技术、控制技术和机床结构运动学的发展，高速加工中心的动态特性将进一步提高。而随着刀具材料的不断进步和新刀具的采用，新一代的高速加工中心将进一步缩短工件加工时间。可以预料，在汽车这样大批量生产行业中，由高速加工中心组成的柔性生产线替代大部分自动线已不是遥远的事情。

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