通過分析汽車零部件機(jī)械加工技術(shù)和設(shè)備的特征。介紹了我國(guó)汽車制造業(yè)機(jī)械加工的現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了國(guó)外先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)的動(dòng)向。闡述了汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和變革。
1 我國(guó)汽車制造機(jī)械加工現(xiàn)狀
幾十年來，我國(guó)汽車制造技術(shù)及裝備經(jīng)歷了曲折過程。上世紀(jì)70年代，為裝備第二汽車制造廠（生產(chǎn)載貨車）組織了130多個(gè)機(jī)床生產(chǎn)科研單位研發(fā)了117條自動(dòng)線和1004種5500臺(tái)高效專用設(shè)備，汽車制造國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到96％。上世紀(jì)80年代，我們汽車工業(yè)重點(diǎn)轉(zhuǎn)入轎車，國(guó)內(nèi)機(jī)床工業(yè)很不適應(yīng)，產(chǎn)品及制造技術(shù)和裝備多數(shù)為國(guó)外引進(jìn)。2005年以來，我國(guó)汽車行業(yè)每年投資超過1000億元RMB，2007年總產(chǎn)量達(dá)888.24萬輛，生產(chǎn)能力超過1000萬輛。動(dòng)力總成制造工廠中大部分為機(jī)械加工設(shè)備，主要精加工設(shè)備為歐美及日本等國(guó)產(chǎn)品，齒輪加工設(shè)備國(guó)產(chǎn)機(jī)床占了大半江山，沈陽機(jī)床集團(tuán)，北京機(jī)電院、北京第三機(jī)床廠等已經(jīng)為一些汽車廠提供了立式加工中心生產(chǎn)線，東風(fēng)汽車有限公司的設(shè)備制造廠也為東風(fēng)本部，東風(fēng)康明斯、東風(fēng)本田、神龍汽車公司及其他國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及總成廠提供了大量的專用機(jī)床生產(chǎn)線，中小型加工中心。目前數(shù)千臺(tái)國(guó)產(chǎn)數(shù)控車床在汽車行業(yè)應(yīng)用并獲好評(píng)，大連機(jī)床集團(tuán)并購(gòu)INGERSOLL公司后，近幾年為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)工廠提供了上百臺(tái)高速加工中心組成的自動(dòng)線，這些汽車廠家與機(jī)床廠家聯(lián)手開發(fā)制造工藝及裝備，其生產(chǎn)線的工藝技術(shù)及裝備部分接近同期世界先進(jìn)水平。但大部分機(jī)械加工設(shè)備的刀具（高精度的磨具）及數(shù)控元器件依賴進(jìn)口。
總體來說，我國(guó)機(jī)械加工設(shè)備與世界先進(jìn)水平還有不少差距，主要表現(xiàn)在以下方面。
?。?）硬件：主要是數(shù)控機(jī)床無法滿足汽車對(duì)精度、精度保持性、可靠性、壽命的需要。
?。?）軟件：缺乏將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為制造單元或流水生產(chǎn)線的技術(shù)。
?。?）自主創(chuàng)新：我們基本沒有制造技術(shù)自主創(chuàng)新體系，在現(xiàn)代發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)，高速加工技術(shù)中，由高級(jí)復(fù)合化機(jī)床組成的制造單元等方面差距很大，對(duì)現(xiàn)代汽車制造裝備特別強(qiáng)調(diào)。解決方案“方面差距更大。
2 國(guó)外先進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)動(dòng)向
?。?）柔性制造技術(shù)：采用CNC機(jī)床和自動(dòng)化技術(shù)，柔性制造系統(tǒng)和制造工廠，設(shè)備采用模塊化設(shè)計(jì)，能同時(shí)生產(chǎn)多個(gè)結(jié)構(gòu)不同的產(chǎn)品。
?。?）高速加工技術(shù)：應(yīng)用高速機(jī)床及高速刀具技術(shù)等大幅提高切削效率，主要涉及到信息技術(shù)，自動(dòng)化技術(shù)，經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)及系統(tǒng)工程技術(shù)。
（3）高速高效刀具技術(shù)：主要表現(xiàn)在高性能刀具材料的研發(fā)（含表面涂層材料），刀具制造工藝技術(shù)，刀具安全技術(shù)及刀具使用技術(shù)等領(lǐng)域。
?。?）工序集中化：流程簡(jiǎn)捷化。采用一工位多工序、一刀多刃?；蜍?、鉸、銑削替代磨削，以拉削、搓、擠、滾壓加工方式替代滾、插、銑削的方式，采用復(fù)合工藝，盡可能縮短整條線的工藝流程。
（5）干式切削技術(shù)：干式切削分為兩種，一種為完全不使用切削液，另一種為用氣體混合微量潤(rùn)滑劑的準(zhǔn)干式切削，減少切削液對(duì)環(huán)境和人的不利影響。
?。?）珩磨新技術(shù)：如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體缸孔激光造型珩磨、模塊化珩磨、柔性夾具，珩磨頭自動(dòng)更換等。
3 汽車零部件機(jī)械加工技術(shù)和設(shè)備的特征
3.1 汽車零部件機(jī)械加工生產(chǎn)線的技術(shù)特征
一個(gè)多世紀(jì)以來，流水生產(chǎn)線一直是汽車及零部件生產(chǎn)方式的主體，其根本技術(shù)是集成技術(shù)——將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為流水生產(chǎn)線。
?。?）工藝系統(tǒng)：即機(jī)床-工具-工件系統(tǒng)。現(xiàn)代汽車制造（特別是轎車）生產(chǎn)線的工藝裝備已經(jīng)進(jìn)入柔性化時(shí)代，它由數(shù)控機(jī)床和智能工具組成。
對(duì)機(jī)床的主要要求是高速度、高精度、高精度保持性（高機(jī)床工程能力指數(shù)Cm/Cmk和高可靠性）。用于發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線的高速加工中心，快移速度已達(dá) 60-100 m/min，加速度達(dá)0.6-1.5g，主軸最高轉(zhuǎn)速達(dá)8000-15000 r/min，定位精度/重復(fù)定位精度——工作臺(tái)在1m以下為8μm/4μm（VD I標(biāo)準(zhǔn)），工作臺(tái)1m以上為10μm/5μm（VD I標(biāo)準(zhǔn)），主軸普遍應(yīng)用電主軸，進(jìn)給運(yùn)動(dòng)普遍采用直線電機(jī)，同時(shí)普遍運(yùn)用三坐標(biāo)模塊化和箱中箱結(jié)構(gòu)，機(jī)床非常筒約，外購(gòu)件l配套件）比例增加，交貨期大大縮短。如我公司大功率發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線引進(jìn)的CINCINNTI LAMB公司的HPC80hp加工中心，CROSS HULLER公司的”啄木烏“加工中心，以及MAZAK公司新一代UH”瘦身“型加工中心等。
目前國(guó)際上的數(shù)控機(jī)床的工程能力指數(shù)Cm/Cmk≥2.0/1.67，平均無故障工作時(shí)間（MTBF）達(dá)5000-8000 h（受夾具和刀具的影響，該值實(shí)際有所降低）。
?。?）物流系統(tǒng)：由原材料處理、存貯，上下料裝置和機(jī)床問傳輸裝置組成。在單臺(tái)數(shù)控機(jī)床配備工件庫或原材料庫以及自動(dòng)上下料（系統(tǒng)）裝置（含機(jī)械手、機(jī)器人）的條件下，即在與物科存儲(chǔ)與傳輸及其自動(dòng)控制集成的條件下，構(gòu)成柔性制造單元（FMC）。在多臺(tái)數(shù)控機(jī)床配備自動(dòng)上下料與物科存儲(chǔ)和傳輸與生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度用計(jì)算機(jī)集成的條件下，構(gòu)成柔性制造系統(tǒng)（FMS），在不含計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)和工件單向流動(dòng)時(shí)，組成柔性生產(chǎn)線。
?。?）信息系統(tǒng)：主要包括生產(chǎn)控制、刀具更換、工裝及附件更換、工件調(diào)度、自動(dòng)編程、自動(dòng)監(jiān)控、自動(dòng)補(bǔ)償、工件質(zhì)量自動(dòng)控制、刀具磨損或破損后的自動(dòng)更換和自動(dòng)報(bào)警等。最新要求是具備CAD，CAM功能，運(yùn)程生產(chǎn)線管理和維護(hù)功能，故障診斷和自動(dòng)修復(fù)功能等。
3.2 發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展與變革
汽車面世以來。發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)已經(jīng)經(jīng)歷了兩次變革，現(xiàn)在正醞釀著第三次革命。第一革命發(fā)生在20世紀(jì)初，美國(guó)FORD汽車公司發(fā)明了大量生產(chǎn)流水線。其主要方式是由組合機(jī)床和專用機(jī)床組成的自動(dòng)生產(chǎn)線TL，也稱傳統(tǒng)自動(dòng)線，最大優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高和價(jià)格低，最大缺點(diǎn)是柔性差，我國(guó)汽車行業(yè)從誕生起至上世紀(jì) 90年代一直沿用TL，一汽和東風(fēng)的載貨車發(fā)動(dòng)機(jī)廠都是如此。目前我國(guó)轎車行業(yè)大多不采用TL，但國(guó)外大量生產(chǎn)穩(wěn)定產(chǎn)品的生產(chǎn)線中，TL仍是最佳選擇。
上世紀(jì)90年代出現(xiàn)了高轉(zhuǎn)速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心，由其組成的高速柔性生產(chǎn)線FTL是發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)的第二次革命，其突出特點(diǎn)是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺點(diǎn)是投資大，效率受局限，目前是轎車的熱點(diǎn)生產(chǎn)線，商用車發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠也有局部采用，并采用有簡(jiǎn)單柔性的數(shù)控專用（可交換多軸頭和夾具）機(jī)床組成的TL。
為進(jìn)一步提高高速柔性生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率，F(xiàn)TL的最新發(fā)展的敏捷高速柔性生產(chǎn)線AFTL，其目標(biāo)是對(duì)變化的市場(chǎng)需求快速作出反應(yīng)。滿足汽車發(fā)動(dòng)機(jī)多品種，大中批量、高效率、低成本生產(chǎn)的需要，符合”精益生產(chǎn)“原則。其主要特點(diǎn)：由通用高速加工中心和專用，組合機(jī)床組成的混合型柔性生產(chǎn)線 （HSMC+SPM/TM），按照工序流程排列設(shè)備并由自動(dòng)輸送裝置連接，全部生產(chǎn)線上機(jī)床，輸送和工件識(shí)別均在一個(gè)控制系統(tǒng)中；采用敏捷夾具（柔性夾具可控、可調(diào)），采用智能刀具——為特定工件加工設(shè)計(jì)的一系列專用高速刀具。這種生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)是生產(chǎn)效率高，同時(shí)又具有相當(dāng)?shù)娜嵝?，能夠適應(yīng)大批量生產(chǎn)和變型產(chǎn)品生產(chǎn)，投資較小。缺點(diǎn)是柔性受局限，不能加工不可預(yù)見的任意品種的零件。目前，混合型柔性生產(chǎn)線在國(guó)外應(yīng)用廣泛，國(guó)內(nèi)一些發(fā)動(dòng)機(jī)廠家通過引進(jìn)國(guó)外設(shè)備，同時(shí)增加部分國(guó)產(chǎn)設(shè)備組成生產(chǎn)線的應(yīng)用較多。
現(xiàn)在發(fā)動(dòng)機(jī)制造技術(shù)正醞釀著第三次革命。發(fā)動(dòng)機(jī)研發(fā)越來越快，新品開發(fā)周期越來越短（從30個(gè)月縮短到13個(gè)月），車型數(shù)量多，生產(chǎn)批量不確定。目前的柔性生產(chǎn)線價(jià)格昂貴、投資風(fēng)險(xiǎn)大，同時(shí)產(chǎn)能過剩矛盾越來越突出，尤其在我國(guó)更加突出。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟(jì)性日益突出的矛盾，以滿足變品種、變批量的需要，且兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和市場(chǎng)快速反應(yīng)的能力。同時(shí)，也在探討通過制造系統(tǒng)的革命來解決產(chǎn)能過剩的矛盾。
美國(guó)提出了可重構(gòu)制造RMS，原理是通過對(duì)制造系統(tǒng)中機(jī)床配置的調(diào)整和機(jī)床功能模塊的增減，迅速構(gòu)成適應(yīng)新品生產(chǎn)和生產(chǎn)批量變化。為此，研制克由標(biāo)準(zhǔn)化模塊組成的可重構(gòu)機(jī)床RMT。RMS的結(jié)構(gòu)和布置可按需要在用戶現(xiàn)場(chǎng)快速重組。RMS的應(yīng)用基礎(chǔ)之一是柔性夾具。美國(guó)GM公司已經(jīng)開發(fā)出柔性夾具系統(tǒng)，可以快速（在15min內(nèi)把一種夾具變成第一種夾具配置）更換以生產(chǎn)不同的發(fā)動(dòng)機(jī)缸體或缸蓋。日本MAZAK公司開發(fā)出市場(chǎng)響應(yīng)型自獨(dú)立制造系統(tǒng)MSM，其實(shí)質(zhì)是”單臺(tái)套件生產(chǎn)“。
目前該項(xiàng)目是國(guó)際上熱門話題，我國(guó)已列入科技發(fā)展規(guī)劃。RMS和MSM投入發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際使用雖為時(shí)尚早，但卻是未來發(fā)動(dòng)機(jī)制造的方向。
3.3 高速加工技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)
?。?）國(guó)內(nèi)主要轎車工廠引進(jìn)國(guó)外高速加工機(jī)床及刀具情況
目前，國(guó)內(nèi)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及總成工廠大多引進(jìn)歐美及日本等國(guó)廠商的數(shù)控生產(chǎn)自動(dòng)線，處于國(guó)際上世紀(jì)90年代中后期水平，應(yīng)用了較多，較突出的高速加工技術(shù)（高速加工機(jī)床及高速加工刀具技術(shù)）。其典型技術(shù)特點(diǎn)簡(jiǎn)要分述如下：
a.機(jī)械加工工藝流程反映了當(dāng)代轎車制造業(yè)中最先進(jìn)的水平，生產(chǎn)節(jié)拍30-40s，生產(chǎn)線部分采用風(fēng)冷干式切削加工技術(shù)。
b.刀具材料的選用。以超硬刀具材料為主。采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷、TiCN涂層刀具材料加工高強(qiáng)度鑄鐵件，銑削速度2200m/min；采用PCD、超細(xì)Si-Al鑄造件，銑削速度達(dá)2200m/min，鉆、鉸速度達(dá)80-240m/min：采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂層刀具加工精鍛結(jié)構(gòu)鋼零件，車削速度達(dá)200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN的高速鋼整體拉刀、滾刀、剃齒刀以及硬質(zhì)合金機(jī)夾組成專用拉刀，加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件，拉削速度10-25m/min，滾削速度110m/min，剃齒速度170m/min。
c.刀具典型結(jié)構(gòu)與加工工藝
零件孔加工刀具采用多刀復(fù)合式結(jié)，以鉸、擠削替代磨削，在一次性走刀過程中完成孔的精加工；平面銑削刀具采用密齒、過定位、重復(fù)夾緊結(jié)構(gòu)，徑、軸向雙向可調(diào)的高速密齒面銑刀；曲軸頸加工采用雙工位車-拉削專用刀具。缸體缸孔鏜削采用雙工位、機(jī)床主軸內(nèi)置式、軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)推拉桿結(jié)構(gòu)，往走刀-精鏜，復(fù)走刀-精鏜，切削速度達(dá)800m/min。高速、高效刀具結(jié)構(gòu)不勝枚舉。
d.高速專用數(shù)控機(jī)床。現(xiàn)用于加工轎車發(fā)動(dòng)機(jī)變速器等關(guān)鍵零件的多數(shù)加工工藝，突破了傳統(tǒng)的加工理念，機(jī)床也突破傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)型式。概括講，其機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以各種高速多刀，專用成型刀具和加工工藝為主導(dǎo)，以滿足整條生產(chǎn)線各加工工位，加工工序生產(chǎn)節(jié)拍均衡及穩(wěn)定的質(zhì)量與精度要求，在一次往復(fù)走刀過程中，高速加工發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器各種零部件而構(gòu)成設(shè)計(jì)和制造的。對(duì)機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)，質(zhì)量與精度、零部件的材料性能等技術(shù)參數(shù)，根據(jù)各加工工位、工序的具體要求，分解成各個(gè)單一的指標(biāo)，因而機(jī)床的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)捷，數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。其加工技（Know How）數(shù)據(jù)庫固化在數(shù)控系統(tǒng)中，因而這些機(jī)床一般都具有動(dòng)態(tài)剛度好、主軸回轉(zhuǎn)和行程定位精度高的特性。機(jī)床主軸一般在6000r/min以下，快進(jìn)在 20m/min以內(nèi)。
由于種種原因，我國(guó)一些高速加工技術(shù)基礎(chǔ)共性技術(shù)研究沒有優(yōu)化，集成和推廣應(yīng)用。國(guó)內(nèi)企業(yè)大都從外國(guó)引進(jìn)高速加工設(shè)備（技術(shù)），存在差距理所當(dāng)然。主要表現(xiàn)在零件毛坯制造技術(shù)，高速刀具技術(shù)，高速機(jī)床技術(shù)以及生產(chǎn)技藝數(shù)據(jù)庫等方面的差距。
?。?）高速加工技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)及應(yīng)用前景
機(jī)床技術(shù)的發(fā)展，就是滿足零件（產(chǎn)品）的生產(chǎn)過程中有關(guān)零件精度（質(zhì)量）、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本、刀具（工具）軌跡及其他特種性能等各方面的技術(shù)要求。機(jī)制科技領(lǐng)域里，零件、刀具與機(jī)床三者技術(shù)連體，研討高速加工技術(shù)時(shí)要三位一體系統(tǒng)分析、考察；在當(dāng)今信息時(shí)代，研討高速加工技術(shù)必須要涉及到信息技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、經(jīng)營(yíng)管理技術(shù)及系統(tǒng)工程技術(shù)。
在全球一體制造環(huán)境里，高速加工系統(tǒng)工程技術(shù)必然在各類制造企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，主要在以下幾個(gè)方面取得進(jìn)步和發(fā)展。
a.零件毛坯制造技術(shù)：快速成型，少、無切削加工。
b.刀具技術(shù)：超硬、高速、干式切削、復(fù)合刀具。
c.機(jī)床技術(shù)：高速、復(fù)合加工中心模塊化。
d.自動(dòng)生產(chǎn)線：柔性、敏捷制造工程技術(shù)。
e.測(cè)量技術(shù)：數(shù)字化、圖形處理、隨機(jī)高速測(cè)量技術(shù)。
f.網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：寬帶網(wǎng)及網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)。
4 結(jié)束語
近幾十年來，機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展很快，各種新技術(shù)在不斷發(fā)展和應(yīng)用。尤其是以數(shù)控機(jī)床發(fā)展為先導(dǎo)，即以數(shù)控機(jī)床專機(jī)化或者是以專用機(jī)床數(shù)控化來解決柔性和高效率的矛盾。目前，汽車零部件的生產(chǎn)大多采用高速加工中心組成的敏捷生產(chǎn)系統(tǒng)。歐美及日本等國(guó)不僅掌握了設(shè)備制造的專用技術(shù)，而且都非常重視汽車制造工藝流程的開發(fā)，他們能夠?qū)崿F(xiàn)交鑰匙工程，擁有自己的系統(tǒng)開發(fā)能力，機(jī)床可靠性指標(biāo)極為先進(jìn)，制造成本不斷降低，新產(chǎn)品投放周期大大縮短。
汽車制造機(jī)械加工技術(shù)的研究應(yīng)用及裝備本地化是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)和機(jī)床產(chǎn)業(yè)共同的歷史使命。目前我國(guó)機(jī)加工新技術(shù)的研究應(yīng)用發(fā)展很快，有一批設(shè)備廠家生產(chǎn)的裝備已接近國(guó)際先進(jìn)水平，如東風(fēng)公司設(shè)備制造廠生產(chǎn)的PM400II高速加工中心，大連億達(dá)，沈陽數(shù)控等廠家生產(chǎn)的加工中心及專用數(shù)控自動(dòng)線都已應(yīng)用到先進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)總成的零件加工，重慶機(jī)床廠生產(chǎn)的數(shù)控齒輪加工設(shè)備也大量用于高速齒輪加工，還有國(guó)內(nèi)很多機(jī)床廠已生產(chǎn)出用于生產(chǎn)的接近國(guó)外水平的各種數(shù)控機(jī)床產(chǎn)品，他們已經(jīng)掌握了生產(chǎn)線集成技術(shù)。我們相信，緊緊抓住汽車產(chǎn)業(yè)20年大發(fā)展的戰(zhàn)略發(fā)展機(jī)遇，加速汽車制造技術(shù)及裝備創(chuàng)新體系建設(shè)，國(guó)內(nèi)機(jī)床制造商真正樹立以用戶為中心的市場(chǎng)持續(xù)改進(jìn)的思想，我國(guó)的汽車制造技術(shù)和裝備水平趕超先進(jìn)發(fā)達(dá)國(guó)家就指日可待了。
（轉(zhuǎn)載）
