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I/O 設(shè)備

汽車零部件制造推動機(jī)床技術(shù)革新

2025China.cn   2009年11月24日
        在最近一次召開有關(guān)汽車裝備的論壇上，中國汽車工程學(xué)會裝備部部長陳長年就汽車發(fā)展對機(jī)床裝備的需求談了自己的看法：“汽車制造的水平和質(zhì)量取決于裝備水平，同時，汽車工業(yè)的國際競爭力又取決于裝備的先進(jìn)性和制造成本?！?
　　“汽車裝備支撐著汽車產(chǎn)業(yè)和機(jī)床產(chǎn)業(yè)的半邊天?！睂τ谶@個說法，陳長年認(rèn)為有三個理由：
　　“第一，我國汽車業(yè)消費(fèi)約占裝備制造業(yè)產(chǎn)值和利潤的一半；第二，從2002年開始，中國汽車產(chǎn)業(yè)首次超過電子產(chǎn)業(yè)，成為拉動工業(yè)增長的第一動力；第三，汽車工業(yè)的發(fā)展既依賴于機(jī)床工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，又引領(lǐng)機(jī)床工業(yè)的發(fā)展。近十幾年來，我國汽車工業(yè)已經(jīng)成為機(jī)床消費(fèi)主體，約占我國機(jī)床消費(fèi)總量的70%。同時，汽車工業(yè)投資的一半以上又用于購買金屬加工機(jī)床，其中進(jìn)口機(jī)床約占80%?！?
　　回顧汽車的發(fā)展歷史，不難看出先進(jìn)裝備以及制造工藝在其中的作用。
　　上個世紀(jì)，組合機(jī)床自動線以其高效率統(tǒng)治了汽車工業(yè)的生產(chǎn)。伴隨汽車工業(yè)競爭加劇，汽車產(chǎn)品更新?lián)Q代周期從幾十年縮短到3～5年，組合機(jī)床自動線由于缺乏柔性而無法適應(yīng)。20世紀(jì)80年代，美國汽車巨人福特與機(jī)床巨人INGERSOLL合作，研制了集高柔性及高效率于一身的高速加工中心。柔性自動生產(chǎn)線的問世，加快了汽車產(chǎn)品的更新?lián)Q代，提高了企業(yè)的效率和靈活性，這就是現(xiàn)在我們可以看到每年有幾十種新車上市的原因之一。
　　引爆第三次發(fā)動機(jī)技術(shù)革命
　　陳長年認(rèn)為，隨著技術(shù)進(jìn)步，汽車發(fā)動機(jī)的研發(fā)速度將越來越快，新品開發(fā)周期從30個月縮短到13個月，同時，日益發(fā)展的多樣性需求，使車型數(shù)量急劇增加；同時在發(fā)動機(jī)市場競爭愈發(fā)激烈的情況下，生產(chǎn)批量的不確定性增大。而目前流行的柔性自動線，由于價格昂貴，又使得汽車制造業(yè)的投資風(fēng)險加大，同時，產(chǎn)能過剩矛盾日益突出。這正是第三次發(fā)動機(jī)制造技術(shù)革命的背景。
　　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。滿足變品種、變批量的需要，兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和市場快速反應(yīng)能力；同時，也在探討以制造系統(tǒng)的革命來解決產(chǎn)能過剩的世紀(jì)矛盾。
　　因此，陳長年判斷醞釀中的發(fā)動機(jī)制造技術(shù)第三次革命正在到來。而這場技術(shù)革新也必將是由先進(jìn)的機(jī)床加工技術(shù)引爆?？芍貥?gòu)制造系統(tǒng)RMS或許可以成為導(dǎo)火索。
　　可重構(gòu)制造系統(tǒng)RMS在1998年被美國國家研究委員會列為未來20年制造業(yè)必須優(yōu)先解決的十大關(guān)鍵技術(shù)之首。
　　RMS著眼于制造系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的快速調(diào)整能力，原理是通過對制造系統(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)或生產(chǎn)批量變化的市場環(huán)境。由此也誕生了可重構(gòu)機(jī)床RMT。RMT由標(biāo)準(zhǔn)化的模塊組成。與傳統(tǒng)模塊化機(jī)床（如組合機(jī)床）本質(zhì)性區(qū)別是它在使用中的可重構(gòu)性。RMS的結(jié)構(gòu)和布局可依需要在用戶現(xiàn)場快速重組。
　　據(jù)此日本馬扎克公司開發(fā)出了分型制造系統(tǒng)。其實質(zhì)是“單臺套件生產(chǎn)”，即可以應(yīng)對各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案。其原理是“一次裝卡完成加工”。即用幾臺INTEGREX機(jī)床，分別完成發(fā)動機(jī)五大件全部加工，進(jìn)行“套件生產(chǎn)”，并隨即裝配成一臺發(fā)動機(jī)。使得在發(fā)動機(jī)設(shè)計完成后即可以用最小的投資、最快的速度生產(chǎn)出來。非常適用于新發(fā)動機(jī)研發(fā)，分型制造系統(tǒng)把復(fù)合性機(jī)床技術(shù)的軟件、硬件發(fā)揮得淋漓盡致。
　　分型制造系統(tǒng)工藝特點是工序集中型，一臺機(jī)床“獨立”完成全部加工，在生產(chǎn)批量加大時增加機(jī)床，并配備物料存儲和傳送裝置。設(shè)備排列特點是并聯(lián)式，一臺機(jī)床故障，生產(chǎn)線照常運(yùn)行。
　　陳長年認(rèn)為，分型制造系統(tǒng)可以應(yīng)對各種不同零件加工的通用性模塊生產(chǎn)方案，比較適合多品種小批量多樣式的生產(chǎn)。但如果上批量效率優(yōu)勢就不是很明顯了。
　　多樣化汽車時代提出新要求
　　多品種大批量制造系統(tǒng)是多樣化時代新生的汽車零部件制造系統(tǒng)，是制造技術(shù)應(yīng)對兼顧多樣性和經(jīng)濟(jì)性要求的最新技術(shù)創(chuàng)新。
　　多品種大批量制造系統(tǒng)包括工件送進(jìn)式機(jī)床和緊湊型柔性自動流水線。至今只有兩家德國公司能夠提供成熟的技術(shù)，但只適用于小型復(fù)雜零件的多品種大批量制造。一個是德國Ex-Cell-O公司開發(fā)的兼有組合機(jī)床和加工中心特性的XG系列加工中心；另一個則是德國Witzig&Frank公司的緊湊型柔性自動流水線。
　　對于專業(yè)變速器廠和發(fā)動機(jī)缸蓋廠，由于面對不同用戶的要求，必須提供中等尺寸和重量的變速器殼體和發(fā)動機(jī)缸蓋的多品種變批量制造系統(tǒng)。瑞典MODIG公司的工件送進(jìn)式制造單元TransFlex，是對機(jī)床運(yùn)動方式的顛覆式創(chuàng)新。我國企業(yè)正在進(jìn)行技術(shù)引進(jìn)。預(yù)計2010年左右可提供產(chǎn)品。
　　工件送進(jìn)式機(jī)床也稱為工作臺倒置式機(jī)床。原理是：主軸裝于機(jī)床上部并攜帶工件倒置。各個運(yùn)動軸（3~5軸）全部或大部集中于主軸。刀具裝于機(jī)床下部，加工時主軸按數(shù)控軟件指令將工件運(yùn)送到刀尖。
　　陳長年介紹說，這類機(jī)床最早出現(xiàn)于十幾年前的“倒立車”。而工件送進(jìn)式機(jī)床在此之上又有了革命性發(fā)展：從立車式發(fā)展到加工中心式；具有一組排列式刀具、或動力刀具軸。這些刀具皆為模塊化的，根據(jù)加工要求設(shè)置，加工對象變更時更換刀具很方便。如放置臥式數(shù)控車床的轉(zhuǎn)塔刀架，轉(zhuǎn)塔轉(zhuǎn)位就實現(xiàn)了換刀，轉(zhuǎn)塔刀架中還可以包含動力刀架，如銑刀軸、占頭軸、絲椎軸等，還可放置獨立的大功率銑刀軸、外圓磨頭、內(nèi)圓磨頭、珩磨頭、激光頭、直刀齒輪、渦輪滾刀軸等。這樣一臺多功能或復(fù)合加工機(jī)床就可實現(xiàn)除裝夾基面以外的全部加工。不再只限于加工回轉(zhuǎn)體類零件，還可加工非回轉(zhuǎn)體類零件，即菱柱體類零件，如板、殼、箱體、缸蓋等及其它異形零件。
　　他認(rèn)為，工件送進(jìn)式機(jī)床有下列優(yōu)點：一是可實現(xiàn)自動上下料，不需絲毫額外的投入，從而由單機(jī)升級為制造單元，實現(xiàn)自動化無人生產(chǎn)。同時排屑方便，適合于大批量自動化生產(chǎn)。
　　二是加工對象變更時可快速調(diào)整：工件與刀具相對位置及其精度靠智能數(shù)控軟件保證，既節(jié)省了定位和對刀時間，又在加工對象變更時很容易調(diào)整，適合新產(chǎn)品研發(fā)和量產(chǎn)。此外，在加工對象變更時還可變更模塊化刀具。
　　三是夾具相對簡單，原則上不需設(shè)計制造復(fù)雜的專用夾具。因而加工新品的周期大大縮短，費(fèi)用大大降低。同時換刀時間短，省略了傳統(tǒng)加工中心換刀的大部分動作，因而節(jié)省了換刀時間。
　　同時，由于工件與刀具的運(yùn)動鏈大為縮短，簡化了機(jī)床結(jié)構(gòu)，降低了機(jī)床各部件間相對位置精度要求，因而降低了機(jī)床制造難度。
　　除此以外，一般一臺工件送進(jìn)式機(jī)床可以滿足生產(chǎn)節(jié)拍一分鐘左右的要求。顯然投資小的多，也不存在產(chǎn)能過剩問題。如果生產(chǎn)節(jié)拍要求更短，可以再加一臺工件送進(jìn)式機(jī)床，以此類推。與傳統(tǒng)生產(chǎn)線相比，省略了工件自動傳輸系統(tǒng)，占用車間面積小，安裝費(fèi)用低。
　　除了工件送進(jìn)式機(jī)床，多品種大批量制造系統(tǒng)還有緊湊型柔性自動流水線。相對于傳統(tǒng)柔性自動流水線來說，其物流系統(tǒng)（原材料處理、存儲、上下料裝置、機(jī)床間工件傳輸裝置）十分簡約，工作臺（托盤）、八角頭回轉(zhuǎn)刀庫也十分簡約。
　　德國Witzig&Frank公司的TRI鄄FLEX是一條占地面積很小的緊湊型柔性自動流水線，由圍繞在中央集中式物流裝置四周的4臺模塊化加工中心組成。適合小型精密汽車零部件多品種大批量流水線生產(chǎn)。上料機(jī)器人將毛坯送到中央集中式物流裝置，然后至第一臺加工中心。在完成這道工序后，中央集中式物流裝置只需旋轉(zhuǎn)90度（如配置6臺加工中心則旋轉(zhuǎn)60度），即可將置于其上的工作臺（托盤）送到第二臺加工中心，依此類推，完成全部加工。每臺加工中心都按節(jié)拍流水加工，每一生產(chǎn)節(jié)拍（以分秒計算）都會生產(chǎn)出一個零件。

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