組合機床在汽車零部件加工中的應用及發展方向

郭紅剛

【摘 要】隨著電子技術和機械工業的飛速發展，組合機床、數控機床、三維打印等先進機床已逐步得到廣泛應用。特別是組合機床，在不斷吸取新技術成果的基礎上得到了完善和發展，在汽車零部件的加工中扮演著重要角色。

【關鍵詞】汽車零部件；組合機床；發展

一、組合機床的分類及構成

組合機床是按系列化、標準化原則設計的通用部件以及按被加工工件形狀和加工要求而設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、回轉工作臺式和回轉鼓輪式。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用

由于組合機床生產效率高、可靠性強，在我國的汽車零部件制造領域得到了廣泛應用。

1.回轉多工位組合機床。

回轉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對工件的幾個面進行加工，此外，還可以通過轉位夾具（在回轉工作臺機床上）或通過轉位、翻轉裝置（在自動線上）實現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。而應用十工位回轉組合機床可對發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。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、孔徑精度都達到設計要求。

后橋殼作為汽車驅動后橋的支撐部件，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一步實現自動攻絲工序，大幅提高了生產效率。 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使組合機床隨性夾具沿導軌往復移動，可實現多工位加工。如差速器殼行星軸孔的加工。一工位實現鉆擴工序，二工位實現鉸孔工序。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用。其由鏜削頭、液壓輔助夾緊系統、控制系統等組成。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用。如橋殼環焊縫焊接組合機床、橋殼中段直焊縫焊接組合機床。其主要由焊槍系統、伺服電機、滾珠絲杠傳動、翻轉系統、氣動元件、控制系統等組成，焊接效率高、質量穩定。

三、組合機床的發展方向

現代組合機床和自動線作為機電一體化產品，它是控制、驅動、測量、監控、刀具和機械組件等技術的綜合反映。而主要用戶汽車和內燃機等行業的迅速發展，則有力地推動和激勵了組合機床由過去的“剛性”結構向“柔性”化方向發展。

1.廣泛采用數控技術。

隨著技術的不斷進步，數控技術被應用于多工位主軸箱、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）、數字控制（NC）等，能任意改變工作循環控制和驅動系統，并能靈活適應多種加工的可調可變的組合機床。提高了組合機床的工作的靈活性、可靠性和加工精度。

2.加工節拍進一步縮短。

縮短加工節拍，主要是通過縮短基本時間和輔助時間來實現的。

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、加工模塊快速引進以及加工模塊由快進轉換為工進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60m/min或更高些，加工模塊快速移動速度達40m/min。

3.柔性化進展迅速。

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

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

單坐標加工模塊由數控滑臺和主軸部件（或多軸箱，包括可換多軸箱）組成。雙坐標加工模塊由數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構形式，但基本上可分為自動換箱式多軸加工模塊、轉塔式多軸加工模塊和回轉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行工件的自動上下料，用于工件的轉位或翻轉。為搬運不同的工件，可在自動線旁設置手爪庫，以實現手爪的自動更換。夾具配備伺服驅動裝置，以適應工件族內不同工件的自動夾緊。

4.加工精度日益提高。

汽車制造業為增強其汽車的競爭力，不斷地加嚴其關鍵件的制造公差，并通過三坐標及計算機輔助測量和分析方法，以及通過設備能力檢驗來提高其產品的質量。目前，在驗收組合機床和自動線時，已普遍要求設備的工序能力系數要大于1.33，有的甚至要求工序能力系數要大于1.67，以便確保穩定的加工精度。應指出，采用Cp≥1.33來驗收設備，這實際上是加嚴了工件的制造公差，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，進一步提高了主軸部件、鏜桿、夾具（包括鏜模）的精度。

四、結論

組合機床是現代制造工程的關鍵設備之一。現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設備還有相當大的差距，因此努力實現組合機床技術裝備高速度、高精度、柔性化、模塊化、可調可變、任意加工性以及通信技術的應用將是今后的發展方向。