零缺陷的孔加工技术

　　汽车安全产品是按照严格的标准而设计的，即使一百万分之一的次品率或许就是100%的缺陷，这就要求安全产品生产商必须确保零件的零缺陷。先进的机床系统为些提供了强有力的保障。

　　随着汽车工业的发展，人们对汽车安全性能的要求也越来越高，为汽车配备了如安全气囊、ABS和安全带等越来越多的安全装置。对于安全产品的制造商而言，优秀的机床系统为实现汽车零件的零缺陷提供了保障。

　　American TurnedProducts公司(以下简称"ATP公司”)自1984年起就开始供应汽车零部件产品，目前其汽车零部件的销售额约占公司总销售额的70％。据ATP公司的制造副总裁Harry Eighmy先生介绍，现在的汽车要求零部件供应商必须具备严格控制加工尺寸和精度的能力。加工工艺在不断提高，用户也要求更紧密的制造公差和更好的表面粗糙度。一般来说，目前的加工公差仅相当于10年前的1／2～1／3。

　　就在几年前，ATP公司还一直在使用传统的油石珩磨加工设备。在一次国际金属加工技术展览会上，他们发现了采用多把金刚石镀层刀具的单行程的孔加工机床。与ATP公司当时使用的设备相比，由ENGIS公司制造的多刀加工系统具有十分显著的工艺优势。

　　ATP公司原来使用的珩磨加工设备有一个旋转的珩磨头，在加工过程中，珩磨头在孔中往复运动，每次冲程珩磨头在孔直径方向上膨胀。珩磨油石(或叫珩磨工具)由很细的磨料做成，磨损较慢，可以较好地控制孔的加工尺寸和表面粗糙度。

　　而单行程的孔加工机床具有多把实体的圆柱形刀具，每把刀具的尺寸依次递增。相比而言，油石加工是用一把直径膨胀式的刀具反复多次地通过被加工孔来进行加工，单行程方式是用一系列尺寸递增的金刚石镀层刀具一次通过被加工孔来进行加工。

　　尽管金刚石刀具听起来比较昂贵，但实际上，与传统的珩磨加工工具相比它要便宜得多。金刚石刀具不仅具有很高的耐磨性，而且其磨损被分布到所有的刀具上(根据不同的加工应用，最多可达8把)，这样每个加工零件的最终加工状态更加一致，更换刀具所必需的停机时间更短，生产效率更高。

　　典型的工艺过程为：把加工零件放置在回转工作台的夹具上，当加工零件转至第一工位时，第一把刀具做一次单行程的加工；零件转至第二工位时，第二把直径稍大的刀具做相应的加工；零件继续旋转，直至所有刀具加工完毕。随着工作台的每次旋转，每个工位都有相应的零件被加工，同时会有一个产品加工完成。

　　正如大多数的金属加工过程，机床仅仅是孔加工工艺的一个因素，其他如刀具系统、工装夹具、冷却液、加工零件的上下料等，也必须考虑周全。因此，ENGIS公司的销售代表与用户一起工作，明确所要完成的加工应用，推荐可使效率最大化的加工方式、零件夹具系统、加工用冷却液、零件检测和自动配置选项等。此外，
ENGIS公司还能够为客户提供交钥匙工程，以确保最大的生产效率和最小的错误。

　　因此，当ATP公司接到加工1215合金的淬火零件的大订单时，他们完全依赖于配备自动上下料的“交钥匙”机床，在直径为25.4mm、长度为50mm的零件上精加工35mm深的盲孔，确保加工孔尺寸公差为0.01mm，表面粗糙度为0.7μm。

　　ATP公司生产的大多数零件都是钢制材料，在精加工孔之前，这些零件都要先进行热处理，因而孔加工设备都集中布置，而没有放在相应的生产线上。目前，该公司有2台ENGIS的半自动孔加工机床和1台自动加工系统用于汽车零部件的生产。

　　自动加工机床和手动机床在加工相同的零件时，前者的自动上下料包并不昂贵，大约仅是后者的一半，并且二者的占地面积相当，两台机床的加工节拍都分别为9s，但是自动加工机床可以连续运转。研究结果表明：应用自动加工机床可使生产效率提高30％-40％。

图1 自动孔加工机床帮助ATP公司实现了汽车零件的零缺陷生产

　　自动加工机床排除了人为过失，保证了每个零件在完全相同的状态下进行加工，这是目前能确保实现零缺陷加工的唯一方法(如图1所示)。

　　机器人上下料

　　在自动上下料系统中，离散的热处理零件由滚动进料器送进传送道，一个小型的FANUC机器人在机床前端的操作者位置上，从传送道上取下工件，然后送到机床回转工作台的上料工位的夹具夹头中(如图2所示)。

　　机床回转工作台将这个发动机调速零件带到不同的加工工位。这样，一个零件经过6把直径逐渐加大的单行程的金刚石孔加工刀具。当零件转至下料工位时，机器人将它从夹具夹头中移至检测工位。如果零件在合格范围内，零件将通过检测工位至卸料传送带，最终将被送到机床围栏外的收集筐中。

　　ATP公司所要求的加工孔尺寸公差为0.01mm，表面粗糙度为0.7μm，而这个自动孔加工机床保证了更高的尺寸公差(0.0025mm～0.005mm)和更好的表面粗糙度(0.25μm～0.3μm)。

　　基于自动孔加工机床优良的性能，ATP公司计划购置更多的自动机床。目前，该公司的两台手动机床主要用于生产小批量零件。ATP公司正计划用自动上下料包翻新其中的一台设备，同时再添置一台自动机床，新机床将安置在现有机床的旁边，原来的两个机床操作工人将负责第4台机床的操作。这就意味着该公司在不增加劳动力成本的条件下，可使孔的加工效率提高50％。

图2  六轴孔加工机床由一个随机配置的机器人进行自动上下料

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