汽车零部件制造工艺装备智能化凸显

汽车工业是国民经济的一大支柱产业。经过了前几年的火爆场面后，近两年已趋于理性回归。从国产汽车销量看，供过于求，汽车制造业的发展由突飞猛进而转为正常的行进速度。这给汽车零件制造业也带来喘息的机会，甚至有的企业处于生产的淡季，从而促使企业走向转型升级。利用这一升级改造的机会，夯实企业的实力，争强后劲，提升企业的竞争与生存能力，缩小与国外同行业的差距。然而，这种企业转型升级，除了企业人员素质、管理、质量、工艺手段等诸方面的提升，而最关键的是汽车零部件制造手段的提升，即制造设备的升级改造。这才是汽车零部件企业转型升级的真正意义所在。

目前汽车零部件制造设备使用情况

中国是汽车使用大国也是制造大国，载重汽车、小轿车的生产能力总体上看比较强势，但在汽车零部件制造的设备制造上看，与国外还有一定的差距。对载重汽车制造而言，20世纪80～90年代的制造设备有的依然还在服役，国产的组合机床及其自动线还在发挥作用。不得不承认，这些设备的技术水平和加工精度都或多或少存在不足之处。由于组合机床及其自动线为刚性加工线，企业要想完全改造升级难度相当大，不改，从根本上解决不了设备落后的状况。而纵观轿车制造业，这些年由于与国外合资合作，新车型的不断更新变化，汽车零部件的生产设备也较为先进，大都采用了数控柔性加工自动线，而这些关键设备，也大都是国外产品。如大功率发动机生产线的CINCINNTI LAMB公司的HPC80hp加工中心，CROSS HULLER公司的“啄木乌”加工中心，以及MAZAK公司新一代UH型加工中心等都是较为先进的设备。

如某轿车制造商，ACTECO发动机的一期缸盖线和缸体线均由德国CROSS HUELLER公司总承包，缸盖线由18台高速加工中心、清洗机、拧紧机、试漏机、压装机等组成的柔性生产线，可生产各种款型的汽、柴油发动机的缸盖。缸体线由13台高速加工中心、珩磨机、清洗机、拧紧机、试漏机、压装机、打号机、MARPOSS最终测量机、ZEISS精密三坐标机、装配机等组成柔性生产线，加工中心采用桁架机械手自动上下料。而二期则由德国的LELLER公司总承包缸盖增加了10台高速加工中心，缸体增加了19台高速加工中心，这条缸体生产线线采用了敏捷制造技术，工艺上采用刚性钻孔、刚性攻螺纹、CBN刀具、金刚石刀具、平顶珩磨等世界领先技术。

在大众一汽发动机（大连）有限公司的车间中，有包括四大零部件生产线和总成装配线，即缸体、缸盖、曲轴和凸轮轴四大机加生产线。其中，缸体生产线的机械加工设备既有柔性化很高的加工中心设备，也有稳定性很高的加工自动线设备。加工过程中为每一个缸体安装一个数据载体，将加工信息写入数据载体内，具有很强的可追溯性和监控性。加工中心主要采用德国GROB公司的G500系列加工中心，其中包括单主轴的G500加工中心，双主轴的G520加工中心。加工中心单元工件输送主要采用桁架机械手，并1次性抓取2个工件。

缸盖生产线全部采用德国GROB公司生产的加工中心连线，柔性程度非常高，并且采用了复线布置方式，使缸盖的生产效率大大提高。结合滚道、桁架机械手、横向可转位机械手、抬起步伐等设备，整线的缸盖加工效率为2min/件。加工中心满足高精度、高质量标准要求的柔性双主轴GROB加工中心。其中包括单主轴的G300加工中心，双主轴的G320加工中心。

上述提及的用于制造发动机缸体和缸盖的生产线，代表了当今先进的技术水平。它具体体现了如下技术：

（1）柔性制造技术：采用CNC机床和自动化技术，柔性制造系统，设备采用模块化设计，能同时生产多个结构不同的产品。

（2）高速加工技术：应用高速加工中心机床及高速刀具技术等大幅提高切削效率，主要涉及到信息技术、自动化技术、经营管理技术及系统工程技术。

（3）高速高效刀具技术：主要表现在使用了高性能的材料的刀具，实现高速切削。

（4）珩磨新技术：如发动机缸体缸孔激光造型珩磨、模块化珩磨、柔性夹具，珩磨头自动更换等。这些与目前一些汽车制造商还使用组合机床及其自动线是一个明显的对比。

应该说，组合机床在汽车大批量生产中发挥了相当大的作用，曾为汽车制造也立下了汗马功劳。而今，由于汽车发动机更新快，品种多，以及数控机床的崛起，组合机床及其自动线越来越被冷落，并有逐步退出历史舞台的迹象。一些发达国家，已经不再使用组合机床了。而我国，还有许多该类设备服役，且设备加工精度及机床的技术水平远远落后与当今的柔性加工线。加工6缸缸体的镗缸孔组合机床自动线。

对于汽车发动机而言，关键零件并不只是缸体和缸盖，曲轴、连杆、活塞、缸套、凸轮轴等亦均属之。目前，曲轴的加工也因汽车产品的产量和品种，采用的设备及工艺方法不尽相同。附表所列是加工曲轴的一个典型工序，不难看出，小小的曲轴，加工水平也不可小视，而且设备品种多，除了加工中心，大都采用特殊的加工机床，如滚压机床、外铣机床、曲轴磨床等，这些均由曲轴的结构特点所决定。

国产设备与国外的差距

国产汽车的制造水平和能力与国外仍存在较大差距，其根源在于汽车发动机缸体、缸盖、缸套、曲轴、活塞、连杆和凸轮轴等关键零件的加工技术国外先进水平有差距。

柔性自动线是高效高精加工汽车发动机关键零件不可或缺的重要装备。随着市场竞争的日趋激烈和市场需求的日益多样化，原有的单一品种、大批量生产的刚性生产线不能适应多品种、变批量生产方式的需要。1967年，英国Molins公司研制出世界上第一条柔性制造系统（FMS）后，柔性自动线在发动机关键零件加工中被人们广泛关注，各大型汽车生产厂家纷纷量身打造适合自己的生产线。采用国外先进技术和先进装备，按照高效、高精、高可靠性、柔性、多品种、多工序等原则制定发动机关键零件的加工工艺方法和自动线加工流程，以缩短新型发动机研发周期，满足全球汽车行业的飞速发展需求。但总体上看，我国汽车发动机关键零件加工柔性自动线与欧美发达国家先进加工技术水平相比仍存在较大差距，主要表现在：

（1）对高速数控加工工艺系统的动力学性能和稳定切削参数域的了解不够深入，无法形成具有工程化应用价值的高速高精加工工艺技术规范，难以充分发挥柔性自动线中单机的性能。

（2）对高速数控切削参数优化问题的研究不够系统，无法获得刀具、切削参数、机床等信息的制造资源库，难以提供合理的切削工艺参数以支撑汽车发动机关键零件柔性自动线的高效高精加工。

（3）自动线中装备的柔性不够，导致汽车发动机关键零件加工成本高、加工效率低，难以适应同类零件多品种系列化生产要求。

（4）为了提高多工位生产线上零件的加工精度，必须利用多传感器信息融合技术在线检测工件坐标系与机床坐标系的相对位置，并进行误差补偿，提高零件加工精度。

我国汽车发动机关键零件加工装备技术经历了技术的引进、消化吸收、自主开发及产业化等几个阶段。经过近几十年的不懈努力，我国在汽车发动机关键零件加工装备关键技术方面取得了明显进步，部分加工技术指标达到目前国际先进水平，为我国高档数控机床产业的发展奠定了基础。然而，在某些关键核心技术——高效、高精、柔性、功能、性能和可靠性等方面与国外先进水平仍存在较大差距，总体技术水平仍然落后，汽车发动机关键零部件加工柔性自动线还没有真正实现产业化。

目前，日本、德国和美国靠其掌握的高档数控机床核心技术，形成了技术和市场的垄断局面，国际市场占有率达90%以上，我国汽车发动机生产厂的柔性生产自动线，几乎全都从国外进口，庞大的中国汽车制造市场，高档机床和关键工序的关键机床被国外机床厂家垄断，严重阻碍了国产汽车发动机关键零件高档数控加工装备的发展。例如：缸体、缸盖的工艺创新不足，对发动机的机理了解的不够透彻，在机位置检测的缸体孔系高精、高效加工技术还只是起步阶段；高精度缸体三轴孔的精镗保证技术尚不成熟；精铰缸盖导管孔、精车（铰）座圈孔加工技术等工艺还停留在传统的制造水平上，很少采用加工中心进行加工。再比如：对于曲轴零件的加工，目前国内的专业生产曲轴的龙头企业，其生产方式还停留在半自动生产线生产的水平上，一般粗加工和半精加工采用数控机床和专用数控机床，油孔钻床、圆角滚压采用进口设备，最终的精加工采用进口随动磨床。

总的来看，生产效率、自动化程度较低，质量不稳定。尽管这些企业也在尝试着按照国际上先进的生产方式，利用内铣、外铣、车－车拉机床进行粗加工和半精加工，使用油孔钻床进行油道孔的加工，使用圆角滚压机床进行曲轴大圆角的滚压，利用随动磨床进行最终的精加工，并考虑实现柔性全自动生产。但目前这些机床国内还没有成熟的产品，尤其是外铣机床、车－车拉机床、圆角滚压机床、随动磨床等根本就没有质量过关的产品，均需要花费昂贵的资金从国外进口，同时国内的自动线技术也不过关。所有这些都严重地制约了我国曲轴加工制造技术的进一步发展。

对设备供应商的建议

现代汽车制造（特别是轿车）生产线的工艺装备已经进入柔性化时代，它由数控机床和智能工具组成。对机床的主要要求是高速度、高精度、高精度保持性（高机床工程能力指数Cm/Cmk和高可靠性）。用于发动机生产线的高速加工中心，快移速度已达60～100m/min，加速度达0.6～1.5g，主轴最高转速达8 000～15 000r/min，定位精度/重复定位精度——工作台在1m以下为8μm/4μm（VD I标准），工作台1m以上为10μm/5μm（VD I标准），主轴普遍应用电主轴，进给运动普遍采用直线电动机。刀具材料的选用必须与机床的性能相适应，以超硬刀具材料为主。采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷、TiCN涂层刀具材料加工高强度铸铁件，铣削速度2 200m/min；采用PCD、超细Si-Al铸造件，铣削速度达2 200m/min，钻、铰速度达80～240m/min。

针对我国在汽车发动机关键零件高效、高精加工柔性自动线开发方面的落后状况，希望设备供应商应加速汽车制造用高档数控机床和柔性生产线的设计、制造、实验、测试能力的提升，提高我国汽车制造业的自主装备水平。

结语

近几十年来，机械加工技术的发展很快，各种新技术在不断发展和应用。尤其是以数控机床发展为先导，即以数控机床专机化或者是以专用机床数控化来解决柔性和高效率的矛盾。目前，汽车零部件的生产大多采用高速加工中心组成的敏捷生产系统。欧美及日本等国不仅掌握了设备制造的专用技术，而且都非常重视汽车制造工艺流程的开发，能够实现交钥匙工程，拥有自己的系统开发能力，机床可靠性指标极为先进，制造成本不断降低，新产品投放周期大大缩短。国内机床制造商应加速汽车制造技术及装备创新体系建设，真正树立以用户为中心的市场观念，我国的汽车制造技术和装备水平赶超先进发达国家就指日可待了。

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