高速加工在國外汽車生產(chǎn)線上的應用實例
發(fā)布日期:2012-08-29 蘭生客服中心 瀏覽:4316
撰稿:蘭生數(shù)控機床銷售有限公司 范琪
美國 GM 發(fā)動機總廠的應用實例在大批量生產(chǎn)中,加工速度越快,效益越高。對于大批量汽車生產(chǎn),剛性生產(chǎn)線的每一道工序的加工時間以秒計算,可以達到很高的生產(chǎn)率。但是最大的缺點是柔性差。對于產(chǎn)品更新速度很快的市場需求,具有柔性的高速加工生產(chǎn)線能夠取得更大的效益。對于比較小規(guī)模的生產(chǎn),高速加工的效益更明顯。下面的生產(chǎn)實例證明了這一點。
在美國密執(zhí)安州( Michigan ) Livonia 市的 GM 發(fā)動機總成( Powertrain )工廠,生產(chǎn)著著名的 V88 Northstar 發(fā)動機,采用的加工設備就是以高速加工中心為主。
在生產(chǎn)線上加工 VS 發(fā)動機缸體(圖 10-2 )、缸蓋和曲軸,年產(chǎn)量 20— 50 萬件。在生產(chǎn)這種新產(chǎn)品時,完全采用以臥式加工中心為主的柔性加工單元。整個生產(chǎn)線共 100 臺機床,其中加工中心 57 臺,都是日本 Makino 公司制造的 J88 型加工中心。這當中 30 臺用來加工缸蓋(圖10-3 ) , 21 臺加工機體, 6 臺加工曲軸。
采用高速加工中心組成柔性生產(chǎn)線的目的,一方面是提高加工速度,更重要的是提高生產(chǎn)線的柔性,以適應市場的變化。因此,他們稱之為敏捷制造生產(chǎn)線。
在高速加工生產(chǎn)線的六個位置上,一分鐘就可以完成缸蓋加工的全過程。
在加工 V88 發(fā)動機時,工件堆放在一起,機床并列擺放。一個大型機械手在頂上搬運工件。缸體(圖 10-4)和缸蓋依次通過八個加工中心,最后完成加工。兩分鐘完成一個缸體,一分鐘完成一一個缸蓋。加工過程嚴格按照生產(chǎn)節(jié)拍進行。
生產(chǎn)線上使用的加工中心參數(shù)為:
加工缸體和曲軸線上的九臺加工中心:主軸轉速 10000r / min ,主軸錐柄 HSK 100 (相當于 50 錐柄)。其他的加工中心:主軸轉速 14000r / min ,主軸錐柄 HSK63 (相當于 40 錐柄)。所有加工中心主軸功率均為 30kw ,絲杠的進給速度為
缸體和缸蓋都由鋁材制造,是適合高速切削的零件;而氣缸套和曲軸是鑄鐵材料,顯然加工要比鋁材難度大,這也是在生產(chǎn)線上加工節(jié)拍要嚴格控制的原因。盡管如此,加工效率比剛性生產(chǎn)線明顯高得多。在剛性生產(chǎn)線上,鏜、銑和鉆的加工進給速度只有 2 .
敏捷制造生產(chǎn)線的應用使生產(chǎn)準備時間減少了 6- 9 個月,因此,該公司近來又投人一條新的生產(chǎn)制動器的生產(chǎn)線。改變產(chǎn)品所需要的生產(chǎn)準備時間減少 50 %。
在剛性生產(chǎn)線上,準備時間往往要幾個月;在敏捷生產(chǎn)線上,準備的夾具要少得多,要求的準備時間也短得多。所要做的改變主要是修改加工程序。新機床設備的安裝調(diào)試也比剛性生產(chǎn)線快得多,主要的工作也是編制加工程序,而不是大量制造工裝夾具。工廠豐富的刀具庫給生產(chǎn)線的進一步擴展加工也創(chuàng)造了有利的條件。
敏捷生產(chǎn)線在改變生產(chǎn)能力上也具有很大的優(yōu)勢。增加和減少生產(chǎn)能力只需要加減機床就可以實現(xiàn),撤下來的機床可以用做別的產(chǎn)品加工。完全不像剛性生產(chǎn)線,產(chǎn)品一旦改變,專用機床很難移做它用。這種生產(chǎn)模式更有利于產(chǎn)品生命周期越來越短的市場競爭。
在評價柔性生產(chǎn)線的投資效益時,采用高速切削技術組成的柔性生產(chǎn)線的總投人雖然比剛性生產(chǎn)線高 40 %。但是它節(jié)約生產(chǎn)準備時間,便于產(chǎn)品換代,可以在同類產(chǎn)品中實現(xiàn)較小批量生產(chǎn),這些無法比擬的優(yōu)勢是其他任何形式的生產(chǎn)線都不具備的。
當然,建造敏捷制造生產(chǎn)線是件不容易的事。 GM 公司幾年來的經(jīng)驗表明,最大的問題是探索和學習,需要培養(yǎng)適應新生產(chǎn)線的專業(yè)隊伍,需要有經(jīng)驗的操作工人。他們說,敏捷制造生產(chǎn)線的成功與否, 80 %的因素是決定于人。
另外,高速加工的工藝參數(shù)的確定、使用的刀具和刀柄以及如何延長刀具的使用壽命等技術問題的解決,也應通過總結經(jīng)驗,才能逐步提高敏捷制造生產(chǎn)線的使用效率。
實踐證明,敏捷制造生產(chǎn)線在中等規(guī)模的生產(chǎn)中是具有強大生命力的。隨著高速切削技術的發(fā)展,今后可以適合更大規(guī)模產(chǎn)品的生產(chǎn)。進一步提高生產(chǎn)率的方法,一方面是提高加工速度,另一方面是盡量減少使用別的特殊設備,如磨床、衍磨機等。 GM 公司已經(jīng)實驗用加工中心進行一些磨削,并在進一步擴大使用。
2 .美國福特汽車公司應用實例
福特汽車公司和 Ingersoll 機床公司從 1985 年起合作,尋求能夠兼顧柔性和效率的汽車生產(chǎn)線方案。他們分析了組合機床高生產(chǎn)率來自多根軸同時加工,如果能采用高速加工,將一根主軸的加工中心的生產(chǎn)率提高多倍,例如 5 倍,雖然是順序加工,生產(chǎn)率就可以趕上五根軸同時加工的組合機床。
他們還認為,除了提高主軸轉速外,幾倍地提高機床直線行程的速度,是提高生產(chǎn)率的關鍵。經(jīng)過若干年的努力,他們?nèi)〉昧顺晒Α@,他們合作研制的組成生產(chǎn)線的模塊 HVM800 臥式加工中心,他們稱之為“高速模塊” ( High Veloci - ty Module ) ,其進給和快進速度達到
3.直線電動機進給的高速加工中心在汽車生產(chǎn)中的應用
德國 Daimler Chrysler 公司在生產(chǎn)汽車發(fā)動機缸蓋中使用配有直線電動機的高速加工中心,使生產(chǎn)率提高了一倍。他們使用 GE Fanuc 生產(chǎn)的直線電動機驅動 X 、 Y 、 Z 軸快速進給的臥式加工中心,數(shù)控系統(tǒng)是 GE Fanuc 161 CNC 。高速進給和加速度減少了生產(chǎn)時間,公司裝備了 6 臺 Ingersoll 公司生產(chǎn)的 HVM 600 臥式加工中心,取代了原來需要的11臺普通加工中心。
Ingersoll 公司 HVM 600 型高速加工中心的參數(shù)為:
工作臺行程
在加工過程中,四個缸蓋并排裝在一個夾具上。在一次加工中完成全部工序,包括銑端面、臺階孔和螺紋孔。四個缸蓋一共要加工 130 個錐孔和螺紋孔。例如, 1.2s 鉆一個 M6 深
在換刀前,四個工件同時加工。換刀由激光測量確認刀具。CNC 系統(tǒng)采用32位處理器,并且具有 NC 快速編程功能,更先進的是系統(tǒng)具有高速進給需要的刀具軌跡預測功能。
六臺配備直線電動機的 HVM 600 臥式加工中心,加工四缸發(fā)動機缸蓋的日產(chǎn)量是 300 個,而原來需要11臺普通速度加工中心。
靜壓軸承電主軸的加速度是能夠在 1.5s時間里把主軸轉速加到 20 000r / min ;直線電動機的加速度: Z 向為
盡管速度非常高,但機床的定位精度達到5μm 。進給位置測量使用光柵尺,工作臺用滾動導軌。
這個例子說明,配備直線電動機的加工中心不僅大大提高了進給速度,也提高了進給精度。在大批量汽車生產(chǎn)中,能夠大幅度提高生產(chǎn)率。和以前的加工方法相比,節(jié)約時間95%。
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