应用复合加工刀具提高工艺水平

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目前，我国轿车生产企业新建的发动机生产线大多是由通用高速加工中心组成的高速柔性生产线。高速加工中心具有高转速、高进给速度、高加速度和快速换刀等特点，因而柔性生产线实现了产品的变型生产，便于更换生产品种。这种生产线不仅可加工同样产品范围内的零件，而且可加工变型产品、换代产品以及新产品，真正具备了柔性的意义。同样作为其必不可少的配套的复合加工刀具在一定程度上帮助高速柔性生产线克服了高柔性和低效率之间的矛盾。其原因是复合加工刀具与通用高速加工中心的配合使用，具有以下几个突出的特点：高效率、高质量、高稳定性和低成本。
高效率
在汽车行业零部件加工制造成本统计中，刀具成本仅占总成本的3%～5%，但它却能影响总成本的20%～30%。是什么原因带来刀具成本的放大效应呢？原因就在于复合加工刀具在提高生产效率上发挥了巨大的作用。
复合加工刀具一般是将几个加工内容组合在一把刀具上，从而只通过一次进给，便可完成全部的加工内容。这样就在很大程度上减少了加工时间，降低了生产节拍，提升了生产力。如在发动机曲轴芯轴端的加工中（图1），传统的工艺安排是车床粗车、半精车、倒角等，这一套工序完成需要耗时40s左右。而通过在CNC加工中心上采用了复合加工刀具后（图2），加工效率得到了极大地提高，加工时间减少了约70%，仅需12s。同时，不仅可以节省了一台车床，而且在不增加机床的情况下，将产量提高了3倍。
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高质量
# h) `! k" i- t采用复合加工刀具不仅可以提高加工效率而且还可以提高加工质量。发动机零部件的加工要求十分苛刻，在加工过程中，不仅要保证相关尺寸的精度，同时还要保证相关尺寸要求之间的位置、轮廓等精度要求。为了达到这些尺寸要求如果采用几把刀具进行加工，那么在加工过程中很难保证各尺寸之间的位置精度，这就不得不停机花费大量的时间调整机床，但如果采用了复合加工刀具，就能轻松解决这些问题。
图3所示零部件加工要求，从图中可以看出，各相关尺寸具有很高的同心度要求，用来保证后续刀具的加工工艺性。采用图4所示的复合刀具，该专用刀具具有集成的多处加工内容的刃口，刀具本身是一次磨削成形，各刃口之间的位置精度很高，可以在生产中一次加工完成所有的工艺要求，很好地保证了尺寸精度和位置精度，排除了机床多次换刀加工带来的重复定位精度误差的影响。


4 l% {; F" ^: g1 y6 d2 H高稳定性
; b$ M9 m( d3 J4 J* g: I8 P# M汽车发动机的加工制造即有规模化生产的特点，同时又对质量有着极高的要求，尤其是在大批量生产中，质量的稳定性尤为重要。汽车行业是实行召回制度中影响最大的行业，召回制度中汽车零部件的可追踪性是非常重要的，但更重要的是从保证制造质量开始的预防工作。高稳定性的制造质量才是针对召回制度的预防工作中的最重要的一环，对此各大汽车制造厂商都给予了高度的重视。
例如，在发动机零部件的加工中对关键尺寸的工程能力指数要求Ppk≥1.67，一般尺寸也要求达到Ppk≥1.33。对加工机床设备的主要要求是：高速度、高精度、高精度保持性——高机床工程能力指数（Cm/Cmk值）；对复合加工刀具的要求是通过特殊的设计，满足高速度、高精度、高精度保持性的要求。
例如为适应高速加工的要求，复合加工刀具都必须经过严格的动平衡处理和验证。为了保证满足高精度、高精度保持性的要求，复合加工刀具对刀柄的选择、刀具本身的制造精度、刀具材料的选择等都有特殊的规范。如发动机缸盖的导管、座圈加工工序是汽车行业中难加工的典型。其特点是尺寸公差小，圆度、同心度要求高，加工表面的形状精度要求高。通过采用有导条的专用复合加工刀具（图5）加工，很好地满足了加工要求。该复合加工刀具具有如下特点：

. }0 k- w* z* `9 [1 T0 @□ 采用多处导条，减少了跳动，提高了加工精度；
□ 使用PCD铰刀，刀具磨损小，零件尺寸的抑制性得到保证；
' y+ o" p+ @- c* B' o  w□ CBN刀片加工难加工材质，保证表面质量；
□ 以上各刀具组合在一把HSK刀柄上，即提高加工效率，又保证了导管、座圈加工的精度稳定性，实现了高可靠性。
5 P. O2 x7 T' F8 d4 v7 {低成本
: D& N  I3 ~6 f: P降低成本是企业一直追求的目标。在发动机生产中，低成本的要求从最初的生产线立项开始就贯穿于发动机的整个项目过程中，始终如一。而复合加工刀具的采用以及合理使用，可以有效减少设备投资，赢得最大的经济效益。例如零部件上有斜孔需要加工时，常规方法是在CNC加工中心上增加一个轴，使零件被加工面旋转到与主轴垂直的位置，以便加工，但成本约4万美元。相比之下，如采用复合刀具的方案：专用角度头（图6）＋标准刀具＋标准CNC加工中心，也完全能达到同样的工艺要求，而专用角度头的成本约3000美元。可见，成本下降是非常巨大的。
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结束语
汽车产业传统上是典型的规模经济产业，但随着时代的发展，人们对于自我的追求，对于个性化的要求越来越高。这也要求汽车产业必须适应顾客的要求，进行多品种、小批量的生产。
发动机是汽车的关键部件，其制造工艺非常的复杂。正像发动机是汽车的心脏一样，发动机制造技术的优劣是汽车制造技术的集中体现。随着发动机制造趋向于轻量化、结构简单化、高性能化，发动机制造技术和工艺也发生了很大的变化，高速、高效、柔性是制造工艺当前的主要特点。这也符合了现代汽车工业多品种、小批量的生产要求。为了应对这些挑战，除了采用先进的制造设备以外，大量地应用复合加工刀具也是提高动力总成工艺水平的重要途径。
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