高速加工技术现状及发展趋势

高速加工技术现状及发展趋势

1引言

对于机械零件而言，高速加工即是以较快的生产节拍进行加工。一个生产节拍：零件送进--定位夹紧--刀具快进--刀具工进(在线检测)--刀具快退--工具松开、卸下--质量检测等七个基本生产环节。而高速切削是指刀具切削刃相对与零件表面的切削运动(或移动)速度超过普通切削5～10倍，主要体现在刀具快进、工进及快退三个环节上，是高速加工系统技术中的一个子系统；对于整条生产自动线而言，高速加工技术表征是以较简捷的工艺流程、较短、较快的生产节拍的生产线进行生产加工。这就要突破机械加工传统观念，在确保产品质量的前提下，改革原有加工工艺(方式)：或采用一工位多工序、一刀多刃，或以车、铰、铣削替代磨削，或以拉削、搓、挤、滚压加工工艺(方式)替代滚、插、铣削加工…等工艺(方式)，尽可能地缩短整条生产线的工艺流程；对于某一产品而言，高速加工技术也意味着企业要以较短的生产周期，完成研发产品的各类信息采集与处理、设计开发、加工制造、市场营销及反馈信息。这与敏捷制造工程技术理念有相同之处。

高速加工技术产生于近代动态多变的全球化市场经济环境。在激烈的市场竞争中，要求企业产品质量高、成本低、上市快、服务好、环境清洁和产品创新换代及时，由此牵引高速加工技术不断发展。自二十世纪八十年代，高速加工技术基于金属(非金属)传统切削加工技术、自动控制技术、信息技术和现代管理技术，逐步发展成为综合性系统工程技术。现已广泛实用于生产工艺流程型制造企业(如现代轿(汽)车生产企业)；随着个性化产品的社会需求增加，其生产条件为多品种、单件小批制造加工(机械制造业中，这种生产模式将占到总产值的70%)，高速加工技术必将在生产工艺离散型或混和型企业中(如模具、能源设备、船舶、航天航空…等制造企业)得到进一步应用和发展。

二十世纪末期，我国变革计划经济体制，改革开放，建成有中国特色社会主义市场经济体制。实用的高速加工技术跟随引进的先进数控自动生产线、刀具(工具)、数控机

床(设备)，在机械制造业得到广泛应用，相应的管理模式、技术、理念随之融入企业。企业家们对现代信息技术和企业制度、机制在未来可持续发展、市场竞争中的重要地位和作用，认识日益深刻。社会主义市场经济环境，不仅促进企业转制、调整产业、产品结构和技改，还给企业展现出应用和发展高速加工技术良好而广阔的前景。

2我国引进数控轿车自动生产线中的高速加工技术

二十世纪八十年代以来，我国相继从德国、美国、法国、日本…等国引进了多条较先进的轿车数控生产自动线，使我国轿车制造工业得到空前发展。其中较典型的是来自德国的一汽--大众捷达轿车和上海大众桑塔纳轿车自动生产线，其处于国际二十世纪九十年代中期水平。其中应用了较多较实用的高速加工技术。从中可部分了解到世界高速加工技术的现状与发展趋势。本文重点介绍一汽--大众捷达轿车传、发生产线。

2.1引进的捷达数控轿车自动生产线概况

一汽--大众捷达轿车自动生产线由冲压、焊接、涂装、总装、发动机及传动器等高速生产线组成。同步引进德国大众汽车公司并行工程管理模式与管理技术，经营各条自动线生产运行，年产轿车能力15万辆，制造节拍1.50分/辆。其中发动机、传动器生产线共拥有627台各种机加工设备，进口253台，国产374台，其基本上属于数控刚性自动生产线。自产发动机零件9种，传动器零件27种，其余社会配套。年产发动机27万台，传动器18万台。生产国际二十世纪九十年代水平的4缸、6缸捷达奥迪轿车五汽门电喷发动机及配套的传动器，生产节拍30～40秒/ 1台，生产线部分采用风冷干式切削加工技术，其机械加工工艺流程反映了当代轿车制造业中最先进的技术水平。轿车营销以国内市场为主。由于没有轿车自主知识产权，新车型的研发，是以现有一汽--大众捷达轿车生产自动线为本，持续从德国大众汽车公司进口相关信息和技术(上海大众桑塔纳轿车自动生产线情况类同)。

2.2一汽--大众轿车发动机、传动器(发、传)零件毛坯技术概况

一汽--大众捷达奥迪轿车发动机、传动器关键零件毛坯均为精密铸造成型的高强度铸铁、铸铝及精密模锻的结构钢件，部分零件采用精密粉末冶金烧结成形工艺。其高速加工技术要求在批产工艺过程中，材料可加工性能良好、稳定，零件毛坯切削余量控制在1.2～4mm±0.3 mm以内。生产线运行初期，零件毛坯靠进口。自1997年起，国内相关企业经多次攻关，先后攻克批产零件毛坯的精密成型工艺技术、零件材料各化学元素选配及热处理工艺技术难题，旨在达到高速加工自动生产线(技术)对零件毛坯材料可加工性、尺寸精度一致性较高要求的技术指标，传动器零件毛坯国产化已达95%以上。

2.3一汽--大众轿车发、传生产线高速切削刀具、高速机床及加工工艺

一汽大众捷达奥迪轿车发动机、传动器零部件生产线上，几乎所有的切削刀、辅具(工具)均为进口产品(来自49个外国公司)，关键工序的设备(机床)也是进口的专用刚性数控产品。其典型技术特点简要分述如下：

刀具材料的选用：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，铣削速度达2200m/min；采用PCD、超细硬质合金刀具加工高Si-Al铸造件，铣削速度也达2200m/min，钻、铰削速度达80～240m/min；采用SiN 陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂层刀具加工精锻结构钢零件，车削速度达200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN的高速钢整体拉刀、滚刀、剃齿刀，以及硬质合金机夹组合专用拉刀，加工各种精锻钢件、铸铁件，拉削速度10～25m/min,滚削速度110m/min,剃齿切速170m/min。

刀具典型结构与加工工艺：零件孔加工刀具采用多刃复合式(刀刃机夹、镶焊组合)结构，以铰、挤削替代磨削，在一次性走刀过程中完成孔的精加工，转速达3000r.p.m，走刀速度达1.5～3 m/min,精度可达5～7级，粗糙度Ra0.7μm(枪钻转速达8000r.p.m，Ra2μm)；零件平面铣削刀具多采用密齿、过定位、重复夹紧结构，径、轴向双向可调的高速密齿面铣刀。直径φ250～400mm，轴向跳动＜±0.0025mm。零件装配平面的加工，是以铣代磨，粗糙度Ra0.7μm，不平度＜0.02mm；曲轴主轴颈、连杆轴颈加工，采用双工位车一拉削专用刀具。刀盘直径φ700mm，圆周装有40个硬质合金涂层刀片，每10

片为一组，切削速度150 m/min，快进速度4.6m/ min，切削余量1.5～3mm/径向,班产350件；曲轴主轴轴承盖加工,采用侧置、排列式机夹复合成形拉削专用刀具，安装三种、共713片可转位硬质合金涂层(TiCN)刀片，进给速度25m/min,班产1750件，拉削切削余量1.5～3mm；缸体曲轴及缸盖凸轮轴主轴的装配圆弧面、侧面的加工，采用组合式、轴向串联、机夹三面刃专用盘铣刀，由6～8个刀盘成组装配，共安装约146片机夹可转位涂层刀片，在一次径向走刀中，完成10个侧面的铣削加工，加工余量1.5～2mm；传动器同步齿圈座的外圈渐开线齿及三等分直槽的加工，采用长1800mm的筒式专用外拉刀，一次走刀拉削成形，拉削速度10m/min,三工位班产1440件；发动机5种传动轴上的花键齿形(M=0.8mm)加工，采用双工位、成对配置的搓、挤无屑加工专用刀具，其一次往复运动，将花键齿形搓挤成形，班产共800件；传动器的齿轮加工，采用多头小直径涂层高速滚刀及径向剃齿刀滚、剃成形，以剃代磨，班产800件；差速器壳体内球面的镗削，采用机床主轴内置式、推拉杆轴向往复运动，带动镗刀头二维成半圆轨迹移动，叠加壳体廻转运动，一次走刀完成其球面成形镗削加工；缸体汽缸孔镗削采用双工位、机床主轴内置式、轴向往复运动推拉杆机构，往走刀--粗镗，复走刀--精镗，切削速度达800m/min；一些零件的轴端头外圆柱面加工，采用成形组合外圆铣、铰削专用工具，一次走刀多刃铣铰削完成外圆、端面粗加工，替代单刃车削加工工艺。…上述专用高速、高效刀具结构不胜枚举，与相应专用数控机床组合成的各加工工位，生产节拍为20～40秒。零部件的精度与质量60%～80%决定于这些专用刀具及数控机床的精度和质量，20%～40%决定于零件毛坯的精度与质量。生产流程中，质量监测工序为机后抽检。

发动机、传动器二条生产线共有250多台数控机床采用HSK高速空心工具柄，共计6个规格：32＃、40＃、50＃、63＃、80＃、100＃，其中以40＃、50＃、63＃三种规格使用数量最多。HSK空心工具柄与上述各种多刃专用铣刀、复合式孔加工刀具组成高速工具系统，完成250多个工序、工位切削加工，其高速动平衡精度为≤2.5G。