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加工中心/FMS |
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加工中心全面占领发动机制造市场 |
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| http://cn.newmaker.com
9/19/2008 10:16:00 AM
佳工机电网
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访北京现代汽车有限公司发动机厂机加工车间技术主管李文博先生
目前，北京现代汽车有限公司发动机厂拥有两个工厂，分别于2004年和2007年投产，年生产能力达到50万台。工厂拥有缸体、缸盖和曲轴三条生产线，生产线采用刚柔并济的半柔性化的方式 ，新工厂中加工中心的数量则增加了15%~20%，此外，还有一些专用机床配合加工中心生产，包括缸体线的珩磨机、清洗设备、试漏设备和冷压装设备等。此外，还拥有一套先进的SPC系统，能够对生产线进行实时监控，现场管理者可通过监视器随时了解生产线的设备状况，针对设备异常状况采取措施，预防不良品的发生，从而提高产品质量 ，降低产品不良品率。工厂FA生产管理系统的应用，能够时时得到生产线详细的生产状态，实现了生产的动态管理。
发动机生产的柔性化将会缓解这种压力，但是要实现这些目标国内企业还有很长的一段路要走。
由于发动机属于品种单一大批量生产的产品，所以发动机生产对加工中心的要求与模具、航空航天等行业有所不同。具体要求包括三点：第一，加工中心主轴的加速度要在1g以上；主轴最大转速12 000r/min，主轴快速进给50 000mm/min以上，第二，加工中心要有较高的精度 ：定位精度±0.002mm/全程 重复定位精度±0.001mm ，INDEX TABLE回转精度0.002mm，笼统的讲就是机床的CPK在1.33以上；第三，加工中心必须有高可靠性，机床在最高转速下的MTBF(平均无故障时间)≥15 000h，实际工作中MTBF要达到50 000h。为实现上述目标，采用高刚性滑枕和双立柱结构确保加工精度，采用伺服电机减少传感器，刀库内刀具破损检测；主轴未装刀检测，来保证加工质量；为保证机床内部铁屑的排出，机床也需作出特别的设计：加工区域与驱动部分完全隔离，大斜坡人字型伸缩防护罩，采用宽大的后排式中央槽结构，切屑直接落下从主轴下方排出，消除了切屑滞留的可能性，机内排屑采用大流量冲流方式，即时排出高温切屑，避免热量传递给床身；为应对高速来带的不利影响，各控制轴采用缩放伸缩罩，滚珠丝杠中心冷却，主轴油雾润滑或者采用主轴混合(Hybrid)冷却系统，控制主轴热位移，保证高速或低速状态均能稳定精确加工。
为实现高效率的切削加工，高性能的切削刀具对于发动机加工而言尤为重要，HSK刀柄、CBN刀片、陶瓷刀片、PCD复合刀具等的广泛应用，使得加工中心的切削性能大为提高，同时较高的刀具寿命，则能够有效的降低加工成本。此外，所有加工中心都拥有A、B两个夹具和两个工作台，这样就可以实现柔性化生产，并且省去了更换夹具所需的时间，达到生产产品多样化的目的。
目前，虽然柔性生产线已经被发动机生产厂广泛的采用，但是很少有工厂是采用100%的柔性生产线。这是因为在发动机制造过程中，缸体、缸盖和曲轴三大件很难全部由加工中心完成。例如，在毛坯的粗加工工序中，很多厂家还是采用组合机床（专用机床），因为粗加工时切削余量比较大，就要求主轴负载比较大，并且要求机床拥有很大的刚性，低转速大扭矩往往限制加工中心性能的发挥，所以厂家很倾向于选择组合机床。
在孔系加工时，则一般采用加工中心，利用加工中心的高速加工特性，能够快速完成钻孔、倒角、攻丝和铰孔加工，从而实现多工序加工，更为重要的是加工中心可以根据市场的变化，通过更换夹具和程序就能够快速的实现新产品的加工。而组合机床的特点是刚性好、生产效率高，但是当所生产的产品发生变化时，原有生产线的改造成本非常高。所以，目前制造厂都是组合机床与加工中心配合使用，即粗加工、精加工和超精加工采用刚性线加工，孔系加工采用加工中心，刚性和柔性设备的比例为50:50。由于近几年发动机产品的更新换代很快，发动机厂都是遵循着灵活、转型快的特点来进行生产线最初设计的，普遍采用刚柔并济的生产方式来应对品种更换带来的压力。新近建立的发动机厂在遵循着这个特点的同时，也在逐步提高生产线的柔性化程度，比如在缸体的粗镗缸筒、精镗缸筒、曲轴孔线镗，缸体顶面精加工、缸盖底面精加工也在尝试采用加工中心来完成，这样加工中心的比例可以达到80%以上。随着更大、高刚性和大量新技术的加工中心的应用，发动机加工的柔性化的水平将会进一步提高。
与大部分制造行业相同，我国的发动机制造水平与国外相比还是有一定差距。首先是自动化率，国内的自动化率基本在70%~80%的水平。作为走在行业前列的知名企业，北京现代汽车有限公司发动机厂的自动化率已经达到了98%，除对工件的自主检查外，从毛坯的投入到合格工件的下线全部实现自动化。另外一项差距则体现在设备本身的性能，包括设备本身的精度及其稳定性和可靠性，国外的先进设备的故障率要远低于国内的设备，尤其是设备的早期故障，这也是导致国内产品质量低于国外的一个重要原因。
在未来，发动机制造将会向着更加柔性化的方向前进。10年前，大多数工厂在设计生产线时都会以组合机床为主；发展到前几年已经开始小批量的使用加工中心，此时加工中心数量约占设备总数的40%~50%；2007年则达到了60%~70%。随着加工中心刚性和精度的不断增强，主轴速度和各种参数不断的提高以及新技术的应用，加工中心同样可以达到组合机床的各项性能指标。所以说，发动机制造今后的发展趋势是更加柔性化。在整车制造中，我们已经可以实现根据客户的订单来安排生产，即直序列生产。但是，大多数发动机厂家尤其是机加工还远没有达到这种水平，通常的应对之策是为每个品种建立一定的库存量 ，但是这样又不符合JIT 生产理念，实现零库存是JIT所追求的目标。此外，品种的多样化又是发动机生产的趋势之一。发动机生产的柔性化将会缓解这种压力，但是要实现这些目标国内企业还有很长的一段路要走。
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