汽車工業(yè)相對(duì)航空、航天、船舶、機(jī)床等機(jī)械加工工業(yè)來(lái)說(shuō)，其突出特點(diǎn)是生產(chǎn)批量大，加工節(jié)拍短，為了適應(yīng)這種單一工件的大批量生產(chǎn)，采用專機(jī)或?qū)C(jī)自動(dòng)線進(jìn)行加工生產(chǎn)是最經(jīng)濟(jì)的，因而也最普遍的一種選擇。 然而，當(dāng)前汽車用戶對(duì)汽車的多樣化、個(gè)性化的要求，迫使汽車企業(yè)的產(chǎn)品換型越來(lái)越快，產(chǎn)品品種紛繁多樣，原來(lái)單一工件的大批量生產(chǎn)變成了多種工件各自的較小批量迭加成的大批量生產(chǎn)，因此，多年來(lái)在汽車制造行業(yè)占統(tǒng)治地位的組合機(jī)床(專機(jī))生產(chǎn)線已無(wú)法滿足汽車行業(yè)快速更新的現(xiàn)實(shí)需要，專機(jī)或?qū)C(jī)自動(dòng)線雖然效率高，但卻限制了加工的柔性，使得機(jī)床對(duì)加工零件品種變化的適應(yīng)性非常差。

    為了解決這個(gè)難題，高速、高效的新一代加工中心——高速加工中心應(yīng)運(yùn)而生，很好地解決了加工柔性和產(chǎn)量、投資與更新的矛盾，滿足了汽車行業(yè)目前多品種，大批量，少投資的要求，同時(shí)也滿足了汽車零部件生產(chǎn)的這種要求。

高速加工中心的特點(diǎn)

    高速加工中心是指主軸轉(zhuǎn)速超過(guò)10000r/min，進(jìn)給速度超過(guò)40m/min，進(jìn)給加速度大于0.5G(5m/s2)的一類加工中心。為了實(shí)現(xiàn)高速、大切削量下穩(wěn)定加工，一般，高速加工中心都具有下列結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

1.高轉(zhuǎn)速主軸

    主軸轉(zhuǎn)速過(guò)低無(wú)法滿足生產(chǎn)效率要求，轉(zhuǎn)速過(guò)高則在可靠性方面帶來(lái)多種不利因素。高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速一般定在46—16000轉(zhuǎn)/分之間。為此，至佳的結(jié)構(gòu)方案為內(nèi)裝直驅(qū)動(dòng)式的電主軸，電主軸在使用中不可拆卸，不需保養(yǎng)，不需調(diào)正。主軸轉(zhuǎn)子安裝在復(fù)合陶瓷滾珠軸承上，采用三點(diǎn)支承方式以保證高的動(dòng)態(tài)剛性和精度。在定子和轉(zhuǎn)子軸承四周有專門水冷系統(tǒng)以吸收發(fā)熱。

2.動(dòng)平衡與熱平衡的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    高速加工中心由于其高的主軸轉(zhuǎn)速，高的進(jìn)給速度及高的進(jìn)給加速度，必然要求其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有高的靜態(tài)剛性和動(dòng)態(tài)剛性。為此，有的將液壓裝置與主軸分離放置，以減少震動(dòng)對(duì)主軸精度的影響。

    設(shè)備結(jié)構(gòu)完全是熱對(duì)稱的，這樣可以避免由于熱變形使主軸與工件的位置偏移。為防止作為重要熱源的切屑引起熱不平衡，有的從結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)使切屑不在被加工工件 上及托盤上停留，而且通過(guò)在Z軸罩兩側(cè)的螺旋式排屑輸送器將切屑快速排到切削液箱，以使由切屑引起的熱的影響減到最小。

為保證運(yùn)動(dòng)剛性及穩(wěn)定性，高速加工中心的設(shè)計(jì)通常遵循以下原則：

(1)對(duì)各軸所作的力始終在各個(gè)重心的軸線上，以避免加速和減速時(shí)設(shè)備結(jié)構(gòu)件的擺動(dòng)。

(2)移動(dòng)部件的導(dǎo)向裝置也處于重心平面上，以穩(wěn)定設(shè)備的結(jié)構(gòu)并避免加速和減速時(shí)結(jié)構(gòu)件的擺動(dòng)。

(3)采用部件鑲嵌結(jié)構(gòu)，改進(jìn)部件的加工工藝，以減輕移動(dòng)部件的重量。

(4)各軸測(cè)量都在推力中心進(jìn)行，以便得到最精準(zhǔn)的測(cè)量結(jié)果以及位置重復(fù)精度至大的穩(wěn)定性。

3.高剛性三點(diǎn)支撐床身

    高速加工中心大都采用坐標(biāo)鏜床式的三點(diǎn)支撐床身，通過(guò)有限元分析方法(FEM)進(jìn)行高剛性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保持高剛性及穩(wěn)定性，以在至大移動(dòng)速度甚至需要進(jìn)行強(qiáng)力切削和多次定位移動(dòng)的加工中，都能達(dá)到剛性的至優(yōu)狀態(tài)。

4.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌將剛性與精度良好地綜合在一起

    高速加工中心的各坐標(biāo)至大進(jìn)給速度及快移速度一般都在40m/min以上，這些都是在精密的耐摩擦的直線運(yùn)動(dòng)滾珠絲杠導(dǎo)軌系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)的。滾珠絲杠采用無(wú)間隙預(yù)應(yīng)力滾珠，導(dǎo)軌的潤(rùn)滑采用定量潤(rùn)滑，由一個(gè)潤(rùn)滑中心完成。這種系統(tǒng)具有優(yōu)良的穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)剛性，可以對(duì)計(jì)算機(jī)的指令做出快速響應(yīng)。有的機(jī)床的三個(gè)坐標(biāo)采用新式結(jié)構(gòu)的行量滾珠絲杠，為了至大限度減少滾動(dòng)慣量，絲杠固定不做回轉(zhuǎn)而由數(shù)字馬達(dá)經(jīng)齒形皮帶驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。

5.采用HSK鉗式刀具

    HSK鉗式刀具夾裝方式是專門針對(duì)高速加工中心的刀具的，它的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛性都非常強(qiáng)并且能夠既安全又高效地傳送扭矩。

6.換刀及交換工作臺(tái)迅速

    在加工中心的一個(gè)切削循環(huán)中，換刀時(shí)間及交換工作臺(tái)時(shí)間往往占有較大部分的比重。在傳統(tǒng)的非高速加工中心上，換刀時(shí)間(切屑到切屑)達(dá)14~20s左右，而交換工作臺(tái)時(shí)間則需3min甚至更長(zhǎng)時(shí)間，無(wú)疑這對(duì)于大批量、快節(jié)奏生產(chǎn)要求的汽車零件加工來(lái)說(shuō)是不相適應(yīng)的。而高速加工中心則在這兩方面設(shè)計(jì)得與其高主軸轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給速度及進(jìn)給加速度相匹配，換刀時(shí)間(切屑到切屑)可達(dá)到3.5s左右，交換工作臺(tái)時(shí)間則可減少到僅為6s。而每個(gè)工作臺(tái)又具有精密鼠壓盤分度機(jī)構(gòu)以確保精準(zhǔn)的360°等分分度。如果用戶需要，也可以得到360000等分分度，提供加工各種表面零件加工的高柔性和工作時(shí)的剛性。

高速加工中心在汽車零部件加工工業(yè)中的應(yīng)用

1.在汽車零部件加工工業(yè)中的應(yīng)用

    目前，各種大型、中型、小型，單主軸或雙主軸，從手工上下料單托盤式到柔性制造單元的多托盤式高速加工中心在汽車零部件工業(yè)已得到較廣泛的應(yīng)用，它們主要應(yīng)用于汽缸體、汽缸蓋、差速器殼、連桿、變速箱殼、轉(zhuǎn)向節(jié)及其它多種零件的生產(chǎn)流水線，表現(xiàn)出優(yōu)良的綜合性能。

根據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)量及用戶的需求，高速加工中心生產(chǎn)線可以布置成串聯(lián)式(工序分散)、并聯(lián)式(工序集中)和混合式。目前在汽車工業(yè)生產(chǎn)線中混合式的布置應(yīng)用最廣，可以得到至佳生產(chǎn)效率，保持足夠的柔性和可靠性，并有利于分期上批量時(shí)的生產(chǎn)線布置?；旌鲜讲贾玫牟⒙?lián)機(jī)床數(shù)量應(yīng)在1~4臺(tái)之間。

在20世紀(jì)90年代初期，人們往往過(guò)份強(qiáng)調(diào)加工高柔性的要求而忽視高速加工中心在一些加工工藝中的局限性。經(jīng)過(guò)多年摸索，目前，人們認(rèn)為合理的汽車零件生產(chǎn)線應(yīng)當(dāng)是?！峤Y(jié)合的方案。例如，對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)汽缸蓋和汽缸體的加工，?！峤Y(jié)合方案可以概括為：

(1)平面加工：鋁件——高速加工中心;鑄鐵件、鋼件——數(shù)控銑床。

(2)中、小孔系，螺孔——高速加工中心;不規(guī)則及小型平面銑削——高速加工中心。

(3)重要的特殊表面加工(鏜缸孔、曲軸孔、凸輪軸孔、長(zhǎng)油孔)——柔性專機(jī)或組合機(jī)床。

由高速加工中心為主構(gòu)成的生產(chǎn)線具有如下的特點(diǎn)：

(1)根據(jù)產(chǎn)量需求及投資到位程度，易于實(shí)現(xiàn)工程分步實(shí)施，逐步擴(kuò)展設(shè)備。

(2)變更生產(chǎn)品種時(shí)不須大規(guī)模調(diào)整和更新設(shè)備。一次投資建成的生產(chǎn)線，不但可以滿足現(xiàn)在市場(chǎng)的需求，也可滿足未來(lái)市場(chǎng)對(duì)新產(chǎn)品的生產(chǎn)需求。

(3)由于其高的切削速度、高的進(jìn)給速度及短的換刀等輔助時(shí)間，因而生產(chǎn)效率高。

由于生產(chǎn)線上大部分設(shè)備由同一種機(jī)型構(gòu)成，易于掌握，便于維修及備件準(zhǔn)備，保持高的設(shè)備完好率。

結(jié)語(yǔ)

    隨著我國(guó)汽車工業(yè)的高速發(fā)展及當(dāng)前汽車市場(chǎng)多變的特點(diǎn)，每個(gè)汽車制造廠只有生產(chǎn)高質(zhì)量、低成本、多樣化的汽車產(chǎn)品，才能在汽車市場(chǎng)上處在主動(dòng)和有利的地位。高速加工中心的加工工藝和加工手段的出現(xiàn)與發(fā)展，為我國(guó)汽車工業(yè)尤其是汽車零部件的發(fā)展提供了一種經(jīng)濟(jì)可行高效的解決方案。雙主軸加工中心