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。

    高速专用数控机床：一汽--大众轿车发动机、传动器关键零件的多数加工工艺突破了传统机加工理念，其高速专用数控机床也突破了传统结构设计形式。概括讲，其机床结构设计是以各种高速多刃专用成形刀具和加工工艺为主导，以满足整条生产线各加工工位、加工工序生产节拍均衡及稳定的质量与精度要求，在一次往复走刀过程中，高速加工发动机、传动器各种零部件而构思设计和制造的。对机床数控系统、质量与精度、零部件的材料性能…等各项技术参数，是以各加工工位、工序的具体技术要求，进行分解成各个单一的技术指标，因而机床结构相对简捷、数控系统稳定可靠，其加工技艺数据库固化在数控系统中。这些机床一般都具备动态刚度好、主轴回转和行程定位精度高的特性。机床主轴转速一般在6000r.p.m以下，快进在20m/min以内。

    安装筒式外形拉刀的专用数控机床及曲轴专用数控车--拉机床较为典型。前者的结构特点是：在三台60多吨推力的液压千斤顶上固定竖装三把柱状专用外形拉刀筒体，在数控（PC机）下，将同步齿圈座零件半成品，间歇式自下推入，由上顶出，使零件彼此摞叠逐一拉削、并全程通过拉刀筒体，完成该零件外圈渐开线直齿及1200三等分直槽的拉削加工工序。一台专机生产率可替代由13台--16台高速滚齿机、插（铣）床组成的生产线；而后者的结构基本上是一台将中型数控车床改形而成的专机。其专用数控系统使曲轴回转的速度和转角，与盘式车拉刀齿的每90间隙式转角、逐刃跟进成车拉削的加工动作相匹配，使二者各自在回转一圈与往复分度900的车拉削加工运动过程中，动作相互协调、和谐。其工件的质量、精度基本决定于盘状拉刀径向精度及专机进刀定位精度。一台双工位车--拉数控专机可替代10台以上数控成形车床和5台以上内铣式曲轴加工机床。该线其它专用数控机床一般都要求刚度、功率足够，主轴回转精度达到2～5μm，定位精度：±2～5μm，直线运动精度：5～10μm/300mm。

    一汽--大众数控轿车生产线还设有激光焊接、激光表面淬火等特种数控专用设备。

    纵观一汽--大众发动机、传动器生产线机械制造工艺技术，其刀具切削与进给速度未达到某些论文中介绍的高速切削概念指标，但其生产效率是属于高速加工的范畴。在生产实践中，这种相对低速切削而高效的加工技术，通过了市场竞争环境的严格考核。

    我国所有引进的各条轿车自动生产线的管理、决策机制及产品设计分析、加工工艺技术基本上引用相应外国公司的模式和样品。其加工技艺数据库都是固化在各台专用机床的数控系统内，我们对此往往知其然而不知其所以然。原因在于未深入、系统、有针对性地研究那些基础共性技术，使引进产品国产化工作，在技术上处于“照瓢画葫芦不知究里”的被动状态。研发轿车的源头技术，基于“买来主义”。今后随着轿车个性化产品的社会需求大量增加，缺少自主知识产权及系统研发能力的企业，在市场竞争中，将始终处于下风。