总结发动机关键部位“零障碍”加工实现方法

钻孔加工只需要3.5s左右时间，这段时间汽车可以在道路上疾驰100m，但也是这短短几秒内，关键的发动机部件也许会发生故障，这其中蕴含的加工技术都是在不断改进中被总结出来的。
 

案例背景
 

DSR拥有21台数控加工机床，各代机床都在可以在这里看到，工厂内有单独的制造区、碳纤维修复区等。随着工件数量和种类的增加，应对竞争压力的策略也层出不穷。如今不仅是三轴VMC和车床，连五轴金属碳化物车铣托盘进料卧式加工中心都在金属上加工碳化物。从夹持到刀具再到软件，流程设计可以最大程度确保主轴接触工件，并减少加工周期内所需的手动干预。

从立式变为卧式
 

高速运动的汽车在所有产生应力的发动机部件中，连杆是最关键且最先影响工厂数控加工技术扩展的部件。最初，这种扩展主要是增加更多主轴，更新更好的主轴。最开始使用的机器是三台VMC，但是操作人员在每一步后续操作（端面铣削、压型、钻孔、钻锥坑、做标记）之前都要翻转工件，工厂每天只能生产约16个连杆。

连杆生产的第一次改进是实现了多零件固定装置从VMC到HMC的转移，为后续操作做准备，而不是在一台机床上完整加工每个零件。这些零件安装后，在更大的钻孔内进行精加工。由于加工部分是之前操作中的夹持位置，操作人员必须拔出塞子（图中左起第二个零件顶部松动）并沿零件长度进行夹持。
 

将每天产量提高到40个不需要进行太大的技术升级。然而，却需要换一种思路考虑如何充分利用机床的能力。与加工自己零件的机床不同，这3个VMC现在的运行模式更像一条流水线，固定在不同加工站——定制固定装置上的零件同时进行着各个不同阶段的加工操作。多数站点一次可固定8个零件，例外情况包括一个4站式固定装置和一个16站式固定装置，装置使用带0.008in直径尖端的刻刀锯开两端杆的连接端。

连杆加工工艺最新的思路：加工尽可能多的原材料，避免加工中断。这种情况下HMC能够保证刚度和精度，高效切割两块坯料，而非近网状锻件加工，矩形坯料简化了工件夹持工作，同时可调节式墓碑夹具可以在不同生产阶段针对每个面自定义固定装置，加工时更容易接触到每个零件。不需要操作人员将零件组从机床转移到机床，HMC可以通过调整墓碑夹具直接对另一组零件进行后续的加工操作。人员使用每台机床的两个墓碑式夹具可以实现对一组零件的所有必要的重新夹持，而不必中断其他零件的加工操作，这样工厂每天就能生产多达50根连杆。
 

采用双轴车铣
 

双轴车铣机床与Y轴车床相比，主轴和副轴都能夹持零件，具备高转速双功能铣刀轴，多位置ATC和刀具转台等。要确保这种设备提高加工效率而不发生错误，就需要仔细进行设计，并在Mastercam中进行虚拟仿真。希望切口是什么样子？机床如何移动？转台是否会影响下一步操作？所有变化必须在脱机程序中表现出来，并且调整空间很小。

▲模拟示意
 

典型的例子是增压器轴承外壳，这种部件长度为11.07 in，直径为8 in，采用7075合金铝材料制造，使用老式车床时设置和加工需要花费近8h，在进行设置和检验的操作人员身上的花费甚至比冗长的加工过程中的花费还高。然而，采用双轴车铣加工这种零件只需要40 min。从主轴到副轴自动转移技能缩短用时，又能降低发生层压结构错误的风险，零件的加工步骤由六步缩减为一步。

▲增压器示意
 

之前的设备需要反复清理和重新安装镗杆，以扩钻较深的中心孔，机床控制系统可以减少中断流程，手动更换刀具的次数，否则在同一个转台上使用较小的刀具进行后续加工操作会出现破裂的情况。
 

如何配合多轴机床的加工
 

DSR工厂最先进的五轴大多数时间都用于切割汽缸盖。使用带托盘的HMC系统生产汽缸盖需要操作人员进行3次重要的手动干预：初始安装、翻转零件使主轴接触到之前被墓碑式夹具阻挡的部分和最后将零件移到转盘墓碑式夹具上进行精加工。
 

五轴加工中心能够完全无中断地切割零件，除非加工过程中进行脱离机床的操作。另外五轴机床可以自由切割其他零件，如环状零件和飞轮。精加工汽缸盖时，将部件移到五轴机床与将其从粗加工墓碑式夹具移到转盘墓碑式夹具相比，不会增加时间。同时其他工艺方面的配合也很重要。

例如，CAM软件模拟对于五轴机床和车铣同等重要，具备3D思维才能正确的指导加工。同时要使用正确的刀具，这与加工增压器轴承箱的中心孔一样。对于工件夹持装置，零点式夹头对于汽缸盖精加工操作产生了重要影响。使用老式VMC时，操作人员必须将零件搬到指定位置，然后固定各种螺栓和夹具。如今工厂在原坯料上加工高精度的孔时配合牵引螺栓，夹持更快速、便捷和统一。