轿车铝合金缸体专用加工中心关键部件的改进研究

摘要

我国是汽车生产与消费大国，高档汽车发动机关键零部件生产装备长期依赖进口，开展相关汽车关键零部件专用加工装备自主研发是当前产业界的迫切需求和发展方向之一。本文针对发动机铝合金缸体加工中的产品型号批次快捷变换、加工质量、加工效率、生产节拍等方面的装备研发需求，通过对轿车发动机铝合金缸体的加工机床、缸体材料及加工工艺的分析，开展了铝合金缸体专用加工中心的关键技术研发，开发了柔性、高效、高精度缸体加工的专机，并对通用型卧式加工中心主轴、刀库和工作台的设计进行优化。论文的主要工作如下： 首先，开展了通用卧式加工中心总体改进方案研究。结合企业具体生产需求，进行了通用卧式加工中心的总体结构方案设计与优化；基于缸体加工工艺分析，对主轴、刀库、工作台等关键部件的结构方案进行了改进与优化；解决了传统刚性生产线加工精度不高、工序分散占地大、较难适应多品种频繁更换、辅助工时较长的问题，平衡了高转速与扭矩不够的矛盾，提高了轿车铝合金缸体加工质量和加工效率。 其次，开展了双主轴结构研发。针对单主轴结构无法同时兼顾高效加工和高精度加工等问题，结合通用卧式加工中心机床主轴设计的分析，提出了模块化双主轴设计方案，形成并实施了模块化双主轴结构方案，较好地解决了传统加工中心主轴高转速与扭矩不够的矛盾，满足了工序高度集中的半精加工和精加工要求；同时，在同一台机床上同时实现零部件的粗、精加工，提高了机床的工作效率。 接着，开展了刀库关键技术研发。针对传统刀库的刀具数量多、运动惯量大、换刀时间长等问题，结合优化刀库结构方案，提出了“随动式刀库+静刀库”的双刀库方案，其中随动式刀库的设计方案是采用刀库和换刀机械手随立柱运动的型式，换刀时主轴只须运动至Y轴换刀位置即可；使用静刀库可以减少动刀库刀具数量，使用结构小型化。通过动刀库和静刀库并行动作与互换，实现了刀库结构小型化，换刀时间由3s减少到1.3s，提高了生产效率。 最后，开展了交换工作台研发。针对单工作台方案中工件装夹辅助工时长、加工效率低等问题，提出了基于机器人技术的交换工作台系统方案，将多个准备工作台设置于工作台输送装置两侧形成准备区，在工作台输送装置前侧设置装夹工作台过程装夹区，和机床非加工区形成不间断的工作台交换，可以实现装夹、交换和加工同步进行。同时，进行了优化控制系统和单元技术的研发，从而大幅提高了生产效率，并为车间柔性化改造提供了技术支撑。

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