4 加工精度日益提高
特别自80年代中期以来,汽车制造业为增强其汽车的竞争力,不断地加严其发动机关键件的制造公差(表3),并通过计算机辅助测量和分析方法,以及通过设备能力检验来提高其产品的质量。目前,在验收组合机床和自动线时,已普遍要求设备的工序能力系数要大于1.33,有的甚至要求工序能力系数要大于1.67,以便确保稳定的加工精度。应指出,采用Cp≥1.33来验收设备,这实际上是加严了工件的制造公差,即工件的实际加工公差仅为工件给定公差的1/3~1/2(图13),这无疑是对组合机床和自动线提出了更高的要求。组合机床制造厂为了满足用户对工件加工精度的高要求,除了进一步提高主轴部件、镗杆、夹具(包括镗模)的精度,采用新的专用刀具,优化切削工艺过程,采用刀具尺寸测量控制系统和控制机床及工件的热变形等一系列措施外,目前,空心工具锥柄(HSK)和过程统计质量控制(SPC)的应用已成为自动线提高和监控加工精度的新的重要技术手段。
空心工具锥柄是一种采用径向(锥面)和轴向(端面)双向定位的新颖工具,其优点是具有较高的抗弯刚度、扭转刚度和很高的重复精度。在机床上采用空心锥柄的镗刀,就可使用预调的刀具加工出IT7/IT6精密孔。图14所示是空心工具锥柄在缸孔精镗刀具上的应用实例。
SPC是基于工序能力的用于监控工件加工质量的一种方法。目前,在自动线上这种质量保证系统愈来愈多地被用来对整个生产过程中的加工质量进行连续监控。表4是缸盖气门导管底孔和阀座底孔在采用SPC监控时的实际加工公差。
5 综合自动化程度日益提高
近十年来,为进一步提高工件的加工精度和减少工件在生产过程中的中间储存、搬运以及缩短生产流程时间,将工件加工流程中的一些非切削加工工序(如工序间的清洗、测量、装配和试漏等)集成到自动线或自动线组成的生产系统中(图15),以实现工件加工、表面处理、测量和装配等工序的综合自动化。
清洗在自动线和自动线组成的生产系统中,清洗设备主要用于工件的工序间清洗和工件的最终清洗。
工件的工序间清洗主要是为下一道工序创造必要的工作条件。例如,工件毛坯在喷漆前、工件基准面加工后、去毛刺后、测量前以及装配前所进行的各种清洗。
当今,鉴于我们人类赖以生存的环境日益受到工业污染的破坏,环境保护已引起人们的普遍重视。近年来,国内外越来越关注工业清洗对环境的污染。这就促使许多工业部门的零件清洗转向应用水剂清洗(采用酸性、中性或碱性清洗液,清洗液中主要含有磷酸盐、活性剂和络合剂等),这种水剂清洗主要根据工件清洗质量要求而采用喷淋(分散清洗)和浸渍(集中清洗)两种工艺。
基于环境保护、现场操作工人的保健和清洗工艺的合理化等要求,目前,清洗机已普遍采用封闭式布局,整个清洗过程是自动进行的,设备控制采用可编程控制器,并自动监控所有机械动作和工艺技术参数。在这类清洗机上集成了蒸发、过滤、材料回收和处理等装置,图16所示是德国奔驰汽车公司转向器壳的清洗流程。该清洗机采用封闭式布局,清洗过程是在一个封闭系统中进行的,通过一个清洗液净化辅助系统来实现清洗液的循环使用。在该系统中,作为净化处理装置的核心部件是一个清洗净化和回收模块。该模块由超精过滤器和蒸发器联合组成,利用这个综合净化处理装置产生的清洗液和蒸镏水,重新用于零件的清洗和漂洗。
自动测量在自动线上采用自动测量旨在对工件的加工质量进行监控。近几年来,由于自动线节拍时间的日益缩短、被测工件的精度要求越来越高以及测量又要在生产条件下进行,因此,自动测量系统不仅要具有很高的工作速度和很高的工作精度,并且要具有较强的抗环境干扰(如切屑、尘埃、冷却液蒸汽、油液、振动和温度等)能力或测量系统具有对某些干扰量能进行自动补偿的性能。
在自动线上,自动测量可分为加工前测量和加工后测量。
加工前测量是在工件加工前通过测量以确定工件的特征,并利用测量结果来调整刀具相对于工件待加工部位的位置,然后进行相应的加工。例如,在铣削缸盖底平面时,为确保各燃烧室至底平面的深度尺寸偏差为最小(这一偏差直接影响到发动机性能),故采用了测量控制的铣削方法。铣削前,缸盖在随行夹具中找正和夹紧,接着采用多个气动测量头测出各燃烧室的深度,由最大值和最小值求出平均值,然后利用该值通过相应的控制来调整铣头相对于工件的位置再进行铣削。
近年来,在自动线上,工件精加工后普遍进行100%的检验测量,为此,在精加工工位后设置测量工位。图17所示是缸盖进排气阀座和导管孔综合精度自动测量装置。该装置采用四个气动测量头同时对四个阀座和导管进行测量。在测量阀座锥面的测量头上设有约50μm隙缝