面向汽車零部件產業的數控裝備開發及應用技術

作者:潘明華、朱國力       發布于:2015-11-24 08:58:00       瀏覽次數:

《機械學院科研進展簡報》2015年第7總第17 

編輯:科研管理科  日期:20151115


1.立項背景

汽車產業是國民經濟重要的支柱產業,產業鏈長、關聯度高、就業面廣、消費拉動大,在國民經濟和社會發展中發揮著重要作用。湖北是汽車產業強省,汽車產業是湖北的支柱產業,湖北汽車及零部件產業在全國具有重要地位广东11选5开奖结果。2010汽車產量超過150萬輛广东11选5开奖结果。湖北汽車零部件產業主要集中在武漢、十堰、襄樊、隨州广东11选5开奖结果、荊門,正逐步形成一條“千里汽車工業走廊”。

國產數控裝備迫切需要利用新的數控技術進行性能提升。國產數控系統及裝備迫切需要在產業集群區域進行應用示范广东11选5开奖结果。通過國產數控系統及裝備在汽車零部件產業集群開展應用示范,可以提升國產數控系統及裝備的知名度和美譽度,擴大其市場占有率;可以對國產數控系統及裝備的穩定性和可靠性進行驗證;可以建立國產數控系統及裝備可靠性數據庫,找出國產數控及裝備在商用車零部件制造使用中的問題與不足,進而促進國產數控系統及裝備的技術創新广东11选5开奖结果。由于湖北汽車及其零部件產業起步較早,多年來广东11选5开奖结果广东11选5开奖结果,相關企業購置了大量配置國外系統的數控機床,很多機床已經使用了10-30年,其機械本體和精度保持完好,數控系統等電氣部分嚴重老化广东11选5开奖结果广东11选5开奖结果,而國外的備件已停產,很難買到,急需采用新型數控系統進行改造。同時,許多企業大量使用配置步進電機控制的經濟型數控機床广东11选5开奖结果,由于步進系統精度低广东11选5开奖结果、易丟步,系統不可靠,現在這些機床大量出現不能正常工作問題,需要采用基于伺服驅動的經濟型數控系統進行改造广东11选5开奖结果广东11选5开奖结果。因此广东11选5开奖结果,在湖北省汽車零部件制造企業實施對老化的數控機床進行數控化再改造,不僅可以提高零件加工質量和生產率,縮短產品制造周期广东11选5开奖结果,改善工作環境广东11选5开奖结果,而且還可以減少資金投入广东11选5开奖结果,提高企業的效益。

綜上所述,以湖北汽車及其零部件產業的需求為導向,依托湖北汽車制造裝備制造技術和數控技術的良好基礎,研究采用數控技術提升汽車制造裝備的性能的相關技術,研發汽車關鍵零部件(如曲軸、軸承)成套技術裝備;對汽車行業大量的舊數控機床進行數控化再制造;在湖北汽車產業集群進行數字化汽車制造生產線的應用示范,對提高我國汽車制造裝備業的技術水平广东11选5开奖结果,促進我國裝備制造業和汽車產業的發展具有重要意義广东11选5开奖结果。

在綜合分析國產汽車零部件生產裝備和國際先進水平之間的差距的基礎上,運用現代數控技術、數字設計技術、智能制造技術等相關技術提高汽車零部件制造裝備的加工效率、精度保持性广东11选5开奖结果、質量穩定性,開發具有國際先進水平的汽車關鍵零部件生產成套數控裝備并進行推廣應用;在多種類型的汽車零部件制造產業的生產線上進行國產數控裝備和系統的應用示范广东11选5开奖结果,研究國產數控裝備在規?;瘧弥懈鞣N性能指標的變化規律及改進方法。掌握相關技術,制定相應產品生產與測試規范,撰寫多項行業標準,培養一批數字化機械裝備及產品的設計、制造和應用人才,為實現汽車零部件數控裝備的規范性、標準化,提高中國汽車零部件制造裝備行業的整體競爭力,大幅提升國產裝備在汽車關鍵零部件生產中的占有率直至最終取代進口設備奠定基礎。

本項目針對汽車零部件制造企業對制造裝備的實際需求,發揮湖北省汽車零部件及加工裝備的優勢,面向高精、高效的曲軸、軸承等關鍵零部件加工生產線及檢測裝備等广东11选5开奖结果,應用優化設計、可靠性設計、模塊化設計,數字控制、伺服驅動,精密檢測、誤差補償等技術,研究對汽車零部件制造裝備進行數字化升級,實現汽車零部件加工裝備的創新,縮小和國外先進技術的差距,提高汽車零部件產業國產關鍵裝備的占有率。

本項目還將圍繞汽車底盤類零部件、發動機零部件、變速箱零部件、液壓零部件、軸承等汽車關鍵零部件,在汽車部件產業集群遴選7家企業,進行數控加工中心和專機等數字化裝備應用示范广东11选5开奖结果,給國產數控系統及裝備的改進提供支撐。通過應用示范,逐步擴大國產數控系統及裝備的應用范圍,帶動我國國產數控系統及裝備產業化的發展,提升汽車零部件的生產質量和生產效率,全面提高湖北省乃至全國的汽車零部件的制造水平。

2.項目任務完成情況

1) 數控高速精密磨削工藝及優化研究

提高了曲軸磨床的產品質量和穩定性,3年累計推廣應用曲軸磨床120臺套,數控砂輪修整器161套。完成數控曲軸銑床研究內容,成功開發出曲軸銑床,推廣應用4臺套。






 

XGZ-1100型全自動數控主軸頸曲軸磨床       XGL-1100型全自動數控連桿頸曲軸磨床

圖1 自主研發的數控隨動跟蹤高速曲軸磨床


完成基于數控技術的鏜削自動補償系統的研究內容,研制出高精度補償裝置,成功開發精鏜補償裝置和成套設備,在東風康明斯發動機生產線取代國外設備,成功應用3套,在三一重工水箱生產線成功應用2條孔加工線。完成曲軸感應淬火成套設備相關研究內容,開發出高效曲軸淬火裝備,推廣應用成套設備99臺套广东11选5开奖结果,功能部件93套广东11选5开奖结果??傆嬐瓿善嚵悴考圃鞌悼匮b備制造和推廣235臺套,功能部件制造和推廣257臺套。

2) 圓錐滾子軸承數字化高速裝配線相關研究

開發出高速高精高效裝配線,在襄陽軸承等企業成功推廣應用31條組裝線。

3) 國產數控裝備在汽車零部件產業集群的應用示范相關研究內容

    解決了相關企業在使用數控裝備尤其是國產數控裝備中存在的諸多技術問題,在湖北千里汽車長廊圍繞汽車底盤、發動機广东11选5开奖结果、變速箱、液壓等汽車關鍵零部件的多家生產企業推廣應用數控裝備504臺套,并進行了138臺套的數控裝備改造,大幅提高了相關企業的數控化率广东11选5开奖结果,提高了產品質量和市場份額,促進了國產數控裝備在汽車零部件產業的應用。

4) 生產基地建設

在湖北省孝感九州數控建成年產數控曲軸加工裝備期功能部件120臺套、十堰天舒建成年產(曲軸)淬火裝備及功能部件80臺套、襄樊普瑞斯建成年產20條圓錐滾子軸承裝配線的制造基地。

5) 示范基地建設

在襄軸建成了包括28條組裝線的圓錐滾子軸承示范應用基地,在湖北佳恒科技有限公司建成自卸車舉升液壓油缸數控加工示范基地,星源(十堰)懸架有限公司建成了汽車懸架數控加工示范基地,在十堰合駿實業有限公司建成了汽車發動機部件數控加工示范基地广东11选5开奖结果,在十堰同創工貿有限公司建成了汽車變速箱同步器數控加工示范基地,在東風(十堰)汽車液壓動力有限公司建成了車身液壓零部件數控加工示范基地。

3.項目取得的成果及創新性

1)曲軸加工關鍵裝備

自主研發的數控曲軸磨床,具有防止燒傷的高速磨削工藝、砂輪數控修整工藝、面向高效磨削的全軸自動磨削數控程序、高磨削線速度條件下保證高效率和高精度的新結構、大批大量生產中設備精度長期穩定性等優點,實現一次裝夾下完成全部主軸頸磨削的,其各項技術指標經第三方機構檢測均已達到國際先進水平广东11选5开奖结果。

數字化曲軸淬火設備主要創新點:

l IGBT電源的數字化研究广东11选5开奖结果,電源控制板的數字化改造可大大增加電源的抗干擾性,電源為IGBT逆變、并采用FPGA進行全數字式精確控制,負載采用L—C并聯諧振回路,線路簡單、控制精度高、操作方便广东11选5开奖结果、可靠性高、可雙頻控制等,兩臺數字化的電源同時加熱可拖動4-5套感應器同時加熱淬火,效率較以前提高了2-3倍。

l 變壓器懸掛采用機械式可調平衡,確保感應圈能夠良好跟蹤且對曲軸的壓力最小,減小曲軸淬火變形。

l 在連桿淬火時广东11选5开奖结果,實現功率分配,自曲軸連桿徑頂部開始每20度可調節功率變化,主軸頸淬火功率不變,此種工藝可減小曲軸彎曲變形广东11选5开奖结果。

l 尾座自由浮動技術广东11选5开奖结果,確保曲軸加熱自由伸長與冷卻自由縮短,減小曲軸淬火變形量。

 

 




圖2 尾座自由浮動裝置圖

2)精鏜補償及孔加工成套裝備

本項目發明了“一種可實現鏜刀徑向自動調節的彈性鏜桿”的創新在于提供一種能自動進行微米級調刀的鏜桿广东11选5开奖结果,能顯著提高彈性鏜桿的剛度或擴大最大調刀(補償)范圍。本項目發明了“彈性鏜桿”的創新在于提供一種能自動進行精密調刀的鏜桿,能明顯提高鏜桿的剛性,減小機械磨損對補償性能的不利影響,并且能實現雙向補償广东11选5开奖结果,以滿足精密鏜削加工中自動誤差控制及插補加工的需要广东11选5开奖结果,從而保證和提高加工的質量、效率及可靠性。開發了變形體性能檢測系統,能全面地檢測彈性鏜桿的性能广东11选5开奖结果,所開發的補償加工實驗機床可進行工程切削實驗,為今后工程開發及工藝試驗提供了很好的平臺,獲得2項中國發明專利,成果已經在東風康明斯缸體線和三一重工水箱線得到成功應用。

3)圓錐滾子軸承數字化全自動裝配線,主要創新點: 提出了動態裝配方法,利用離心力一次性將二十多個滾子自動、有序的裝入保持器,實現了圓錐滾子組成內組件的動態高速裝配广东11选5开奖结果,形成了圓錐滾子軸承自動高速裝配線的核心技術;首次實現了圓錐滾子軸承裝配高和收口質量等數字化在線質量檢測;解決了圓錐滾子球基面快速定位,在數控和虛擬儀器技術的支撐下,采用激光非接觸測量,實現了圓錐滾子直徑在線分組檢測。推廣圓錐滾子軸承裝配線31條,目前襄陽普瑞斯軸承自動化設備有限公司在襄陽建成圓錐滾子軸承自動裝配線生產基地,能滿足年產20臺套生產能力。在襄陽汽車軸承股份有限公司建立了28條圓錐滾子軸承裝配線,成為圓錐滾子軸承自動裝配線的示范基地。

 

圖3 滾子落入保持器

4)自卸車輕量化舉升油缸數控加工技術

自卸車液壓缸為多級伸縮式套筒液壓缸广东11选5开奖结果,缸筒直徑?110~200mm,壁厚為7~9mm,長度1400~1900mm,為細長薄壁工件。特別是外圓和內孔加工工序广东11选5开奖结果,依靠傳統普通車床广东11选5开奖结果,容易出現加工過程變形广东11选5开奖结果,圓度、直線度波動較大,影響缸筒密封性和動作平穩性。同時加工效率較低,對工人操作技術水平有較高依賴。

主要創新點:

l “內孔刮削滾光組合工藝”替代傳統的“粗鏜內孔→手工半精鏜內孔→精鏜內孔→滾光內孔”工藝,可在一道工序內實現缸孔從毛坯到成型的加工工藝。內孔加工效率提升70%。

l “外圓數控快速車削工藝”替代傳統的“粗車→半精車→精車外圓”工藝,開發大接觸面脹緊卡爪工裝,抑制薄壁工件外圓快速車削過程中出現的變形,實現高效高精外圓加工,較傳統工藝提高外圓加工效率60%。

l “通過式砂帶磨工藝”替代傳統的“粗磨→半精磨→精磨”工藝,選用通過式多磨頭砂帶磨床,磨頭砂帶粒度依次變細,實現一次通過即能完成自卸車油缸外圓磨削加工。較傳統工藝提高磨削加工效率80%。

l 采用數控雙槍環縫自動焊機替代傳統的手工焊接缸筒焊合件,上環縫和下環縫焊槍在焊縫跟蹤器的精確定位下焊前示教后,焊接過程中調用焊縫軌跡,滿足焊縫經RT檢測Ⅱ級合格,焊接合格率高于95%。

l 建成自卸車輕量化油缸自動化生產線,從毛坯上料到成品整個生產過程自動化生產,減少產品質量對工人技術水平的依賴,提高產品精度和生產效率广东11选5开奖结果。單支成品液壓缸生產周期由3天縮短至1.5天;制程轉運距離由傳統工藝3Km縮短至0.6Km;三年制造費用降低1576.3萬元;班產量從25件提高到75件。 

5)汽車平衡懸架數控加工技術

l 開發連通軸數控磨削工裝,一次裝夾實現連通軸兩端外圓及過渡圓角磨削,連通軸兩端同軸度從0.15mm提高至0.08mm广东11选5开奖结果,且提高加工效率43%广东11选5开奖结果。

l 研制專用銑刀并應用于軸承轂直槽銑削。該刀具由刀柄、專用銑頭广东11选5开奖结果、專用刀片三部份組成,刀片包括兩層端銑及兩層側銑,能實現多個尺寸的粗精復合加工,較傳統采用棒銑刀提高生產效率50%以上广东11选5开奖结果。 

l 研制由標準刀柄广东11选5开奖结果、過渡連接件广东11选5开奖结果、微調精密鏜頭、粗精兩層鏜刀片等組成的專用鏜刀,在加工中心實現軸承轂和支架軸孔粗精復合鏜削加工,提高加工效率約50%。

l 開發快換組合夾具及數控加工程序广东11选5开奖结果,快速調整生產產品類型广东11选5开奖结果,替代原有專機干專序的生產模式,實現一機多能广东11选5开奖结果,一機多用。構建多品種平衡懸架支架數控加工線广东11选5开奖结果,制造過程能力從0.80提升到1.33,產品更新速度提高了50%以上。

6)汽車變速箱同步器數控加工技術

l 研究汽車同步器滑動齒套數控倒角加工工藝,采用R參數編程广东11选5开奖结果,實現了多品種小批量加工的快速更換品種。

l 自主開發了滑動齒套的拉削以及數控倒角的自動上下料裝置广东11选5开奖结果,減少了加工輔助時間,減輕工人勞動強度广东11选5开奖结果。

l 感應淬火工藝應用于同步器滑動齒套、同步環的淬火加工,代替了行業普遍的轉底爐加熱加淬火壓床的方案。產品質量穩定,生產效率提高30%以上。

l 建成了汽車變速箱同步器數控加工示范線。目前同創公司鍛鋼同步環生產能力由月產8萬件提升至15萬件,同步器總成產品制造產能由月產5萬件提升至10萬件广东11选5开奖结果,制造過程能力達到1.33以上。

7)汽車發動機零部件數控加工技術

l 采用在線檢測和宏程序刀具補償,減少由于六點自動定心液壓夾具定位誤差引起的加工尺寸誤差,使關鍵尺寸的CPK值從0.48增加到1.33。

l 在立式加工中心上開發了四軸雙斜板V形定位夾具,增加限扭力側靠機構和合金鑲塊支撐板广东11选5开奖结果,提高夾具重復定位精度和使用壽命,孔位置度工序能力CPK值從0.87增加到1.38广东11选5开奖结果。

l 開發了內腔多點自動分中,Z向浮動定向液壓夾具,解決了箱體內部運動部件距內表面一致,后端面關鍵孔位置從±0.5mm精度提高到±0.1mm。

8)車身液壓零部件數控加工技術

l 采用加工中心代替搖臂鉆等手工操作設備加工泵體;研究5工位立式數控珩磨工藝代替臥式手工珩磨,實現泵體換向閥孔精加工,孔徑公差由0.05mm降為0.005mm,圓柱度由0.01mm/100mm提高到0.004mm/100mm,提高了零件的互換性及裝配效率广东11选5开奖结果,減少配磨工序;構建手動泵體數控加工線。漏序率由0.5%降為0,操作人員由36名減為23名,班產量由300件提高到400件。液壓助力器一次裝配合格率由90%提高到了99%,取消售時服務广东11选5开奖结果,售后賠償率由5‰降為0。

l 研究油缸后蓋管接頭密封面以锪代磨的工藝,利用加工中心代替多臺搖臂鉆,實現一次裝夾完成全部孔系加工,取消以磨平面作為定位基準,且能保證孔系的同軸度。根據后蓋毛坯輪廓,設計氣動仿形卡爪,實現不規則毛坯的可靠抓取設計毛坯尺寸檢查工位,自動剔除不合格毛坯广东11选5开奖结果,保證加工節拍广东11选5开奖结果。構建油缸后蓋數控加工線。操作人員由21名減為7名,班產量由400件提高到600件。

l 研究堆棧式儲料,開發桁架式機械手自動上下料裝置广东11选5开奖结果;研究柱塞泵體以車代磨工藝,利用高精度車削中心替代普通數控車床和磨床,實現外圓內孔及端面加工。開發帶有自動翻轉功能的數控分度夾具,實現多個雙斜孔加工。質量和效率的提高。操作人員由15名減為6名,班產量由300件提高到400件广东11选5开奖结果。

 

圖4  裝配線并聯機器手現場

4.項目成果轉化、產業化情況

1)數控加工裝備產業化情況

曲軸銑床、磨床及其功能部件在湖北九州數控實現了產業化广东11选5开奖结果,項目執行期間共計生產推廣曲軸磨床九州數控生產曲軸銑床高速數控銑床已出銷售4臺套广东11选5开奖结果,產值792萬元、磨數控曲軸磨床銷售120臺套,產值17806萬元广东11选5开奖结果,砂輪修整器等功能部件銷售161臺,曲軸淬火設備在天舒公司實現了產業化广东11选5开奖结果广东11选5开奖结果,項目執行期間生產推廣應用成套設備99臺套广东11选5开奖结果,功能部件93套,創造產值12408萬元,利稅847萬元广东11选5开奖结果,精鏜補償系統及裝備在華工制造裝備數字化國家工程中心有限公司實現了產業化,生產精鏜裝備新增產值614萬元。

2)圓錐滾子軸承裝配線產業化情況

圓錐滾子軸承裝配線在襄樊普瑞斯軸承自動化設備有限公司實現了產業化广东11选5开奖结果,具備年產20條線的生產能力,項目執行期間生產推廣應用組裝線31條,新增產值2596萬元,利稅240萬元。

3)東風汽車液壓動力有限公司液壓部件數控加工效益分析

每條生產線節省人員50%至60%,加工效率提升1.5至2.7倍,產能提高了一倍,減少機床占用面積262.5平米,每年節約加工成本198萬元。新增產值6.114億元广东11选5开奖结果,新增利稅1.2億元。

4)星源(十堰)懸架公司汽車底盤部件數控加工效益分析

每條生產線節省人員33.3%至50%,加工效率提升2.55至2.67倍,產能提高55%广东11选5开奖结果,每年節約加工成本120.8萬元。新增產值7157萬元,新增利稅513萬元。

5)十堰同創工貿公司同步器數控加工效益分析

2012年實現銷售收入9773.88萬元广东11选5开奖结果,創稅636.87萬元广东11选5开奖结果;2013年實現銷售收入11384.39萬元,創稅931.18萬元广东11选5开奖结果。2014年完成銷售收入約1.6億元,創稅達1000多萬广东11选5开奖结果。

6)湖北邁科亞奇新能源公司數控加工效益分析

公司第三代Z系列自卸車前套筒液壓缸是系統化應用數控裝備的產物,通過技術升級和制造轉型降低產品制造成本,原材料的利用率提高20.4%,工序由14步減少為10步,每件成品生產周期縮短56min,產能提高25%,售后服務率由2%降低到0.3%,項目執行期內累計實現銷售臺套數約28406臺套,銷售收入29036.7萬元,凈利潤2900.5萬元,繳納稅費共計1009.37萬元。

7)十堰合駿實業有限公司箱體類零部件數控加工效益分析

建成發動機瓦蓋、鋼制活塞頭广东11选5开奖结果、日產差速器殼、變速箱中間殼體、行星架數控示范線5條,人均產值從50.2萬元/人增長到60.4萬元/人。年上繳稅金從稅238.5萬元增長到568.50萬元。企業固定總資產從2910.23萬元增長到4215.96萬元广东11选5开奖结果??蛻羧簭臇|風商用車擴展到東風日產發動機公司广东11选5开奖结果、博士力士樂公司广东11选5开奖结果、瑞典沃爾沃公司广东11选5开奖结果。

8)佳恒公司數控加工效益分析

數控一代項目實施三年總產值5.93億元,利稅1.1億元。應用數控加工后广东11选5开奖结果,生產線用工量由273人減少至169人,工件搬運距離由3KM縮短至0.6KM,累計降低制造費用1576.3萬元。隨著制造精度和加工效率的提高,產品成本降低,市場占有率由20%提升至30%,自卸車液壓油缸細分行業全國前三广东11选5开奖结果。產品出口至俄羅斯广东11选5开奖结果、烏克蘭广东11选5开奖结果、泰國、哈薩克斯坦、越南等國家。

9)亙達公司數控加工效益分析

建成年產9萬件的發動機機油冷卻器本體數控加工示范線和年產5萬件的發動機制動室本體數控加工示范線,新增產值約6000萬元,利潤約600萬元,稅收100萬元。

 

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