淺析機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的運(yùn)用

楊振明

摘要：隨著我國機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，尤其是機(jī)械制造服務(wù)業(yè)的快速發(fā)展，機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造維修領(lǐng)域中的運(yùn)用價(jià)值日益凸顯。合理運(yùn)用機(jī)械加工技術(shù)能夠有效提升汽車制造維修水平，增強(qiáng)汽車安全性能。本文結(jié)合實(shí)踐調(diào)查，以機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用價(jià)值作為切入點(diǎn)，分析機(jī)械加工技術(shù)在汽車中的運(yùn)用，最后詳細(xì)分析機(jī)械加工技術(shù)在汽車發(fā)動機(jī)曲軸具體實(shí)踐應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工技術(shù);汽車制造維修;運(yùn)用;智能化

中圖分類號：U472.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）12-0107-02

0? 引言

隨著我國科技強(qiáng)國戰(zhàn)略的實(shí)施，我國機(jī)械制造技術(shù)已經(jīng)達(dá)到或者領(lǐng)先于世界水平。尤其是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展有效的推動了我國智能機(jī)械制造加工行業(yè)的發(fā)展。汽車行業(yè)是機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用的重要領(lǐng)域，推進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展是我國汽車制造業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵因素，因此我們要深入推進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)在汽車領(lǐng)域的創(chuàng)新運(yùn)用。

1? 機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中運(yùn)用的意義

機(jī)械加工是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著我國工業(yè)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造維修中的運(yùn)用具有巨大的價(jià)值意義：首先機(jī)械加工技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展有效的提升了汽車制造生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展。以數(shù)控機(jī)床技術(shù)為例，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)在數(shù)控機(jī)床中的運(yùn)用，我國汽車零部件加工的精度越來越精密，質(zhì)量越來越高，有效的促進(jìn)了汽車制造水平。例如在數(shù)控機(jī)床技術(shù)的帶動下，我國汽車產(chǎn)業(yè)基本實(shí)現(xiàn)了流水化作業(yè)，大大提高了汽車生產(chǎn)效率;其次機(jī)械加工技術(shù)推動了汽車制造效率，實(shí)現(xiàn)了機(jī)器人生產(chǎn)控制化。隨著機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，尤其是智能制造業(yè)的發(fā)展，推動了汽車智能制造化的發(fā)展。例如通過引入機(jī)器人技術(shù)后，能夠?qū)崿F(xiàn)汽車生產(chǎn)的自動化操作，減少了人工勞動量，大大提高了汽車生產(chǎn)的精準(zhǔn)度，避免了人工焊接中所存在的漏焊、虛焊問題;最后機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造維修中的運(yùn)用能夠帶動我國新能源汽車發(fā)展。新能源汽車的發(fā)展離不開機(jī)械制造技術(shù)的支撐，機(jī)械加工技術(shù)的融入能夠促進(jìn)我國機(jī)械制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為新能源汽車注入高科技元素。

2? 機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的運(yùn)用

縱觀汽車制造生產(chǎn)的全過程，在汽車制造生產(chǎn)過程中會應(yīng)用到大量的機(jī)械加工技術(shù)。其主要表現(xiàn)為：

2.1 切削技術(shù)的運(yùn)用

切削技術(shù)是汽車制造的關(guān)鍵，汽車的各種零部件需要通過切削技術(shù)實(shí)現(xiàn)。尤其是在高精度的汽車制造行業(yè)中，切削工序直接關(guān)系到汽車零部件的安裝質(zhì)量。隨著智能加工技術(shù)的發(fā)展，高速切削技術(shù)成為汽車制造的關(guān)鍵，通過高性能切削刀實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)、變速器等關(guān)鍵部件的加工。其中刀具是完成零部件切削的“牙齒”，其切削性能取決于刀具本身的材料，近些年我國加快了對刀具材料的研究力度。例如現(xiàn)在應(yīng)用于高速切削刀具中的材料主要包括：超硬材料、高性能硬質(zhì)合金以及新型陶瓷材料等。但是上述材料仍然存在不少問題，例如超硬刀具雖然具有使用壽命長的特點(diǎn)，但是其強(qiáng)度和韌性卻不足，需要在今后的研究中利用納米技術(shù)等對超硬刀具的材料進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。實(shí)踐證明高速切削技術(shù)對促進(jìn)汽車制造具有巨大的作用。以汽車覆蓋件為例，一般汽車車內(nèi)的覆蓋件需要采取注塑磨具批量生產(chǎn)，但是由于汽車型號不同，需要較多的磨具才能加工出相應(yīng)的零件。而傳統(tǒng)的切削技術(shù)在切削中由于磨具比較薄，因此容易造成精度不準(zhǔn)的問題。而高速切削技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)快速、高效的切削，有效降低低速切削造成的粗精加工問題。

2.2 數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用

數(shù)控機(jī)床是汽車制造的基礎(chǔ)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車工業(yè)約消費(fèi)了全社會發(fā)展40%的數(shù)控車床?？梢姅?shù)控機(jī)床技術(shù)在汽車制造領(lǐng)域的巨大作用。根據(jù)統(tǒng)計(jì)汽車生產(chǎn)中的90%以上的零部件需要依靠磨具成型，雖然我國數(shù)據(jù)機(jī)床加工技術(shù)取得不錯(cuò)成效，但是相比國外國家而言還存在一定的差距。尤其是在精準(zhǔn)度方面存在一定的距離，導(dǎo)致汽車零件加工的精度不夠強(qiáng)。近些年我國加快數(shù)控機(jī)床技術(shù)的研發(fā)力度。例如華中數(shù)控針對我國汽車發(fā)動機(jī)生產(chǎn)線依賴于進(jìn)口的狀態(tài)，與東方設(shè)備制造廠合作，針對發(fā)動機(jī)關(guān)鍵零件數(shù)控加工的需求，研發(fā)了具有高性能數(shù)控系統(tǒng)的高精度四軸臥式加工中心，該機(jī)床具有以下特點(diǎn)：①高性能。直線軸最大加速度1G，進(jìn)給速度20m/min，快移60m/min;②高加工精度：定位精度可達(dá)5μm，重復(fù)定位精度可達(dá)3μm，銑削孔圓柱度10μm以內(nèi)（孔直徑？準(zhǔn)100mm）;③高主軸配置：采用PS電主軸，功率為25kW，最高轉(zhuǎn)速8000r/min;④帶液壓鎖緊轉(zhuǎn)臺：？準(zhǔn)120左右盤銑時(shí)，可提高加工效率的同時(shí)保證重切精度;⑤頂置刀庫：節(jié)省機(jī)床占地面積的同時(shí)，可提高C-C換刀時(shí)間，減小每個(gè)工件的加工時(shí)間。

2.3 夾具在汽車制造中的運(yùn)用

在汽車制造中會應(yīng)用到大量的夾具，例如分總成焊裝夾具、零件安裝夾具等。相對于其他夾具而言焊裝夾具在整個(gè)汽車制造中具有巨大的作用。因?yàn)楹秆b夾具組件型面復(fù)雜、精度要求高、設(shè)計(jì)制造難度大，在夾具使用過程中，如果夾具定位元件發(fā)生偏移、定位元件磨損和夾鉗夾緊力不夠等現(xiàn)象，將導(dǎo)致零件扭曲變形，出現(xiàn)定位偏差，引起焊接間隙的變動，最終導(dǎo)致裝配尺寸誤差和構(gòu)件受力狀態(tài)的惡化，直接影響到白車身的精度。所以需要做好夾具的管理：一是對夾具進(jìn)行定期保養(yǎng)工作;二是對定位元件精度進(jìn)行檢測;三是對夾具形狀進(jìn)行精度檢測。

3? 機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的具體實(shí)踐應(yīng)用

為了深入分析機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用，本文以汽車曲軸制造為例。CAD/CAE技術(shù)是機(jī)械加工技術(shù)的重要組成部分。該技術(shù)在汽車曲軸加工中具有巨大的應(yīng)用價(jià)值。

3.1 汽車曲軸生產(chǎn)加工技術(shù)應(yīng)用

汽車曲軸是汽車發(fā)動機(jī)的重要?jiǎng)恿鬏斞b置，其在汽車生產(chǎn)中的作用不可忽視。目前采取傳統(tǒng)的數(shù)控機(jī)床加工模式難以滿足發(fā)動機(jī)生產(chǎn)技術(shù)需求。因此基于機(jī)械加工技術(shù)的發(fā)展，將智能機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用到汽車曲軸生產(chǎn)加工中。汽車曲軸主要包括兩種材料：球墨鑄鐵和鋼材。一般出于成本考慮會采取球墨鑄鐵，主要是用于生產(chǎn)主軸頸與連桿軸徑部位。在具體的球墨鑄鐵中需要觀察熔煉的過程，在熔煉完成后需要對曲軸進(jìn)行精加工。結(jié)合大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在發(fā)動機(jī)曲軸鑄造的時(shí)候需要運(yùn)用到光譜設(shè)備儀器以此對鑄造成本分析分析。比如在鑄造的過程中需要利用擠壓造型法對鑄造氣體排放進(jìn)行控制，而且還需要運(yùn)用到自動感應(yīng)器等設(shè)備，以此降低人為干擾鑄造精度的問題。

另外在曲軸主軸頸的磨削作業(yè)中，主要采取的是跟蹤磨削法，跟蹤磨削法是以主軸頸中心線為回轉(zhuǎn)中心，一次裝夾依次完成曲軸連桿頸的磨削加工（也可用于主軸頸磨削），磨削連桿軸頸的實(shí)現(xiàn)方式是通過CNC控制砂輪的進(jìn)給和工件回轉(zhuǎn)運(yùn)動兩軸聯(lián)動，來完成曲軸加工進(jìn)給。跟蹤磨削法采用一次裝夾、在一臺數(shù)控磨床上依次完成曲軸主軸頸和連桿頸的磨削加工，能有效地減少設(shè)備費(fèi)用，降低加工成本，提高加工精度和生產(chǎn)效率。

3.2 機(jī)械制造技術(shù)在曲軸制造加工中的具體應(yīng)用流程

3.2.1 曲軸三維模型設(shè)計(jì)

隨著機(jī)械制造技術(shù)的發(fā)展，做好前期設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要，因此利用CAXA實(shí)體設(shè)計(jì)軟件對曲軸進(jìn)行三維模型設(shè)計(jì)，這樣可以從源頭上實(shí)現(xiàn)對曲軸質(zhì)量的控制。在運(yùn)用CAXA軟件時(shí)需要充分考慮曲軸的自身特點(diǎn)，利用軟件系統(tǒng)的“圓柱體”圖素，完成實(shí)體模型。具體的設(shè)計(jì)尺寸見表1所示。

3.2.2 基于ANSYS 對曲軸三維有限元進(jìn)行分析

對設(shè)計(jì)模型進(jìn)行三維有限分析是整個(gè)制造環(huán)節(jié)的重點(diǎn)。在對曲軸進(jìn)行三維有限分析時(shí)需要在實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，通過有限分析將設(shè)計(jì)的模型盡可能與汽車制造實(shí)際場景相適應(yīng)。具體的三維有限分析則是需要將設(shè)置好的逆模型導(dǎo)入到ANSYS軟件系統(tǒng)中，在分析的時(shí)候需要采取分部位分析的策略，實(shí)行先整體后部分的原則。例如汽車發(fā)動機(jī)曲軸包括很多部分，但是連桿軸徑、主軸徑是曲軸的重要組成部位，需要重點(diǎn)對其進(jìn)行三維有限分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)表明一般采取六面體單元分析，因此此種分析方法可以提升計(jì)算的精準(zhǔn)度。

完成曲軸有限元模型之后，需要通過該模型對曲軸的振動特性進(jìn)行分析。因?yàn)樵谄囆旭偟倪^程中曲軸會受到負(fù)載等作用而出現(xiàn)周期性的變化，例如會引起共振等問題，這樣會導(dǎo)致曲軸出現(xiàn)疲勞損壞。所以需要對其進(jìn)行振動參數(shù)的檢測。例如可以對機(jī)器部件和曲軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行共振檢測。

3.2.3 模擬數(shù)控加工

完成上述操作滯后，需要利用CAXA軟件進(jìn)行模擬數(shù)控加工，即將得到的數(shù)據(jù)輸入到講過參數(shù)表中，然后系統(tǒng)就會根據(jù)提示拾取加工對象，改變曲面方向后，系統(tǒng)就會自動開始計(jì)算，并且生成刀具軌跡，就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控加工環(huán)節(jié)。當(dāng)然為了保證曲軸生產(chǎn)加工質(zhì)量，必須要做好關(guān)鍵部位的滾壓機(jī)床控制。根據(jù)調(diào)查滾壓力的大小直接關(guān)系到滾壓的效果，例如滾壓力大則會導(dǎo)致滾壓的力度超出設(shè)定值，而且還容易造成曲軸整體出現(xiàn)變形的問題。由于油缸的壓力是可以變化的，因此可以通過伺服閥對其進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)脈沖滾壓。當(dāng)然為了保證滾壓的效果，需要在滾壓的過程中設(shè)置警報(bào)器，通過設(shè)置探頭可以在任意位置對曲軸進(jìn)行彎曲變形檢測，若變形超差，確定變形方向，通過專家系統(tǒng)控制，使?jié)L壓油缸的力根據(jù)變形方向而變化，從而達(dá)到校直的目的，一般需19～21kN的校直力。在滾壓加工過程中，為了控制滾壓力的大小，在滾壓臂最易產(chǎn)生變形的位置安裝了一個(gè)應(yīng)變儀，通過滾壓臂受張力產(chǎn)生變形的大小，來監(jiān)控滾壓力，從而對壓力進(jìn)行控制。

總之，隨著我國機(jī)械加工技術(shù)的不斷發(fā)展，尤其是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)的日益成熟，機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造維修中發(fā)揮了巨大作用，有效的推動了我國汽車產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。因此我們要加大機(jī)械加工技術(shù)創(chuàng)新，將信息技術(shù)、電子技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等融入到機(jī)械制造加工中，以此助力于我國機(jī)械制造服務(wù)業(yè)的發(fā)展。當(dāng)然高等院校也要發(fā)揮科研優(yōu)勢，加強(qiáng)產(chǎn)教融合、開展校企合作，以此為機(jī)械加工行業(yè)培養(yǎng)優(yōu)秀的工匠型人才。

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