高速加工中心在汽車生產領域的應用

十多年來，高速加工中心的結構、驅動和技術性能有了長足的發展和提高。在結構和驅動方式上經歷了從滾珠絲桿－立柱移動式到直線電機－框中框結構的二代發展。當今，高速加工中心又在向并－串聯混合運動學結構發展，以進一步提高加工中心的動態性能。目前，表征高速加工中心動態特性的軸加速度已達1～2g，快速行程速度達到80～120m/min。這為較大幅度縮短輔助時間創造了條件。如：當軸加速度為1.2g、快速行程速度120m/min、軸行程距離為800mm時，軸定位時間僅需0.5s左右。而高速切削和高速進給的應用使加工的基本時間變得越來越短。例如：銑削深度14.1mm的M6螺孔僅需1.2s，由此可見，現代高速加工中心已成功的將原本是相互矛盾的柔性和生產率融合到了一起。

當今，世界汽車工業由于激烈的市場競爭，促使汽車更新換代的速度明顯加快，產品市場壽命進一步縮短。與此同時，汽車變型品種逐漸增多，投產批量日益減少。為滿足全球市場的不同個性化需求，多品種柔性生產越來越成為競爭的決定因素，設備的生產效率和柔性已成為選擇設備的主要因素。
在20世紀80年代前，剛性自動線是汽車工業唯一采用的高效自動化設備。隨著數控系統可靠性的提高和汽車工業多品種生產的需要。80年代初柔性自動線問世，并越來越獲得廣泛的應用。但由于柔性自動線所加工的工件在幾何形狀和加工工藝上要高度相似，并且這些工件在自動線設計時應是確定了的。另外，由于柔性自動線所有的加工工位之間是一種互補的關系，因此，當自動線上某一臺機床發生故障時，就會造成全線停頓，導致設備利用率下降，即使在最好的情況下，其利用率也僅為70%。
1993年以來，相繼出現由高速加工中心組成的柔性生產線，由于它具有高生產率、高加工柔性和能力柔性，所以既能滿足當前多品種的加工任務，也能通過調整或擴充設備來適應未來的加工任務，因而這種柔性生產線正越來越多地被汽車工業所采用。如奔馳、福特、戴姆勒－克萊斯勒和通用等眾多的汽車廠都已采用高速加工中心來加工缸蓋和變速箱體，用柔性生產線替代自動線已是一種發展趨勢。有關資料介紹，自動線的市場份額已從60年代中期的40%減少到90年代末期的25%。按目前的技術水平，采用柔性生產線加工缸蓋每天最佳加工件數已達到1200～1500件(相當于年加工30萬到40萬件)，變速箱體每天最佳加工件數為1500～1800件(相當于年加工40～45萬件)。
柔性生產線是一種兼有自動線和柔性制造系統(FMS)特征的混合型生產系統。這種生產系統是由若干臺具有互補和互替功能的高速加工中心通過按一定方向傳送工件的輸送系統連接而成的。由于這種系統是采用定向輸送的物料流，所以工件輸送系統比較簡單，往往可采用滾動輸送帶來實現工件的連續輸送。并且，這種輸送系統可以起到工件的中間儲存作用，故有利于提高機床的利用率。柔性生產線在工序流程的安排上，通常是采用自動線的傳統加工方式來分配加工工序，所以生產線上的加工中心是按這種預定的工序和流程方向依次進行排列，并且在每個加工單元上至少安排兩臺加工中心進行平行加工(完成相同的加工任務)。這樣，它與柔性制造系統任意分配加工任務的方式相比，不僅可省去用于調度的主計算機，并且可以改善夾具和刀具的使用。與自動線相比，由于采用平行加工，柔性生產線可以充分利用機床的生產能力。當某一臺機床出現故障而停機時，其它機床仍可以繼續工作，因此，這種生產線的技術利用率可達到90%以上。
有時，會在柔性生產線中集成自動線，以組成混合生產系統，以便充分發揮組合機床和加工中心各自的優點，確保工件的加工精度和加工效率。因為在生產中會有一些加工任務(對于缸蓋來說，如凸輪軸、氣門閥座和導管孔)，更適合于采用自動線來完成。例如，加工缸蓋的氣門閥座和導管孔時，往往要采用復合專用刀具，除了要車削閥座的錐面外，同時要用一把絞刀精加工導管孔，以獲得閥座錐面和導管孔較高的同軸度(0.01～0.03mm)。像這種既要進行徑向進給又要作軸向進給運動的加工任務，在加工中心上往往是比較難于實現的，而對于組合機床，實現這樣的加工任務就容易的多。應提及的是，為了便于調整和改裝，以適應多品種加工，采用的應該是數控自動線。
柔性生產線是按模塊化組建的，這就提供了對系統設備進行分階段投資的優點。在首次投資時用戶不必進行大量投資，而可以隨著市場對產品需求的增加而擴充高速加工中心和相關設備的數量。從EX-CELL-O公司的缸蓋柔性生產線中可以看到高速加工中心是分幾個階段進行擴充的，這顯然有利于提高投資的經濟效益。在柔性生產系統中，為了滿足多品種加工的需要采用了針對不同品種而設計的適配板，在更換工件品種時，無需更換機床的夾具，而只需更換與工件有關的適配板和刀具等，由此減少了改裝費用。
今后，隨著驅動技術、控制技術和機床結構運動學的發展，高速加工中心的動態特性將進一步提高。而隨著刀具材料的不斷進步和新刀具的采用，新一代的高速加工中心將進一步縮短工件加工時間。可以預料，在汽車這樣大批量生產行業中，由高速加工中心組成的柔性生產線替代大部分自動線已不是遙遠的事情。