先进制造技术.doc

简略分析汽车中所用到的先进制造技术摘要：AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。其中汽车是应用各种先进制造技术的典型代表关键词：高速加工、激光焊接技术、工业机器人先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology),人们往往用AMT来概括由于微电子技术、自动化技术、信息技术等给传统制造技术带来的种种变化与新型系统。具体地说，就是指集机械工程技术、电子技术、自动化技术、信息技术等多种技术为一体所产生的技术、设备和系统的总称。主要包括：计算机辅助设计、计算机辅助制造、集成制造系统等。AMT是制造业企业取得竞争优势的必要条件之一，但并非充分条件，其优势还有赖于能充分发挥技术威力的组织管理，有赖于技术、管理和人力资源的有机协调和融合。其中汽车是应用各种先进制造技术的典型代表。哪汽车中应用到了那些先进制造技术呢？从机加工方面：高速加工，材料受迫成型工艺技术，超精密加工技术。冲压：全自动伺服驱动。冲压技术、安全光栅/光幕。焊接：激光焊接技术、工业机器人。涂装：水性漆技术、自动化喷涂机器人。总装：自动化输送线。所用到的先进制造模式包括计算机集成制造（CIM），精益生产（LP）等一系列的制造模式。下面我们着重分析其中的三种技术和模式。高速加工、激光焊接技术、工业机器人。一、高速加工在汽车的应用概括的说，高速加工技术是指采用超硬材料的刀具和磨具，能可靠的实现高速运动的自动化制造设备，极大的提高材料的切除率，并保证加工精度和加工质量的现代制造加工技术。 汽车制造业在高速加工的应用中以电主轴实现主轴高速和以直线电机实现高直线移动速度为主要特征，目的是力图用高主轴转速和高速直线进给运动的单主轴加工中心来替代多主轴但难以实现高主轴转速和高速进给的组合机床。主轴最高转速一般可达60000r/min，最大进给速度100m/min左右。电主轴融合了许多尖端技术，如一般采用复合陶瓷材料或电磁悬浮的高速轴承、高速电机技术、定时定量油气润滑、自动换刀装置等等。也有一些公司为降低成本，不用直线电机，而采用中空通冷却液、加大直径和加大导程的滚珠丝杆。上海大众在发动机制造过程中，逐步采用高速加工中心。1、铣削加工目前汽车工业中缸体、缸盖大平面加工一般使用铣削技术。以灰铸铁材料缸体在高速加工中心上的铣削加工为例，采用了立方氮化硼（CBN）刀片，其切削速度可达到7001500m/min。铣削的生产效率大大提高，经综合国内国外铣削缸体平面的切削用量见表1。在该工序中，安装了切屑回收装置，可消除切屑飞散造成的机械故障，减轻机床清洁保养作业的强度，从而提高设备运转率。对于铝合金缸体、缸盖均采用面铣刀进行高速切削加工。采用PCD刀片，铣刀直径逐渐缩小，并向多工位复式加工发展。2、磨削加工曲轴加工中应用高速磨削，可大大提高加工柔性，CBN砂轮每修整一次，可加工600800件曲轴。凸轮轴采用CBN砂轮高速磨削已普遍在使用。 在外圆磨削中采用了JUNKER公司的点磨技术。其使用CBN砂轮在一次夹紧工件的条件下对凸轮进行加工。它具有高切削功率，高精度的工件几何外形，均匀的高精度尺寸及外表面质量等优点。 3、车车拉结合高速外铣 车车拉工艺将车削和车拉工艺结合在一起，使加工的柔性增大。不但可加工曲轴的主轴颈、连杆颈、法兰和皮带轮轴颈，而且还可同时加工轴颈的外圆轴肩、圆角或沿割槽。结合曲轴的高速外铣后可大大节省加工时间。4、钻削加工在发动机生产过程中，孔加工的比例也比较高。尤其是缸盖和缸体的孔加工作业量比较大。其中钻削加工约占60%，其次为镗削加工、攻丝加工。高速钻削加工主要注意提高排屑性能，提高工具刚性，防止钻尖过热，回转平衡性等问题。以上各点均需根据被加工材料特性采取相应措施。在汽车制造行业，为了满足市场个性化的需求而由大批量生产转向多品种变批量生产，由柔性生产线代替了组合机床的刚性生产线，高速的加工中心将柔性生产线的效率提高到组合机床生产线的水平。从这个方面来看汽车工业中高速加工的应用是非常重要的，随着高速加工技术的成熟和发展，其应用会进一步的扩大，在汽车的制造中发挥更重要的作用。 二、激光焊接技术 激光焊接的特点是被焊接工件变形极小，零件的装配间隙很小，对零件和工装的精度要求较高。由于国内汽车零件的精度较低，重复精度较差，对激光焊工艺的推广应用带来了一定的难度。目前，在国内汽车制造中，应用激光焊工艺的只有少数几个合资公司，如上海大众等。由于激光焊能量密度高，焊接深度/宽度比高，其焊接质量比传统焊接方法高。但是，如何保证激光焊接的质量，即激光焊接过程的监测与质量控制，是激光利用领域的重要内容。包括利用电感、电容、声波、光电等各种传感器，针对不同焊接对象和要求，通过计算机实现诸如焊缝跟踪、缺陷检测、焊缝质量监测等项目，通过反馈控制调节焊接工艺参数，实现自动化激光焊接。在汽车工业中，激光技术主要用于车身焊接、坯板拼焊和零件焊接。1.车身焊接该工艺主要用于车顶焊，其应用可以减噪和适应新的车身结构设计。Volvo是最早开发车顶激光焊接技术的厂家。如今，德国大众公司也已在Audi A6、Golf A4、Passat等车顶采用了此项技术；BMW公司的5系列、Opel公司的Vectra车型等更是趋之若鹜。欧洲各大汽车厂的激光器绝大多数用于车顶焊接。另外，车身(架)激光焊可以提高车身强度、动态刚度。奔驰公司首先在C级车后立柱上采用了激光填丝焊接；BMW和GM公司在车架顶部采用了搭接焊；GM公司利用3kWYAG激光器在Aurora G型车上进行车顶与车顶附件托架的焊接。在车身制造中，采用激光焊技术，可以提高产品设计的灵活性，降低制造成本，提高车身的刚度，提高产品的竞争力。2.激光拼焊板的应用该技术可降低车身自重和成本，减少零件数量，提高安全可靠性。此项应用最早源于Audi 100车的底板拼焊，目前已推广到各大汽车公司。丰田公司Tahara工厂生产的凌志(Lexus)车门板原来是用2种不同厚度、5种不同表面处理的多块钢板组成，现在只用1块激光拼焊板代替，大大提高了生产率。BMW公司1/3的汽车已采用激光拼焊板。在美国，1997年用于汽车工业的激光拼焊板将近1500万件，2000年达到4000万6000万件。有专家预言，激光拼焊板将成为一项数十亿美元的产业。采用激光拼焊板应用于车身制造，可以减少零件、模具及焊接工装数量，降低车身自重和成本，并提高产品的市场竞争力。3.齿轮及传动部件激光焊齿轮及传动部件的焊接采用激光焊代替电子束焊，可减少变形、提高生产率。20世纪80年代末，克莱斯勒(Chrysler)公司的Kokomo分公司购进9台6kW CO2激光器用于齿轮激光焊接，其生产能力提高40%。90年代初，美国三大汽车公司已投入40多台激光器用于传动部件焊接。奔驰公司已经研究利用激光焊接代替电子束焊接，因为前者焊缝热影响区小。三、工业机器人工业机器人是一种可重复编程的多自由度的自动控制操作机，是涉及机械学、控制技术、传感技术、人工智能、计算机科学等多学科技术为一体的现代制造业的基础设备。当前国内外对机器人的研究十分活跃，应用领域日益广泛，机器人的研究和应用水平也是衡量一个国家制造业及其自动化水平的标志之一。当前，工业机器人的应用领域主要有弧焊、点焊、装配、搬运喷漆、检测、码垛、研磨抛光和激光加工等复杂作业。目前，国际上工业机器人技术在制造业应用范围越来越广阔，现已从传统制造业推广到其他制造业，进而推广到诸如采矿、建筑、农业、灾难等各种非制造行业。但汽车工业仍是机器人的主要应用领域。据了解，美国60%的工业机器人用于汽车生产；全世界用于汽车工业的工业机器人已经达到总使用量的37%，用于汽车零部件的工业机器人约24%。纵观整个汽车工业的发展现状，不难分析出汽车工业今后的发展趋势为：不断发展的自动化柔性生产系统。而工业机器人因为集自动化生产和灵活性生产的特点于一身，因此近年来，汽车生产中大规模、迅速地使用了机器人。在汽车生产的冲压、焊装、涂装、总装四大生产工艺过程中工业机器人都有广泛的应用，其中应用最多的领域以焊装、涂装为主。典型的焊接机器人系统有如下几种形式：焊接机器人工作站、柔性焊接机器人生产线、焊接专机。焊接机器人系统一般适合中、小批量生产，被焊工件的焊缝可以短而多，形状较复杂。柔性焊接线特别适合在产品品种多，每批数量又很少的情况下采用。焊接专机适合批量大、改型慢的产品，对焊缝数量较少、较长，形状规矩的工件也较为适用。具体选用哪种自动化焊接生产形式，需根据企业的实际情况而定。在焊接工艺方面，目前生产线上主要使用的是点焊机器人和弧焊机器人。我国汽车工业的发展和对自动化水平要求的不断提高，为焊接机器人市场的快速增长提供了一个良好的机会，预计国内企业对焊接机器人的需求量将以30%以上的速度增长。从机器人技术发展的趋势看，焊接机器人将不断向智能化方向发展，实现生产系统中机器人的群体协调和集成控制，从而达到更高的可靠性和安全性，而采用焊接机器人的汽车生产企业在高技术、高质量、低成本条件下必将获得高速发展，也必将为汽车产业的发展带来新的生机。与此同时，随着环境问题的不断被重视，汽车行业正在积极地更新喷涂生产线，手臂型机器人又有了用武之地。由于汽车厂家正忙着把喷涂材料从有机溶剂更换为水性涂料，机器人设备也随之被更新。目前，喷涂用机器人产值约占机器人产业产值的20，在这一领域，不二越、ABB、发那科、川崎重工业公司等的市场占有率较高。汽车行业工业机器人的大量应用，可以极大地提高产品的质量与生产效率，与传统的机器相比，应用工业机器人，有如下优点：1、 容易实现生产过程的完全自动化；2、 对生产设备的适应能力将大大加强；3、 可以提高产品的生产效率及质量；4、 可以明显改善工作条件。国内企业的典型应用北京现代汽车制造线上的机器人数量是全国最多的。即将建成的北京现代二工厂更是设备先进，拥有同时生产35款车型的柔性生产线，是目前世界上最先进的汽车制造工厂之一。而一汽大众的焊装车间引进了13条先进生产线，其自动化率达80%以上，各条线都由计算机(可编程控制器PLC-3)控制，自动完成工件的传送和焊接。长安汽车股份公司也已经在生产线上大量应用了工业机器人。随着我国汽车工业的发展，我们有理由