1 我國汽車制造機械加工現(xiàn)狀
    幾十年來，我國汽車制造技術及裝備經(jīng)歷了曲折過程。上世紀70年代，為裝備第二汽車制造廠(生產載貨車)組織了130多個機床生產科研單位研發(fā)了117條自動線和1004種5500臺高效專用設備，汽車制造國產化率達到96％。上世紀80年代，我們汽車工業(yè)重點轉入轎車，國內機床工業(yè)很不適應，產品及制造技術和裝備多數(shù)為國外引進。2005年以來，我國汽車行業(yè)每年投資超過1000億元RMB，2007年總產量達888.24萬輛，生產能力超過1000萬輛。動力總成制造工廠中大部分為機械加工設備，主要精加工設備為歐美及日本等國產品，齒輪加工設備國產機床占了大半江山，沈陽機床集團，北京機電院、北京第三機床廠等已經(jīng)為一些汽車廠提供了立式加工中心生產線，東風汽車有限公司的設備制造廠也為東風本部，東風康明斯、東風本田、神龍汽車公司及其他國內汽車發(fā)動機及總成廠提供了大量的專用機床生產線，中小型加工中心。目前數(shù)千臺國產數(shù)控車床在汽車行業(yè)應用并獲好評，大連機床集團并購INGERSOLL公司后，近幾年為汽車發(fā)動機工廠提供了上百臺高速加工中心組成的自動線，這些汽車廠家與機床廠家聯(lián)手開發(fā)制造工藝及裝備，其生產線的工藝技術及裝備部分接近同期世界先進水平。但大部分機械加工設備的刀具(高精度的磨具)及數(shù)控元器件依賴進口。
    總體來說，我國機械加工設備與世界先進水平還有不少差距，主要表現(xiàn)在以下方面。
    (1)硬件：主要是數(shù)控機床無法滿足汽車對精度、精度保持性、可靠性、壽命的需要。
    (2)軟件：缺乏將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為制造單元或流水生產線的技術。
    (3)自主創(chuàng)新：我們基本沒有制造技術自主創(chuàng)新體系，在現(xiàn)代發(fā)動機制造技術，高速加工技術中，由高級復合化機床組成的制造單元等方面差距很大，對現(xiàn)代汽車制造裝備特別強調。解決方案”方面差距更大。

2 國外先進機械加工技術動向
    (1)柔性制造技術：采用CNC機床和自動化技術，柔性制造系統(tǒng)和制造工廠，設備采用模塊化設計，能同時生產多個結構不同的產品。
    (2)高速加工技術：應用高速機床及高速刀具技術等大幅提高切削效率，主要涉及到信息技術，自動化技術，經(jīng)營管理技術及系統(tǒng)工程技術。
    (3)高速高效刀具技術：主要表現(xiàn)在高性能刀具材料的研發(fā)(含表面涂層材料)，刀具制造工藝技術，刀具安全技術及刀具使用技術等領域。
    (4)工序集中化：流程簡捷化。采用一工位多工序、一刀多刃?；蜍嚒q、銑削替代磨削，以拉削、搓、擠、滾壓加工方式替代滾、插、銑削的方式，采用復合工藝，盡可能縮短整條線的工藝流程。
    (5)干式切削技術：干式切削分為兩種，一種為完全不使用切削液，另一種為用氣體混合微量潤滑劑的準干式切削，減少切削液對環(huán)境和人的不利影響。
    (6)珩磨新技術：如發(fā)動機缸體缸孔激光造型珩磨、模塊化珩磨、柔性夾具，珩磨頭自動更換等。

3 汽車零部件機械加工技術和設備的特征

3.1 汽車零部件機械加工生產線的技術特征
    一個多世紀以來，流水生產線一直是汽車及零部件生產方式的主體，其根本技術是集成技術——將工藝系統(tǒng)、物流系統(tǒng)、信息系統(tǒng)集成為流水生產線。
    (1)工藝系統(tǒng)：即機床-工具-工件系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車制造(特別是轎車)生產線的工藝裝備已經(jīng)進入柔性化時代，它由數(shù)控機床和智能工具組成。
    對機床的主要要求是高速度、高精度、高精度保持性(高機床工程能力指數(shù)Cm/Cmk和高可靠性)。用于發(fā)動機生產線的高速加工中心，快移速度已達60-100 m/min，加速度達0.6-1.5g，主軸最高轉速達8000-15000 r/min，定位精度/重復定位精度——工作臺在1m以下為8μm/4μm(VD I標準)，工作臺1m以上為10μm/5μm(VD I標準)，主軸普遍應用電主軸，進給運動普遍采用直線電機，同時普遍運用三坐標模塊化和箱中箱結構，機床非常筒約，外購件l配套件)比例增加，交貨期大大縮短。如我公司大功率發(fā)動機生產線引進的CINCINNTI LAMB公司的HPC80hp加工中心，CROSS HULLER公司的“啄木烏”加工中心，以及MAZAK公司新一代UH“瘦身”型加工中心等。
    目前國際上的數(shù)控機床的工程能力指數(shù)Cm/Cmk≥2.0/1.67，平均無故障工作時間(MTBF)達5000-8000 h(受夾具和刀具的影響，該值實際有所降低)。
    (2)物流系統(tǒng)：由原材料處理、存貯，上下料裝置和機床問傳輸裝置組成。在單臺數(shù)控機床配備工件庫或原材料庫以及自動上下料(系統(tǒng))裝置(含機械手、機器人)的條件下，即在與物科存儲與傳輸及其自動控制集成的條件下，構成柔性制造單元(FMC)。在多臺數(shù)控機床配備自動上下料與物科存儲和傳輸與生產計劃調度用計算機集成的條件下，構成柔性制造系統(tǒng)(FMS)，在不含計劃調度系統(tǒng)和工件單向流動時，組成柔性生產線。
    (3)信息系統(tǒng)：主要包括生產控制、刀具更換、工裝及附件更換、工件調度、自動編程、自動監(jiān)控、自動補償、工件質量自動控制、刀具磨損或破損后的自動更換和自動報警等。最新要求是具備CAD，CAM功能，運程生產線管理和維護功能，故障診斷和自動修復功能等。

3.2 發(fā)動機制造技術的發(fā)展與變革
    汽車面世以來．發(fā)動機制造技術已經(jīng)經(jīng)歷了兩次變革，現(xiàn)在正醞釀著第三次革命。第一革命發(fā)生在20世紀初，美國FORD汽車公司發(fā)明了大量生產流水線。其主要方式是由組合機床和專用機床組成的自動生產線TL，也稱傳統(tǒng)自動線，最大優(yōu)點是生產效率高和價格低，最大缺點是柔性差，我國汽車行業(yè)從誕生起至上世紀90年代一直沿用TL，一汽和東風的載貨車發(fā)動機廠都是如此．目前我國轎車行業(yè)大多不采用TL，但國外大量生產穩(wěn)定產品的生產線中，TL仍是最佳選擇。
    上世紀90年代出現(xiàn)了高轉速、高快移速度、高加速度、快速換刀的高速加工中心，由其組成的高速柔性生產線FTL是發(fā)動機制造技術的第二次革命，其突出特點是一定程度上克服了高柔性和低效率的矛盾，缺點是投資大，效率受局限，目前是轎車的熱點生產線，商用車發(fā)動機生產廠也有局部采用，并采用有簡單柔性的數(shù)控專用(可交換多軸頭和夾具)機床組成的TL。
    為進一步提高高速柔性生產線的生產效率，F(xiàn)TL的最新發(fā)展的敏捷高速柔性生產線AFTL，其目標是對變化的市場需求快速作出反應．滿足汽車發(fā)動機多品種，大中批量、高效率、低成本生產的需要，符合“精益生產”原則。其主要特點：由通用高速加工中心和專用，組合機床組成的混合型柔性生產線(HSMC+SPM/TM)，按照工序流程排列設備并由自動輸送裝置連接，全部生產線上機床，輸送和工件識別均在一個控制系統(tǒng)中；采用敏捷夾具(柔性夾具可控、可調)，采用智能刀具——為特定工件加工設計的一系列專用高速刀具。這種生產線的優(yōu)點是生產效率高，同時又具有相當?shù)娜嵝?，能夠適應大批量生產和變型產品生產，投資較小。缺點是柔性受局限，不能加工不可預見的任意品種的零件。目前，混合型柔性生產線在國外應用廣泛，國內一些發(fā)動機廠家通過引進國外設備，同時增加部分國產設備組成生產線的應用較多。
    現(xiàn)在發(fā)動機制造技術正醞釀著第三次革命。發(fā)動機研發(fā)越來越快，新品開發(fā)周期越來越短(從30個月縮短到13個月)，車型數(shù)量多，生產批量不確定。目前的柔性生產線價格昂貴、投資風險大，同時產能過剩矛盾越來越突出，尤其在我國更加突出。近年來，人們一直在探討解決多樣性與經(jīng)濟性日益突出的矛盾，以滿足變品種、變批量的需要，且兼顧高柔性、高效率、低投資的要求和市場快速反應的能力。同時，也在探討通過制造系統(tǒng)的革命來解決產能過剩的矛盾。
    美國提出了可重構制造RMS，原理是通過對制造系統(tǒng)中機床配置的調整和機床功能模塊的增減，迅速構成適應新品生產和生產批量變化。為此，研制克由標準化模塊組成的可重構機床RMT。RMS的結構和布置可按需要在用戶現(xiàn)場快速重組。RMS的應用基礎之一是柔性夾具。美國GM公司已經(jīng)開發(fā)出柔性夾具系統(tǒng)，可以快速(在15min內把一種夾具變成第一種夾具配置)更換以生產不同的發(fā)動機缸體或缸蓋。日本MAZAK公司開發(fā)出市場響應型自獨立制造系統(tǒng)MSM，其實質是“單臺套件生產”。
    目前該項目是國際上熱門話題，我國已列入科技發(fā)展規(guī)劃。RMS和MSM投入發(fā)動機實際使用雖為時尚早，但卻是未來發(fā)動機制造的方向。

3.3 高速加工技術的應用及發(fā)展趨勢
    (1)國內主要轎車工廠引進國外高速加工機床及刀具情況
    目前，國內汽車發(fā)動機及總成工廠大多引進歐美及日本等國廠商的數(shù)控生產自動線，處于國際上世紀90年代中后期水平，應用了較多，較突出的高速加工技術(高速加工機床及高速加工刀具技術)。其典型技術特點簡要分述如下：
    a.機械加工工藝流程反映了當代轎車制造業(yè)中最先進的水平，生產節(jié)拍30-40s，生產線部分采用風冷干式切削加工技術。
    b.刀具材料的選用。以超硬刀具材料為主。采用CBN、SiN陶瓷、Ti基陶瓷、TiCN涂層刀具材料加工高強度鑄鐵件，銑削速度2200m/min；采用PCD、超細Si-Al鑄造件，銑削速度達2200m/min，鉆、鉸速度達80-240m/min：采用SiN陶瓷、Ti基陶瓷及TiCN涂層刀具加工精鍛結構鋼零件，車削速度達200m/min；采用高Co粉末冶金表面涂覆TiCN的高速鋼整體拉刀、滾刀、剃齒刀以及硬質合金機夾組成專用拉刀，加工各種精鍛鋼件、鑄鐵件，拉削速度10-25m/min，滾削速度110m/min，剃齒速度170m/min。
    c.刀具典型結構與加工工藝
零件孔加工刀具采用多刀復合式結，以鉸、擠削替代磨削，在一次性走刀過程中完成孔的精加工；平面銑削刀具采用密齒、過定位、重復夾緊結構，徑、軸向雙向可調的高速密齒面銑刀；曲軸頸加工采用雙工位車-拉削專用刀具。缸體缸孔鏜削采用雙工位、機床主軸內置式、軸向往復運動推拉桿結構，往走刀-精鏜，復走刀-精鏜，切削速度達800m/min。高速、高效刀具結構不勝枚舉。
    d.高速專用數(shù)控機床?，F(xiàn)用于加工轎車發(fā)動機變速器等關鍵零件的多數(shù)加工工藝，突破了傳統(tǒng)的加工理念，機床也突破傳統(tǒng)的結構型式。概括講，其機床結構設計以各種高速多刀，專用成型刀具和加工工藝為主導，以滿足整條生產線各加工工位，加工工序生產節(jié)拍均衡及穩(wěn)定的質量與精度要求，在一次往復走刀過程中，高速加工發(fā)動機、變速器各種零部件而構成設計和制造的。對機床數(shù)控系統(tǒng)，質量與精度、零部件的材料性能等技術參數(shù)，根據(jù)各加工工位、工序的具體要求，分解成各個單一的指標，因而機床的結構相對簡捷，數(shù)控系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。其加工技(Know How)數(shù)據(jù)庫固化在數(shù)控系統(tǒng)中，因而這些機床一般都具有動態(tài)剛度好、主軸回轉和行程定位精度高的特性。機床主軸一般在6000r/min以下，快進在20m/min以內。
    由于種種原因，我國一些高速加工技術基礎共性技術研究沒有優(yōu)化，集成和推廣應用。國內企業(yè)大都從外國引進高速加工設備(技術)，存在差距理所當然。主要表現(xiàn)在零件毛坯制造技術，高速刀具技術，高速機床技術以及生產技藝數(shù)據(jù)庫等方面的差距。
    (2)高速加工技術發(fā)展趨勢及應用前景
    機床技術的發(fā)展,就是滿足零件(產品)的生產過程中有關零件精度(質量)、生產率、生產成本、刀具(工具)軌跡及其他特種性能等各方面的技術要求。機制科技領域里，零件、刀具與機床三者技術連體，研討高速加工技術時要三位一體系統(tǒng)分析、考察；在當今信息時代，研討高速加工技術必須要涉及到信息技術、自動化技術、經(jīng)營管理技術及系統(tǒng)工程技術。
    在全球一體制造環(huán)境里，高速加工系統(tǒng)工程技術必然在各類制造企業(yè)中得到廣泛應用，主要在以下幾個方面取得進步和發(fā)展。
    a.零件毛坯制造技術：快速成型，少、無切削加工。
    b.刀具技術：超硬、高速、干式切削、復合刀具。
    c.機床技術：高速、復合加工中心模塊化。
    d.自動生產線：柔性、敏捷制造工程技術。
    e.測量技術：數(shù)字化、圖形處理、隨機高速測量技術。
    f.網(wǎng)絡技術：寬帶網(wǎng)及網(wǎng)絡安全技術。

4 結束語
    近幾十年來，機械加工技術的發(fā)展很快，各種新技術在不斷發(fā)展和應用。尤其是以數(shù)控機床發(fā)展為先導，即以數(shù)控機床專機化或者是以專用機床數(shù)控化來解決柔性和高效率的矛盾。目前，汽車零部件的生產大多采用高速加工中心組成的敏捷生產系統(tǒng)。歐美及日本等國不僅掌握了設備制造的專用技術，而且都非常重視汽車制造工藝流程的開發(fā)，他們能夠實現(xiàn)交鑰匙工程，擁有自己的系統(tǒng)開發(fā)能力，機床可靠性指標極為先進，制造成本不斷降低，新產品投放周期大大縮短。
    汽車制造機械加工技術的研究應用及裝備本地化是我國汽車產業(yè)和機床產業(yè)共同的歷史使命。目前我國機加工新技術的研究應用發(fā)展很快，有一批設備廠家生產的裝備已接近國際先進水平，如東風公司設備制造廠生產的PM400II高速加工中心，大連億達，沈陽數(shù)控等廠家生產的加工中心及專用數(shù)控自動線都已應用到先進發(fā)動機總成的零件加工，重慶機床廠生產的數(shù)控齒輪加工設備也大量用于高速齒輪加工，還有國內很多機床廠已生產出用于生產的接近國外水平的各種數(shù)控機床產品，他們已經(jīng)掌握了生產線集成技術。我們相信，緊緊抓住汽車產業(yè)20年大發(fā)展的戰(zhàn)略發(fā)展機遇，加速汽車制造技術及裝備創(chuàng)新體系建設，國內機床制造商真正樹立以用戶為中心的市場持續(xù)改進的思想，我國的汽車制造技術和裝備水平趕超先進發(fā)達國家就指日可待了。