如果需要在小型工厂进行“发动机准备工作”，那么位于凯泽斯劳滕的通用汽车动力总成工厂会给人留下极为深刻的印象：自2000年以来这个工厂就已经使用了现代化的生产设备，即可以满足标准的生产流程，又可以重复用于工业化大批量的发动机生产。这家工厂拥有超过25年的发动机生产经验，而通用汽车集团在欧洲其他工厂所积累的最新经验正在反馈回凯泽斯劳滕。 在工业化批量下进行准备 发动机准备部门在空间上不仅仅只是一家只关注生产的工厂，它还必须根据不断变化的生产任务考虑成本、质量和供货周期。这家通用汽车集团旗下的工厂生产的新型发动机能够满足德国国内24小时和欧洲境内48小时的供货周期，而且其产品保用2年。 凯泽斯劳滕工厂生产的发动机最近也开始供应给通用汽车集团内的其他公司，例如欧宝、萨博和Vauxhall。随着客户群的扩大，发动机的种类也在不断增加──2007年这家工厂已经生产了超过10000台发动机──其中大部分是小批量和中等批量的订单。 这家工厂主要依靠Heller公司的加工中心加工新型发动机的发动机本体、汽缸盖、曲轴、凸轮轴和连杆（图1）。为了尽可能缩短生产辅助时间，加工中心配备了转换托盘，可以同时完成多项准备工作。
图1：位于凯泽斯劳滕的通用汽车动力总成发动机准备工厂： 诸如发动机本体、汽缸盖、曲轴、凸轮轴和连杆的加工都属于标准的流程。
随着发动机准备部门（MAB）的发展，那里可加工的零件系列和客户范围不断增加，而且还根据庞大的客户群在组织结构上调整了纠纷处理机制和订单变更处理机制。由于减少了夹具制造的生产准备时间，这项业务就变得更加有利可图，正如这家工厂的主管Bernd H. Wagner先生所说：“基于产量和产品丰富程度，理所当然地调整了库存情况，减少了生产准备时间。”他们不仅仅在设计和制造方面优化了夹具，还对生产辅助时间的进度进行了优化。 多种类零件混合生产条件下的夹紧技术 按照区域经理Guenter Kleemann的说法，选用何种夹紧技术主要取决于零件的要求，尤其是加工批量、加工时间以及零件的几何形状（图2）。此外，生产的灵活性和速度也需要得到优先考虑，Kleemann对此说道：“夹具必须满足经济性的要求。在我们工厂，液压夹具是限制使用的。”
图2：夹具制造的酸性试验：在6周内稳定油槽的应力。通用汽车动力总成公司的区域经理 Guenter Kleemann最终选择了Kipp公司开发的标准夹紧元件。
这里用加工一个复杂油槽的例子来解释夹紧方案选择标准所起到的作用：该公司最近获得了一份新的订单，需要在六个星期内完成夹具的加工：“只有标准化的夹紧模块才能在这么短的时间内完成生产任务”。Kleeman说。 Kipp公司是来自Sulz的夹紧元件和标准零件制造商，谈到如何根据订单情况利用标准元件的资源来制定相应的解决方案时，该公司的应用技术工程师Werner Schreiner说道：“对于这类夹具订单，我们将现有的程序应用到标准的夹紧元件上，也就是说采用了积木式夹具的方案，可以适应多种夹具订单的要求”，这位夹紧工具方面的专家解释道。为此，各种彼此相关的夹紧元件、支承元件和定位元件相互结合，以简化装配和操作流程（图3）。
图3：高效便捷的原理：超过90%的夹具来自标准元件；例如档块、 定位元件以及夹紧元件。这样可以确保很高的重复利用率。
接下来，Schreiner列举了加工油槽的实例来说明充分利用工作空间的重要意义。关于这一点的突出作用，发动机准备部门的工装夹具协调员Helmut Geib强调说：“为了确保竞争力，必须能够同时夹紧两个油槽。由此能够获得更多的加工时间，而且能够达到双机运行的目的。”（图4）
图4：模块化可以减少准备时间：尽管空间狭小，但还是实现了同时夹紧两个零件，从 而确保了较长的加工时间。 图5：为了能够同时夹紧两个零件，必须充分使用夹具的工作空间。
最优地利用工作空间 Schreiner对此表达了相同的意见：“为了使机床容纳尽可能多的零件，并且能够实现尽可能长的无人职守时间，必须最大限度地利用现有的工作空间。在加工大型复杂油槽的实例中，机床主轴的运行路线，转台和夹紧工具的毛刺边缘与必须经过检验，可用空间必须得到最大限度的利用。因此甚至有必要铣去转台的几条边。”（图5）接下来以作为标准元件使用的张紧角尺为基础，Kipp公司将检测零件的夹紧状态。作为一名夹紧工具专家，Schreiner不仅仅成功地去除了毛刺边缘，还成功地从标准元件中改造出超过90%的夹紧元件。另外还依靠精确的参考孔在张紧板和张紧角尺上建立了密集的光栅，从而能够自由地布置真实的夹紧元件。 Kleemann对于这些成果非常满意：“我们找到了一种快速而且实用的解决方案，既安全又经济实用。但是这种方案并不适用于作为临时方案。” 标准夹紧方案不仅仅是临时方案 除了按时准备好夹具之外，模块化的积木式夹具还能给Schreiner带来另外的好处：待加工零件发生更改时单个夹具的重复利用率可以超过90%，而且可以极大的节约针对全新零件的准备时间。此外还可以更加有效地利用夹具的存储空间；也不用像过去那样为报废夹具单独准备废料间了。 积木式夹具不仅能应用在拉床上，对于像Geib一样富有经验的工程师而言，他们还能够迅速获取相关的经验：“很多建议和更改都来自夹紧工具的日常应用。如果以后需要特殊形式的档块或者对中元件，那么就可以对现有元件加以略微更改，非常方便。” 利用标准夹紧元件迅速构建夹具 如果大量采用标准元件来构建夹具，可以在短时间内实现目标，且无需重复磨削。这种情况比比皆是，Schreiner对积木式夹具的开发目的作了如下总结：“毕竟以前我们根本不可能进行这方面的尝试。以前我们必须一点一点地试制零件开发用夹具。只有在现场进行精密调整之后才能按时提供同样的夹具。” 对于特殊夹具而言，及时供货非常重要，Schreiner举了这样一个例子：为通用汽车的一种汽缸盖特别开发了相应的夹具，根据所提供的CAD数据成功完成加工（图6）。为了确保零件迅速顺利地切换，这也可以作为一种特殊策略来保证较高的基准精度和角精度。另外，夹具必须具有较高的硬度且比较抗震，这样才能保证铣削时的表面质量。
图6：必须尽可能地缩短生产准备时间：基于所提供的CAD数据，来自Kipp公司的应用技 术工程师Werner Schreiner（左）与来自通用汽车动力总成公司的工装夹具协调员Helmut Geib一道开发了用于汽缸盖夹紧的特殊夹具。
五轴铣削可以简化夹具制造过程 对于夹具制造商而言，为了能够同时对标准产品和特殊产品迅速做出反应，Kleemann强调说：“不仅积木式夹具的灵活性帮助了我们，Kipp公司自身的灵活性也发挥了很大的作用。其他公司很难保证如此短的供货期。” 如果积木式夹具能够满足灵活性和可靠性的要求，Geib认为BAZ和夹具之间的总体表现还有很多潜力：“我们利用五轴加工中心获得了较大的自由，尤其是在固定的角度值下进行加工。在现有的机床条件下，我们必须根据角度对夹具做出相应改变。这样的话，夹具就会非常昂贵且灵活性极低。” 制造商简介： 通用汽车集团动力总成分部凯泽斯劳滕 德国有限公司发动机准备工厂 67663 凯泽斯劳滕 电话：06 31/3 55-16 55 传真：06 31/3 55-17 13 Heinrich Kipp工厂KG 72172 Sulz-Holzhausen 电话：0 74 54/7 93-0 传真：0 74 54/7 93-33 网址：www.kipp.co
作者：Frank Deiter来源：德国Werkstatt + Betrieb 杂志
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