借助电动汽车电机定子壳体完整加工工艺，供应商与整车制造商可高效为大型车企生产纯电动及混合动力汽车零部件。两家公司在一个研发项目中证明，在上料式车床上可以经济且高精度地生产定子壳体。这种薄壁铝制部件是电动汽车驱动系统所必需的。它们外侧设有用于冷却回路的筋条，并被装配到更大的电机壳体中。

Niles-Simmons在开发阶段仍使用改装的模块化车床，如今专为定子生产设计的机床已推向市场。开发基础为 Rasoma 品牌立式加工中心，该品牌与Niles-Simmons同属 NSH 集团（Niles-Simmons-Hegenscheidt GmbH）。

图1 在第二道加工工序中，薄壁工件被送入内刀具与外刀具之间的间隙进行加工

两个品牌同隶属于 NSH 集团子公司 NSH Technology，并联合推进了此次开发。型号 Rasoma DZS 400-2 表明该机床配备双工件主轴。

为适用于批量生产，机床两侧分别设有毛坯上料区和成品下料区。工件的输送与排出通过输送带完成。人工上料时，自动化系统可缓存 10 至 20 个工件。这样便可一人操作多台设备，同时员工可处理其他生产辅助工序。“我们由此标配了最简自动化方案，无需机器人，也无需在机床旁设置防护栏。操作人员可直接将工件放到托盘输送带上。”NSH Technology销售经理Thomas Lötzsch解释道。

可选用中央输送系统，实现多台机床的工件全自动上下料。该机床占地面积紧凑，为7.50 m × 2.60 m，便于轻松融入现有生产环境。Rasoma DZS 400-2 的设计是与LTH Castings合作完成的；该合作伙伴在铸造领域拥有长期经验，擅长复杂、高品质和薄壁压铸铝部件的切削加工。因此，该设计直接融入了实际应用经验与用户需求。

两次装夹实现完整加工

在上料与下料之间，工件在立式机床上经两次装夹完成完整加工。夹具首先从上方抓取工件，并依次送至机床内的各个加工工位。在工作区域的翻转工位上，工件被旋转 180 °，由第二根工件主轴夹持进行精加工。在第二序装夹加工的同时，第一主轴可同步开始下一个工件的加工。

加工步骤如同小型流水线般依次衔接。工艺首先对工件的不同内径进行粗镗加工，加工时刀具静止，工件旋转。

Mapal区域销售经理André Ranke表示：“在 HSK-A 100 主轴上使用四刃 ISO 粗镗刀进行切削加工，相比传统单刃车削，所需的主轴加工时间仅为1/4。”

下一道加工步骤效率同样极高：旋转的定子壳体内外壁同时采用四刃刀具加工。内刀同样旋转。内刃的切削速度由刀具转速与工件转速的差值形成。钟形外刀保持静止。加工时，工件被送入内刀与外刀之间的间隙。这项专利工艺可降低夹具所承受的切削力。如此一来，在高精度加工薄壁工件时，无需使用带减振功能的复杂工件夹具。“由于采用了非常规的内外径同步加工方式，在刀具设计时我们特别关注了大切削量与高切削力问题。” Mapal新能源汽车部件经理Michael Kucher解释道。

图2 第一道加工工序为对工件各内径进行粗镗加工。加工时刀具保持静止，仅工件做旋转运动

精加工时，只有精镗刀运转，工件保持静止。这样可防止因工件非旋转对称形状而在材料中产生不平衡，进而造成不良影响。之后，工件在机床上进行翻转装夹，加工此前在法兰部位被夹持的外侧区域。翻转工位还可另作他用：工件在精镗前可放置于此，以释放材料应力。机床还配备两个用于驱动刀具的刀塔，可根据工件要求执行额外加工工序。NSH Technology 项目负责人Daniel Pilz评价道：“总而言之，Rasoma DZS 400-2 融合了两者的优势：用车削的速度进行内外轮廓的粗加工，用精镗的精度进行内轮廓的精加工。”

机床制造商与玛帕公司将各自的核心技术优势融入了这套完整解决方案。随着机床、刀具技术与加工工艺的批量化落地，原型机的优良效果得到了进一步提升。实际达到的工艺稳定性甚至超出了预期，因此原定700 m/min的目标切削速度得以进一步提高。“奈尔斯‑西蒙斯凭借其丰富的技术积累，在此次铝合金加工中，对刀具技术与机床的整体稳定性产生了积极作用。” Michael Kucher解释道。

Rasoma DZS 400-2 的切削到切削时间（换刀空切时间）远短于铣削加工中心。原因在于所有刀具都已布置在加工区域内，只需通过转塔刀盘回转即可进入加工位置。这一设计完全省去了换刀动作，大幅缩短了辅助时间。在前期研究中，采用该技术已可实现比标准车削节拍时间缩短 50%。通过将切削速度提升至1000 m / min、选用最优切削材料并优化辅助时间，又进一步实现了20% 的时间节省。

该工艺运行极为稳定，仅需对产品进行抽样检测即可满足质量管控要求。起初需要对所有生产的工件进行测量，而现在建议每班仅抽检一件。Daniel Pilz用数据证明这一做法已完全足够：“搭配玛帕专用刀具的 Rasoma DZS 400-2，在圆柱度、直径、同轴度等关键指标上，过程能力指数超过 1.67，满足工业生产标准。”已使用该设备的客户采用三班制生产，年产量最高可达 18 万件工件。

斯洛文尼亚的LTH Castings 公司是采用Rasoma DZS 400-2进行定子量产工艺的首批用户之一。这家历史悠久的铸造企业拥有100多条铸造生产线，并通过250多台 CNC 加工中心进行毛坯件加工，在六大生产基地共拥有约3800 名员工。LTH Castings 首席技术官Primož Ogrinec博士表示：“凭借从设计到批量生产的一站式解决方案，我们是汽车行业重要的战略合作伙伴。我们的零部件产品涵盖变速箱、纯电动与混合动力汽车驱动电机、转向系统及制动系统部件。”在其现代化生产线中，Rasoma DZS 400-2机床由机器人自动完成上下料。

与大多数汽车供应商一样，LTH Castings 为不同车型生产零部件。在定子壳体生产中，Rasoma DZS 400-2 的灵活性优势显著，只需更换夹具和刀具即可完成换型。André Ranke解释道：“借助单一系统与新工艺，我们针对不同主机厂开发了在产量与质量上均达最优的解决方案，并实现量产。”该设备可加工的定子壳体最大直径 500 mm、长度 500 mm。

Thomas Lötzsch保证道：“在 Rasoma DZS 400-2 上，我们能加工迄今为止见过的所有壳体，而且我们见过的壳体种类已经非常多了。”项目团队也曾遇到过意外情况：某大型汽车制造商的壳体设计要求工件内侧带有倒扣结构，而玛帕专为工艺规划设计制造的样件并未包含这一难点结构。但玛帕很快与 NSH 集团的专家共同拿出了解决方案：采用玛帕产品系列中高精度四滑块成形刀具，替代久经实践的精镗刀，以加工出所需的内壁轮廓。在机床方面，双方仅用数天就设计出与玛帕匹配的接口，并在当期订单中就实现了量产成熟度。凭借如今高度协同的研发设计体系，两家企业能够快速响应新开发的轮廓需求。

单件低成本树立全新行业标杆

搭载Mapal刀具技术的Rasoma DZS 400-2机床已成功应用于批量生产，可彻底解决传统车铣复合机床与卧式组合流水线生产中存在的各类质量问题。Thomas Lötzsch了解到诸多实际案例：以往设备无法稳定保证工件所需的形位公差，废品率甚至高达50%；即便勉强满足质量要求，生产节拍也远达不到预期，致使单件生产成本居高不下。在此之前，行业始终缺少一套成熟可靠的零部件量产工艺。