■菲索瑪特（北京）機床有限公司 李 強

新能源汽車正在興起，電動機生產(chǎn)線必須相應(yīng)地適應(yīng)汽車工業(yè)的新要求。要達到生產(chǎn)成本低的要求，生產(chǎn)過程中就需要集成高度的自動化。此外，還有不同的版本，不同的功率等級的新能源汽車電動機，如48V車載電動機、400V電動機的直接驅(qū)動或混動應(yīng)用電動機，或更大的800V電動機。為了能夠大規(guī)模生產(chǎn)這些關(guān)鍵零部件，需要靈活的制造系統(tǒng)，根據(jù)零件的大小和類型，可以在同一產(chǎn)線共線生產(chǎn)，而不需要額外的設(shè)備或很長的換產(chǎn)時間。但到目前為止，還缺乏能夠獨立于電動機類型而大批量共線生產(chǎn)的產(chǎn)線。為此，作為高柔性、高性價比生產(chǎn)線專家的德國Felsomat公司，針對電動機生產(chǎn)的特點，開發(fā)了一套完整的新能源電動機生產(chǎn)解決方案。工藝流程優(yōu)化后，模塊化單元可以靈活擴展，同時也可以設(shè)計成獨立的系統(tǒng)。在2019年德國柏林的CWIEME大會上，F(xiàn)elsomat公司首次展示了其eFlexline的設(shè)計理念。

電動機市場正在增長，各種設(shè)計和技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出來，短期解決方案是48V車載系統(tǒng)。而作為向純電動驅(qū)動過渡的解決方案，內(nèi)燃機和400V電動機相結(jié)合的混合動力解決方案在市場上將越來越受歡迎。由于CO2排放規(guī)定，從2023年起，要求所有的汽車制造商生產(chǎn)的每輛純電動車配備400V-E電動機，它縮短了充電時間，也可以顯著減少電纜的橫截面和質(zhì)量，從而對車輛的整體質(zhì)量產(chǎn)生積極影響。

雖然已經(jīng)有產(chǎn)線可以生產(chǎn)上述這些類型的電動機及其組件，如轉(zhuǎn)子和定子，但通常只局限于一種類型或一個系列的電動機產(chǎn)品。此外，為了滿足高性價比的規(guī)?；a(chǎn)，生產(chǎn)成本必須可控。同時產(chǎn)線還必須集成精確、高效的自動化，以滿足恒定的品質(zhì)要求。定子的生產(chǎn)尤其需要特別高的制造工藝和能力，有大量單獨的生產(chǎn)步驟，這是電動機中最昂貴的組件，占總成本的35%。為了使這種部件的制造能力與傳統(tǒng)內(nèi)燃機制造能力相當(dāng)，定子生產(chǎn)線或制造單元必須能夠柔性工作，不需要長時間的換型，卻能夠生產(chǎn)不同高度的定子。

基于多年的經(jīng)驗，F(xiàn)elsomat公司已為定子和轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)開發(fā)了數(shù)條生產(chǎn)線，同時，對電動機總裝進行了分析，設(shè)計了基于Felsomat成熟的裝配技術(shù)和模塊化、自動化的柔性生產(chǎn)制造系統(tǒng)。

每臺機器都具有專業(yè)級工藝

傳統(tǒng)方式安裝在電動機上的線圈是一種導(dǎo)體，它通過產(chǎn)生磁場來影響驅(qū)動電源中的電流傳輸，線圈由銅線纏繞而成，線圈的纏繞方式有多種類型。因此Felsomat公司的定子生產(chǎn)線（eFlexline）完全專注于發(fā)夾電動機定子生產(chǎn)技術(shù)，其設(shè)計目標(biāo)是開發(fā)一條能夠完美匹配不同繞組方案、同時實現(xiàn)多種發(fā)夾線形狀的生產(chǎn)線，具備標(biāo)準(zhǔn)化的接口和簡單高效的自動化系統(tǒng)，確保處理不同尺寸的工件，可以根據(jù)產(chǎn)品要求和發(fā)夾形狀調(diào)整各個生產(chǎn)單元的工作任務(wù)。

發(fā)夾電動機工藝鏈開始于絕緣紙的處置，絕緣紙折疊并插入到定子碟片鐵芯的預(yù)留槽中，以避免電壓浪涌。根據(jù)電動機產(chǎn)品的設(shè)計要求，可以選擇不同的絕緣紙折疊形狀。在接下來的發(fā)夾制造單元中，扁銅線成卷上料，然后在設(shè)備中對扁銅線進行旋解、校直、剝離漆皮及裁剪，制成I-Pin。根據(jù)需要，可采用激光燒灼式或機械銑削式剝離漆皮。接下來將I-Pin進行2D及3D折彎，做成所需的“銅線發(fā)夾”。當(dāng)然，定子所需的特殊形狀發(fā)夾也可以在此單元中完成制作。做好的“銅線發(fā)夾”根據(jù)產(chǎn)品分類，通過自動化裝置，將其逐步逐層編織成“銅線發(fā)夾籃”，最終“銅線發(fā)夾籃”由機械手裝配進已經(jīng)帶有絕緣紙的定子鐵芯中。

所有生產(chǎn)流程均具備加工柔性

定子發(fā)夾扭頭加工工藝也要有非常高的柔性，eFlexline中的加工單元可以滿足從兩層到8層發(fā)夾定子的同時扭頭工藝。另一方面，在扭頭的工藝過程中，另一端帶有絕緣層的發(fā)夾通過預(yù)設(shè)內(nèi)鎖裝置鎖緊，該系統(tǒng)根據(jù)需要可以被配置成最多10級的扭頭功能。為了優(yōu)化發(fā)夾末端的焊接質(zhì)量，使用帶有掃描功能的激光光學(xué)裝置和激光焊接視覺系統(tǒng)。

為了將銅線更好的固定在槽內(nèi)，提高繞組的絕緣性能，并排除濕氣的影響，發(fā)夾繞組采用單獨的工藝步驟——滴漆。這種工藝是將樹脂直接滴在絕緣紙末端，通過虹吸效應(yīng)，滲透到插有絕緣紙的鐵芯槽中，同時使定子表面保持清潔和無樹脂殘留。采用節(jié)能的感應(yīng)加熱技術(shù)對定子外殼進行所需的加熱工藝，所應(yīng)用的樹脂則被自動調(diào)節(jié)到一個恒定的介質(zhì)溫度進行凝固。合成樹脂本身是通過一個高精度的滴針滴到扁銅線和絕緣紙槽之間的間隙，樹脂在定子內(nèi)凝固后，對之前焊接過的發(fā)夾端進行粉末涂敷。

優(yōu)化的工藝流程模塊可靈活伸縮，同時可作為獨立系統(tǒng)設(shè)計

最后，定子組件被轉(zhuǎn)移到一個測試單元中，期間定子的指定功能被測試。整個生產(chǎn)線的所有工藝參數(shù)和結(jié)果都被存儲，如果需要，還可以遠程訪問。此外，該系統(tǒng)還創(chuàng)建了完整的工件歷史記錄，以最大限度地跟蹤每個產(chǎn)品，從而使整個工藝流程可見。

Felsomat桁架自動化產(chǎn)線

eFlexline系列電動機產(chǎn)線采用桁架機械手式的自動化系統(tǒng)模式，被越來越多的客戶認(rèn)可，已經(jīng)收到來自大眾汽車集團、標(biāo)致雪鐵龍集團、Z F集團等歐美企業(yè)的訂單。Felsomat是業(yè)內(nèi)首家將桁架形式自動化引入到新能源汽車電動機生產(chǎn)線的企業(yè)。桁架系統(tǒng)當(dāng)前被廣泛應(yīng)用于內(nèi)燃機缸體、缸蓋生產(chǎn)線以及曲軸生產(chǎn)線中，其具有高速及高穩(wěn)定性，同時又具有低維護頻次以及可忽略不計的設(shè)備磨損特性。以一個8層扁線電動機定子柔性產(chǎn)線訂單為例，產(chǎn)線規(guī)劃10萬產(chǎn)能，僅需要3名工人，主要工序之間通過桁架連接，例如定子鐵芯的插紙及擴口設(shè)備、發(fā)夾制作及編制發(fā)夾籃設(shè)備、發(fā)夾籃裝配設(shè)備均通過桁架連接，無需人工干預(yù)，通過在桁架下方預(yù)留場地，僅需補充一臺模塊化的發(fā)夾制作設(shè)備就能擴展到15萬產(chǎn)能，桁架自動化系統(tǒng)除了更改軟件程序外，不需額外進行改造。發(fā)夾扭頭及焊接設(shè)備也是通過桁架將主機設(shè)備與緩存料道相銜接，在產(chǎn)能增加或品種增加時，也能進行柔性加工。Felsomat自行開發(fā)研制的模塊化、少在制件式滴漆設(shè)備，通過桁架機械手系統(tǒng)與冷卻通道相銜接，這樣就避免了加熱后的定子將熱氣直接散發(fā)到工廠中，也避免了料道方案中，高溫定子對操作者的潛在傷害。與市場傳統(tǒng)產(chǎn)品不同的是，這種滴漆設(shè)備可以方便的集成到產(chǎn)線中，無需額外獨立空間，這樣就節(jié)省了工廠內(nèi)部物流轉(zhuǎn)運成本。而且此類型滴漆設(shè)備為模塊化標(biāo)準(zhǔn)機，在生產(chǎn)線投資初期，可只訂購滿足初步產(chǎn)能規(guī)劃的設(shè)備數(shù)量，隨著產(chǎn)能爬坡，可以隨時增購額外的標(biāo)準(zhǔn)機床；通過更換工裝，標(biāo)機設(shè)備也可切換為其他品種產(chǎn)品的制作生產(chǎn)，增減就像拼樂高玩具那樣簡單。由于采用“少在制件”理念的設(shè)計，當(dāng)設(shè)備需要換型或維護而停機時，需要報廢的在制件就很少，降低了制造成本。

新能源汽車產(chǎn)業(yè)另外一個核心零部件是電驅(qū)橋的制造。與傳統(tǒng)變速箱制造相比，雖然電驅(qū)橋由更少的零部件組成，但加工難度以及柔性的要求更高。由于新能源電動機高轉(zhuǎn)速、輕量化及低噪音的要求，對電驅(qū)橋齒輪的制造工藝也有了革命性的變革。傳統(tǒng)差速器殼體以及主減速齒輪的裝配是通過螺栓或者鉚接，但新能源汽車已經(jīng)要求改為激光焊接工藝，由于差速器殼體材料一般是鑄鐵，而主減速齒輪的材料均為鋼材，將兩種不同材料進行激光焊接，這是一項全新的變革。Felsomat 擁有多年的固體光源激光焊接經(jīng)驗，針對此種工藝的研究及應(yīng)用也一直走在行業(yè)前列。

激光清洗和填絲工藝

激光清洗差殼以及主減速齒輪是此項技術(shù)的關(guān)鍵工藝之一，在進行激光清洗前，兩種工件必須保持干燥和清潔，激光清洗聚焦的只是焊接區(qū)域的二次清洗，以保障之后的焊接質(zhì)量。激光清洗后的工件由Felsomat 專業(yè)自動桁架機械手轉(zhuǎn)運到壓裝工位，對二者進行壓裝，之后進入Felsomat 模塊化的焊接單元FLW400 進行焊接。為保證焊接生產(chǎn)線的柔性，F(xiàn)LW400 的激光頭帶有B軸，使設(shè)備既能進行軸向焊接也能進行徑向焊接。根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計，這兩種焊接形式在實際量產(chǎn)產(chǎn)品中均有實施。

保障鑄鐵材料與鋼制件成功焊接在一起，且能保證差速器整體產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)參數(shù)的另一關(guān)鍵點是焊接期間的填絲工藝。填絲作為鑄鐵和鋼材的焊接媒介，可以避免出現(xiàn)焊接裂縫，這是當(dāng)前業(yè)內(nèi)采用的最流行的工藝。當(dāng)然，通過對鑄鐵材料和鋼材的選用，也可以避免使用填絲工藝，F(xiàn)elsomat在類似項目中與客戶共同開發(fā)優(yōu)化了此種工藝，并成功交付此焊接產(chǎn)線供量產(chǎn)使用。填絲材料的選擇、填絲量的選擇對工藝穩(wěn)定性影響很大。通過對填絲裝置、激光光束質(zhì)量的時時在線監(jiān)控，以及FLW400機床所堅守的德國工匠制造精神，來保證焊接全過程質(zhì)量的穩(wěn)定性。焊接后根據(jù)客戶要求，F(xiàn)elsomat 開發(fā)的超聲波檢測單元也可以集成到焊接產(chǎn)線中，從而實現(xiàn)對產(chǎn)品的100%焊接后檢測，避免產(chǎn)生批量生產(chǎn)事故，降低生產(chǎn)成本。在提供給寶馬汽車i系列新能源汽車的差速器殼體焊接生產(chǎn)線中，F(xiàn)elsomat攻克了狹小空間內(nèi)噴射式超聲波檢測的難題，縮短了整體工藝工序，降低了制造成本。