（机械工程专业论文）蓝擎wp1012气缸体五万台年机加工生产线工艺开发.pdf

a b s t i 认c t w p12d i e s e ii san e wh i g h - s p e c dd i e s e le n g i n em 孤u f a c t u r e db yw e i c h a ip o w e r c o m p a n yl i m i t e d ， w h i c hi sb a s e do nt l l et e c h n o l o g yo fw e i c h a ip 0 w e rc o m p a n y a n da v lc o m p a n y w pl2d i e s e li sab i gp o w e rl2l i t e rd i e s e l ，a n di tc a nb eu s e do n h e a v y - d u 够臼u c k s ，s h i p p i n g sa n dg e n e i j a t e r s t h ec y i i n d e ri st h ek e yp a no ft h cd i e s e l t h ep r e c i s i o n i s h i 曲，锄dm e p r o d u c t i o nt c c h n o l o g yi sv e 叮c o m p l i c a t e d n ed i e s e l sp e 墒彻锄c ea n de c o n o m i c e 币c i e n c yc 锄b ee 脏c t e db yq u a i i t yo ft h em a c h i n i n g a sak c yp r o c e s si nt h e m 锄u f a c t u r eo ft h ec y l i n d e rb l o c k 鼬s e m b l y ，t h em a c h i n i n go fc r a n l ( s h a f tb o r e sa n d c a m s h mb o r e si sac h o k ep o i n t mo u rc o m p a n y sp r o d u c i n gf o ral o n gt i m e i nt h i s p a p e r ，b 器e d0 n t t l e c y l i n d e rm a c h i n i n gl i n e o ft l l ew d 6l5d i e s e lw h i c hw a s i m p o r t e df 幻m 仍r e i g hc o u n t r y ；a n a l y s e d t h et e c h n o l o g yo ft i l ec y l i n d e rb l o c k a s s e m b l yo ft h ew p l 0 12d i e s e l ( i n c l u d ec y l i n d e rb l o c kc r a n k c a s e ，m a i nb e a r i n g c o v e re t c ) i h e nd e s i g n e das e to fs u i t f u lp r o d u c t i o nt e c h n o i o g y ，a n dah i g hp r e c i s i o n c o m b i n e db o r i n gm a c h i n ef o r t h em 锄u f a c t u r eo ft h ec r a n k s h a rb o r e s 粕dc 踟s h a r b o r e s i n t h i sp 印e r ，h o wt oc u tt h ec r a n k s h a rb o r e s 锄dc a m s h a rb o r c si sai m p o r t a n t p r o c e s si nu l ec y l i n d e rb l o c ka s s e m b l yp r o d u c t i o n t h ed e s i g n so fb o r i n gp r o c e s s ， b o r i n gm o u l d ，b o r i n gb a r ，b o r i n gt o o la n dp r e c i s i o nb o r i n gh e a da i ea n dr e s e a r c h e d as e to fd e s i g nm e t h o d 明ds o m ee x p e r j e n c e sa r eo b t a i n e db yt h e o r e t i c a l l ya n a l y z i n g 锄dp r t i c a l l yd e s i g n i n g ，m 锄u f i a c t u r i n g 锄du s i n go ft h i sb o r i n gm a c h i n e i nt h e d e s i g n ，t h ea d o p t i n gb r o a c h i n gp r o c e s si se m p l o y e di n s t e a do fp u s hb o r i n g ，a n d t h e d e f o m l a t i o no fb o r i n gr o di sr e d u c e dw h i l et h em a c h i n i n gp r e c i s i o ni se n s u r e d a tt h e s a m et i m e t h en e wc o m b i n e db o r i n gm a c h i n et o o l h 嬲b e 朗u s e di np r o d u c t i o n i t c 柚m e e to re x c e e dt h er e q u i r e m e n to fm a n u f a c t u r i n gw p l0 1 2d i e s e lc y i i n d e r b l o c k n es u c c e s s 向id e s i g l lo f t h em a c h i n i n gi i n cf o r5 0 0 0 0c y l i n d e r b l o c ka s s e m b l y 0 ft h ei a n dk i n gw p l o 1 2d i e s e li sv e 叫i m p o n a n t i nt h i sr e s e a r c h ，a c c u m u l a t e d s o m ed e s i g ne x p e r i e n c e ，a n df 0 n n e das u i to fd e s i g nt h o u g h t t h ed e s i g nm e t h o di s v a l u a b l ef o rt h ed e s i g n i n go fs i m i l a rm a c h i n et o o l s k e y w o r d s ：d i e s e le n g i n e ，c r a n k s h a f tb o r e s ，c 踟s h a rb o r c s ，b o r i n g ，c o m b i n e d m a c h i n et o o l 第一章绪论 第一章绪论 1 1 国内外发动机情况概述 人类的活动和无节制的开发，能源的挥霍和浪费，温室效应越来越重，引 发的自然灾害频繁发生，使地球上生存的环境越来越差，人类越来越意识到环 境保护的重要性。进入二十世纪九十年代，在欧美等发达国家，人们的生存理 念发生了根本变化，由传统的追求经济舒适型，向追求环保豪华型发展。汽车 尾气排放是城市环境污染的主要来源，尾气排放中含有大量对人体有害的物质 元素，因此人们对限制汽车尾气排放的呼声越来越高。欧美等发达国家对汽车 尾气排放提出了严格的控制要求。欧共体1 9 9 3 年颁布了汽车尾气排放法规即欧 i 法规，目前欧洲已执行欧i i i 排放标准，2 0 0 5 年后执行欧i v 排放标准。美国 和日本也都推出新的排放标准，使汽车尾气排放不断向零排放靠近。2 0 0 8 年奥 运会的召开，对汽车排放提出了严格的要求。北京市自2 0 0 5 年1 2 月3 0 日起， 执行国家第三、四阶段机动车排放标准，我国将在2 0 0 7 年和2 0 1 0 年分别实施 国家第三、四阶段机动车排放标准。就每台发动机而言，每实施一个新阶段排 放标准，其单机污染物排放量就会降低3 0 以上。国家实施更加严格的排放法 规已是大势所趋。而且国际市场的原油价格持续攀高，已经直接影响到中国燃 油价格。现代柴油机具有节能，动力性好，排放低的特点，比汽油机节油约三 分之一，柴油汽车已成为世界汽车发展的潮流，柴油机技术水平进一步的发展 和提高，采用直喷，增压，中冷，带e g k 共轨等技术使得车用发动机柴油化 成为必然趋势，高水平车用柴油机的需求量在中国也会大幅增加。目前，许多 国产汽车已经开始采用相当于欧排放法规要求的技术。 我国加入w t o 后，发动机行业受到国际先进技术的冲击已是不可回避的问 题，重卡行业的高速增长吸引了世界重卡业巨头如奔驰、雷诺、沃尔沃等进入 中国市场，他们带来的资金和技术将提升国内重卡业的竞争平台，包括与之相 匹配的重型车用柴油机。从国内看，2 0 0 1 年9 月1 日我国实行了欧i 排放，2 0 0 4 年9 月1 日欧i i 排放标准即在全国实行，而2 0 0 5 年7 月北京执行欧排放标准， 2 0 0 8 年奥运会的举办等从法规及环保的意义上强制发动机技术的提高。对我国 发动机行业来讲，内外环境是同一个要求，在未来五年内必将有一个飞跃，与 世界先进国家接轨将付诸于行动。依据国家法律、法规，汽车尾气排放必须达 到欧i i i 排放，我厂大批量生产欧柴油机势在必行。 潍柴动力股份公司目前产品主要为重型卡车、工程机械配套，占公司营业 额的8 2 4 。目前产品功率覆盖范围还不完善，缺乏为中型汽车、中型客车配 1 第一章绪论 套的高水平柴油机产品，现有产品与国际先进的专业内燃机生产厂相比较还存 在一定差距，阻碍了潍柴向世界级通用动力供应商迈进的步伐，也难以应对跨 国大集团在国内市场的竞争。为了应对日益严格的排放法规要求，满足动力产 品节能及安全性的要求，完善产品的功率覆盖范围，提高竞争能力，公司跟踪 世界先进技术，借助国际技术开发力量，加快调整产品结构和企业结构，提高 行业整体素质和经济效益。为此，潍柴动力与a ：v l 公司及合作开发、生产技术 先进，质量稳定，性能领先的w p l 2 、w p l o 系列新型柴油机，满足国i i i 、i v 排 放标准。是国内汽车生产厂家急需的柴油发动机 潍柴自引进w d 6 1 5 ，w d 6 1 8 柴油机以来，产品和斯太尔公司及欧洲一直是 同步发展，在产品开发和先进技术的应用上和欧美几家研究开发中心及厂家一 直保持着密切合作，1 9 9 5 年之前我们就有了欧i 排放的柴油机，9 8 年就产出了 欧i i 排放的柴油机，在最早的排放普查中w d 6 1 5 ，w d 6 18 柴油机位居全国柴 油机之最好位置，自2 0 0 3 年以来潍柴与奥地利a 、，l 公司联合，在 w d 6 1 5 ，w d 6 1 8 柴油机基础上开发了w p l 0 和w p l 2 欧系列柴油机，潍柴共 有2 0 余名工程师常驻a v l 参与联合开发工作。w p l o 1 2 气缸体是用于欧i 柴 油机，采用全新设计、新开发的满足欧i i i 排放法规并具有欧潜力的柴油机，经 过样试，零件的结构设计和性能试验已全部完成，并经过小批投放市场的验证， 可以进行批量生产。 w p l 0 和w p l 2 欧i 系列柴油机主要结构特点：采用低噪音外部结构设计， w p l 0 和w p l 2 凸轮轴位置统一，为适应将来整车匹配的需要，将进、排气管 的位置相对于现w d 6 1 5 w d 6 l8 柴油机左右镜射。考虑到承受1 6 5 b a r 的最高爆 发压力，设计时采用较大的主轴径和连杆轴径使曲轴强度更高；较大的主轴承 和连杆轴承面积减小了轴承单位面积上的压力，使轴承更可靠；此外曲轴前端 轴径得到了强化，相比于欧机型，允许曲轴前端有更大的扭矩输出w p l o 和 w p l 2 欧i i i 系列柴油机是采用全新设计理念开发并具有欧潜力的柴油机。2 0 0 8 年之前潍柴就将产出具有欧排放的柴油机，做到与国际接轨。 1 2 气缸体在发动机中的地位和作用 气缸体是内燃机零件中结构较为复杂的箱体零件，也是关键件，其精度要 求高，加工工艺复杂，且加工质量的好坏直接影响发动机整机性能，因此，它 成为各内燃机生产厂家的重点之一。目前我国内燃机行业普遍工艺水平低、质 量不稳定、生产规模小、效益较差，根据我国国情，对于中等功率多缸机来说， 要获得较高的经济效益，就要组织专业化、大批量生产，以较低的成本、较先 进的工艺，以合理的经济规模组织生产。从我国几个成功的内燃机生产厂家来 2 第一章绪论 看，其经济规模一般为年产1 0 万台。 1 3 国内外气缸体生产现况概述 从世界汽车工业的发展历程来看，汽车发动机缸体的生产大致经历了传统 机械制造自动化和现代机械制造自动化两个发展阶段。 对于气缸体的大批量生产，在国外已是一个相当成熟的生产领域。近几年 来，随着科学技术的发展，特别是计算机及数控技术的广泛使用，使机械制造 的柔性、自动化得以实现。气缸体的生产不再仅仅完成全部机械加工工序，还 能完成自动上下料，加工过程中的自动测量与补偿，自动装配打印，去毛刺， 最终检验，自动储存，并同时对每段自动线及全车间进行运行状态及故障的监 视和记录。生产系统实现了从毛坯上线、成品下线全过程自动化，并以此为基 础，向着计算机集成制造系统( c i m s ) 发展。 国内的内燃机制造企业，在二十世纪九十年代，特别是八十年代以前，由 于受计划经济的影响，产品比较单一，生命周期较长，因而大多采用组合机床( 通 常称之为专机) 组成的刚性制造系统【5 】【6 】【刀。在当时，确实发挥了投资少、生产 效率高的优势。但近年来，随着产品研发速度的加快，产品生命周期越来越短， 刚性制造系统越来越来越不适应市场变化的需要。 因而，半柔性制造系统正在各内燃机制造企业悄然兴起。一些国家发展了 c a d c a m 集成系统、微型机c n c 系统、柔性生产系统、多级计算机控制系统 和计算机网络结构系统等，生产规模达到了车间和工厂的综合自动化【8 】【9 1 。这种 半柔性制造系统介于柔性制造系统与刚性制造系统之间，适合于系列化发动机 产品中的同一系列多品种大批量生产。通常有两种形式：一种形式是以刚性制造 系统为主体，配以部分数控设备( 如加工中心等) ，或以数控设备为主体，配以 部分组合机床组成的生产系统；另一种形式是以刚性制造系统为主体，配以一个 或数个柔性制造单元组成的生产系统，有时亦将这种配置形式称之为“制造岛”。 这种半柔性制造系统有较明确的加工对象同一系列产品，同时又适用于对 未知产品的加工 结合自动流水线与n c 机床的特点，将n c 机床与物料输送设备通过计算机 联系起来，形成一个系统，来解决中等批量、中等规模品种以及小批量生产领 域的问题，就形成了所谓的“柔性生产线系统”，其自动化程度高，能多品种生 产，能适应快速变化的市场，因而在国内外倍受生产厂家的青睐。综合国内外 生产的经验，采用柔性生产线具有以下优势【1 0 】【l l 】1 2 】： ( 1 ) 设备利用率高一组机床编入柔性生产线系统以后，产量比这组机床在分 散单机作业时的产量提高数倍； 3 第一章绪论 ( 2 ) 生产能力相对稳定柔性生产线系统有多台机床组成，发生故障时，有降 级运转的能力，物料传输系统也有自行绕过故障机床的能力： ( 3 ) 产品质量高零件在加工过程中，装卸一次完成，定位可靠，加工精度高， 加工形式稳定； ( 4 ) 运行灵活有些柔性生产线系统的检验、装卡和维护工作可在第l 班完成， 第2 、3 班可在无人照看情况下正常生产； ( 5 ) 产品应变能力大刀具、夹具及物料运输装置具有可调性，且系统平面合 理，便于增减设备，满足市场需要。 柔性生产线系统虽然具有上述优点，但也有它的缺点与不足。 ( 1 ) 系统投资大，投资回收期长； ( 2 ) 系统结构复杂，对操作人员要求高； ( 3 ) 结构复杂使系统可靠性较差； ( 4 ) 只使用于品种变化不大，批量在2 0 0 2 5 0 0 件的中等批量生产 1 4 w d 6 1 5 柴油机气缸体刚性生产线工艺概况 由于w p l 0 1 2 柴油机是在w d 6 1 5 柴油机的基础上研制的，它们的气缸体 在结构上有相似之处。因此在进行w p l0 1 2 柴油机气缸体工艺设计时需要分析 一下w d 6 1 5 柴油机气缸体刚性生产线工艺设计的原则，主要参考一下毛坯定 位基准的选择及主要加工工序安排原则。 w d 6 1 5 气缸体刚性生产线是按照年产一万台气缸体并准备增加部分工艺设 备后年产2 万台气缸体进行工艺设计的，属于大批量生产。生产线形式为流水 作业生产线，生产线组成以专用机床为主，万能设备为辅，机床之间用非机动 滚道相连接，重要工序采用进口刀具，气缸体的关键精度项次使用成组进口设 备来保证。生产线共分为三部分：l 、气缸体生产线；2 、曲轴箱生产线；3 、气 缸体总成生产线。 气缸体及曲轴箱生产线工艺大体安排为：平面粗加工工艺孔加工 缸孔粗加工主轴孔粗加工其他工序粗、半精加工部分孔攻丝 结合面精加工清洗 气缸体总成生产线工艺大体安排为：气缸体与曲轴箱把合剩余孔加 工主轴孔、凸轮轴孔半精加工清洗主轴孔、凸轮轴孔精加工 二端面、二侧面精加工上平面、缸孔、缸孔止口的精加工缸盖稳钉孔 的精加工缸孔珩磨清洗压堵盖、凸轮轴衬套气密试验。 研究该生产线的工艺过程后，发现有如下关键之处： ( 1 ) w d 6 1 5 柴油机气缸体的工艺安排是按照气缸体、曲轴箱分别进行加工 4 第一章绪论 后，把合成气缸体总成后再进行加工为成品。 ( 2 ) w d 6 1 5 柴油机气缸体毛坯定位采用了缸套外壁定位，前三台专用机床 用毛坯定位分别完成上下平面、左右侧面的铣削，在第四台机床上完成精加工 基准定位销孔的加工。 ( 3 ) w d 6 1 5 柴油机气缸体三条生产线中共有二台进口精加工设备，都布置 在气缸体总成生产线中，一台用于精镗主轴承孔、凸轮轴孔及加工前后端面精 密孔系；一台用于精铣气缸体上平面、精镗缸孔及止口。这二台设备是国外同 一家公司家设计、制造的，并且这二台设备是成组布置的，夹具的定位点、夹 紧点都选择在工件的相同部位。 当然，6 1 5 气缸体刚性生产线是按照大批量生产进行工艺设计的，工序分 散，每道工序都对应一台机床，生产节拍短，生产线采用大量专用机床、专用 量具，整条生产线共有主要生产设备6 l 台，工艺投资大，生产形式单一。这与 我们的批量生产，以专用设备为主，采用工序分散的原则是相同的。它的基本 工艺过程、毛坯定位方式以及哪些精度采用进口精加工机床保证，是应该借鉴、 参考的。在设计w p l o 1 2 气缸体时，在参考刚性生产线的同时，也应考虑到加 工中心的特点，充分发挥加工中心重复精度高及柔性高的特点，制定出合适的 工艺。 1 5 课题背景及主要工作 1 5 1 课题背景 气缸体加工工艺的编制极具灵活性，只要能装夹简单、加工出合格的产品便 是一个合格的工艺，但由于工艺人员的水平、素质都各有不同，所以同一类零 件的工艺会有所不同，同时生产纲领不同、加工工艺也不同。但是面对市场需 求，汽车行业生产由单一大批大量型向多品种小批量生产方式的转化趋势，在 具体的生产纲领下采用哪种工艺方案最合理，在企业内部也应形成一个统一的 认识。 同时，随着高速加工技术越来越广泛的应用，高速加工机床、刀具的使用 及切削用量的选取在公司内也应推广使用。高速切削加工技术是近十几年来发 展起来的一种先进制造技术，是国际上公认的四大先进制造技术之一f 1 3 】【1 4 1 。在 国外汽车发动机缸体的生产中，高速加工中心应用越来越广泛。高速切削是一 种利用浅切深、高速进给和高速切削速度的方式进行加工，不但可以大幅度降 低加工成本与时间外，且有热变形小与切削力低等优点【1 5 】【1 6 】【1 7 1 。 基于以上原因，公司迫切需要优化气缸体加工工艺、实现成组加工、提高 5 第一章绪论 加工效率、降低加工成本，选择合适的机床与刀具，通过试验找到合理的切削 参数，将近几年来国内外研究出来的高速切削成果应用到实际生产中来。 同时在公司内部确定适合本公司的气缸体加工工艺规范，有利于新的工艺 人员在短时间内对气缸体加工有一个全面的认识，少走弯路。 1 5 2 课题主要工作 本课题面向生产实际，结合发动机生产情况和我厂的实际情况，对 w p l 2 1 0 系列柴油机缸体生产线和工艺过程进行分析与研究。w p l 2 重点对缸 体的加工工艺进行分析，在w p l 2 1 0 柴油机气缸体生产线基础上，对主轴孔和 凸轮轴孔组合镗床进行了分析，针对实际生产要求，对镗削进行了理论分析， 最后在理论分析的基础上，采用拉镗工艺设计了符合生产要求的镗模，最后进 行了调试。 本文主要研究内容如下： 第一章，介绍了国内外环保要求对发动机要求的发展情况，简单介绍了国 内外气缸体生产工艺的发展情况，提出了课题的研究意义。 第二章，对w p l 2 柴油机气缸体的结构特点进行了分析，设计了合理的工 艺方案及工艺流程，完成了各加工基准的选择。 第三章，进行了镗削加工工艺分析，完成了镗杆在轴向力和径向力作用下 的弯曲计算，对主轴孔和凸轮轴孔的加工工艺进行了设计。 第四章，分析了镗削加工的误差、精度以及镗孔的各种质量影响因素。 6 第二章1 p 1 0 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 第二章w p l0 12 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 w p l o 1 2 柴油机是我公司与a 、厂l 知名公司联合设计的1 0 1 2 升排量大功率 柴油机。主要应用于大型载重汽车及发电、船机、工程机械等领域。我公司通 过样试工艺生产的样机，经过公司内试验并与重型汽车配套试验，性能良好。 可以进行批量生产并推向市场作进一步市场考核。根据生产批量要求及当今世 界发动机制造业的发展趋势并考虑至该产品以后改动的可能性。拟用我公司从 国外引进的一条刚性生产线来完成w p l 0 1 2 柴油机气缸体的批量生产。能够适 应今后产品更新换代快、产品多样化的发展趋势。 2 1w p l 0 1 2 柴油机气缸体的结构特点 w p l 0 1 2 柴油机气缸体包含三个零件件号：一是指不带曲轴箱的上气缸 体，习惯上称为气缸体；另一部分是指曲轴箱，也称为框架；气缸体与曲轴箱 分别加工后，再用三个西1 4 h 7 定位销定位、1 4 个m 1 8 螺栓把合成的合件，称 为气缸体总成。w p l o 1 2 气缸体是六缸直列、整体曲轴箱结构的气缸体，缸径 在不压入缸套时为1 3 0 m m ，压入缸套后直径为1 2 6 m m ，缸套壁厚为2 m m ， 是干式气缸套结构。气缸体壁薄呈箱式结构，内部铸有复杂的冷却水腔及油腔， 并且需通过加工形成贯穿前、后端面的主油道及不同直径的副油道、斜油孔， 向主轴承、凸轮轴承、挺杆孔套等输送润滑油，其内部结构比较复杂。曲轴箱 是与油底壳分离的整体框架式结构。 w p l o 1 2 柴油机气缸体总成高为5 1 9 m m ，宽度为3 7 2 5 m m ，长度为9 5 2 m m 。 其六个面上遍布孔系，孔距精度在位置度0 4 m m 及0 0 4 m m 之间。从以上 w p l 0 1 2 气缸体的外形尺寸及精度结构分析，该工件适合在刚性生产线上进行 加工。 2 2 工艺方案及工序安排及设计原则 2 2 1 工艺方案的确定 生产纲领：年产5 万台w p l o 、w p l 2 系列柴油机。 w p l o 1 2 气缸体生产批量为年产w p l o 1 2 气缸体5 万台左右，属于批量生 产，应按工序分散原则安排加工工序。 两种气缸体混线生产6 1 2 6 3 0 0 1 0 0 0 l ( w p l 2 ) 及6 1 2 6 3 0 0 1 0 0 0 2 ( w p l o ) 两 种气缸体外形尺寸分别为：长宽高= 9 5 2 3 8 9 4 1 9 ( w p l 2 ) 、长宽高 7 第二章w p l 0 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 = 9 5 2 3 8 9 3 6 3 8 ( w p l 0 ) ，两种气缸体高度相差5 5 2 m m ； w p l 0 1 2 柴油机气缸体的毛坯为铸坯，材料为h t 2 8 0 g b 9 4 3 9 ，毛坯图纸 要求毛坯精度为g t b l 6 。加工余量为平面加工余量为5 m m ，孔的单边加工余量 为4 5 m m 。考虑到我公司当时铸造水平的现状，毛坯难以完全达到毛坯图纸 的要求，各面、孔将会出现料肥、料偏现象，将导致设备及刀具的损坏及加工 精度的降低。 由于w p l 0 1 2 气缸体是干式缸套结构，缸孔加工完成后，必须要保证缸孔 壁厚的均匀，如果缸孔加工完成后缸孔壁厚不均匀，活塞在缸孔内运动时，缸 孔壁薄处容易变形，并且缸孔周围的冷却也不均匀，容易引起气缸的变形，造 成活塞“拉缸”现象。因此工件定位时首先要考虑缸孔在加工完成后，壁厚的均 匀，还要兼顾各主要面、孔的加工余量。这样，工件纵向定位时要以第1 、第 缸孔外壁取中定位，保证纵向缸孔的壁厚均匀；横向定位时也要以第1 、第 缸孔外壁的另一个方向定位，这样定位就保证了气缸体加工完成后缸孔壁厚 的均匀；在定位时还要考虑到主轴承孔、凸轮轴孔以及上、下平面等主要面、 孔加工余量的均匀。 另外，为了更好的达到产品图纸的要求，需要找出工件的加工难点。通过 分析产品图纸，可知加工要求如下： 主轴承孔、凸轮轴孔是柴油发动机机械加工的工艺难点，本次设计采用粗 镗一半精镗一精镗的工艺方案。粗镗、半精镗选用国产设备进行加工，并为精 镗留有足够的加工余量。精镗在进口设备上进行加工，该设备同时精镗主轴承 孔、凸轮轴孔、精铰两端面的定位销孔，稳定保证主轴承孔和凸轮轴底孔的跳 动、位置度、圆柱度、表面粗糙度以及凸轮轴底孔对主轴承孔的位置度的要求； 精镗主轴承孔后，采用径向走刀精车止推面，保证止推面对主轴承孔垂直度。 主轴承孔、凸轮轴孔直径尺寸分别为1 1 0 h 6 及6 5 h 7 ，表面粗糙度均为ra 1 6 ；各主轴孔的跳动要求如下： 第二主轴承档a 2 ： 第三主轴承档a 3 ： 第四主轴承档a 4 ： 8 第二章w p l o 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 第五主轴承档a 5 ： 第六主轴承档a 6 ： 注：柴油机缸体主轴承孔共7 档，从前端开始分别用a 1 a 7 表示 各凸轮轴孔的跳动要求如下： 第二凸轮轴承档d 2 ： 第三凸轮轴承档d 3 ： i 万 0 0 2d 2 d 4 l j 0 0 6d 1 d 7 第四凸轮轴承档d 4 ： 第五凸轮轴承档d 5 ： 第六凸轮轴承档d 6 ： 注：柴油机缸体凸轮承孔共7 档，从前端开始分别用d 1 d 7 表示。 为了保证缸孔、止口的尺寸精度和形状位置精度，采用粗镗一半精镗一精 镗一珩磨的工艺方案，精镗采用以机体主轴承孔定位精铣项面、精镗缸孔及止 口的铣顶面精镗缸孔自动线承担，该自动线有效地保证上下缸孔和缸孔止口的 尺寸精度、形状位置精度以及对主轴承孔垂直度。缸孔的珩磨采用进口立式多 工位双轴珩磨机：有效的保证了缸孔的表面粗糙度及形状位置精度。 ( 1 ) 缸孔的尺寸1 3 0 h 6 ( 0 + 0 0 2 5 ) 、圆柱度为0 0 1 m m ( 由于是干式缸套， 满缸镗削行程为2 9 0 m m ，普通刀具难以达到要求) ，六个缸孔的轴线对主轴承 孔的垂直度为0 0 2 m m ，要求加工主轴承孔时与加工缸孔时的定位误差趋向于 零，并且加工机床的精度非常高，才能达到该要求，加工时如以图纸设计基准 主轴承孔定位，来加工缸孔，将更有利保证该项位置尺寸。 9 第二章w p l o 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 ( 2 ) 缸孔止口的深浅4 7 ( o 加0 3 ) 及缸孔止口对缸孔的垂直度o 0 l ；该 项精度涉及到缸套端面与缸孔止口端面的接触面积，如接触面积太小，将造成 柴油机在工作中缸套破裂的现象。该尺寸的保证最好是在缸孔与止口加工的精 加工工序中，用一把复合刀具先精镗缸孔，然后止口刀具横向走刀，车止推端 面，这种加工方式最有利保证止口端面与缸孔轴线的直度，一般用专用机床加 工该尺寸时，多采用这种方式加工，但用加工中心加工该尺寸，由于刀具太复 杂，并且刀具还要与机床有信息传递，因此，一般不采用这种加工方式，多使 用一把高刚性复合刀具。 ( 3 ) 前端销孔2 个5 h 7 、2 个8 h 7 孔位置度为o 0 5 m m 。后端面1 2 h 7 、 3l h 7 定位销孔的位置度要求西0 0 6 m m ，且各尺寸相互关联，一般情况下，为 保证前后端面这些孔距的位置精度，要使用高精度专用机床加工，利用专用机 床多轴复合，一次定位，将这些孔全部加工出来，这样就减少了重复定位的误 差，有利于保证各孔之间的相互位置。利用加工中心加工是一个难点。 ( 4 ) 上、下平面的平面度要求：0 0 3 l o o 及0 0 5 全长，表面粗糙度r a l 6 。 由于加工中心最大刀径的限制，加工中心不擅长大平面的铣削。要解决该问题， 应选择优良刀具，制定合适的切削速度和进给量。 ( 5 ) 1 2 - 3 l h 8 挺杆孔圆柱度要求o 0 1 5 、表面粗糙度r z l 4 、与相邻两凸 轮轴孔垂直度0 0 5 、位置度o 2 。由于挺杆孔是预铸孔，并且在气缸体结构紧 凑的内部，因此挺杆孔的加工采用五次加工：刮平孔口毛坯面粗扩一半 精扩镗削铰削，采用国产设备加工。，挺柱孔加工时机床选用刚性主轴， 更好的保证位置度。1 2 个挺杆孔的粗加工，由于挺杆孔是预铸孔，加工余量很 大，单边余量可达到l0 m m 左右，并且挺杆孔在缸体内部，加工时刀具悬伸较 长，刀具的刚性变差，加工时易引起刀具的震动，因此加工时须选择高刚性刀 具，选择合理的刀具角度，切削用量，并将挺杆孔的加工分几个工步加工，来 解决该问题。 气缸体挺杆孔内有1 2 个4 通主油道的斜油孔，由于刀具细长，加工时刀 具悬伸较长，并且是在斜面上加工，故将1 2 个西4 通主油道的斜油孔改为带导 向西5 4 阶梯孔，有利于保证孔加工精度和刀具耐用度 ( 6 ) 气缸体右侧面一处8 斜油道孔连接主油道和惰轮轴孔，加工长度为 1 9 7 m m ，属于深孔加工，而且中间主油道已加工完，不能用枪钻加工，故加工 时采用分序加工，利用已加工的孔作导向，可有利于孔位置度保证。 ( 7 ) 上平面的铣削、缸孔及止口的精镗、上平面1 2 巾l o h 7 缸盖定位销孔 的加工拟采用二台进口加工中心按平行工序配置进行加工，以保证加工精度： 缸孔的珩磨采用进口珩磨机，保证生产节拍及加工精度。 l o 第二章1 y p l 0 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 ( 8 ) w d 6 1 5 挺杆孔加工采用扩一镗一铰加工工艺，因在粗扩孔时由于毛坯 偏原因导致半精镗孔工序余量较大，垂直度和位置度不能满足要求，蓝擎气缸 体比w d 6 1 5 挺杆孔直径减小，不利于加工过程中精度保证，1 2 一由3 1 h 8 挺杆孔 圆柱度要求0 0 1 5 、表面粗糙度r z l 4 、与相邻两凸轮轴孔垂直度0 0 5 、位置度 由0 2 。由于挺杆孔是预铸孔，并且在气缸体结构紧凑的内部，因此挺杆孔的加 工采用五次加工：刮平孔口毛坯面粗扩半精扩镗削铰削，采 用国产设备加工。但通过增加扩孔工序( 扩一扩一镗一铰) 和使用前后导向方 式来保证精度，在第一次扩孔时虽增加前后导向，但由于毛坯偏原因仍造成第 一次扩孔位置度超差比较大，经过两次半精加工基本可以满足工艺要求。 对以上各位置尺寸的保证主要考虑，利用一次装夹能够进行加工的原则， 并且要考虑到利用工件的设计基准来定位、找正工件，以减少工件的定位误差； 主轴承孔及凸轮轴孔的精度要求高，采用制造高精度的镗模解决；所用刀具选 用国外著名公司的产品，以提高加工效率及加工精度。 2 2 2 工序的安排及设计原则 总的安排是先将气缸体及曲轴箱分别加工：影响两件合装及合装后不能加 工或合装后加工工艺性不好的部位，而又不影响气缸体总成精度的部位，要在 两件合装前进行加工完成；需要合装后进行加工的部位，要在合装前进行粗加 工，去掉大部分的加工余量，以免合装后再进行粗加工引起毛坯应力的重新分 布。气缸体总成的加工，主要是进行各主要面孔的精加工，与柴油机其他零件 有装配关系的部位，也要在气缸体总成上进行加工。下面分述气缸体、曲轴箱 及气缸体总成这三个件的加工过程如下。 ( 1 ) 气缸体的工艺安排如下： 平面粗加工工艺孔加工缸孔粗加工主轴孔粗加工其他 工序粗、半精加工部分孔攻丝结合面精加工挺杆孔精加工一清洗 ( 2 ) 曲轴箱的工艺安排如下： 平面粗加工工艺孔加工主轴半圆孔孔粗加工其他工序粗、半 精加工部分孔攻丝结合面精加工清洗 ( 3 ) 气缸体总成的加工是保证柴油机装配精度的关键。柴油机性能的好坏， 与气缸体总成的加工质量有直接的关系。为了保证柴油机的装配精度，减小由 于气缸体与曲轴箱把合误差所带来的影响，应尽可能将气缸体上所有与柴油机 其他件有装配尺寸要求的部位在气缸体总成工序上加工或精加工。按工序集中 及基准统一原则，应尽量将精加工工序安排在一次装夹中完成，同时也应考虑 在柔性线上一次装夹中加工部位太多，造成加工应力的重新分布而对气缸体总 第二章w p l 0 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 成精度的影响。气缸体总成工序的安排如下： 气缸体与曲轴箱把合剩余孔加工主轴孔、凸轮轴孔半精加工 主轴孔、凸轮轴孔精加工二端面、二侧面精加工上平面、缸孔、缸孔 止口的精加工缸盖稳钉孔的精加工缸孔珩磨清洗压堵盖、凸 轮轴衬套气密试验。 该工艺方案可使二号厂房生产线具备蓝擎w p l 2 气缸盖年产五万台的生产 能力。其主要生产线设计原则为： ( 1 ) 组线方式：目前机加工车间组线方案主要有由加工中心组成的柔性加工 生产线和组专机床组成的刚性加工线两大类。一般来说，柔性线设备购置费用 是刚性生产线的数倍，一次性投入很高；同时在使用过程中，为了确保加工效 率和加工精度，柔性线刀具一般依赖于进口，其使用费用也是刚性线刀具使用 成本的数倍；但柔性线在对于适应市场变化方面拥有刚性线无可替代的优点。 由于本次设计主导产品为1 l p 1 2 和1 i p 1 0 系列柴油机，这两个产品为同系列产品， 除1 l p 1 2 与w p l 0 机体高度相差5 6 嘞，两侧面及两端面部分孔的位置不一样外， 绝大部分加工内容组专机床均能实现共线生产。根据产品特点和生产纲领，本 次设计采用以组专机床、加工中心、数控设备等为主，新建机体、缸盖、曲轴 箱可调加工生产线，以适应w p l 2 和1 】y p l o 系列发动机各种变形产品的共线生产。 ( 2 ) 为保证产品质量，关健加工设备引进高效、高精度、数控可调设备；同 时生产线配备相应的辅助生产设备。在满足生产需要的前提下，采用国产优质 设备，实现“低投入，高产出”，为企业创造较好的回报。 ( 3 ) 提高检测和试验手段，实行在线检测，适时控制质量，保证零件加工质 量，引进一台三坐标测量机承担零件的综合检测。 ( 4 ) 加强信息管理技术，构建信息化网络系统，合理组织车间物流，以降低 生产及物流成本，实现企业利润的最大化。 ( 5 ) 设计中充分体现以人为本的设计理念，生产线上所有设备均采用全防护 结构，采用分段湿式加工方式，提高生产效率和加工精度。冷却液采用集中供 应系统，工序之间的输送采用机动辊道，以减轻工人劳动强度，为工人创造一 个舒适的工作环境。 ( 6 ) 机加工车间采用局部刚性地坪，空中走线走管，水、暖、动、电等公用 管线采用沿柱架空敷设。 ( 7 ) 该机加工车间位于二号厂房天井南部，共三跨，占地约1 5 9 3 0 m 2 ，采用 局部刚性地坪，空中走线走管，水、暖、动、电等公用管线采用沿柱架空敷设。 ( 8 ) 各跨间设置2 吨行车，用于吊装毛坯、工件及简单的机床维修。机床大 修由汽车吊完成。工件成品由电动叉车输送到装配车间投料口。另外，气缸体 1 2 第二章w p l o 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 与曲轴箱的合装使用气动平衡吊来完成。 ( 9 ) 生产线中的大部分设备采用大防护结构，切削液的排放采用大流量地沟 排放系统( 大流量处理系统位于车间西侧1 2 m 偏跨内) ，清洗机及有关专机的废 液用废液箱运到指定地点处理，清洗机全部配有蒸汽冷凝回收装置，为工人创造 一个舒适的工作环境。 ( 1 0 ) 全线采用分段控制，加工设备采用湿式加工，大防护，大流量冲屑并集 中处理，集中冷却，空中走线走管，机床进给及零件输送皆由数控实现( 精镗 三轴孔机床、珩磨设备水处理与其他设备水处理分开) 。 ( 1 1 ) 在生产线线后设人工检测工位并配有简易小型平板，工件可顺利拉出线 外、推进线内，方便工件检测。在生产线线后预留质量检验工作台位置。适当 增加自动线间距，以利于在制品的存放。 ( 1 2 ) 加工生产线、线外辅机构成形式：钻孔、攻丝机床( 耋m 1 0 的螺孔) 配 备孔深探测、断刀报警系统；所有设备上料端均配有上料姿态识别检测功能， 确保工件正确送入生产线内；工件下料前，使用切削液冲洗工件，尽可能减少 铁屑带到下道工序，在最后一条线的线尾设有翻转倒屑、倒水及吹风功能，尽 可能减少切削液带到下一道工序。碗形塞工序的涂胶、给料、压装均为自动。 ( 1 3 ) 设备之间信息传递，实现互锁，并在生产线中设工件识别装置，用来识 别两种不同的产品，以增加生产线的安全性。根据工艺需要，在生产线中设人 工检测工位，设人工放行按钮，方便工件检测。 ( 1 4 ) 生产线配以少量柔性设备完成上平面、左右侧面、前后端面上的部分工 序加工，并满足工艺凸台及以后产品变形的加工需要。 ( 1 5 ) 定位基准的加工：以缸孔外壁、主轴承孔、缸孔、凸轮轴孔等毛坯面为 粗加工定位基准完成加工。生产线加工用定位基准：主要以下平面及2 一由1 5 h 7 销孔完成( 一面两孔定位) 。 ( 1 6 ) 根据产品特点及工艺性，经工艺分析，机械加工车间拟采用国内成熟可 靠的组合机床为主，关键工序引进国外生产设备，采用分段自动线和生产流水 线形式，工序之间的输送采用机动辊道，以减轻工人劳动强度。同时配备少量 加工中心机床以适应w p l o 、w p l 2 各种变型产品的共线生产。 ( 1 7 ) 为确保零件加工质量，每段自动线后配备相应的电子塞规、综合量检具 用于测量孔径和位置度，实现加工零件的在线测量。对产品特殊特性配备s p c 统 计分析软、硬件。此外还引进一台三座标测量机承担整个2 号厂房生产零件的 综合测量。 ( 1 8 ) 生产线刀具强制换刀、集中刃磨。 ( 1 9 ) 生产线配以少量柔性设备完成上平面、左右侧面、前后端面上的部分工 1 3 第二章1 p 1 0 1 2 柴油机气缸体总体工艺分析与设计 序加工，并满足工艺凸台及以后产品变形的加工需要。 ( 2 0 ) 两种气缸体各面加工部位区别较小，部分机床可以调整加工行程、部件， 或增加加工工位及采用柔性设备来达到混线生产的目的。 ( 2 1 ) 生产线由三部分组成：曲轴箱生产线、气缸体生产线、气缸体总成生产 线。 ( 2 2 ) 在工艺方案设计中为降低投资风险，设备尽量选用国产设备，把关设备 采用进口，保证产品质量。 ( 2 3 ) 所有设备全部采用湿式加工，大流量冲屑，设置雾气收集装置，带排屑 及切削液处理系统。 ( 2 4 ) 所有设备均采用整体大防护。在防护的合理位置装有视窗，在防护内配 有防滑踏脚板。防护门：在换刀位置处设电子锁手动滑门或手动转门；安全维 修门用机械锁；防护门应设置安全开关与设备控制装置互锁。 ( 2 5 ) 输送滚道高度为1 3 0 0 姗( 地面到工件输送面的距离，含垫铁高度) 。 ( 2 6 ) 夹具必须充分考虑工件定位的准确性及夹具的刚性。 ( 2 7 ) 夹具自动定位、夹紧。定位、夹紧应可靠，并且有自锁功能( 液压自锁 或机械自锁) 。夹紧点和夹紧元件要设计合理，夹紧力应可调。而且要具有必要 的辅助夹紧及支撑装置，夹紧部位不允许有明显的压痕，夹紧和松开时不应引 起工件的变形和损伤。 ( 2 8 ) 精铣两端面及主轴承孔的半精镗、精镗设备的夹具具有定位气隙检测功 能。 ( 2 9 ) 在夹具定位处设自动冲洗，且定位点具备自动吹屑功能，确保零件定位 稳定、准确。 ( 3 0 ) 在进行刀具设计与选型时应采用当今成熟而先进的刀具技术，在保证质 量和节拍的同时，注重选择质优价廉的标准通用型刀具以降低单台消耗。 ( 3 1 ) 钻孔、攻丝设备的主轴箱尽量采用刚性主轴设计，若采用模板形式，在 各钻孔、攻丝主轴直径足够的前提下，主轴轴承选用滚珠轴承，加工工件应满 足位置度由o 3 5 的要求。 ( 3 2 ) 配置集中自动润滑系统，对导轨、丝杆及其它运动部件提供定时、定量 润滑；在润滑的最远端和最高点设置压力检测点，并纳入p l c 报警。 ( 3 3 ) 根据买方的工序内容要求配置设备，各设备功率、主轴扭矩、工作行程 等参数指标应留有一定的备量。 ( 3 4 ) 优化加工工艺及加工顺序，尽量减少机体的转位