发动机缸体数控柔性加工生产线建设实施方案_上_.docx

发动机缸体数控柔性加工生产线建设实施方案（ 上）中国三江航天集团红阳机械厂 （湖北#$%&）王华侨 张 颖 吴国君品改型。二汽神龙与奇瑞汽车发动机缸体的部分生产线属于此种类型，如神龙配备的 5# 柯马的生产线。 奇瑞汽车其中缸体生产线有五条，生产线设备以日本与德国知名品牌设备为主组线，包括德国 67887, 生产 线、德国 *9:7,（ 该线全部由 *9:7, 系列机床组成的01 台设备，投资 2; .?7,:-8 生产 线，沈阳 a 机床有限公司生产的 ab16c % 2 卧式加工 中心 34 台分别穿插在这些生产线上。如图 2 所示，该 公司加工生产发动机重要零部件自动化程度高，其年生 产发动机能力达 b1 万台（套）。该公司发动机缸体研制 生产线上设备主要包括德国 $d20&、日本牧野 *=(e.- 及日本大隈 5=9)* 的卧式加工中心；珩磨机使用德 国纳格尔公司与德国格林公司的珩磨设备；立式加工中 心全部为宁夏小巨人生产的设备。为便于以后新产品的开发，生产批量的扩大，生产线上所有机械加工设备均为柔性加工设备，其他辅机为# 发动机缸体生产线的模式目前发动机缸体生产线有两种模式： 第一种模式是所有设备采用专机，全自动化生产的刚性生产线，如国产大连亿达提供的专机生产线。此种 生产线加工效率高，零件的装夹、流转全部是自动化， 对人员要求数量少、技能要求低，适合于较大批量的生 产，如年产十万台甚至更多产量的流水线，但是设备专 业化强、局限性大，不利于新型号的开发。这类生产线 适应于稳定的大批量发动机缸体加工，长安发动机厂采 用此种生产线。第二种模式是采用柔性生产线的方式，生产线上的 设备基本上是一般通用的立式加工中心、卧式加工中 心、五轴以上的加工中心等，不采用或极少采用专业机 床。零件的装夹采用气动夹紧方式，每个工位配备专人 在生产线进行操作和搬运。这种型式的生产线属于半自 动化生产线，管理难度略大一些，适合于批量不是特别大的流水线生产，但此种生产线便于新产品的开发、产!建模，然后根据零件的结构特点，生成零件的工程图、 加工工艺图。根据 # 系统的功能，从 #& 数据库 获取加工过程的工艺信息，进行零部件加工工艺路线 的控制，输入加工参数，然后再在 # 中编制刀具路 径，进行三维加工动态仿真，生成加工程序并输送到数控机床完成自动化加工。这些加工步骤是现代化零部件生产的过程和发展趋势，它使复杂零部件的生产 简化为单个机械零件的数控自动化生产，全部装配设 计和数控加工编程过程都可以借助 #$ % # 软件在 计算机上完成。它改变了传统的产品制造手段，有效地缩短了产品制造周期，大大提高了产品的质量、精机架零件! 结语数控编程是目前 #$ % #& % # 系统中最能明显 发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高 加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着 重要作用。采用 ()*+,-. 或 &,- % / 等先进软件进行三维度和生产效率。（收稿日期：01211304）!#$%&(专用设备和非标设备，夹具为手动夹具，量具采用专用塞规、气动量仪等检测方式进行检测。生产线上零件的 周转使用手动输送线，保证生产能力的情况下选择最少 的设备投入。由于 是 流 水 线 方 式生 产，因 此 在 综 合 考虑 缸 体 结 构 特 点、 工艺 方 案、生 产 节 拍 的前 提 下，以 产 品 加 工的质量合格和生产 当量 实 现 为 目 标，以 最小 的 设 备 投 资、最 高的 设 备 运 转 效 率， 兼顾新型发动机缸体 的研制加工与生产线 的可持续升级和能力 提高 扩 容 为 原 则，进 行生 产 线 的 建 设。在 设备的投入上重点考虑如下几个因素：径、$) + )- 深的曲轴孔发动机缸体所需求的较大规格、较高精度的双工作台卧式加工中心等来提高生产 线的整体能力。（*）数控加工中心、气密检测等设备投入上重点考 虑国产和进口设备搭配，既可以满足加工精度要求，也 可减少投资；珩磨机采用进口高精度的精密珩磨设备来 提高发动机缸体的精度和寿命，满足排放环保要求。（)）工具如实现刀柄、刀具、量具的共享，从而保 证发动机缸体加工设备的高效率维护维修、操作人员数 量少、工具成本低等目标。在刀具、量具等投入上尽量 选用进口的产品，既可以保证加工精度，也可以提高加 工效率，降低单台套缸体加工的刀具、量具成本。（.）通过可拆卸定位销来提高工装主体的通用性， 减少工装的重复投入；同时，采用气动夹具等来缩减装 夹准备时间来提高主机运转效率，从而满足生产线的节 拍要求与不同型号发动机缸体加工时的高效率切换性。（,）配备相应的软件设施条件，包括发动机缸体数 字化制造所需要的计算机辅助设计 /01、分析 /02、制 造 /03、工艺 /044、数据管理 413 和发动机缸体加工 工艺专业计算分析软件包，满足发动机缸体加工的高精 度、大批量、柔性化生产制造的要求。! 柔性生产线的设计原则（）柔性生产线设计的关键 柔性生产线设计时首 先根据发动机缸体的结构形式和种类、批量规模来确定 设备的定位和装夹方式，若是大批量如年产 * 万 + 万 台，采用液压自动夹紧 5 机械自动上下料方式配合单工 作台卧式加工中心，比手工上下料 5 双工作台更具有优 势。而小批量如年产 # 万台以下的规模，则采用手动上 下料装夹定位 5 双工作台卧式加工中心比较节省投资。 批量生产时刀具的磨损、设备稳定、质量的控制等都需要制订相关措施来保证缸体质量的一致性。另外， 在生产线建设时，一定要结合在线检测如气密检测、清 洗等工序间的协调。在工序的安排上兼顾多少型号的发 动机同时在线，工艺总方案需要考虑：!环境温度：将 加工环境温度控制在（#* 6 $）7 内为宜，这样可以避免 缸体加工的温度和装配环境温度的一致性，从而避免因 环境温度引起加工与装配的不协调性。定位方式：缸 体加工时，各工序的定位方式可力求简单，如典型的一面两销定位方式、一面两孔浮动定位方式等。避免工序（） 满 足 发 动 机缸体加工的工艺特性， 缸体加工、曲轴箱加工、缸体合缸后总成精密加工质量 要求；满足缸体加工所需的珩磨要求、清洁度检测、气 密检测要求；在装备上可以满足高速和中等排量的汽车 发动机缸体制造要求。（#）机床设备加工的高速切削与高精度特性以满足 铝合金发动机缸体加工的精度质量要求，采用先进的发 动机缸体加工工艺手段，如曲轴孔钻铰加工、油路孔铣 铰加工、螺纹孔钻孔攻螺纹一体化、缸孔的精密平顶珩 磨等手段。（$）设备型号规格与数控系统之间的一致兼容性， 设备发生故障时的应急调整与软件、数控程序的共享性 和设备的柔性与可替代性，因此，相关工序和设备不能 成为单一独生子，从而在单台设备发生故障时不至于导 致生产线的停顿。（%）加工 & (、& )(、#& (、#& %( 不同型号规格 的中小排量（大于 & *(、小于 $& ( 排量） 铝合金发动机缸体的适应性，如配备可以完成钻铰 * + ,- 孔图 柔性生产线设备布置冷加工! ! ! # $ % & ! ( ) * + , - . / 0 1 2 ( #! # 年 第 # $ 期工艺!#$%&(之间的重复定位的方法有几种措施，其一是利用卧式加工中心尽量一次完成多个面的工序加工，其二在半精加 工时，通过铰孔等方法提高定位基准面或基准孔的定位 精度，其三是在半精加工前通过面铣削等方法来提高定 位面如缸体结合面、缸盖结合面的平面度。!合缸前后 的策略：由于缸体是由上下缸体组合而成，因此合缸前 后的加工策略对于保证缸体总成的质量非常关键。如合 缸前各面的平面度、平行度、垂直度等基准面的精度要 提高，其次对缸孔、曲轴孔的余量分配要合理，最后对 影响装配的特征如轴瓦槽等部位的加工，要考虑基准销 孔对上下缸体结合的影响。在合缸后尽量安排缸孔、曲 轴孔、结合面一次加工完成。工序间的协调：合缸前 后与精加工完成后，工序间的协调非常关键，如在精加 工合缸前完成气密试验、再进行合缸后的精加工工序， 最终进行三坐标检测。#关键技术指标必须充分考虑机 床、刀具、余量、切削参数以及检测方法与手段的可靠 性。发动机缸体生产线设备选型的几个出发点：$机加 设备：由于市场发动机型号相差较大，在曲轴和缸孔精 密加工方面，选择合适的卧式加工中心。% 检测设备： 需要三坐标、网纹检测、清洁度检测设备。!气密：需 要气密试验机为专机。清洗：需要中间清洗和最终清 洗机，采用数控的清洗机以满足不同型号发动机的清洗 要求。#工装：采用柔性和装夹精度较高的夹具来适应 相似结构与加工工艺流程的发动机缸体装夹。考虑到发动机缸体加工节拍和生产效率，生产线将 采用气动夹具，淘汰手动工装夹具；同时将夹具设计生 产为可以兼容 # $ 款型号、结构相似的发动机缸体加 工要求，以提高生产线的适应能力和柔性。刀具要配置相关的高速刀柄和特种刀具，如 %&( 直联主轴刀柄、)*+,$ # )*+-( 的高速刀柄，配置阶 梯钻、钻铰刀、铣铰刀、挤压丝锥等来提高刀具的加工 效率。高速刀具刀柄方面采用液压刀柄、热胀式刀柄和 整体高速刀柄。（）柔性生产线设计原则 缸体加工柔性生产线统 筹考虑加工设备、刀具、工装、量具、检测等软硬件设 施来进行规划设计。$相对固定的工序划分：在满足质 量的前提下，保持生产线的正常流动所需的工序不能合并，但可以拆分。%工序集中的原则：在保证生产节拍的前提下，为提高质量和效率，工序尽可能集中；但过分的集中会引起生产周期的加长，从而影响生产节拍的 目标。!工序集中条件下的工步分散：对于影响生产节 拍的相关工步可以进行拆分，如缸孔加工时，粗加工镗 孔安排在一台加工中心上进行，由于该工步周期过长， 从而可以将该工步进行细分，以保证生产节拍。其方式 一般有两种：其一是通过多台设备同时加工相同的工 序；其二是将该工序划分为多个工序安排在流水线上不 同的设备，进行不同内容的加工。定位基准统一的原 则：为提高定位加工精度要求，定位基准尽可能与设计 基准统一，工序之间的基准尽可能统一；但在进行相同 工序的粗精加工时，要避免基准重复利用。#设备兼容 性与原则：柔性生产线对于设备的平均无故障时间要求 略宽，但是要求上下工序之间的设备在一定条件下，可 以进行相互替代或者兼顾上下游设备的工序生产，以保 证生产线的顺利进行。这条原则要求设备行程规格相对 较大，数控系统、设备规格尽可能一致。&成形刀具与 通用刀具合理搭配原则：为提高加工精度和效率，在缸 体加工时，对于各种特征尽可能采用成形刀具在新型号 发动机缸体研制时，尽可能采用通用刀具来提高柔性生 产线的适应能力。工装通用可调性原则：为保证生产 节拍顺利进行和新型号发动机研制所具备的条件，采用 通用可调的工装，可同时在生产线上进行多型号发动机 的研制与批量生产，且可减少调换工装、调换刀具的周 期，以发挥柔性生产线的最大效率。( 在线检测原则： 保证节拍和质量的要求下，尽可能加工、检测同时完 成，这种方式既可保证产品的质量，同时可随时对机床设备、刀具等状况进行监测，来提高柔性线的应变能力。（待续） （收稿日期：(-(