某柴油發動機缸體加工車間工藝設計
2017-11-28 來源： 中機中聯工程有限公司 作者：段紹林，宋利強。毛澤永
摘要：針對國內某柴油發動機缸體加工車間的工程設計任務，在產品分析、工時計算的基礎上，通過組線方式、設備選擇等方面的多方案對比。設計了一條以國產加工中心為主、適應多產品共線生產的發動機缸體加工生產線，經濟效益顯著。
關鍵詞：柴油發動機；缸體；加工工藝；多產品共線
0 引言
隨著柴油發動機產品系列的多樣化和升級換代的短周期化，采用加工中心組建柔性生產線以生產發動機缸體、缸蓋已成為行業主流。本文以工程實際需求為出發點，以加工車間工藝設計的關鍵步驟為主線，對加工中心組建缸體生產線的多種方案進行探討對比，選擇了一個最適宜工程實際的方案并付諸實踐。
1 項目概況
本車間承擔年產10萬件以某4缸柴油發動機為代表產品的2、3、4缸柴油發動機缸體加工、清洗、檢驗任務。工作班制為三班制。加工設備以國產加工中心為主。
2 加工工藝設計
2．1 缸體工藝性分析
2．1．1加工要素識別
根據產品結構及加工要求，對代表產品進行加工要素編號，編號號碼5位，第一位代表六個加工面，后四位用于區分各加工部位。編號情況示例見圖1。
2．1．2關鍵部位加工方案
a．平面加工。對缸體的頂底面和前、后端面采用粗、半精、精銑三道工序加工。
b．斜孔的加工。加工斜孔時后端面朝下裝夾，加工采用臥式加工中心。
c．關鍵精密孑L系的加工。缸孔采用粗鏜、精鏜工序。主軸承孔采用粗鏜、半精鏜、精鏜三道工序，并采用專用刀具，以保障位置度、園柱度、表面粗糙度以及凸輪軸底孔對主軸承孔的位置度的要求。
2．2工時計算
根據產品加工要素，按照臥式加工中心設備參數及刀具切削性能，結合工程經驗，對產品進行加工工時計算，見表1。
根據計算，代表產品累計所需設備臺時為52 44 s，其中粗、半精加工所需設備臺時為4 042s，精加工所需設備臺時為l 202 S。
2．3設備計算
本車間采用三班制，設備年時基數：5 240h，設備負荷率：80％，全年每臺設備提供設備臺時為：
5 240 h×80％×60=25l 520 min。根據工時計算，所需粗半精加工臥式加工中心為：
100 000×(4042÷60)÷251 520=26．78臺，即27臺。
所需精加工臥式加工中心為：
100 000×(1 202÷60)÷25l 520=7．96臺，即8臺。
2．4組線方式
利用加工中心組成加工生產線的組線方式有串聯和并聯兩種，各有優缺點。
串聯組線方式：繼承于傳統的剛性生產線，在生產單一產品時，每臺設備承擔固定的內容，能減少刀具配給。缺點是上下料時間占設備臺時較大，設備利用率降低；工件從上線到下線的輸送距離長；若多產品共線時，調整和管理難度較大。并聯組線方式：將加工中心分成并列的兩組或多組，各組承擔相同的加工任務。這樣能充分發揮加工中心工序集中能力，產品可以經過較少的設備加工完成，有利于多產品共線生產。缺點是每臺加工中心需要配備較多的刀具，刀具一次成本投入大。本車間要求建設成為適應不同品種、混流生產的柔性加工生產線。因此，采用并聯組線方式。
2．5設備選擇
柔性加工生產線除采用臥式加工中心組線外，從經濟節約考慮，也采用立式加工中一tD部分替代或全部替代臥式加工中心組線。
立加投資遠遠低于臥加，但立加相比于l三t,hl具有以下缺點：
a．剛性較差，切削時排削不好，不利于大余量、深長孑L切削。
b．上下料時間較長，效率低于臥加。
c．每個工序只能加工—個面，不利于工序平衡。
d．加工兩端面孑L，特別是油道孔、軸承孑L等時，z軸行程不夠。
e．加工姿態較多，夾具設計相對復雜。
f．機床故障時，替代日叛差，容易影響整線生產。
在柴油發動機缸體加工中，頂底面及其孑L均可采用立式加工中心加工。
考慮到立式加工中心切削效率較臥式加工中心低，裝夾時間較長，工序間平衡較為困難，若用立式加工中心替代臥式加工中心，則設備臺數需要相應增加。
2．6工藝及設備方案
2．6．1 立式加工中心與臥式加工中心混合生產線
生產線采用高精度、高效率、高可靠性的立式加工中心和臥式加工中心組成柔性生產線，滿足產品加工需要。立式加工中心用于加工頂底面及其孑L，其余加工由臥式加工中心完成。
a．方案一。
將設備分成兩組，粗半精加工段每組15臺設備，其中立式加工中心3臺，精加工段每組4臺設備，全是臥式加工中心。合計所需設備38臺，其中立式加工中心6臺，臥式加工中心32臺。方案布局流暢，能滿足兩種產品同時共線生產，且并聯排列，有助于操作工人多臺看管，精益化生產。工藝平面布置圖見圖2。
b．方案二。
將設備分成四組，粗半精加工段每組8臺設備，其中立式加工中心2臺，采用直線型布置；精加工段每組2臺設備，全是臥式加工中心。合計所需設備40臺，其中立式加：[中心8臺，臥式加工中心32臺。方案布局流暢，能滿足四種產品同時共線生產，且并聯排列，有助于操作工人多臺看管，精益化生產。工藝平面布置圖見圖3。
c．方案三
將設備分成四組，粗半精加工段每組8臺設備，其中立式加工中心2臺，采用c型布置；精加工段每組2臺設備，全是臥式加工中心。合計所需設備40臺，其中立式加工中心8臺，臥式加工中心32臺。方案布局緊湊，每個島獨立性強，在操作工人多臺看管時，對應的是同一產品，便于生產管理和工序問檢測。能滿足四種產品同時共線生產。工藝平面布置圖見圖4。
對比三種方案，方案一投資最少，但多產品生產適應性較差，方案二和方案三投資一樣，但方案三的布局更加緊湊，每個加工島獨立性強，便于生產管理。方案三較優。
2．6．2臥式加工中心組線方案
生產線采用36臺高精度、高效率、高可靠性的臥式加工中心，分4個組，組成并聯柔性生產線，滿足產品加工需要。粗半精加工段每組7臺設備，精加工段每組2臺設備，采用C型布置。平面布置圖見圖5。
1．6．3方案對比
本車間要求建設成為適應不同品種的柔性加工車間，要求生產線能適應產品變化。由于立式加工中心一次裝夾只能加工一個面，而臥式加工中心圖4生產線工藝布置方案三
圖5生產線工藝布置方案四一次裝夾能加工三個面，完成同一產品的加工，臥式加工中心所需姿態較少，夾具種類較少，更容易適應產品的調整和工序平衡。所以本項目生產線需
以臥式加工中心為主。
而采用立式加工中心替代部分臥式加工中心，立式加工中心的價格優勢得不到充分體現，反而因為引人立式加工中心造成了生產線工序固化，不利于生產線工序平衡，弊大于利。
綜上所述，采用36臺臥式加工中心，分成4個組，c型布置的生產線是車間的最優工藝方案。
3 結論
本車間以國產臥式加工中心為主，采用獨立工作島+并聯組線方式，建設一條具有國內領先水平的、適應多品種共線生產的發動機缸體加工生產線。對檢驗并推廣國產臥式加工中心在柴油發動機加工領域的應用具有積極作用。
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