论文部分内容阅读
摘 要：本文主要围绕发动机缸体柔性加工生产工艺进行了详细研究，依次对柔性加工生产线的布局、加工技术标准、加工工艺的选择及确定进行了阐述，并在此基础上对柔性加工工艺的创新性进行了具体的说明。
关键词：发动机;缸体;柔性加工;夹具;
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-10-00-01
一、引言
汽车发动机作为技术含量较高的产品之一，其产品功能及性能在不断优化和改进，原有的缸体生产模式已经无法适应现代企业发展的需求，而具有生产产品品种多样化、生产数量可调节、生产成本较低的柔性化生产工艺模式才能迎合市场的需要，具有更为广阔的发展空间。
二、缸体柔性加工生产线的设计
发动机缸体加工工艺的柔性化生产是未来主要的生产方向，该工艺具有敏捷、柔性、准确度高、合格率高、减少资源浪费、可有效控制生产等优点。在对生产线进行设计时，应坚持精益求精，自动化以及平面化的布置原则，尽可能发挥该生产工艺的最大优势。新布置的柔性生产线可实现年产量10万台的生产力，生产周期大大缩短，整条生产线的节能效果达到最优化，并能满足不同型号缸体混合生产的需求。新布置的柔性生产线主要由三个单元组成，分别为粗加工单元、精加工单元以及辅助制造单元。各个生产单元的组成不同，设备也不同，具体组成情况如下：
粗加工单元：该单元由四个独立制造岛构成，各个岛的连接方式为并联，一台出现问题，不会影响整条生产线的运行。每个独立岛包含的设备为高速卧式加工设备和立式加工设备，前者有七台，后者有一台，两种设备连接方式为串联，可在加工运行过程中进行交换运行，且能在同一时间内完成加工件的加工和装夹，大大缩短了加工周期，提高了整个加工流程的效率。
精加工单元：与粗加工单元的结构相似，不同的是并联的精加工岛有两个，且组成设备为四台卧式加工设备和一台缸孔珩磨机，二者同样采用串联的连接方式。精加工单元可完成缸体各面、缸孔、主轴承孔和凸轮轴孔的加工任务。
辅助制造单元：辅助制造单元对于整个加工系统的正常运行同样具有重要作用，清洗机可对加工件内的异物及切削碎渣进行清理，试漏机可检测加工件的密封性，综合测量机可对加工件的各项几何参数进行准确测量，除此之外，还有拧紧机、压堵机等，各项辅助设备为柔性生产工艺的顺利进行提供了可靠保障。
三、发动机缸体加工标准
发动机缸体加工生产线主要针对F、B两种型号的缸体提供加工服务，加工所使用的材料为HT250GB/T9439-1988，材料硬度为HB190-250。发动机缸体结构复杂，其箱体结构具有面多、孔多的特点。缸体内部结构及形状复杂，壁的厚度呈现非均一性，壁薄且多筋、刚度低、对加工工的要求较高。F、B型缸体加工工艺技术标准存在着一定的相似性，同时也有细微差别，这就对缸体加工工艺生产线的精度提出了严峻的挑战。以缸孔精度为例，F型缸体缸孔精度标准为Φ89H6，而B型缸体缸孔精度标准则为Φ99H6，细微差别，将对整个缸体，乃至整个发动机的性能产生重大影响。
发动机缸体的顶面、缸孔、主轴承孔、挺杆孔及凸轮轴孔的尺寸大小、形状、位置等对发动机的整体性能具有重要影响，因此，加工过程中应对各几何参数进行严格的质量管控。而各部位的加工精准度需要由精准的设备、可靠的夹具以及科学合理的加工工艺共同基础保障。
四、缸体加工工艺评价
（一）缸体加工工艺。缸体加工工序按照基准先行、由主到次、先粗后精、由面及孔的原则进行合理安排，在加工工序的初始端安排夹紧力大、切削力大和内应力大的工序;对物流系统进行优化，减少加工过程中工件姿态的变换以及刀具的换刀次数，缩减不同工序间物流输送量。缸体精加工以缸体的一面两销为基准，先对止推面进行精车加工，同时完成对凸轮轴孔、主轴承孔的精镗加工，然后对四个缸孔进行珩磨加工。精加工工序完成后，即可进行后续的辅助工序，工序依次为工件清洗和吹干→压装堵盖→试漏→综合测量。
（二）工艺评价。柔性生产加工工艺相对于传统的加工工艺具有一定的创新性，具体表现为：
1、复合刀具的应用。复合刀具的使用能使工件在一次装夹或工作循环中，完成多道工序的加工，这可有效去除重复定位产生的误差，提高生产线的加工效率。复合刀具的使用能够缩减辅助时间、减少测量过程及误差、提高整个加工工序的效率。组合镗刀主要用于主轴承孔和凸轮轴孔的加工、阶梯形钻头主要用于结合面螺栓孔的加工、钻扩复合刀具可用于挺杆孔的加工。
2、刀具在线监测及补偿。刀具在线监测可为金属切割过程的顺利进行提供可靠保障。在加工过程中，对刀具的运行状态进行在线监控和补偿是通过多传感器监测系统完成的。加工过程中，监测系统根据采集的刀具参数，对刀具的预调初始点和刀形轮廓进行准确度量，并在加工过程中完成自动校正的补偿工作，进一步提高柔性生产线的可控性和可靠性。
3、缸体定位销孔的替代工艺研究。发动机缸体加工成功的关键是对定位销孔的中心距离进行严格的控制，这是因为若定位销孔的中心距发生变化时，会严重影响混流共线生产线的运行状况。解决这一问题的有效方法为以面定位代替原有的销孔定位，柔性生产工艺可将缸体的侧面（左侧面或者右侧面）以及该面的工艺凸台为基准，将工艺台铣成垂直角形，即可解决销孔孔心距难以控制的难题，并且方便零件的安装和产品的更换。以面代孔的工艺改进对于提升缸体加工水平，提升整个发动机性能具有重要意义。
五、结论
发动机缸体的加工质量对于发动机的运行性能影响巨大，缸体内部结构复杂，对加工工艺要求较高，传统的加工生产线无法满足现代企业生产的需求。了解缸体加工工艺、缸体加工时的定位基准、加工设备等内容，对缸体加工工序进行最优化设计，以实现柔性化、高精度、高可靠性和高效率的加工生产任务，从而实现了发动机缸体生产的多样化、低成本的要求。
参考文献：
[1]周文. 发动机缸体高速加工工艺设计与研究[D].燕山大学，2006.
[2]房长兴，罗和平，高志永，张瑜. 发动机缸体加工工艺研究[J]. 机械设计与制造，2013，03：262-264.
[3]高志永，张斌，罗和平，房长兴，李帅. 发动机缸体曲轴孔加工工艺研究[J]. 机械工程师，2013，02：19-20.
[4]董淑婧，吕海霆. 发动机缸体挺杆孔加工工艺分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，04：149-151.
关键词：发动机;缸体;柔性加工;夹具;
中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2015）-10-00-01
一、引言
汽车发动机作为技术含量较高的产品之一，其产品功能及性能在不断优化和改进，原有的缸体生产模式已经无法适应现代企业发展的需求，而具有生产产品品种多样化、生产数量可调节、生产成本较低的柔性化生产工艺模式才能迎合市场的需要，具有更为广阔的发展空间。
二、缸体柔性加工生产线的设计
发动机缸体加工工艺的柔性化生产是未来主要的生产方向，该工艺具有敏捷、柔性、准确度高、合格率高、减少资源浪费、可有效控制生产等优点。在对生产线进行设计时，应坚持精益求精，自动化以及平面化的布置原则，尽可能发挥该生产工艺的最大优势。新布置的柔性生产线可实现年产量10万台的生产力，生产周期大大缩短，整条生产线的节能效果达到最优化，并能满足不同型号缸体混合生产的需求。新布置的柔性生产线主要由三个单元组成，分别为粗加工单元、精加工单元以及辅助制造单元。各个生产单元的组成不同，设备也不同，具体组成情况如下：
粗加工单元：该单元由四个独立制造岛构成，各个岛的连接方式为并联，一台出现问题，不会影响整条生产线的运行。每个独立岛包含的设备为高速卧式加工设备和立式加工设备，前者有七台，后者有一台，两种设备连接方式为串联，可在加工运行过程中进行交换运行，且能在同一时间内完成加工件的加工和装夹，大大缩短了加工周期，提高了整个加工流程的效率。
精加工单元：与粗加工单元的结构相似，不同的是并联的精加工岛有两个，且组成设备为四台卧式加工设备和一台缸孔珩磨机，二者同样采用串联的连接方式。精加工单元可完成缸体各面、缸孔、主轴承孔和凸轮轴孔的加工任务。
辅助制造单元：辅助制造单元对于整个加工系统的正常运行同样具有重要作用，清洗机可对加工件内的异物及切削碎渣进行清理，试漏机可检测加工件的密封性，综合测量机可对加工件的各项几何参数进行准确测量，除此之外，还有拧紧机、压堵机等，各项辅助设备为柔性生产工艺的顺利进行提供了可靠保障。
三、发动机缸体加工标准
发动机缸体加工生产线主要针对F、B两种型号的缸体提供加工服务，加工所使用的材料为HT250GB/T9439-1988，材料硬度为HB190-250。发动机缸体结构复杂，其箱体结构具有面多、孔多的特点。缸体内部结构及形状复杂，壁的厚度呈现非均一性，壁薄且多筋、刚度低、对加工工的要求较高。F、B型缸体加工工艺技术标准存在着一定的相似性，同时也有细微差别，这就对缸体加工工艺生产线的精度提出了严峻的挑战。以缸孔精度为例，F型缸体缸孔精度标准为Φ89H6，而B型缸体缸孔精度标准则为Φ99H6，细微差别，将对整个缸体，乃至整个发动机的性能产生重大影响。
发动机缸体的顶面、缸孔、主轴承孔、挺杆孔及凸轮轴孔的尺寸大小、形状、位置等对发动机的整体性能具有重要影响，因此，加工过程中应对各几何参数进行严格的质量管控。而各部位的加工精准度需要由精准的设备、可靠的夹具以及科学合理的加工工艺共同基础保障。
四、缸体加工工艺评价
（一）缸体加工工艺。缸体加工工序按照基准先行、由主到次、先粗后精、由面及孔的原则进行合理安排，在加工工序的初始端安排夹紧力大、切削力大和内应力大的工序;对物流系统进行优化，减少加工过程中工件姿态的变换以及刀具的换刀次数，缩减不同工序间物流输送量。缸体精加工以缸体的一面两销为基准，先对止推面进行精车加工，同时完成对凸轮轴孔、主轴承孔的精镗加工，然后对四个缸孔进行珩磨加工。精加工工序完成后，即可进行后续的辅助工序，工序依次为工件清洗和吹干→压装堵盖→试漏→综合测量。
（二）工艺评价。柔性生产加工工艺相对于传统的加工工艺具有一定的创新性，具体表现为：
1、复合刀具的应用。复合刀具的使用能使工件在一次装夹或工作循环中，完成多道工序的加工，这可有效去除重复定位产生的误差，提高生产线的加工效率。复合刀具的使用能够缩减辅助时间、减少测量过程及误差、提高整个加工工序的效率。组合镗刀主要用于主轴承孔和凸轮轴孔的加工、阶梯形钻头主要用于结合面螺栓孔的加工、钻扩复合刀具可用于挺杆孔的加工。
2、刀具在线监测及补偿。刀具在线监测可为金属切割过程的顺利进行提供可靠保障。在加工过程中，对刀具的运行状态进行在线监控和补偿是通过多传感器监测系统完成的。加工过程中，监测系统根据采集的刀具参数，对刀具的预调初始点和刀形轮廓进行准确度量，并在加工过程中完成自动校正的补偿工作，进一步提高柔性生产线的可控性和可靠性。
3、缸体定位销孔的替代工艺研究。发动机缸体加工成功的关键是对定位销孔的中心距离进行严格的控制，这是因为若定位销孔的中心距发生变化时，会严重影响混流共线生产线的运行状况。解决这一问题的有效方法为以面定位代替原有的销孔定位，柔性生产工艺可将缸体的侧面（左侧面或者右侧面）以及该面的工艺凸台为基准，将工艺台铣成垂直角形，即可解决销孔孔心距难以控制的难题，并且方便零件的安装和产品的更换。以面代孔的工艺改进对于提升缸体加工水平，提升整个发动机性能具有重要意义。
五、结论
发动机缸体的加工质量对于发动机的运行性能影响巨大，缸体内部结构复杂，对加工工艺要求较高，传统的加工生产线无法满足现代企业生产的需求。了解缸体加工工艺、缸体加工时的定位基准、加工设备等内容，对缸体加工工序进行最优化设计，以实现柔性化、高精度、高可靠性和高效率的加工生产任务，从而实现了发动机缸体生产的多样化、低成本的要求。
参考文献：
[1]周文. 发动机缸体高速加工工艺设计与研究[D].燕山大学，2006.
[2]房长兴，罗和平，高志永，张瑜. 发动机缸体加工工艺研究[J]. 机械设计与制造，2013，03：262-264.
[3]高志永，张斌，罗和平，房长兴，李帅. 发动机缸体曲轴孔加工工艺研究[J]. 机械工程师，2013，02：19-20.
[4]董淑婧，吕海霆. 发动机缸体挺杆孔加工工艺分析[J]. 组合机床与自动化加工技术，2015，04：149-151.