陳道長(zhǎng)，徐培柱

(安徽全柴動(dòng)力股份有限公司技術(shù)中心，安徽滁州 239500）

0 引言

國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工開(kāi)始是將少量的組合機(jī)床及通用機(jī)床，通過(guò)簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)動(dòng)滾道組成簡(jiǎn)易的加工線，逐步過(guò)渡到以組合機(jī)床為主、通用機(jī)床為輔的加工模式，隨著國(guó)外數(shù)控技術(shù)的普及和國(guó)外加工中心在國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)的推廣，包括國(guó)內(nèi)各機(jī)床廠對(duì)數(shù)控機(jī)床的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)為了適應(yīng)汽車(chē)、工程車(chē)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、發(fā)電機(jī)組等不同用戶的要求，研制出以加工中心組成的柔性加工線并成為國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工線首選。隨著國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)的高速發(fā)展，以全柔性加工為主的生產(chǎn)線的工作效率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的發(fā)展要求，在這種背景下，安徽全柴QC4112缸體加工自動(dòng)線項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。該生產(chǎn)自動(dòng)線項(xiàng)目規(guī)劃是二班制;年生產(chǎn)能力5——6萬(wàn)臺(tái)缸體，達(dá)到毛坯上料，成品下料的全自動(dòng)加工的生產(chǎn)模式。

QC4112缸體加工自動(dòng)線參考了國(guó)內(nèi)各主要發(fā)動(dòng)機(jī)廠的缸體自動(dòng)加工線項(xiàng)目的設(shè)計(jì)與制造經(jīng)驗(yàn)，在研制過(guò)程中，根據(jù)整線技術(shù)方案和項(xiàng)目要求，對(duì)缸體加工工藝流程進(jìn)行了合理編排，確定了自動(dòng)線加工主機(jī)和輔機(jī)的構(gòu)成，并明確該生產(chǎn)線在各道工序所要采用的新工藝和主要技術(shù)控制手段等，以下介紹是該自動(dòng)線開(kāi)發(fā)研制過(guò)程中所確定的工藝流程方案和線體主要組成技術(shù)方案。

1 加工工序的確定

1.1 加工基準(zhǔn)的確定

根據(jù)所加工零件毛坯情況、加工機(jī)床的主體結(jié)構(gòu)和各機(jī)床加工內(nèi)容，確定加工基準(zhǔn)傳遞路線如下:

毛坯基準(zhǔn)→過(guò)渡基準(zhǔn)→底面兩工藝孔與底面形成的“一面兩銷(xiāo)”定位基準(zhǔn)→曲軸孔、缸體底面、曲軸定位瓦側(cè)面定位基準(zhǔn)。

該基準(zhǔn)路線充分考慮了缸體外形尺寸、形位尺寸和線體的輸送與加工，盡量做到鑄造基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的統(tǒng)一，其中毛坯基準(zhǔn)主要考慮保證第一序加工時(shí)缸體內(nèi)腔尺寸和后序加工余量的均勻分配;過(guò)渡基準(zhǔn)主要保證底面和底面兩工藝孔位置尺寸從而確保后序加工穩(wěn)定性;曲軸孔、缸體底面、曲軸定位瓦側(cè)面定位保證缸體銑面鏜缸工序中缸孔與曲軸孔的相對(duì)位置要求?？傮w來(lái)講定位基準(zhǔn)路線的設(shè)定盡量做到了鑄造基準(zhǔn)與加工基準(zhǔn)的一致、加工基準(zhǔn)的統(tǒng)一和加工基準(zhǔn)與設(shè)計(jì)基準(zhǔn)保持統(tǒng)一的要求。

1.2 工藝基準(zhǔn)所采用的新方案

為了保證缸體孔和各加工面的加工余量均勻，保證缸體內(nèi)腔符合設(shè)計(jì)要求，機(jī)體加工自動(dòng)線毛坯基準(zhǔn)(粗基準(zhǔn)）即第一道工序采用了以一、四缸孔作為缸體Y向定位基準(zhǔn)，缸體曲軸中間開(kāi)檔作為缸體X向定位基準(zhǔn)，缸體主軸蓋結(jié)合面作為Z向定位基準(zhǔn)的定位方式(如圖1），該定位方式比傳統(tǒng)定位方式更能確保缸體內(nèi)腔符合設(shè)計(jì)圖紙要求，并確保后序工序加工余量的均勻性，從而減少?gòu)U品率，節(jié)約成本。

1.3 加工工藝流程的制定

加工工藝流程同樣采用粗——半精——精的加工方式。根據(jù)加工工藝流程的方式、加工基準(zhǔn)的傳遞路線、缸體加工的內(nèi)容和生產(chǎn)管理的需要，整線加工主要分為六個(gè)加工單元和少量的單機(jī)組成。2QC4112缸體加工流程示意圖如圖2所示。

圖1 缸體定位基準(zhǔn)圖

每一序?yàn)槊鞫ㄎ?、粗加工，加工過(guò)渡基準(zhǔn)工序;第一加工單元粗、半精銑缸體頂面和底面，并精銑頂面和加工底面兩工藝孔;第二加工單元主要粗、半精銑缸體齒輪室和飛輪殼面，并加工兩面各孔;第三加工單元加工缸體頂面和底面各孔;第四加工單元加工斜油孔;每五加工單元加工缸體兩側(cè)面;第六加工單元主要精加工曲軸、凸輪軸孔;其中第一序定位基準(zhǔn)為一、四缸孔和主軸蓋分型面如圖1，第一加工單元機(jī)床部分以過(guò)渡基準(zhǔn)定位，加工完兩工藝孔后采用底面和兩工藝孔“一面兩銷(xiāo)”形式定位，二至六加工單元均采用底面和兩工藝孔“一面兩銷(xiāo)”定位，以保證加工基準(zhǔn)的一致性;銑面鏜缸工序采用曲軸孔、缸體底面、曲軸定位瓦側(cè)面作為定位基準(zhǔn)，保證缸孔與曲軸孔的位置尺寸。

該加工工藝路線充分考慮了缸體毛坯的鑄造情況和缸體在加工時(shí)的定位方式、輸送和加工姿態(tài)，最大程度減少缸體在線體中翻轉(zhuǎn)，保證了工藝路線最短，提高加工效率，確保投資的合理性。另外該加工工藝盡量保證鑄造工藝基準(zhǔn)、檢驗(yàn)基準(zhǔn)、加工基準(zhǔn)和設(shè)計(jì)基準(zhǔn)的統(tǒng)一性。

圖2 QC4112缸體加工流程示意圖

2 自動(dòng)線主要組成部分

根據(jù)項(xiàng)目規(guī)劃要求和對(duì)國(guó)內(nèi)各設(shè)備制造商及各柴油發(fā)動(dòng)機(jī)公司使用的生產(chǎn)線進(jìn)行調(diào)研，確定整線線體主要組成部分的技術(shù)方案如下。

(1）主機(jī)構(gòu)成:以剛性加工的組合機(jī)床為主，部分組合機(jī)采用臥式或立式數(shù)控加工單元，即整線采用剛性加工，輔以少量的柔性加工單元的加工方式。整線安排有中間和終清洗兩臺(tái)定位定點(diǎn)清洗機(jī)、主軸蓋擰緊機(jī)和拉凸輪軸襯套等輔助設(shè)備，中間清洗機(jī)安排在合主軸蓋之前。線體主機(jī)以臥式結(jié)構(gòu)為主。

(2）控制系統(tǒng):全線按粗、半精、精加工工序?yàn)榭偹悸?，結(jié)合毛坯不同的加工面共劃分為六個(gè)自動(dòng)加工單元。整線采用中央控制，每個(gè)獨(dú)立的加工單元可以分段、獨(dú)立控制，同時(shí)每臺(tái)主機(jī)(機(jī)床）也可以獨(dú)立操作，具有獨(dú)立的操作面板。自動(dòng)線具有對(duì)不同缸體進(jìn)行識(shí)別的功能，可以對(duì)部分變型產(chǎn)品進(jìn)行識(shí)別判斷。

(3）輸送:整線采用定位準(zhǔn)確的抬起步伐輸送;各單元之間采用機(jī)動(dòng)滾道連接，第一道工序工件采用擺桿式拉料輸送;半精、精鏜曲軸孔機(jī)床采用珩架機(jī)械手輸送。

(4）檢測(cè):每個(gè)獨(dú)立的加工單元后設(shè)有獨(dú)立的檢測(cè)工作臺(tái)，對(duì)于不合格產(chǎn)品可以退料處理;各定位面上有氣檢功能，缸體定位前具有對(duì)缸體定位面各孔進(jìn)行高壓清洗的裝置。對(duì)于鉆孔、攻絲組合機(jī)床設(shè)有斷刀、深孔檢測(cè)裝置，同時(shí)該裝置可以高壓沖洗孔內(nèi)腔鐵屑，以便于即時(shí)控制因鉆頭和絲錐斷裂而對(duì)下道序機(jī)床和缸體造成破壞，同時(shí)對(duì)螺紋及其盲孔內(nèi)堆積的鐵屑進(jìn)行高壓沖洗，避免了因時(shí)間過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致內(nèi)腔鐵屑生銹影響缸體裝配。

(5）冷卻和排屑:自動(dòng)線全線大流量濕式加工，冷卻液集中供給，冷卻液通過(guò)總管流入各自動(dòng)加工單元分液支管中，然后從支管分配給各機(jī)床。冷卻液從主機(jī)上部和側(cè)面對(duì)夾具定位面、缸體和刀具進(jìn)行冷卻和沖洗，沖洗出的鐵屑和冷卻液直接流入機(jī)床下的大流量地溝，由安裝在地溝內(nèi)的沖頭將鐵屑沖入大流量回液箱中，大流量回液箱中的鐵屑通過(guò)粗、精兩次刮屑裝置將鐵屑集中排出。冷卻液循環(huán)使用，每臺(tái)機(jī)床的冷卻液安裝有控制閥門(mén)可單獨(dú)控制。

(6）管線布置和防護(hù):整線電線、油管、冷卻供液管采用空中走線方式。每個(gè)加工單元采用整體防護(hù)，輸送線下方有接水槽。

3 整線研制過(guò)程所采用的新工藝方案和先進(jìn)技術(shù)控制手段

本自動(dòng)線在粗加工基準(zhǔn)、鉆主油道孔、精鏜曲軸孔和精銑缸蓋面、精鏜缸孔等工序采用了較新的工藝方案或先進(jìn)的技術(shù)控制手段。

(1）粗加工基準(zhǔn)工序:本工序采用以1，4缸缸心、曲軸中間檔和主軸蓋結(jié)合面作為定位基準(zhǔn)的定位形式(如加工粗基準(zhǔn)工序基準(zhǔn)附圖），該定位形式充分考慮了缸體毛坯的加工余量的均勻性和保證缸體內(nèi)腔尺寸的準(zhǔn)確性，為了提高夾具的剛性，安排了大量輔助支撐。

(2）鉆主油道孔工序:本工序除了采用槍鉆、高壓內(nèi)冷技術(shù)外，為了保護(hù)刀具、機(jī)床和夾具，該機(jī)床還增加了主軸過(guò)扭保護(hù)裝置，該裝置在刀具磨損或刀具斷裂、折彎等問(wèn)題時(shí)能即時(shí)有效停止機(jī)床的工作，保證設(shè)備的安全使用。

(3）精鏜曲軸孔工序:精鏜曲軸孔工序包括加工缸體齒輪系孔、各類(lèi)定位銷(xiāo)孔、曲軸孔和凸輪軸孔等內(nèi)容。其中鏜曲軸孔和鏜凸輪軸孔工序，為了減少長(zhǎng)鏜桿的抖動(dòng)，除了增加中間支撐外，鏜桿還采用了重金屬制造。該工序定位是采用缸體底面和兩工藝孔“一面兩銷(xiāo)的定位方式”，為了消除兩工藝孔前期磨損帶來(lái)的定位誤差，兩工藝孔與定位銷(xiāo)采用孔后部沒(méi)使用過(guò)的表面定位，并且兩定位銷(xiāo)采用的是膨脹式定位銷(xiāo)技術(shù)。

(4）精銑缸蓋面和精鏜缸孔工序:該工序定位方式為曲軸孔定位，曲軸定位瓦面和油缸托平缸體底面的定位方式，該定位方式有力地保證了缸蓋面與曲軸孔、凸輪軸孔的形位公差，保證了缸孔與曲軸孔的垂直度。為了保證缸體缸孔的止口深度，每個(gè)鏜頭進(jìn)給均單獨(dú)的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，精車(chē)止口是由伺服電機(jī)控制鏜頭后端部的刀具補(bǔ)償裝置來(lái)完成，有力地保證了同臺(tái)缸體各止口深度差不大于0.02mm的裝配要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

QC4112缸體加工自動(dòng)線設(shè)計(jì)水準(zhǔn)達(dá)到了國(guó)內(nèi)同類(lèi)生產(chǎn)線先進(jìn)程度，在研制過(guò)程中對(duì)個(gè)別工序進(jìn)行了大膽創(chuàng)新，整條線使用眾多國(guó)內(nèi)、國(guó)際較成熟的工藝技術(shù)，有效的保障了缸體加工質(zhì)量，也符合國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備維護(hù)和設(shè)備維修的技術(shù)層次，滿足了企業(yè)產(chǎn)品規(guī)劃的需要，并提升了企業(yè)的工藝裝備層次。

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