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某柴油发动机缸体加工车间工艺设计

2017-11-28 来源：中机中联工程有限公司作者：段绍林，宋利强。毛泽永

摘要：针对国内某柴油发动机缸体加工车间的工程设计任务，在产品分析、工时计算的基础上，通过组线方式、设备选择等方面的多方案对比。设计了一条以国产加工中心为主、适应多产品共线生产的发动机缸体加工生产线，经济效益显著。

关键词：柴油发动机；缸体；加工工艺；多产品共线

0 引言

随着柴油发动机产品系列的多样化和升级换代的短周期化，采用加工中心组建柔性生产线以生产发动机缸体、缸盖已成为行业主流。本文以工程实际需求为出发点，以加工车间工艺设计的关键步骤为主线，对加工中心组建缸体生产线的多种方案进行探讨对比，选择了一个最适宜工程实际的方案并付诸实践。

1 项目概况

本车间承担年产10万件以某4缸柴油发动机为代表产品的2、3、4缸柴油发动机缸体加工、清洗、检验任务。工作班制为三班制。加工设备以国产加工中心为主。

2 加工工艺设计

2．1 缸体工艺性分析

2．1．1加工要素识别

根据产品结构及加工要求，对代表产品进行加工要素编号，编号号码5位，第一位代表六个加工面，后四位用于区分各加工部位。编号情况示例见图1。

2．1．2关键部位加工方案

a．平面加工。对缸体的顶底面和前、后端面采用粗、半精、精铣三道工序加工。

b．斜孔的加工。加工斜孔时后端面朝下装夹，加工采用卧式加工中心。

c．关键精密孑L系的加工。缸孔采用粗镗、精镗工序。主轴承孔采用粗镗、半精镗、精镗三道工序，并采用专用刀具，以保障位置度、园柱度、表面粗糙度以及凸轮轴底孔对主轴承孔的位置度的要求。

2．2工时计算

根据产品加工要素，按照卧式加工中心设备参数及刀具切削性能，结合工程经验，对产品进行加工工时计算，见表1。

根据计算，代表产品累计所需设备台时为52 44 s，其中粗、半精加工所需设备台时为4 042s，精加工所需设备台时为l 202 S。

2．3设备计算

本车间采用三班制，设备年时基数：5 240h，设备负荷率：80％，全年每台设备提供设备台时为：

5 240 h×80％×60=25l 520 min。根据工时计算，所需粗半精加工卧式加工中心为：

100 000×(4042÷60)÷251 520=26．78台，即27台。

所需精加工卧式加工中心为：

100 000×(1 202÷60)÷25l 520=7．96台，即8台。

2．4组线方式

利用加工中心组成加工生产线的组线方式有串联和并联两种，各有优缺点。

串联组线方式：继承于传统的刚性生产线，在生产单一产品时，每台设备承担固定的内容，能减少刀具配给。缺点是上下料时间占设备台时较大，设备利用率降低；工件从上线到下线的输送距离长；若多产品共线时，调整和管理难度较大。并联组线方式：将加工中心分成并列的两组或多组，各组承担相同的加工任务。这样能充分发挥加工中心工序集中能力，产品可以经过较少的设备加工完成，有利于多产品共线生产。缺点是每台加工中心需要配备较多的刀具，刀具一次成本投入大。本车间要求建设成为适应不同品种、混流生产的柔性加工生产线。因此，采用并联组线方式。

2．5设备选择

柔性加工生产线除采用卧式加工中心组线外，从经济节约考虑，也采用立式加工中一tD部分替代或全部替代卧式加工中心组线。

立加投资远远低于卧加，但立加相比于l三t,hl具有以下缺点：

a．刚性较差，切削时排削不好，不利于大余量、深长孑L切削。

b．上下料时间较长，效率低于卧加。

c．每个工序只能加工—个面，不利于工序平衡。

d．加工两端面孑L，特别是油道孔、轴承孑L等时，z轴行程不够。

e．加工姿态较多，夹具设计相对复杂。

f．机床故障时，替代日叛差，容易影响整线生产。

在柴油发动机缸体加工中，顶底面及其孑L均可采用立式加工中心加工。

考虑到立式加工中心切削效率较卧式加工中心低，装夹时间较长，工序间平衡较为困难，若用立式加工中心替代卧式加工中心，则设备台数需要相应增加。

2．6工艺及设备方案

2．6．1 立式加工中心与卧式加工中心混合生产线

生产线采用高精度、高效率、高可靠性的立式加工中心和卧式加工中心组成柔性生产线，满足产品加工需要。立式加工中心用于加工顶底面及其孑L，其余加工由卧式加工中心完成。

a．方案一。

将设备分成两组，粗半精加工段每组15台设备，其中立式加工中心3台，精加工段每组4台设备，全是卧式加工中心。合计所需设备38台，其中立式加工中心6台，卧式加工中心32台。方案布局流畅，能满足两种产品同时共线生产，且并联排列，有助于操作工人多台看管，精益化生产。工艺平面布置图见图2。

b．方案二。

将设备分成四组，粗半精加工段每组8台设备，其中立式加工中心2台，采用直线型布置；精加工段每组2台设备，全是卧式加工中心。合计所需设备40台，其中立式加：[中心8台，卧式加工中心32台。方案布局流畅，能满足四种产品同时共线生产，且并联排列，有助于操作工人多台看管，精益化生产。工艺平面布置图见图3。

c．方案三

将设备分成四组，粗半精加工段每组8台设备，其中立式加工中心2台，采用c型布置；精加工段每组2台设备，全是卧式加工中心。合计所需设备40台，其中立式加工中心8台，卧式加工中心32台。方案布局紧凑，每个岛独立性强，在操作工人多台看管时，对应的是同一产品，便于生产管理和工序问检测。能满足四种产品同时共线生产。工艺平面布置图见图4。