東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)：汽車(chē)零部件企業(yè)如何保證自身裝備的先進(jìn)性

東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)分公司 李 林 劉昌宏 胡建平

東風(fēng)汽車(chē)有限公司東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)分公司是東風(fēng)汽車(chē)公司和日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)公司合資的一家專業(yè)生產(chǎn)乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的大型合資企業(yè)，成立于2005年12月，2006年2月建成投產(chǎn)，為東風(fēng)日產(chǎn)乘用車(chē)公司配套生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱，生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)匹配于東風(fēng)日產(chǎn)樓蘭、天籟、奇駿、逍客、軒逸、駿逸、騏達(dá)、頤達(dá)、陽(yáng)光、驪威、瑪馳和啟辰全系列車(chē)型，目前已具備100萬(wàn)臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)年制造能力，生產(chǎn)VQ、MR、HR三大系列發(fā)動(dòng)機(jī)，排量有1.6L、1.8L、2.0L、2.5L、3.5L五個(gè)級(jí)別。制造工藝包括鑄造、鍛造、機(jī)加工、熱處理和裝配。生產(chǎn)的主要零部件有：發(fā)動(dòng)機(jī)的缸體、缸蓋、曲軸、凸輪軸、連桿和缸套；變速箱的殼體、軸、齒輪，是國(guó)內(nèi)乘用車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)制造行業(yè)單一制造工廠產(chǎn)能最大、生產(chǎn)工藝最齊全的制造工廠之一。因此對(duì)東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)備使用情況進(jìn)行總結(jié)，對(duì)國(guó)內(nèi)乘用車(chē)制造業(yè)同行應(yīng)有所借鑒和幫助。

下面重點(diǎn)對(duì)東風(fēng)日產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)加工HR缸體生產(chǎn)線設(shè)備和工具的選型情況進(jìn)行總結(jié)：

國(guó)內(nèi)發(fā)動(dòng)機(jī)缸體生產(chǎn)線以專機(jī)為主形成自動(dòng)線的較為常見(jiàn)。以加工中心和專機(jī)相結(jié)合組成完整自動(dòng)線的實(shí)例也有，但多為國(guó)外廠家整線承包設(shè)計(jì)建設(shè)的生產(chǎn)線。以國(guó)內(nèi)設(shè)備為主、輔以部分關(guān)鍵進(jìn)口設(shè)備。自行設(shè)計(jì)建線的以東風(fēng)本田為代表，帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)加工中心及生產(chǎn)線相關(guān)輔機(jī)行業(yè)的發(fā)展。但這些生產(chǎn)線也存在物流工作量大、員工勞動(dòng)強(qiáng)度高、生產(chǎn)線人員多、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性與先進(jìn)國(guó)家生產(chǎn)線有明顯差距、生產(chǎn)線運(yùn)行成本高等弱點(diǎn)。在這樣的行業(yè)背景下，我們確定了生產(chǎn)線的基本設(shè)計(jì)理念是：在保證產(chǎn)品品質(zhì)穩(wěn)定性、設(shè)備生產(chǎn)運(yùn)行的低費(fèi)用及勞動(dòng)強(qiáng)度適中的前提下，實(shí)現(xiàn)投資的最小化。

生產(chǎn)線概況

（1）平面布局：HR生產(chǎn)線總體上呈一個(gè)U字形設(shè)計(jì)，布局緊湊，占地面積小，物流順暢。含浸設(shè)備與中間試漏機(jī)并列布置，中間試漏后待含浸工件從試漏機(jī)下料滾道排出，直接放置在含浸設(shè)備的上料端，含浸完畢后的工件恰好放置于中間試漏機(jī)的再投入滾道旁，含浸工件的物流實(shí)現(xiàn)了最捷徑化。

（2）設(shè)備概況：HR缸體加工生產(chǎn)共有設(shè)備31臺(tái)，其中國(guó)產(chǎn)設(shè)備24臺(tái)，設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到77%。缸體粗加工和半精加工主要采用了YNC YN4H7系列高速加工中心及YNX062/063自動(dòng)線；精加工采用了日本遠(yuǎn)州曲軸孔精加工自動(dòng)線、Horkos各面精加工自動(dòng)線、東洋缸孔精加工線等國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的加工設(shè)備；輔助機(jī)床則采取大連智云試漏設(shè)備、壓裝設(shè)備、保證工件清潔度的日本杉野清洗機(jī)、太陽(yáng)鐵工的工藝缸蓋擰緊和拆解機(jī)以及對(duì)小泄漏缸體進(jìn)行滲補(bǔ)的含浸機(jī)等設(shè)備。

設(shè)備選型

在HR發(fā)動(dòng)機(jī)缸體加工線前期規(guī)劃階段，我們制定生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)理念就是：生產(chǎn)線技術(shù)水平高、品質(zhì)水準(zhǔn)高、設(shè)備穩(wěn)定性高、運(yùn)行成本低、投資成本低以及將來(lái)產(chǎn)能變動(dòng)的靈活性高。因而在設(shè)備選型時(shí)，在有充分的質(zhì)量保證的前提下，盡可能地采用國(guó)產(chǎn)設(shè)備，并且盡量保證設(shè)備的柔性。

在粗加工和半精加工設(shè)備方面，除了為了保證加工精度的定位面、定位銷(xiāo)孔的加工以及由于產(chǎn)品特點(diǎn)的關(guān)系難于使用加工中心柔性設(shè)備加工外，其余的面孔加工全部采用了加工中心等柔性設(shè)備加工。通過(guò)和國(guó)內(nèi)外多家設(shè)備供應(yīng)商進(jìn)行設(shè)備選型和工藝方案檢討，最終和大連億達(dá)日平機(jī)床有限公司（YNC）合作，通過(guò)億達(dá)日平機(jī)床有限公司引進(jìn)日本日平機(jī)床有限公司的N4H7型加工中心。這款加工中心的性能要求能更好地滿足我們的工藝要求和精度水平。加工中心一般有交換工作臺(tái)和單工作臺(tái)兩種結(jié)構(gòu)。交換工作臺(tái)結(jié)構(gòu)由于能提前實(shí)現(xiàn)工件的裝夾，減少了加工中心的非加工時(shí)間，效率高；單工作臺(tái)加工中心投資相對(duì)小，而且設(shè)備占地面積小，各有優(yōu)勢(shì)。在缸體加工流水生產(chǎn)線上，由于工件精度檢查、刀具交換等需要，工件的臨時(shí)上下線都不可避免的存在，而在這種情況下，采用單工作臺(tái)的方式能更好的防止工件直接跳過(guò)某臺(tái)加工中心地加工，也能更好地防止工件的重復(fù)加工，從更好地控制質(zhì)量方面考慮，我們選用了單工作臺(tái)加工中心的結(jié)構(gòu)。

在缸體半精加工的設(shè)備選型中，為了降低投資成本，我們進(jìn)行了多種方案比較，如缸體底平面和缸蓋安裝面30個(gè)安裝螺栓孔的加工，我們認(rèn)真分析了30個(gè)螺栓孔的特點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)這30個(gè)螺栓在這兩個(gè)平面上基本上是均布、孔相互間距較大、加工的深度只有3種，當(dāng)然可以使用加工中心來(lái)加工，也適合使用多軸箱設(shè)備加工。如果用加工中心加工，完成這部分加工內(nèi)容至少得4臺(tái)加工中心，投資高；如果采用回轉(zhuǎn)多軸箱式結(jié)構(gòu)，則只需要2臺(tái)設(shè)備即可以完成加工，投資只需50%左右。這種回轉(zhuǎn)多軸箱組合機(jī)床還可以通過(guò)更換多軸箱實(shí)現(xiàn)部分柔性加工，而且完成這些孔系的加工只需要1.2min即可。通過(guò)方案比較，最終采用了2臺(tái)回轉(zhuǎn)多軸箱組合機(jī)床的方案，完成了其中28個(gè)孔的加工，大大節(jié)約了投資成本。

在粗加工和半精加工段生產(chǎn)線主要由加工中心構(gòu)成。工件在加工中心之間的搬送怎樣來(lái)實(shí)現(xiàn)呢？國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)線較多地采用了機(jī)械手搬送的方式，機(jī)械手搬送具有工件搬送快、定位準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。但是，使用機(jī)械手搬送投資較大，沒(méi)有充分利用中國(guó)勞動(dòng)力成本較低的優(yōu)勢(shì)，而且，機(jī)械手結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要求保全水平高。多方面比較以后，我們希望采用人工搬送工件的方式。使用人工搬送時(shí)，希望操作工實(shí)現(xiàn)搬送的動(dòng)作盡可能的少。通過(guò)與YNC合作，我們?cè)O(shè)計(jì)了較為適用的搬送結(jié)構(gòu)。在這種搬送方式中，操作工將工件手動(dòng)直接推入加工中心夾具上，工件加工完畢后，工件拉桿自動(dòng)將工件從加工中心設(shè)備內(nèi)拉出。僅用一個(gè)氣缸加拉桿就實(shí)現(xiàn)了工件的自動(dòng)排出，操作工搬送工件時(shí)，只需要將工件在自由滾道上向夾具中推入工件，降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

精加工設(shè)備方面，由于工件精加工后為了防止手動(dòng)輸送造成工件的磕碰傷，精加工設(shè)備都采用加工自動(dòng)線。出于環(huán)境保護(hù)的考慮，缸孔精加工設(shè)備引進(jìn)了水基珩磨技術(shù)，選用了日本東洋的精鏜、珩磨一體式組合機(jī)自動(dòng)線。

在輔機(jī)的選型方面，由于產(chǎn)品對(duì)缸體完成品的清潔度要求高（要求油道雜質(zhì)含量1mg以下，缸體完成品整機(jī)雜質(zhì)含量在15mg以下），引進(jìn)了日本杉野清洗機(jī)，采用了中壓機(jī)器人定點(diǎn)清洗技術(shù)和整機(jī)浪泳式清洗技術(shù)，確保清潔度要求。含浸裝置半自動(dòng)和自動(dòng)設(shè)備的投資差別很大（相差3～5倍），半自動(dòng)設(shè)備在含浸品質(zhì)、含浸能力方面與自動(dòng)設(shè)備基本一致，且半自動(dòng)設(shè)備只需1人即可操作，基于以上考慮，含浸采用了大連旅順坤達(dá)浸滲設(shè)備制造有限公司的半自動(dòng)平臺(tái)式含浸設(shè)備。氣密性檢測(cè)、螺栓擰緊及壓裝設(shè)備均采用了國(guó)內(nèi)設(shè)備。

工具選型特點(diǎn)

HR缸體生產(chǎn)線中的刀具選型主要有以下幾個(gè)方面的特點(diǎn)：

（1）粗鏜缸孔方面，根據(jù)特點(diǎn)、加工節(jié)拍及加工品質(zhì)的要求，選擇了HSK－C的高精度的連接方式，在刀具方面選取了將加工余量分開(kāi)，漸進(jìn)的方式進(jìn)行加工。

HSK－C刀柄的優(yōu)點(diǎn)：1/10錐面與法蘭部端面兩處于機(jī)械主軸相結(jié)合，形成了兩面定位的方式，保證了安裝的精度，軸向的位置精度及剛性良的優(yōu)點(diǎn)；另外手動(dòng)－C結(jié)構(gòu)的聯(lián)接采用單螺釘鎖緊的方式，使得拆裝簡(jiǎn)易快捷。這樣保證了在260m/min的高切削速度下的加工精度，另外每個(gè)刀頭的更換可以確保在5min內(nèi)（包括清潔主軸）完成，從而實(shí)現(xiàn)更換的快速化。

刀體選擇了HSK與小刀體組合的方式，保證了刀具的最小化，刀具在刀片的分布方式我們選擇了各個(gè)刀片的外徑及軸向方面漸進(jìn)分布的方式，有效防止了多個(gè)刀片同時(shí)加工帶來(lái)的振動(dòng)并且密齒結(jié)構(gòu)在80mm/r高進(jìn)給的方式下確保每齒的進(jìn)給降低，保證了缸孔加工后的孔徑及表面粗糙度，同時(shí)也確保了精加工的余量，主軸采用了內(nèi)冷的方式，有效降低了切削時(shí)產(chǎn)生的熱量。刀片采用了三菱公司鑄鐵加工專用的CVD涂層硬質(zhì)合金的材料，并且刀片形式為SNMG，每個(gè)刀片可以使用8個(gè)角，目前的加工壽命可以達(dá)到2 000孔/角以上，有效降低了刀具的使用費(fèi)用。

（2）面的加工大量采用了金剛石刀片，有效地提高切削速度，保證加工面的表面質(zhì)量，并提高刀具的壽命。加工中心用金剛石銑刀的轉(zhuǎn)速已經(jīng)達(dá)到6 000r/min，這樣切削速度達(dá)到2 000m/min以上，有效地提高了切削效率。另外金剛石材質(zhì)有效防止了加工鋁合金粘屑的難題，從而可以保證面加工的表面精度，且都選用了密齒形的銑刀，在保證每轉(zhuǎn)進(jìn)給的前提下降低每刃的進(jìn)給量，提高加工面的精度。由于金剛石刀具的壽命高，精加工都可以到20 000以上個(gè)工件，降低換刀的次數(shù)和刀具調(diào)整的次數(shù)，減少刀具更換及刀具調(diào)整的人力，從而提高機(jī)床的OEE水平。加工中心使用的刀盤(pán)選用了鋁合金的材質(zhì)的刀盤(pán)，從而使得刀體輕量化，確保高速加工的安全性及可靠性。

（3）全線鉆頭采用內(nèi)冷直槽硬質(zhì)合金鉆頭，并且采用高轉(zhuǎn)速，高進(jìn)給的切削條件。在保證加工精度及加工效率的前提下，有效提高了鉆頭的壽命。

（4）在孔的精加工方面，特別是鉸刀及高精度孔的加工（鉆頭類(lèi)），選用了NT公司的HDZ刀柄，該刀柄的優(yōu)點(diǎn)在于通過(guò)螺釘?shù)恼{(diào)整可以讓刀具刀尖的跳動(dòng)在2μm的范圍內(nèi)甚至可以調(diào)整為“零”跳動(dòng)，鉸孔可以實(shí)現(xiàn)H7公差的孔的加工，并且很穩(wěn)定；另外降低孔的表面粗糙度值；提高刀具的壽命。刀尖跳動(dòng)的調(diào)整在刀柄上采用四個(gè)螺釘調(diào)整的方式，操作非常迅速。

（5）缸孔的精加工為專機(jī)加工，鏜頭采用了缸孔倒角、半精加工及精加工集中在一體的結(jié)構(gòu)形式，缸孔加工的刀片采用了CBN刀片，由于節(jié)拍的要求，缸孔加工的線速度達(dá)到900m/min以上，另外精鏜缸孔尺寸要求嚴(yán)格，因此精加工通過(guò)設(shè)備的控制及刀具的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)在線調(diào)整的功能，有效保證了加工的精度。通過(guò)進(jìn)一步調(diào)整加工參數(shù)半精加工的壽命能達(dá)到1 200孔以上，精加工的刀片壽命達(dá)到2 000孔，在保證加工節(jié)拍的前提下有效降低了刀具的單臺(tái)成本。

（6）加工中心用HSK刀柄的彈簧卡頭選用了雙錐面夾持的方式，相對(duì)比常用的單錐面的夾緊方式可以提高1.5～2倍的夾持力，保證刀柄有效地將扭矩傳遞給刀具。鎖緊螺母選用了具有防塵功能的螺母，可以防止或減少加工中產(chǎn)生的鋁屑進(jìn)入彈簧卡頭及刀體內(nèi)部，從而有效保證加工的精度及更換時(shí)清洗的繁瑣。另外加工精度要求高的孔加工類(lèi)的彈簧卡頭采用了側(cè)面冷卻的方式，即通過(guò)彈簧卡頭上的切削液孔可以讓冷卻液直接噴在刀刃上，一方面可以防止因刀具外冷無(wú)法供給的情況下得到良好的加工尺寸及精度，另一方面可以讓刀具制作成為非側(cè)冷形式或者是無(wú)內(nèi)冷的刀具，增加刀具的可重磨次數(shù)，從而降低刀具成本。

（7）傳統(tǒng)的專機(jī)類(lèi)孔加工存在鉆頭、主軸剛性差的性質(zhì)，因此必須使用鉆模套，且必須定期更換鉆模套；鉆頭的伸出部分較長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生精度不良，工具交換時(shí)間長(zhǎng)。H R缸體專機(jī)用的孔加工類(lèi)的刀柄選用了快換型的短刀柄的方式，除特殊的深孔加工（100mm）及細(xì)長(zhǎng)的鉆頭加工上采用了鉆模套的形式，其他均選用了短鉆頭無(wú)鉆模套的形式：減少了機(jī)器的設(shè)計(jì)及制造成本；刀具的拆裝在1min/個(gè)以內(nèi)完成，有效減少刀具更換的時(shí)間；短刀柄采用與加工中心一樣的彈簧卡頭，保證有效傳遞扭矩；可以利用專用的HSK轉(zhuǎn)換刀柄在專用調(diào)刀設(shè)備上調(diào)整刀具，實(shí)現(xiàn)刀具調(diào)整的快速、準(zhǔn)確；短鉆頭可以保證刀尖剛性強(qiáng)、跳動(dòng)小，可有效延長(zhǎng)刀具的壽命，短刀具成本相對(duì)較低，降低刀具使用成本。

（8）曲軸孔的精加工，采用了線鏜刀的形式，在半精及精加工鏜桿上安裝了油封面專用的刀夾，有效實(shí)現(xiàn)刀具的復(fù)合性，保證機(jī)器最少的前提下實(shí)現(xiàn)更多的加工。精加工根據(jù)設(shè)備的在線調(diào)整功能，選用了可以供機(jī)械手在線調(diào)整的微調(diào)刀夾，有效保證加工的精度。

（9）絲錐選用直槽帶內(nèi)冷的硬質(zhì)合金切削絲錐，通過(guò)提高轉(zhuǎn)速來(lái)提高切削效率，絲錐的切削速度達(dá)到75m/min以上，并且絲錐的夾頭也采用了彈簧卡頭冷卻的形式，有效降低了積屑瘤的產(chǎn)生，有效保證螺紋孔的精度，提高絲錐的壽命。

（10）專機(jī)用銑刀的拆裝方式以方便快捷為原則：φ 200mm以上的銑刀選用了分體型的結(jié)構(gòu)，這樣刀具重量減輕，更換刀具操作安全、方便。銑刀刀體內(nèi)圓又凸緣，用具有通言凸緣的面板和一個(gè)夾緊螺栓對(duì)銑刀裝卸，這樣銑刀只需要轉(zhuǎn)15°就形成防裝卸脫落的機(jī)構(gòu)，銑刀的更換可以在1min內(nèi)完成，因此裝卸安全迅速。小型銑刀的聯(lián)接采用側(cè)面夾緊的方式，其特點(diǎn)：轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊螺栓（或夾緊螺母），圓錐面起著楔塊左右，將壓緊體往里面拉，即可牢固夾緊銑刀體；壓緊體前端為花瓣形，裝卸銑刀時(shí)松開(kāi)螺栓后只需轉(zhuǎn)動(dòng)45°；安裝部分采用1/5錐面與端面雙接觸定位，夾緊剛性和重復(fù)定位精度高（2～3μm）；側(cè)面夾緊機(jī)構(gòu)可以在不固定主軸的情況下完成刀具的裝卸，加上防脫落機(jī)構(gòu)，操作安全可靠；通過(guò)一個(gè)螺栓就可以完成刀具的裝卸，操作快捷，因此刀具更換的時(shí)間小于1min。

（11）為了提高HR缸體線的加工效率，且要滿足設(shè)備最少化，刀具最少化，達(dá)到投資最少化的整條生產(chǎn)線大量采用復(fù)合刀具。如臺(tái)階孔或者是要求有孔口倒角采用階梯鉆頭或階梯鉸刀；瓦蓋結(jié)合面寬度加工與倒角同時(shí)加工；啟動(dòng)機(jī)孔鏜孔及倒角等等。

通過(guò)一年多的正式生產(chǎn)，全線運(yùn)行正常，有效保證了整線的OEE水平達(dá)到85%以上。其中工具的更換及故障在目前1.6min的節(jié)拍下OEE的損失率在1%以下，且因工具造成的工廢損失在200ppm以下。目前工具基本上為進(jìn)口產(chǎn)品，但因?yàn)檫x型優(yōu)良切削工具的成本達(dá)到同行業(yè)標(biāo)桿水平。工具初期主要選用的是進(jìn)口的工具，價(jià)格相對(duì)較高，再逐步進(jìn)行工具的國(guó)產(chǎn)化，從而進(jìn)一步降低工具的運(yùn)行成本。

增強(qiáng)自身裝備能力 保持先進(jìn)性

汽車(chē)零部件制造企業(yè)在轉(zhuǎn)型升級(jí)過(guò)程中應(yīng)該從以下幾方面增強(qiáng)自身裝備的能力，保持其裝備的先進(jìn)性：

（1）裝備的可靠性主要要求裝備平穩(wěn)運(yùn)行不發(fā)生故障停機(jī)，品質(zhì)保證能力強(qiáng)，沒(méi)有不良品產(chǎn)生。由于零部件加工都是大規(guī)模大批量生產(chǎn)，如果裝備的可靠性不好，將會(huì)產(chǎn)生巨大浪費(fèi)，如批量不良品的報(bào)廢以及由于故障停線造成裝備效率低下，不能正常達(dá)成設(shè)計(jì)功能。

（2）裝備的運(yùn)行成本主要體現(xiàn)在裝備的投資強(qiáng)度（影響折舊費(fèi)），裝備的維修費(fèi)用及運(yùn)行所需的動(dòng)能費(fèi)。所以在前期規(guī)劃階段要充分考慮生產(chǎn)線產(chǎn)能的利用率，目前沿用三班體制進(jìn)行產(chǎn)能規(guī)劃，產(chǎn)能彈性在5%左右，通過(guò)滿負(fù)荷生產(chǎn)降低運(yùn)行成本；另外，節(jié)能電動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品導(dǎo)入，輔機(jī)采用國(guó)產(chǎn)化裝備等，最終都可以降低動(dòng)能費(fèi)及維修費(fèi)。

（3）裝備主要部品的標(biāo)準(zhǔn)化及整條生產(chǎn)線柔性化，由于主要關(guān)鍵設(shè)備來(lái)自不同國(guó)家，如伺服系統(tǒng)、PLC、關(guān)鍵元器件要標(biāo)準(zhǔn)化，并結(jié)合各公司實(shí)際確定品牌，以降低后續(xù)的維修難度及維修成本；雖然是大批量生產(chǎn)，但通過(guò)刀具管理系統(tǒng)及自動(dòng)換刀系統(tǒng)等還是可以提高柔性化能力的。