QC4112缸體加工自動線研制

陳道長，徐培柱

(安徽全柴動力股份有限公司技術(shù)中心，安徽滁州 239500）

0 引言

國內(nèi)發(fā)動機缸體加工開始是將少量的組合機床及通用機床，通過簡單的無機動滾道組成簡易的加工線，逐步過渡到以組合機床為主、通用機床為輔的加工模式，隨著國外數(shù)控技術(shù)的普及和國外加工中心在國內(nèi)各個行業(yè)的推廣，包括國內(nèi)各機床廠對數(shù)控機床的開發(fā)，國內(nèi)發(fā)動機行業(yè)為了適應(yīng)汽車、工程車、農(nóng)業(yè)機械、發(fā)電機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內(nèi)發(fā)動機缸體加工線首選。隨著國內(nèi)發(fā)動機市場的高速發(fā)展，以全柔性加工為主的生產(chǎn)線的工作效率，遠遠達不到國內(nèi)市場的發(fā)展要求，在這種背景下，安徽全柴QC4112缸體加工自動線項目應(yīng)運而生。該生產(chǎn)自動線項目規(guī)劃是二班制;年生產(chǎn)能力5——6萬臺缸體，達到毛坯上料，成品下料的全自動加工的生產(chǎn)模式。

QC4112缸體加工自動線參考了國內(nèi)各主要發(fā)動機廠的缸體自動加工線項目的設(shè)計與制造經(jīng)驗，在研制過程中，根據(jù)整線技術(shù)方案和項目要求，對缸體加工工藝流程進行了合理編排，確定了自動線加工主機和輔機的構(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，以下介紹是該自動線開發(fā)研制過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 加工基準的確定

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

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

該基準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、加工基準和設(shè)計基準的統(tǒng)一，其中毛坯基準主要考慮保證第一序加工時缸體內(nèi)腔尺寸和后序加工余量的均勻分配;過渡基準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位置要求?？傮w來講定位基準路線的設(shè)定盡量做到了鑄造基準與加工基準的一致、加工基準的統(tǒng)一和加工基準與設(shè)計基準保持統(tǒng)一的要求。

1.2 工藝基準所采用的新方案

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)計要求，機體加工自動線毛坯基準(粗基準）即第一道工序采用了以一、四缸孔作為缸體Y向定位基準，缸體曲軸中間開檔作為缸體X向定位基準，缸體主軸蓋結(jié)合面作為Z向定位基準的定位方式(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)計圖紙要求，并確保后序工序加工余量的均勻性，從而減少廢品率，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加工單元和少量的單機組成。2QC4112缸體加工流程示意圖如圖2所示。

圖1 缸體定位基準圖

每一序為毛坯定位、粗加工，加工過渡基準工序;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為一、四缸孔和主軸蓋分型面如圖1，第一加工單元機床部分以過渡基準定位，加工完兩工藝孔后采用底面和兩工藝孔“一面兩銷”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”定位，以保證加工基準的一致性;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，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、檢驗基準、加工基準和設(shè)計基準的統(tǒng)一性。

圖2 QC4112缸體加工流程示意圖

2 自動線主要組成部分

根據(jù)項目規(guī)劃要求和對國內(nèi)各設(shè)備制造商及各柴油發(fā)動機公司使用的生產(chǎn)線進行調(diào)研，確定整線線體主要組成部分的技術(shù)方案如下。

(1）主機構(gòu)成:以剛性加工的組合機床為主，部分組合機采用臥式或立式數(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定位定點清洗機、主軸蓋擰緊機和拉凸輪軸襯套等輔助設(shè)備，中間清洗機安排在合主軸蓋之前。線體主機以臥式結(jié)構(gòu)為主。

(2）控制系統(tǒng):全線按粗、半精、精加工工序為總思路，結(jié)合毛坯不同的加工面共劃分為六個自動加工單元。整線采用中央控制，每個獨立的加工單元可以分段、獨立控制，同時每臺主機(機床）也可以獨立操作，具有獨立的操作面板。自動線具有對不同缸體進行識別的功能，可以對部分變型產(chǎn)品進行識別判斷。

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

(4）檢測:每個獨立的加工單元后設(shè)有獨立的檢測工作臺，對于不合格產(chǎn)品可以退料處理;各定位面上有氣檢功能，缸體定位前具有對缸體定位面各孔進行高壓清洗的裝置。對于鉆孔、攻絲組合機床設(shè)有斷刀、深孔檢測裝置，同時該裝置可以高壓沖洗孔內(nèi)腔鐵屑，以便于即時控制因鉆頭和絲錐斷裂而對下道序機床和缸體造成破壞，同時對螺紋及其盲孔內(nèi)堆積的鐵屑進行高壓沖洗，避免了因時間過長導致內(nèi)腔鐵屑生銹影響缸體裝配。

(5）冷卻和排屑:自動線全線大流量濕式加工，冷卻液集中供給，冷卻液通過總管流入各自動加工單元分液支管中，然后從支管分配給各機床。冷卻液從主機上部和側(cè)面對夾具定位面、缸體和刀具進行冷卻和沖洗，沖洗出的鐵屑和冷卻液直接流入機床下的大流量地溝，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，每臺機床的冷卻液安裝有控制閥門可單獨控制。

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

3 整線研制過程所采用的新工藝方案和先進技術(shù)控制手段

本自動線在粗加工基準、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的技術(shù)控制手段。

(1）粗加工基準工序:本工序采用以1，4缸缸心、曲軸中間檔和主軸蓋結(jié)合面作為定位基準的定位形式(如加工粗基準工序基準附圖），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，為了保護刀具、機床和夾具，該機床還增加了主軸過扭保護裝置，該裝置在刀具磨損或刀具斷裂、折彎等問題時能即時有效停止機床的工作，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、各類定位銷孔、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，為了減少長鏜桿的抖動，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“一面兩銷的定位方式”，為了消除兩工藝孔前期磨損帶來的定位誤差，兩工藝孔與定位銷采用孔后部沒使用過的表面定位，并且兩定位銷采用的是膨脹式定位銷技術(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，每個鏜頭進給均單獨的伺服電機驅(qū)動，精車止口是由伺服電機控制鏜頭后端部的刀具補償裝置來完成，有力地保證了同臺缸體各止口深度差不大于0.02mm的裝配要求。

4 結(jié)束語

QC4112缸體加工自動線設(shè)計水準達到了國內(nèi)同類生產(chǎn)線先進程度，在研制過程中對個別工序進行了大膽創(chuàng)新，整條線使用眾多國內(nèi)、國際較成熟的工藝技術(shù)，有效的保障了缸體加工質(zhì)量，也符合國內(nèi)現(xiàn)有的設(shè)備維護和設(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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