QC4112缸体加工自动线研制

2012-11-24陈道长徐培柱

组合机床与自动化加工技术 2012年10期

陈道长，徐培柱

(安徽全柴动力股份有限公司技术中心，安徽滁州 239500）

0 引言

国内发动机缸体加工开始是将少量的组合机床及通用机床，通过简单的无机动滚道组成简易的加工线，逐步过渡到以组合机床为主、通用机床为辅的加工模式，随着国外数控技术的普及和国外加工中心在国内各个行业的推广，包括国内各机床厂对数控机床的开发，国内发动机行业为了适应汽车、工程车、农业机械、发电机组等不同用户的要求，研制出以加工中心组成的柔性加工线并成为国内发动机缸体加工线首选。随着国内发动机市场的高速发展，以全柔性加工为主的生产线的工作效率，远远达不到国内市场的发展要求，在这种背景下，安徽全柴QC4112缸体加工自动线项目应运而生。该生产自动线项目规划是二班制;年生产能力5——6万台缸体，达到毛坯上料，成品下料的全自动加工的生产模式。

QC4112缸体加工自动线参考了国内各主要发动机厂的缸体自动加工线项目的设计与制造经验，在研制过程中，根据整线技术方案和项目要求，对缸体加工工艺流程进行了合理编排，确定了自动线加工主机和辅机的构成，并明确该生产线在各道工序所要采用的新工艺和主要技术控制手段等，以下介绍是该自动线开发研制过程中所确定的工艺流程方案和线体主要组成技术方案。

1 加工工序的确定

1.1 加工基准的确定

根据所加工零件毛坯情况、加工机床的主体结构和各机床加工内容，确定加工基准传递路线如下:

毛坯基准→过渡基准→底面两工艺孔与底面形成的“一面两销”定位基准→曲轴孔、缸体底面、曲轴定位瓦侧面定位基准。

该基准路线充分考虑了缸体外形尺寸、形位尺寸和线体的输送与加工，尽量做到铸造基准、加工基准和设计基准的统一，其中毛坯基准主要考虑保证第一序加工时缸体内腔尺寸和后序加工余量的均匀分配;过渡基准主要保证底面和底面两工艺孔位置尺寸从而确保后序加工稳定性;曲轴孔、缸体底面、曲轴定位瓦侧面定位保证缸体铣面镗缸工序中缸孔与曲轴孔的相对位置要求。总体来讲定位基准路线的设定尽量做到了铸造基准与加工基准的一致、加工基准的统一和加工基准与设计基准保持统一的要求。

1.2 工艺基准所采用的新方案

为了保证缸体孔和各加工面的加工余量均匀，保证缸体内腔符合设计要求，机体加工自动线毛坯基准(粗基准）即第一道工序采用了以一、四缸孔作为缸体Y向定位基准，缸体曲轴中间开档作为缸体X向定位基准，缸体主轴盖结合面作为Z向定位基准的定位方式(如图1），该定位方式比传统定位方式更能确保缸体内腔符合设计图纸要求，并确保后序工序加工余量的均匀性，从而减少废品率，节约成本。

1.3 加工工艺流程的制定

加工工艺流程同样采用粗——半精——精的加工方式。根据加工工艺流程的方式、加工基准的传递路线、缸体加工的内容和生产管理的需要，整线加工主要分为六个加工单元和少量的单机组成。2QC4112缸体加工流程示意图如图2所示。

图1 缸体定位基准图

每一序为毛坯定位、粗加工，加工过渡基准工序;第一加工单元粗、半精铣缸体顶面和底面，并精铣顶面和加工底面两工艺孔;第二加工单元主要粗、半精铣缸体齿轮室和飞轮壳面，并加工两面各孔;第三加工单元加工缸体顶面和底面各孔;第四加工单元加工斜油孔;每五加工单元加工缸体两侧面;第六加工单元主要精加工曲轴、凸轮轴孔;其中第一序定位基准为一、四缸孔和主轴盖分型面如图1，第一加工单元机床部分以过渡基准定位，加工完两工艺孔后采用底面和两工艺孔“一面两销”形式定位，二至六加工单元均采用底面和两工艺孔“一面两销”定位，以保证加工基准的一致性;铣面镗缸工序采用曲轴孔、缸体底面、曲轴定位瓦侧面作为定位基准，保证缸孔与曲轴孔的位置尺寸。

该加工工艺路线充分考虑了缸体毛坯的铸造情况和缸体在加工时的定位方式、输送和加工姿态，最大程度减少缸体在线体中翻转，保证了工艺路线最短，提高加工效率，确保投资的合理性。另外该加工工艺尽量保证铸造工艺基准、检验基准、加工基准和设计基准的统一性。

图2 QC4112缸体加工流程示意图

2 自动线主要组成部分

根据项目规划要求和对国内各设备制造商及各柴油发动机公司使用的生产线进行调研，确定整线线体主要组成部分的技术方案如下。

(1）主机构成:以刚性加工的组合机床为主，部分组合机采用卧式或立式数控加工单元，即整线采用刚性加工，辅以少量的柔性加工单元的加工方式。整线安排有中间和终清洗两台定位定点清洗机、主轴盖拧紧机和拉凸轮轴衬套等辅助设备，中间清洗机安排在合主轴盖之前。线体主机以卧式结构为主。

(2）控制系统:全线按粗、半精、精加工工序为总思路，结合毛坯不同的加工面共划分为六个自动加工单元。整线采用中央控制，每个独立的加工单元可以分段、独立控制，同时每台主机(机床）也可以独立操作，具有独立的操作面板。自动线具有对不同缸体进行识别的功能，可以对部分变型产品进行识别判断。

(3）输送:整线采用定位准确的抬起步伐输送;各单元之间采用机动滚道连接，第一道工序工件采用摆杆式拉料输送;半精、精镗曲轴孔机床采用珩架机械手输送。

(4）检测:每个独立的加工单元后设有独立的检测工作台，对于不合格产品可以退料处理;各定位面上有气检功能，缸体定位前具有对缸体定位面各孔进行高压清洗的装置。对于钻孔、攻丝组合机床设有断刀、深孔检测装置，同时该装置可以高压冲洗孔内腔铁屑，以便于即时控制因钻头和丝锥断裂而对下道序机床和缸体造成破坏，同时对螺纹及其盲孔内堆积的铁屑进行高压冲洗，避免了因时间过长导致内腔铁屑生锈影响缸体装配。

(5）冷却和排屑:自动线全线大流量湿式加工，冷却液集中供给，冷却液通过总管流入各自动加工单元分液支管中，然后从支管分配给各机床。冷却液从主机上部和侧面对夹具定位面、缸体和刀具进行冷却和冲洗，冲洗出的铁屑和冷却液直接流入机床下的大流量地沟，由安装在地沟内的冲头将铁屑冲入大流量回液箱中，大流量回液箱中的铁屑通过粗、精两次刮屑装置将铁屑集中排出。冷却液循环使用，每台机床的冷却液安装有控制阀门可单独控制。

(6）管线布置和防护:整线电线、油管、冷却供液管采用空中走线方式。每个加工单元采用整体防护，输送线下方有接水槽。

3 整线研制过程所采用的新工艺方案和先进技术控制手段

本自动线在粗加工基准、钻主油道孔、精镗曲轴孔和精铣缸盖面、精镗缸孔等工序采用了较新的工艺方案或先进的技术控制手段。

(1）粗加工基准工序:本工序采用以1，4缸缸心、曲轴中间档和主轴盖结合面作为定位基准的定位形式(如加工粗基准工序基准附图），该定位形式充分考虑了缸体毛坯的加工余量的均匀性和保证缸体内腔尺寸的准确性，为了提高夹具的刚性，安排了大量辅助支撑。

(2）钻主油道孔工序:本工序除了采用枪钻、高压内冷技术外，为了保护刀具、机床和夹具，该机床还增加了主轴过扭保护装置，该装置在刀具磨损或刀具断裂、折弯等问题时能即时有效停止机床的工作，保证设备的安全使用。

(3）精镗曲轴孔工序:精镗曲轴孔工序包括加工缸体齿轮系孔、各类定位销孔、曲轴孔和凸轮轴孔等内容。其中镗曲轴孔和镗凸轮轴孔工序，为了减少长镗杆的抖动，除了增加中间支撑外，镗杆还采用了重金属制造。该工序定位是采用缸体底面和两工艺孔“一面两销的定位方式”，为了消除两工艺孔前期磨损带来的定位误差，两工艺孔与定位销采用孔后部没使用过的表面定位，并且两定位销采用的是膨胀式定位销技术。

(4）精铣缸盖面和精镗缸孔工序:该工序定位方式为曲轴孔定位，曲轴定位瓦面和油缸托平缸体底面的定位方式，该定位方式有力地保证了缸盖面与曲轴孔、凸轮轴孔的形位公差，保证了缸孔与曲轴孔的垂直度。为了保证缸体缸孔的止口深度，每个镗头进给均单独的伺服电机驱动，精车止口是由伺服电机控制镗头后端部的刀具补偿装置来完成，有力地保证了同台缸体各止口深度差不大于0.02mm的装配要求。