某柴油發動機缸體加工車間工藝設計
2017-11-28 來源： 中機中聯工程有限公司 作者：段紹林，宋利強。毛澤永
摘要：針對國內某柴油發動機缸（gāng）體加工車間的工程設計任務，在產品（pǐn）分析、工時計算的基礎上，通過組線方式、設備選擇等方麵（miàn）的多方案（àn）對比。設計了一條以國產（chǎn）加（jiā）工中心為主、適應（yīng）多產品共線生產的發動機缸體加工生產線，經濟效益顯著。
關鍵詞：柴油發動機；缸體；加工工藝；多產品共線
0 引言
隨著柴油發動機產品係列的多樣化和升級換代的短周期化，采用加工中心組建柔性生產線以（yǐ）生產發動機（jī）缸體、缸蓋已成為行業主流。本文以工程實際需求（qiú）為出發點，以加工車間工藝設計的關鍵步驟為主線，對加工中心組建缸（gāng）體生產線的多種方案進行探討對比，選擇（zé）了一（yī）個最適宜工程實（shí）際的方（fāng）案並付諸實踐。
1 項目概況（kuàng）
本車間承擔年產10萬件以某4缸柴油（yóu）發（fā）動機為代表產品的2、3、4缸柴油發動（dòng）機缸體（tǐ）加工、清洗、檢驗任務。工作班製為三班製。加工設備（bèi）以國（guó）產加工中心為主。
2 加工工藝設計
2．1 缸體工藝性分（fèn）析
2．1．1加工要素識別
根據產品結構及加工要求，對代表產品進行加工要素編號，編號號（hào）碼5位，第一位代表六個加工麵，後（hòu）四位用於區分（fèn）各加工部位。編號情況示例見圖1。
2．1．2關鍵部（bù）位加工方（fāng）案
a．平麵加工。對缸體的頂底麵和前、後端麵采（cǎi）用粗、半精、精銑三道工序加工。
b．斜孔的加工。加（jiā）工斜孔時後端麵朝下裝夾，加工采用臥式加工中心。
c．關鍵精密孑L係的（de）加工。缸孔采用（yòng）粗鏜、精（jīng）鏜工序。主（zhǔ）軸承孔采用粗鏜、半精鏜、精鏜三道工序，並采用專用刀具，以保障位置度、園柱度、表麵粗糙度以及凸輪（lún）軸底孔對主軸承孔的位置度的要求。
2．2工時計算
根（gēn）據產品（pǐn）加工要素，按照臥式加工中心設備參數及刀具切削性能，結合工程經驗，對（duì）產品進行加工（gōng）工時計算，見表1。
根據計（jì）算，代表產品累（lèi）計所需設備台時為52 44 s，其（qí）中粗、半精加工（gōng）所需設（shè）備台時為4 042s，精加工所需設備台時為l 202 S。
2．3設備計算
本車間采用三班（bān）製，設備年時基數：5 240h，設備負荷率：80％，全年每台設（shè）備提（tí）供設備台時為：
5 240 h×80％×60=25l 520 min。根據工時計算，所需粗（cū）半精加（jiā）工臥式加工中心為：
100 000×(4042÷60)÷251 520=26．78台，即27台。
所需精加工臥式加工中心為：
100 000×(1 202÷60)÷25l 520=7．96台，即8台。
2．4組線方式
利用加工中心組成加工生產線的組線方（fāng）式有串聯和並聯兩種，各有優缺（quē）點（diǎn）。
串聯組線方（fāng）式：繼（jì）承於（yú）傳統的剛性生產線，在生產單（dān）一產品時，每台設備承擔固定的內（nèi）容（róng），能減少刀具（jù）配給。缺點是上下料時間占設（shè）備台時較大，設備利用率降低；工件從上線到下線的輸送距（jù）離長；若多產品共（gòng）線（xiàn）時，調整和管理難度較大。並聯組（zǔ）線方式（shì）：將加工（gōng）中心（xīn）分成並列的兩組或（huò）多組，各組承擔相同的加工任務。這樣能充分發揮（huī）加工中心工序集中能力，產（chǎn）品可以經過較（jiào）少的設備加工完成，有（yǒu）利於多產品共線生產。缺點是每台加工中心需要配備較（jiào）多的（de）刀具，刀具一次成本（běn）投入大。本車間要求建設成為適應不同品種、混流生產的（de）柔性加工生產線。因此，采用並聯組線方式。
2．5設備（bèi）選擇
柔（róu）性加（jiā）工生產線除采用臥式（shì）加工中心組線外，從經濟節約考慮，也采用立式加工中一tD部分替代或全部替代臥式加工中心組線（xiàn）。
立加投資遠遠低於臥加，但立加相（xiàng）比於l三t,hl具有以下缺點：
a．剛（gāng）性較差，切削時排削不好，不（bú）利於大餘量、深長孑L切削。
b．上下料時間（jiān）較長，效率（lǜ）低於臥（wò）加。
c．每個工序隻能加工—個麵，不利於（yú）工序平衡。
d．加工兩端（duān）麵孑L，特別（bié）是油道孔、軸承孑L等（děng）時，z軸行程不夠。
e．加工（gōng）姿態較多，夾具設計相對複雜。
f．機床故障時，替代日叛差，容（róng）易影響整線生產。
在柴（chái）油發動機（jī）缸體加工中，頂底麵及其孑L均可采用立式加工中心加工。
考慮到立式加工中（zhōng）心切削效率較臥式加工中心低，裝（zhuāng）夾時間較（jiào）長（zhǎng），工序（xù）間平衡較（jiào）為（wéi）困難，若用立式加工中心替（tì）代臥式加工（gōng）中（zhōng）心，則設備台數需要相應增加。
2．6工藝及設備方案
2．6．1 立式（shì）加工中心與臥式（shì）加工中心混合生產線
生產線采用高精度、高效率、高（gāo）可（kě）靠性的立式加工中心和臥式加（jiā）工中（zhōng）心組成柔性生產線，滿足產品加工需要。立（lì）式加工中心用（yòng）於加工頂底麵及其孑L，其餘加工由臥式加工中心完成。
a．方案一。
將設備（bèi）分成兩組，粗半精加工段每組15台設（shè）備，其中（zhōng）立式加工中心3台，精加工（gōng）段每（měi）組（zǔ）4台設備，全是臥式加工中心（xīn）。合計所需（xū）設備38台，其中立式（shì）加工中心6台，臥式（shì）加工中心32台。方案布局流暢，能滿足（zú）兩種產品同時共線生（shēng）產，且（qiě）並聯排列，有助於操作工人多台看管，精益化生產。工藝平麵布置圖見圖2。
b．方案二。
將（jiāng）設備分成四組，粗半精加工（gōng）段每組8台設備，其中立式加（jiā）工中心2台，采用直（zhí）線型布置；精加（jiā）工段（duàn）每組2台設備，全是臥式加工中心。合計所需設備40台，其中立式加：[中心8台，臥（wò）式加工中心（xīn）32台。方案布局流暢，能滿足四（sì）種產品同（tóng）時共線（xiàn）生產，且並（bìng）聯排列，有助於操作工人多台看管，精益（yì）化生產。工藝平麵（miàn）布（bù）置圖見圖3。
c．方案三
將設備分成四（sì）組，粗半精加工段每組8台設備，其中立式加工（gōng）中心2台，采用c型布置；精加工段每組2台設備，全是臥式加工中心。合計所需設備40台，其中立式加工中心8台，臥式加工中心32台。方案布局緊湊，每個島獨（dú）立性強，在操作工人多台看管時，對應的是同一產品，便於生產管理和工（gōng）序問檢測。能滿足四種產品同時共線生產。工藝平麵布置圖見（jiàn）圖4。
對比三種方案，方案一投資最少，但多產品生產適應性較差，方（fāng）案二和方案三投資一樣（yàng），但方案三的布局更加緊（jǐn）湊，每個加工島獨立性強，便於生產管理。方案三較優。
2．6．2臥式加工中心組線方案
生產線采用36台高精度、高效率、高（gāo）可靠性的臥式加工中心，分4個組，組成並聯柔性生（shēng）產線（xiàn），滿足產品加工需要。粗半精加工段每組7台設備，精加工（gōng）段每組2台設備，采用C型布置。平麵（miàn）布置圖見圖5。
1．6．3方案對（duì）比
本車間要求建設成為適（shì）應不同（tóng）品種（zhǒng）的柔性加工車間，要求（qiú）生產線能適應產（chǎn）品變化。由於立式加工中心一次裝（zhuāng）夾隻能（néng）加（jiā）工（gōng）一個麵，而臥式加工中心圖4生（shēng）產線（xiàn）工藝布置方案三（sān）
圖5生產線工藝布置方案四一次裝夾能加工三個麵，完成同一產品的加工（gōng），臥式加工中心所需姿態較（jiào）少，夾具種類較少，更容易適應產（chǎn）品的調整和工（gōng）序平（píng）衡。所以本項目生產線需（xū）
以臥式加工中心為主。
而采用立式加工（gōng）中心替代部分臥式加工（gōng）中心，立（lì）式加工（gōng）中心的價格優勢得不到充分體現，反而因為引人立式加（jiā）工中（zhōng）心造成了（le）生產線工序（xù）固化，不利於生產線工序（xù）平衡，弊大於（yú）利。
綜上所述，采（cǎi）用36台臥式加工中心（xīn），分成4個組，c型布置的（de）生產線是車間的最優工藝方案。
3 結（jié）論（lùn）
本車間以國產臥式加工中心為主，采用獨立工作（zuò）島+並聯組線方式，建設一條具有（yǒu）國內領（lǐng）先水平的、適（shì）應多品（pǐn）種共線生產的發動機缸（gāng）體加工生（shēng）產線。對檢驗並推（tuī）廣國產臥（wò）式加工中心在柴油發動機加工領域的應用具有積極（jí）作用（yòng）。
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