某柴油發(fā)動機缸體加工車間工藝設(shè)計
2017-11-28 來源： 中機中聯(lián)工程有限公司 作者：段紹林，宋利強。毛澤永
摘要：針對國內(nèi)某柴油發(fā)動機缸體加工車間的工程設(shè)計任務，在產(chǎn)品分析、工時計算的基礎(chǔ)上，通過組線方式、設(shè)備選擇等方面的多方案對比。設(shè)計了一條以國產(chǎn)加工中心為主、適應多產(chǎn)品共線生產(chǎn)的發(fā)動機缸體加工生產(chǎn)線，經(jīng)濟效益顯著。
關(guān)鍵詞：柴油發(fā)動機；缸體；加工工藝；多產(chǎn)品共線
0 引言
隨著柴油發(fā)動機產(chǎn)品系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(chǎn)線以生產(chǎn)發(fā)動機缸體、缸蓋已成為行業(yè)主流。本文以工程實際需求為出發(fā)點，以加工車間工藝設(shè)計的關(guān)鍵步驟為主線，對加工中心組建缸體生產(chǎn)線的多種方案進行探討對比，選擇了一個最適宜工程實際的方案并付諸實踐。
1 項目概況
本車間承擔年產(chǎn)10萬件以某4缸柴油發(fā)動機為代表產(chǎn)品的2、3、4缸柴油發(fā)動機缸體加工、清洗、檢驗任務。工作班制為三班制。加工設(shè)備以國產(chǎn)加工中心為主。
2 加工工藝設(shè)計
2．1 缸體工藝性分析
2．1．1加工要素識別
根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及加工要求，對代表產(chǎn)品進行加工要素編號，編號號碼5位，第一位代表六個加工面，后四位用于區(qū)分各加工部位。編號情況示例見圖1。
2．1．2關(guān)鍵部位加工方案
a．平面加工。對缸體的頂?shù)酌婧颓啊⒑蠖嗣娌捎么帧刖⒕娙拦ば蚣庸ぁ?/font>
b．斜孔的加工。加工斜孔時后端面朝下裝夾，加工采用臥式加工中心。
c．關(guān)鍵精密孑L系的加工。缸孔采用粗鏜、精鏜工序。主軸承孔采用粗鏜、半精鏜、精鏜三道工序，并采用專用刀具，以保障位置度、園柱度、表面粗糙度以及凸輪軸底孔對主軸承孔的位置度的要求。
2．2工時計算
根據(jù)產(chǎn)品加工要素，按照臥式加工中心設(shè)備參數(shù)及刀具切削性能，結(jié)合工程經(jīng)驗，對產(chǎn)品進行加工工時計算，見表1。
根據(jù)計算，代表產(chǎn)品累計所需設(shè)備臺時為52 44 s，其中粗、半精加工所需設(shè)備臺時為4 042s，精加工所需設(shè)備臺時為l 202 S。
2．3設(shè)備計算
本車間采用三班制，設(shè)備年時基數(shù)：5 240h，設(shè)備負荷率：80％，全年每臺設(shè)備提供設(shè)備臺時為：
5 240 h×80％×60=25l 520 min。根據(jù)工時計算，所需粗半精加工臥式加工中心為：
100 000×(4042÷60)÷251 520=26．78臺，即27臺。
所需精加工臥式加工中心為：
100 000×(1 202÷60)÷25l 520=7．96臺，即8臺。
2．4組線方式
利用加工中心組成加工生產(chǎn)線的組線方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，各有優(yōu)缺點。
串聯(lián)組線方式：繼承于傳統(tǒng)的剛性生產(chǎn)線，在生產(chǎn)單一產(chǎn)品時，每臺設(shè)備承擔固定的內(nèi)容，能減少刀具配給。缺點是上下料時間占設(shè)備臺時較大，設(shè)備利用率降低；工件從上線到下線的輸送距離長；若多產(chǎn)品共線時，調(diào)整和管理難度較大。并聯(lián)組線方式：將加工中心分成并列的兩組或多組，各組承擔相同的加工任務。這樣能充分發(fā)揮加工中心工序集中能力，產(chǎn)品可以經(jīng)過較少的設(shè)備加工完成，有利于多產(chǎn)品共線生產(chǎn)。缺點是每臺加工中心需要配備較多的刀具，刀具一次成本投入大。本車間要求建設(shè)成為適應不同品種、混流生產(chǎn)的柔性加工生產(chǎn)線。因此，采用并聯(lián)組線方式。
2．5設(shè)備選擇
柔性加工生產(chǎn)線除采用臥式加工中心組線外，從經(jīng)濟節(jié)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。
立加投資遠遠低于臥加，但立加相比于l三t,hl具有以下缺點：
a．剛性較差，切削時排削不好，不利于大余量、深長孑L切削。
b．上下料時間較長，效率低于臥加。
c．每個工序只能加工—個面，不利于工序平衡。
d．加工兩端面孑L，特別是油道孔、軸承孑L等時，z軸行程不夠。
e．加工姿態(tài)較多，夾具設(shè)計相對復雜。
f．機床故障時，替代日叛差，容易影響整線生產(chǎn)。
在柴油發(fā)動機缸體加工中，頂?shù)酌婕捌滏軱均可采用立式加工中心加工。
考慮到立式加工中心切削效率較臥式加工中心低，裝夾時間較長，工序間平衡較為困難，若用立式加工中心替代臥式加工中心，則設(shè)備臺數(shù)需要相應增加。
2．6工藝及設(shè)備方案
2．6．1 立式加工中心與臥式加工中心混合生產(chǎn)線
生產(chǎn)線采用高精度、高效率、高可靠性的立式加工中心和臥式加工中心組成柔性生產(chǎn)線，滿足產(chǎn)品加工需要。立式加工中心用于加工頂?shù)酌婕捌滏軱，其余加工由臥式加工中心完成。
a．方案一。
將設(shè)備分成兩組，粗半精加工段每組15臺設(shè)備，其中立式加工中心3臺，精加工段每組4臺設(shè)備，全是臥式加工中心。合計所需設(shè)備38臺，其中立式加工中心6臺，臥式加工中心32臺。方案布局流暢，能滿足兩種產(chǎn)品同時共線生產(chǎn)，且并聯(lián)排列，有助于操作工人多臺看管，精益化生產(chǎn)。工藝平面布置圖見圖2。
b．方案二。
將設(shè)備分成四組，粗半精加工段每組8臺設(shè)備，其中立式加工中心2臺，采用直線型布置；精加工段每組2臺設(shè)備，全是臥式加工中心。合計所需設(shè)備40臺，其中立式加：[中心8臺，臥式加工中心32臺。方案布局流暢，能滿足四種產(chǎn)品同時共線生產(chǎn)，且并聯(lián)排列，有助于操作工人多臺看管，精益化生產(chǎn)。工藝平面布置圖見圖3。
c．方案三
將設(shè)備分成四組，粗半精加工段每組8臺設(shè)備，其中立式加工中心2臺，采用c型布置；精加工段每組2臺設(shè)備，全是臥式加工中心。合計所需設(shè)備40臺，其中立式加工中心8臺，臥式加工中心32臺。方案布局緊湊，每個島獨立性強，在操作工人多臺看管時，對應的是同一產(chǎn)品，便于生產(chǎn)管理和工序問檢測。能滿足四種產(chǎn)品同時共線生產(chǎn)。工藝平面布置圖見圖4。
對比三種方案，方案一投資最少，但多產(chǎn)品生產(chǎn)適應性較差，方案二和方案三投資一樣，但方案三的布局更加緊湊，每個加工島獨立性強，便于生產(chǎn)管理。方案三較優(yōu)。
2．6．2臥式加工中心組線方案
生產(chǎn)線采用36臺高精度、高效率、高可靠性的臥式加工中心，分4個組，組成并聯(lián)柔性生產(chǎn)線，滿足產(chǎn)品加工需要。粗半精加工段每組7臺設(shè)備，精加工段每組2臺設(shè)備，采用C型布置。平面布置圖見圖5。
1．6．3方案對比
本車間要求建設(shè)成為適應不同品種的柔性加工車間，要求生產(chǎn)線能適應產(chǎn)品變化。由于立式加工中心一次裝夾只能加工一個面，而臥式加工中心圖4生產(chǎn)線工藝布置方案三
圖5生產(chǎn)線工藝布置方案四一次裝夾能加工三個面，完成同一產(chǎn)品的加工，臥式加工中心所需姿態(tài)較少，夾具種類較少，更容易適應產(chǎn)品的調(diào)整和工序平衡。所以本項目生產(chǎn)線需
以臥式加工中心為主。
而采用立式加工中心替代部分臥式加工中心，立式加工中心的價格優(yōu)勢得不到充分體現(xiàn)，反而因為引人立式加工中心造成了生產(chǎn)線工序固化，不利于生產(chǎn)線工序平衡，弊大于利。
綜上所述，采用36臺臥式加工中心，分成4個組，c型布置的生產(chǎn)線是車間的最優(yōu)工藝方案。
3 結(jié)論
本車間以國產(chǎn)臥式加工中心為主，采用獨立工作島+并聯(lián)組線方式，建設(shè)一條具有國內(nèi)領(lǐng)先水平的、適應多品種共線生產(chǎn)的發(fā)動機缸體加工生產(chǎn)線。對檢驗并推廣國產(chǎn)臥式加工中心在柴油發(fā)動機加工領(lǐng)域的應用具有積極作用。
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