剛?cè)峤Y(jié)合的發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)自動線設(shè)計

劉殿有

（大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司經(jīng)營處，遼寧大連 116620）

剛?cè)峤Y(jié)合的發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)自動線設(shè)計

劉殿有

（大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司經(jīng)營處，遼寧大連 116620）

文章闡述了用剛?cè)峤Y(jié)合的發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)自動線加工缸體的設(shè)計依據(jù)和工藝方案，并對自動線的布局及自動線中采用先進(jìn)的數(shù)控桁架機(jī)械手輸送的臥式加工中心、高速加工中心、可換箱柔性機(jī)床及高精度組合機(jī)等設(shè)備做了詳細(xì)的介紹。該柔性生產(chǎn)自動線的研制，能夠提升我國汽車工業(yè)的自主化設(shè)計和制造能力，替代進(jìn)口產(chǎn)品。

缸體；剛?cè)峤Y(jié)合；自動線；加工中心

0　引言

目前，隨著我國汽車工業(yè)的迅猛發(fā)展和相關(guān)環(huán)境保護(hù)要求的提高，為適應(yīng)市場需求，各企業(yè)都在加速發(fā)動機(jī)新技術(shù)的研發(fā)并對老產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)，間接加快了產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也加大了對原有生產(chǎn)線技術(shù)改造的力度，以實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)機(jī)體等主要零件的多品種共線生產(chǎn)［1］。如何實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)機(jī)體、缸蓋等主要零件的多品種共線生產(chǎn)一直是發(fā)動機(jī)生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)人員研究的一個課題。生產(chǎn)線被改造的可能性與產(chǎn)品的生命周期、市場預(yù)期發(fā)生變化和產(chǎn)品本身發(fā)生變化等決定了選擇柔性線有著明顯優(yōu)勢，并在業(yè)界內(nèi)得到廣泛的推廣和應(yīng)用［2］。

ZD30缸體加工自動線是由大連機(jī)床集團(tuán)為某公司設(shè)計、制造的國內(nèi)第一條采用先進(jìn)的數(shù)控桁架機(jī)械手輸送的集臥式加工中心、高速加工中心、可換箱柔性機(jī)床及高精度組合機(jī)專機(jī)為一體的剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的生產(chǎn)自動線，其特點(diǎn)生產(chǎn)線的柔性化及自動化，技術(shù)已日臻成熟，目前已進(jìn)入實(shí)用化階段［3］。

1　方案制定

本缸體加工自動線為某公司缸體合箱后加工線設(shè)備，提供全套工藝設(shè)計、設(shè)備設(shè)計及制造、設(shè)備安裝，直至調(diào)試、聯(lián)線、投產(chǎn)的整個交鑰匙工程。

1.1工藝要求

工件材料為鑄鐵-FCA+Ni（近似HT250）；硬度為HB174～255；重量：約80kg。工件外形尺寸為478× 454×329.6（成品）。

鑄造平面及孔加工余量名義值3.5～5mm，公差一般為±2；加工面余量一般為0.5～2mm，余量公差為±0.3。節(jié)拍：設(shè)備加工循環(huán)時間（包括上、下料時間）≤3.5分鐘/件

1.2加工方法

以底面及2個φ12.7的孔采用一面兩銷定位方法進(jìn)行工件的定位。工件定位后采用氣檢進(jìn)行定位確認(rèn)并清潔定位面。夾緊方式采用頂面及底面定位塊對應(yīng)點(diǎn)，液壓夾具，自動夾緊、松開。夾具、刀具設(shè)計/選用充分考慮工件變形、加工振動、加工成本和加工效率，工件裝夾合理、精度穩(wěn)定。自動線有工件出料檢查工位，方便工件檢測。

2　自動線工藝流程

生產(chǎn)線由5條自動線外加1臺半精加工平衡軸孔、曲軸孔專機(jī)組成，為某公司缸體合箱后加工線設(shè)備，提供全套工藝設(shè)計，具體列表如表1所示。這條生產(chǎn)線在關(guān)鍵工序采用專機(jī)化的自動線，以保證加工精度和穩(wěn)定性，而其它工序則采用CNC加工中心。見圖1。

圖1　生產(chǎn)線工藝流程圖

這種方式也是屬于剛?cè)峤Y(jié)合性串行生產(chǎn)線，是國內(nèi)外領(lǐng)先的加工方式，在保證滿足精度要求的前提下，最大程度地增加了柔性［4］。在資金投入上，自動線一般是根據(jù)產(chǎn)量綱領(lǐng)一次投資到位，而CNC加工中心則根據(jù)產(chǎn)量的爬坡計劃進(jìn)行分期投入，降低了初期項(xiàng)目投資過大的風(fēng)險，剛?cè)嵘a(chǎn)線可以充分發(fā)揮組合機(jī)床和加工中心的各自優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了組合機(jī)床的高效率與加工中心柔性化的統(tǒng)一［5］。

3　關(guān)鍵技術(shù)

3.1珩架機(jī)械手

本條自動生產(chǎn)線是國內(nèi)首條輸送、上下料均采用珩架機(jī)械手的自動線，圖2為桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖，具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

①簡化了輸送方案，實(shí)現(xiàn)每一條自動線有一套桁架機(jī)械手進(jìn)行工件輸送。

②簡化了輸送過程中姿態(tài)要求，全線只需一種姿態(tài)，保證工件以最佳的方式裝入夾具。

③高速敏捷的輸送，該機(jī)械手的輸送速度Y軸可達(dá)100m/min，Z軸可達(dá)60m/min，大大縮短了輔助時間，而且使該線結(jié)構(gòu)更加緊湊。

學(xué)生的提問涉及學(xué)生的理解能力，根據(jù)學(xué)生的提問進(jìn)行分層解決，不同組的學(xué)生對問題的理解能力不一樣，需要保證控制在學(xué)生的認(rèn)知水平范圍內(nèi)進(jìn)行分層提問，并針對學(xué)生的回答及時給予評價，從賞識教育的角度出發(fā)，在回答的問題上，多挖掘?qū)W生的閃光點(diǎn)，讓其對積極思考，回答問題產(chǎn)生興趣，久而久之，對學(xué)習(xí)就培養(yǎng)成一種積極探究的精神，深入思考的意識，逐漸能提高自己的學(xué)習(xí)能力，解決問題的能力，從而達(dá)到學(xué)習(xí)效果的提升，質(zhì)量的提高。在分層異步教學(xué)中對整個班級涉及不一樣難易程度的問題進(jìn)行講解，讓學(xué)生自己選擇，充分調(diào)動學(xué)生的積極性。

④高精度輸送，桁架機(jī)械手采用全伺服驅(qū)動，并且有位置測量反饋裝置，傳動部件采用消除間隙機(jī)構(gòu)以消除傳動中的機(jī)械誤差，定位精度±0.05，重復(fù)定位精度±0.01，精度更加準(zhǔn)確，增加了機(jī)床的穩(wěn)定性、可靠性及安全性。

⑤柔性化，可實(shí)現(xiàn)自動線上任意位置的工件輸送及局部調(diào)整夾手滿足多品種工件輸送。

圖2　桁架機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

3.2剛性與柔性相結(jié)合技術(shù)

作為柔性線的基本單元—HD50A臥式加工中心和HDS630臥式高速加工中心，使得該線除了加工汽車發(fā)動機(jī)缸體外，還能用于加工其他種類的箱體零件，從而大大的提高了機(jī)床的利用率。另外此項(xiàng)目首次將加工中心三個坐標(biāo)均配備光柵尺，以保證缸體頂面銷孔的位置精度，同時該加工中心配有A軸或B軸回轉(zhuǎn)式夾具，用于完成氣缸體頂面剩余孔、左右側(cè)面及其面上任意角度孔的加工，以滿足該自動線的加工內(nèi)容要求。

3.3可換主軸箱柔性組合機(jī)床

在自動線DKX022-C1、DKX024-C1中采用了可換主軸箱式組合機(jī)床（圖3為可換主軸箱柔性組合機(jī)床），可換主軸箱采用了數(shù)控回轉(zhuǎn)式換箱，使其在加工缸體時共進(jìn)行4次交換主軸箱，完成左右側(cè)面、頂面的鉆孔、攻絲及孔檢工序。在一次裝夾中完成多個工位的加工，保證了零件的加工精度；更換主軸箱可實(shí)現(xiàn)多品種工件加工，提高了機(jī)床的柔性化程度。

圖3　可換主軸箱柔性組合機(jī)床

3.4高精度組合機(jī)床

圖4　DK075高精度組合機(jī)床圖

3.5工件識別裝置

每條自動線前設(shè)有一個二維碼工件識別裝置，自動識別工件，自動選擇和切換加工程序，并實(shí)現(xiàn)工件可追溯性。

3.6物流裝置

上下料、自動線及DK075專機(jī)之間用機(jī)動滾道聯(lián)接，工件過線采用自動搬送地軌小車。全線設(shè)置擋料裝置及信號，實(shí)現(xiàn)自動上料、下料和加工，不需人工干預(yù)。自動線及DK075專機(jī)之間設(shè)置機(jī)動滾道緩沖儲料。各段自動線間通過機(jī)動滾道連接及各線末端設(shè)檢查出料裝置（機(jī)動滾道、電氣互鎖）和量檢具存放架。

4　結(jié)論

剛?cè)峤Y(jié)合生產(chǎn)線突出了加工中心機(jī)床工序集中的優(yōu)勢，在同一機(jī)床一次裝夾工件完成銑、鉆、擴(kuò)、鉸、鏜、攻絲、锪平面、槍鉆的加工，每道工序可以選擇最佳的切削參數(shù)，加工精度高于剛性自動線；產(chǎn)品改進(jìn)周期短，增加工序可用編程來實(shí)現(xiàn)，同樣取消某個工序也可從加工程序中取消，十分方便；同時應(yīng)用了組合機(jī)床在加工氣缸孔、主油道長孔、主軸承孔等特殊工序時的高精度、高效率的優(yōu)勢，極大地提高了生產(chǎn)效率。

本條線所采用的先進(jìn)數(shù)控桁架機(jī)械手輸送的集臥式加工中心、高速加工中心、可換箱柔性機(jī)床、高精度組合機(jī)床以及上排上供等設(shè)備的剛?cè)峤Y(jié)合的發(fā)動機(jī)缸體生產(chǎn)自動線，解決了國內(nèi)用戶應(yīng)用該類設(shè)備依賴進(jìn)口的關(guān)鍵技術(shù)難題。

［1］房長興，羅和平，高志永，等.發(fā)動機(jī)缸體加工工藝研究［J］.機(jī)械設(shè)計與制造，2013（3）：262-264.

［2］許建中.淺析發(fā)動機(jī)缸體、缸蓋柔性加工線方案設(shè)計［C］.2007年中國機(jī)械工程學(xué)會年會論文集，2007.

［3］張浩，張曙.柔性制造系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計方法［J］.組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，1995（1）：22-32，38.

［4］倪儉.柔性生產(chǎn)線工藝設(shè)計［J］.現(xiàn)代制造工程，2002（3）：33-34.

［5］Marc Peeters，Zeger Degraeve.An linear Programming based lower bound for the simple assembly line balancing Problem［J］.European journal of Operational Research，2004：716-731.

（編輯 趙蓉）

Design of Rigid and Flexible Hybrid Automatic Transfer Line for Cylinder Block Production

LIU Dian-you
（Business Department，Dalian Machine Tool Group Corp.，Dalian Liaoning 116620，China）

This article states the design basis and process scheme for processing cylinder block by the rigidflexible hybrid automatic production line.It presents the layout of transfer line and the machines integrated in the line such as horizontal machining center，high-speed CNC machining Center，box-changeable flexible machine，high precision combined machine tools which are transferred by CNC gantry robotare presented in detail.The development of this production line can improve the customized design and manufacturing capability of China′s auto industry and replace the imported products.

cylinder block；rigid-flexible hybrid；automatic production line；machining center

TH165；TG65

A

1001-2265（2015）02-0148-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.02.042

2013-12-05；

2014-05-05

劉殿有（1963—），男，河北泊頭人，大連機(jī)床集團(tuán)有限責(zé)任公司高級工程師，主要從事組合機(jī)床及柔性線項(xiàng)目承接工作，（E-mail）13478421701@163.com。