農(nóng)用多缸柴油機(jī)機(jī)體加工新工藝*

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(①常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 常州 213164；②常柴股份有限公司,江蘇 常州 213002)

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農(nóng)用多缸柴油機(jī)機(jī)體加工新工藝*

周保牛①陳大春②

(①常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院,江蘇 常州 213164；②常柴股份有限公司,江蘇 常州 213002)

開發(fā)了農(nóng)用多缸柴油機(jī)機(jī)體在鑄造分廠各平面預(yù)粗加工后，轉(zhuǎn)入專門研制的柔性生產(chǎn)線進(jìn)行濕式清潔加工的工藝方案。該方案用4臺高速雙交換工作臺臥式加工中心和一臺珩磨機(jī)共5臺加工設(shè)備、9套6種液壓自動夾具、氣動吊具配合滾道儲運輸送工件、分六道工序完成全部柔性加工內(nèi)容，通過對刀、編程、加工、檢驗等正常加工實踐，包括安裝凸輪軸襯套、軸蓋等工作在內(nèi)，在線兩個工作人員每班高質(zhì)量、穩(wěn)定加工多只CZ4110柴油機(jī)機(jī)體，同時取得了一些重要數(shù)據(jù)和加工經(jīng)驗。

機(jī)體；柔性加工；清潔制造；關(guān)鍵尺寸；刀條刀具

隨著我國經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)的不斷增強，市場的多樣性要求農(nóng)用多缸柴油機(jī)向多品種、高性能、高質(zhì)量方向不斷邁進(jìn)，要滿足用戶不斷增長的個性化需求，農(nóng)用多缸柴油機(jī)機(jī)體等關(guān)鍵零部件的加工制造問題是首當(dāng)其沖要解決的問題。機(jī)體加工的傳統(tǒng)剛性生產(chǎn)線效率高、成本低，但只能大批量加工一種零件，難以適應(yīng)市場需求的多變性和不可預(yù)測性；機(jī)體的準(zhǔn)柔性生產(chǎn)線往往將專機(jī)、普通機(jī)床和數(shù)控機(jī)床安排在同一工作場地、針對一種或幾種相似系列產(chǎn)品的加工，其中數(shù)控機(jī)床主要用于加工系列產(chǎn)品中變化較大的幾道關(guān)鍵工序，全線采用多次裝夾、不同產(chǎn)品輪番加工的方式，班產(chǎn)量一般在20～50只之間，重復(fù)裝夾次數(shù)多易于損傷定位基準(zhǔn)，提高關(guān)鍵加工部位的位置精度受到限制，并且普通機(jī)床和多數(shù)專機(jī)特別是面銑和鉆孔等加工工序基本不用冷卻液、低速加工，零件表面質(zhì)量不高，加工現(xiàn)場粉塵飛揚，車間環(huán)境還是臟亂差，難以突破高速、高質(zhì)量農(nóng)用柴油機(jī)加工制造的瓶頸。裝備制造業(yè)呼喚現(xiàn)代制造，但大規(guī)模柔性制造系統(tǒng)在我國農(nóng)用柴油機(jī)行業(yè)尚未取得成功應(yīng)用經(jīng)驗。本文從實際出發(fā)，剝離柔性制造系統(tǒng)費用昂貴的物料自動輸送存儲系統(tǒng)，保留其柔性等核心加工能力，擬用柔性制造生產(chǎn)線加工。下面的總體加工方案，關(guān)鍵部位加工新工藝等，獲得了成功應(yīng)用。

1　預(yù)粗加工

在鑄造分廠，機(jī)體(工件)以鑄造毛坯缸套孔和頂面粗基準(zhǔn)定位后，用兩臺三面銑專機(jī)、90°分度預(yù)粗銑龍門檔、底面、齒輪室面、飛輪面、呼吸器面和機(jī)濾器面等所有平面后，轉(zhuǎn)入機(jī)加工分廠的柔性制造生產(chǎn)線加工。鑄造布芯時，缸套孔鑄造芯頭要求插入機(jī)體頂面砂型，讓其孔口鑄造飛邊外翻，經(jīng)大砂輪機(jī)清理后，孔口圓整、光滑、等高，保證后續(xù)工序定位精度、可靠定位。預(yù)粗加工要求龍門檔與缸套孔中心平面對稱，缸套孔壁厚目測均勻，阻止多數(shù)鑄造缺陷毛坯流入后道工序，為柔性制造生產(chǎn)線濕式、清潔、高效、高質(zhì)量加工創(chuàng)造條件。

2　柔性制造生產(chǎn)線主要工藝裝備選用

2.1加工設(shè)備

缸套孔立式數(shù)控珩磨機(jī)1臺，4臺全封閉整體防護(hù)、同種規(guī)格、鼠牙盤定位的雙交換工作臺高速臥式加工中心，扁擔(dān)式換刀機(jī)械手隨機(jī)換刀，HSK63A主軸錐孔帶內(nèi)、外大流量冷卻功能，扁擔(dān)式雙交換工作臺機(jī)構(gòu)，備有頂置式液壓夾具管線架，具有雷尼紹自動測量、刀具壽命管理、剛性攻絲、銑螺紋、袖珍計算器型小數(shù)點編程功能和USB數(shù)據(jù)傳輸接口等，刀庫容量30把，能自動更換20 kg、φ250 mm的面銑刀和長度600 mm的鏜孔刀具，要求批量生產(chǎn)加工，夾具更換不會過于頻繁，擬用孔系工作臺提高其剛度、減輕其重量。

2.2工裝

全部采用液壓夾具，要求同缸徑不同缸數(shù)的機(jī)體夾具通用。系列機(jī)體產(chǎn)品相同的孔系優(yōu)先使用專門組合刀具，刀具的準(zhǔn)備、調(diào)整由線外刀具管理中心完成，便于統(tǒng)一管控、合理調(diào)配，線上操作工負(fù)責(zé)機(jī)床上刀具的輪換、不參與刀具的調(diào)整。在線用環(huán)規(guī)內(nèi)徑表和專用氣電檢棒測量高精度孔孔徑、螺紋規(guī)測量螺紋孔、專用量具測量軸承蓋結(jié)合面槽寬和缸套止口孔深度等，標(biāo)定樣板、目測表面粗糙度的高低。獨立精度檢測室，用三坐標(biāo)測量機(jī)、氣動儀等定期測量機(jī)體長寬高、高精度定位尺寸、孔的形狀和位置精度等。

2.3吊裝輸送輔具

用氣動吊具裝卸機(jī)體，吊具懸吊在空中軌道上可在一定范圍內(nèi)縱橫兩個方向上移動。用不銹鋼滾道在各工位間儲運機(jī)體，滾道高度與機(jī)床工作臺工件安裝面高度平齊，滾道與機(jī)床工作臺間有一定高度的柵格狀不銹鋼腳踏板，機(jī)體可在其上翻身，流出的切削液能迅速流回機(jī)床特制的大容量冷卻箱內(nèi)，防止切削液掉地。凸輪軸孔襯套壓入、曲軸孔軸承蓋的安裝與標(biāo)記在滾道的專門工位上完成。缸套孔珩磨是柔性生產(chǎn)線的最后一道工序，水道和油路的耐壓試驗、機(jī)體清洗不在線內(nèi)，由部裝車間完成，有效降低了噪音、污染等，車間地板油漆，中央空調(diào)控制溫度、換氣，環(huán)境清潔、舒適，有利于穩(wěn)定和提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低工作人員的疲勞感等。

3　柔性制造工藝

四臺雙交換工作臺臥式加工中心有8個工作臺，1臺立式珩磨機(jī)帶1個工作臺，共9個工作臺、用9套6種夾具分7道工序完成全部加工內(nèi)容。

第一臺加工中心，用2套2種夾具、完成10和20兩道工序。工序10，底面朝下3點定位，呼吸器面朝里下側(cè)2點靠死，齒輪室面1點頂上，頂面4點夾緊，銑機(jī)濾器面、鉆孔及攻絲完工，粗銑飛輪面，掉頭鉆主油道，掉頭粗鏜凸輪軸孔。工序20，頂面朝里，機(jī)濾器面朝下和兩水悶孔一面兩孔定位，呼吸器5點夾緊，粗銑齒輪室面、底面、龍門檔平面，球刀粗銑曲軸孔，鉆鏜底面工藝孔，鏜飛輪面和齒輪室面水悶孔。

第二臺加工中心，用2套2種夾具、完成30和40 兩道工序。工序30，齒輪室面朝下輔助支撐、底面朝里靠死和兩個工藝孔3點定位，呼吸器面1點、機(jī)濾器面1點和飛輪面4點夾緊，粗銑頂面、鉆孔、攻絲、粗鏜缸套孔系。工序40，齒輪室面朝下3點定位、機(jī)濾器面靠死限制2點，頂面朝里1點支撐，飛輪面4點夾緊，銑呼吸器面、鉆龍門檔和機(jī)濾器面斜油孔、鉆攻呼吸器面螺紋孔、加工機(jī)油標(biāo)尺孔。

第三臺加工中心，用1種2套相同夾具、完成50一道工序。工序50，頂面朝里，機(jī)濾器面朝下和兩水悶孔第二次6點定位，呼吸器面5點夾緊，精銑底面和龍門檔，加工底面所有孔、曲軸孔油槽、鏜擴(kuò)工藝孔，鉆攻齒輪室面和飛輪面螺紋孔，刀條刀具從同一頭進(jìn)刀精鏜凸輪軸孔。底面及工藝孔、挺柱孔、凸輪軸孔在同一次裝夾下加工完畢，保證了相互間的位置精度。

鑲凸輪軸孔襯套、組裝軸承蓋并標(biāo)記后轉(zhuǎn)入第四臺加工中心加工。

第四臺加工中心，用1種2套相同夾具、完成60一道工序。機(jī)濾器面朝下，底面朝里和兩工藝孔6點定位，呼吸器面、機(jī)濾器面5點夾緊。精銑頂面、飛輪面、齒輪室面和止推面，精鏜缸套孔系，鏜擴(kuò)頂面定位孔，刀條刀具同一頭進(jìn)刀鏜穿曲軸孔、凸輪軸襯套孔，鉆鏜飛輪面、齒輪室面定位孔，鉆攻飛輪罩殼螺紋孔等，如圖1所示。一次裝夾下，完成上述諸多關(guān)鍵部位的加工，以保證相互間的位置精度、曲軸孔的同軸度、凸輪軸襯套孔的同軸度等，并用毛刷自動去棱邊、孔口毛刺、進(jìn)一步拋光頂面。

第五臺機(jī)床(立式珩磨機(jī))，用1套夾具、完成70一道工序。底面朝下和兩工藝孔6點定位，呼吸器面朝里，機(jī)濾器面和呼吸器面凸臺4點夾緊。珩磨缸套孔達(dá)到圖樣要求。

4　加工實踐

4.1對刀

對刀方式主要是其接觸測量精度對加工精度有影響，比較有效的辦法是少測量、多計算。工序10～50，對刀相對比較容易，不必詳解。工序60是最關(guān)鍵的高精度工序，對刀過程如圖2所示。在B0工位，工件坐標(biāo)系G55建立在頂面靠右邊的工藝孔孔口中心，與頂面孔系設(shè)計基準(zhǔn)重合。以底面圓柱銷直徑對刀，若測得在機(jī)床坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值為(X0，YO),根據(jù)圖樣尺寸計算得G55的X軸零點偏置值XG55=XO、Y軸零點偏置值YG55=YO+W1。以夾具底板平面對刀測得ZO，計算得G55的Z軸零點偏置值ZG55=ZO+H1+H2。

工作臺旋轉(zhuǎn)90°，在B90工位，工件坐標(biāo)系G54建立在飛輪面曲軸孔孔口中心，與飛輪面孔系設(shè)計基準(zhǔn)重合。G54的X軸零點偏置值XG54=XC+ZC-Z0-H1，其中XC是主軸回轉(zhuǎn)軸心線與工作臺回轉(zhuǎn)軸心線共面時的X軸機(jī)床坐標(biāo)值，Y軸零點偏置值YG54=YG55+W2=YO+W1+W2，Z軸零點偏置值ZG54=ZC+X1+X2，ZC是主軸端面與工作臺回轉(zhuǎn)軸心線共面時的Z軸機(jī)床坐標(biāo)值。

在B270工位，掉頭半精鏜曲軸孔時，齒輪室面工件坐標(biāo)系G56建立在曲軸孔孔口中心。G56的X軸零點偏置值XG56=XG54-2△=XC-ZC+Z0+H1，Y軸零點偏置值YG56=YG54=YO+W1+W2，Z軸零點偏置值ZG56=ZC-X1-X2+L=ZC-X0+XC-X2+L。

精加工齒輪室面工件坐標(biāo)系G56同樣建立在曲軸孔孔口中心，但X、Y零點偏置值每次用自動測量頭實測曲軸孔獲得，Z零點偏置值同半精加工曲軸孔。

4.2編程

刀具壽命管理程序，以加工工件數(shù)量為壽命周期，對主要精加工刀具如密齒盤面銑刀、缸套孔精鏜刀、凸輪軸孔精鏜刀、工藝孔和定位孔精鏜刀、刀條刀具進(jìn)行壽命報警監(jiān)控。

編制凸臺寬、槽寬、圓柱及孔等對稱測量用宏程序，用RENISHAW測頭自動測量協(xié)助對刀、設(shè)定工件坐標(biāo)系等。

自動換刀編制隨機(jī)換刀省時程序，在刀庫選擇下一把刀具時，讓主軸上的當(dāng)前刀具能正常加工，即刀庫旋轉(zhuǎn)選刀和主軸上刀具加工兩個動作可以同時進(jìn)行，提高工作效率。

機(jī)外對刀儀測量刀具實際長度，孔加工刀具長度的補償用宏程序與孔加工固定循環(huán)聯(lián)合在一起，提高通用孔加工固定循環(huán)的適用性和靈活性，也便于簡化編程工作。如O8081，類似于G81宏體：

N10 G90 G00 G43 H#11 Z#4；初始平面I=#4，刀具號T=長度補償號H= #11

N20 Z#18；快速到達(dá)參考平面R=#18

N30 G01 Z#26；工進(jìn)到達(dá)孔深Z=#26

N40 G00 Z#4；快速返回到初始平面I=#4

N50 M99；結(jié)束

調(diào)用O8081宏指令：G65(G66) P8081 H____ I____ R____ Z____；

4.3檢驗

正常生產(chǎn)時，孔徑、孔深、表面粗糙度等在線檢驗，形狀精度、位置精度在線外定期抽檢。曲軸孔、凸輪軸孔和缸套孔的尺寸精度、幾何精度和各自孔系的同軸精度由專門制作的氣電檢棒在線測量(圖3)，表面粗糙度儀、氣動高度儀等可隨時使用。

5　結(jié)語

本方案已投入正常生產(chǎn)，取得了一些重要數(shù)據(jù)和加工經(jīng)驗。預(yù)粗加工和后續(xù)加工分開，為柔性制造生產(chǎn)線濕式、清潔、綠色加工創(chuàng)造了條件。機(jī)體底面和兩工藝孔定位、一次裝夾下，精銑頂面、飛輪面、齒輪室面和止推面，精鏜缸套孔系、頂面定位孔、曲軸孔、凸輪軸孔、飛輪面定位孔、齒輪室面定位孔等關(guān)鍵尺寸，位置精度由加工設(shè)備保證，不受定位誤差等因素影響，加工精度高、穩(wěn)定好。高速毛刷去毛刺、對盤刀精銑面的拋光效果好。缸套孔珩磨余量控制在φ0.03～0.05 mm、Ra1.6 μm，長砂條珩磨，圓柱度可穩(wěn)定在φ0.005～0.008 mm、Ra0.8 μm，砂條耐用度約150個機(jī)體，班加工機(jī)體約200個。刀條刀具加工直徑比刀條直徑大φ0.002～0.003 mm、第一檔引刀孔比其它四檔孔大φ0.005mm依此據(jù)調(diào)刀，內(nèi)外冷卻液加足，曲軸孔、凸輪軸襯套孔同軸度可達(dá)φ0.01～0.015 mm之間、Ra0.8 μm。氣動懸空吊具滌綸套吊鉤、不銹鋼管拋光滾道吊裝和工序間流轉(zhuǎn)輸送，基本杜絕了機(jī)體的磕碰劃傷現(xiàn)象。高速臥式加工中心的設(shè)備加工能力指數(shù)Cmk大于1.80, 一條線僅用2個在線工作人員，班穩(wěn)定高質(zhì)量加工CZ4110柴油機(jī)機(jī)體16只。同時在工件裝卸、儲運輸送、壽命刀具更換、在線質(zhì)量檢驗與控制、數(shù)據(jù)傳輸、工藝及工裝完整備份等方面記錄了大量寶貴資料，可為以后可能的大規(guī)模柔性制造和智能制造提供參考數(shù)據(jù)。小盤刀加工大平面問題及刀片的壽命問題是目前制約加工能力的主要因素，機(jī)床的定位精度影響刀條刀具中引導(dǎo)刀具和長刀具的直徑參數(shù)，進(jìn)而影響孔的同軸精度和長刀具易發(fā)生緊刀現(xiàn)象，有待進(jìn)一步細(xì)研、解決、提高。

[1]顧鎮(zhèn)亞，馮忠民.新一代中速柴油機(jī)機(jī)體加工工藝研究[J].柴油機(jī), 2010, 32(4):44-46.

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[3] 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.

[4]陳澤揚.4缸柴油機(jī)機(jī)體加工柔性生產(chǎn)線的設(shè)計方案[J].柴油機(jī)設(shè)計與制造, 2005, 14(3):13-15.

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New processing technology of agricultural multi-cylinder diesel engine block

ZHOU Baoniu①，CHEN Dachun②

(①Changzhou Institute of Mechatronic Technology, Changzhou 213164, CHN; ②Changchai Co., Ltd., Changzhou 213002, CHN)

Presents a new processing scheme, which is aimed to realize the wet cleaning processes of agricultural multi-cylinder diesel engine block. The processing scheme uses four high-speed horizontal machining centers and one honing machine to finish all the flexible machining. Nine sets of hydraulic and pneumatic fixture are used to transfer work pieces and machine parts through six processes. Many CZ4110 engine blocks with high quality have been machined, and we’ve got some important data and processing experience.

block; flexible machining; cleaning machining; ritual size, tools

TH162

A

10.19287/j.cnki.1005-2402.2016.08.004

周保牛，男,1960年生，教授、高級工程師，主要研究方向為數(shù)控機(jī)床、制造工藝。

(編輯孫德茂)(2016-03-22)

160815

*常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院課題(2015/YJ/KXJS/08)