機(jī)車柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)

楊濤

摘要：本文討論的是機(jī)車柴油機(jī)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要介紹了氣缸蓋機(jī)加工工藝流程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線工藝布局及物流線設(shè)計(jì)的原則及技術(shù)特點(diǎn)，為氣缸蓋產(chǎn)線及工藝流程優(yōu)化提供了參考。

關(guān)鍵詞：氣缸蓋;工藝設(shè)計(jì);工藝流程

0? 引言

《中國(guó)制造2025》將軌道交通裝備列為大力推動(dòng)、突破發(fā)展的十大重點(diǎn)領(lǐng)域之一，其主要產(chǎn)品大功率中高速柴油機(jī)是軌道交通干線牽引內(nèi)燃機(jī)車的核心動(dòng)力裝置。氣缸蓋是機(jī)車柴油機(jī)的關(guān)鍵部件之一，安裝在氣缸套上部，通過(guò)氣缸蓋螺栓與機(jī)體固定在一起，與活塞、氣缸套內(nèi)壁構(gòu)成燃燒室。氣缸蓋的加工工藝十分復(fù)雜，尤其氣門座錐面與氣門導(dǎo)管孔這一組孔系的加工質(zhì)量直接影響著柴油機(jī)的工作性能和可靠性。我公司根據(jù)自身實(shí)際情況，為提升柴油機(jī)關(guān)鍵部件的制造水平和產(chǎn)品質(zhì)量，于2016年投資建設(shè)了一條氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線。本文現(xiàn)對(duì)氣缸蓋柔性機(jī)加工生產(chǎn)線的工藝流程設(shè)計(jì)、工藝布局及物流線設(shè)計(jì)作簡(jiǎn)要闡述。

1? 氣缸蓋結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

1.1 氣缸蓋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

機(jī)車柴油機(jī)用氣缸蓋為四氣門鑄鐵整體式結(jié)構(gòu)，是動(dòng)力組裝配中最復(fù)雜的部件。氣門座和氣門導(dǎo)管采用合金鑄鐵，氣門座冷裝壓入后進(jìn)行精加工，氣缸蓋加工主要有上下高低壓面、氣門座孔、氣門導(dǎo)管孔、噴油器孔、周邊螺堵孔等。

1.2 主要技術(shù)要求

以265H氣缸蓋為例（表1）。

2? 機(jī)加工生產(chǎn)線工藝設(shè)計(jì)概況

2.1 設(shè)計(jì)綱領(lǐng)

生產(chǎn)線的規(guī)劃以實(shí)現(xiàn)氣缸蓋柔性加工為原則，建成年產(chǎn)各型中高速柴油機(jī)氣缸蓋8400個(gè)以上的生產(chǎn)線，即生產(chǎn)265H型氣缸蓋4800個(gè)/年，240型氣缸蓋2400個(gè)/年，其他氣缸蓋1200個(gè)/年。按年工作日250天，每天三班制、每天工作21小時(shí)計(jì)算。

生產(chǎn)線設(shè)備以進(jìn)口加工中心為主，配備數(shù)控立式車床及必需的輔助裝置組成，以適應(yīng)新產(chǎn)品和離散型小批量多品種混線生產(chǎn)模式，保證最短的生產(chǎn)研制周期和最低的運(yùn)營(yíng)成本。

為降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高加工精度和產(chǎn)品質(zhì)量，工件上下料采用桁架機(jī)械手，工序間各機(jī)床形成封閉產(chǎn)線，采用軌道堆垛升降機(jī)進(jìn)行加工工位的輸送和定位。

2.2 機(jī)加工工藝流程設(shè)計(jì)及優(yōu)化

2.2.1 工藝流程設(shè)計(jì)基本原則

氣缸蓋機(jī)加工工藝流程設(shè)計(jì)時(shí)需確定以下幾點(diǎn)：

①確定理論生產(chǎn)節(jié)拍：依據(jù)客戶訂單數(shù)量計(jì)算出理論生產(chǎn)節(jié)拍。

產(chǎn)品需求數(shù)量/有效生產(chǎn)投入時(shí)間=節(jié)拍（件/小時(shí)）

（注：生產(chǎn)投入時(shí)間需考慮到設(shè)備開(kāi)動(dòng)率、產(chǎn)品合格率等各因素）

②依據(jù)計(jì)算的節(jié)拍時(shí)間合理分配工序，工序分配時(shí)，必須保證用時(shí)最長(zhǎng)的工序加工時(shí)間不能超過(guò)理論節(jié)拍時(shí)間。

③氣缸蓋加工以孔面加工為主，工藝流程設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“基準(zhǔn)先行，先粗后精，先面后孔，工序集中”的基本原則。

④工藝流程設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)圖紙確定關(guān)鍵/特殊工序及特性尺寸，在現(xiàn)有的設(shè)備條件下，優(yōu)先選擇加工精度高、穩(wěn)定性好，綜合性能較強(qiáng)的設(shè)備加工氣缸蓋精度要求較高的尺寸。

⑤工藝流程的基本框架制訂好后，在此基礎(chǔ)上對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以工序集中為原則，調(diào)整各工序加工內(nèi)容，盡可能減少設(shè)備使用數(shù)量。

2.2.2 265H型氣缸蓋加工工藝流程設(shè)計(jì)分析

按照生產(chǎn)線設(shè)計(jì)綱領(lǐng)，265H型氣缸蓋為400個(gè)/月，設(shè)定月有效工作日20天，每天三班制、每天有效工作時(shí)間21小時(shí)，設(shè)備利用率為85%，產(chǎn)品合格率為96%，則每月有效生產(chǎn)投入時(shí)間為：

20（天）×21（小時(shí)/天）×0.85×0.96=342.72（小時(shí)）

則理論生產(chǎn)節(jié)拍為400/342.72≈1（件/小時(shí)）

理論生產(chǎn)節(jié)拍計(jì)算出后，可根據(jù)該節(jié)拍和產(chǎn)品圖紙要求，規(guī)劃出能達(dá)到該節(jié)拍和圖紙要求所需配置的機(jī)床、工卡量具、輔機(jī)等設(shè)備。

氣缸蓋的主要加工工序?yàn)榈?、高壓平面、周邊面孔以及各種孔系的加工，精度要求較高，對(duì)工作性能影響最大的關(guān)鍵工序是高壓面氣門座孔、氣門導(dǎo)管孔的加工。在制定工藝流程時(shí)，第一道工序通過(guò)劃線確定粗加工找正基準(zhǔn)和加工界限，粗精加工出低壓面、中心孔，然后第二道工序以加工完的低壓面為定位基準(zhǔn)來(lái)加工高壓面，本工序并未直接將高壓面精加工到位，而是僅進(jìn)行半精加工，把精加工量放到最后一道工序加工。因裝配時(shí)氣缸蓋高壓面需和氣缸套頂面相結(jié)合，兩平面之間有銅密封圈進(jìn)行密封，所以氣缸蓋高壓面的粗糙度、平面度等要求很高。高壓面一旦發(fā)生磕碰，尤其密封環(huán)帶區(qū)域發(fā)生磕碰，整個(gè)部件就面臨報(bào)廢風(fēng)險(xiǎn)，工藝上把高壓面精加工工序放到最后進(jìn)行，有效減少了中間工序可能造成的磕碰，也是最合理的工藝流程設(shè)計(jì)。同理，精度要求最高的氣門座孔、氣門導(dǎo)管孔等，安排到較后工序加工，該流程設(shè)計(jì)也符合基準(zhǔn)先行，先粗后精的基本加工原則。

加工工藝基本流程制訂后，需對(duì)工藝流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，本著工序集中的原則，盡量減少設(shè)備的使用數(shù)量，尤其是專機(jī)的使用。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)零部件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在一次裝夾中能同時(shí)加工的內(nèi)容進(jìn)行集中考慮，如周邊面、孔加工安排在同一工序，成組孔系的加工安排在同一工序內(nèi)。

2.3 工藝流程及選用設(shè)備

工藝流程以265H氣缸蓋為例（表2）。

從柔性的角度，加工線上的加工中心決定生產(chǎn)線的柔性程度、自動(dòng)化程度。根據(jù)氣缸蓋的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，大部分加工內(nèi)容選用臥式加工中心完成，這樣便于進(jìn)行工藝調(diào)整及優(yōu)化，便于快捷地進(jìn)行產(chǎn)品換型，能夠靈活地進(jìn)行切削參數(shù)的調(diào)整及優(yōu)化。氣缸蓋柔性線選用的臥式加工中心主要技術(shù)參數(shù)為：

①加工中心類型：四軸聯(lián)動(dòng)雙交換NC旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)臥式;

②工作范圍：1200×1000×1000;

③機(jī)械主軸并配備恒溫裝置，主軸錐孔HSK-100，高壓內(nèi)冷;

④定位精度0.007mm，重復(fù)精度0.004mm;

⑤智能刀具庫(kù)，刀庫(kù)可攜帶刀具120把;

⑥西門子840Dsl數(shù)控系統(tǒng)，柔性系統(tǒng)Fastem。

2.4 工藝布局及物流線設(shè)計(jì)

按照規(guī)劃要求和廠房布局，氣缸蓋柔性機(jī)加生產(chǎn)線布置在50m×24m的區(qū)域內(nèi)，生產(chǎn)線設(shè)備的平面布置與加工工藝流程基本一致，保證加工過(guò)程中部件運(yùn)轉(zhuǎn)的直線性，避免工序間周轉(zhuǎn)反復(fù)、費(fèi)時(shí)。工序與工序之間的設(shè)備是串行布置，同一工序含有一定的加工過(guò)程，配備有多臺(tái)相同型號(hào)的加工中心，在自動(dòng)線中，工件在一臺(tái)機(jī)床上加工后，進(jìn)入下一機(jī)床完成下一工序的加工，這樣繼續(xù)進(jìn)行下去直至完成工件全部加工過(guò)程為止。

柔性機(jī)加生產(chǎn)線物流輸送主線采用AGV進(jìn)行運(yùn)輸。線邊庫(kù)到機(jī)床之間氣缸蓋運(yùn)輸采用叉車式AGV實(shí)現(xiàn)物料配送;氣缸蓋在加工中心線上下料采用龍門式桁架機(jī)械手，工序間各機(jī)床形成封閉產(chǎn)線，采用軌道堆垛升降機(jī)進(jìn)行加工工位的輸送和定位;氣缸蓋加工后采用貨架式AGV進(jìn)行加工中心線和后續(xù)打磨清洗間的物料運(yùn)輸。（圖1）

3? 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)機(jī)車柴油機(jī)氣缸蓋結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹，主要分析了氣缸蓋機(jī)加工工藝流程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)線工藝布局和物流線設(shè)計(jì)。通過(guò)結(jié)合265H型氣缸蓋實(shí)際案例，進(jìn)一步分析了氣缸蓋機(jī)加工工藝流程，并對(duì)過(guò)程中的技術(shù)難點(diǎn)和工藝設(shè)計(jì)原則進(jìn)行了介紹。氣缸蓋機(jī)加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計(jì)以及設(shè)備的選型，嚴(yán)格遵守先進(jìn)、合理、適用、經(jīng)濟(jì)性等原則，工藝流程設(shè)計(jì)的好壞直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，因此，我們應(yīng)不斷加強(qiáng)氣缸蓋工藝流程優(yōu)化的研究，以適應(yīng)未來(lái)市場(chǎng)的發(fā)展需求。

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