農用多缸柴油機機體加工新工藝*

周保牛　陳大春

(①常州機電職業技術學院,江蘇 常州 213164；②常柴股份有限公司,江蘇 常州 213002)

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農用多缸柴油機機體加工新工藝*

周保牛①陳大春②

(①常州機電職業技術學院,江蘇 常州 213164；②常柴股份有限公司,江蘇 常州 213002)

開發了農用多缸柴油機機體在鑄造分廠各平面預粗加工后，轉入專門研制的柔性生產線進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共5臺加工設備、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，在線兩個工作人員每班高質量、穩定加工多只CZ4110柴油機機體，同時取得了一些重要數據和加工經驗。

機體；柔性加工；清潔制造；關鍵尺寸；刀條刀具

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

1　預粗加工

在鑄造分廠，機體(工件)以鑄造毛坯缸套孔和頂面粗基準定位后，用兩臺三面銑專機、90°分度預粗銑龍門檔、底面、齒輪室面、飛輪面、呼吸器面和機濾器面等所有平面后，轉入機加工分廠的柔性制造生產線加工。鑄造布芯時，缸套孔鑄造芯頭要求插入機體頂面砂型，讓其孔口鑄造飛邊外翻，經大砂輪機清理后，孔口圓整、光滑、等高，保證后續工序定位精度、可靠定位。預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，阻止多數鑄造缺陷毛坯流入后道工序，為柔性制造生產線濕式、清潔、高效、高質量加工創造條件。

2　柔性制造生產線主要工藝裝備選用

2.1加工設備

缸套孔立式數控珩磨機1臺，4臺全封閉整體防護、同種規格、鼠牙盤定位的雙交換工作臺高速臥式加工中心，扁擔式換刀機械手隨機換刀，HSK63A主軸錐孔帶內、外大流量冷卻功能，扁擔式雙交換工作臺機構，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、袖珍計算器型小數點編程功能和USB數據傳輸接口等，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的機體夾具通用。系列機體產品相同的孔系優先使用專門組合刀具，刀具的準備、調整由線外刀具管理中心完成，便于統一管控、合理調配，線上操作工負責機床上刀具的輪換、不參與刀具的調整。在線用環規內徑表和專用氣電檢棒測量高精度孔孔徑、螺紋規測量螺紋孔、專用量具測量軸承蓋結合面槽寬和缸套止口孔深度等，標定樣板、目測表面粗糙度的高低。獨立精度檢測室，用三坐標測量機、氣動儀等定期測量機體長寬高、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

用氣動吊具裝卸機體，吊具懸吊在空中軌道上可在一定范圍內縱橫兩個方向上移動。用不銹鋼滾道在各工位間儲運機體，滾道高度與機床工作臺工件安裝面高度平齊，滾道與機床工作臺間有一定高度的柵格狀不銹鋼腳踏板，機體可在其上翻身，流出的切削液能迅速流回機床特制的大容量冷卻箱內，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記在滾道的專門工位上完成。缸套孔珩磨是柔性生產線的最后一道工序，水道和油路的耐壓試驗、機體清洗不在線內，由部裝車間完成，有效降低了噪音、污染等，車間地板油漆，中央空調控制溫度、換氣，環境清潔、舒適，有利于穩定和提高產品質量、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2點靠死，齒輪室面1點頂上，頂面4點夾緊，銑機濾器面、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、鉆龍門檔和機濾器面斜油孔、鉆攻呼吸器面螺紋孔、加工機油標尺孔。

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、組裝軸承蓋并標記后轉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。機濾器面朝下，底面朝里和兩工藝孔6點定位，呼吸器面、機濾器面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，鏜擴頂面定位孔，刀條刀具同一頭進刀鏜穿曲軸孔、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、進一步拋光頂面。

第五臺機床(立式珩磨機)，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，機濾器面和呼吸器面凸臺4點夾緊。珩磨缸套孔達到圖樣要求。

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是最關鍵的高精度工序，對刀過程如圖2所示。在B0工位，工件坐標系G55建立在頂面靠右邊的工藝孔孔口中心，與頂面孔系設計基準重合。以底面圓柱銷直徑對刀，若測得在機床坐標系下的坐標值為(X0，YO),根據圖樣尺寸計算得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90°，在B90工位，工件坐標系G54建立在飛輪面曲軸孔孔口中心，與飛輪面孔系設計基準重合。G54的X軸零點偏置值XG54=XC+ZC-Z0-H1，其中XC是主軸回轉軸心線與工作臺回轉軸心線共面時的X軸機床坐標值，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軸心線共面時的Z軸機床坐標值。

在B270工位，掉頭半精鏜曲軸孔時，齒輪室面工件坐標系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、刀條刀具進行壽命報警監控。

編制凸臺寬、槽寬、圓柱及孔等對稱測量用宏程序，用RENISHAW測頭自動測量協助對刀、設定工件坐標系等。

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

機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聯合在一起，提高通用孔加工固定循環的適用性和靈活性，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；快速到達參考平面R=#18

N30 G01 Z#26；工進到達孔深Z=#26

N40 G00 Z#4；快速返回到初始平面I=#4

N50 M99；結束

調用O8081宏指令：G65(G66) P8081 H____ I____ R____ Z____；

4.3檢驗

正常生產時，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　結語

本方案已投入正常生產，取得了一些重要數據和加工經驗。預粗加工和后續加工分開，為柔性制造生產線濕式、清潔、綠色加工創造了條件。機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鍵尺寸，位置精度由加工設備保證，不受定位誤差等因素影響，加工精度高、穩定好。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，圓柱度可穩定在φ0.005～0.008 mm、Ra0.8 μm，砂條耐用度約150個機體，班加工機體約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依此據調刀，內外冷卻液加足，曲軸孔、凸輪軸襯套孔同軸度可達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輸送，基本杜絕了機體的磕碰劃傷現象。高速臥式加工中心的設備加工能力指數Cmk大于1.80, 一條線僅用2個在線工作人員，班穩定高質量加工CZ4110柴油機機體16只。同時在工件裝卸、儲運輸送、壽命刀具更換、在線質量檢驗與控制、數據傳輸、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模柔性制造和智能制造提供參考數據。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，機床的定位精度影響刀條刀具中引導刀具和長刀具的直徑參數，進而影響孔的同軸精度和長刀具易發生緊刀現象，有待進一步細研、解決、提高。

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

[2]丁國琴.關于YZ380/YZ480/YZ485QB系列柴油機機體機械加工系統的工藝設計[J].組合機床與自動化加工技術, 2002(6):57-60.

[3] 房長興，羅和平，高志永，等.發動機缸體加工工藝研究[J].機械設計與制造, 2013(3):262-264.

[4]陳澤揚.4缸柴油機機體加工柔性生產線的設計方案[J].柴油機設計與制造, 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，主要研究方向為數控機床、制造工藝。

(編輯孫德茂)(2016-03-22)

160815

*常州機電職業技術學院課題(2015/YJ/KXJS/08)