汽車缸蓋生產線托盤加工技術的應用

金 鐳，廖慧陽，陳欣廣

Jin Lei，Liao Huiyang，Chen Xinguang

（北京奔馳汽車有限公司，北京 100176）

隨著消費者對汽車多樣性的要求越來越高，汽車產品的種類，尤其是發動機的型號也越來越多，而在發動機最重要的三大部件中，又以缸蓋的型號最多。

企業在缸蓋生產線的規劃中，首次應用托盤加工技術，從工藝規劃、產品特點等方面系統地分析托盤加工技術的可行性和優勢。

1 托盤加工技術簡介

托盤加工技術是指利用托盤來代替傳統的工件實現加工過程中的夾緊、定位、工序間轉運等功能。其主要優勢是托盤定位、夾緊及轉運過程受產品本身尺寸、形狀限制小，可實現多型號混線共線生產，另外在產品大幅更新換代過程中，只需要更換加工托盤，而非所有機床夾具，大大降低了換代時間和成本，更能滿足日益多樣化的客戶需求，以及越來越短的產品換代周期。

另外，固定在托盤上的RFID芯片載體實現工件號、產品型號、加工機床等信息整個生命周期的記錄，設備通過讀取零件信息自動選擇相對應的加工程序，實現全過程自動無縫切換。

2 工藝路線

2.1 概述

托盤加工技術最主要的功能是最大化柔性生產，實現產品多型號同時共線生產，如何將其發揮最大作用，其中工藝路線的安排非常關鍵。

首先是基準的統一性。第 1道工序完成進氣面加工之后，將工件安裝在加工托盤上。此后的整個加工循環中，一直是相同的加工托盤承載缸蓋完成零點夾緊、定位和加工。產品的型號、加工時間、工件號、加工設備等信息實時存儲在托盤上的RFID芯片上。這種設計的好處是，所有設備的換型和防錯均靠設備來保證，大幅降低人為因素對生產控制的影響[1]，如圖1所示。

圖1 加工循環托盤

其次是托盤轉換與數據傳遞，鑒于缸蓋產品的特征和工藝要求，不可能只應用一種托盤完成所有工序。在加工完成后，缸蓋由加工托盤轉換至清洗托盤，以完成后續的高壓清洗、去毛刺、裝配試漏等工序。如圖2所示。每一個清洗托盤也隨帶RFID芯片，在缸蓋由加工托盤移至清洗托盤上時，RFID上的數據相對應地移至清洗托盤上。加工托盤回流至第 1道工序，RFID芯片內數據清空準備裝載新的工件開始新的加工循環。

圖2 清洗循環托盤

最后在缸蓋上完成最后一道工序密封水堵和油堵的安裝和試漏檢測之后，合格產品被安裝至成品托盤上，相對應的RFID上的數據移至成品托盤上。清洗托盤回流至清洗循環開始的工序，RFID芯片內數據清空準備裝載新的工件開始新的循環。如圖3所示。

圖3 成品循環托盤

綜上，缸蓋生產線工藝循環如圖4所示。

鑒于清洗循環托盤和成品循環托盤只承擔承載和轉運功能，并不承擔定位和夾緊功能，因此不做進一步討論。

圖4 工藝循環圖

2.2 加工循環

2.2.1 工件與托盤的定位

因為產品特點和工藝要求，缸蓋加工托盤裝夾于進氣面。托盤上2個定位銷的尺寸相同，形狀為圓柱銷和菱形銷，控制 3個自由度。受突出的進氣道面的影響，缸蓋安裝的定位面并非嚴格意義上的統一平面，而是相互平行的 4個面，控制著另外3個自由度。另外，這4個面也是用于夾緊功能的螺栓緊固面，通過 4根M10螺栓實現夾緊，每個螺栓緊固力矩為19N?m。由此，1面2銷的定位模型構建完成，如圖5所示。

2.2.2 托盤與機床的定位及監測

托盤與機床的定位方式依然是1面2銷，托盤底部的 4個在同一平面上的小定位面與機床夾具上相對應的 4個定位面接觸，同時，機床夾具上的定位面各有 1個與乳化液管路相連的檢測孔，可以通過 250 kPa的乳化液壓力監測工件定位效果，實現實時定位檢測。如圖 6所示。

圖5 托盤與工件定位

圖6 托盤定位

2.2.3 托盤與機床的定位及監測

托盤與機床夾具采用單面拉緊楔形夾緊機構，如圖 7所示。這種機構的優勢是裝配腔體內除了夾緊楔塊和心軸外，夾緊機構的其余部件均在密封體內。簡單的腔內結構和極高的密封性能，保證了復雜的切削環境中的裝夾穩定性。另外，心軸底部的吹氣裝置，可在每次裝夾前后對夾緊腔體和短錐配合面進行清潔，保證裝夾質量。

當定位銷準備進入夾具時，工作壓力為4 MPa的液壓系統驅動活塞體下滑，與活塞體相連的增強因子推開夾緊楔塊，使得定位銷順利落位。定位好后釋放液壓力，底部彈簧組自由回彈，推起活塞體，帶動增強因子驅動夾緊楔塊將定位銷鎖緊，并保持自鎖狀態，自鎖夾持力可達35 kN。整個夾緊過程中，夾具體還會對夾緊狀態進行監控，以保證夾緊的最佳效果。

圖7 零點夾緊夾具

3 小 結

缸蓋機加工生產線托盤加工技術的應用是一次非常成功的技術嘗試和創新，甚至已經被確定為缸蓋生產線的標準化設計，在后續的缸蓋生產線規劃中，均采用了這一技術，帶來了非常多的便利。

1）實現了多型號產品的共線生產，生產線的柔性化大幅提高。

2）表面劃傷一直是缸蓋成品報廢的最主要因素，托盤代替工件實現了生產過程中的裝夾、定位以及工序間的轉運，避免了產品表面與設備和運輸軌道間的接觸，解決了產品表面劃傷問題。

3）在新產品換代過程中，只需要更換托盤而不需要變更機床內部夾具，大幅度降低了產品換代周期，降低了換代成本。

4）機床內部夾具由框式結構簡化為現在的單面零點夾緊，缸蓋在設備內的可加工面從 2面擴展到4～5面，工藝編排更為自由，工序間節拍的平衡也更靈活。

5）RFID的應用保證了產品信息的追溯性，同時實現防錯和不同型號的無縫換型。

[1]顏永年. 先進制造技術[M]. 北京：化學工業出版社，2002.

[2]肖衛華，袁海群. 大批量生產制造系統的柔性化[J]. AI 汽車制造業，1998，28（4）：21-25.