解析柴油機氣缸蓋柔性機加工生產線的工藝設計探究

龍國勇

摘要：柴油機氣缸蓋柔性機加工生產線是技術極其復雜，且具有高度自動化的氣缸蓋生產系統。本文通過分析柴油機氣缸蓋的結構和技術要求，進一步分析了柴油機氣缸蓋柔性機加工生產線的工藝設計及應用，柔性機加工生產線具有靈活化、自動化的優點，以期提高氣缸蓋的生產效率。

關鍵詞：柴油機氣缸蓋;柔性生產線;工藝設計

中圖分類號：U260.6 文獻標識碼：A

文章編碼：1672-7053（2021）03-0159-02

1柴油機氣缸蓋的結構特征和技術要求

1.1柴油機氣缸蓋的結構特征

柴油機氣缸蓋的主要作用是對柴油機氣缸進行密封，并通過與活塞結構組成一個密閉式的燃燒區域，承受柴油機運作時的高壓高溫燃氣。柴油機氣缸蓋能承受較高的機械負荷和氣體力，同時還要承受較高的熱負荷，因而其加工工藝水平要求較高，要確保加工完成的氣缸蓋具有較大的剛性和強度，才能確保氣缸蓋的密閉效果，保證氣缸蓋在柴油機工作時不會出現損壞或變形的情況。

氣缸蓋通常是結構較為復雜的箱型零件，而柴油機氣缸蓋整體為四個氣門的鑄鐵結構，鑄鐵結構的材料可以是合金鑄鐵，也可以是質量較好的灰鑄鐵。氣缸蓋可以說是整個動力結構裝備組中結構最為復雜的部件，其結構主要包括進氣門座、排氣門座、噴油器安裝孔、氣門導管孔、上下高低壓面以及周邊堵塞孔等，其中氣門的導管、進氣門座、排氣門座等部位需要采用合金鑄鐵來進行加工，其余的結構包括進、排氣門座孔都需要進行精細化加工，氣門座的精細加工需在冷壓裝后進行。

1.2柴油機氣缸蓋加工技術要求

柴油機氣缸蓋對加工技術的要求較高，以規格型號為265H的柴油機氣缸蓋為例，其具體的技術要求包括以下幾點：一是上下高低壓面的加工技術要求，要求高壓面的粗糙度為Ra1.6，低壓面的粗糙度為Ra2.5，雙面的高度精度為240±0.125mm，其平面度為0.05mm;二是氣門導管孔的加工技術要求，導管孔的孔徑精度為±0.013mm，孔的粗糙度為Ra3.2，導管孔跳動為0.10mm;三是氣門座孔及錐面的加工技術要求，要求氣門座孔的孔徑精度為±0.015mm，氣門座錐面的粗糙度為Ra0.8，其錐面跳動為0.10mm;四是噴油器安裝孔的加工技術要求，要求其孔徑的精度為±0.025mm，Φ50孔的粗糙度為Ra0.8，其他孔的粗糙度為Ra3.2;五是對于氣缸蓋密封性的加工技術要求，氣缸蓋的密封標準為，在水壓強為1.0MPa情況下其水道和氣道能夠保持在十分鐘內不出現泄露情況;六是對于氣缸蓋清潔度的加工技術要求，要求整個氣缸蓋的顆粒質量不能夠超過300mg，氣缸蓋的孔道內顆粒質量不能夠超過10mg，附著顆粒的直徑尺寸不能夠超過50μm。

2柴油機氣缸蓋柔性加工生產線的工藝設計

2.1工藝設計的主要綱領

柴油機氣缸蓋柔性加工生產線的原則為實現氣缸蓋的高效柔性加工，將此原則作為生產線的統籌規劃，建立起年產中高速柴油機氣缸蓋數量達標的柔性加工生產線，同時還要兼容可以生產多種型號的氣缸蓋，滿足氣缸蓋的生產需求。

柔性加工生產線所使用的設備以進口設備為主，主要配備立式和臥式數控加工中心設備，同時還需要配備設備所需的輔助性裝置，組成完整的生產線。柔性生產線需適應新型產品的生產，構成分散型多型號小批量生產的混合模式，能夠有效降低生產線的運營成本，還能夠在短時間內進行生產研制。

為了提高生產效率，降低人工勞動的強度，進一步提高氣缸蓋的加工精度及生產質量，可以在工件的上下運輸環節增加機械手，即安裝桁架上下機械手。車間的設備應當組成一種封閉式生產線，確保工序穩定，對于加工工位的定位和輸送工作，可采用堆垛軌道升降機來完成。

2.2柔性加工生產線的工藝流程設計

在柴油機氣缸蓋柔性加工生產線的設計過程中，工藝流程設計十分關鍵，合理的設計能夠保障生產各個環節的有序進行，工藝流程設計的相關原則主要包括以下幾點：一是準確設計生產節拍，生產節拍決定了設備的稼動率，也決定了生產線是否能夠穩定運作，氣缸蓋柔性加工生產線的生產節拍主要根據產品的實際需求量以及生產線的有效生產時間來確定，同時，在有效生產時間的計算方面，還需要考慮產品的合格率以及設備的稼動率等因素，保證生產節拍的準確度;二是對工序進行設計和分配，由于各個工序所耗費的時間不同，因此對工序時間要進行合理分配，需要注意的是，耗時最長工序所分配的時間不能超過理論生產節拍的時間;三是要將氣缸蓋各孔面加工以及整體結構的加工作為重點，加工應當遵循基礎加工先行，先進行粗加工，再進行精加工，先進行面加工，再進行孔類加工，保證各工序相對集中，節拍有序的原則;四是要確保工藝流程設計嚴格按照相關產品設計圖紙進行，對于具有特殊性的工序一定要準確把握，特殊工序的尺寸要嚴格符合產品圖紙的設計標準，對尺寸精度要求較高的氣缸蓋部位，應當使用穩定性較好、加工精度較高的設備加工;五是在確定初步的工藝流程之后，還要進行細致優化，優化的原則為工序相對集中，對各工序的加工內容適當進行調整，盡量減少使用的設備數量，進一步提高設備利用率。

2.3工藝設備的選用和設計

以265H型柴油機氣缸蓋加工為例，在確定好工藝流程之后，根據各部件的結構特點，選用合適的加工設備，主要包括平臺、數控立、臥式加工中心以及閥座冷裝線等。加工中心決定了柔性生產線的柔性程度以及自動化程度，通常情況下選用臥式加工中心，這種加工中心更加方便調整工藝，能夠讓生產線實現快速更改不同類型的氣缸蓋產品，實現對各項加工參數的靈活性調整，柴油機氣缸蓋柔性生產線臥式加工中心主要加工參數包括：加工范圍為1200mm×1000mm×1000mm;中心類型為四軸聯動NC旋轉式雙交換臥式工作臺;機械的主軸部位配備了恒溫箱;其定位精度為0.007mm，重復精度為0.004mm;配備智能刀具庫，可攜帶刀具數量為120把;柔性系統為Fastem，數控系統為西門子840Dsl。

2.4物流線的設計及具體布局

根據生產廠房的規模和規劃要求，對整個工藝進行布局，柴油機氣缸蓋柔性生產線的布置范圍應當控制50m×24m的面積范圍內，根據工藝設計流程來安排所用的機械設備的布置，確保整個加工過程中各部件能夠呈直線模式進行運轉，減少工序反復進行的現象，采用串行模式來布置不同工序中的設備。對于氣缸蓋柔性生產線的物流線進行合理設計，采用智能AGV小車進行主線工件的運輸，對于工件的上下運輸工作可以使用龍門式桁架機械手，工位的輸送及定位采用堆垛軌道升降機械，對于加工完成的氣缸蓋采用貨架式的AGV小車進行輸送（如圖1）。

3柴油機氣缸蓋柔性加工生產線的工藝設計實例

以265H型柴油機氣缸蓋的工藝流程設計為例，應先收集該型號柴油機氣缸蓋的有效生產時間、產品的實際需求量、設備的利用率以及產品的合格率等詳細數據信息;然后利用相關公式算出其理論生產節拍，再根據計算的理論生產節拍與氣缸蓋設計圖紙要求來選擇該產品柔性加工生產線所需的設備，其中包括數控加工中心、輔機以及量檢具等;最后設置柴油機氣缸蓋的加工工序，其具體工序的設計流程為先加工上下高低壓面，再加工壓面的周邊各面以及各種孔系，加工孔的精度要求較高，影響著氣缸蓋的質量，應當重點提高氣門座孔以及氣門導管孔的加工精度。

在制定氣缸蓋工序的過程中需要注意兩道工序：第一道工序應為粗加工環節，運用劃線的方式來確定加工的邊界及找到正基準，在這一工序中主要是粗加工出中心孔以及低壓面;第二道工序為在已經加工完成的低壓面基礎上來進行高壓面加工，將低壓面最為正基準來加工出高壓面，在該工序中，高壓面也未進行精加工，但高壓面的加工屬于半精加工，高壓面進一步的精加工放在最后一道工序中進行。

氣缸蓋高壓面是與氣缸套頂面直接結合的平面，兩個面之間采用銅制的密封圈來密封。因此，氣缸蓋的高壓面精加工要求較高，要保證其平整度以及粗糙度都能夠符合產品的圖紙標準，才能夠確保氣缸蓋的質量合格。高壓面在精加工過程中極易發生碰撞，工序設置不嚴謹將會導致高壓面產生碰撞，若是碰撞區域在密封范圍內，氣缸蓋的整個高壓面將可能直接報廢。因此，在工序設計上將高壓面的精加工設置在最后一道工序中，主要是為了防止高壓面在中間工序加工時發生碰撞，產生報廢風險，在最后一道工序加工雖然也存在著碰撞風險，但碰撞的概率能夠大大降低。與高壓面加工精度要求相近的氣門導管孔以及氣門座孔等部位精加工過程也是同樣的道理，都應當安排在最后工序或較為靠后的工序中進行，這也是遵循了氣缸蓋加工先粗加工、后精加工的原則。

確定好氣缸蓋的工藝流程后，根據工序集中的優化原則，對氣缸蓋工藝流程進一步優化，盡量減少專機的使用，降低加工成本。主要是根據氣缸蓋各零部件的特點，考慮兩種零部件是否能夠同時進行加工，如孔系加工可以與周邊面的加工同時進行。因此，可以減少相應的設備，將兩者安排在同一工序中，進一步提高設備的利用率。

4結語

由本文分析可知，柴油機氣缸蓋柔性加工生產線的工藝設計包括：設計主要綱領、工藝流程的設計和優化、工藝技術使用設備、物流線的設計及具體布局。柴油機氣缸蓋柔性機加工生產線具有自動化、靈活化的特點，對于生產多類型氣缸蓋的企業來說十分便利。