解析柴油機氣缸蓋柔性機加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計探究

龍國勇

摘要：柴油機氣缸蓋柔性機加工生產(chǎn)線是技術(shù)極其復雜，且具有高度自動化的氣缸蓋生產(chǎn)系統(tǒng)。本文通過分析柴油機氣缸蓋的結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求，進一步分析了柴油機氣缸蓋柔性機加工生產(chǎn)線的工藝設(shè)計及應(yīng)用，柔性機加工生產(chǎn)線具有靈活化、自動化的優(yōu)點，以期提高氣缸蓋的生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：柴油機氣缸蓋;柔性生產(chǎn)線;工藝設(shè)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(jié)構(gòu)特征和技術(shù)要求

1.1柴油機氣缸蓋的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)組成一個密閉式的燃燒區(qū)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(xiàn)損壞或變形的情況。

氣缸蓋通常是結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)，鑄鐵結(jié)構(gòu)的材料可以是合金鑄鐵，也可以是質(zhì)量較好的灰鑄鐵。氣缸蓋可以說是整個動力結(jié)構(gòu)裝備組中結(jié)構(gòu)最為復雜的部件，其結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shù)要求

柴油機氣缸蓋對加工技術(shù)的要求較高，以規(guī)格型號為265H的柴油機氣缸蓋為例，其具體的技術(shù)要求包括以下幾點：一是上下高低壓面的加工技術(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(shù)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(nèi)不出現(xiàn)泄露情況;六是對于氣缸蓋清潔度的加工技術(shù)要求，要求整個氣缸蓋的顆粒質(zhì)量不能夠超過300mg，氣缸蓋的孔道內(nèi)顆粒質(zhì)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(chǎn)線的工藝設(shè)計

2.1工藝設(shè)計的主要綱領(lǐng)

柴油機氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的原則為實現(xiàn)氣缸蓋的高效柔性加工，將此原則作為生產(chǎn)線的統(tǒng)籌規(guī)劃，建立起年產(chǎn)中高速柴油機氣缸蓋數(shù)量達標的柔性加工生產(chǎn)線，同時還要兼容可以生產(chǎn)多種型號的氣缸蓋，滿足氣缸蓋的生產(chǎn)需求。

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

為了提高生產(chǎn)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(chǎn)質(zhì)量，可以在工件的上下運輸環(huán)節(jié)增加機械手，即安裝桁架上下機械手。車間的設(shè)備應(yīng)當組成一種封閉式生產(chǎn)線，確保工序穩(wěn)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(chǎn)線的工藝流程設(shè)計

在柴油機氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的設(shè)計過程中，工藝流程設(shè)計十分關(guān)鍵，合理的設(shè)計能夠保障生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的有序進行，工藝流程設(shè)計的相關(guān)原則主要包括以下幾點：一是準確設(shè)計生產(chǎn)節(jié)拍，生產(chǎn)節(jié)拍決定了設(shè)備的稼動率，也決定了生產(chǎn)線是否能夠穩(wěn)定運作，氣缸蓋柔性加工生產(chǎn)線的生產(chǎn)節(jié)拍主要根據(jù)產(chǎn)品的實際需求量以及生產(chǎn)線的有效生產(chǎn)時間來確定，同時，在有效生產(chǎn)時間的計算方面，還需要考慮產(chǎn)品的合格率以及設(shè)備的稼動率等因素，保證生產(chǎn)節(jié)拍的準確度;二是對工序進行設(shè)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(chǎn)節(jié)拍的時間;三是要將氣缸蓋各孔面加工以及整體結(jié)構(gòu)的加工作為重點，加工應(yīng)當遵循基礎(chǔ)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(jié)拍有序的原則;四是要確保工藝流程設(shè)計嚴格按照相關(guān)產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品圖紙的設(shè)計標準，對尺寸精度要求較高的氣缸蓋部位，應(yīng)當使用穩(wěn)定性較好、加工精度較高的設(shè)備加工;五是在確定初步的工藝流程之后，還要進行細致優(yōu)化，優(yōu)化的原則為工序相對集中，對各工序的加工內(nèi)容適當進行調(diào)整，盡量減少使用的設(shè)備數(shù)量，進一步提高設(shè)備利用率。

2.3工藝設(shè)備的選用和設(shè)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(jù)各部件的結(jié)構(gòu)特點，選用合適的加工設(shè)備，主要包括平臺、數(shù)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(chǎn)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(diào)整工藝，能夠讓生產(chǎn)線實現(xiàn)快速更改不同類型的氣缸蓋產(chǎn)品，實現(xiàn)對各項加工參數(shù)的靈活性調(diào)整，柴油機氣缸蓋柔性生產(chǎn)線臥式加工中心主要加工參數(shù)包括：加工范圍為1200mm×1000mm×1000mm;中心類型為四軸聯(lián)動NC旋轉(zhuǎn)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(shù)量為120把;柔性系統(tǒng)為Fastem，數(shù)控系統(tǒng)為西門子840Dsl。

2.4物流線的設(shè)計及具體布局

根據(jù)生產(chǎn)廠房的規(guī)模和規(guī)劃要求，對整個工藝進行布局，柴油機氣缸蓋柔性生產(chǎn)線的布置范圍應(yīng)當控制50m×24m的面積范圍內(nèi)，根據(jù)工藝設(shè)計流程來安排所用的機械設(shè)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(zhuǎn)，減少工序反復進行的現(xiàn)象，采用串行模式來布置不同工序中的設(shè)備。對于氣缸蓋柔性生產(chǎn)線的物流線進行合理設(shè)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(chǎn)線的工藝設(shè)計實例

以265H型柴油機氣缸蓋的工藝流程設(shè)計為例，應(yīng)先收集該型號柴油機氣缸蓋的有效生產(chǎn)時間、產(chǎn)品的實際需求量、設(shè)備的利用率以及產(chǎn)品的合格率等詳細數(shù)據(jù)信息;然后利用相關(guān)公式算出其理論生產(chǎn)節(jié)拍，再根據(jù)計算的理論生產(chǎn)節(jié)拍與氣缸蓋設(shè)計圖紙要求來選擇該產(chǎn)品柔性加工生產(chǎn)線所需的設(shè)備，其中包括數(shù)控加工中心、輔機以及量檢具等;最后設(shè)置柴油機氣缸蓋的加工工序，其具體工序的設(shè)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(zhì)量，應(yīng)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(yīng)為粗加工環(huán)節(jié)，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(jīng)加工完成的低壓面基礎(chǔ)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(jié)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(chǎn)品的圖紙標準，才能夠確保氣缸蓋的質(zhì)量合格。高壓面在精加工過程中極易發(fā)生碰撞，工序設(shè)置不嚴謹將會導致高壓面產(chǎn)生碰撞，若是碰撞區(qū)域在密封范圍內(nèi)，氣缸蓋的整個高壓面將可能直接報廢。因此，在工序設(shè)計上將高壓面的精加工設(shè)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(fā)生碰撞，產(chǎn)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(yīng)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(jù)工序集中的優(yōu)化原則，對氣缸蓋工藝流程進一步優(yōu)化，盡量減少專機的使用，降低加工成本。主要是根據(jù)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(yīng)的設(shè)備，將兩者安排在同一工序中，進一步提高設(shè)備的利用率。

4結(jié)語

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