汽车发动机缸体柔性生产线的研制

1、文章编号:1001-2265(200608-0082-02收稿日期:2006-03-15;修回日期:2006-05-30作者简介:刘德栋(1956,男,辽宁大连人,大连机床集团技术中心工程师,主要从事卧式加工中心机床和柔性制造系统的设计与研究。汽车发动机缸体柔性生产线的研制刘德栋,刘任,张树礼(大连机床集团有限责任公司技术中心,辽宁大连116022摘要:文章主要介绍了缸体柔性加工生产线的开发与研制。首先论述了同类产品的国内外应用情况。根据用户被加工零件的图纸要求,制定了柔性线的总体方案,然后对组成柔性线的柔性加工单元和夹具、数控系统、输送装置及辅助装置进行了开发研究与设计。通过用户的正常使用,

2、证明了该柔性生产线可靠性和先进性,对我国柔性制造系统的开发和研制具有重大意义。关键词:柔性生产系统;柔性加工单元;夹具;数控系统中图分类号:TG659文献标识码:AThe D evelop m en t of Flex i ble M anufactur i n g L i n e on Car Eng i n e Cyli n derL I U De 2dong,L I U Ren,Z HANG Shu 2li(Technol ogy Center,DaFian Machine Tool Gr oup Co .,Dalian L iaoning 116022,China Abstract:T

3、his article p resents the devel opment and app licati ons on cylinder flexible manufacturing line .Ap 2p licati ons of si m ilar type of p r oduct will be intr oduced .According t o the s pecific require ment,make general de 2sign of flexible line firstly .Then design and devel op unit of flexible m

4、anufacturing syste m t ogether with Cla mp s,Numerical Contr ol Syste m ,Trans portati on Device and other access orial devices .The positive feedback fr om cust omers shows the advantage and reliability of this type of flexible manufacturing line .It has significant effect on flexible manufacturing

5、 syste m in China .Key words:flexible manufacturing syste m;unit of flexible manufacturing syste m;cla mp s;numerical contr ol syste m0引言随着世界经济的复苏和国内经济的快速增长,汽车产业出现了良好的发展势头。由于市场经济的需求影响,汽车产品的变化加快了频率,因此,传统的组合机床及自动线,已远远满足不了汽车高速发展的需要。柔性制造系统以其适应市场产品转型快的特点,赢得当今生产商的需求,且发展异常迅速。柔性制造系统在国外发达国家已得到广泛应用。全世界生产柔性自动化

6、成套装备比较有名气的厂家就有20多家,主要集中在汽车工业较为发达的国家里,如美国的英格索尔;德国的许勒.惠勒、洪斯贝格;日本的日平等。当前,世界上汽车发动机行业已经从当年流行了半个世纪的美国福特公司所倡导的单一品种、大批量生产模式转到日本丰田公司的多品种、小批量的生产模式,随着产品换型速度的加快,要求生产设备不但效率高,而且要有良好的柔性。世界许多著名机床制造厂与汽车厂合作,开发了柔性制造系统,到了九十年代初,逐步走向成熟,现在已经成为市场上的主导产品,基本上取代了大部分传统的组合机床及其自动线。目前,我国传统的组合机床在汽车、军工、拖拉机等行业中还保持着一定的份额。然而,它的刚性化这一特点,

7、使它在经济大潮中难以适应产品多品种、更新更快的市场需求。进入20世纪末,我国组合机床开始向数控和柔性发展,派生出数控组合机床和柔性加工单元。这虽然使机床行业技术有了重大突破,可是,由于组合机床受各运动部件结构形式所限,使其不能适应多品种的要求。加工中心单元以其所具有高速度、高柔性、高精度、高效率等特点,弥补了传统组合机床方面的不足,不断地得到用户的认同。由于它是单轴高速加工,因此具有很强的柔性,最适合产品的变型和更换。还可以批量生产而降低成本,由其组成柔性生产线比以往的刚性自动线所需投资少,并且可以采用分步投入的办法,是机床业发展的一大主流,也是代表机床行业水平的一个重要标志。目前,柔性生产线

8、的生产制造在国内刚处于开发阶段,还不能满足用户要求,不得不依赖进口。为了发展我国的机床工业,缩小与发达国家的差距,大连机床集团在保定长城内燃机有限公司第一期工程中,成功地自主开发出了我国第一条柔性生产系统,填补了我国柔性生产系统的空白。为柔性系统技术成熟化、推广化起到关键的作用。28工艺与装备组合机床与自动化加工技术1柔性生产线方案的制定采用柔性加工中心单元和组合机床组成汽车发动机缸体柔性加工生产线。总体工艺方案的设计参照国外的先进技术,结合具体零件的加工内容和机床特点,制定了一套全新的加工工艺方案和工艺流程,(见图1。该方案由柔性加工中心单元和特殊工序采用的组合机床及机床辅机组成,完成对缸体

9、进行加工、检测、清洗和联锁装置、自动上下料,自动测量,刀具自动补偿,集中冷却,集中排削等工艺内容,许多工艺方法首次被采用,如加工中心机床枪钻加工技术的应用和平衡轴孔的粗精加工技术的应用等,真正做到了高效、精密、柔性、数控。1.1柔性加工设备的开发。目前国际上许多大的汽车发动机生产厂均大量采用加工中心机床来取代传统的组合机床,而我国近几年才通过引进技术或合资合作生产了一些柔性加工设备,但是,无论是技术还是规模,远远满足不了市场的要求,因此,开发柔性加工中心单元是柔性生产线的关键。HD50和HD80加工中心单元,就是为了满足目前发动机行业的需要而研制开发的新产品,HD50可以适用于铝件或铸铁件加工

10、,主轴最高转速10000r/m in,快进速度36m /m in;HD80可以适用于铸铁或钢件加工,主轴最高转速3900r/m in,快进速度24m /m in,主轴三坐标移动,采用日本F ANAC 数控系统,绝对光栅尺闭环控制,具有自动换刀功能,可以进行直线和圆弧插补切削,完成铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等工序加工。主要技术参数及指标:HD50、HD 80三坐标加工中心单元的加工范围从400400mm 到l0001000mm ,可任意选配,主轴最高转速可达10000r/m in,主轴为三坐标移动式,快速移动速度可达36m /m in,(快进速度4550m /m in 的样机也在计划开发之内换刀速

11、度可达1.2s,采用F ANUC O i 系统。采用模块化设计,可以根据不同用户、不同产品、不同工序采取不同配置。1.2机床夹具的创新设计由于生产线各机床加工内容和工件的定位夹紧姿态不同,所以夹具的结构形式各异,针对工序内容和加工中心机床特点设计了若干种夹具形式,其中有固定式夹具、水平回转式夹具、垂直回转式夹具、水平垂直复合回转式夹具,因此,可以完成空间任意角度的各种工序内容的加工,大大地提高了机床的加工性能,同时为了保持夹具外观。整齐和方便排屑,夹紧油缸尽可能地采用体内通油形式,这些夹具与传统的组合机床夹具相比,具有独特的结构形式和风格等特点。1.3采用模块化设计加工中心单元、夹具、夹具底座

12、、冷却排屑装置、组合机床通用部件、输送和翻转装置等,在方案设计和部件设计中尽量考虑其通用性,采用不同的组合方式满足机床的性能要求,使其通用化、典型化、标准化比例高,使设计周期、制造周期缩短,提高了产品质量、降低了成本,研制开发效率得到提高。1.4数控技术开发数控技术开发应用研究是研制开发柔性生产线的一项重要内容,全线由F ANUC O i 和18i 数控系统作为主控系统,并使用F UNAC I/0L I N K 网络来扩展I/O 点数和控制轴数。各单元根据被加工工件选择加工程序,同时具备故障诊断、刀具折断检测、刀具管理和生产统计的功能。1.5输送及装卸工件技术开发研究输送及装卸工件技术开发研究

13、是针对生产线的特点进行的,该生产线采用滚动式输送方式,部分机床采用自动方式输送,完成工件的定位夹紧,由于部分机床上料距离过长,采用活动推板结构解决这一问题,全线设置若干各翻转装置,以满足各种姿态输送工件,使整个输送过程方便快捷。1.6多品种加工技术多品种加工技术是柔性生产线普遍采用的工艺方案,更是传统组合机床所无法比拟的优势所在,本缸体柔性生产线目前共加工两种产品。同时设计时要考虑 图1汽车发动机缸体柔性线示意图(下转第85页 图2打中心孔装置结构简图钻杆8安装在主轴中空拉管孔内,前端由导向套13支撑并导向,后端通过定位销11与油缸10的活塞杆连接。中心孔钻7安装在钻杆8前端的锥孔内。油缸10

14、通过托架9固定在车床床身上,通过液压驱动完成钻杆的进给和退回动作。由于钻杆8自身不旋转,而工件被夹持在液压卡盘2上随主轴一起旋转,中心孔钻7相对工件产生相对旋转运动,从而实现钻削功能。2技术要点2.1滚动导向单元滚动导向单元是该装置中最关键的部分。该导向单元采用了成组角接触轴承结构,以保证旋转精度和适应高转速需要。两轴承之间安装内外隔套,以增加轴承跨距,提高导向精度和结构刚性。导向套13需采用耐磨自润滑复合材料,以提高精度保持性。为保证滚动导向单元回转轴线与车床主轴回转轴线的同轴度 ,有两种解决方案可供选择,一种方案是配车卡盘,即在卡盘体上配车出一段定位孔,与滚动导向单元轴承座4定位轴颈配合;

15、另一种方案是配车轴承座4的轴承安装孔,既先将轴承座固定在卡盘体上,并用两锥削定位,然后开动车床主轴,精车轴承座4的轴承安装孔。可根据具体情况选择。2.2中心钻的设计中心钻的结构设计主要考虑安装精度和更换的方便性。如图3所示,中心钻柄部为莫氏1号锥柄结构,安装时,只需将其插入钻杆锥孔内即可。更换中心钻时,用螺母从中心钻锥柄大端的螺纹处旋入,即和将中心钻从钻杆锥孔内拨出。图3中心钻结构示意图3结束语该活塞打中心孔装置可作为一个功能模块配置在相应规格的标准数控车床上,使该车床能实现一次装夹完成活塞车止口打中心孔工序。活塞生产线现场使用表明,该装置工作可靠,在使用六个月后检测,该工序工序能力指数Cpk

16、 值仍超过1.67,精度保持性超过进口车止口打中心孔专用机床。(编辑赵蓉(上接第83页工件改型后仍然适用,对不同工件采用人工或机械识别方式调用相应的加工程序进行加工,对定位夹紧部位尺寸不同的工件,须更换或调整部分零件以保证工件夹紧准确可靠,最终满足多品种零件的加工。1.7其它技术该柔性生产线液压、气动系统采用日本进口元件,对机床进行辅助控制和工件的夹紧定位,对精加工设备的工件定位面进行气密封检测和故障报警。冷却、排屑采用单机控制,除部分机床采用干式切削或油冷外,其它机床均采用水冷,大流量外部冷却、冲屑、自动排屑,部分刀具采用内冷,其中中压内冷采用涡旋过滤,高压内冷采用纸带过滤,冷却水箱设油水分离装置。机床防护采用单机整体防护,上下料处设自动防护门,加工部位防护上方设吸尘、吸雾孔。2结束语该柔性生产线的研制成功及用户的正常使用,标志着我国机床研制能力和水平已有了很大