发动机缸体加工工艺研究

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缸体作为汽车发动机的五大核心部件之-，其制造工艺-直是发动机生产中的重点和难点，其加工精度和-致性的好坏对汽车性能的影响很大。随着市澈争的日趋激烈和市场需求的日益多样化，汽车新产品的更新速度不断加快，原有单-品种、大批量生产的缸体刚性生产线已不能适应生产的需要ll，而是向着适应多品种、变批量、低成本的柔.眭生产线模式发展[21。

2缸体柔性加工生产线规划按照精益制造工艺原则、敏捷柔l生生产原则、精益自动化原则和精益平面布置原则日，完成发动机缸体柔性加工生产线的布局规划，如图 I所示。该生产线的年生产能力 l0万台，生产节拍2rain，整线工序能力指数 C ≥1.33，适用于两种型号缸体的混流共线生产。

如图 1所示，生产线主要由粗加工单元、精加工单元及辅助制造单元构成。粗、精加工单元均使用机器人完成工件在机床的自动上下料，自动输送料道完成缸体在各加工工序之间的输送。

粗加工单元由4个独立制造岛并联构成，每个岛由7台高速卧式加工中心和 1台立式加工中心串联而成，这两种高速加工中心都具有交换工作台结构，由于能同时实现工件的加工和装夹，减少了辅助时间，提高了加工效率。精加工单元由2个精加工岛并联构成，每个岛由4台并行卧式加工中心与 1台缸孔珩磨机串联而成，主要完成缸体各面、主轴承孑L、凸轮轴孔及缸孔的精加工。辅助制造单元主要包括清洗机、鹏机、试漏机、压堵机和综合测量机等。

3缸体结构工艺性分析生产线主要实现F、曰两种型号4缸柴油发动机缸体的混流加工，材料均为 HT250 GB/T9439-1988，硬度 HB190-250。缸体属于多面多孔的箱体类零件，结构和形状复杂，壁薄多筋、壁厚不均、刚度低，对尺寸、粗糙度、几何形状及其相互位置都有较高的精度要求 。缸体的主要加工特征是平面和孑L系，其重要特征加工的技术要求，如表 1所示。

来稿日期：2012-05-24基金项目：高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项(20l 1ZX04015-022)作者简介：房长兴，(1984-)，男，山东泰安人，[程师，硕士研究生，主要研究方向：机床用户。 艺技术、自动化生产线和加工单元集成技术第3期 房长兴等：发动机缸体加工工艺研究 263图 1缸体柔性加工生产线布置图Fig.1 The Layout of Engine Cylinder Block Flexible Production Line表 1缸体主要加工技术要求. Tab.1 The Main Technical Requirements of EngineCylinder Block Mechanical Machining顶面、缸孔、主轴承孔 、挺杆孔及凸轮轴孔等的尺寸精度、形状精度和位置公差要求较高，对于发动机的整体性能有着重要影响，需要依靠设备精度、夹具的可靠性和加工工艺的合理性等来保证。其中，缸孔采用粗镗-半精镗-精镗-珩磨的加工工艺；主轴承孔 、凸轮轴孔属于大深径比的孔 ，镗杆长、刚性差、容易产生振动，难以保证被镗孔的同轴度和圆柱度，为达到精度要求，采用调头镗孔工艺 ；挺杆孔采用钻-扩-铰工艺加工；缸体顶面装配时需要和缸盖鹏，加工要求较高 ，粗铣后采用较大的面铣刀-次走刀进行精铣；斜油道孔属于细长孑L，深径比较大，采用枪钻工艺加工。

4缸体加工工艺缸体加工工序安排的原则为：基准先行 ，先主后次，先粗后精 ，先面后：fLl。切削力大、夹紧力大和容易产生内应力工序安排在前段进行。另外，要尽量减少工件姿态变换和刀具换刀次数 ，从系统、集成观点出发设计物流系统 ，减少不同工序间的物流输送量。

缸体通常采用-面两销”作为全线加工的统-基准 。以精加工底面和其上两个定位销孔作为整个缸体加工的精基准，成为缸体加工选择精基准的通则。缸体粗加工基准和过渡基准始终以缸体毛坯缸孑L为首样准，这样可以保证缸体各相关平面和孔对缸孑L中心的正确位置，满足发动机各功能件的协调、运动、密封的要求 。

第-道工序加工粗基准 ，以毛坯缸孑L和底面为基准 ，加T左侧面及面上各孔。第二道工序以左侧面-面两销作为定位基准，加工缸体精基准即底面、定位销孔及底面其它各孔。缸体粗加工工艺流程 ，如表 2所示。

表 2粗加工工艺流程Tab.2 The Manufacture Process of Rough Machining工序 设备 定位基准 工序内容加 嚣瑟罕 牺精曩 面、孔OP20 卧加 左侧面及出砂孔OP30 卧加 底面-面两销OP40 卧加 底面-面两销OP50 卧加 底面-面两销OP60 卧加 后端面-面两销OP70 立加 顶面-面两销OP80 卧加 左侧面-面两销半精铣两底面、钻铰底面销孔、粗铣曲轴孔、铣开档、油槽、卡瓦槽半精铣顶面、半精镗镗缸孔、加工顶面螺栓孔铣两端面，粗扩凸轮轴孔、加工主油道孔加工右侧面及孔、半精镗凸轮轴底孔加工斜孔 、斜面钻、扩、铰授鼾 孔及加工底面孔精铣二底面及前后端面、精镩凸轮轴底孔、加工喷钩面孔粗加工后进行缸体的中间清洗 中间油道孔试漏、压装凸轮轴衬套和主轴承盖合盖鹏等辅助工作。精加工采用缸体底面面两销定位，首先加工止推面，粗镗凸轮轴孔、主轴承孔 ，精镗凸轮轴孔、主轴承孔，精铣顶面、精镗缸孔，铰顶面、两端面销孑L，然后进行4个缸孔的珩磨加工。精加工之后的辅助T序为：I 件清洗与吹干-压装堵盖-最终试漏-最终测量。

5工艺创新点5.1复合刀具的应用主轴承孔和凸轮轴孔采用组合式镗刀、结合面螺栓孔采用阶梯形钻头、挺杆孔采用钻扩复合刀具加工。复合刀具使得在工件-次装夹和刀具-次工作行程中完成多道工序的加工，消除工件或刀具的重复定位误差，提高加工精度、减少辅助时间、减少测量过程、提高加工效率。

52刀具在线监测和补偿刀具状态的精确监控是保证金属切削加工过程顺利进行的关键 。采用多传感器监测系统，对加工过程中的刀具状态进行在线监测和补偿 ，通过读取刀具的几何参量，完成对刀具预调初始点和刀形轮廓的测量，在加工过程中对刀具上的不同接触点进行补偿。

5.3缸体定位销孔的替代工艺研究定位销孔的孔心距公差要求较高，是加工工艺难点之-；并且当定位销孔的孔心距变化时，不便于混流共线生产。为此，采用面定位作为工艺基准，对工艺销孔进行替代。即利用缸体的右侧面(或左侧面)及其上的工艺凸台定位，将工艺凸台铣成相互垂直的角形 ，取消工艺销孔 ，既解决了工艺销孔中心距难于保证的问题，又使夹具便于零件的安装和产品的更换。

5.4柔性夹具的设计和应用柔性夹具可以满足不同型号的缸体在同-加工工序的有效定位和装夹，避免夹具的更换。根据所共线生产缸体的结构特点，机械 设计 与制造No.3Mar.2013选择共性结构特征 ，运用先进元器件实现柔性夹具研制，使产品型号更换后，通过柔性夹具组装和拼接，满足多品种缸体混流生(Yuan Wen-sheng.The renovation plan for 102 series diesel engine blocktransferline[D].Tianjin：TianjinUniversity，2003.)产的需要。 [5]周文.发动机缸体高速加工工艺设计与研究[D].青岛：燕山大学，20056结论通过分析发动机缸体结构特点、工艺技术要求等，深入研究缸体加T工艺，确定了缸体加工时的定位、装夹基准和加工设备以及缸体顶面、曲轴孔、凸轮轴孔和油道孑L等关键特征的加工工艺。依据缸体加工工序安排原则，采用先进加工工艺和优化的工艺路线，完成了柔性化、高精度、高效率、高可靠性的柔性生产线整体布局规划，满足了多品种、变批量、低成本的发动机缸体生产要求。