发动机气缸体加工

混合式加工系统可以让汽车零部件制造商随着需求的增加逐渐提高产能，而不会打乱整个工厂的生产节奏。

参观任何一家汽车生产工厂，你一般会看到一些常见的生产设备，从组合机床到柔性化的加工中心系统。现在，一种新的加工系统正在汽车生产车间中悄然出现。

柔性混合式加工系统由灵活的组合机床和重型卧式加工中心组成。加工中心在该系统中主要完成大部分的加工任务，而其他专用机床主要负责一些关键的精加工。

混合式加工系统的最大好处就是可以让制造商随着需求的增加逐渐提高产能，而不会打乱整个工厂的生产节奏。此外，制造商还可以很好地控制设备的投入，以较低的产能开始工厂的初期运转。这就是密歇根州Redford地区一家戴姆勒公司——底特律柴油机公司（Detroit Diesel Corporation）所采取的策略。

Heller机床公司提供的混合式加工系统帮助底
特律柴油机公司提高了柴油机气缸体加工的效率

针对其新型DD15重型发动机平台，底特律柴油机公司分三个阶段共投入几百万美元，购买了柴油机气缸体的加工设备，其中即包括一个混合式的加工系统。这种全自动龙门加工系统负责加工该工厂1200磅特殊牌号的铸铁柴油机缸体，共分十个加工步骤，完成后即可进行组装。整个加工系统包含几台重型卧式加工中心、一个可更换刀头数控加工中心和一些灵活的组合机床。通过该系统，底特律柴油机公司可以在不对设备进行调整的情况下生产多达32种不同的发动机型号。

在项目启动初期，底特律柴油机公司产品开发部认为有必要在所有型号的缸体上都确定下来相同的定位和装夹点。最终，他们从加工的可行性上设计了DD15发动机。

为了推进该项目的进展，底特律柴油机公司还与Heller机床公司建立了合作。底特律柴油机公司生产管理经理David Mitchell表示，Heller公司在整个项目中扮演了重要的角色，尤其在具有相同定位和装夹点的11L、13L和15L发动机加工可行性的设计上起到了不可或缺的作用。以上这几款发动机缸体都可以采用相同的夹具，这对同一型号产品产量的管理非常关键，同时还可以让底特律柴油机公司在同一生产线上生产不同型号的产品。

该混合式加工系统中最主要的设备是Heller MCH-400D卧式加工中心，可以在同一加工系统中针对棱柱形工件直接上下料。这款设备的加工区域可以容纳1.45米长直径达1.68米的加工工件。

在发动机缸体第一步加工中，Heller加工中心对曲轴半圆孔进行铣削，对前后面、底面和轴承盖面进行粗铣，还负责钻孔。然后Heller HCS 450D采用组合铣刀对发动机缸体隔壁进行铣削。在混合式加工系统的同一区域，一台Heller柔性自动生产线紧接着对缸体耳轴的后端进行面铣。在这一关键加工操作中，采用角度头端铣刀。

汽车制造商越来越多地采用数控加工中心（上）和
组合机床（下）来进行发动机的生产，前者可以满足
于需要经常变动的加工，而后者用于改变不多的加工。nextpage

Mitchell表示，Heller加工系统的一个好处就是在缸体隔壁粗铣这一关键加工中采用了可更换刀头的铣床。这样在进行刀具更换的同时机器还可以继续运转，这样就增加了生产效率。Mitchell还表示其他设备供应商曾经建议采用一种专用设备，但是在更换刀具时还是要停掉机器。

接下来的六个缸体加工工序由卧式加工中心完成，由Liebherr龙门吊完成上下料。为了保证公差和工件的规格，Heller采用了将尺寸较大的棱柱形缸体工件摆放到加工中心中按顺序进行加工的方式。

接下来，缸体工件被输送到另外一台MCH-400D机器上进行气缸水套的精加工、气缸头和法兰面的粗铣、法兰孔径的平底镗钻、以及气缸内径的粗镗。

关于气缸内径粗镗的加工，Mitchell指出Heller公司提供的标准加工中心带有一个U轴刀具激活装置，可以对缸体水套进行底部切削。他指出其他供应商的设备没有提供这样一个功能。

接下来，一台MCH-400D设备在气缸头和底面镗孔并攻丝，然后对底面和轴承盖安装端面进行精铣，接着枪钻主机油孔并对侧端衬套进行精铣。

接下来，机油孔通过枪钻方式完成，底面完成钻孔、攻丝和平底扩孔镗钻。在Op 70工序中，缸体左右两边完成钻孔、铰孔和攻丝。在该系统的最后一个加工区域，缸体前后面完成钻孔、攻丝及铰孔，此外采用角度头球头铣刀进行倒角加工。

Heller柔性自动生产线接下来完成余下的加工。自动生产线采用柔性化的可配置设备单元，安装在标准的设备上。Heller将这些单元的界面进行了标准化，这样与工件相关的单元，如刀架和夹具，在整个加工过程中都可以得到使用。此外这些自动生产线还有一个特点就是采用了自供给的控制站，采用分散控制原则。

Heller公司的柔性自动生产线的设计理念是可以通过程序的设定对机床进行重新配置，这样可以给用户带来较低的整体拥有成本。Heller表示，整体拥有成本不仅要考虑设备最初的资产投入，还要考虑整个使用周期内设备的维修和保养成本。而且减少停机时间也非常重要。

在缸体加工的倒数第二个工序Op120中，柔性自动生产线采用同轴多孔镗杆对曲轴孔进行精镗而获得推力轴承面，同时完成对孔径直径的测量。另外一条柔性自动生产线对缸体前端面进行精铣加工，接着传送设备将缸体输送到下一个加工设备——MCH-400D，对法兰端进行平底镗钻、铰孔并测量。

在最后一步工序中，柔性自动生产线对缸孔进行精加工及测量，对耳轴进行端面铣削，同时加工出水槽。至此，缸体即可进行组装了。

据底特律柴油机公司制造总监Joerg Sieverding表示，公司发现他们的组合加工线与Heller系统相比，不仅在柔性生产方面，在整个车间环境方面也有很大的差异。

“缸体加工区域的污染越少越好，因为发动机组装就在Heller加工设备的边上。我们以前从来没有想过要这么做。但是所有设备布局都非常紧凑合理，”Sieverding说。

Mitchell还表示将加工和组装放在同一区域从长期来看也会带来好处。整个布局可以节省时间，组装人员站在其工作位置就可以看到缸体是否在加工，因为他们可以看到缸体在生产线上的情况，相距大概只有40-50米，测量站也抬头即见。此外，所有操作人员都在统一站在设备的一侧，减少了叉车进入生产区域的次数。

底特律柴油机公司与Heller的合作卓有成效，这主要在于双方进行了深入的沟通和交流。“达到这样的效果，你需要一个愿意帮助你设计出满足你要求的合作伙伴，一个愿意提出建议的合作伙伴。”Mitchell由衷表示。

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发动机气缸体加工

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