曲轴生产线柔性加工分析

刘俊伶 韦佳珍

【摘 要】曲轴制造水平是一个国家制造业水平的重要标志之一。目前，国内汽车发动机关键零部件主要制造技术装备依赖进口，而发动机曲轴加工的敏捷柔性生产线尚处于初期发展阶段，需要一个长期的技术积累和发展过程。文章通过理论结合工厂实践，以某曲轴生产线升级改造为例，探讨柔性生产相关问题，对其他旧生产线改造及新生产线建造有一定的指导意义。

【关键词】曲轴；生产线；改造；柔性

【中图分类号】U464.133 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）05-0116-02

0 引言

曲轴是发动机中最重要的部件，它承受连杆传来的力，并将其转变为转矩通过曲轴输出并驱动发动机上其他附件工作。曲轴制造精度要求高，生产线设备种类多，资金投入大，单工位设备功能单一；为满足日新月异的发动机产品需求，生产厂家需进行不同类型曲轴的共线生产，这就要求曲轴生产线具备一定的柔性生产功能。某公司在这一背景下对其发动机工厂曲轴生产线进行了升级改造，以满足新型号发动机曲轴的生产要求。

1 改造前生产线工艺特点

与其他轴类零件加工类似，曲轴生产工艺主要包括正常的车削、铣削、磨削、钻孔、攻丝、抛光，以及特殊工艺如动平衡、圆角滚压和表面热处理（主要针对钢坯曲轴）。该发动机工厂旧的生产线改造前主要生产1.5 L自然吸气发动机曲轴（代号B15），材料为球墨铸铁，设计年产量为35万件，整线节拍76JPH采用车-车拉工艺加工曲轴主轴颈，采用专用外铣床削工艺加工连杆颈，提高加工精度和生产率，节省投资；曲轴轴颈圆角沟槽采用滚压工艺且具有校直功能，减少了机床和工人数量，提高了生产率；曲轴止推端采用车削工艺，法兰面加工采取切入磨削，增加了生产柔性；曲轴主轴颈和连杆颈的精磨采用数控多砂轮磨削，降低了砂轮磨损，提高了生产效率，从而降低了工具成本；曲轴轴颈抛光采用“抱合式”抛光和在线测量，保证了尺寸精度、圆度和表面粗糙度。

生产加工流程如下：OP05曲轴上线→OP10加工两端面、法兰面，加工定位面、打标面，套铣芯轴、链轮，钻两端中心孔，钻和攻飞轮安装孔，攻芯轴端中心孔→OP15打标→OP20粗车、半精车主轴颈外圆及其油领、沟槽，车油封外圆及发信盘→OP30粗铣、半精铣连杆颈轴颈外圆、油领及沟槽，铣平衡块外圆→OP40滚压主轴颈和连杆颈沟槽→OP50钻主轴颈直油孔和连杆颈斜油孔→OP70测量和精车止推面，精车法兰端面，精车发信盘→OP75测量止推面宽度和轴向距离→OP80精磨主轴颈和连杆颈及芯轴→OP90精磨油封、轮毂外圆和法兰端面→OP100铣键槽、铰法兰端中心孔，钻/攻发信盘安装孔→OP110油孔去毛刺、通油孔、去键槽毛刺、去平衡块毛刺→OP120测量及校正动平衡→OP130抛光主轴颈及连杆颈、抛光油封及止推面→OP140最终清洗→OP150动态检具最终测量→OP155目检和曲轴下线。整线以机械手为纽带实现自动化加工，生产线布局如图1所示。

2 新旧产品差异

公司根据新产品开发需求，计划在此生产线的基础上进行改造，增加1.5 L四缸和1.0 L三缸增压发动机曲轴（代号分别为B15T和B10T）的加工要求，最终实现B15/B15T/

B10T 3种发动机曲轴的共线生产，并且产能不变。3种曲轴的主要差异点如图2所示。

3 改造技术要点

由于增压发动机升功率大，所以曲轴工作负荷较同排量的自然吸气发动机曲轴要大很多，要求增压发动机曲轴具备更高的疲劳强度，所以在材料选择方面，B15T和B10T曲轴采用锻钢毛坯，而在工艺要求上增加对主轴颈和连杆轴颈表面热处理，这2个方面的变更需要增加一定数量的新设备以满足工艺和产能需求；而旧设备方面需要更换夹具和添加新的加工程序。

在对旧设备的升级改造方面，轴类加工机床顶尖和夹爪作为最重要的夹紧定位机构，为兼容三、四缸曲轴的加工需要，要求机床头架和夹具基座要有更大的移动行程或者在机床内设置2套夹具，以适应不同夹紧位置（如图3、图4所示）。在顶尖方面，由于产品特征尺寸的差异及加工工艺的变更，不同设备顶尖的大小及形状也要进行相应改变，而机械手夹爪和中间托盘支架也需要重新设计以兼容三缸曲轴。

为适应钢件曲轴的加工和整线工艺优化需求，改造后的生产线将新增6款新设备，分别为质量定心机、卧式镗洗加工中心、数控铣床、数控油孔钻床、中间清洗机和感应淬火机。卧式镗铣加工中心是一种柔性化制造机械零部件的现代化数控机床，采用三坐标数控加工单元和高效精准的A轴或B轴旋转工作台，能快速地完成零件各种工位的加工任务，达到精密的尺寸要求。数控铣床是一种高柔性数控机床，缩短不同冲程曲轴的加工时间，提高生产效率。淬火机是一种采用中频淬火的现代热处理设备，实现主轴颈连杆颈淬火，回火，生产效率高，节省占地面积。质量定心机是一种测量曲轴毛坯的动不平衡量的设备，设备测量精度高，能极大地降低动平衡报废率。油孔钻是一种柔性化制造机械零部件的现代化数控机床，采用五轴联动能快速地完成零件各种工位的加工任务，达到精密的尺寸要求。曲轴中间清洗机，采用步伐通过式。设备采用一般清洗、定点清洗、高压风吹干等工艺，能有效地保证曲轴在此工序的技术要求。

4 改造后工艺流程

在进行一系列设备购买和升级改造后，新生产线工艺流程变更如下：OP05曲轴上线→OP10铣法兰和芯轴端面，铣定位面，钻法兰和芯轴中心孔，套铣油封和芯轴→OP15粗铣主轴颈和连杆颈，铣平衡块侧壁（针对钢件曲轴）→OP18激光打标→OP20精车主轴颈和沟槽，车第一平衡块顶部→OP30精铣连杆颈及铣平衡块顶部→OP40钻油孔，倒角及去交叉孔毛刺→OP45中间清洗→OP48主轴颈连杆颈淬火，回火及吹干（针对钢件曲轴）→OP50沟槽滚压校直→OP60重钻芯轴和法兰端中心孔，钻和铰工艺孔，钻和攻飞轮安装孔→OP70精车止推面和法兰端面→OP75测量止推面宽度和轴向距离→OP80磨主轴颈，连杆颈和芯轴→OP90磨油封外圆，法兰端面和小凸台→OP100铣键槽和铰法兰端中心孔→OP110去油孔，键槽毛刺→OP120曲轴动平衡→OP130抛光主轴颈，连杆颈，油封和止推面→OP140最终清洗→OP150最终测量→OP155下线。

由于是在旧生产线上进行升级且设计之初未预留有相应的改造空间，所以原有的生产線无法满足改造所需的布局需求，需将新生产线分为2个部分，搬迁部分旧设备与新增设备组成一条初加工线，而原生产线后半部分保持不变。经过优化后的生产线布局如图5所示。

5 结论

改造后，生产线总长增加约1/4，而粗精加工车间的分开对物流运输有一定的负面影响，会导致部分库存和物料运输的浪费。改造过程中由于涉及较多旧设备的搬迁，生产线的调试周期和花费的人力成本会增加，设备的稳定性也会受到影响，因此在整个制造业产品更新换代速度加快的大背景下，新生产线的建立需要充分考虑各类型产品柔性生产的问题，预留有足够的新产品保护空间，以缩短停线改造周期和节约改造成本。

参 考 文 献

[1]李海国.发动机曲轴制造工艺进展及敏捷柔性生产线[J].现代零部件，2006（6）.

[2]孙杰.浅议柔性生产线的产生与应用[J].科技资讯，2010（35）.

[3]红旗.应当发展柔性生产线[J].工程机械，1990（1）.

[责任编辑：陈泽琦]