发动机生产线的选择

作者：保定长城汽车技术研究院 高德录

欢迎访问e展厅 展厅 1 发动机展厅 汽油发动机, 柴油机, 船用柴油机, 天然气发动机, 气缸及部件, ... 一条现代化的发动机生产线，要保证产品的技术要求，就要做到高精度；要有效地控制产品精度，就要做到高质量；要确保生产节拍，就要做到高效率；要有利于改型换代，还要做到高柔性。但以上这些条件还不够，一条精益生产线还要做到投资合理，运行成本低廉，开工率高，使用寿命长。如何能使新生产线具有高效率、高精度和高质量的保证能力，成为每一位生产线规划者必须着手解决的课题。 调研考察的必要性 生产线规划的实质就是设备选型。由于设备选用的不同产生了刚性生产线和柔性生产线之分。究竟选择什么样的设备，大量的学习和调研考察十分必要。在实地考察中我们发现，有的企业将普通磨床用于曲轴精磨，虽然一时节省了成本，但是调主轴、修整砂轮耗费了大量时间，而且始终难以保证稳定的磨削精度，致使一条投资几千万元的生产线一直不能稳定地投入批量生产；虽然某些国产设备同国外设备相比价格便宜，但经常出现故障，影响到整条生产线的运行；也有的企业引进先进的珩磨工艺和高品质的珩磨机，提高了缸孔精度，延长了缸孔寿命，降低了油耗，提高了发动机的功率和扭矩。 通过一系列的调研考察，我们了解到了最先进的发动机加工工艺和最新的加工设备，如缸体/缸孔粗珩、精珩、滑动珩，珩后精度可达0.006mm；数控曲轴磨床、CBN砂轮、连杆径随动磨削，四缸曲轴九个轴径一次完成精度达到0.002mm，粗糙度Ra0.02；数控凸轮轴磨床和CBN砂轮可将凸轮轴毛坯直接磨削成型。 设备选用三原则——好用、够用、适用 所谓好用是指设备要先进、成熟、可靠，设备要先进，更要经过市场检验，获得用户认可。 所谓够用是指立足于产品精度和生产纲领，满足需要即可。生产线上各工序的加工内容不同，加工精度也不同，如果设备都具有相同的或相当高的配置，必然造成资金和技术的浪费。 所谓适用是指要适用于所加工的产品；适用于所在的工作环境，如温度、湿度、噪音等；适用于工厂的习惯，如工人的操作习惯、设备维修习惯、备件选用习惯等。 综合考虑设备故障率和整线寿命 设备故障率影响生产成本和产品产量，尤其是当整线由不同厂家的设备组成时，设备故障率就更加重要了。例如，人们往往认为粗加工的精度不高，选择一般厂家的价格便宜的设备就能够满足要求。实际上，恰恰因为这个“一般”厂家的设备故障率高，使得整线开工率大大下降，成为整条线的“水桶短板”。 我们在规划发动机生产线时，没有仅把单机价格作为评判标准，而是充分考虑了机床的加工工艺参数和加工效率，仔细进行了节拍计算。价格便宜的机床，往往加工工艺参数低、节拍长、设备台数多。我们曾就不同厂家的预报价格作过比较，预报价时“Ｄ”厂的单机价格只是“Ｈ”厂的36%，大家都认为“Ｄ”厂设备便宜，有优势。但是组线下来，“Ｄ”厂需用设备24台，而“Ｈ”厂只用9台，全线价格之比变成了96%。如果综合考虑操作者人数、占地面积、耗电量等因素，“Ｄ”厂单机价格低的优势反而变成了劣势。 伴随故障率而来的是整线寿命。高开工率造就了设备的高寿命，反之，高故障的设备则意味着短命，而整线寿命是由其中寿命最短的设备决定的，即生产线寿命的“水桶短板效应”。所以规划生产线时要把握全局，全线考虑，确保整线设备都有较高的开工率和较长的寿命。对于确保关键参数的把关设备，更不能有半点含糊，要坚决采用过得硬的设备。 配置决定精度、质量、效率和寿命 高质量的配置造就了设备的高精度、高质量、高效率、高寿命。 1、电主轴 主轴是机床的核心。电主轴将机床主轴与主轴电机一体化，减少了传动链，实现了高效传动。电主轴自带冷却循环系统，高速旋转保持恒温，可在20～25℃间设定，精度可达0.7℃，油雾润滑，使主轴免维修、长寿命、高精度。 2、高速精密轴承 高速精密轴承决定主轴的寿命和负载容量。目前，比较先进的高速轴承有磁悬浮轴承、液体动静压轴承和混合陶瓷轴承。磁悬浮轴承利用电磁力将主轴无机械接触地悬浮起来，转速可达4.5万r/min，功率可达20kW，易实现实时诊断和在线监控，是理想的支撑元件；液体动静压轴承采用流体动静力相结合的方法，将主轴支撑在油膜中旋转，径向和轴向跳动小，刚性好，阻尼特性好，寿命长，不足之处是无通用性，维修、保养困难；氮化硅材质滚珠、轴承钢材质内外环制成的混合陶瓷轴承在高速旋转时离心力小，温升小，寿命长，最大功率可达80kW，转速高达15万r/min，标准化程度高，便于维修，价格低，是目前在高速切削机床上应用最多的轴承。 3、高速伺服系统 高速伺服系统确保了高速度、高精度切削。直线电机伺服系统是由直线电机将电能直接转化成直线机械运动的动能的推力系统，将机床的进给传动链长度缩短为零，动态响应敏捷，传动刚性好、精度高、噪音低，是加速度大于1g的伺服系统的优先选择，只是成本较高。滚珠丝杠传动系统是目前应用最多的高速伺服系统，新一代的精密高速滚珠丝杠付、丝杠空心强冷、丝母强冷，丝母同空心的伺服电机转子刚性联接，一边高速旋转，一边快速移动(或由丝杠做直线运动，V=120m/min，g=1)，具有结构紧凑、驱动惯量小、噪音低、振动小、热变形小、动态特性好等优点。 4、CNC控制系统 优秀的CNC控制系统能充分发挥高速切削机床的良好性能。高速主轴、高速伺服系统需要高速度、大容量的控制系统，它运算速度快，精度高，快速响应能力强，无漂移，从而使机床具有优异的动力学特征，达到高线性加工精度和高轮廓加工精度。目前，市场上占统治地位的高速度、大容量的CNC控制系统有德国的Siemens840D和日本的Funuc180iMB系统等。 刀具的选用 当确定好机床设备后，就要着手进行刀具的选择。刀具选择的一个重要原则就是要充分发挥高效机床的性能和效率，避免机床在低速、低效状态下工作。低效状态下工作，高的设备折旧造成生产成本居高不下，导致产品缺乏竞争力。选用高速、高效刀具不要怕贵，既要着眼于刀具的单价，更要着眼于刀具的切削效率和寿命，将单价、效率、寿命以及缩短辅助时间等因素综合起来考虑。选用高速、高效、高寿命的刀具单件产品，其综合生产成本可能更低。 据相关资料显示，发达国家平均刀具费用占生产成本的4%左右，降低刀具费用30%可降低单件产品生产成本1%，提高刀具寿命50%也可以降低成本1%，而提高效率20%可降低成本15%。所以，高效切削刀具是提高生产效率、降低生产成本最活跃、最有效的因素。 物流及工位容器 生产线的物流应简洁、流畅，确保生产节拍，不出现物流中的产品损伤。生产线涉及三种物流，一是毛坯物流，定时定量将毛坯送到生产线；二是成品物流，将生产线的成品定时定量送到装配线的相应装配工位，确保装配节拍；三是加工过程的物流，加工过程中产品由滚道按节拍由上工位输送到下一工位。 为确保物流可靠，应配有必要的工位容量，工位容器应容量适当，结实可靠，方便装卸，利于物流，并适当地配置智能料架和料盒。 全面、全员、全过程的质量控制 生产线的质量控制主要是在加工过程中由设备进行控制，也就是要树立好产品是加工出来的，不是检出来的思想。对于重要参数和关键参数，设备要有在线自动检测、修正补偿功能，确保重要参数、关键参数达标。对生产线的设备要全员参与，进行全面的、全过程的管理、维护、保养，使设备始终处于良好运行状态，这是实现上述思想的关键环节。设立必要的检验工位，进行工人自检、检验员抽检、巡检，避免不合格产品流入下一工位。设立最终检验工位，用高精度的综合量仪对重要参数、关键参数进行最终检测、打标。进行全线数据的采集、存储和追踪，以便于质量分析、改进及问题的处理。 生产线的平面布置 生产线在厂房内的平面布置，通常是装配线同机加线垂直布置。布局应间距合理，疏密得当，方便操作，有利物流，适于维修，便于管理。装配线一般是环型或一字型布局，而机加线常按U型、S型或一字型布局，还要根据生产线的大小、长短、产量、厂房的格局等具体情况而定。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (3/26/2007)