混联加工系统生产DD15发动机

作者：Jim Lorincz 薛儒 编译    来源：机电商报

欢迎访问e展厅 展厅 1 加工中心/FMS展厅 车铣加工中心, 铣削加工中心, 钻铣加工中心, 镗铣加工中心, 五轴加工中心, ... 在五年前，德国戴姆勒集团公司花费15亿美元，在底特律柴油机厂（在美国密执安州的Redford）为美国大型运输公司开发生产出一种型号为DD15的新重型卡车柴油发动机。据称，新的重型卡车柴油发动机以具有直列6缸、14.8L排量、能极大地提高燃料效率、增大输出功率，同时降低有害的尾气排放为主要特点。 “DD15卡车柴油发动机是戴姆勒集团公司为全球用户新开发的三种排量不同的重型卡车柴油发动机系列产品中的一种。在DD15发动机产品设计中，体现出两大特征：一是将包括DD15发动机在内的三种重型卡车柴油发动机系列产品零件，设计成能在一个机床或一套柔性生产线内实行零件交换，而无须转运至其它机床上加工；二是运用了同一台发动机可以在全世界的多个地方加工即全球生产新概念（故被称为世界发动机）。”底特律柴油机厂制造工程总监Joerg Sieverding说。 “根据全球生产新概念以及整体费用成本（ TCO ）的考虑，戴姆勒集团与用户签订了有关的制造合同。其中的整体费用成本不仅包括通常费用项目，如资本、备件、水电和劳动工资，而且还包括维修和保养在内的长期消耗费用。”Sieverding解释。 在DD15发动机生产中，只有个别零部件，选择在欧洲生产。大多数零部件诸如发动机机体、缸套、连杆、气缸头部和轴承盖等主要零件的生产，以及发动机整机装配和测试，都按排在美国底特律柴油机厂进行。 以下介绍美国底特律柴油机厂生产DD15的重型卡车柴油发动机概况 “我们为DD15发动机制造选择加工系统，包括首先考虑选早期参与合作的 Heller公司-一家著名的交钥匙工程供应商。我们实际上与Heller公司进行了同步工程制造。并对其整个加工过程的成本效益进行了评估，”底特律柴油机厂制造工程部经理David Mitchell介绍，“为提高加工柔性，我们进行了五个加工方案的认真的比较、分析、论证，最后协商一致的选择是采用由多台大型 MCH-400DHMC、几台可换主轴头的 CNC 加工中心、几台专用机床和一套Heller高柔性生产线（FST）组成的混联加工系统，对三种不同规格的发动机进行高效率低成本机械加工制造。 “由Heller公司提供的混联加工系统所具有高柔性高效率等优点，尤其是可进行零件大、小批量生产的技术优势，对用户具有极大的吸引力。混联加工系统使我们能够管理好我们的资本投资。根据生产需要，开始可进行少量零件加工，充分发挥混联加工系统的高柔性作用，以提高用户的有限资金利用率。”Mitchell说。在开始的一期工程中，大约有25台加工中心在工作，在二期的扩建工程中，增加了16台Heller MCH-400D HMC，使生产效率提高2倍以上。后面的第三期计划，将继续为减少零件装夹时间，增加加工中心和装卸机器人台数，以获得更大的生产能力。 “在混联加工系统上游工序加工中，为加工中心以及专门用机床都设计配备了龙门式装卸器自动上下零件。” Mitchell说。 在混联加工系统的高柔性生产线上加工，发动机机体零件的定位、夹紧，只需在同一台机床甚至同一个夹具上进行。因而可进行零件的大批量生产。DD15发动机机体是第一个在Heller高柔性生产线上加工，接着是DD13发动机机体。 Heller MCH-400D HMC是Heller高柔性生产线的最主要的加工设备。据介绍，它以配备有可双向回转工作台，可进行5轴联动加工为主要特点。能加工体积为1400 x 1000 x 1250 mm和直径为1676mm，长为1448mm的大型零件，还能快速对最大重量为4000 kg的大型棱柱型零件进行自动装卸。而DD15铸铁发动机机体重量只为 544kg。MCH-400D HMC设计了大刚性整体式铸铁床身，和热量对称分布的龙门式立柱。机床加速度4.0 m/s2 ，快速进给速度为40m/min，提供快速切削和零件的精确定位。 在底特律柴油机厂进行DD15发动机生产的第一道工序加工，是使用混联加工系统中的Heller MCH-400D HMC加工曲轴不同半径的偏心轴颈。粗铣曲轴前后端面、发动机底座上下平面和轴承盖上平面和钻通油孔。。 第二道工序，使用可换主轴头的 Heller HCS 450 D加工中心，多刀排铣加工发动机机体隔板。在同样加工部位，由FST面铣发动机机体的“支耳”后面。这里的一个关键性加工是使用一个可摆动主轴头，对零件进行平面铣削。“ Heller还采取的一个解决办法是在零件关键性部位的加工中，使用了可换刀具技术，对零件进行粗铣 ，”Mitchell说，“能在加工过程中，对刀具实行更换，使在不停机情况下连续进行切削，极好地增加了机床的有效运行时间。而在一般机床上加工，都需要停机，才能够换刀，使机床的无效时间增长。” 在接下去的6道工序加工中，均是在一台可换主轴头的 CNC 5轴加工中心上进行。使用Liebherr龙门加载机，直接自动加载和卸载零件。先对汽缸内孔进行粗镗加工。接着的一道工序是，“使用由Heller提供的一个能通过主轴带动的U轴刀具驱动装置的标准型加工中心，对水套进行切槽加工。 下几道工序加工，将又在 MCH-400D上进行。需在汽缸盖和发动机底座端面钻孔、攻丝，精铣底座和轴承盖的安装面。接着枪钻多处润滑油孔和精铣侧面凸台。 再下一道工序，枪钻轴承盖油孔，钻削底座端面孔、攻丝和锪孔。在序号为70的加工工序中，在机体零件的左右侧面钻孔、铰孔和攻丝。在后面工序中，钻削机体前、后端面诸孔、攻丝和铰孔，最后用可倾斜的球型铣刀在孔口倒出45°角。 其余的加工在Heller高柔性生产线上进行。使其能在高柔性条件下提高生产效率。目的主要是利用和发挥Heller高柔性生产线高柔性、能根据零件加工需要组装出不同用途和结构的FST的技术优势。各机床组件之间的联结接口，都有标准件提供，大大减少机床的制造成本。 使用FST的好处还包括最初的投资和重新构建FST成本优势、缩短加工及零件周转时间、节约场地占用面积，提高加工系统的可操作性。一旦编制完设计好的加工程序，将会很快重新构建成新的FST，对零件进行加工。并使其满足TCO要求。TCO不仅考虑到初始投资成本，而且还包括整个寿命期内设备的维修和保养费用。 在后面的几道工序加工中，包括对曲轴孔进行精加工，精铣曲轴前端面；变换机体零件到MCH 400D HMC上，进行下一道工序加工：进行精扩孔、铰孔、法兰盘端面精铣和测量。 最后的几道工序又是在 FST上精加工：汽缸内孔、端铣机体“支耳”后面，加工水道槽。如此这般，加工完所有发动机所有零件，然后进入装配。 为工作方便，发动机装配区按排在加工区附近。干燥清洁的加工环境对保证产品质量至关重要。为防止空气污染，所有机床都设计安放在密封空调工作间。每个机床都有装有离心泵及时打出冷却液冲走碎屑至中央冷却系统。不允许工作间有超标的烟雾产生，一般都装有吸尘吸烟器，保证高净化空气环境下，进行高生产效率加工。 经几年的生产实践证明，采用混联加工系统加工，的确是高柔性高效率经济生产DD15等重型卡车柴油发动机的极好加工方案。

文章内容仅供参考 (投稿) (4/20/2009)