本文主要介绍了现代发动机制造的特点，并对实施柔性工艺时容易产生的误区进行了解析。以海马发动机工厂的N系列和M系列两个不同平台的产品实现共线生产为典型案例，从多方面为读者阐述柔性制造理念，分享经验。

现代发动机柔性生产线是以加工中心为主的组线单元，配置自动快速换刀机构和HSK高精度刀柄，配置液压自动夹紧夹具；上、下料机构采用人工方式、桁架机械手或者机器人，物流系统可以采用输送辊道方式；清洗机、辅机和测量机的设计也逐步向柔性化发展。设备采用模块化、标准化集成思路，与工件接触的工装部分采用快换技术，例如：缸体、缸盖线试漏机采用夹具整体更换技术实现柔性；涂胶压堵采用机器人的方式，也是柔性思想的体现。质量检测采用以CMM为主的控制手段，减少专用检具的配置。柔性制造技术主要还是表现在产品变型以后，生产线改造变动比较方便，省时、省力更省成本。但是柔性是相对的，考虑柔性必须兼顾效率和成本，同时对未来的产品发展要有一定的前瞻性。

共线生产是指不同的产品在同一条生产线上实现平衡生产，保证一定的质量水平和效率水平。柔性制造技术的使用是共线生产的必要条件，并不是采用了柔性技术使所有的产品都能够实现共线的，所以共线生产还需要产品的统筹规划。同平台的产品共线的成本与难度比不同平台的产品共线成本要低得多。缸孔中心距是发动机产品平台划分的重要参数，海马发动机N系列的中心距为83mm，M系列的中心距为76mm，差别较大。海马发动机工厂的N系列和M系列两个不同平台的产品实现共线是典型案例。

图1  敏捷柔性生产线与刚性生产线设备投资比较

实现柔性工艺的要点

要想设计先进的柔性生产系统，必先考虑设备选型、产品平台化设计、工艺柔性化以及工装夹具设计模块化，柔性化较难实现的清洗工序、涂胶压堵工序、拧紧工序均可以考虑伺服定位设计或使用机器人。

柔性加工工艺技术的突破推进了柔性制造的发展，例如：工件精度要求较高的加工部位，以前需要采用专机加工保证精度，现在完全可以在加工中心上采用特殊的刀具实现；缸体曲轴孔止口定位面和开档面的加工，以前专机加工采用拉刀和串刀来保证止口定位面的宽度和开档面的位置及宽度的精度，现在可以在加工中心中采用轴肩铣刀和玉米铣刀利用插补加工完成，同时可以使用Renishaw测头进行在线测量补偿。

发动机的排放和性能，在3C件中与缸盖关系较大，发动机在排放升级时，缸盖变化较大，所以在缸盖工艺设计时充分考虑产品变型的余地，例如：VVT油孔角度多为空间孔设计，部分工序需要选择A/B复合转台加工中心以满足5轴定位加工，以适应缸盖变型需求。精铣燃烧室面机床配备主动测量装置并实现加工的自动补偿；阀座导管精加工采用复合刀具，充分保证精度和加工效率；凸轮轴孔精加工采用自导向复合刀具，都是体现缸盖柔性加工工艺的案例。

图1所示为箱体类零件，发动机缸体缸盖线生产规模与投资的关系。对于加工铸铁件，其合理纲领约为150000件/年；加工铝合金件，其合理性纲领约为250000件/年。这说明用敏捷柔性生产线，在其合理性纲领条件下，比传统的刚性生产线更经济。但是，对于产量较大的零部件生产企业而言，根据纲领采用刚性生产线的也比较多。

由于受到排放法规不断升级的压力，发动机产品的寿命周期逐步缩短，发动机主机厂目前比较流行采用柔性生产线，即“一次规划、分步实施”，可以降低投资风险和迅速适应产品变化。

当前发动机及零部件企业追求柔性生产，要根据企业及生产产品的特点，统筹考虑规模、投资、产品质量保证、工艺稳定性以及生产线嫁动率等要素。柔性生产是相对的概念，而且生产柔性和生产效率、质量保证和工艺稳定性是相互影响的，企业不要一味追求柔性，需要兼顾其他因素。当前装备行业也在发生着有趣的变化，传统的专机生产厂家朝着专机柔性化路线发展，现代的加工中心生产厂家朝着专机化方向演变。这也充分说明了柔性是相对的。

实现柔性加工的解决方案

柔性生产对夹具快速换型要求很高，下面为大家介绍一下KPCS技术的应用对于提升生产线换装效率的意义。KPCS来源于丰田的（JIT）及时生产理念，通过在夹具底板和设备工作台之间安装高精度锥销定位系统实现夹具快速定位和夹具快换（重复定位精度可以达到0.003mm），节约了传统方法中换夹具需要调整夹具、找正夹具的时间，是一种高精度、高效率的夹具快换系统。对于需要生产频繁换型的生产线非常实用，我们通过图解说明了解KPCS快换系统的基本原理（见图2）。

图2  装有KPCS系统的夹具底板和工作台的配合总成

接下来，为大家介绍一种适用于小批量多品种的柔性制造单元（见图3），其每个单元可以带多个夹具拖盘，以满足不同的加工姿态和加工内容，加工程序预先编制和调试完成，配备足够数量的刀具库，同时每个夹具带有识别系统，根据夹具识别工件状态自动调用加工程序进行加工。根据该单元的设备配置可以是MC，也可以是车铣复合加工中心，用来加工箱体类和轴类零件，有的甚至可以配置珩磨头进行缸孔珩磨加工。

图3  柔性制造单元

案例解析

缸孔中心距是发动机产品平台划分的重要参数，海马发动机N系列的中心距为83mm、M系列的中心距为76mm，差别较大。这种平台差别比较大的产品实现共线，有一定的技术难度。缸体线我们选择的粗基准为缸孔和瓦盖结合面，由于缸心距差异，我们采用了KPCS快换系统整体更换夹具来实现柔性共线。其他工序，我们尽量选择共用圆销，更换棱形销，更换部分导向杆、压杆、压爪以及定位块实现柔性换型；珩磨机我们采用了伺服调整中心距，自动调整珩磨头间距实现柔性加工；清洗机、压堵等采用双工位布置，试漏机采用整体更换模块化夹具实现柔性；缸盖线加工工序的柔性共线解决方案与缸体类似。

由于我们大部分的过程控制采用CMM测量，换型后的首件精度确认需要花费很长的等待测量时间。我们在品种换型时，工装的切换可以在30min内完成，但是等待各工序的精度确认的测量时间，几乎需要一个班次。我们可以通过生产换型摸索，总结如何迅速判定换型精度“OK”，例如：适度的采用一些专用检具，减少CMM测量时间；重要工序换型后精度稳定性统计分析，根据能力指数，采用边加工边测量方式，减少等待测量结果判定时间。总之，对于我们而言，如何减少品种切换带来的生产损失，一直是我们生产研究的课题。