福田汽车是一个善于总结和学习的企业，自成立以来，坚持走技术创新、市场创新、机制创新和管理创新之路，实现了企业的可持续发展。如今，福田汽车已具备整车四大工艺能力和发动机制造能力，去年商用车的产销量接近70万辆，发动机的制造能力也达到一个新的水平。未来，福田汽车将顺应行业发展趋势，快速响应市场多变的需求，努力降低制造成本，使产品更富有竞争力。为此，福田汽车为实现发动机柔性制造所采用的设备和大量的先进成熟的工艺方案等。

所谓柔性加工，可以表述为生产系统适应外部环境变化的能力，可用生产系统满足新产品要求的程度来衡量。依据柔性加工的内容及其特点，可用设备柔性、工艺柔性、产品柔性、运行柔性以及扩展柔性来概括。采用柔性制造加工可以实现及时生产，从而减少毛坯件和在制品的库存量；可以缩短生产周期，提高设备的利用率，从而减少设备数量和厂房面积；可以减少直接劳动力，同时提高产品质量的一致性。

随着科学技术的进步和社会经济的发展，市场竞争日趋激烈、产品寿命周期缩短以及更新换代加快，汽车企业要参与竞争采用柔性制造是适应这种转变的较佳选择。北汽福田汽车股份有限公司（以下简称“福田汽车”）经过17年的发展，已经具备整车四大工艺能力和发动机制造能力，去年商用车的产销量已经接近70万辆，发动机的制造能力也达到一个新的水平。在此，为大家介绍福田汽车为实现发动机柔性制造所采用的设备和工艺方案等。

设备和工具的选型

加工中心的特点是柔性好，产品发生变化时，只需要更换夹具、刀具，调整和编制新的加工程序即可满足新产品的生产。加工中心适用于复杂、工序多、精度要求高、需用多种类型普通机床和繁多刀具以及工装，经过多次装夹和调整才能完成加工具有适当批量的零件。其主要加工对象是箱体类零件，如汽车的发动机缸体、缸盖等。在加工中心上加工箱体类零件，一次装夹可以完成普通机床60％～95％的工序内容，零件各项精度一致性好、质量稳定，同时可缩短生产周期、降低成本。福田汽车下属的发动机厂规划的发动机缸体、缸盖生产线，由于其加工内容较多，加工中需要多次旋转，所以优先选择卧式加工中心进行组线，同时为了提高加工效率、实现高效加工，又选用了高速加工中心。进口的加工中心主要有日本大隈卧式加工中心、丰田工机卧式加工中心和EX-CELL-O的卧式加工中心，这些设备都四轴可控，三轴可联动加工。

刀具的加工效率与其加工的工件材料、机床功率、最大转速、机床以及夹具的状况和刀具的正确选用等因素密不可分。其中最为关键的是刀具的正确选用，这取决于技术人员对于所面临的工艺问题的综合分析、正确理解、判断以及找出最佳解决方案的能力。为了获得较高的产品质量，福田汽车的刀具采用了许多进口产品，主要厂家有玛帕、瓦尔特、山特维克可乐满以及肯纳等，刀具材料大部分采用硬质合金。在缸孔、曲轴孔和凸轮轴孔、气门导管以及气门阀座等精度要求高的部位还采用了PCD、CBN刀具。为保证产品的加工质量，提高刀具使用寿命，加工时大多数刀具还采用了内冷功能。以上设备和工具的使用，为福田汽车发动机的高效柔性加工提供了保证。

曲轴光整前后表面纹理对比（500倍） 

工艺柔性的实现

从加工工艺的角度来看，实现发动机零部件的柔性加工的能力，也叫工艺柔性。工艺柔性是指生产系统能以多种方法加工某一族工件的能力。工艺流程不变时生产系统自身适应产品或原材料变化的能力，以及制造系统内为适应产品或原材料变化而改变相应工艺的难易程度。工艺柔性在设备具备一定柔性的基础上，主要体现在工件的加工基准、加工夹具和加工刀具等方面。

加工基准要考虑设计基准与加工基准的统一，采用柔性线实现多品种产品的共线加工，在最初产品设计时，必须将不同产品的加工基准和设计基准做到统一，并在组成生产线的每台机床夹具上增加可调环节来协调缸体结构上的差异。发动机箱体类（缸体、缸盖）零件的结构特点为：粗基准一般采用六点定位原理，精基准采用“一面两孔”定位，箱体类零件精基准的选择要满足“基准统一”原则。发动机中的轴类零件的粗基准，选择靠近两端的轴颈，轴向定位基准一般选择中间主轴颈两边的平面；精基准的选择最重要的是中心孔，曲轴轴向的精基准一般选取止推面。

加工夹具是加工过程中工件定位夹紧的可靠保证，目前自动化程度稍高一点的生产线上均采用了专用液压夹具。采用液压夹具的优势是在定位和夹紧过程中夹紧力保持恒定不变，从而确保同一道工序下加工质量的一致性；在针对箱体类零件无法设定刚性支撑时，使用辅助浮动支撑油缸、转角油缸与浮动支撑油缸的组合均可保证夹紧工件不变形。

加工刀具是加工效率和质量的保证，为了充分发挥柔性线的作用，尽量考虑同一种刀具能更多地完成同一工件不同工序的加工，努力减少刀具库存量、限制换刀频率以及降低制造成本等；同时还要针对一些工艺难点，设计专用刀具、复合刀具或智能刀具，以解决加工精度和加工效率之间的问题。

柔性加工是一个系统工程，依据柔性加工的内容及其特点，对于发动机及零部件制造企业批量生产的生产线来说，可体现在生产线的系统柔性、设备柔性、工艺柔性以及运行柔性等几个方面，所以在追求柔性加工的过程中，要慎重考虑，整体策划。因而考虑柔性加工时，发动机及零部件制造企业要注意以下几点：

1.要考虑生产线的纲领，柔性加工特别适合多品种、中小批量生产，而当生产纲领比较大（超过30万），后续系列产品较少且产品比较稳定时，不太合适选择柔性加工。

2.在生产线规划阶段，要明确后期加工产品的范围及材料，确定机床加工行程范围、功率以及转矩等参数，以此整体考虑，满足加工产品对设备柔性的要求。

3.由于生产线产品较多，因而生产线工艺柔性非常重要，所以在前期策划生产线时要考虑采用工艺的柔性，以满足不同产品要求；同时产品的型号识别及防错非常重要，在工艺规划时应充分考虑，以便在产品设计时就给出明确标识。

4.运行柔性是指生产换型，对于生产线来说主要是夹具、刀具及程序的更换。当批量小、品种较多时，主要考虑采用快换夹具或者随行夹具来实现；刀具主要采用刀具寿命监控、备用刀具自动选择来满足；同时还要考虑其他辅助设备（如试漏、清洗等），可以采用随行夹具或多工位方式，通过型号识别、自动选择加工工位，实现柔性化。同时生产时应合理组织生产，毕竟每次换型都会有加工效率的损失，如首件检测等；尤其是在需要更换或调整的情况下，时间的损失及加工精度影响会更大。

发动机制造的设备及工艺

发动机是汽车的心脏，其产品质量的优劣直接影响整车产品性能和顾客对轿车的购买欲望。汽车企业要参与国际竞争，其发动机产品质量是关键。

福田汽车的发动机厂目前主要是自制比较关键的工件，如缸体、缸盖以及曲轴。由于其主要技术指标都比较高且直接影响发动机性能，为了保证相关技术指标，既满足柔性要求又满足产品质量要求，我们主要采用了以下设备和工艺（其中，加工中心已经在设备和工具的选型中做了详细叙述，在此不再赘述）：

1.缸孔平台珩磨机

缸孔作为发动机完成燃料压缩、燃烧及爆发做功的能量转换室，与活塞形成发动机的最为重要的摩擦副，承受着各种载荷和温度的剧变，因此缸孔加工工艺的选择将直接影响到发动机的功率输出、机油消耗、尾气排放及发动机的可靠性。

采用平台珩磨的显著优点如下：良好的表面耐磨性；良好的油膜储存性，可使用低摩擦力的活塞环；降低机油消耗；减少磨合时间（几乎可省掉）。平台珩磨一般分为三个阶段（或称三个工序），粗珩、精珩（表面基本结构加工）和平台珩，从而形成理想的缸孔表面，经平台珩磨的缸孔表面粗糙度很高，同时又具有较高和较好的支承率。

2.曲轴孔铰珩珩磨机

曲轴孔是多档的间断长孔，其尺寸精度、圆度、同轴度以及表面粗糙度均有严格要求，为保证同轴度的要求，曲轴孔一般采用铰珩工艺。铰珩工艺的关键在于其铰珩珩磨头和实际铰珩过程，铰珩珩磨头已事先设定到工件所要求的最终加工尺寸，一般铰珩的切削过程只需要1～3个往复行程即告完成。通过铰珩后的曲轴孔与轴瓦的钢背贴合非常好。

3.曲轴CNC内铣

曲轴CNC内铣加工性能指标要高于普通外铣加工，尤其是对于锻钢曲轴，内铣更有利于断屑。使用内铣的主要特点为：生产效率高、加工精度好、适用范围广和柔性好。目前，福田汽车使用了德国HELLER公司开发的数控曲轴内铣机床，其主要功能特点是：工件两端电子同步电动机旋转驱动，铣刀跟随连杆颈铣削；对于锻钢毛坯，选用CNC内铣工艺更有利于断屑。

4.加工中心上采用专业刀具复合加工气缸盖气门座、气门导管孔

气门座圈和气门导管的加工是整个气缸盖机械加工的关键，其加工精度对发动机的性能有着重要影响。

为保证气门座圈工作锥面对导管孔的跳动、气门座锥面表面粗糙度、气门导管的直线度以及对其外圆同轴度的影响，需要从气门座圈与导管孔底孔的加工、专用复合刀具的采用、刀具材料的选择、冷却方式、切削参数等影响因素来控制满足加工工艺要求。在福田汽车，气门导管、气门座安装孔的加工采用硬质合金复合镗刀一次加工来完成。

5.加工中心上加工气缸盖凸轮轴孔

气缸盖凸轮轴孔的直径公差、圆度、表面粗糙度、同轴度以及孔位置等精度要求都很高，加工难度大。如果5个同轴的凸轮轴孔从两侧加工，加工时，机床回转工作台（B轴）需带工件回转180°。由于工作台回转后存在误差，无法保证凸轮轴孔的加工精度，因此我们采用了长刀杆，从缸盖一端进刀一次加工完成5个孔。

6.曲轴光整机

经过盐浴处理的曲轴的表面粗糙度差，为提高表面粗糙度等级，去除曲轴表面的尖角毛刺、棱边倒圆等可以采用曲轴光整机器来实现，经过光整处理的工件不会产生变形，不改变原有尺寸精度等级，但提高了表面粗糙度等级，满足了产品要求（光整效果见图曲轴光整前后表面纹理对比）。

8.机器人高压去毛刺机

毛刺是金属切削加工的必然产物，难以完全避免。毛刺的存在，不仅影响产品的外观，而且影响产品的装配、使用性能和寿命。随着高科技的发展、产品性能的提高，对产品质量的要求越来越严格，去除机械零件的毛刺就愈加重要。让机器人按给定轨迹运动利用高压水射流去除机械零件加工毛刺，合金及铸铁件外壳的飞边毛刺，高效节能、洁净环保且无化学污染。

结语

“专业成就优质，严谨铸就品质”，经过精密策划和严格运作，福田汽车生产的发动机以动力强劲、运行可靠及维护成本低等特点，得到市场广泛的认可。