在“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项（以下简称“04专项”）的支持下，一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂牵头，联合大连华根机械有限公司、同济大学、大连理工大学和大连新宇科技开发有限公司一起，共同承担了“锡柴重型柴油发动机缸体、缸盖柔性加工生产线示范工程”课题。该课题的主要目标是，建设基于国产高档数控机床的重型柴油发动机缸体、缸盖柔性加工生产示范线，对04专项成果——精密加工中心以及共性技术等进行集成性批量示范应用与验证，以此掌握并完善重型柴油发动机缸体、缸盖的加工工艺及关键制造技术，提高国产装备的应用率、可靠性和精度保持性，降低制造成本，提升我国汽车工业的自主化设计和制造能力。

通过对重型柴油机缸体、缸盖加工工艺、生产线的设计与制造、生产线数字化建模与仿真、刀具应用和管理，以及生产线的管理和控制、机床的精度保持性和可靠性等各项技术的研究，一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂建成了年产5万台的锡柴重型柴油机缸体、缸盖生产线，这是首次以国产设备为主、进口设备为辅自主集成的可以保证关键工序的全自动生产线。

通过课题实施，共形成了8项发明专利、2项软件著作权和6项企业标准，并提交了41篇技术论文及相关研究报告。该生产线植入了国际流行的节能环保等先进制造理念，对国产设备进行了创新设计，并应用了最新的制造技术和科技成果，因而技术难度大，无论对一汽解放汽车有限公司无锡柴油机厂而言，还是对国内的设备制造厂而言，都是一次考验。

缸体生产线                       

缸盖生产线

最新制造技术和科技成果的应用

1. 应用先进制造技术，打造全自动柔性生产线

通过对国产高档数控机床进行自主集成，采用专机、专机自动线对缸体缸孔、缸盖螺栓孔等进行组合加工，提高了生产效率，保证了加工质量。与此同时，采用加工中心及三坐标单元完成其余的加工内容。由此形成的生产线，具备较高的柔性，形成了“敏捷柔性制造单元+专机”的全自动生产线。

该生产线采用桁架机械手结合PZR动力滚道实现自动输送，缸体、缸盖加工工艺先进可靠。通过对缸体主凸轮孔、缸盖油嘴孔和底面等关键难点精加工工艺进行研究攻关，采用线镗工艺、高复合刀具技术等，成功地解决了一系列工艺难题，确保了零件加工质量的稳定性，满足了产品设计要求。

桁架机械手

2. 应用全过程质量控制技术，保障生产质量

该生产线采用线内测量（机床上配置的测量装置，自动检测工位）、线外检测台、三坐标检测机和SPC检测站的组合方式来获取质量数据，针对关键工序，实时监控、自动在线反馈补偿，确保了加工质量的稳定性。同时，应用SPC统计技术，结合人、机、料、法、环和测等过程信息，分析变化趋势，有效预控，质量控制水平高。

在线监测系统

该生产线采用SANTEC刀具监控系统，并首次将其用于国产柴油机气缸盖主油道孔的加工枪钻机床上，实现了对机床、刀具及加工状态（无刀、刀具磨损和刀具断裂）的实时监控，提高了加工效率和加工质量，避免了故障的出现并减少了损失。

刀具监控系统

3. 应用节能环保技术，实现绿色制造

该生产线采用全封闭加工模式，首次实现了“全防护”在国产设备上的大批量应用，形成企业标准《外购机加工设备安全防护系统通用技术条件》和《汽车发动机缸体、缸盖加工机床防护通用技术条件》，满足了安全、环保、密封及外形整齐美观的防护要求，为国产机加设备的制造提供了参考。

设备外防护                

设备内防护

该生产线采用切削液集中处理和供给，上排上供，做到了对切削液的循环利用，每台设备顶部布置吸雾管路，集中过滤处理后向外排放，实现了绿色环保而经济的生产。

切削液集中处理系统            

集中吸雾系统

4. 应用先进装备技术，提升国产高档数控装备水平

该生产线应用了大连华根机械有限公司的04专项成果——MDH80精密加工中心和HDL63三坐标加工中心单元，并对原有机床参数和配置进行了改进，使其更适合于连线加工，提高了精度保持性。

针对MDH80精密加工中心，主要从以下几个方面进行了提升：

（1）X、Y、Z三个坐标导轨采用了高刚性的直线滚动导轨，快速移动速度由原来的36m/min提升至45m/min，在高刚性加工中心中，这一参数处于国内领先水平及国际先进水平。

（2）在对伺服驱动技术进行优化改进方面，通过增加快速移动程序块叠加功能，令单机加工节拍提升了10%。

（3）选用最高转速为 8000r/min的机床主轴。对设备主轴运行状态进行监控，在保证质量的情况下，可实现电主轴的预见性维修。

（4）机床X、Y、Z轴增加了精度0.003的光栅尺，实现了全闭环控制。

（5）回原位功能。特殊的刀具停在工件内，采用特定的回原位方式，不同长度的刀具采用不同的回原位轨迹，各轴按顺序安全回原位，简化操作，保障安全。

（6）检测件和报废件设置功能。通过设置诸如检测频次等，来确定检测件和报废件，使之自动流至相应出口，实现自动生产。

MDH80加工中心

5. 应用数字化建模及仿真技术，提升生产线规划水平

在该生产线的设计过程中，利用Plant Simulation工具，构建整线数字化模型，对生产线的性能进行具体的分析及优化，如缓存区优化、物流优化等。利用FactoryCAD工具，进行生产线三维建模仿真及合理的布局设计，构造虚拟生产环境。通过数字化建模及仿真，优化了整线布局，获取了较优的节拍产量与成本支出等性能参数，使生产线规划更贴近实际、更合理，同时形成了相应的工艺知识库，为其他类似工艺规划奠定了基础，有效地提升了生产线的规划水平。

生产线三维模型

6. 开发刀具、机床相关管控系统，提升生产管控能力

开发的“刀具全生命周期管控系统”，以网络化、电子化和模块化管理为手段，实现了立体库帐、卡、物数据的实时更新，刀具库存预警，刀具技术参数的存储与自动传输，以及刀具管理报表的自动编制。通过程序的自动化运行，大大提升了刀具库存管理、采购管理、刀具技术文件管理及使用等方面的工作水平和效率。

刀具全生命周期管控系统

开发的“数控机床状态监控与刀具破损预警系统”，实现了各类自动化设备、各类数控系统之间的互联互通，实现了设备状态远程监控以及控制程序的远程传输管理。可建立Intranet物联网络，或基于3G/4G的无线远程五联网络，在批量生产环境下，实现刀具破损状态辨识与预警，实现国外进口同类产品的替代。

数控机床状态监控与刀具破损预警系统

主要技术突破

1. 缸体、缸盖零件先进制造工艺技术

（1）缸盖座圈孔柔性加工技术：突破了发动机缸盖座圈传统加工方法，克服了现有技术的不足，凭借独特设计和非凡功能，实现了缸盖座圈孔的柔性加工，开创了国内重型发动机缸盖座圈加工新工艺，形成了专利的“同型号发生头加工进排气门座圈锥面”方法 ，提升了自主品牌发动机缸盖座圈加工的技术水平。

（2）刀具磨损补偿技术：随着加工系统自动化程度的提高，在加工过程中用于刀具磨损的补偿技术就显得格外重要。通过用自动检测系统取代人工观察来实现对刀具磨损的补偿，将由人为因素导致的故障停机时间较少了75%，有效提高了生产效率。

（3）过程质量控制技术：生产线利用现代控制技术和测量技术，结合统计学原理，进行趋势分析，如预防不合格品产生的防错技术、控制关键工序质量的在线主动测量及补偿技术和PC统计分析技术等，实现了对不良产品的早期预警，便于过程能力的提升，保证了产品质量。

2. 生产线关键设计技术

（1）安全技术：自动线主控制回路采用国际先进的双通道冗余回路设计，整个安全控制回路具备回路自检功能，保证人身安全，安全等级可达到4级。

（2）机床温度控制及热变形补偿技术：采用高精度、高刚度的滚珠丝杠及导轨，应用高精度闭环控制光栅尺及丝杠中空内冷技术，解决了传动系统部件的热变形补偿问题；参考国外先进结构及设计理念，解决了精密加工中心基础件的温度控制问题。

（3）精密回转工作台设计技术：通过对精密回转工作台的定位机构、拉紧机构等关键技术进行研究，形成了具有自主知识产权的（专利“对中机构”和“对中定位装置”）、达到国际先进水平的精密回转工作台系列产品。

（4）面向重型物料的敏捷物流技术：滚道物流输送系统，采用无碰撞输送方式，通过料位开关和制动电机控制工件的运动停止，从而达到快速、准确、无碰撞的输送效果；通过对桁架机械手的研究，采用双机械手上下料，保证自动线加工过程的连续完整，有效缓解了节拍压力。

3. 机床精度保持性和可靠性技术

（1）铣削颤振稳定性分析技术：通过绘制稳定性叶瓣图来直观表达稳定性的切削极限，形成专利的“一种平面切削过程的颤振稳定域建模方法”，以叶瓣图作为参考选择和优化切削参数，避免了加工过程中颤振的发生，延长了刀具使用寿命，获得了加工精度比较高的表面质量和机床精度保持性。

（2）机床可靠性分析技术：采用参数估计、模型检验和可靠性评价等方法，建立加工中心的可靠性评价体系，改善薄弱环节。形成了专利的“一种提高卧式加工中心可靠性的设计方法”，可利用旧批次的数据，来改进设计新批次加工中心的可靠性，更加贴合实际，有效提升了设备的可靠性。

应用情况及行业意义

锡柴重型柴油机缸体、缸盖柔性加工生产线设备主要采用了大连华根机械有限公司的04专项成果，包括精密加工中心和加工单元共计23台，且大量应用了国产功能部件和刀具，关键功能部件的国产化配套率达56%以上，刀具的国产化配套率达57.8%，满足了多品种、多批量的轮番生产。

采用先进的自动连线技术和控制技术，主要工序能力指数Cmk≥1.33，生产线设备利用率≥85%。通过对机床精度可靠性和稳定性技术、刀具管理技术等关键技术的研究，提升了国产机床的性能。

基于该生产示范线，结合项目经验，大连华根机械有限公司通过进一步改进设计，成功地为大柴道依茨公司设计了两条发动机缸体、缸盖加工自动生产线，以及为重庆长安汽车公司设计了一条汽车发动机缸体、缸盖加工自动线。这些自动生产线以组合机床和MDH80高档卧式加工中心为核心，配以助力机械手和桁架机械手上下料，丰富了自动生产线的种类，提高了生产能力，成功实现了自动线的产业化推广。