发动机机加生产线建设具有很多的特点，如多品种、中批量生产、高效率、节拍快和低成本等。其中，多品种、中批量生产需要合理选择生产系统，高效率及低成本则需要合理选择生产装备和与之相匹配的刀具。

发动机制造企业所选用的生产系统、生产装备以及工艺方法与加工的产品在规划周期内的改型有着密切的关系。因此，发动机机加生产线的规划应符合以下三个原则：工艺性原则，经济性原则，设备管理和维修性原则。

生产类型的合理选择

合理选择生产线的类型至关重要，将直接影响到后续生产线的利用率和新产品的适应能力。目前，生产线的选型主要是在刚性生产线、柔性生产线以及混合型生产线之间进行。

1．刚性生产线

刚性生产线也称专机生产线，适合生产设计变化较小的系列零件。

2．柔性生产线

柔性生产线一般由高速加工中心组成。目前流行的型式主要有两种，一种是由桁架机械手输送工件组成全自动生产系统，另一种是由每台单机为单元由简单的物料系统组成流水线。以往的观点是第一种方法自动化程度高、造价高、可靠性不高。而第二种方法由于采用了桁架机械手进行工件输送，可以大大简化高速加工中心的结构，这样每台单元的制造成本会下降，而且可以形成批量生产。增加的桁架机械手费用完全可由机床节省下来的费用平衡一部分，因此总的造价生产企业是完全可以接受的，此外还得到了全自动的高性能。

3．混合型生产线

混合型生产线是刚性生产线和柔性生产线的组合。现在许多汽车厂家建设新工程更倾向于投资混合型生产线，关键工序采用自动线，以此保证加工精度和稳定性。而其他工序则采用CNC加工中心，用于规划易于发生变化的工序。在资金投入上，利用柔性CNC加工中心具有可以分期投入的特点，根据产量的爬坡计划进行分期投入。这种混合生产方式在保证满足精度要求的前提下，最大程度地增加了柔性，同时也降低了初期项目投资过大的风险。

长城汽车发动机机加线生产的机型都是出自一个系列（见图1），其特点是组成发动机的主要零件十分相似，只有少数部件会根据功能、排量的不同而有所更改，规划年产能10万台。因其产量小，产品品种多，规划时经过充分论证，最终方案是以高速加工中心组成的柔性生产线。

柔性CNC加工中心系统的选择

广泛应用的柔性CNC加工中心系统，主要分为两种：规模相对较小的串行系统和规模相对较大的并行系统。

1．串行系统

串行系统是比较成熟的工艺规划模式，组成串行系统的每台CNC加工中心的加工内容是由整条生产线的节拍所确定的。其主要特点是：零件在生产线中的流向相对比较简单；零件的差异性较小，便于质量管理和跟踪；传输顺畅，便于实现手动上下料；便于零件追溯，追溯方法简单。但不足是在单台CNC加工中心发生故障时需要停线进行维修。国内以亿达日平为代表的设备制造厂家常采用串行系统进行组线。图2所示为亿达日平为济南吉利发动机厂提供的采用串行系统的缸体生产线，设备分布在辊道的一侧，非机动辊道传输，每台机床由人工上下料来进行生产。

2．并行系统

组成并行系统的每台CNC加工中心的加工内容是由实际的加工步骤、定位夹紧方式等确定的。在确定每道工序的加工内容和节拍后，再根据整个生产线节拍的要求确定每道工序需要的CNC加工中心的数量。采用并联加工工艺的生产系统具有很好的柔性，很容易根据生产需要做进一步扩展。但由于零件在生产线中的流向十分复杂，零件追溯困难。随着微电子芯片和计算机技术的快速发展，追溯的难题基本可以解决，因此并行系统越来越受到各汽车厂的青睐。图3所示为HULLER-HELLER采用并行系统建设的奇瑞公司发动机二厂的缸体生产线。

设备选型

1．加工中心的选择

加工中心主要用于加工箱体类零件，一次装夹可以完成普通机床60%～95%的工序内容。一般选择加工中心从其具有的基本特性的几方面进行考虑：主轴转速、进给速度含快移速度、加（减）速度、微米级的加工精度以及静/动态刚度。对于加工工位较多，工作台需多次旋转角度才能完成的零件，一般选用卧式加工中心（见图4）；当加工的工位较少，且跨距不大时，可选立式加工中心。

2．典型设备的选择

（1）珩磨机的选择应该考虑两个部位的加工：缸孔和曲轴孔。

缸孔加工一般采用精镗和珩磨两种工艺进行。对于无缸套、封闭水套的缸体加工采用：粗镗半精镗——精镗——珩磨（多采用平台珩磨）工艺；对于湿式缸套、封闭水套的缸体加工采用：粗镗——半精镗——精镗（同时精镗缸孔止口）工艺；对于采用成品薄壁缸套的结构，加工底孔采用：粗镗——半精镗——精镗——珩磨（多采用平台珩磨）工艺。

曲轴孔加工一般采用精镗和珩磨两种工艺进行加工。当以精镗为最终工序时：设备投资少，辅助材料消耗少，成本相对低一些，镗削加工的表面粗糙度较大，另外由于材料硬度、轴瓦锁瓦槽引起的断续切削等因素造成形状误差，使轴瓦的钢背与主轴承孔的贴合不良。当以精珩为最终工序时，设备投资多、辅助材料消耗多，成本相对高一些，但曲轴孔的尺寸、形状精度较精镗为最终工序的要好，表面质量也较好。

图4  长城汽车使用HELLER高速卧式加工中心建成的柔性缸体线

（2）曲轴加工机床通常有以下3类，分别具有各自的特色。

CNC高速随动外铣：可以一次装夹不改变曲轴回转中心随动跟踪铣削曲轴的连杆轴颈。

CNC车-车拉机床：一次设定能完成所有同心圆的车削，并在同一台机床上完成车-车拉加工，加工效率高，通过使用特殊卡盘和刀具系统还能实现柔性加工。

CNC曲轴磨床：采用了用于高速加工的CBN砂轮和使用油或水冷却曲轴的组合，有圆度偏差和干扰量的自动补偿；磨削主轴颈和连杆轴颈一次装夹，理论上的偏差为零；切入式磨削及摆动式磨削；对“敏感工件”的支撑，在主轴上采用自动对中心的三点式中心架。

三类机床各有特色，选用时应根据加工零件的具体情况加以判定。

曲轴平衡块侧面需加工：主轴颈加工设备应优先选用CNC内铣或CNC高速外铣，连杆颈的加工用CNC高速外铣。如果毛坯是锻钢毛坯，CNC内铣更有利于断屑。不宜采用CNC车-车拉，因为平衡块侧面是断续车削，曲轴转速又很高，会产生严重崩刀现象。

曲轴平衡块侧面不需加工：主轴颈加工设备选用CNC车-车拉比较合理。连杆颈轴线不在一条中心线上，选用CNC高速外铣就比较合理。

轴颈有沉割槽的曲轴，用CNC车-车拉比较合适，若轴向有沉割槽，CNC高速外铣和CNC内铣不能加工，而车-车拉能加工。

3．辅助设备的选用

为了降低成本，降低劳动强度，保证产品质量，一般从以下几方面对辅助设备进行规划：

（1）线首和线尾上下料。重量大于10kg的工件，生产线常采用人工借助于悬挂起重机从辊道上装卸工件；重量小于10kg的工件，生产线采用人工从辊道上装卸工件。

（2）采用并行系统的加工中心上下料：自动化程度高、节拍快的生产线工件装卸采用桁架机械手，反之采用门架气动平衡吊。采用串行系统的加工中心上下料：一般采用人工方式进行。

（3）加工中心与辅机件运输常采用机动摩擦辊道，自动运行。

（4）主轴承盖装配后，轴承盖装配采用电动双头拧紧机，采用扭矩控制术。

（5）生产线设置工序间检测，配备检测工件所需的气电量仪、线性量具和相应的在线检验台，以加强产品的质量控制。

加工基准和加工夹具的选择

1．加工基准的选择

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；精基准的选择一般的轴类零件都相同，最重要的精基准是中心孔，曲轴轴向的精基准一般选取止推面。

2．加工夹具的选择

在针对箱体类零件无法设定刚性支撑时，辅助浮动支撑液压缸的使用，转角液压缸与浮动支撑液压缸的组合可保证夹紧工件不变形；还有就是使用液压夹具的主要优势是能节省夹紧和松卸工件时所花的大量时间。从长远来看，这项投资还是比较经济的。

刀具的选择

1．加工设备

首先是考虑效率、切削参数适合的设备，只有合适的设备才能选用适合的刀具来匹配。

2．刀具材质

新材料刀具的使用使切削效率大大提高，高钴、高钒、高性能的高速钢刀具的耐用度可比普通高速钢提高1.5～3倍；粉末冶金高速钢的强度可提高20%～30%，韧性提高1.5～2倍，并且可靠性比普通高速钢明显提高；而CBN（立方晶氮化硼）、PCD（聚晶金刚石）刀具和陶瓷刀具等代表当今技术发展水平的超硬刀具，切削速度可比硬质合金提高数倍，大大提高加工效率。

3．刀具刀柄

随着切削速度的提高，主轴/刀柄连接性能在离心力的作用下发生很大变化，直接影响工件的加工精度和表面粗糙度。

4．刀具结构方式

为提高生产效率和减少换刀时间，在发动机零部件的加工中越来越多地使用了各种复合刀具，如钻镗复合、钻铰复合、钻孔和螺纹加工复合等。

5．刀具的成本

在看总的刀具消耗费用的同时，更重要的是看单件加工产品消耗的刀具成本。不仅要看直接的刀具成本，更要看刀具对生产效率的影响及其引起的总制造成本的变化。新刀的性能、寿命及其采购价格对刀具费用的影响非常大，而可重磨刀具的数量、重磨次数及修磨费用高低对刀具的总成本也有着显著的影响。因此，需要考虑一次性设备和刀具投资与长期性刀具消耗费用之间的关系，需要综合考虑和平衡。

6．工艺方法

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，降低制造成本。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。

7．刀具供应商

现代汽车制造业还要求刀具供应商不仅能提供切削加工整体解决方案，并能提供及时有效的现场技术支持，形成与汽车制造企业的一种合作伙伴关系。

结语

“提高品质，降低成本”为发动机制造企业在未来的竞争中提出了新的要求，因此，对于发动机制造企业规划来讲，其投资费用和寿命的计算并非是件简单的事情：首先，企业要考虑在前期投入大量的资金购置生产设备；其次，在后期的使用过程中还要考虑加工过程中的使用成本和维护费用；同时为了适应未来的生产需求和产品需要，规划生产线时还要考虑，所选择的生产设备能否满足未来生产需求的变化；因此每个企业在规划生产线时要根据自己的实际情况，结合市场、资金、人员、成本和质量等因素综合进行考虑、合理进行规划，进一步提高生产系统的使用价值，提高生产效率，让生产流程更加合理，为企业节约大量的开支，使生产的产品更有竞争力。