图1  新增珩磨机

本文对发动机柔性生产线产品换型改造进行了可行性分析，对加工线和装配线改造方案进行了阐述，并结合改造时间和成本介绍了柔性生产线改造的应用。

由于发动机柔性生产线具备转型快、可兼容多种产品和机床制造周期短等特点，逐渐成为业界追求的新趋势。我公司于2000年加入了建造柔性发动机生产线行列，随着近年公司平台产品换代，当初选择柔性生产线的优点也显现出来并取得了很好的应用。以2009年的产品换型为例，原有生产线设计产能为双班5万台/年，新平台产品产能相同，产品加工工艺流程基本一致，具备生产线柔性改造产品换型的条件。

改造可行性分析

对比原有平台产品和新平台产品可以看出，新产品外形尺寸稍大，侧面增加了一个起动机孔，宽度尺寸有所增加，具体如表1所示。

1.加工中心分析

在加工设备中重点分析曲轴孔精加工，原有曲轴孔采用MAPAL镗铰刀形式加工，刀具出口端孔位置经常超差，分析为刀具悬伸较长造成。此次工艺改用线性镗刀方式，刀具出口端增加刀具支撑导套，曲轴孔长度为418mm，半精镗和精镗刀具长度为602mm，刀具长度除了满足换刀长度650mm外，还需确认换刀后刀具可以进入曲轴孔且不会与夹具干涉。现有机床Z轴行程为805mm，主轴前端与托盘中心的最小距离为150mm，托盘回转直径为800mm，换刀长度为600mm（经实际考察，最大换刀长度可达650mm），刀具倾覆力矩小于50N·m，经过计算夹具可以设计在回转直径800mm以内，夹具最边缘到托盘回转中心距离为280mm，280＋602＝882mm（小于805＋150＝955mm），即刀具能顺利进入曲轴孔进行加工，因此加工中心改造方案可行。

图2  改造后的装配线

2.夹具和刀具分析

原有夹具全部为液压夹具，但除了精加工工序机床自带液压接口和液压站外，其余设备均为保压夹具形式，即液压站在机床外部，液压站通过人工快接接口给夹具加压和卸压。由于两种产品定位压紧部位相差较远，而且夹具体全部为内部油道，夹具体无法重复利用，此次改造只能对液压站、液压缸和液压阀等元件重复利用。

刀具分为钻头、倒角刀、丝锥、镗刀、铣刀和关键孔专用刀具。由于原有钻头和倒角刀为复合刀具，可再利用的可能性不大，关键孔专用刀具由于尺寸变化也基本不能再利用，因此可再利用的只有丝锥、镗刀和铣刀。而刀具的刀柄基本上为通用尺寸全部可以重复利用。

3.加工线滚道输送和翻转机分析

输送滚道两边铝型材之间距离为400mm，输送滚轮中心距为100mm；缸体底面输送面宽度为310mm（小于400mm），长度为418mm（大于4×100＝400mm），满足输送要求。铝型材、底部支架和接水盘可以直接使用，滚轮、导向条和停止器根据缸体特点重新设计；翻转机内滚道改造与输送线滚道相同，翻转机翻转圆盘直径为850mm，确保缸体能够顺利通过。

4.加工线清洗、压装、试漏、珩磨和检测设备的分析

（1）由于珩磨和检测另有他用，项目中为新增设备。珩磨设备现有结构粗珩为一根轴，精珩和平台珩也是一根轴，如果改造的话，改造部位为夹具、珩磨头和程序的改造，其余部位保持不变。

（2）检测设备为悬挂手动测量，测量内容和测点数量相同，主机、平衡器、传感器和工控机重复利用，需要改造部位为测头、校对规和检测程序。

（3）缸体和缸盖清洗设备为定点、定位清洗。主机、电器、水箱及其加热、过滤附件重复利用；改造部位为各工位抬起步进输送定位板、工位定位板、翻转压紧块、定位清洗喷淋盒和定位吹干吹气盒；真空抽干工位只要工件空间足够也不需要修改真空盒的大小。

（4）原产品导管座圈与火力面成45°，而新产品导管座圈与火力面垂直，导管座圈压装设备结构相差太大无法改造，需要重新购买。

（5）水堵压装为手动，只需将压紧机构调整到合适位置即可。

（6）油道和水道试漏机为线内气试，不合格件水箱上升进行水试。主机、水箱、液压站和试漏仪可重复利用，改造部位为定位夹具和封堵夹具；封堵头线性密封圈重新开模制造。

5.总装和分装输送线分析

发动机总成装配线体和抬起定位机构重复利用，对所有托盘根据发动机定位方式改造或重新更换；原环形缸盖分装线废弃，改为线体为双层积放式滚道，上层为径向摩擦滚道，下层为倍速链输送；新增活塞连杆分装线。

6.装配线辅机分析

（1）由于主轴承盖、连杆螺栓、缸盖螺栓和飞轮螺栓各螺栓距离和高度有差别，拧紧机主机需要局部改造。根据各拧紧轴的力矩范围，看是否能够满足螺栓的拧紧力矩和角度要求，再进行轴的适当调配，不能满足要求的则需要新增拧紧轴。

（2）曲轴回转力矩测量机改造内容为曲轴回转测转矩机构与发动机曲轴对接装置，调整曲轴测量机构行程。

（3）缸体180°翻转机和活塞连杆装配翻转机对缸体左右夹紧机构、提升高度和喷油嘴位置做适应性改造。

（4）新增整机油道试漏设备，重复利用试漏仪。

（5）涂胶机械手改造内容为定位夹具和程序改造。

7.分装线辅助设备分析

（1）新增设备有缸盖气门拍打试漏机、锁片压装机；凸轮轴盖拧紧机改造螺栓轴距和拧紧轴高度。

（2）活塞连杆分装中连杆螺栓松开主机改造部分为松螺栓轴距重新调整、连杆定位夹紧夹具；活塞销压装改造活塞定位夹具。

8.发动机试验分析

原汽油机热试设备无法用于柴油机，热试设备需要新增，相应的柴油、机油和水供应也要增加，汽油和柴油废气处理也不相同，需要增加柴油废气处理系统。

生产线改造方案

1.缸体、缸盖加工线/生产线改造

（1）缸体、缸盖去余量加工保持原有工艺，安排在铸造公司加工。

（2）缸体、缸盖加工线在现有加工线的基础上进行改造，基本布置形式不做变化。

（3）加工设备都有专用的地基，移动设备对设备精度保证有风险，再考虑到减少设备地基、设备拆装和精度调整投资等方面，加工设备原则上保持不动。

（4）加工工艺安排根据老产品工艺流程设计，原则上关键工序内容集中加工，关键加工工序位置不做变动，保证精度高的设备用在关键工序。

（5）新增珩磨机（见图1）采用金刚石砂条和水性珩磨液，不仅质量稳定性和经济性得到提升，而且更安全、环保。

（6）最大限度地利用原有设备、工装和刀具，加工设备要进行全面检查和维护，对于达不到精度的设备进行部件更换，以达到需求精度为主，液压夹具标准的液压元件、刀柄和标准刀具库存重复利用。

（7）针对目前加工生产线生产成本较高和瓶颈的曲轴孔、凸轮轴孔和气门导管座圈孔等关键工序，部分引入更成熟、更高性价比的工艺手段加以保障，进一步提升关键部位的加工质量。

（8）输送线、翻转机、辅助试漏和检测设备将主机整体送回设备供应商改造，并对易损的或磨损较大的链条、轴承和衬套等零件进行更换维修，验证后发往现场。

（9）清洗设备较大，不易搬迁，将需要改造的部分重新制作，制作完毕发往现场更换调试改造。

（10）原有设备配备单独切削液过滤和油雾收集处理器，车间现场还有轻微异味，由于改造集中切削液处理和油雾处理难度较大，成本也高，因此我们在车间增加了换排风装置，保持车间良好的工作环境。

（11）车间地面损坏严重，为保证车间洁净度，重新做环氧地坪。

2.装配试验线改造

（1）装配输送线及设备都没有设备地基，安装调试简单，将输送线及设备拆解送回设备供应商，对其维修更换，进行相应改造，验证后发往现场重新优化布置。

（2）关键部位的拧紧采用定转矩组合拧紧机，一般部位的连接采用气动定扭扳手紧固，个别部位需用定值开口扳手进行复紧检验，以保证螺纹联接的质量。拧紧轴和拧紧工具使用现有部分调配，不足部分采购补齐。

（3）重新优化工艺流程。

（4）汽油机热试保持不动，重新购置柴油机热试设备，分两期实施，一期购买3台，并建造相应的热试房、供油、供水和排放系统。

3.生产线数据采集系统改造

自动采集缸孔分组、曲轴孔分组信息自动传送至装配线，并通过条形码自动调取数据，自动采集生产线中试漏、关键拧紧、检测、选配和冷热试数据，并将这些数据与发动机绑定。对采集的数据进行统计、分析及管理；建立生产数据综合档案库，便于数据查询及后期质量追溯。

改造实施应用

本改造项目从工艺规划到生产线SOP，经历了约1年半的时间，充分发挥了柔性的优势，体现了短、平和快的特点。

原生产线从规划到投产，经历了约2年的时间。此次产品换型改造比建造新线节约了25%的时间。改造后的装配线如图2所示。

改造期间进行了夹具自主改造和生产线能力提升项目，既节省了投资，又提高了工艺人员的能力。原生产线建设成本和改造成本清单如表2、表3所示。

可以看出，相同产能情况下，产品平台改变，设备改造成本只为原建设成本的28.6%。

结语

随着发动机技术不断更新换代，产品平台淘汰速度日益加快，发动机的生命周期逐渐缩短，发展柔性生产线成为大势所趋。我公司成功进行了小产能的生产线换型改造，目前已经全面投入使用，具备借鉴意义。