| 为了生产出更为高效、优质的缸体，L850缸体机加工线集合了很多新技术和新工艺。同时，上海通用汽车有限公司动力总成厂还整合了北美工厂历来生产及其之前自身生产所遇到的各种生产技术问题及解决方法，以实现其85％的目标开动率和目标生产效率。 |
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上海通用汽车L850发动机车间生产的LE5发动机是GM Ecotec系列发动机中的一款，是通用汽车高科技打造的具有顶尖水平的最新四缸“全球引擎”，其上下缸体采用全铝材质，拥有质量轻、冷却性能好、切削性佳的优点。作为发动机中极其重要的一个部分，缸体是整个发动机的基础，绝大部分重要的运动部件，如活塞连杆、曲轴、凸轮轴等都安装在缸体上，各部件之间的配合尺寸要求很高也非常重要，会直接影响发动机的整体性能。为了生产出更为高效、优质的缸体，L850缸体机加工线集合了很多新技术和新工艺。为了达到85%的目标开动率和目标生产效率，公司也整合了北美工厂历来生产及之前自身生产所遇到的各种生产技术问题及其解决方法。希望通过下面对L850发动机缸体机加工线应用技术的介绍和探讨，可以反映出一些现今发动机机加工业的现状和趋势，能给各位同仁一些参考和启发。工艺流程与安排
图1 L851缸体生产线的整体布置
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1、缸体线生产节拍
L850缸体线的规划生产节拍为37.7JPH，若以每天有效工作21.3h，全年工作日250天(每周5天)计算，则年产量可达20万台。2、生产线整体布置
生产线整体布置如图1。L850缸体线由23台CNC、3台专机、3台清洗机、5台在线检具、6台辅机及1台珩磨机组成。除了离线检具外，离线设备还包括2台三坐标测量机和1台三坐标清洗机。几乎所有的设备都采用进口设备。整个缸体线采用串、并行混合布置的方式，大部分CNC加工中心由于节拍较长，分成A/B两个模块，而辅机、清洗机和珩磨机则两个模块共用。| L850缸体线具体工位描述 |
| 工位 | 工艺内容简要描述 | 设备技术特点 |
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| OP10 | 半精镗缸孔(铝)，钻曲轴传感器孔 | 工件到位冷却液检测，双伺服/光栅 |
| OP20 | 铣开档面和止口槽 | |
| OP30 | 精镗缸孔(铝) | |
| OP40 | 过程清洗(缸孔) | 沉浸式清洗，抽真空吸干，冷却通道 |
| OP50 | 水套泄漏测试 | FROEHLICH测漏模块，流量法 |
| OP60 | 缸套压装 | 液氮冷却，SCIEMETRIC敲击位移检测 |
| OP70 | 钻、攻下缸体连接螺栓孔 | |
| OP80 | 铰下缸体定位孔，钻、铰下缸体密封孔、喷油器孔及精铣下缸体结合面 | |
| OP90 | 过程清洗(下缸体结合面) | 沉浸式清洗 |
| OP100 | 下缸体装配 | |
| OP110 | 钻、铰、攻油底壳安装孔，精铣油底壳面 | |
| OP120 | 铣左侧面，钻、攻左侧面孔，粗铣前后端面，粗镗水泵孔和起动电机孔 | |
| OP130 | 铣右侧面，钻、攻右侧面孔，铣水泵面和起动电机面 | |
| OP140 | 加工前后端面孔及精镗水泵孔 | |
| OP150 | 加工前后端面孔及精镗起动电机孔 | |
| OP160.1 | 精镗平衡油孔 | |
| OP160.2 | 在线自动检测平衡轴孔直径 | |
| OP160.3 | 精镗曲轴孔，精车止推面，铰变速箱定位销孔 | |
| OP160.4 | 在线自动检测曲轴孔直径及止推面位置并自动补偿 | 自动反馈补偿加工 |
| OP170 | 加工顶面螺纹孔和机滤器孔 | |
| OP180 | 加工前端面孔，精铣前后端面 | |
| OP190 | 铰缸盖定位孔，精铣缸盖结合面，加工曲轴传感器安装孔 | RENISHAW探头自动补偿温度误差，缸盖结合面双金属加工 |
| OP200 | 半精镗，精镗缸孔(铸铁) | SAMSOMATIC气动涨刀系统，各缸孔独立涨刀加工，ARTIS主轴负荷监控 |
| OP205 | 在线自动检测缸孔直径并自动补偿 | 自动反馈补偿加工 |
| OP210 | 珩磨缸孔和曲轴孔 | GEHRING控制系统，粗珩、半精珩采用EMZ电磁-机械式涨刀驱动，精珩采用HAZ液压涨刀驱动，缸孔、曲轴孔直径在线检测及自动涨刀补偿 |
| OP220 | 下缸体拆盖 | 机械手(GANTRY)抓取零件 |
| OP230 | 最终清洗 | 沉浸式清洗，对位清洗，抽真空吸干，冷却通道 |
| OP240 | 上下缸体再盒盖 | 机械手(GANTRY)抓取零件 |
| OP250.1 | 螺塞、闷盖装配 | |
| OP250.2 | 最终泄漏测试(油道、旁通水道和缸盖螺栓孔) | FROEHLICH测漏模块，压力衰减法 |
| OP250.3 | 平衡轴衬套压装，总装螺纹孔探测 | 压装采用SCIEMETRIC压力/位移检测，EDDY CURRENT总装螺纹孔探测 |
| OP250.4 | 下线合格标记打印(保留压装机油冷却管) | |
3、工位描述
L850缸体线的工艺方案是严格按照北美的工艺要求制定出来的，其具体工位描述如表。先期规划及其方法和工具
1、安全设计评审
安全生产对于制造业而言始终是第一位的，因此，安全设计及评审是人机系统规划中最重要的部分之一。在L850缸体线规划阶段，我们运用GM最新开发的Safety 21流程。从项目招投标开始，在设计、设备验收、设备安装、试生产等各阶段都设立“评审关口”,系统地跟踪项目各阶段的状态，确保安全设计充分融入整个过程之中，最大程度地消除各种安全隐患，使设备的操作和维护更为安全，确保员工的职业健康安全，同时也尽可能避免了日后由于设备安全问题而可能追加的昂贵改造费用。2、标准化作业研究
L850缸体线的标准化作业采用的是基于MTM法的“MOST Work Measurement System”和“Business Pro”时间测算系统。我们将构成工作单元的动作分解成若干个基本动作，然后从基本动作的标准时间表上查出各基本动作的标准时间，将其加合，就可得到该工作单位的正常时间，再加上一定的宽放时间，即可得到标准工时。通过方法研究和时间研究，工业工程师还能够对生产线各工序的作业内容进行更为细致的分析，测算出操作人员的劳动负荷量，再进一步分析并进行生产线全部工序的工时平衡、调整作业负荷，以使各工位作业时间和劳动负荷尽可能相近。3、生产线仿真分析
机加工生产线是一种非常复杂的综合系统，多种定量与变量因素综合影响系统的产出，手工计算的方法很难对生产线的效能进行全面地分析与评价。为确保L850缸体生产线能够满足生产要求，对其做出相对真实的评估与预测，我们运用了先进的计算机仿真技术，测试评估生产线的实际运作能力以及生产人员分配方案，利用模拟仿真及时发现潜在的问题，从而改进规划方案、优化生产过程。4、人机工程
在GM的人机工程体系中，对生产设备、安全防护、物料运输、辅助工具及设施的设计有着具体的人机工程规范标准，L850缸体线就是参考了其中一系列的指导性标准，综合运用于工位设计、工作场地布置以及物料包装等设计评审中，力争使所有设计和布置最为方便简洁。同时，人机工程也融入在标准化作业制定的过程中。我们充分考虑操作人员的工作姿势、外力影响、工作环境等一系列影响因素，尽量让标准化作业符合人机工程的要求标准，在必要的工位还加装了防护措施或辅助器具。BoIT信息支持系统
L850发动机生产线作为上海通用汽车动力总成厂的新项目，其信息系统架构主要部署了PAS、QC&A+、Qs-Stat、UD&C、PRIMS以及PMC&Andon等六大系统，涵盖了装配线生产计划制定、零部件精确追溯、现场数据SPC分析、车间程序管理、工艺文件及图纸管理和生产状况监控等多方面的功能，缸体线作为整个生产线的一员，自然也配备了这六大系统，其系统架构如图2所示。
图2 缸体线配备的六大系统架构
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1、PAS系统
PAS系统取代了原来V6发动机生产线每班人工选型及输入生产序列的工作，PC&L的需求可以通过PAS系统直接导入上线电脑。2、QC&A+系统
QC&A+系统能够完全记录受控工件的加工、装配、返修、发运的全过程，为不接受、不制造、不传递缺陷质量“三不原则”提供根本保证。L850缸体线的QC&A系统在毛坯上线点设置缸针打标机，在上下料等入口设置扫描点，所有上下料或加工系统都记录了该工件的信息，提供了非常精确的追溯性，即使缺陷缸体流入装配区域，仍可以根据零件序列号准确找到这批缺陷发动机。3、Qs-Stat系统
,dd>Q-DAS是质量统计分析软件，L850缸体线的所有在线检具、离线检具(接入电脑)、ZEISS CMM都配备有Q-DAS的数据接口，会定时将测量数据上传到服务器，通过Q-DAS客户端软件访问服务器数据库，可以对各个尺寸的测量结果进行实时统计分析工作。替代了我们原有繁琐的人工统计分析工作，同时，实时的监控也大大消除了潜在的尺寸超差隐患。4、UD&C系统
UD&C通过与设备控制系统PLC及操作系统的连接，实现了在远程终端就可以完成对机床重要参数、PLC程序、CNC加工程序等的比较、备份和恢复等工作，方便而快捷。同时，通过下载ghost镜像，可免去寻找备份光盘的时间，加快了系统恢复的时间。5、PRIMS系统
PRIMS系统将符合标准格式的图纸和文档存储在系统中，具有完备的上传、下载及版本控制。L850缸体线所有的产品、刀具、检具、机械、电气、液压等图纸都上传至PRIMS系统，方便了工艺、刀具管理、检具管理、IT、维修、质保等相关部门的工程师查询、管理、修改资料，同时也克服了硬拷贝可能丢失的缺点。6、PMC&Andon系统
L850的PMC&Andon系统较原来V6发动机的 Andon有显著升级。硬件方面提供了更好的视距和清晰度。软件方面通过Memorymap技术，增加了采集的数据量和数据的可靠性，增强了故障分析和产量统计功能，同时还可以生成丰富的报表，提供产量、停机时间统计、停机原因分析、系统开动率分析、单机开动率分析等重要信息。刀具简介
L850缸体线的主要刀具供应商为KENNAmetaL、MAPAL、IMUGE等德系供应商。铣面通常采用MAPAL的面铣刀，钻孔采用KENNAmetaL的中心冷却直槽钻，攻丝采用IMUGE的丝锥。刀柄均采用HSK63/100的热套刀柄，热套刀柄拥有夹持力大、刚性好、刀具跳动小、经济实惠等优点。相应的对刀仪，我们采用德国ZOLLER的热套刀柄对刀仪。此外，针对一些特殊的加工内容，L850缸体线也使用了一些比较特殊的刀具：1、缸盖结合面
由于包含了铸铁缸套表面和铝缸体表面两种金属材料，涉及到双金属加工的技术难点，通过多次试验及分析，最终采用INGESOLL的“直径350mm的大盘铣刀＋27齿硬质合金刀片”，在保证刀具寿命的同时，也满足了结合面的波纹度和直线度要求，从而保证了缸体的密封性能。2、平衡轴孔镗刀
平衡轴孔镗刀采用MAPAL带导条的精镗刀具，以保证圆度要求；加工曲轴孔和止推面采用镗、车一体刀具，保证止推面对曲轴孔的跳动要求。3、精镗缸孔
精镗缸孔采用SAMSOMATIC气动涨刀，刀体结合KENNAmetaL的刀头及CBN刀片，从而能够灵活控制各个缸孔的涨刀程度，保证加工尺寸。
图3 操作工对产品进行下线前检查
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检具简介
缸体下线前必须进行严格的检查(如图3)。L850缸体线的离线检具主要供应商有意大利MARPOSS MG、中国哈量、德国Mahr等。重要尺寸的测量检具都与MARPOSS自带的计算机相连，并集成Q-DAS等SPC统计分析工具，可以实时对测量结果进行分析。当然，针对一些特殊的检测内容，L850缸体线也应用了一些比较特殊的检具：1、珩磨网纹角度
采用网纹度仪(BORE SCOPE)检测珩磨网纹角度，该检具通过光学镜头将缸孔中的局部网纹放大，再与图纸要求的网纹范围进行比对，从而判断零件是否合格。2、轮廓度
一些比较重要的铣面加工都有较为严格的轮廓度要求，我们采用夹具式检具进行检测，方便控制，并且节省了测量等待时间。3、综合检测
L850缸体线配备有2台ZEISS三坐标测量仪测量零件各加工面、孔的位置度、轮廓度、平面度、直线度、圆度、圆柱度等尺寸。刚性探针系统使探针角度固定不可旋转，增强了探针的定位精度；通过温度探针、温度补偿功能和空调系统可以控制测量零件和环境的温度对测量结果的影响；气动悬浮装置驱动各轴运动，降低了系统的振动，减小了对测量结果的影响；另外，扫描技术的应用让测量精度比传统的打点方式更高，其CALYPSO软件系统还可以将零件CAD模型直接读入系统，大大简化测量程序的编写。结束语
综上所述，通过对L850缸体线各项应用技术的介绍，可以反映出一些新技术在当今发动机机加工中的应用。整条生产线在先期的各项规划，对时间节点、生产成本、生产效率等有着极为重要的影响，而充分利用各项先进的方法和工具又会对生产线规划带来极大的便利和帮助；高效的自动化信息传输和分析是当今发动机机加工发展的必然趋势，挑选合适的信息系统，会给生产线的控制、管理者的管理工作提供帮助。在正常生产中充分开发和利用生产线的各项技术和方法，保持设备的高性能和有效的管理机制，并坚持不断改进，必能使工作事半功倍，进而实现生产目标。
