柔性制造系统在发动机生产中的应用

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1、柔性制造系统在发动机生产中的应用作者：奇瑞汽车股份有限公司杨厚忠    来源：AI汽车制造业当前，车型的市场寿命周期越来越短，小批量、多品种生产成为各大汽车厂商的追求目标。与此相适应，发动机的生产制造模式也必须适应多品种、不同批量的市场需求。由于市场需求的多样性，产品更新换代的周期加快，促使许多发动机企业先后引进了以加工中心为主体的柔性生产线——柔性制造系统（FMS）。它能够根据制造任务和生产环境变化迅速进行调整，适应多品种、中小批量的生产需求。奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化生产的需

2、求而建造的一个具有国际领先水平的现代化柔性工厂。该工厂在产品设计时就采用同步工程并充分预留后期产品的共用性，以便根据市场及产品需求，在生产线上共线生产多个品种。图1柔性制造系统下面以该厂为例，介绍柔性生产在箱体和轴类生产中的应用及实际使用中所需考虑的问题。柔性生产线一般柔性制造系统由以下组成部分：2台以上数控加工设备或加工中心及相应的辅助设备；自动装卸的运储系统；套计算机控制系统。奇瑞发动机箱体类零件的主要加工部分均是由数十台全柔性加工中心组成，几个加工中心组成一个工岛——柔性制造单元（FMC）。各个柔

3、性制造单元之间均通过自动辊道或机械手连接起来，其中还包括所必需的清洗、压装、试漏、珩磨、在线测量、线外测量设备以及切削液集中处理装置等。辅助设备一般采用通过式辊道输送上料，并通过型号识别，选择相应的工位及试漏、拧紧程序。在柔性制造单元内，由全自动机械手进行上下料，整线设有数个机械手。在生产线的自动辊道上，设置有产品型号自动识别装置，机械手、辊道及加工中心通过Profibus总线连接起来，由一套西门子数控系统自动控制各部分的一致性。同时，控制计算机还能根据各机床的加工情况，选择最优的上下料顺序，并根据设定

4、的范围，将需要抽检的工件自动放入检测站。图2柔性制造单元每个FMC中都由几道工序组成，每道工序分别由多台相同型号的加工中心组成。每个FMC前面是上料辊道，后面是下料辊道及检测站。各个FMC之间也是相应的辊道，可以起到工件暂存作用。加工中心是FMC最核心的部分，FMC中的加工中心采用大容量刀库的自动换刀系统，可以满足多品种生产所需的快速换刀及刀具存储需求。系统具有刀具寿命管理、激光刀具折断检测和ARTIS扭矩监控等丰富的刀具监控管理功能，使得设备的自动化及可靠性得到有效充分的保证。奇瑞发动机二厂的轴类生产

5、线也是由高精度加工中心、CNC自动车床和全自动磨，以及抛光、清洗及检测等各个制造单元FMC所组成的柔性制造系统FMS。举例来说，凸轮轴生产线内的机床选用了Siemens840D、FANUC18i这些目前顶尖的系统来实现FMS的自动控制；通过奇瑞的技术人员与机床、控制系统开发商的共同研究，在原有平台上新扩展和开发了多种控制功能和软件。例如端面加工单元，其控制系统为Siemens840D，为了配合多品种生产所需的大容量刀具存储单元以及高速切削中的刀具寿命管理，Siemens数控系统中增加了ARTIS刀具检测

6、软件，在切削过程中检测主轴电机扭矩的变化，通过仿真及对比来监控刀具状态，确保加工的可靠性及稳定性。同时，生产线的自动控制系统还扩展了主动检测功能，在切削过程中实时对加工尺寸进行检测，并将数据反馈至控制系统，随机修正切削参数，以保证加工精度。运储技术直接关系到FMS的自动化程度以及可靠性，影响生产线的物流、开通率及品种切换周期等。轴类生产线利用高速龙门式机械手以及带工件识别功能的中转料仓组成了生产线的运储系统，机械手在X轴的运行速度可达120m/min，同时能够根据各个加工单元发送的上料信号，在控制系统中

7、通过高速、高精度的计算，在0.01s内确定出最优化路径的上料次序，保证生产线的加工节拍。凸轮轴生产线的运储系统还考虑到高湿环境以及地区地基的特点，增加了温度的自动补偿以及地基下沉补偿功能。系统能够周期性地检测外界环境的变化以及自身精度的差异，通过系统中模块化软件的计算，进行自我诊断及补偿，减少定位偏差。凸轮轴生产线能够共线加工多种型号的凸轮轴，加工范围覆盖了长度范围300～600mm的三缸/四缸汽/柴油发动机用凸轮轴，可以说建立这样一条柔性生产线，相当于建立了7条以上的传统凸轮轴线，其意义已不仅是一个柔

8、性制造系统，而是一个凸轮轴制造集中厂。FMS的主要特点是能够实现多品种共线生产，同时各品种之间的切换能够快速且较为简单的完成。此生产线通过寻找及对比多型号轴共同的定位及装夹基准，来实现最为便捷的换型。图3凸轮轴生产线柔性加工案例根据市场需求，奇瑞公司2006年开发了新的铸铁发动机，为缩短投产周期，公司决定在原有铸铝缸体线上进行共线生产。通过产品的对比分析，我们对机械手的夹爪、夹具的定位销及夹爪进行了调整和更换，同时，增加相应的刀具，修改加工