EMD265型柴油機(jī)搖壁箱劃線創(chuàng)新及工藝設(shè)計

陳仁平

(中車大連機(jī)車車輛有限公司，遼寧 大連 116021)

0 引言

EMD265型柴油機(jī)是從美國引進(jìn)的合作項目，該型柴油機(jī)牽引力大，適合高原等惡劣氣候條件下的牽引作業(yè)，是240型柴油機(jī)的替代產(chǎn)品。安裝在燃燒室上方的揺壁箱，俗稱圍墻?？椎某叽缇群臀恢镁纫筝^高，與氣缸蓋聯(lián)結(jié)部分的接觸面密封性要求更高[1]。另外，由于零件材料是鑄造坯件，箱體毛坯鑄造工藝過程容易產(chǎn)生材質(zhì)疏松，存在一定的廢品率。由于零件表面的不規(guī)則性，導(dǎo)致定位、裝夾異常困難，因此合理選擇劃線基準(zhǔn)是設(shè)計工藝和制造過程是否滿足設(shè)計精度的關(guān)鍵。

1 劃線難點分析

1)搖壁箱外形表面的不規(guī)則性，使得劃線選擇粗基準(zhǔn)時異常困難。

2)劃線后加工搖壁箱底面，密封槽周邊相對于箱體外型表面各處的尺寸是否均勻是考驗密封效果的關(guān)健。

3)設(shè)計箱體精加工工裝夾具時，如何選擇定位元素，是設(shè)計夾具的難點。

2 劃線先進(jìn)操作法的確定與創(chuàng)新

劃線是搖壁箱加工的重要工序，是檢測零件毛坯幾何形狀、位置精度、尺寸偏差，確定加工基準(zhǔn)的重要手段，也是通過借料劃線提高產(chǎn)品合格率的方法之一。

選擇粗基準(zhǔn)的原則是:①以不加工表面為粗基準(zhǔn)時，應(yīng)以與加工表面的位置精度要求較高的表面作為粗基準(zhǔn)。②如果工件需要保證其重要加工表面的加工余量均勻時，則應(yīng)以該表面為粗基準(zhǔn)。③能用精基準(zhǔn)時，不再重復(fù)使用粗基準(zhǔn)。④已確定的粗基準(zhǔn)，應(yīng)力求定位準(zhǔn)確、夾緊可靠、夾具結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。

因此，在劃線工藝設(shè)計時，考慮到零件的結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計要求，以及對劃線的難點分析并對劃線工序進(jìn)行創(chuàng)新，規(guī)范劃線實操程序，創(chuàng)立搖臂箱劃線先進(jìn)操作法，優(yōu)化后對搖壁箱需要進(jìn)行二次劃線。

2.1 一次劃線

將搖壁箱用3個可調(diào)千斤頂支持在劃線平臺上，面向上，調(diào)整千斤頂，使其各表面處在合理的位置上，視周邊形體及加工余量、密封槽相對形體外表面的均勻程度等情況及可能產(chǎn)生的預(yù)后結(jié)果，把自制的彎頭弧面劃針弧面朝下鎖在劃線盤上，用劃線盤上劃針前端的弧面摩擦箱體底面的內(nèi)臺，以此為劃線粗基準(zhǔn)，對準(zhǔn)測高尺0點，向上+5 mm確定零線，用另一個劃線盤鎖住直桿尖頭劃針劃出底面的加工界限和檢查線。松開劃線盤上鎖緊的劃針，將劃針向下拉-125 mm尺寸后鎖緊，劃出頂面的加工界限。

這個過程中有個預(yù)后，就是找正箱體，劃出頂面、底面2個表面的加工界限時，要憑借積累的工作經(jīng)驗，充分考慮在二次劃線中各加工表面、有加工精度要求的孔以及底面的封閉槽的位置精度處在合理的范圍內(nèi)，對此應(yīng)有正確的預(yù)判。

2.2 二次劃線

從圖樣上看，所有孔的位置都是以搖壁箱毛坯中心線為基準(zhǔn)有序分布，箱體裝配時同樣以氣缸蓋中心線對稱分布。而搖壁箱外型表面為不規(guī)則的曲面連接，須翻轉(zhuǎn)箱體，立體劃線即空間劃線。在首件及小批量試產(chǎn)階段，用3個可調(diào)千斤頂將搖壁箱側(cè)立，以側(cè)面為第一粗基準(zhǔn)，用直角尺找正箱體在y方向相對于水平面的垂直度，取大圓弧上、下兩個對應(yīng)點，劃出x方向的中心線。然后將箱體翻轉(zhuǎn)，找正y方向的垂直度，確定側(cè)底面的加工界限及與之相聯(lián)結(jié)的大圓弧中心線，以備加工中心編制程序確定零點時使用。同時檢驗底面的密封槽相對于周邊尺寸是否在均勻合理的范圍內(nèi)，但需要立板輔助。

基準(zhǔn)中軸線確定困難，且存在安全隱患。因為支持可調(diào)千斤頂?shù)谋砻鏋榍妫潴w的重心偏移，不處于搖壁箱的幾何中心，強(qiáng)行支持，沒有吊車輔助牽引，極易發(fā)生倒塌，形成安全漏點，且效率極低。根據(jù)搖壁箱的外形尺寸，設(shè)計制作劃線樣板，樣板在中軸線、側(cè)底面以及大圓弧十字中心線處留有劃線缺口，用樣板在箱體底面保證密封槽相對外形表面各處尺寸均勻，滿足設(shè)計的密封精度要求，確保安裝密封圈后封閉效果良好，在頂面視各所加工孔及加工面處于合理位置精度后，調(diào)整好樣扳，劃出搖壁箱的十字中心線及底側(cè)面加工線。

由于生產(chǎn)形勢的需要，縮短臥式加工中心的工藝周期，騰出閑置檔期迎接新的經(jīng)營產(chǎn)品，解決機(jī)床產(chǎn)品不滿負(fù)荷崗位人員的待崗空擋，提高單機(jī)的經(jīng)營產(chǎn)值。要對箱體上2個立柱在臥式銑床上分解工序，進(jìn)行粗加工。將劃線樣板在相應(yīng)處再次打上劃線標(biāo)記，劃出立柱粗加工的開擋線，“一板三用”，突出樣板劃線的先進(jìn)性和創(chuàng)新性，完成了搖壁箱的劃線操作法，如圖1所示。

圖1 265型柴油機(jī)搖壁箱劃線樣板及二次劃線規(guī)范操作圖

在投產(chǎn)前期試產(chǎn)階段，二次劃線用3個可調(diào)千斤頂將搖壁箱側(cè)立，以已完成表面加工的側(cè)頂面靠在立板的立面上，用直角彎尺檢驗與平臺表面的垂直度，取大圓弧上、下兩個對應(yīng)點，以及小端各相互位置精度處在合理的情況下，用劃線盤劃出X方向的中心線。然后將箱體翻轉(zhuǎn)，同樣用劃線盤劃出側(cè)底面加工線及與之相連接的大圓弧y方向的中心線，以備加工中心編制程序確定零點及裝夾箱體找正時使用，同時檢驗箱體底面的密封槽相對于周邊的位置精度是否均勻、合理，以確保密封槽在安裝密封圈后的密封效果。但需要立板輔助支持，效率極低。

綜上所述，265型柴油機(jī)搖壁箱劃線創(chuàng)新操作法的先進(jìn)性如下:①采用“三點調(diào)整借料法”，劃出揺壁箱頂面及底面的加工界限。②設(shè)計手提式平面劃線樣板，杜絕搖璧箱空間翻轉(zhuǎn)，消除安全隱患。③“一板三用”，提高樣板使用效率，規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)。

3 工藝流程制定

機(jī)械加工工藝規(guī)程是指比較合理地在各種機(jī)床上用切削加工方法將加工零件的工藝過程確定下來，寫成作為施工依據(jù)的文件。它的作用是組織生產(chǎn)的指導(dǎo)性文件、生產(chǎn)準(zhǔn)備的依據(jù)、新建生產(chǎn)基地和擴(kuò)建廠房的參考基礎(chǔ)，具有交流和推廣作用。

根據(jù)對圖樣和零件實物的分折及設(shè)計零件的技術(shù)要求，設(shè)計搖壁箱的工藝流程如表1所示。

表1 265型柴油機(jī)搖壁箱的加工工藝及使用設(shè)備確認(rèn)表

4 工藝流程詳解

4.1 粗、精車底面

4.1.1 底面的粗車和精車

零件的主要平面是為了作為裝配基準(zhǔn)面和加工中的定位基準(zhǔn)面而設(shè)定的，將直接影響加工過程中的定位精度，影響到搖壁箱與氣缸蓋裝配后的相對位置、接觸精度以及密封性等，因而應(yīng)具有較高的形狀精度(平面度)和表面粗糙度要求。

在設(shè)計機(jī)械加工工藝的過程中，平面的加工方法有車削、銑削、刨削、拉削、磨削及光整加工等。車削、銑削和刨削常用作平面的粗加工和半精加工，而磨削則作為平面的精加工。另外還有刮削、研磨等超精加工、拋光等屬于光整加工。

根據(jù)零件的形狀、尺寸、材料、技術(shù)要求、經(jīng)濟(jì)精度及現(xiàn)有設(shè)備和生產(chǎn)形勢，決定采用數(shù)控立車，用車削完成該底面的加工工序。

因為底面是一個大平面，平面度要求為0.05 mm，因此，此工序分2個工步進(jìn)行，即粗、精加工要分開，裝夾中工裝夾具配置5個可調(diào)千斤頂。3個千斤頂按劃線找正后確定加工箱體的底面，在強(qiáng)度薄弱的地方安置2個可調(diào)千斤頂輔助支持，以減輕工藝系統(tǒng)在切削過程所產(chǎn)生的振動，防止車削過程中因系統(tǒng)強(qiáng)度不足在已加工的表面上產(chǎn)生的切削振紋，而影響切削后加工表面的加工精度和表面粗糙度。

搖壁箱外表面為不規(guī)則曲面，且大平面內(nèi)部為空腔，切削過程中滿程為斷續(xù)切削。粗車時應(yīng)行低速級，較大的走刀量；精車時變?yōu)楦咿D(zhuǎn)速，行小走刀量。以此通過調(diào)節(jié)加工余量和切削參數(shù)來完成底面粗、精加工[2]。

4.1.2 切削用量的選擇原則

粗加工時，切削深度應(yīng)根據(jù)工件的加工余量和由機(jī)床、夾具、刀具、工件組成的工藝系統(tǒng)剛性來確定，在保留半精加工、精加工必要余量的前提下，應(yīng)盡量將粗加工余量一次車掉，只有在加工余量太大或超大，一次性切削不掉或切削困難時，才可以考慮分次序進(jìn)行切削。在本工序中，由于搖壁箱為鑄鐵毛坯件，材料硬度較低，抗震性高，具有良好的切削性能，粗加工的加工佘量一次性切削不是十分困難，因此采用一次切削完成，留有0.3 mm余量，在精車時一次完成。

4.2 粗、精銑頂面

已完成精加工的底面作為精基準(zhǔn)，將箱體放置在立式銑床工作臺上，壓板裝夾牢固，分工步完成粗、精銑削加工，滿足頂面到底面的尺寸精度125±0.1 mm，形位精度頂面到底面的平行度0.05 mm的設(shè)計要求。

4.3 加工定位孔

本工序需要工裝夾具支持，在夾具設(shè)計上，采用安放在不同位置上的6個平面墊鐵來保證底面定位基準(zhǔn)的可靠性，按劃線找正搖壁箱中心線，夾具體在箱體外型的曲面上，選取不同位罝設(shè)置5個可調(diào)支撐點，以限制在x、y方向上的有限自由度，用壓板在上面壓緊，由立式加工中心按坐標(biāo)程序完成這兩個定位孔的加工。

4.4 加工φ 57.11 mm孔

由于2個φ 57.11 mm孔的軸線和搖壁箱的中心線存在一個角度參數(shù)19.3°，如圖2所示。

圖2 265型柴油機(jī)成品搖壁箱示意圖

沒有工裝輔助，成品箱體角度的位置精度很難保證。為此，設(shè)計了工裝配置，找正裝夾，一次完成。

4.5 后續(xù)加工

在臥式加工中心銑側(cè)底面，鉆側(cè)面孔，加工頂面孔系，立式銑床銑削加工200 mm凸臺，使φ 57.11 mm孔加工成為半圓孔。使用搖壁鉆床鉆底面孔，采用立式加工中心編制程序，按程序銑箱體底面的密封槽。

4.6 光整加工

鉗工清理搖壁箱表面殘留，打磨棱邊，做壓力實驗，打印裝車編號。

5 基準(zhǔn)確定

按照圖樣的技術(shù)要求，搖壁箱底面確定為基準(zhǔn)面，由劃線工序完成底面加工界限的確定，進(jìn)而確定頂面的位置。

底面是一個大平面，平面度為0.05 mm，工裝夾具采用平面墊鐵做定位基準(zhǔn)面，用一個圓柱銷和一個棱形銷來鎖定定位孔，確定軸向的定位方向。在裝夾過程中，只需要保證定位銷之間的位置精度，平面墊的高度一致，就能很好地確定工件在夾具上的準(zhǔn)確位置和合理狀況。安裝夾具時，首先找正夾具，通過2個定位孔確定搖壁箱在夾具中的正確位置，利用加工中心的多個自由度和高精度來編制程序，以完成其他孔和面的加工。根據(jù)基準(zhǔn)統(tǒng)一原則，其他孔和面的尺寸精度和形位精度也都能滿足設(shè)計要求。

6 夾具的構(gòu)想與設(shè)計

設(shè)計初始，充分利用2個工藝孔[3]，采用“一面二銷”定位?！耙幻娑N”為過定位，為消除定位干涉，將一個銷制做為棱形銷即削邊銷。在夾具體相應(yīng)位置，φ 13.5 mm棱形銷與φ 70 mm圓柱銷作為工藝裝備的2個定位點，完整準(zhǔn)確地保證了2×φ 57.11 mm孔的位置精度，使2個孔能夠在一次裝夾中同時完成工序加工，同時滿足2個孔的同軸度要求[4]。夾具組裝完成后放到加工中心工作臺面上，調(diào)整定位孔的位置精度和準(zhǔn)確方向，鎖定準(zhǔn)確位置，在夾具體底板邊沿處銑出定位基準(zhǔn)面，作為以后反復(fù)配置使用在拆裝機(jī)床上的調(diào)整基準(zhǔn)，因為在多元化、規(guī)?；慕?jīng)營形勢下，只要需要時將夾具放置在加工中心的工作臺臺面上，用百分表的觸頭依靠在夾具底邊的定位面上，反復(fù)拖行幾個來回將其找正，就準(zhǔn)確確定了夾具體在機(jī)床上的正確位置，依次加工后的成品零件搖壁箱完全滿足設(shè)計要求[5]。

7 “一面二銷”定位的設(shè)定

當(dāng)定位銷和零件定位孔中心距公差滿足定位孔與定位銷有理想的間隙時，同批次零部件在同一工序中才能完成順利裝卸[7]。在實際工序操作中，由于存在同批次零部件要逐個與該夾具定位銷進(jìn)行反復(fù)的裝夾定位，每個零件在夾具中自身的加工精度和理想位置精度很難達(dá)到一致，并且在多批次、眾多零件的年復(fù)一年，日復(fù)一日的反復(fù)裝夾過程中，必然會造成定位元件的磨損和消耗。因此，只能采取一個削邊銷來消除裝夾中“超定位”所產(chǎn)生的定位干涉，滿足夾具的定位要求[8]。

8 預(yù)后理論

預(yù)后理論是指根據(jù)經(jīng)驗預(yù)測一種事物的發(fā)展過程和后果。由于預(yù)后是一種可能性，它既包括判斷的特定后果，也包括進(jìn)行時的過程。

兩千多年前，“西醫(yī)之父”希波克拉底撰寫過論文《論預(yù)后》，他認(rèn)為要通過臨床觀察和分析來判斷疾病的預(yù)后。同理，在劃線操作中，特別是立體劃線，由于毛坯在鑄造、鍛造、焊接過程中產(chǎn)生的尺寸誤差和位置誤差，在進(jìn)行一個坐標(biāo)方向的劃線時，要通過積累的經(jīng)驗，預(yù)判第二、第三個坐標(biāo)方向過程和結(jié)果的準(zhǔn)確性，消除其他尺寸的干擾，保證主要精度尺寸的正確性，以滿足設(shè)計要求，舍次求主。因此，在劃線過程中，不是對照圖紙機(jī)械地把線條劃出來，而是讀懂圖紙，考慮尺寸、位置等精度以及諸多因素，用預(yù)后來規(guī)避產(chǎn)生廢品的潛在風(fēng)險。

9 精益生產(chǎn)

精益生產(chǎn)簡稱LP，是日本豐田公司首先學(xué)習(xí)歐美企業(yè)的先進(jìn)經(jīng)驗后，在此基礎(chǔ)上總結(jié)出來的一套生產(chǎn)執(zhí)行體系，通常稱TPS。現(xiàn)階段，我國一些管理先進(jìn)的國有企業(yè)在進(jìn)行現(xiàn)代企業(yè)制度運行中，都引進(jìn)和總結(jié)了這套先進(jìn)的管理方法來提升自身的管理水平并加以推廣。

企業(yè)在搬迀過程中，按照工藝流程，合理分布將各工序有效銜接組成智能加工線，由單件流線加工單元和單件裝配加工單元組成。物流配位系統(tǒng)、制造過程管理、工藝設(shè)計管理等高度集成的企業(yè)管理層，由車間調(diào)度人員下達(dá)計劃指令，經(jīng)MES系統(tǒng)確認(rèn)，由物流中心將工件坯料送到劃線崗位，采用拉式生產(chǎn)方式，坯件經(jīng)第一道工序劃線崗位，完成工序后，由機(jī)械手傳至下一工序，直到產(chǎn)品清洗、檢查驗收、列單如庫、出庫裝車。同時，工裝清洗、入庫封存，符合整理、整頓、清掃、清潔、素養(yǎng)5S標(biāo)準(zhǔn)，提升企業(yè)精益管理水平。

10 結(jié)語

通過介紹搖壁箱創(chuàng)新劃線操作法及對加工工藝設(shè)計進(jìn)行詳解，并首次在劃線和機(jī)械制造領(lǐng)域提出預(yù)后理論，用其規(guī)范和指導(dǎo)劃線作業(yè)。經(jīng)過不斷總結(jié)和完善，此創(chuàng)新劃線操作法的先進(jìn)性完全滿足零件的設(shè)計精度和加工工藝的要求，產(chǎn)品全部達(dá)到了國產(chǎn)化。