发动机工厂缸体线在项目初期，规划使用德国进口的全自动卧式数控加工中心生产线，共线生产H4四缸缸体和H3三缸缸体，两种缸体在长度方面相差54mm，高度相差9mm。在共线生产的策略中，这类多种产品之间的换型是需要考虑的一大问题。

图1四缸（左）、三缸（右）缸体示意图

Part.1现有夹具夹紧定位方式

在发动机工厂，四台加工中心夹具均采用一面两销的定位方式，夹具上共有3个定位销，4个定位面。具体操作中存在着如下问题：

气路切换的问题

换型时只需切换#3和#4的气路，如图2所示。如操作人员忘记切换，设备气检值会超出正常范围，设备无法运行，从而确保设备不会发生故障。

图2换型时的气路

挡停装置

由于两种缸体长度不同，需要更换到位挡停的装置(见图3)。此装置如果忘记换型，设备会有报警信息提示，无动作运行，保护设备在异常情况下不会发生故障。

图3

夹紧头的换型

需要对H3与H4顶面夹紧头进行换型。由于长度方向相差较大，原设计需要将顶面的#7号夹紧头拆卸后，旋转180°进行安装，在此状态下才能加工H3，如图4所示。若操作员工失误忘记旋转此夹紧头，设备将无报警，加工中心正常运行，会造成主轴或刀具与夹紧头发生干涉，导致设备损坏。

图4夹紧点的对比

前两项换型内容设备发生故障的风险均较小，第三项换型内容风险最大，极易造成设备故障。我们对此夹紧头的设计进行分析后做出更改设计，提高了换型效率，在生产过程中有可能发生的问题得到预防和解决，减少了设备停机时间并降低了维修成本。

Part.2夹紧结构的分析

夹紧机构的顶面采用1个液压缸驱动3个连接杆，对缸体实施夹紧，夹紧力为7MPa。原设计H4夹紧点最大相距284mm，H3夹紧点最大相距226mm。在分析和设计夹紧方案时，应从5个方面入手：夹紧力的方向、大小、作用点、作用顺序以及夹紧原件的结构或其组合。

工件夹紧方案的改进分析

工件夹紧有两方面的要求，一是稳定性要好，保证工件在整个动态切削过程中不会发生运动，始终保持静力平衡，且要有足够的抗振性;二是有限形变，夹紧力和切削力会使工件发生变形，必须有严格的要求以保证形变限制在公差范围内。

图5

改进方案计划，将H4靠近后端面的夹紧点位置改为与H3一致，以达到不需要换型的目的，若更改夹紧点位置，H4夹紧点比原位置向里缩短58 mm，需要对比H3加工后端面的切削力与H4加工后端面的切削力。若在夹紧力范围内，不会对工件造成移动，方案可行。

Part.3夹紧头优化方案分析

如图6所示，夹紧头#7与连接杆使用螺栓进行连接，夹紧头#7为对称结构，与连接杆由左右两处凹槽进行限位。

图6夹紧机构

新方案将连接杆更改为只有一处凹槽，夹紧头#7加工为只有一处凸起与凹槽进行配合，如方向错误则无法进行安装。

图7新设计夹紧头及连接杆

依据上述分析，加工参数将对加工质量会产生重大影响。但两种机型使用的参数一致，加工过程受力较类似，更改夹紧头设计后质量变差的风险较小，加工稳定性对比如图8所示。

图8更换夹紧头前后的位置度对比

综上，对于柔性化生产线，换型内容需要有设计防错或设备报警防错；对于差异较大的产品进行共线生产，需提前分析加工内容的排布、刀具的挑选以及加工参数的制定。