變速器殼體生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)

劉志強(qiáng)　王東　趙建濤

摘 要：變速器殼體生產(chǎn)采用直線(xiàn)型生產(chǎn)線(xiàn)，線(xiàn)體占地面積小、物流方便，同時(shí)，日本原裝進(jìn)口的高速臥式加工中心具有高速、高效、高精度、高柔性和高通用性的特點(diǎn)，使變速器殼體生產(chǎn)線(xiàn)的操作更方便、更高效。

關(guān)鍵詞：生產(chǎn)線(xiàn)布局；選型加工；手動(dòng)變速器；分式結(jié)構(gòu)

中圖分類(lèi)號(hào)：TG659 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.108

2009年，我公司成功開(kāi)發(fā)出一款MT系列多檔手動(dòng)變速器，采用對(duì)分式結(jié)構(gòu)，可匹配多種排量的發(fā)動(dòng)機(jī)。對(duì)變速器殼體量產(chǎn)的生產(chǎn)線(xiàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行了細(xì)致的分析和調(diào)研。

汽車(chē)市場(chǎng)發(fā)展迅猛，產(chǎn)品紛繁多樣，人們對(duì)汽車(chē)個(gè)性化的要求也越來(lái)越高，以往單一工件的生產(chǎn)方式變?yōu)槎喾N工件各自的較小批量疊加成的大批量生產(chǎn)。因此，20世紀(jì)占統(tǒng)治地位的組合機(jī)床（專(zhuān)機(jī)）生產(chǎn)線(xiàn)已無(wú)法滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)快速更新的需求。

目前，汽車(chē)行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)使人們更傾向柔性生產(chǎn)系統(tǒng)，高速加工中心軟、硬件的構(gòu)成使其加工換型快、柔性強(qiáng)；具有分段投資、滾動(dòng)發(fā)展的特點(diǎn)，可適應(yīng)產(chǎn)能和品種的變化；一次投資，長(zhǎng)期受益，突破了汽車(chē)生產(chǎn)中“經(jīng)濟(jì)規(guī)?！钡膫鹘y(tǒng)觀念，實(shí)現(xiàn)了多品種、中小批量和高效生產(chǎn)。

公司采用了高速臥式加工中心組合，以解決殼體類(lèi)零件加工的柔性、產(chǎn)量、投資與更新的矛盾，滿(mǎn)足了公司后續(xù)多品種、產(chǎn)能適中和少投資滾動(dòng)發(fā)展的要求。同時(shí)，隨著人力成本的增加和90后逐漸成為主要?jiǎng)趧?dòng)力，手動(dòng)搬運(yùn)生產(chǎn)的方式已無(wú)法滿(mǎn)足勞動(dòng)者的要求，且傳統(tǒng)的無(wú)人操作機(jī)構(gòu)售價(jià)昂貴，無(wú)法滿(mǎn)足變速器低價(jià)、高效的要求。因此，公司開(kāi)發(fā)了獨(dú)特的半自動(dòng)上、下料機(jī)構(gòu)。通過(guò)上、下料機(jī)構(gòu)，可降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少勞動(dòng)者數(shù)量，并在保證生產(chǎn)效率、質(zhì)量的前提下，實(shí)現(xiàn)了勞動(dòng)強(qiáng)度和單臺(tái)成本的雙降低。

1 生產(chǎn)線(xiàn)的排布

在滿(mǎn)足生產(chǎn)綱領(lǐng)的前提下，基于鋁合金殼體的加工，從產(chǎn)線(xiàn)的占地面積、人員配置、設(shè)備投資、物流、生產(chǎn)組織和產(chǎn)品產(chǎn)能規(guī)劃等方面進(jìn)行了綜合分析，最終采用柔性直線(xiàn)型生產(chǎn)線(xiàn)，具有經(jīng)濟(jì)、高效的特點(diǎn)。

生產(chǎn)線(xiàn)采用單產(chǎn)品直線(xiàn)生產(chǎn)、兩個(gè)產(chǎn)品相對(duì)生產(chǎn)的形式。操作者在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)了一人多機(jī)的生產(chǎn)方式。物流方面，完全實(shí)現(xiàn)了豐田“一個(gè)流”的生產(chǎn)方式，取消了并行工序，不會(huì)產(chǎn)生再制品，消除了產(chǎn)品堆積，降低了批量廢品的產(chǎn)生率。同時(shí)，多種產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了共線(xiàn)生產(chǎn)，生產(chǎn)線(xiàn)具有高度柔性，這有助于多技能工的培養(yǎng)。

2 高速加工中心的選型

變速器殼體材料為鋁合金，硬度≤HB160，切削余量為0.8～1.5 mm，需要低扭矩、低能耗、高精度、高轉(zhuǎn)速、高快移和高自動(dòng)化的加工中心。根據(jù)廣泛的市場(chǎng)調(diào)研和技術(shù)分析，公司最終確定選用某公司生產(chǎn)的高速加工中心實(shí)現(xiàn)變速器殼體高精度的加工。

2.1 高速加工中心的特性參數(shù)

高速臥式加工中心采用原裝進(jìn)口設(shè)備，機(jī)床的最高轉(zhuǎn)速達(dá)16 000 r/min，X軸、Y軸和Z軸的快移速度可達(dá)到60 m/min，定位精度為0.006 mm，重復(fù)精度為0.004 mm，加速度為10 m/s2；換刀時(shí)間（切屑對(duì)切屑）為2.8 s，X軸、Y軸和Z軸的工作行程為630 mm×550 mm×550 mm。加工中心采用液壓夾具，可自動(dòng)夾緊，每套夾具上有多個(gè)輔肋支撐和輔助壓板，夾具的定位面采用氣檢結(jié)構(gòu)，可通過(guò)氣壓變化檢測(cè)定位面上是否存在鋁屑等雜物，檢測(cè)精度可達(dá)0.02 mm，能保證工件的裝夾可靠和夾緊不變形。機(jī)床配備容量為30把刀的刀庫(kù)，并在刀庫(kù)內(nèi)有斷刀檢測(cè)裝置，可對(duì)加工過(guò)程中的刀具是否折斷作出判斷并報(bào)警顯示。

2.2 進(jìn)給軸

進(jìn)給軸采用伺服電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，消除了中間的傳動(dòng)部分，降低了運(yùn)行的噪聲，提高了傳動(dòng)精度。進(jìn)給軸絲杠采用恒溫中心冷卻的方式，可保證驅(qū)動(dòng)軸在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下不產(chǎn)生熱變形。在此情況下，機(jī)床可在60 m/min的高速度下運(yùn)行，速度、精度都得到了保證。

2.3 主軸

由于高速加工中心主軸轉(zhuǎn)速非?？?，所以，其主軸結(jié)構(gòu)和形式非常重要。主軸潤(rùn)滑采用油氣潤(rùn)滑的方式，提高了軸承的壽命，降低了運(yùn)行噪聲。冷卻方式采用恒溫冷卻的方式，減少了主軸的熱變位。主軸電機(jī)繞組采用雙繞組的方式，可確保低速區(qū)既能夠滿(mǎn)足鋼件的切削要求，高速區(qū)也能滿(mǎn)足鋁件加工的要求。同時(shí)，主軸增加了異物報(bào)警提示功能，當(dāng)主軸與刀具之間存在0.02 mm及以上的異物時(shí)，機(jī)床會(huì)發(fā)出拉緊不到位的報(bào)警，防止因刀具裝夾不到位而造成產(chǎn)品質(zhì)量事故。

2.4 工作臺(tái)

標(biāo)準(zhǔn)配置為雙托盤(pán)的方式，自動(dòng)分度機(jī)構(gòu)采用AC馬達(dá)旋轉(zhuǎn)、聯(lián)軸節(jié)定位和液壓夾緊的方式，可隨機(jī)選擇每1°內(nèi)的任意面。利用圓錐形狀的4 組定位銷(xiāo)進(jìn)行托盤(pán)定位臺(tái)上的定位，利用液壓分別對(duì)這些定位銷(xiāo)進(jìn)行夾緊。通過(guò)最新結(jié)構(gòu)分析軟件檢驗(yàn)的高剛性的主機(jī)結(jié)構(gòu)，可滿(mǎn)足在精度要求下的高速切削。

2.5 切削液系統(tǒng)

為了防止重要熱源的切屑發(fā)生熱不平衡的現(xiàn)象，可通過(guò)高達(dá)1.5 MPa的主軸貫通切削液和0.15 MPa大流量噴淋系統(tǒng)，使切屑不在被加工工件和托盤(pán)上停留，并且通過(guò)在Z軸罩兩側(cè)的螺旋式排屑輸送器將切屑快速排到切削液箱，從而使切屑引發(fā)的熱影響降至最低。在過(guò)濾精度方面，切削液為兩次過(guò)濾，精過(guò)濾精度高達(dá)20 μ，有效保證了加工中心內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精確。

2.6 高效夾具系統(tǒng)

剛性高、穩(wěn)定的夾具對(duì)于高速加工的精度和刀具的壽命非常關(guān)鍵。如果工件夾不緊，則加工時(shí)會(huì)出現(xiàn)崩刃、打刀，甚至造成嚴(yán)重的機(jī)床事故；如果夾具的剛性不足，則加工時(shí)會(huì)產(chǎn)生震顫、劃痕，進(jìn)而影響質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響整體的加工尺寸。因此，6臺(tái)加工中心上所有的夾具均為液壓夾具，并設(shè)計(jì)了能檢測(cè)零件是否夾緊的氣密檢測(cè)系統(tǒng)，同時(shí)，在夾具結(jié)構(gòu)薄弱位置增加了加強(qiáng)筋，可保證夾具的剛性。

采用高效液壓夾具安裝定位后，可以快速、準(zhǔn)確地確定工件與機(jī)床、刀具之間的相互位置，工件的位置精度由夾具保證，不受工人技術(shù)水平的影響，其加工精度高且穩(wěn)定。同時(shí)，明顯減少了輔助工時(shí)（裝卸工件的時(shí)間），提高了工件的剛性，使切削用量加大。

2.7 高速切削刀具系統(tǒng)

變速器殼體生產(chǎn)線(xiàn)刀柄采用HSK形式。刀柄是一種新型的高速錐型刀柄，其接口采用錐面和端面兩面同時(shí)定位的方式，刀柄為中空，錐體長(zhǎng)度較短，有利于實(shí)現(xiàn)換刀輕型化和高速化。由于采用端面定位，加工中心完全消除了軸向定位誤差，使高速、高精度加工成為可能。這種刀柄被譽(yù)為是“21世紀(jì)的刀柄”。

2.8 上、下料機(jī)構(gòu)

變速器殼體生產(chǎn)線(xiàn)上、下料機(jī)構(gòu)采用手動(dòng)輔助上、下料的形式，操作者通過(guò)操作上料平臺(tái)，可實(shí)現(xiàn)零部件上料時(shí)的準(zhǔn)確定位，消除了手動(dòng)重復(fù)裝夾造成的裝配誤差。同時(shí)，設(shè)備之間通過(guò)滾道連接，減少了人員走動(dòng)，降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度。

參考文獻(xiàn)

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[2]張鐵軍.虛擬鏜銑加工中心具體化方法研究[J].東北電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（01）.

〔編輯：張思楠〕

Abstract： The transmission housing is produced using straight lines， small line body footprint， easy logistics， while Japan imported high-speed horizontal machining center with high-speed， high efficiency， high precision， highly flexible and highly versatile features that make transmission housing production line operation more convenient and more efficient.

Key words： production line layout； selection process； manual transmission； fractional structure