基于變速器殼體加工的生產(chǎn)線設(shè)計

朱仕?！⌒軄儭↑S利明

摘要：針對某商用車十四擋輕量化重型變速器前/后殼體中小批生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)品特點，設(shè)計建設(shè)一條經(jīng)濟實用，滿足為3萬件/年前/后殼體共線混流生產(chǎn)，換型時間最短，占地最優(yōu)的變速器薄壁殼體生產(chǎn)線。通過分析前/后殼體的加工工藝，尋找共同點，重點闡述生產(chǎn)線需要解決的問題、生產(chǎn)線節(jié)拍計算、各工序設(shè)備數(shù)量的確定及運輸方式和生產(chǎn)線平面布局與優(yōu)化等；成功地解決前/后殼體混流生產(chǎn)，滿足了換型不換工裝、刀具，零換型時間，降低勞動強度，高質(zhì)量完成生產(chǎn)線的設(shè)計與建設(shè)，達成各項指標要求；研究創(chuàng)新設(shè)計了一種設(shè)備工裝串聯(lián)、并聯(lián)排列形式相結(jié)合的重型變速器薄型殼體中小批量建線模式及較小空間零件脫開定位銷抬起雙凸輪結(jié)構(gòu)，同時獲得2項發(fā)明專利。

關(guān)鍵詞：商用車；變速器；殼體；混流生產(chǎn)；節(jié)拍

殼體類零件批量加工傳統(tǒng)上采用組合機床或?qū)Ｓ脵C床。隨著數(shù)控加工技術(shù)的發(fā)展，逐漸采用加工中心加工各類零件，將零件在機床上裝夾固定可靠后，通過加工中心換刀機構(gòu)抓取不同的刀具對零件的面、孔等進行加工，并分粗精加工完成所有工序。零件的加工精度由工裝、刀具及機床主軸精度共同保證。

變速器殼體為典型的箱體類零件，主要加工內(nèi)容為平面和相關(guān)孔系，在加工過程中要保證孔的尺寸精度和位置精度，加工應(yīng)遵循先面后孔的原則，加工順序為先加工箱體上的基準平面，再以基準平面定位加工其他平面，然后再加工孔系。

本文主要介紹基于某商用車十四擋重型變速器的前殼體/后殼體加工，設(shè)計既能同時滿足變速器前殼體和后殼體的混流生產(chǎn)，又能使換型時間最短，占地最優(yōu)，投資最省，適用于中小批量生產(chǎn)經(jīng)濟實用的一條混流生產(chǎn)線。

產(chǎn)品特點及工藝分析

1.零件特點及生產(chǎn)綱領(lǐng)

變速器前/后殼體屬于薄壁零件，壁厚為6mm，易變形，定位銷孔及主軸承孔的尺寸精度高，銷孔為2-f16H8，位置度f0.06mm；軸承孔f140K7，位置度f0.06mm。

1）零件質(zhì)量：前殼體18kg±1.5kg；后殼體15kg±1.5kg；

2）零件材料：低壓鑄件鋁合金AlSi8Cu3。

3）變速器前殼外形尺寸（575mm×522mm×237mm），變速器后殼外形尺寸（515mm×460mm×235mm）屬于腔體類零件，如圖1，圖2所示。

4）生產(chǎn)綱領(lǐng)：15000套/年，前殼體15000件/年，后殼體15000件/年。

2. 需要解決的問題

變速器前/后殼體屬于結(jié)構(gòu)存在差異的2個產(chǎn)品，為了減少建線成本，考慮在同一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)批量混流生產(chǎn)，如何建立一條既經(jīng)濟又精益高效的生產(chǎn)線尤為重要。

建線需要解決的幾個重點問題如下：

1）結(jié)構(gòu)有差異的前/后殼體，要同時批量生產(chǎn)，是建1條混流生產(chǎn)線還是建2條生產(chǎn)線？

2）零件尺寸及位置精度要求較高，對薄壁殼零件的變形如何控制f0.06mm的位置度如何控制？

3）生產(chǎn)線如何設(shè)計，既滿足工藝流程的要求，又使換型時間最短？

4）薄壁殼零件夾具定位夾緊方案、混流生產(chǎn)刀具共用方案如何選擇？

3.工藝分析

經(jīng)過工藝分析給出前/后殼體的的工藝路線，見表1。

通過分析可以確定前/后殼體共同特點： 20-1/20-2工序都使用的是立式加工中心；50工序都是使用清洗設(shè)備；60工序都是使用氣密設(shè)備。確定零件工藝后，在設(shè)備選型、夾具、刀具設(shè)計、清洗及氣密性均應(yīng)考慮共用、通過性及混流共線的物流通暢性?；谝陨瞎残缘奶攸c，考慮設(shè)計1條混流生產(chǎn)線。

生產(chǎn)線設(shè)計

生產(chǎn)線設(shè)計要符合混流生產(chǎn)的特征：

1）在一個計劃期內(nèi)，在同一條生產(chǎn)線上生產(chǎn)n種不同的產(chǎn)品。

2）生產(chǎn)線上的n種產(chǎn)品通常是結(jié)構(gòu)相似，工序相同。

3）生產(chǎn)過程中，不同產(chǎn)品之間的轉(zhuǎn)換基本上不需要調(diào)整生產(chǎn)線。

4）生產(chǎn)線上n種產(chǎn)品連續(xù)、混合地投入。

1.生產(chǎn)線設(shè)計計算

確定生產(chǎn)線的形式和節(jié)拍，生產(chǎn)線的形式取決于零件的年產(chǎn)量和勞動量，需要全面考慮審查任務(wù)和現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)條件，對零件結(jié)構(gòu)、工藝的穩(wěn)定性等進行綜合分析后，決定生產(chǎn)線的形式。節(jié)拍是生產(chǎn)線最重要的工作參數(shù)，它表明生產(chǎn)線生產(chǎn)速度的快慢或生產(chǎn)率的高低，生產(chǎn)線節(jié)拍的計算公式為：

r=F_e/N=F₀η/n（1）

式中 r——生產(chǎn)線節(jié)拍，單位為min/件；

F_e——計劃期有效工作時間，單位為min；

N——計劃期零件產(chǎn)量，單位為件（包含計劃產(chǎn)量和預(yù)計廢品量）；

F₀——計劃期制度工作時間，單位為min；

η——時間有效利用系數(shù)，考慮設(shè)備檢修、設(shè)備

調(diào)整、更換工裝、刀具的時間以及工人班

內(nèi)休息的時間，一般取0.9～0.96。

本文涉及的計劃：計劃年產(chǎn)量N=a，預(yù)計廢品量Δ=2% N （這里考慮毛坯鑄造缺陷及加工過程由調(diào)刀產(chǎn)生的廢品，取2%）。計劃產(chǎn)量為前殼體15000件/年，后殼體15000件/年；則N=a+Δ=30600件/年。

2. 節(jié)拍計算

根據(jù)本生產(chǎn)線預(yù)設(shè)通過的產(chǎn)品為A（前殼體）、B（后殼體）兩種零件，其計劃年產(chǎn)量分別為N_A、N_B；使用代表零件法計算，將A、B零件的產(chǎn)量換算為代表零件的總產(chǎn)量N。則

N=N_A＋N_Bε₁（2）

式中 ε₁——零件B的單件時間T_B與零件A單件時間T_A的比值，即ε₁=T_B/T_A。

則各零件的節(jié)拍r_A、r_B計算如下：

r_A=F₀η/n= F₀η/（N_A＋N_Bε₁） （3）

r_B= r_Aε₁（4）

根據(jù)產(chǎn)量，工時計算基準選用序號2，對應(yīng)4545h，則F₀=4545h =272700min；T_A=44min/件，T_B=47min/件。根據(jù)上述公式計算得r_A=7.911min/件，r_B=8.45min/件。

3.確定各工序設(shè)備數(shù)量

每道工序的設(shè)備數(shù)量S應(yīng)等于工序時間T與生產(chǎn)線節(jié)拍r之比，則根據(jù)計算得出結(jié)果，見表2。

4.生產(chǎn)線運輸方式

前/后殼體工藝性良好，重量、精度和其他技術(shù)要求，允許嚴格地按節(jié)拍產(chǎn)出，采用自由節(jié)拍生產(chǎn)線的方式，依據(jù)前/后殼體產(chǎn)量規(guī)模確定本生產(chǎn)線采用滾道+托盤的運輸方式。

5.生產(chǎn)線的平面布置

已知存量設(shè)備有2臺立式加工中心，1臺PM500臥式加工中心，1條輸送滾道；其余設(shè)備需新投入。

綜合利用現(xiàn)有設(shè)備及新購設(shè)備相結(jié)合的方案，最大限度減小投資費用，通過計算新投入4臺立式加工中心（加工中心基本參數(shù)：工作臺尺寸1600mm×650mm；工作臺左右移動行程X軸：1400mm；主軸升降行程Y軸：660mm；立柱前后移動Z軸：635mm；刀庫數(shù)量：24把），1臺清洗機（通過式步進清洗機，清洗機具備開機預(yù)熱功能，兼容變速器前殼體/后殼體通過性，采用超聲—噴淋—烘干的主要工藝），1臺氣密機（采用雙工位，前殼體/后殼體分別獨立檢測，共用一臺泄漏檢測儀），其余全部為存量資產(chǎn)，全線新投（設(shè)備、刀具、夾具、輔具及吊具）物流采用輸送滾道、托盤、往復移動小車。

生產(chǎn)線的平面布置應(yīng)當有利于工人的操作方便，物流路線最短，及有效的利用面積。結(jié)合上述計算結(jié)果設(shè)計，規(guī)劃生產(chǎn)線流程圖如圖3所示。按照設(shè)計計算的節(jié)拍及機床數(shù)量，優(yōu)化設(shè)計了平面圖如圖4所示。

6.創(chuàng)新點

通過生產(chǎn)線的設(shè)計，研究創(chuàng)新開發(fā)設(shè)計一種串聯(lián)、并聯(lián)相結(jié)合的中小批量建線模式及生產(chǎn)組織方式。

生產(chǎn)線設(shè)計布置重點是夾具與3組加工中心的排布上，如圖3所示將6臺立式加工中心分為3組，第1組由加工中心1、2構(gòu)成；第2組由加工中心3、4構(gòu)成；第3組由加工中心5、6構(gòu)成；每組加工中心面對面放置，1臺立式加工中心的工作臺上放置2套夾具（前殼20-1序、后殼20-1序），另1臺放置2套夾具（前殼20-2序、后殼20-2序）。這樣形成了設(shè)備與設(shè)備之間排列為串聯(lián)，工裝在設(shè)備上的排列為并聯(lián)，如圖5所示。

組織生產(chǎn)方式有如下三種方式：

1）方式一。前殼體生產(chǎn)，按工序進行生產(chǎn)，流轉(zhuǎn)到立式加工中心序時，可將3件前殼體的分別吊裝到加工中心編號為1、3、5的前殼夾具上進行20-1序生產(chǎn)，完成后將前殼體轉(zhuǎn)移到下一工序進行加工。

2）方式二。后殼體生產(chǎn)，按工序進行生產(chǎn)，流轉(zhuǎn)到立式加工中心序時，可將3件后殼體的分別吊裝到加工中心編號為1、3、5的后殼夾具上進行20-1序生產(chǎn)，完成后將后殼體轉(zhuǎn)移到下一工序進行加工。

3）方式三。在同一班次，前/后殼體可以分別按方式一及方式二進行均衡生產(chǎn)、也可以不均衡生產(chǎn)，及可以按需求數(shù)量進行生產(chǎn)。

同理，前/后殼體的20-2序生產(chǎn)與方式一、二、三相同。

生產(chǎn)前殼體時選擇將前殼體放置在前殼體夾具上，生產(chǎn)時，只需調(diào)用前殼體生產(chǎn)的數(shù)控程序即可，實現(xiàn)程序、夾具、刀具聯(lián)動完成殼體的加工，后殼體生產(chǎn)同理。生產(chǎn)線設(shè)計與實踐過程中獲得了《變速器前殼體和后殼體混流生產(chǎn)線及生產(chǎn)方法》《一種零件脫開定位銷抬起裝置》2項發(fā)明專利。

結(jié)語

通過分析如何建立一條混流生產(chǎn)線，從設(shè)計思路、生產(chǎn)線的組織設(shè)計與計算、生產(chǎn)線運輸方式、產(chǎn)線布局及優(yōu)化，創(chuàng)新的提出了一種串聯(lián)、并聯(lián)相結(jié)合的重型變速器薄型殼體中小批量建線模式與生產(chǎn)組織方式，同時開發(fā)了一種零件脫開定位銷抬起雙凸輪結(jié)構(gòu)，解決較小空間內(nèi)零件水平抬起問題，降低勞動強度。生產(chǎn)線的成功設(shè)計與應(yīng)用，解決了投資最優(yōu)、有效利用占地面積和產(chǎn)品換型時間最短的問題。

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