柔性制造技術(shù)在轉(zhuǎn)向節(jié)加工中的研究及應(yīng)用

何曉杰 張文韜 蔣杰 鐘智 陳超

摘要：所謂“柔性”，即靈活性，是制造設(shè)備或系統(tǒng)應(yīng)付各種可能變化或新情況的“應(yīng)變”能力，涉及設(shè)備柔性、工藝柔性、產(chǎn)品柔性、維護(hù)柔性、生產(chǎn)能力柔性、擴(kuò)展柔性、運(yùn)行柔性等，能夠在較短的開發(fā)周期內(nèi)生產(chǎn)出較高質(zhì)量要求的不同產(chǎn)品，柔性制造技術(shù)的這種高效、靈活的特點(diǎn)使其成為制造業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)和面向21世紀(jì)的先進(jìn)生產(chǎn)模式。

關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)向節(jié)；柔性制造技術(shù)；加工工藝

1 轉(zhuǎn)向節(jié)零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)向節(jié)是車輪轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵零部件，屬異形件，上下有安裝主銷的兩個(gè)同軸孔，另有安裝車輪的轉(zhuǎn)向節(jié)軸頸。轉(zhuǎn)向節(jié)上下主銷孔通過主銷與前軸相連，前輪可以繞主銷偏轉(zhuǎn)一定角度從而使汽車轉(zhuǎn)向。為了減小磨損，轉(zhuǎn)向節(jié)主銷孔內(nèi)壓入錫青銅襯套或滾針軸承，并需注入一定量的潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。為使轉(zhuǎn)向靈活，在轉(zhuǎn)向節(jié)下主銷端面與前軸接觸部分裝有推力軸承，在轉(zhuǎn)向節(jié)上主銷孔端面處與前軸接觸部位之間還裝有調(diào)整墊片，通過更換不同厚度的調(diào)整墊片，保證一定范圍的間隙。加工尺寸比較多，需要的加工方式多樣，包括外圓加工、端面加工、主銷孔加工、螺紋加工等，主要由軸承安裝軸（轉(zhuǎn)向節(jié)軸）、固定制動(dòng)器的轉(zhuǎn)向節(jié)法蘭盤面、主銷孔叉架組成。轉(zhuǎn)向節(jié)軸主要安裝輪轂軸承，呈階梯結(jié)構(gòu)，包括兩個(gè)安裝軸承的同軸外圓柱面、圓錐面、螺紋面、過渡圓角，以及制動(dòng)器總成安裝止口和端面；轉(zhuǎn)向節(jié)盤面包括固定制動(dòng)器的安裝平面、連接制動(dòng)器總成的螺栓孔和其它相關(guān)連接件的螺紋孔；主銷孔叉架是由轉(zhuǎn)向節(jié)的上下主銷孔和檔面構(gòu)成。

2 轉(zhuǎn)向節(jié)傳統(tǒng)加工存在問題

（1）工序基于傳統(tǒng)加工方式的束縛，加工產(chǎn)品的精度難以保證，過程穩(wěn)定性不高。如：轉(zhuǎn)向節(jié)軸部為階梯軸，分兩道工序磨削，受限于設(shè)備、工裝精度，很難保證兩軸承安裝處的同軸度要求；基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)換，各安裝平面尺寸不穩(wěn)定。（2）加工工序多，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，手作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，難以發(fā)揮設(shè)備的最大效率；各工序生產(chǎn)能力不均衡，造成個(gè)別工序等待，或者在制品過多，整體工時(shí)利用率低，浪費(fèi)嚴(yán)重；產(chǎn)品切換需調(diào)整二十幾臺(tái)設(shè)備及工裝，因產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不同以及工序內(nèi)容的約束很難實(shí)現(xiàn)共線生產(chǎn)，產(chǎn)品轉(zhuǎn)型或切換局限性大。（3）受通用設(shè)備結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)線工藝布局限制，所需設(shè)備較多，導(dǎo)致生產(chǎn)線較長(zhǎng)；工序多，各工序占用一定在制品，導(dǎo)致在制品量大，很難實(shí)現(xiàn)一個(gè)流生產(chǎn)，生產(chǎn)效率難以實(shí)現(xiàn)最大化，精益化管理推行困難。

3 轉(zhuǎn)向節(jié)加工設(shè)備的柔性化

柔性制造體系就是一種比較完善的工業(yè)生產(chǎn)體系。該體系主要由計(jì)算機(jī)模塊、自動(dòng)設(shè)備模塊、自動(dòng)搬運(yùn)模塊三個(gè)子體系構(gòu)成，其自動(dòng)化程度相對(duì)較高，生產(chǎn)效率較高。簡(jiǎn)單來(lái)會(huì)說(shuō)柔性體統(tǒng)包含自動(dòng)加工、智能物流處理、信息化三個(gè)子模塊，根據(jù)生產(chǎn)零件的不同能夠進(jìn)行實(shí)時(shí)變化的一種系統(tǒng)，其英文簡(jiǎn)稱為 FMS。

3.1 集成加工技術(shù)

集成加工技術(shù)主要是通過改進(jìn)傳統(tǒng)機(jī)床的加工方法，減少加工工序，實(shí)現(xiàn)工件的高精度和高效率的一種加工方法。優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）工序集中，減少了工件裝夾次數(shù)，在一次裝夾中可加工多個(gè)表面，能夠減少工件的重復(fù)定位誤差保證相互間的位置精度；同時(shí)減少了裝夾所造成的誤差。（2）產(chǎn)品加工精度由精度較高的數(shù)控設(shè)備和程序控制，可減少人為因素干擾。（3）大大降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。（4）大大縮短生產(chǎn)周期以及新產(chǎn)品開發(fā)周期。（5）減少了工件的轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)，縮短了物料的轉(zhuǎn)運(yùn)周期。

3.2 復(fù)合加工技術(shù)應(yīng)用

復(fù)合加工技術(shù)是指工件一次裝夾，用多種加工方法完成零件的表面加工，即在一臺(tái)設(shè)備上完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔、擴(kuò)孔等多種加工要求。減少設(shè)備和工裝夾具投入，減少裝夾次數(shù)及搬運(yùn)過程，能夠提高產(chǎn)品加工精度，縮短產(chǎn)品的加工周期。復(fù)合加工機(jī)床主要分為三類：（1）以車為主的復(fù)合加工機(jī)床，在車削中心的基礎(chǔ)上增添用于回轉(zhuǎn)刀具的切削裝置，如車銑復(fù)合中心、小型五軸車銑復(fù)合中心、車銑復(fù)合加工單元等。車銑復(fù)合加工的運(yùn)動(dòng)包括動(dòng)力銑刀旋轉(zhuǎn)、工件隨主軸旋轉(zhuǎn)、銑刀可軸向和徑向進(jìn)給等基本運(yùn)動(dòng)；（2）以銑削為主體的復(fù)合加工機(jī)床，在加工中心基礎(chǔ)上增加了使工件回轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，如帶回轉(zhuǎn)軸的加工中心；

3.3 轉(zhuǎn)向節(jié)新工藝生產(chǎn)線布局

為實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化布局，新生產(chǎn)線布局應(yīng)遵循以下原則：（1）混線生產(chǎn)原則（柔性原則）：可實(shí)現(xiàn)多品種混線生產(chǎn)，以適應(yīng)多品種、小批量生產(chǎn)，盡可能的提高設(shè)備利用率。（2）“一個(gè)流”生產(chǎn)原則：根據(jù)確定的工藝流程以及選用設(shè)備，確保滿足工藝路線，實(shí)現(xiàn)物流單一流向，避免倒流及交叉；生產(chǎn)線布局應(yīng)盡可能減少“斷點(diǎn)”；減少搬運(yùn)及在制品庫(kù)存；能夠?qū)崿F(xiàn)“一人多機(jī)”操作，提高生產(chǎn)效率。（3）人機(jī)匹配原則：充分考慮人機(jī)工程，為生產(chǎn)線員工提供一個(gè)安全、舒適、寬敞的操作空間。（4）減少浪費(fèi)：降低等待、搬運(yùn)等。（5）保證設(shè)備布局形式的合理：新工藝設(shè)備采用工藝專業(yè)化布置形式和產(chǎn)品專業(yè)化布置形式相混合的形式進(jìn)行布局，即各工序采用成組生產(chǎn)單元按工藝專業(yè)化布置形式布局，“一人多機(jī)”的情況下由相同工種的工人對(duì)不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行相同工藝的加工；整條生產(chǎn)線采用產(chǎn)品專業(yè)化布置形式布局，以便實(shí)現(xiàn)“一個(gè)流”生產(chǎn)，保證整條生產(chǎn)線從毛坯投入到成品產(chǎn)出，減少工件搬運(yùn)等待等。（6）物流路線通暢原則：生產(chǎn)線布局時(shí)應(yīng)當(dāng)保證流通路線順暢。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，為實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)車銑復(fù)合加工，采用回歸分析法建立動(dòng)力銑削切削力以及“以車代磨”粗糙度模型，為優(yōu)化切削參數(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)的柔性加工提供了理論依據(jù)。對(duì)重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)柔性化加工的研究，重點(diǎn)做了工藝流程設(shè)計(jì)及實(shí)際加工應(yīng)用方面的研究，對(duì)物料輸送系統(tǒng)、控制信息系統(tǒng)等方面未有涉及，后續(xù)可針對(duì)以上方面進(jìn)行完善，完善整個(gè)柔性制造系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)：

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