剛性專機變速箱殼體生產(chǎn)線柔性改造

摘要：單品種、大批量生產(chǎn)線無法滿足多品種、小批量的市場需求，企業(yè)怎么對現(xiàn)有的生產(chǎn)線進行改造？如果采用推倒重來，企業(yè)的生產(chǎn)成本會非常高。本文重點闡述剛性生產(chǎn)線的柔性改造，將粗加工的經(jīng)濟和精加工的高品質(zhì)有效地結(jié)合在一起。

1. 項目背景

目前商用車變速箱殼體采用的生產(chǎn)線為多機細分工序生產(chǎn)線，雖然節(jié)拍短，效率高，但無法適應多品種、小批量市場的要求，經(jīng)常要調(diào)整，尺寸的穩(wěn)定性差，質(zhì)量波動大；加工中心的產(chǎn)品質(zhì)量好，但節(jié)拍長。企業(yè)的發(fā)展，迫切要求對目前殼體生產(chǎn)線進行柔性化改造。

2. 原工藝流程

原工藝流程如圖1所示。



圖 1

3. 原工藝存在的主要問題

（1）品種多。商用車變速器殼的品種多，生產(chǎn)線只能生產(chǎn)設(shè)定的產(chǎn)品，由于市場對各產(chǎn)品的需求不同，導致生產(chǎn)線的生產(chǎn)不均衡。

（2）開發(fā)周期長。每開發(fā)一個產(chǎn)品，小批量時都是在相近的生產(chǎn)線上更換工裝，更換一個品種需要將近8h的時間，生產(chǎn)線品種的切換就必須增加各品種的庫存。

（3）生產(chǎn)線的特點。由通用設(shè)備、專機組成的生產(chǎn)線能否達產(chǎn)，其關(guān)鍵點就在于專機的到位時間，專機的生產(chǎn)周期一般需要6個月；而專機線無法滿足產(chǎn)品的改型，產(chǎn)品在各加工線之間也難于切換。

（4）生產(chǎn)線產(chǎn)能與配置（見表1）。
表1 生產(chǎn)線產(chǎn)能與配置



（5）專機線對產(chǎn)品的影響因素：①鑄造應力和加工應力。②干切時鑄件的熱脹冷縮。③分序的定位精度。④轉(zhuǎn)序引起的磕碰。

4. 改造方案的分析

（1）設(shè)計精度對加工工藝的要求，如圖2所示，如果精銑兩端面和精鏜軸承孔（鉸倒擋孔）在一次裝夾下完成，就不存在分序加工的定位累計誤差。



圖 2

（2）我們選用了一款殼體加工的生產(chǎn)線，從使用設(shè)備、投資額、人員配置和工藝成本幾個方面，對不同的方案進行分析（見表2）。

表2 方案對比



經(jīng)過以上對比分析，采用粗加工專線+FMS精加工線方案的成本優(yōu)于自動專機生產(chǎn)線。

5. 改進的措施

（1）要實現(xiàn)生產(chǎn)線對各產(chǎn)品加工的適應性，需要對現(xiàn)有的產(chǎn)品進行設(shè)計改進，在基準面的周邊設(shè)置工藝凸臺和工藝定位孔，如圖3所示，將工藝定位孔的中心距離L和銷孔的孔徑設(shè)計成一致。



圖 3

（2）為了消除鑄造應力，加工應力及加工產(chǎn)生的熱量對產(chǎn)品質(zhì)量的影響，將殼體的粗精加工分開。

（3）粗加工工序利用現(xiàn)有的設(shè)備資源，組成粗加工單元，發(fā)揮專機生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)拍短的優(yōu)勢。

（4）OP10粗銑基準面工序，圓臺銑工裝的柔性設(shè)計：采用三頂針頂入軸承預留孔中，通過伸縮上端兩頂針來適應不同長度的箱體，通過彈簧頂針的偏心來適應不同中心距的殼體加工，如圖4所示。



圖 4

（5）OP20工序通過調(diào)整箱體長度的定位，對不同的箱體進行定位孔的加工，實現(xiàn)工藝定位的統(tǒng)一，這樣就可以在OP30、OP40和OP50的銑削工序中實現(xiàn)工裝底板的統(tǒng)一，只要調(diào)整銑削頭的軸向距離就可以適應不同長度箱體銑面的要求；對于OP60粗鏜工序，只要更換鏜削頭就可以適應不同中心距產(chǎn)品的切換。

（6）精加工采用交換工作臺臥式加工中心組成的FMS柔性加工生產(chǎn)單元，確保關(guān)鍵尺寸的加工在一次裝夾下完成。

6. 改后的工藝流程

改進后粗加工工藝流程如圖5所示。



圖 5

7. 設(shè)備布局

設(shè)備布局如圖6所示。



圖 6

8. 精加工的夾具的設(shè)計

（1）精加工OP70夾具如圖7所示，工件推入夾具體后，通過工裝底部圓柱錐體導入一軸軸承孔和中間軸孔削邊銷的頂出，限制了箱體的兩個自由度，通過頂部導向壓板使得箱體在長度方向進行定位，再經(jīng)過薄型缸壓緊，這樣，夾緊力就可以很小，防止箱體的夾持變形，如圖7所示。



圖 7

（2）在OP70工序中，對粗定位孔進行擴孔和鉸孔加工，這樣便于精加工OP80的夾具底板的統(tǒng)一，如圖8所示。



圖 8

（3）OP70、OP80分別進行防錯設(shè)計，做到產(chǎn)品與托盤的對應，托盤與加工程序的對應。

9. 生產(chǎn)線改造實施后達到的效果

（1）生產(chǎn)線的操作人員由原來的44人降至31人，人員降幅為42%。

（2）由于實現(xiàn)了工藝定位的統(tǒng)一和可調(diào)試夾具，提升了粗加工生產(chǎn)線對產(chǎn)品的適應性。

（3）采用柔性制造系統(tǒng)的精加工單元，可以實現(xiàn)多品種的同時生產(chǎn)。

（4）物流合理：該生產(chǎn)模式，可以粗精加工連線布局，也可以粗精生產(chǎn)線的異地布局，如將粗加工擴展到毛坯的生產(chǎn)廠家。

（5）由于生產(chǎn)線的柔性化強，可同時生產(chǎn)多個品種，減少在制品的數(shù)量，加速資金的周轉(zhuǎn)。

（6）粗精加工分開，使粗加工和鑄造的應力得到釋放，保證產(chǎn)品尺寸的穩(wěn)定性。

（7）精加工單元采用了先進的臥式加工中心，并采用濕式加工，避免零件因受熱變形對尺寸精度的影響。

10. 結(jié)語

通過產(chǎn)品增設(shè)工藝定位孔，并使之標準統(tǒng)一，通過夾具和設(shè)備的適當調(diào)整，就能實現(xiàn)產(chǎn)品在各粗加工單元的及時切換，與自動柔性加工單元（FMS）配套，來滿足多品種、小批量的生產(chǎn)要求，并對市場的變化作出快速反應；采用粗精加工分開，消除了應力和熱變形對零件精度的影響；統(tǒng)一的工藝定位孔同樣也滿足了精加工單元的產(chǎn)品切換，使用快速夾緊的液壓夾具，提高加工中心的生產(chǎn)效益。