變速器殼體生產(chǎn)線設計

劉志強　王東　趙建濤

摘 要：變速器殼體生產(chǎn)采用直線型生產(chǎn)線，線體占地面積小、物流方便，同時，日本原裝進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，使變速器殼體生產(chǎn)線的操作更方便、更高效。

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

中圖分類號：TG659 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.108

2009年，我公司成功開發(fā)出一款MT系列多檔手動變速器，采用對分式結(jié)構(gòu)，可匹配多種排量的發(fā)動機。對變速器殼體量產(chǎn)的生產(chǎn)線設計進行了細致的分析和調(diào)研。

汽車市場發(fā)展迅猛，產(chǎn)品紛繁多樣，人們對汽車個性化的要求也越來越高，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世紀占統(tǒng)治地位的組合機床（專機）生產(chǎn)線已無法滿足汽車行業(yè)快速更新的需求。

目前，汽車行業(yè)的競爭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；具有分段投資、滾動發(fā)展的特點，可適應產(chǎn)能和品種的變化；一次投資，長期受益，突破了汽車生產(chǎn)中“經(jīng)濟規(guī)模”的傳統(tǒng)觀念，實現(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，以解決殼體類零件加工的柔性、產(chǎn)量、投資與更新的矛盾，滿足了公司后續(xù)多品種、產(chǎn)能適中和少投資滾動發(fā)展的要求。同時，隨著人力成本的增加和90后逐漸成為主要勞動力，手動搬運生產(chǎn)的方式已無法滿足勞動者的要求，且傳統(tǒng)的無人操作機構(gòu)售價昂貴，無法滿足變速器低價、高效的要求。因此，公司開發(fā)了獨特的半自動上、下料機構(gòu)。通過上、下料機構(gòu)，可降低操作者的勞動強度，減少勞動者數(shù)量，并在保證生產(chǎn)效率、質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)了勞動強度和單臺成本的雙降低。

1 生產(chǎn)線的排布

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

生產(chǎn)線采用單產(chǎn)品直線生產(chǎn)、兩個產(chǎn)品相對生產(chǎn)的形式。操作者在工作過程中實現(xiàn)了一人多機的生產(chǎn)方式。物流方面，完全實現(xiàn)了豐田“一個流”的生產(chǎn)方式，取消了并行工序，不會產(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，多種產(chǎn)品實現(xiàn)了共線生產(chǎn)，生產(chǎn)線具有高度柔性，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、高快移和高自動化的加工中心。根據(jù)廣泛的市場調(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口設備，機床的最高轉(zhuǎn)速達16 000 r/min，X軸、Y軸和Z軸的快移速度可達到60 m/min，定位精度為0.006 mm，重復精度為0.004 mm，加速度為10 m/s2；換刀時間（切屑對切屑）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，可自動夾緊，每套夾具上有多個輔肋支撐和輔助壓板，夾具的定位面采用氣檢結(jié)構(gòu)，可通過氣壓變化檢測定位面上是否存在鋁屑等雜物，檢測精度可達0.02 mm，能保證工件的裝夾可靠和夾緊不變形。機床配備容量為30把刀的刀庫，并在刀庫內(nèi)有斷刀檢測裝置，可對加工過程中的刀具是否折斷作出判斷并報警顯示。

2.2 進給軸

進給軸采用伺服電機直接驅(qū)動，消除了中間的傳動部分，降低了運行的噪聲，提高了傳動精度。進給軸絲杠采用恒溫中心冷卻的方式，可保證驅(qū)動軸在高速運轉(zhuǎn)的情況下不產(chǎn)生熱變形。在此情況下，機床可在60 m/min的高速度下運行，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)速非常快，所以，其主軸結(jié)構(gòu)和形式非常重要。主軸潤滑采用油氣潤滑的方式，提高了軸承的壽命，降低了運行噪聲。冷卻方式采用恒溫冷卻的方式，減少了主軸的熱變位。主軸電機繞組采用雙繞組的方式，可確保低速區(qū)既能夠滿足鋼件的切削要求，高速區(qū)也能滿足鋁件加工的要求。同時，主軸增加了異物報警提示功能，當主軸與刀具之間存在0.02 mm及以上的異物時，機床會發(fā)出拉緊不到位的報警，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

標準配置為雙托盤的方式，自動分度機構(gòu)采用AC馬達旋轉(zhuǎn)、聯(lián)軸節(jié)定位和液壓夾緊的方式，可隨機選擇每1°內(nèi)的任意面。利用圓錐形狀的4 組定位銷進行托盤定位臺上的定位，利用液壓分別對這些定位銷進行夾緊。通過最新結(jié)構(gòu)分析軟件檢驗的高剛性的主機結(jié)構(gòu)，可滿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，可通過高達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上停留，并且通過在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。在過濾精度方面，切削液為兩次過濾，精過濾精度高達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，則加工時會出現(xiàn)崩刃、打刀，甚至造成嚴重的機床事故；如果夾具的剛性不足，則加工時會產(chǎn)生震顫、劃痕，進而影響質(zhì)量，嚴重時會影響整體的加工尺寸。因此，6臺加工中心上所有的夾具均為液壓夾具，并設計了能檢測零件是否夾緊的氣密檢測系統(tǒng)，同時，在夾具結(jié)構(gòu)薄弱位置增加了加強筋，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、準確地確定工件與機床、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，明顯減少了輔助工時（裝卸工件的時間），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定位的方式，刀柄為中空，錐體長度較短，有利于實現(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。這種刀柄被譽為是“21世紀的刀柄”。

2.8 上、下料機構(gòu)

變速器殼體生產(chǎn)線上、下料機構(gòu)采用手動輔助上、下料的形式，操作者通過操作上料平臺，可實現(xiàn)零部件上料時的準確定位，消除了手動重復裝夾造成的裝配誤差。同時，設備之間通過滾道連接，減少了人員走動，降低了操作者的勞動強度。

參考文獻

[1]李河水.加工中心設備選型探討[J].科技廣場，2011（05）.

[2]張鐵軍.虛擬鏜銑加工中心具體化方法研究[J].東北電力學院學報，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