拖拉機(jī)生產(chǎn)計劃與半軸殼體柔性加工方法研究

張永楨

（一拖（洛陽）福萊格車身有限公司，河南 洛陽 471003）

引言

由于機(jī)械行業(yè)在世界市場范圍存在激烈的競爭，導(dǎo)致機(jī)械產(chǎn)品升級速度不斷加快，其存在于市場的壽命也在不斷縮減，因此要求機(jī)械產(chǎn)品的種類多樣化。在這種發(fā)展?fàn)顩r下，傳統(tǒng)單一的加工自動線已經(jīng)無法滿足這種需求，機(jī)械制造業(yè)也因此面對著前所未有的考驗[1]。

拖拉機(jī)半軸殼體是拖拉機(jī)后軸的主要部分。半軸殼體與拖拉機(jī)的后軸連接，并且在拖拉機(jī)運(yùn)作中有著支撐作用。半軸殼體兩端軸承孔必須都裝有軸承，通過軸承驅(qū)動軸給拖拉機(jī)支撐，以傳遞動力。拖拉機(jī)半軸軸承對同軸度的要求較高，如果拖拉機(jī)半軸殼體生產(chǎn)時的精度不高，會影響拖拉機(jī)傳動系統(tǒng)的工作質(zhì)量、降低拖拉機(jī)的銷售量、降低使用壽命[2]。其中，通過新增的裝配線生產(chǎn)不同型號產(chǎn)品的生產(chǎn)方法，將造成生產(chǎn)資源的極大浪費(fèi)并使得生產(chǎn)成本不斷增加。因此，只有研究科學(xué)有效的混流裝配生產(chǎn)模型，才能滿足多個品種和小批量客戶的訂單，才更經(jīng)濟(jì)有效。使用仿真技術(shù)可以將實際制造系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為仿真模型，并且通過仿真可以對系統(tǒng)進(jìn)行分析和評估。這樣不僅可以改善設(shè)計過程中不合理的部分，還可以改善系統(tǒng)在不同計劃下的存在問題的運(yùn)行情況。這種技術(shù)不僅降低公司成本，還使得生產(chǎn)周期降低，減小公司損失，提高產(chǎn)品質(zhì)量[3-4]。

本文是以某拖拉機(jī)公司裝配廠作為研究對象，公司占地面積達(dá)到16.7萬m2，以生產(chǎn)中小功率拖拉機(jī)為主，裝配車間主要是拖拉機(jī)各個部分的總裝任務(wù)。在某拖拉機(jī)公司的發(fā)展中，不斷進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)管理的創(chuàng)新，為企業(yè)管理作貢獻(xiàn)。

1 拖拉機(jī)生產(chǎn)線建模

拖拉機(jī)主要由三部分組成：發(fā)動機(jī)，車身以及底盤。車輛制造的流程包括：整車進(jìn)入沖壓車間、焊接車間和裝配車間。焊接車間在拖拉機(jī)整車進(jìn)入沖壓車間沖壓后，將車身面板直接焊接，焊接結(jié)束后原始車身進(jìn)入裝配車間進(jìn)行裝配。裝配車間主要由三個混流生產(chǎn)線組成，分別是子裝配生產(chǎn)線、總裝配生產(chǎn)線和室內(nèi)裝飾生產(chǎn)線[5]。完成車身、變速箱、減速器、發(fā)動機(jī)等零件的組合組裝生產(chǎn)，經(jīng)過戶外路試檢查和調(diào)整后，成品離線。裝配的最小工作單位是1個裝配過程。不同型號的拖拉機(jī)的組裝過程有自己的組裝時間，總組裝線的過程中根據(jù)每個裝配過程的特征分配給各自過程是裝配線的平衡過程[6]。拖拉機(jī)的生產(chǎn)過程較為復(fù)雜繁多，為了便于計算并進(jìn)行實驗操作，我們實現(xiàn)模型的簡化，以下僅對最終裝配線的涂料前線的5個關(guān)鍵過程和生產(chǎn)線的5個關(guān)鍵過程進(jìn)行建模。結(jié)合實際生產(chǎn)過程簡化了模型，如圖1所示。

圖1 拖拉機(jī)總裝生產(chǎn)線簡化模型

在設(shè)置相關(guān)參數(shù)和屬性時，應(yīng)根據(jù)流水線的生產(chǎn)特性來設(shè)置仿真模型，并在仿真模型中盡可能反映實際的加工條件。主要設(shè)置參數(shù)是緩沖區(qū)的容量、生產(chǎn)周期、拖拉機(jī)實際的組裝時間、輸入和輸出端口的百分比等[7]。但拖拉機(jī)的技術(shù)非常復(fù)雜、實際處理流程較為困難，該模型是為了簡化生產(chǎn)過程仿真，按比例生產(chǎn)和周期仿真三種不同類型的拖拉機(jī)：LX1804，LF-C，80/LY（以下簡稱A，B，C），總共生產(chǎn)了500種模型，其中LX1804為300，LF-C為100，80/LY為100。生產(chǎn)線節(jié)拍設(shè)置為120 s，不同型號的工位處理時間，如表1所示。

表1 不同型號的工位處理時間 s

2 拖拉機(jī)半軸殼體的技術(shù)要求

2.1 半軸殼體生產(chǎn)結(jié)構(gòu)

拖拉機(jī)半軸殼體普遍選用HT250、HT200這兩種材料。這種材料必須具有耐磨、減振性能強(qiáng)，適合承受一定應(yīng)力的場合。拖拉機(jī)軸殼兩端為不同直徑的圓柱體，半軸殼體的大端面要求生產(chǎn)出螺栓孔；而它的小端面以矩形或圓形居多，一般生產(chǎn)4個螺絲孔，拖拉機(jī)軸殼矩形件的螺孔數(shù)量、尺寸和位置在多個品種加工時是不同的，內(nèi)孔的兩端只有孔徑大小不同。半軸殼體軸承同軸度的是否精準(zhǔn)及其重要，直接影響零件的生產(chǎn)，按照要求孔軸兩端與半軸殼體大端的止動孔同軸度為0.05～0.08 mm。

2.2 技術(shù)要求

拖拉機(jī)半軸殼體大端面止口尺寸與其軸承孔普遍為7級精度，兩端同軸度約為0.05 mm，平面度大概在0.05～0.10 mm之間，但半軸殼體的精度要求高，兩端內(nèi)孔的軸線同軸度要求取值一般為0.025mm。

3 半軸殼體工藝分析

由于每個牽引車都需要配備兩個半軸殼，因此該牽引車的生產(chǎn)程序大多是大量的進(jìn)行生產(chǎn)，因此半軸殼體批次也比較大，生產(chǎn)拖拉機(jī)半軸殼體的毛坯生產(chǎn)法采用砂機(jī)。另外，由于半軸殼的內(nèi)孔較大并且需要鑄造，因此半軸殼的每個孔較小并且不需要鑄造，因此需要放置芯，空白邊距一般為3～5 mm。

考慮到上述加工方案的缺陷，以及半加工零件的缺陷，根據(jù)快速切換生產(chǎn)不同類型零件的要求，例如與多種型號兼容的半軸殼和變速箱體/變速箱等軸殼大量生產(chǎn)，毛坯對于金屬模鑄件、尺寸、形狀、位置精度和表面狀況都很好。考慮到足夠靈活的生產(chǎn)需求，提出了以下加工工藝計劃：10個順序，平躺的零件，使用六點(diǎn)定位形狀（見圖2）。加工小端面，細(xì)鏜孔等，對大端的背面進(jìn)行反銑，完成了大、小端的所有加工內(nèi)容。

圖2 半軸殼體圖（單位：mm）

此過程在水平加工中心（工作臺630 mm×630 mm）上進(jìn)行。順序如下：將零件垂直放置，定位基準(zhǔn)點(diǎn)大端插口，大端面和大端螺栓通孔定位（見圖3）；在2到3個方向上處理矩形柱的平面和螺孔。此過程在水平加工中心（工作臺630 mm×630 mm）上進(jìn)行。10/20序列是在同一工作臺上的同一固定裝置上完成的，每個固定裝置有兩個站立的部分和一個臥式部分。

圖3 半軸殼體定位圖

4 半軸殼體具體生產(chǎn)方案

4.1 生產(chǎn)的設(shè)備選型

半軸殼體的生產(chǎn)一般是采取雙工作臺的加工方式，這種方式不僅降低材料的裝卸時間，而且降低材料的生產(chǎn)效率。拖拉機(jī)屬于大型農(nóng)機(jī)，其機(jī)體的生產(chǎn)加工工作臺尺寸必須要大，工作臺面積至少為630 mm×630 mm。

4.2 夾具方案

加工的各種半軸殼體的最大車削直徑為330 mm，最大長度為410 mm，由于工作臺面積大，每個夾具可安裝10個和20個階的夾具，每個夾具為2個，半軸軸承座夾具設(shè)計可以滿足多種加工要求。當(dāng)加工齒輪箱體或后變速箱體等結(jié)構(gòu)不同時，可以直接用箱體和其他零件加工夾具代替。由于每個固定裝置都由兩部分組成，因此考慮在很多夾緊動作的前提下，使用液壓裝置可以降低勞動強(qiáng)度。

4.3 加工工序

采用半軸殼體大小端內(nèi)孔或外圓定心（定軸線）、外形角向定位（或半軸殼體矩形立柱的凸臺平面、大端背面定位）后，加工方法有1序、2序、3序。

根據(jù)滿足兼容機(jī)型半軸殼體和變速箱體、傳動箱體等不同類型零件轉(zhuǎn)產(chǎn)的快速切換要求，考慮到半軸殼體大端為回轉(zhuǎn)面，較適于車床加工，以及考慮機(jī)床、零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求，提出加工工藝流程方案如下（見表2）。

表2 拖拉機(jī)半軸殼體加工流程表

10序：定位基準(zhǔn)采用小頭內(nèi)孔與大端軸承孔一夾一頂（傘形頂尖）的方式定位夾緊，車大頭外圓、端面，止口與內(nèi)環(huán)面（數(shù)控臥式車床）。

20序：立放零件，定位基準(zhǔn)以大端止口、大端面及矩形立柱外形定位，加工矩形立柱2～3個方向的平面、螺孔及一對工藝銷孔（臥式加工中心工作臺800 mm×800 mm）。

30序：臥放零件，以一對工藝銷孔及相應(yīng)平面定位（也可采用外形進(jìn)行六點(diǎn)定位），加工大、小端面與外圓，粗、精鏜兩端內(nèi)孔等，完成大小端的全部加工內(nèi)容（臥式加工中心工作臺800 mm×800 mm）。

5 結(jié)論

拖拉機(jī)生產(chǎn)半軸殼體夾具時是通過5個方向來實現(xiàn)生產(chǎn)的，這充分展現(xiàn)了拖拉機(jī)生產(chǎn)集中靈活處理的特征。采用這種方法不僅有利于拖拉機(jī)在臥式加工中心上對材料能實現(xiàn)靈活加工，更方便操作人員簡單上手。使用一組夾具將兩個零件水平和垂直地夾緊，以完成半軸殼的所有加工內(nèi)容。大規(guī)模的柔性生產(chǎn)是以由多個水平加工中心組成的平行加工線的形式進(jìn)行的，該方式可擴(kuò)大生產(chǎn)能力，滿足非高峰季節(jié)拖拉機(jī)銷售不均衡的問題，提高拖拉機(jī)設(shè)備利用率，對以后的發(fā)展具有較大的應(yīng)用價值。