中機(jī)匣產(chǎn)能提升方案分析與實(shí)施

殷明偉，劉奎豐，李鳳權(quán)，趙文波

哈爾濱東安汽車動力股份有限公司 黑龍江哈爾濱 150066

1 序言

T29R中機(jī)匣為我公司機(jī)匣工段加工的新產(chǎn)品，原加工節(jié)拍為189s/件，日產(chǎn)能為428件，由于需求量不斷提高，急需提高其產(chǎn)能，而中機(jī)匣所有產(chǎn)品特性中，避讓槽為加工最難點(diǎn)，且加工節(jié)拍最長，因此工藝優(yōu)化是產(chǎn)能提升的關(guān)鍵。

2 中機(jī)匣加工工藝流程及節(jié)拍

T29R中機(jī)匣的加工工藝流程：毛坯→OP10打號→OP20數(shù)控加工→OP30數(shù)控加工→OP40數(shù)控加工→OP50數(shù)控加工→OP60數(shù)控加工→OP70洗滌→OP80檢驗(yàn)→成品。其中OP20～OP60為數(shù)控加工工序，節(jié)拍較長，為限制產(chǎn)能提高的主要原因。

對中機(jī)匣OP20～OP60的加工內(nèi)容與加工時間進(jìn)行分解，分解后各工序加工步驟及節(jié)拍見表1。

利用工位平衡分析工具對表1內(nèi)容進(jìn)行分析對比，得出如下結(jié)論。

表1 中機(jī)匣各工序加工步驟及節(jié)拍 （單位：s）

（續(xù)）

1）節(jié)拍最慢的瓶頸工序?yàn)镺P20、OP60，其次為OP30。

2）各工序加工步驟中，節(jié)拍最長的步驟為OP20中的步驟7：銑避讓槽；OP40節(jié)拍最短，為加工內(nèi)容轉(zhuǎn)移重點(diǎn)。

3 工藝優(yōu)化方案

從產(chǎn)品加工的角度和加工精度等方面，對OP20、OP60和OP30加工內(nèi)容轉(zhuǎn)移的可行性進(jìn)行分析，結(jié)果如下。

3.1 OP20工序

從加工角度分析：對OP20的加工內(nèi)容和加工節(jié)拍進(jìn)行分解，其加工內(nèi)容均為大面系角度加工，整個生產(chǎn)線中只有OP60工序可加工大面系角度的部分內(nèi)容，故OP20步驟2、4的7個M8螺紋孔中，2處M8螺紋孔可在OP60加工，但另2處M8螺紋孔加工內(nèi)容只能調(diào)整到OP60后，其加工節(jié)怕更慢。所以此方案不可行。

3.2 OP60工序

對OP60的加工內(nèi)容和加工節(jié)拍進(jìn)行分析，OP60加工內(nèi)容為大面系、小面系及側(cè)面系3種角度加工。

從加工角度本身分析，可將部分內(nèi)容調(diào)整到OP30、OP40和OP50加工，如其中OP60中，大面2處φ13mm銷孔可在OP20加工。

從產(chǎn)品特性和加工精度分析，可分解到其他工序的加工內(nèi)容為φ84mm孔的加工，φ52mm和φ72mm孔的粗加工，φ22mm倒擋軸孔的粗加工，銑2處φ14mm槽，M18和2個M10孔銑面、鉆孔和攻螺紋。其中M18及M10螺紋孔的加工按照加工角度只可實(shí)現(xiàn)在OP50加工。

綜合各步驟加工節(jié)拍，可行的分解方案的加工節(jié)拍對比見表2。

表2 可行的分解方案的加工節(jié)拍對比 （單位：s）

按照表2分析，對三種方案進(jìn)行試驗(yàn)后，如將方案一、二綜合兩項內(nèi)容均調(diào)整到OP40加工，則OP40加工節(jié)拍增加77s，為191s（非最慢節(jié)拍），同時OP60加工節(jié)拍下降77s，為301s，方案可行。

3.3 OP30工序

同理，OP30中相應(yīng)加工內(nèi)容按照加工角度分析，可將M10及M8螺紋孔的加工內(nèi)容部分調(diào)整到OP40，從而實(shí)現(xiàn)OP30加工節(jié)拍降低。

3.4 小結(jié)

經(jīng)過優(yōu)化，OP60和OP30的加工節(jié)拍已降低，為降低中機(jī)匣加工節(jié)拍，現(xiàn)只需將OP20節(jié)拍降低即可。從OP20加工步驟可以看出，所有加工內(nèi)容中避讓槽的加工節(jié)拍最長，所以避讓槽的加工為主要攻關(guān)對象。由于OP20中各項內(nèi)容無法轉(zhuǎn)移調(diào)整，故只能在本工序進(jìn)行加工優(yōu)化，或增加工序，將部分加工內(nèi)容（如避讓槽加工）單獨(dú)摘出來，進(jìn)行獨(dú)立加工。

4 避讓槽加工優(yōu)化

4.1 優(yōu)化前工藝分析

圖1為中機(jī)匣避讓槽大面角度視圖，即在中機(jī)匣殼體內(nèi)腔有2處R5mm半圓槽結(jié)構(gòu)。

圖1 中機(jī)匣避讓槽大面角度視圖

由于受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)限制，避讓槽深度距離大端面98mm，且緊貼內(nèi)壁，空間極小，故刀具直徑受限，只能使用φ10mm銑刀，循環(huán)銑削加工4遍，完成產(chǎn)品加工，所以加工時刀具懸伸較長，剛性較差，無法有效提高加工效率。避讓槽加工優(yōu)化前刀具加工軌跡如圖2所示。

圖2 避讓槽加工優(yōu)化前刀具加工軌跡

4.2 工序內(nèi)工藝優(yōu)化

根據(jù)產(chǎn)品加工狀況，利用頭腦風(fēng)暴法對避讓槽加工工藝進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后刀具加工軌跡如圖3所示。

圖3 避讓槽加工優(yōu)化后刀具加工軌跡

加工工藝工序內(nèi)調(diào)整優(yōu)化如下。

1）根據(jù)銑刀選擇原則“當(dāng)粗銑不重要的加工表面時，可使用能在大切削深度工作的粗齒銑刀用于加工所需表面[1]”，設(shè)計φ32mm銑刀進(jìn)行預(yù)加工粗銑。由于刀具直徑大、剛性好，加工時深度尺寸可一刀加工到位，從左到右加工一遍即可完成深度尺寸的加工。

2）使用φ10mm刀具只循環(huán)銑削一遍，完成避讓槽深度及最終尺寸加工。

工藝優(yōu)化后，避讓槽加工節(jié)拍由99s減少到86s，效率提高13%。但是此時中機(jī)匣產(chǎn)品產(chǎn)能仍然無法滿足生產(chǎn)要求。綜合上述分析，決定增加一個工序用以單獨(dú)加工避讓槽。

由于數(shù)控加工中心通用性較強(qiáng)，且避讓槽的精度相對不高，所以選擇現(xiàn)有閑置的加工精度可以滿足要求的機(jī)床，用于加工避讓槽，但需自主設(shè)計與制作專用夾具用于避讓槽的分解加工。

5 夾具的設(shè)計

夾具為我公司完全自主設(shè)計與制造，由工藝人員獨(dú)立完成，涉及夾具設(shè)計中的形式選擇，裝夾方案確定，零部件（底板、壓板）、液壓缸、夾具與機(jī)床定位；夾具制造中的加工方案、加工刀具、加工程序和加工設(shè)備等因素；以及夾具的組合安裝。由于涉及內(nèi)容較多，鑒于篇幅限制，本文以點(diǎn)代面重點(diǎn)介紹夾具的形式選擇、裝夾方案確定等內(nèi)容。

5.1 夾具形式選擇

夾具形式備選方案主要有3個，分別是自主設(shè)計并制造液壓夾具、自主設(shè)計并制造手動夾具以及外購液壓夾具。3個方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下。

（1）自主設(shè)計并制造液壓夾具 優(yōu)點(diǎn)是制造成本低（約1萬元），制造周期短（約20天），能夠?qū)崿F(xiàn)自動化生產(chǎn)，加工效率高；缺點(diǎn)是根據(jù)現(xiàn)有條件，只能采用外接油路形式，夾具外接相對不美觀。

（2）自主設(shè)計手動夾具 優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單；缺點(diǎn)是不能實(shí)現(xiàn)自動化生產(chǎn)，勞動強(qiáng)度大，效率低，且因操作人員原因，使得裝夾定位有局限性，加工質(zhì)量不能達(dá)到最合理狀態(tài)。

（3）外購液壓夾具 優(yōu)點(diǎn)是油路內(nèi)置，外形美觀；缺點(diǎn)是夾具成本高（約6.5萬元），制造周期長（約3個月）。

根據(jù)生產(chǎn)條件及加工周期限制，最終選擇自主設(shè)計并制造液壓夾具。

5.2 裝夾方案的確定

從產(chǎn)品特性角度分析，避讓槽加工內(nèi)容在殼體內(nèi)腔，如圖1所示，為一獨(dú)立存在的產(chǎn)品特性，不需先銑削完成大平面等即可實(shí)現(xiàn)其加工，且根據(jù)使用要求，只要產(chǎn)品裝配時不干涉即可。由于中機(jī)匣整體呈類圓形，所以選擇3處定位夾緊。

夾具裝夾方案設(shè)計為：使用毛坯定位孔進(jìn)行定位定向，使用毛坯基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行高度定位，夾緊點(diǎn)選擇在不需加工的產(chǎn)品大平面（防止選擇在毛坯定位點(diǎn)背面，造成毛坯夾緊變形而產(chǎn)生質(zhì)量隱患）。中機(jī)匣避讓槽加工夾具及其具體夾緊定位點(diǎn)如圖4所示。

夾具設(shè)計方案優(yōu)點(diǎn)如下。

1）3處壓緊點(diǎn)中1處在支撐點(diǎn)上方，2處在兩定位支撐點(diǎn)中間，3處定位點(diǎn)均布，定位支撐可滿足剛性要求。

2）夾具夾緊力作用點(diǎn)選擇位于工件剛性較好的部位，靠近加工表面，以提高切削部分的剛性和抗振性[2]，所以避讓槽加工部位兩側(cè)均有壓緊點(diǎn)，可保證其裝夾加工穩(wěn)定性。

3）夾具設(shè)計有兩處裝夾引導(dǎo)裝置，便于操作人員裝夾，提高產(chǎn)品裝夾加工穩(wěn)定性。

4）由于夾具設(shè)計理念是操作人員在裝夾過程中從夾具支撐塊上略抬高裝卸，而不是抬起超過壓板高度來增加操作力，從而降低勞動強(qiáng)度，所以外側(cè)空間2處壓緊點(diǎn)中間沒有設(shè)計壓緊裝置。

之后再經(jīng)過夾具底板設(shè)計、液壓缸選擇、液壓缸底座設(shè)計和壓板設(shè)計等，最終夾具壓緊、支撐機(jī)構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

圖4 中機(jī)匣避讓槽加工夾具及其具體夾緊定位點(diǎn)示意

5.3 夾具的加工

夾具設(shè)計完成后，夾具加工方案確定、加工刀具選擇、加工程序編制及加工機(jī)床選擇等，在此不詳述。

5.4 夾具的組裝

（1）夾具零部件安裝、找正 夾具零部件安裝時，為保證定位精度準(zhǔn)確，需將各部件的定位面進(jìn)行二次修理磨平，以去除高點(diǎn)、毛刺。螺釘安裝時，為保證鎖緊力平衡，需將各零部件上的螺釘首先進(jìn)行預(yù)緊，后均勻擰靠，以免受力不均、夾緊不嚴(yán)。同時，通過自由旋轉(zhuǎn)型的防松方法，為防止各部件上的螺釘松動，使用彈簧墊圈，依靠彈簧墊圈在壓平后產(chǎn)生的彈力，及其切口尖角嵌入被聯(lián)接件及緊固件支撐面，起到防松作用，結(jié)構(gòu)簡單，成本低，使用簡便[3]。

夾具組裝后，需對夾具體（定位銷位置）進(jìn)行再次找正確認(rèn)，同時對定位塊高度精度進(jìn)行找正確認(rèn)。對找正后不滿足要求的定位支撐裝置，需進(jìn)行微修理加工，最終保證定位支撐裝置間的高度誤差在0.02mm以內(nèi)，從而可進(jìn)一步保證產(chǎn)品裝夾加工精度。

（2）油路安裝 除了要保證油路暢通、不泄漏及外觀排布規(guī)整外，還要注意以下問題。

1）油路排布時，不能對產(chǎn)品加工造成干涉現(xiàn)象，即油管不突出到夾具體外，同時要高于機(jī)床工作臺，以免油管在工作臺上發(fā)生拖拽而造成損毀，同時不能高于定位支撐裝置，防止加工裝夾時發(fā)生干涉，磕碰油管。

2）油管進(jìn)出油口方向與機(jī)床上油管進(jìn)出油口方向相同，以方便油路進(jìn)出，減少油路長度，保證油壓穩(wěn)定。

5.5 小結(jié)

夾具部件組裝及油管安裝完成后的實(shí)物裝夾如圖5所示。

圖5 避讓槽加工用夾具裝夾效果

自主設(shè)計制造的夾具采用液壓自動夾緊方式，實(shí)現(xiàn)了中機(jī)匣避讓槽獨(dú)立加工的自動化生產(chǎn)，所加工的避讓槽相關(guān)尺寸精度滿足圖樣要求，解決了車間的生產(chǎn)難題，提高了產(chǎn)品產(chǎn)能。與外購?qiáng)A具相比，自主設(shè)計夾具的優(yōu)點(diǎn)如下。

1）縮短了制造周期。夾具采用自主設(shè)計及制造，縮短了項目周期，從避讓槽加工方案確定到第一件成品加工完成，僅用了20天，不到外購?qiáng)A具周期的1/4（外購?qiáng)A具周期最短約3個月）。

2）降低了制造成本。自主設(shè)計及制造的液壓夾具成本約1.0萬元，不到外購?qiáng)A具成本的1/6（外購1套液壓自動夾緊夾具成本約6.5萬元）。

6 結(jié)束語

上述優(yōu)化措施實(shí)施以后，通過使用工位平衡工具進(jìn)行分析，瓶頸工序的節(jié)拍為267s，原瓶頸工序節(jié)拍為378s，中機(jī)匣生產(chǎn)線的工位平衡率提高13%，生產(chǎn)線產(chǎn)能提高29%，同時操作人員可兼職加工此項避讓槽內(nèi)容。生產(chǎn)線優(yōu)化及分析、解決問題的思路和方法均具有較強(qiáng)的理論和實(shí)際應(yīng)用價值，研究成果具有積極的指導(dǎo)意義。