先进制造技术.docx
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1、新疆农业大学机械交通学院课程论文发动机箱体加工柔性制造生产线工艺及加工装备 设计研究学院xxx学院专业机制班级xxx班姓名xxx学号xxxxxx指导哦师xxx老师职称教授2014年12月15日发动机箱体加工柔性制造生产线工艺及加工装备设计研究1前言21箱体零件柔性制造技术起源22国内箱体零件加工的目前状况33箱体加工柔性生产线概述34发动机箱体的柔性制造生产线实例分析44。1奇瑞公司目前箱体零件工艺的状况44.2 一拖集团公司目前箱体零件工艺的状况54.3新的箱体加工工艺模式在一拖公司的应用55柔性生产线设计分析及设备的选择55。1柔性生产线设计步骤65。2用户需求分析65.3设备选择75.4
2、设计评价76柔性生产线规划设计系统87工艺方案97.1箱体加工要求97。2柔性工艺的研制108效益分析11参考文献:13发动机箱体加工柔性制造生产线工艺及加工装备设计研究李佳卉摘要:机械制造水平的相对落后制约了我国轿车工业的发展,为增强 企业的核心竞争力,研制柔性生产线规划设计系统,具有非常重要的 意义.本文以发动机箱体柔性生产线工艺及设计为研究对象,对柔性 生产线设计的原理和方法进行研究。利用数控加工中心组建发动机柔 性生产线可提高发动机新品科研生产的加工水平,缩短新品开发研制 的周期,降低投资风险。从发动机箱体工艺方案的拟定,刀具的设计、 工装设备的调校等方面考虑.关键词:柔性生产线;生产
3、线设计;发动机箱体刖言近年来,随着汽车工业尤其是轿车生产的迅猛发展,国内许多汽车配套厂家 纷纷从国外引进汽车零部件和装配的关键技术以弥补机械制造装备带来的困难, 并占领市场提高企业竞争力,而这也体现了研究先进的机械制造装备的设计方法 对提高我国自主开发成套装备具有深远的意义。从国内生产车型的市场来看,寿命周期短、小批量、多品种的生产研发模式 成为各大汽车厂商的追求目标,所以发动机的生产线制造模式也需要满足多品 种、变化快的要求.由于市场需求的多样性,产品更新换代的周期快,促使许多 发动机企业开始引进以加工为主题的柔性生产线即柔性制造系统(FMS)。它能 够根据制造任务和生产环境变化迅速进行调整
4、,适应国内生产线要求.柔性制造技术是以一种主要用于多品种、小批量或变批量生产的技术,它适 应各种不同形状的加工对象进行制造,转化为成品的技术总称,是集数控技术、 计算机技术、机器人技术以及现代管理技术为一体的现代制造技术。后期的发展 出现的了柔性制造单元、柔性制造系统、柔性制造自动线等一系列现代制造设备 和系统,对制造业产生了推动和促进作用。柔性制造技术被广泛应用于轿车、拖拉机、内燃机和压缩机等许多工业生产 领域,尤其是轿车工业。轿车发动机中的关键零件结构复杂、技术要求高、加工 难度大、工艺复杂、机加工生产线自动化程度高。1箱体零件柔性制造技术起源在上世纪80年代初,为适应多品种生产开发出了柔
5、性自动线如图11,主 要是由多个数控自动化加工工位通过自动化按一定方向的工件流联接而成的。在 数控加工工位上视具体加工任务可选用不同类型的数控加工模块,由于这些模块 是数控的,当自动线由加工此种品种的工件转换为另一种品种的工件时,可通过 改变数控程序来实现自动换刀、自动更换多主轴箱和自动改变加工行程、工作循 环、切削参数以及加工位置等,以适应变型品种的加工.2国内箱体零件加工的目前状况我国近年来建立的几家轿车生产厂,都是引进国外技术,生产纲领都在年产 15万辆左右(二期工程将达年产30万辆),故其箱体零件生产线的装备水平较高, 但大都还是采用高效率组合机床自动线。少数生产线上除组合机床外还采用
6、了若 干数控三轴加工单元、转塔式或自动换箱式机床,组成混置式生产系统,以适应 多品种加工与减少工位数的需要.随着我国汽车工业的进一步发展,必然也将更多地采用柔性自动线与准柔性 制造系统,并发展高速加工中心,把敏捷制造系统引入汽车箱体零件的加工领域。 长期以来,在我国汽车工业特别是轿车工业中,加工这类零件的技术设备主要依 赖于进口.如在1998年,上海通用发动机厂(SGM)从德国Grob公司引入了 由20台BZ500型高速加工中心组成的汽缸盖(V6发动机)柔性生产线和由8台 BZ400型、一台BZ500型高速加工中心以及一条自动线组成的变速箱体混合型 加工系统。为扭转这种局面,我国机床工具行业应
7、吸取国外的有益经验,并根据 市场需要,尽早开发这方面的高效、柔性化装备,以满足我国发展的需要.3箱体加工柔性生产线概述汽车发动机的缸体、缸盖和变速箱体这类箱体件,不仅品种增多,而且在68 年中往往将被新的工件品种所替代。1993年以来相继出现由高速加工中心组成 的柔性生产线,由于它生产效率高,具有加工柔性和能力柔性,所以既能满足当 前的加工任务,也能通过设备的调整或扩充来适应未来的加工任务,这种柔性生 产线愈来愈多地被中、大批量生产的企业所采用.柔性制造生产线是一种兼有自动线和柔性制造系统(FMS)特征的混合型 生产系统如图3-1,这种生产线是由若干台具有互补和互替功能的高速加工中心 通过按一
8、定方向传送工件的输送系统连接而成。由于生产线是采用定向输送的物 料流,所以工件输送系统十分简单,往往可采用滚动输送带来实现工件的连续输 送,并且这种输送系统可以起到工件的中间贮存作用,故有利于提高机床的利用 率.柔性生产线在工序流程的安排上,通常是采用自动线的传统加工方式来分配 加工工序,生产线上的加工中心是按这种预定的工序和流程方向依次进行排列, 并且在每个加工单元上至少安排两台加工中心进行平行加工,它与柔性制造系统 自由分配加工任务的方式相比,不仅可省去用于调度的主计算机,而且可以改善夹 具和刀具的使用。而与柔性自动线相比,由于采用平行加工,柔性生产线可以充分利用机床的生产能力,因此这种生
9、产线的技术利用率可高达90%.机床Y。电路和装置操作面板PLC主辕伺服单元 主轴驱动装置计算机 数控 装置输入输出 设备进给伺服单元遂给驱动装置卡辅助控制机构删量装置图3-1柔性制造系统(FMS)组成(1)加工系统:包括两台以上的CNC机床、加工中心或柔性制造单元(FMC)以 及其他加工设备组成.(2) 工件运储系统:由工件装卸站、自动化仓库、自动导向运输小车、机器人、 托盘缓冲站、托盘交换装置等组成,能对工件和原材料进行自动装卸、运输和存 储。(3)刀具运储系统:包括中央刀库、机床刀库、刀具预调站、刀具装卸站、刀 具输送小车或机器人、换刀机械手.(4)一套计算机控制系统:能够实现对FMS进行
10、计划调度、运行控制、物料管 理、系统监控和网络通信等。还有集中冷却润滑系统、切屑运输系统、自动清洗 装置、自动去毛刺设备等附属系统.4发动机箱体的柔性制造生产线实例分析我国近年来建立的几家轿车生产厂,都是引进国外技术,生产纲领都在年产 15万辆左右(二期工程将达年产30万辆),故其箱体零件生产线的装备水平较 高,但大都还是采用高效率组合机床自动线。少数生产线上除组合机床外还采用 了若干数控三轴加工单元、转塔式或自动换箱式机床,组成混置式生产系统,以 适应多品种加工与减少工位数的需要。4。1奇瑞公司目前箱体零件工艺的状况奇瑞公司的发动机二厂是根据汽车制造业多品种、柔性化生产的需求而建造 的一个具
11、有国际领先水平的现代化柔性工厂。该工厂在产品设计时就采用同步工 程并充分预留后期产品的共用性,以便根据市场及产品需求,在生产线上共线生 产多个品种。下面以该厂为例,介绍柔性生产在箱体和轴类生产中的应用及实际使用中所 需考虑的问题。柔性生产线一般柔性制造系统由以下组成部分:2台以上数控加 工设备或加工中心及相应的辅助设备;自动装卸的运储系统;套计算机控制系统。奇瑞发动机箱体类零件的主要加工部分均是由数十台全柔性加工中心组成, 几个加工中心组成一个工岛一一柔性制造单元(FMC)。各个柔性制造单元之间 均通过自动辊道或机械手连接起来,其中还包括所必需的清洗、压装、试漏、珩 磨、在线测量、线外测量设备
12、以及切削液集中处理装置等。辅助设备一般采用通 过式辊道输送上料,并通过型号识别,选择相应的工位及试漏、拧紧程序。在柔 性制造单元内,由全自动机械手进行上下料,整线设有数个机械手。在生产线的 自动辊道上,设置有产品型号自动识别装置,机械手、辊道及加工中心通过 Profibus总线连接起来,由一套西门子数控系统自动控制各部分的一致性。同时, 控制计算机还能根据各机床的加工情况,选择最优的上下料顺序,并根据设定的 范围,将需要抽检的工件自动放入检测站。每个FMC中都由几道工序组成,每道工序分别由多台相同型号的加工中心组 成。每个FMC前面是上料辊道,后面是下料辊道及检测站。各个FMC之间也是相 应的
13、辊道,可以起到工件暂存作用。加工中心是FMC最核心的部分,FMC中的加 工中心采用大容量刀库的自动换刀系统,可以满足多品种生产所需的快速换刀及 刀具存储需求.系统具有刀具寿命管理、激光刀具折断检测和ARTIS扭矩监控等 丰富的刀具监控管理功能,使得设备的自动化及可靠性得到有效充分的保证.4。2 一拖集团公司目前箱体零件工艺的状况上世纪80年代以前,一拖公司箱体零件加工工艺无论是发动机箱体、还是 拖拉机变速箱都是采用的刚性的专机生产线,90年代初公司引进4台Mandli加工 中心组成的80-100马力传动箱、减速箱加工线,所有加工内容都在加工中心上完 成,生产能力是5000台/年。可以说在当时国
14、内最先进的箱体零件加工工艺。但 由于当时使用、维护水平有限和毛坯质量及刀具质量等原因,并没有达到生产能 力。这使得对以加工中心组成加工线的工艺产生了怀疑,90年代末公司在进行95 双加技术改造时,100- 120马力轮式拖拉机传动箱、减速箱加工线采用了专机+ 加工中心的工艺模式,加工中心作为一台高精度的机床使用,生产能力上去了, 但整个生产线几乎没有柔性。进入本世纪后,随着高速加工中心的发展,使高速加工中心在生产效率方面 达到了组合机床式的高水平,从而为高速加工中心进入大批量生产领域创造了条 件。虽然高速加工中心组成的柔性生产线,有极大的优越性,但是它投入高,在 目前的条件下不符和公司的实际需
15、求。在这种背景下一种专机(含一定柔性少量 的专机)+准高速加工中心+万能设备的工艺出现了。4.3新的箱体加工工艺模式在一拖公司的应用“专机(含一定柔性少量的专机)+准高速加工中心+万能设备的箱体加工 模式首先在三装厂应用。三装厂LF80-90减速箱加工线采用2台加工中心(准 高速)+万能镗床、摇臂钻床+少量专机(4台)共10台机车的工艺方案,单班 120台生产能力。其工艺见表4-1。表41 8090减速箱加工工艺工序号工序名称及内容设备名称设备型号5钻铣工艺基准,标识10粗铣前后端面15粗铣上下平面及钻定位销,打下面中心孔20钻前后端面孔,粗镗轴承孔25精铣前后端面,精镗轴承孔30反锪大端3个
16、沉窝及攻螺纹孔35反锪小端沉窝40钻攻下面丝孔45钻两侧面螺纹底孔50攻前端丝孔及两侧面丝孔卧式镗床TX68卧式双面组合镗床卧式加工中心ACE-HM800卧式双面组合镗钻床卧式加工中心HPC800摇臂转床Z3050摇臂转床Z3050摇臂转床Z3050双面组钻三面攻丝机5柔性生产线设计分析及设备的选择本章分析和总结了柔性生产线的设计过程,通过对柔性生产线规划设计系统 的系统需求分析,构造了系统总体框架。采用面向对象的方法,建立了零件信息描 述模型、加工设备模型、生产线资源模型和工艺规划设计模型。5.1柔性生产线设计步骤柔性生产系统的投资比较大,因此风险也很大。在进行柔性生产线设计时, 不仅需要考
17、虑尽可能的追求最高的生产率,而且也要求系统能进行良好的维护和 无故障操作,保证正常运行,同时考虑到可持续发展以及企业对未来市场需求的 应变能力的要求,即对制造资源的可重组。柔性生产线的设计过程如图51所 示按照柔性生产线的设计要求,柔性生产线的设计步骤分为:步骤1:用户需求分析,确定设计目标;步骤2:加工零件工艺规划设计,确定工艺流程和计算生产节拍;步骤3:选择和设计机械加工设备;步骤4:柔性制造设备总体布局设计;步骤5:总体方案仿真、优化与评价;步骤6:系统实施;步骤7:系统维护,设备重组.图5-1柔性生产线的设计过程5。2用户需求分析在柔性生产线设计的初始阶段,需要对与柔性生产线设计的相关
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