经典图书 在生产线的工艺设计方案中,如何在保证零件加工质量的前提下,缩短无效工作时间,降低制造成本,提高产出效率是工艺设计的核心内容,也是精益生产思想的体现。 (视频请搜索夹具侠,进入网站社区版块查看原文)
▲缸盖加工示例
1 改进案例-缸盖生产线概览
某公司的TU系列发动机缸盖有三种类型的生产线(见下表)。
上述生产线都各具特点。在最初时,产品品种单一,选择了专机生产线。随着产品品种不断更新,企业生产模式也逐渐柔性化,二、三期生产线设备由专机型过渡到数控加工中心型。在设备转型的过程中,生产线的产出效率备受工厂的关注。
2 方案基础——高速加工
缸盖是发动机品种结构变化最多的零件,同时,发动机缸盖逐渐由铝合金代替了铸铁材料,所以生产线尽量考虑柔性程度大、生产效率高的设备——高速加工中心。 高速加工主要体现出以下几方面优点: 1)铝质缸盖加工适合采用高速切削,提高加工效率,缩短工序节拍,特别是缸盖上的24个φ3mm小润滑油孔的加工。
▲高速切削的优势
2)有利于减少工件在加工过程中的发热变形,特别在铣削加工中。因发热量降低,所以工件升温小,加工尺寸稳定,对刀具和设备造成的损害也小,缸盖是典型的薄壁箱体类零件,在缸盖燃烧室面的加工中得到显现。 3)零件表面粗糙度质量和精度容易保证,如液压挺杆孔、凸轮轴承孔等其表面质量要求都非常高。 4)便于生产线实现多品种生产,便于品种的换型改造,降低品种换型成本。 5)高速加工中心“集中加工”的特点,能够显著缩短换刀、零件上下料、定位、装夹等诸多方面辅助时间,提高产出效率。但是,高速并非一定就是高效,这需要进行综合评价。一方面高速加工中心与普通加工中心价格相差较大;另一方面,刀具和被加工材料(如缸盖的阀座圈和导管材料是粉末冶金材料)是否适应高速切削,需要根据目前刀具的实际水平,以及被加工材料和工序内容的差异,合理选择相应速度的加工中心,这样可以减少投入费用,提高产出与投入的比例。经验显示,铝缸盖线的加工中心主轴转速16 000~24 000r/min较为理想。
3 生产线布置中的上料方式
“一序多机”的工艺平面布置,上料方式通常有机械手上料方式、人工+助力气动吊具上料方式和人工+助力翻板上料方式,每种方式各有优缺点。
机械手上料方式(如缸盖L2线)优点是单台机械手可以完成一台或多台设备的上料;便于抓取较重的零件、随行托盘等,易实现多品种混流生产;自动化作业,劳动强度低,节省人工,便于控制工序节拍。缺点是生产线建设投资成本高(缸盖L2线用了10台大跨距双臂机械手);对机械手运行的可靠性要求高,一旦故障时将导致停线,影响产出率;由于手臂长,刚性差,位置易漂移,容易对零件定位部位造成磕碰伤;自动化程度高,维护技术难度大。 人工+助力气动吊具上料方式(简易机械手,如缸盖L3线)优点是单台份吊具制造成本较低,便于抓取较重的零件、随行托盘等,易实现多品种混流生产;单台气动吊具可以完成一台或多台设备的上料。缺点是需要人工介入,劳动强度较大;如果要多台设备共用一个吊具,平面布局较为困难;如果一机一吊具,整线配置数量较多,成本上升,总故障次数上升(如缸盖L3线)。
图1 人工+助力翻板上料方式
人工+助力翻板上料方式(见图1)优点是结构简单,制造成本低;便于平面布局;方便操作工对加工完的零件进行目测检查。缺点是零件与翻转板接触,容易造成铝缸盖接触面划伤,精加工工序慎用;需要人工介入,劳动强度较大,不适用较重的零件。
4 生产线检具布置方式
生产过程中,零件需要首件检查和中间检查。过去通常把零件搬运放到专用检查台上检查,这样较为费时、费力。是否可以从生产线的平面布局角度来优化呢?对于人工上、下料的生产线,尽量不用专用检查台,将检具优化到上下料位置旁边的滚道上(见图2),就近检查。
图2 检具布置在操作位置旁边的滚道上
其优点是可以缩短零件的转运时间,减少转运劳动强度;减少零件转运检查的磕碰概率;特别是对缸盖上一些倾斜角度位置(如:导管、阀座、液压挺杆孔)的检查更加方便。 5 生产线刀具方案
6 缸盖产线常见质量难题解决
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