柔性制造技術在轉向節加工中的研究及應用

何曉杰 張文韜 蔣杰 鐘智 陳超

摘要：所謂“柔性”，即靈活性，是制造設備或系統應付各種可能變化或新情況的“應變”能力，涉及設備柔性、工藝柔性、產品柔性、維護柔性、生產能力柔性、擴展柔性、運行柔性等，能夠在較短的開發周期內生產出較高質量要求的不同產品，柔性制造技術的這種高效、靈活的特點使其成為制造業的主要發展趨勢和面向21世紀的先進生產模式。

關鍵詞：轉向節；柔性制造技術；加工工藝

1 轉向節零件結構特點

轉向節是車輪轉向的關鍵零部件，屬異形件，上下有安裝主銷的兩個同軸孔，另有安裝車輪的轉向節軸頸。轉向節上下主銷孔通過主銷與前軸相連，前輪可以繞主銷偏轉一定角度從而使汽車轉向。為了減小磨損，轉向節主銷孔內壓入錫青銅襯套或滾針軸承，并需注入一定量的潤滑脂潤滑。為使轉向靈活，在轉向節下主銷端面與前軸接觸部分裝有推力軸承，在轉向節上主銷孔端面處與前軸接觸部位之間還裝有調整墊片，通過更換不同厚度的調整墊片，保證一定范圍的間隙。加工尺寸比較多，需要的加工方式多樣，包括外圓加工、端面加工、主銷孔加工、螺紋加工等，主要由軸承安裝軸（轉向節軸）、固定制動器的轉向節法蘭盤面、主銷孔叉架組成。轉向節軸主要安裝輪轂軸承，呈階梯結構，包括兩個安裝軸承的同軸外圓柱面、圓錐面、螺紋面、過渡圓角，以及制動器總成安裝止口和端面；轉向節盤面包括固定制動器的安裝平面、連接制動器總成的螺栓孔和其它相關連接件的螺紋孔；主銷孔叉架是由轉向節的上下主銷孔和檔面構成。

2 轉向節傳統加工存在問題

（1）工序基于傳統加工方式的束縛，加工產品的精度難以保證，過程穩定性不高。如：轉向節軸部為階梯軸，分兩道工序磨削，受限于設備、工裝精度，很難保證兩軸承安裝處的同軸度要求；基準多次轉換，各安裝平面尺寸不穩定。（2）加工工序多，人員勞動強度大，手作業時間長，難以發揮設備的最大效率；各工序生產能力不均衡，造成個別工序等待，或者在制品過多，整體工時利用率低，浪費嚴重；產品切換需調整二十幾臺設備及工裝，因產品結構不同以及工序內容的約束很難實現共線生產，產品轉型或切換局限性大。（3）受通用設備結構和生產線工藝布局限制，所需設備較多，導致生產線較長；工序多，各工序占用一定在制品，導致在制品量大，很難實現一個流生產，生產效率難以實現最大化，精益化管理推行困難。

3 轉向節加工設備的柔性化

柔性制造體系就是一種比較完善的工業生產體系。該體系主要由計算機模塊、自動設備模塊、自動搬運模塊三個子體系構成，其自動化程度相對較高，生產效率較高。簡單來會說柔性體統包含自動加工、智能物流處理、信息化三個子模塊，根據生產零件的不同能夠進行實時變化的一種系統，其英文簡稱為 FMS。

3.1 集成加工技術

集成加工技術主要是通過改進傳統機床的加工方法，減少加工工序，實現工件的高精度和高效率的一種加工方法。優勢主要表現在以下幾個方面：（1）工序集中，減少了工件裝夾次數，在一次裝夾中可加工多個表面，能夠減少工件的重復定位誤差保證相互間的位置精度；同時減少了裝夾所造成的誤差。（2）產品加工精度由精度較高的數控設備和程序控制，可減少人為因素干擾。（3）大大降低工人勞動強度。（4）大大縮短生產周期以及新產品開發周期。（5）減少了工件的轉運次數，縮短了物料的轉運周期。

3.2 復合加工技術應用

復合加工技術是指工件一次裝夾，用多種加工方法完成零件的表面加工，即在一臺設備上完成車、銑、鉆、鏜、攻絲、鉸孔、擴孔等多種加工要求。減少設備和工裝夾具投入，減少裝夾次數及搬運過程，能夠提高產品加工精度，縮短產品的加工周期。復合加工機床主要分為三類：（1）以車為主的復合加工機床，在車削中心的基礎上增添用于回轉刀具的切削裝置，如車銑復合中心、小型五軸車銑復合中心、車銑復合加工單元等。車銑復合加工的運動包括動力銑刀旋轉、工件隨主軸旋轉、銑刀可軸向和徑向進給等基本運動；（2）以銑削為主體的復合加工機床，在加工中心基礎上增加了使工件回轉的驅動裝置，如帶回轉軸的加工中心；

3.3 轉向節新工藝生產線布局

為實現最優化布局，新生產線布局應遵循以下原則：（1）混線生產原則（柔性原則）：可實現多品種混線生產，以適應多品種、小批量生產，盡可能的提高設備利用率。（2）“一個流”生產原則：根據確定的工藝流程以及選用設備，確保滿足工藝路線，實現物流單一流向，避免倒流及交叉；生產線布局應盡可能減少“斷點”；減少搬運及在制品庫存；能夠實現“一人多機”操作，提高生產效率。（3）人機匹配原則：充分考慮人機工程，為生產線員工提供一個安全、舒適、寬敞的操作空間。（4）減少浪費：降低等待、搬運等。（5）保證設備布局形式的合理：新工藝設備采用工藝專業化布置形式和產品專業化布置形式相混合的形式進行布局，即各工序采用成組生產單元按工藝專業化布置形式布局，“一人多機”的情況下由相同工種的工人對不同規格的產品進行相同工藝的加工；整條生產線采用產品專業化布置形式布局，以便實現“一個流”生產，保證整條生產線從毛坯投入到成品產出，減少工件搬運等待等。（6）物流路線通暢原則：生產線布局時應當保證流通路線順暢。

結束語

綜上所述，為實現轉向節車銑復合加工，采用回歸分析法建立動力銑削切削力以及“以車代磨”粗糙度模型，為優化切削參數，實現轉向節的柔性加工提供了理論依據。對重型汽車轉向節柔性化加工的研究，重點做了工藝流程設計及實際加工應用方面的研究，對物料輸送系統、控制信息系統等方面未有涉及，后續可針對以上方面進行完善，完善整個柔性制造系統。

參考文獻：

[1] 潘衛軍. 現代柔性制造技術及其發展[J]. 蘇州：蘇州工業園區工業技術學校，215123.

[2] 李敬遠等. 柔性制造系統的關鍵技術及發展趨勢[J].建筑工程技術與設計，2015.