拖拉機生產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

由于機械行業在世界市場范圍存在激烈的競爭，導致機械產品升級速度不斷加快，其存在于市場的壽命也在不斷縮減，因此要求機械產品的種類多樣化。在這種發展狀況下，傳統單一的加工自動線已經無法滿足這種需求，機械制造業也因此面對著前所未有的考驗[1]。

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

本文是以某拖拉機公司裝配廠作為研究對象，公司占地面積達到16.7萬m2，以生產中小功率拖拉機為主，裝配車間主要是拖拉機各個部分的總裝任務。在某拖拉機公司的發展中，不斷進行生產作業管理的創新，為企業管理作貢獻。

1 拖拉機生產線建模

拖拉機主要由三部分組成：發動機，車身以及底盤。車輛制造的流程包括：整車進入沖壓車間、焊接車間和裝配車間。焊接車間在拖拉機整車進入沖壓車間沖壓后，將車身面板直接焊接，焊接結束后原始車身進入裝配車間進行裝配。裝配車間主要由三個混流生產線組成，分別是子裝配生產線、總裝配生產線和室內裝飾生產線[5]。完成車身、變速箱、減速器、發動機等零件的組合組裝生產，經過戶外路試檢查和調整后，成品離線。裝配的最小工作單位是1個裝配過程。不同型號的拖拉機的組裝過程有自己的組裝時間，總組裝線的過程中根據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]。拖拉機的生產過程較為復雜繁多，為了便于計算并進行實驗操作，我們實現模型的簡化，以下僅對最終裝配線的涂料前線的5個關鍵過程和生產線的5個關鍵過程進行建模。結合實際生產過程簡化了模型，如圖1所示。

圖1 拖拉機總裝生產線簡化模型

在設置相關參數和屬性時，應根據流水線的生產特性來設置仿真模型，并在仿真模型中盡可能反映實際的加工條件。主要設置參數是緩沖區的容量、生產周期、拖拉機實際的組裝時間、輸入和輸出端口的百分比等[7]。但拖拉機的技術非常復雜、實際處理流程較為困難，該模型是為了簡化生產過程仿真，按比例生產和周期仿真三種不同類型的拖拉機：LX1804，LF-C，80/LY（以下簡稱A，B，C），總共生產了500種模型，其中LX1804為300，LF-C為100，80/LY為100。生產線節拍設置為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 拖拉機半軸殼體的技術要求

2.1 半軸殼體生產結構

拖拉機半軸殼體普遍選用HT250、HT200這兩種材料。這種材料必須具有耐磨、減振性能強，適合承受一定應力的場合。拖拉機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出螺栓孔；而它的小端面以矩形或圓形居多，一般生產4個螺絲孔，拖拉機軸殼矩形件的螺孔數量、尺寸和位置在多個品種加工時是不同的，內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及其重要，直接影響零件的生產，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 技術要求

拖拉機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程序大多是大量的進行生產，因此半軸殼體批次也比較大，生產拖拉機半軸殼體的毛坯生產法采用砂機。另外，由于半軸殼的內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，根據快速切換生產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，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，使用六點定位形狀（見圖2）。加工小端面，細鏜孔等，對大端的背面進行反銑，完成了大、小端的所有加工內容。

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）上進行。順序如下：將零件垂直放置，定位基準點大端插口，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 半軸殼體具體生產方案

4.1 生產的設備選型

半軸殼體的生產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效率。拖拉機屬于大型農機，其機體的生產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，半軸軸承座夾具設計可以滿足多種加工要求。當加工齒輪箱體或后變速箱體等結構不同時，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度。

4.3 加工工序

采用半軸殼體大小端內孔或外圓定心（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。

根據滿足兼容機型半軸殼體和變速箱體、傳動箱體等不同類型零件轉產的快速切換要求，考慮到半軸殼體大端為回轉面，較適于車床加工，以及考慮機床、零件的結構特點及技術要求，提出加工工藝流程方案如下（見表2）。

表2 拖拉機半軸殼體加工流程表

10序：定位基準采用小頭內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，止口與內環面（數控臥式車床）。

20序：立放零件，定位基準以大端止口、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平面定位（也可采用外形進行六點定位），加工大、小端面與外圓，粗、精鏜兩端內孔等，完成大小端的全部加工內容（臥式加工中心工作臺800 mm×800 mm）。

5 結論

拖拉機生產半軸殼體夾具時是通過5個方向來實現生產的，這充分展現了拖拉機生產集中靈活處理的特征。采用這種方法不僅有利于拖拉機在臥式加工中心上對材料能實現靈活加工，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容。大規模的柔性生產是以由多個水平加工中心組成的平行加工線的形式進行的，該方式可擴大生產能力，滿足非高峰季節拖拉機銷售不均衡的問題，提高拖拉機設備利用率，對以后的發展具有較大的應用價值。