本文主要分析了摩托車發(fā)動(dòng)機(jī)的凸輪軸磨削工藝,找出原夾具在設(shè)計(jì)上對(duì)不同機(jī)型生產(chǎn)存在著局限性, 且原夾具加工難度大、精度要求高。本文提出改進(jìn)夾具的夾緊定位方式,統(tǒng)合了加工不同機(jī)型的夾具,實(shí)現(xiàn)了提高機(jī)型切換效率和降低制造成本的目的。
社會(huì)發(fā)展日益要求環(huán)保,五羊一本田摩托(廣州)有限公司始終致力于增加產(chǎn)品科技含量,促進(jìn)摩托車行業(yè)品質(zhì)的提高,使事業(yè)與世界環(huán)境共同發(fā)展。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)和創(chuàng)新、開發(fā)環(huán)保產(chǎn)品,生產(chǎn)的摩托車在2005年滿足了歐洲2號(hào)排放標(biāo)準(zhǔn),2006年又推出國(guó)內(nèi)第一款集歐Ⅲ排放標(biāo)準(zhǔn)、電噴、水冷于一身的新產(chǎn)品,在2009年該車型成為國(guó)內(nèi)第一款取得國(guó)家全項(xiàng)許可(公告、環(huán)保以及3c)的國(guó)III車型。2010年更是采用領(lǐng)先的電噴技術(shù)、發(fā)動(dòng)機(jī)上的核心二號(hào)技術(shù)及OTR技術(shù),并采用觸媒對(duì)應(yīng)排放污染物控制,以符合國(guó)家新出臺(tái)的國(guó)III排放環(huán)保法規(guī)要求,于7月份共推出十款達(dá)到國(guó)III排放標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品。直至2013年,五羊—本田每年都會(huì)推出十款以上的新產(chǎn)品到國(guó)內(nèi)以及海外市場(chǎng),新產(chǎn)品的誕生,發(fā)動(dòng)機(jī)中的凸輪軸組件也因應(yīng)發(fā)生設(shè)變。
我司有兩條凸輪軸生產(chǎn)線,通過(guò)更換工裝、夾具實(shí)現(xiàn)全機(jī)型凸輪軸總成的加工。新產(chǎn)品的導(dǎo)人,必須配置相適宜的工裝夾具,而現(xiàn)代的生產(chǎn)是講求效率和成本的,本文敘述的是通過(guò)改進(jìn)凸輪軸的外圓磨床夾具,以最少的投入實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的生產(chǎn)和快速的加工機(jī)型切換。
凸輪軸磨床工序工藝分析
目前,我司采用一臺(tái)外圓磨床一次同時(shí)加工凸輪軸全部軸徑。該工藝特點(diǎn),一次定位完成所有軸徑的精加工,加工精度高,投資少,僅需要一臺(tái)設(shè)備。
我們知道,實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工的工裝夾具關(guān)鍵因素是定位與夾緊。對(duì)于軸類零件,一般以中心孔定位,相對(duì)比較簡(jiǎn)單,且容易實(shí)現(xiàn)。至于夾緊,則根據(jù)零件、工藝的特點(diǎn),采取適當(dāng)?shù)膴A緊方式實(shí)現(xiàn)加工。凸輪軸也是軸類零件,也以中心孔定位的。夾緊機(jī)構(gòu)則根據(jù)加工零件的結(jié)構(gòu)不同,分有兩種類型。一類是以KZL為代表的,利用工件端面的鍵槽,夾具采用棘子與鍵槽配合,頂尖夾緊,驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)磨削(以下簡(jiǎn)稱:棘子驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊)。另一類是以KVJ為代表,利用工件端面的油孔,采用漲芯夾具夾緊油孔內(nèi)壁驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn),然后頂尖夾緊,實(shí)現(xiàn)磨削(以下簡(jiǎn)稱:漲芯驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊)。兩類夾緊方式如圖2所示。
原夾具的分析以及問(wèn)題的提出
“棘子驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊”與“漲芯驅(qū)動(dòng)頂尖夾緊”,兩種驅(qū)動(dòng)夾緊方式完全不同。棘子驅(qū)動(dòng)夾具簡(jiǎn)單,驅(qū)動(dòng)元件與夾緊部件分離,即頂尖與棘子分離,制作成本低,安裝調(diào)整也方便、快捷。而漲芯驅(qū)動(dòng)夾具復(fù)雜,驅(qū)動(dòng)元件與夾緊部件合為一體,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制作精度要求高,目前均從日本進(jìn)口,每套漲芯夾具約3萬(wàn)元,使用成本相當(dāng)昂貴。漲芯夾具安裝調(diào)整也較復(fù)雜,特別是,兩種夾具切換時(shí),耗時(shí)長(zhǎng)達(dá)60分鐘以上。
而目前我司兩條凸輪軸生產(chǎn)線的節(jié)拍35秒/件,要求機(jī)型切換時(shí)間30分鐘。凸輪軸磨多級(jí)外圓工序的機(jī)型切換時(shí)間長(zhǎng)達(dá)60分鐘以上,是整條生產(chǎn)線耗時(shí)最長(zhǎng)的,其中,切換砂輪25分鐘,切換工裝夾具35分鐘,嚴(yán)重影響生產(chǎn)線的效率。
目前,摩托車市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)越加激烈,生產(chǎn)機(jī)型越來(lái)越多,導(dǎo)致生產(chǎn)機(jī)型切換更加頻繁。雖然我司歷經(jīng)多年的FOG(生產(chǎn)能力提升活動(dòng))推進(jìn),本工序機(jī)型切換時(shí)間長(zhǎng)的問(wèn)題依然沒(méi)解決,已成為抑制整條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的瓶頸。
新夾具的構(gòu)思
我們知道,磨削外圓時(shí),作用于工件和砂輪上的磨削力可以分解為相互垂直的三個(gè)分力,即沿砂輪切向的切向磨削力Ft,沿砂輪徑向的法向磨削力Fn,以及沿砂輪軸向的軸向磨削力Fa。在外圓磨削過(guò)程中,工裝夾具的驅(qū)動(dòng)夾緊力主要克服切向磨削力,驅(qū)使工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)磨削。當(dāng)切向磨削力大于驅(qū)動(dòng)夾緊力時(shí),工件會(huì)出現(xiàn)打滑甚至脫離夾具的情況。
因此,我們有個(gè)大膽的假設(shè):能否通過(guò)頭架頂尖上“磨削法向磨削力”和“尾座頂尖推力”,使頭架頂尖與工件產(chǎn)生的摩擦力克服切向磨削力,驅(qū)動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)的,實(shí)現(xiàn)磨削。統(tǒng)合兩種夾具為兩頂尖驅(qū)動(dòng)夾緊(其中一頂尖為活動(dòng)頂尖),實(shí)現(xiàn)機(jī)型切換時(shí)間中的工裝夾具切換時(shí)間為零。
根據(jù)工藝夾具設(shè)計(jì)要求,精加工過(guò)程中,一般夾具安全系數(shù)為1.5~2.0,即尾座頂尖總推力應(yīng)大于72.6N,磨削夾緊力才是充足的、安全的。
我司使用進(jìn)口日本豐田工機(jī)GL5PⅡ-32型外圓磨床磨削凸輪軸各級(jí)軸徑,其尾座頂尖工作推力由彈簧控制,且其彈簧力可調(diào)。豐田工機(jī)GL5PⅡ-32型外圓磨床尾座頂尖彈簧力:MIN 245N,MAX 1076N。因此,設(shè)備的尾座頂尖推力永大于假設(shè)所需安全值。所以,假設(shè)是可以實(shí)現(xiàn)的。
新工藝驗(yàn)證:
根據(jù)以上分析論證,將設(shè)備尾座固定頂尖變更為回轉(zhuǎn)頂尖,尾座頂尖推力設(shè)定為設(shè)備最小值245N。對(duì)以下兩組磨削參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)。
實(shí)際驗(yàn)證結(jié)果也證明:我們的假設(shè)是可行的。
新夾具投入使用的效果
新驅(qū)動(dòng)夾具全面實(shí)施后,檢測(cè)產(chǎn)品加工精度CP值均與原工藝一致,均達(dá)1.33以上。項(xiàng)目實(shí)施后,跟蹤回轉(zhuǎn)頂尖使用壽命均長(zhǎng)達(dá)14個(gè)月以上,滿足我們預(yù)定壽命1年(或加工35萬(wàn)件)以上。
新驅(qū)動(dòng)夾具:取消了專用的夾緊驅(qū)動(dòng)裝置,兩類不同結(jié)構(gòu)的凸輪軸統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅(qū)動(dòng)夾緊,各機(jī)種工裝簡(jiǎn)單、統(tǒng)一,機(jī)型切換方便快捷,由于統(tǒng)合了兩種夾具,機(jī)型切換時(shí)間中的工裝夾具切換時(shí)間變?yōu)榱悖偟臅r(shí)間由原來(lái)60分鐘以上縮短至30分鐘以內(nèi),大大的提升了生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。
現(xiàn)在社會(huì)發(fā)展日新月異,產(chǎn)品更新?lián)Q代越來(lái)越快。企業(yè)的生產(chǎn)制造模式越來(lái)越多是以小批量多品種,以適應(yīng)市場(chǎng)的需求。多品種小批量的生產(chǎn)模式,換型效率越來(lái)越受到關(guān)注。利用項(xiàng)目成果,可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化傳統(tǒng)外圓磨削工藝的工裝,統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅(qū)動(dòng)夾緊,大大縮短了新產(chǎn)品的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期,提高產(chǎn)品的生產(chǎn)切換效率。