本文主要分析了摩托車發(fā)動機的凸輪軸磨削工藝,找出原夾具在設計上對不同機型生產(chǎn)存在著局限性, 且原夾具加工難度大、精度要求高。本文提出改進夾具的夾緊定位方式,統(tǒng)合了加工不同機型的夾具,實現(xiàn)了提高機型切換效率和降低制造成本的目的。
社會發(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,促進摩托車行業(yè)品質的提高,使事業(yè)與世界環(huán)境共同發(fā)展。通過技術攻關和創(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號排放標準,2006年又推出國內(nèi)第一款集歐Ⅲ排放標準、電噴、水冷于一身的新產(chǎn)品,在2009年該車型成為國內(nèi)第一款取得國家全項許可(公告、環(huán)保以及3c)的國III車型。2010年更是采用領先的電噴技術、發(fā)動機上的核心二號技術及OTR技術,并采用觸媒對應排放污染物控制,以符合國家新出臺的國III排放環(huán)保法規(guī)要求,于7月份共推出十款達到國III排放標準的新產(chǎn)品。直至2013年,五羊—本田每年都會推出十款以上的新產(chǎn)品到國內(nèi)以及海外市場,新產(chǎn)品的誕生,發(fā)動機中的凸輪軸組件也因應發(fā)生設變。
我司有兩條凸輪軸生產(chǎn)線,通過更換工裝、夾具實現(xiàn)全機型凸輪軸總成的加工。新產(chǎn)品的導人,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,本文敘述的是通過改進凸輪軸的外圓磨床夾具,以最少的投入實現(xiàn)新產(chǎn)品的生產(chǎn)和快速的加工機型切換。
凸輪軸磨床工序工藝分析
目前,我司采用一臺外圓磨床一次同時加工凸輪軸全部軸徑。該工藝特點,一次定位完成所有軸徑的精加工,加工精度高,投資少,僅需要一臺設備。
我們知道,實現(xiàn)機械加工的工裝夾具關鍵因素是定位與夾緊。對于軸類零件,一般以中心孔定位,相對比較簡單,且容易實現(xiàn)。至于夾緊,則根據(jù)零件、工藝的特點,采取適當?shù)膴A緊方式實現(xiàn)加工。凸輪軸也是軸類零件,也以中心孔定位的。夾緊機構則根據(jù)加工零件的結構不同,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,驅動工件旋轉實現(xiàn)磨削(以下簡稱:棘子驅動頂尖夾緊)。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)壁驅動工件旋轉,然后頂尖夾緊,實現(xiàn)磨削(以下簡稱:漲芯驅動頂尖夾緊)。兩類夾緊方式如圖2所示。
原夾具的分析以及問題的提出
“棘子驅動頂尖夾緊”與“漲芯驅動頂尖夾緊”,兩種驅動夾緊方式完全不同。棘子驅動夾具簡單,驅動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。而漲芯驅動夾具復雜,驅動元件與夾緊部件合為一體,結構復雜,制作精度要求高,目前均從日本進口,每套漲芯夾具約3萬元,使用成本相當昂貴。漲芯夾具安裝調(diào)整也較復雜,特別是,兩種夾具切換時,耗時長達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,要求機型切換時間30分鐘。凸輪軸磨多級外圓工序的機型切換時間長達60分鐘以上,是整條生產(chǎn)線耗時最長的,其中,切換砂輪25分鐘,切換工裝夾具35分鐘,嚴重影響生產(chǎn)線的效率。
目前,摩托車市場競爭越加激烈,生產(chǎn)機型越來越多,導致生產(chǎn)機型切換更加頻繁。雖然我司歷經(jīng)多年的FOG(生產(chǎn)能力提升活動)推進,本工序機型切換時間長的問題依然沒解決,已成為抑制整條生產(chǎn)線生產(chǎn)能力的瓶頸。
新夾具的構思
我們知道,磨削外圓時,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。在外圓磨削過程中,工裝夾具的驅動夾緊力主要克服切向磨削力,驅使工件旋轉實現(xiàn)磨削。當切向磨削力大于驅動夾緊力時,工件會出現(xiàn)打滑甚至脫離夾具的情況。
因此,我們有個大膽的假設:能否通過頭架頂尖上“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,驅動工件旋轉的,實現(xiàn)磨削。統(tǒng)合兩種夾具為兩頂尖驅動夾緊(其中一頂尖為活動頂尖),實現(xiàn)機型切換時間中的工裝夾具切換時間為零。
根據(jù)工藝夾具設計要求,精加工過程中,一般夾具安全系數(shù)為1.5~2.0,即尾座頂尖總推力應大于72.6N,磨削夾緊力才是充足的、安全的。
我司使用進口日本豐田工機GL5PⅡ-32型外圓磨床磨削凸輪軸各級軸徑,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GL5PⅡ-32型外圓磨床尾座頂尖彈簧力:MIN 245N,MAX 1076N。因此,設備的尾座頂尖推力永大于假設所需安全值。所以,假設是可以實現(xiàn)的。
新工藝驗證:
根據(jù)以上分析論證,將設備尾座固定頂尖變更為回轉頂尖,尾座頂尖推力設定為設備最小值245N。對以下兩組磨削參數(shù)進行試驗。
實際驗證結果也證明:我們的假設是可行的。
新夾具投入使用的效果
新驅動夾具全面實施后,檢測產(chǎn)品加工精度CP值均與原工藝一致,均達1.33以上。項目實施后,跟蹤回轉頂尖使用壽命均長達14個月以上,滿足我們預定壽命1年(或加工35萬件)以上。
新驅動夾具:取消了專用的夾緊驅動裝置,兩類不同結構的凸輪軸統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅動夾緊,各機種工裝簡單、統(tǒng)一,機型切換方便快捷,由于統(tǒng)合了兩種夾具,機型切換時間中的工裝夾具切換時間變?yōu)榱?,總的時間由原來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)在社會發(fā)展日新月異,產(chǎn)品更新?lián)Q代越來越快。企業(yè)的生產(chǎn)制造模式越來越多是以小批量多品種,以適應市場的需求。多品種小批量的生產(chǎn)模式,換型效率越來越受到關注。利用項目成果,可以進一步簡化傳統(tǒng)外圓磨削工藝的工裝,統(tǒng)一由兩頂尖定位兼驅動夾緊,大大縮短了新產(chǎn)品的生產(chǎn)準備周期,提高產(chǎn)品的生產(chǎn)切換效率。