变速器壳体生产线设计

刘志强　王东　赵建涛

摘 要：变速器壳体生产采用直线型生产线，线体占地面积小、物流方便，同时，日本原装进口的高速卧式加工中心具有高速、高效、高精度、高柔性和高通用性的特点，使变速器壳体生产线的操作更方便、更高效。

关键词：生产线布局；选型加工；手动变速器；分式结构

中图分类号：TG659 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.108

2009年，我公司成功开发出一款MT系列多档手动变速器，采用对分式结构，可匹配多种排量的发动机。对变速器壳体量产的生产线设计进行了细致的分析和调研。

汽车市场发展迅猛，产品纷繁多样，人们对汽车个性化的要求也越来越高，以往单一工件的生产方式变为多种工件各自的较小批量叠加成的大批量生产。因此，20世纪占统治地位的组合机床（专机）生产线已无法满足汽车行业快速更新的需求。

目前，汽车行业的竞争使人们更倾向柔性生产系统，高速加工中心软、硬件的构成使其加工换型快、柔性强；具有分段投资、滚动发展的特点，可适应产能和品种的变化；一次投资，长期受益，突破了汽车生产中“经济规模”的传统观念，实现了多品种、中小批量和高效生产。

公司采用了高速卧式加工中心组合，以解决壳体类零件加工的柔性、产量、投资与更新的矛盾，满足了公司后续多品种、产能适中和少投资滚动发展的要求。同时，随着人力成本的增加和90后逐渐成为主要劳动力，手动搬运生产的方式已无法满足劳动者的要求，且传统的无人操作机构售价昂贵，无法满足变速器低价、高效的要求。因此，公司开发了独特的半自动上、下料机构。通过上、下料机构，可降低操作者的劳动强度，减少劳动者数量，并在保证生产效率、质量的前提下，实现了劳动强度和单台成本的双降低。

1 生产线的排布

在满足生产纲领的前提下，基于铝合金壳体的加工，从产线的占地面积、人员配置、设备投资、物流、生产组织和产品产能规划等方面进行了综合分析，最终采用柔性直线型生产线，具有经济、高效的特点。

生产线采用单产品直线生产、两个产品相对生产的形式。操作者在工作过程中实现了一人多机的生产方式。物流方面，完全实现了丰田“一个流”的生产方式，取消了并行工序，不会产生再制品，消除了产品堆积，降低了批量废品的产生率。同时，多种产品实现了共线生产，生产线具有高度柔性，这有助于多技能工的培养。

2 高速加工中心的选型

变速器壳体材料为铝合金，硬度≤HB160，切削余量为0.8～1.5 mm，需要低扭矩、低能耗、高精度、高转速、高快移和高自动化的加工中心。根据广泛的市场调研和技术分析，公司最终确定选用某公司生产的高速加工中心实现变速器壳体高精度的加工。

2.1 高速加工中心的特性参数

高速卧式加工中心采用原装进口设备，机床的最高转速达16 000 r/min，X轴、Y轴和Z轴的快移速度可达到60 m/min，定位精度为0.006 mm，重复精度为0.004 mm，加速度为10 m/s2；换刀时间（切屑对切屑）为2.8 s，X轴、Y轴和Z轴的工作行程为630 mm×550 mm×550 mm。加工中心采用液压夹具，可自动夹紧，每套夹具上有多个辅肋支撑和辅助压板，夹具的定位面采用气检结构，可通过气压变化检测定位面上是否存在铝屑等杂物，检测精度可达0.02 mm，能保证工件的装夹可靠和夹紧不变形。机床配备容量为30把刀的刀库，并在刀库内有断刀检测装置，可对加工过程中的刀具是否折断作出判断并报警显示。

2.2 进给轴

进给轴采用伺服电机直接驱动，消除了中间的传动部分，降低了运行的噪声，提高了传动精度。进给轴丝杠采用恒温中心冷却的方式，可保证驱动轴在高速运转的情况下不产生热变形。在此情况下，机床可在60 m/min的高速度下运行，速度、精度都得到了保证。

2.3 主轴

由于高速加工中心主轴转速非常快，所以，其主轴结构和形式非常重要。主轴润滑采用油气润滑的方式，提高了轴承的寿命，降低了运行噪声。冷却方式采用恒温冷却的方式，减少了主轴的热变位。主轴电机绕组采用双绕组的方式，可确保低速区既能够满足钢件的切削要求，高速区也能满足铝件加工的要求。同时，主轴增加了异物报警提示功能，当主轴与刀具之间存在0.02 mm及以上的异物时，机床会发出拉紧不到位的报警，防止因刀具装夹不到位而造成产品质量事故。

2.4 工作台

标准配置为双托盘的方式，自动分度机构采用AC马达旋转、联轴节定位和液压夹紧的方式，可随机选择每1°内的任意面。利用圆锥形状的4 组定位销进行托盘定位台上的定位，利用液压分别对这些定位销进行夹紧。通过最新结构分析软件检验的高刚性的主机结构，可满足在精度要求下的高速切削。

2.5 切削液系统

为了防止重要热源的切屑发生热不平衡的现象，可通过高达1.5 MPa的主轴贯通切削液和0.15 MPa大流量喷淋系统，使切屑不在被加工工件和托盘上停留，并且通过在Z轴罩两侧的螺旋式排屑输送器将切屑快速排到切削液箱，从而使切屑引发的热影响降至最低。在过滤精度方面，切削液为两次过滤，精过滤精度高达20 μ，有效保证了加工中心内部结构的精确。

2.6 高效夹具系统

刚性高、稳定的夹具对于高速加工的精度和刀具的寿命非常关键。如果工件夹不紧，则加工时会出现崩刃、打刀，甚至造成严重的机床事故；如果夹具的刚性不足，则加工时会产生震颤、划痕，进而影响质量，严重时会影响整体的加工尺寸。因此，6台加工中心上所有的夹具均为液压夹具，并设计了能检测零件是否夹紧的气密检测系统，同时，在夹具结构薄弱位置增加了加强筋，可保证夹具的刚性。

采用高效液压夹具安装定位后，可以快速、准确地确定工件与机床、刀具之间的相互位置，工件的位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，其加工精度高且稳定。同时，明显减少了辅助工时（装卸工件的时间），提高了工件的刚性，使切削用量加大。

2.7 高速切削刀具系统

变速器壳体生产线刀柄采用HSK形式。刀柄是一种新型的高速锥型刀柄，其接口采用锥面和端面两面同时定位的方式，刀柄为中空，锥体长度较短，有利于实现换刀轻型化和高速化。由于采用端面定位，加工中心完全消除了轴向定位误差，使高速、高精度加工成为可能。这种刀柄被誉为是“21世纪的刀柄”。

2.8 上、下料机构

变速器壳体生产线上、下料机构采用手动辅助上、下料的形式，操作者通过操作上料平台，可实现零部件上料时的准确定位，消除了手动重复装夹造成的装配误差。同时，设备之间通过滚道连接，减少了人员走动，降低了操作者的劳动强度。

参考文献

[1]李河水.加工中心设备选型探讨[J].科技广场，2011（05）.

[2]张铁军.虚拟镗铣加工中心具体化方法研究[J].东北电力学院学报，2000（01）.

〔编辑：张思楠〕

Abstract： The transmission housing is produced using straight lines， small line body footprint， easy logistics， while Japan imported high-speed horizontal machining center with high-speed， high efficiency， high precision， highly flexible and highly versatile features that make transmission housing production line operation more convenient and more efficient.

Key words： production line layout； selection process； manual transmission； fractional structure