2016年专项(东风楚凯)申报书-高压驱动油泵.docx

任务1:汽车发动机高压油泵驱动单元数控加工柔性生产线精益单元总体方案规划设计1 规划设计依据1）产品描述组建高端乘用车发动机高压油泵驱动单元柔性生产线2条，产品详细参数见下表5：序号子零件名称材料特性要求产品外形结构成品重量（g）1油泵壳体AC4B-T6抗拉强度240Mpa，硬度HB90-135，均匀球状组织长宽高：10710777泵体结构4242凸轮轴20MnCr5抗拉强度b (MPa) ：1482，伸长率 5 (%)：13断面收缩率， (%)：57， 冲击韧性值 ku (J/cm)：73，凸轮、多边型、轴颈表面硬度HV560-740 (HRC58-62)；其余硬度HRC58-64，550HIV1=0.81.2mm内孔不渗碳直径长度：3993.32553大O型圈glt-200s硬度（邵尔A）：755断裂强度：10MPa扯断伸长率：175%撕裂强度10 KN/m比重2.20.1圈径直径:49.52.621.244轴承SPCCSAE52100硬度(外圈/内圈)：6164HRC硬度(钢球)：6266HRC外径厚度:3210315喷嘴Y15 硬度：HRC 6166 抗拉强度 b (MPa) ：390540； 伸长率 5 (%)：7.0； 断面收缩率 (%)：36 ；直径长度： 4.5110.86钢珠G95Cr18硬度HRC 6166SR717小O型圈glt-200s硬度（邵尔A）：755断裂强度：10MPa扯断伸长率：175%撕裂强度10 KN/m比重2.20.1圈径直径:8.6520.15 O型圈3D图 轴承3 D图 喷油嘴3D图 钢珠3D图油泵壳体3D图 凸轮轴3D图图 1高压油泵驱动单元示意图2）生产班制及生产节拍采用五天两班制（全年250天）组织生产，每班工作9小时（每天18小时）。各产品生产节拍见下表：2 设计原则1）应用国内高精密数控机床、在线检控系统、机器人、生产线管理系统、物流传输管理系统等组建高精密、高效率、高柔性化生产线，一方面验证国产数控机床（含国产数控系统、国产功能部件）在生产线进行大批量生产条件下的可靠性和稳定性；另一方面验证国产数控机床制造加工精度及复杂工艺数控编程能力；同时验证所有加工机床、辅机的柔性化生产能力，以适应未来市场变化和产品变型的需求。2）通过优化整个工艺系统（人、机、料、法、环五个方面），通过建立关键尺寸的在线检控系统，通过合理的自动化加工制造工艺设计，确保工件成品达到产品质量要求，关键工序能力指数达到Cpk1.67。3）通过设计合理的工装夹具、刀具、辅具满足柔性化加工制造要求，实现同类产品快速切换加工要求。4）生产线规划布局合理，通过单元化工艺布局设计、通过关节机器人的合理应用、通过生产线管理系统、物流传输系统的合理规划，确保整个生产线物料流通顺畅。5）通过加工过程自适应控制技术和建立在线检测系统，并引入产品质量管理数据库与生产线管理集成系统，使生产线不仅能生产出合格产品，同时还能真正做到实现精益化生产的示范性样板工程，并建立产品永久追溯机制。6）合理使用课题经费资金，做到不浪费、不滥用，以合理、适用为原则选择设备和生产工艺，不盲目追求设备的高端配置。3 生产线建设方案1） 高压油泵驱动单元壳体加工生产线图 2高压油泵驱动单元壳体加工生产线布局图高压油泵驱动单元壳体加工生产线由3台数控车床、3台高速立式加工中心、1台带四轴高速立式加工中心、4台关节机器手、1条关节机器手行走轨道、5条物料传输料道、3台配套辅机设备、2台在线检测装置组成。其中3台数控车床完成车序一加工，4台高速立式加工中心按工序完成铣镗一、铣镗二、铣镗三、铣镗四加工，2处关键尺寸（32M6和35H7孔）采用在线检测控制，生产单元内采用关节机器人进行产品周转和装夹，单元与单元之间采用毛坯料道、行走轨道、转序轨道、成品下料道完成零件物流转运。基于壳体的外形尺寸、产品技术要求、工艺特性等进行加工工艺和生产线设计，首序采用数控车床加工，主轴转速40-4000r/min，最大回转直径500，最大车削直径370，并使用高精度自动旋转夹具定位装夹，镗孔可进行刀具补偿设置提高了孔加工精度并方便调整，内孔外圆同时加工有效的保证同轴度0.05mm技术要求，两个方位孔同时加工有效的保证了垂直度0.04mm技术要求，并为后序加工做定位基准，孔径26(+0.013/0)、35(+0.025/0) 、32（-0.004/0.02）、圆柱度0.01、同轴度0.1采用在线检测反馈系统进行过程管控；镗铣工序采用立式加工中心加工，BT40主轴，工作台尺寸950X480，有效行程800X485，定位与重复定位精度0.008mm；设计使用一次装夹4件工装夹具有效提高加工效率；采用带A轴翻转工作台（X/Y/Z/A）实现各种复合角度的加工；选用国产数控机床的结构、精度、速度达到或接近国外先进水平，满足高精度产品零件的加工要求；切削过程采用极压乳化液湿式加工，合理配比乳化液浓度，提高加工表面质量，降低切削热，减少环境污染；采用在线检测反馈系统对关键尺寸进行过程管控，有效的控制产品质量，减少废品；采用生产及物流管理系统，实现产品精益化管理模式，并实现产品永久追溯。生产线配套辅机包括： 气密性试验仪：采用气试方式，利用压差法，对缸体油道、水道进行泄露测试，不合格品剔除出生产线。 清洗机：根据工艺流程需要，设置清洗机一台，均采取单工位往复式设计，高压清洗液清洗，具备浪涌清洗、定位清洗、压缩空气吹干等多种功能。 激光打标机：用于标刻产品二维码及明码，以便于产品的追溯。 物流设备：加工设备上下工件采用关节机器手，与普通悬挂吊车或电动葫芦相比，优点是多自由度、能满足工件装夹姿态的需要，操作安全平稳、劳动强度低，提高零件装夹定位精度，确保定位装夹一致性；考虑节省人力及零件避免物流损伤等的因素，工序间的输送采用物流传输料道完成，通过物流传输系统控制工件放行。2） 高压油泵驱动单元凸轮轴加工生产线图 9高压油泵驱动单元凸轮轴热前加工生产线布局图图 10高压油泵驱动单元凸轮轴热后加工生产线布局图高压油泵驱动单元凸轮轴加工生产线分为热前和热后两部分生产线；凸轮轴热前加工生产线由5台车削中心、3台凸轮粗磨床、3台关节机器人、2条关节机器人行走轨道、4条物流传输料道、1台压装机组成，其中3台车削中心完成车一工序，2台车削中心完成车二工序，3台凸轮磨床完成磨一工序，1台压装机完成堵塞安装；凸轮轴热后加工生产线由2台外圆端面磨床、3台凸轮精磨床、1台立钻、2台关节机器人、1条关节机器人行走轨道、4条物流传输料道、1台磁粉探伤机、1台清洗机、2台在线检测装置组成，其中2台外圆端面磨床完成磨一工序，3台凸轮精磨床完成磨二工序，2处关键尺寸（轴承外径尺寸和凸轮轮廓尺寸）采用在线检测控制，生产单元内采用关节机器人进行产品周转和装夹，单元与单元之间采用链式自动上料道、行走轨道、转序轨道、链式成品下料道完成零件物流转运。基于凸轮轴的外形尺寸、产品技术要求、工艺特性等进行加工工艺和生产线设计，热处理前车一工序采用数控车床加工，主轴转速40-4000r/min，最大回转直径500，最大车削直径370，使用高精度仿形液压卡爪夹持毛坯的凸轮部位，加工另一端外圆和孔并作为后序加工定位装夹基准；车二工序采用数控车床加工，使用高精度液压卡爪夹持零件上序加工的外圆部分，液压卡爪修整避让凸轮部分，粗车轴承安装外圆及端面并留精磨余量；三序磨一采用凸轮粗磨床加工，粗磨两处凸轮部分并留精磨余量；热处理后磨二工序采用高精度外圆端面磨床精磨轴承安装外圆及端面，外圆直径尺寸12p5，圆柱度尺寸0.005mm，过程采用在线检测反馈系统对尺寸进行管控；磨三工序采用高精度凸轮精磨床加工，精磨两处凸轮，技术要求磨削纹路与零件运动方向一致，数控系统程序编制与数控系统刚性必须能满足技术要求，线轮廓度尺寸要求0.01mm，过程采用在线检测反馈系统对尺寸进行管控；选用国产数控机床的结构、精度、速度达到或接近国外先进水平，满足高精度产品零件的加工要求；切削过程采用极压乳化液湿式加工，合理的配比乳化液浓度，提高加工表面质量，降低切削热，减少环境污染；采用生产及物流管理系统，实现产品精益化管理模式，并实现产品永久追溯。生产线配套辅机包括： 清洗机：根据工艺流程需要，设置清洗机一台，均采取单工位往复式设计，高压清洗液清洗，具备浪涌清洗、定位清洗、压缩空气吹干等多种功能。 激光打标机：用于标刻产品二维码及明码，以便于产品的追溯。 压装机：用于堵塞的压装，避免孔内热处理。 磁粉探伤机：用于凸轮轴表面微裂纹检测。 立式钻床：用于磨削前凸轮轴两端中心孔的研磨。 物流设备：加工设备上下工件采用关节机器手，与普通悬挂吊车或电动葫芦相比，优点是多自由度、能满足工件装夹姿态的需要，操作安全平稳、劳动强度低，提高零件装夹定位精度，确保定位装夹一致性；考虑节省人力及零件避免物流损伤等的因素，工序间的输送采用物流传输料道完成，通过物流传输系统控制工件放行。3) 生产线其它相关设施、设备（1）物流设备：物流设备由关节机器手、行走轨道、物流传输料道、组成，采用物流传输系统管理；加工设备上下工件采用关节机器手完成，与普通悬挂吊车或电动葫芦相比，优点是多自由度、能满足工件装夹姿态的需要，操作安全平稳、劳动强度低，提高零件装夹定位精度，确保定位装夹一致性；考虑节省人力及零件避免物流损伤等的因素，工序间的输送采用物流传输料道完成，通过物流传输系统控制工件放行。（2）检测设备： 无线传输电子塞规 清洁度检测设备 在线轮廓度检测设备图11在线检测设备重要工位的关键尺寸配备在线检测设备，例如带无线传输功能的电子塞规、在线感应式外径检测仪、在线轮廓度检测仪等，并组建由三坐标仪、轮廓度仪、气密检测台、清洁度检测设备、粗糙度检测设备、综合量检具设备等组成的综合检测试验室，对高压油泵驱动单元生产线的产品进行整体质量控制。建立测量管理系统，对产品关键尺寸进行全数检测，其他非关键尺寸按比例进行检测，并将检测数据传输至电脑储存，便于后期产品追溯，同时进行统计、分析、计算并得出产品的CPK值和设备的CMK值，根据数据调整工艺系统参数，同时也可以分析量检具MSA值（测量系统的重复性和再现性），有效确保量检具设备的有效性和准确性。（3）夹具：生产线采用自动液压夹具，夹具动作靠机床系统或PLC进行自动控制，夹具定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统。夹具设计应能满足整个工艺系统技术要求，需要刚性好避免加工振刀，需要结构紧凑、敞开性好便于零件装夹和冷却，需要确保工件夹持牢靠、避免零件装夹变形，需要设计自动排屑功能和定位装夹面自动清理装置，尽量设计一次装夹多件加工以提高加工效率等。4 加工工艺研究应遵循的基本原则：按照基准重合原则设计，即工艺基准与产品图纸设计基准保证重合。按照基准统一原则设计，即先使用毛坯粗基准加工一个精基准，后工序全部采用该精基准定位加工。按照工序集中原则加工，即通过一次装夹，尽可能完成所有加工部位的加工，避免二次定位误差产生，提高加工精度和加工效率。按照先粗后精原则加工确保各序加工余量均匀，对可能产生较大内应力的加工，以及容易发现工件内部缺陷的加工，都应安排在较前的工序完成，比如大面的粗铣、大孔的粗镗、深油孔的加工等。合理编制数控程序，优化刀具加工路线，例如对位置精度要求较高的孔系加工，合理的安排加工路线，可以最大限度减少机床传动副的反向间隙带入的误差，提高加工精度，同时还能最大限度的提高加工效率。合理的设计工装夹具，一方面确保工装夹具的可靠性和稳定性，另一方面通过一夹多件设计提高加工效率。合理的安排试漏、压装、清洗、检测、打标等辅助工序，确保生产线运行平稳和顺畅。1）高压油泵驱动单元加工工艺研究图 3壳体工艺路线图工序内采用多台设备并行生产的方式，绿色框体内为高压油泵驱动单元壳体加工的关键工序。壳体生产线的CPK值考核项目包括：孔径26(+0.013/0)、35(+0.025/0) 、32（-0.004/0.02）、圆柱度0.01、同轴度0.1、垂直度0.04mm等。 作为薄壁壳体类零件，壳体毛坯基准的选择至关重要，直接决定了后序关联重要表面的加工余量均匀性。首序加工工序（车53f8外圆、车孔32M6、35H7、26H6、车端面），采用背面D43毛坯外圆X、Y向定位，以7x6.1的腰形槽旋转定位，以背面三个毛坯凸台面Z向定位并夹紧，设计车床专用液压自动翻转卡盘夹具，采用专用镗孔刀和外圆车刀编制数控程序高速切削加工，首先完成32M6孔、53f8外圆、端面的车削加工，接着夹具自动翻转90，车削加工35H7、26H6台阶孔和车端面，要求夹具翻转定位精度0.02mm，从而保证两个方向孔的垂直度0.04mm的尺寸，要求35H7、26H6台阶孔一次完成加工保证同轴度0.1的尺寸，要求数控车床的主轴旋转精度和刀架导轨直线度精度0.01mm，从而保证孔圆柱度0.01mm的尺寸，要求具有在线检测功能，关键尺寸过程管控，要求定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统。 二序加工工序（铣4凸台面及钻孔），采用前序35孔X、Y向定位，以35孔端面Z向定位夹紧，使用过渡翻转定位机构旋转定位，设计加工中心专用液压夹具，一次装夹多件加工，采用整体合金钻头和面铣刀编制数控程序高速切削加工，要求夹具的定位精度0.05，加工中心设备的X、Y向定位与重复定位精度0.01mm，从而保证钻孔位置度0.2mm和凸台平面度0.05mm的尺寸，要求刀具材料匹配选用，从而满足高速切削的加工要求，要求定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统。 三序加工工序（铣喷嘴孔、端面2-M6），采用53外圆X、Y向定位，以53外圆端面Z想定位夹紧，以7孔旋转定位，设计加工中心四轴（A轴）翻转专用液压夹具，一次装夹多件加工，采用整体合金钻头、面铣刀、高刚性丝锥编制数控程序高速切削加工，首先完成2-M6孔的加工，接着加工中心四轴（A轴）旋转107，加工喷嘴孔，要求定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统 四序加工工序（钻铰斜孔4.5H8x30x1.97），采用3-7孔X、Y向和旋转定位，以3-7孔端面Z向定位夹紧，设计加工中心专用液压夹具，一次装夹多件加工，采用高刚性整体合金加长钻头编制数控程序高速切削加工，要求钻削过程冷却充足，避免刀具受热过高而发生折断事故，要求定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统 五序加工工序（钻铰斜孔5H8x30x8），采用3-7孔X、Y向和旋转定位，以3-7孔端面Z向定位夹紧，设计加工中心专用液压夹具，一次装夹多件加工，采用高刚性整体合金加长钻头编制数控程序高速切削加工，要求钻削过程冷却充足，避免刀具受热过高而发生折断事故，要求定位元件具有气密检查功能，以此判定产品是否装正常，并能自动将检查结果反馈到机床系统2）凸轮轴加工工艺研究图 4凸轮轴工艺路线图工序内采用多台设备并行生产的方式，绿色框体内为凸轮轴加工关键工序。凸轮轴生产线的CPK值考核项目包括：外径12p5、圆柱度0.005mm、线轮廓度0.01mm垂直度0.05mm等。 首序加工工序（车端面车孔、连接圆，方向槽），设计专用数控车削中心夹具，采用液压仿形卡爪径向夹紧毛坯凸轮部位，凸轮端面Z向定位，使用高刚性合金外圆车刀和钻头车削加工，要求液压夹具夹持牢固，避免零件受力飞出。 二序加工工序（打中心孔，车削轴承外径，轴承过渡圆），设计专用数控车削中心夹具，采用液压卡爪径向夹紧上序车削外圆部分，凸轮