车间平面设计.pdf

现代机械加工车间工艺平面设计 3 许伟民 盛 伟 甘军明 中国联合工程公司 浙江 杭州 310022 摘 要 通过对PDM的介绍 提出同车间工艺流程设计的相关性 从系统科学法出发 概括现代机械加工车间工艺平面设计及车间内 某些大型机械加工设备基础设计的一些注意事项 关键词 PDM 工艺流程 平面设计 设备基础设计 中图分类号 TH16 文献标识码 A 文章编号 1007 4414 2007 06 0091 02 Graphic design of process i n the modern machin ing workshop XuWei min Sheng Wei Gan Jun ming China united engineering corporation Hangzhou Zhejiang 310022 China Abstract By introducing the concept of PDM the author puts forward the relativity between PDM and process flow design through the method of system and science he summerizes some attentive things in modern machining workshop process and foundation design of heavymachining equipments Key words PDM process flow graphic design foundation design 1 前 言 机械加工车间工艺平面设计是工业厂房设计工作中重要 的环节 工艺平面设计的好坏直接影响车间物流的通畅 通 常物流运输成本约占制造总成本的20 50 同时许多工 伤事故也源于物流运输 因此车间工艺平面设计对于新建车 间的物流 设备操作及维修和占地面积的使用率等都有着至 关重要的作用 对提高生产效率 降低生产成本 减轻工人劳 动强度 提高设备使用寿命及零件加工质量 提高车间安全文 明生产程度等都具有十分现实的意义 目前 关于机械加工 车间工艺平面布置的设计方法一般分为 1 按部件原则组 织车间 即每个车间 工段 固定制造某种部件或某一产品的 全部零件 按工艺原则组织车间 即各种部件和产品的零件 均按工艺过程和尺寸相似程度分类 按混合原则组织车间 即车间的一部分按部件原则设计 另一部分按工艺原则设计 在设计过程中大多数工厂的机械加工车间都是按混合原则进 行设计的 2 面向企业PDM的机械加工车间工艺流程设计 PDM Product Data Management 是产品数据管理的英文 简称 是企业实施信息化的标志之一 它是在数据库技术上 发展起来的一门新型数据管理技术 用于集成并管理所有与 产品有关的信息 过程及人与组织 能有效地将从概念设计 计算分析 详细设计 工艺流程设计 加工制造 销售维护至产 品消亡整个生命周期内的产品数据及各阶段的相关数据按照 一定的数字模式加以定义 组织和管理 使产品数据在其整个 生命周期内体质一致 最新 共享及安全 2 企业实施PDM系统 使企业的信息流 物流等科学能进 行有序 自动和高速化的管理 带动企业各方面效率的全面提 升 增强企业的核心竞争力 目前著名的PDM软件供应商主 要有SAP 甲骨文 用友 金碟等 为进一步提高企业的竞争 力和管理方法 国内的一些大型制造企业如杭州叉车集团 浙 江巨人电梯 宁波海天集团 浙江卧龙集团 杭州齿轮箱集团 等都不惜花巨资投入实施PDM系统 取得满意的效果 从PDM的概念可看出 实施成功后的目的是为了企业中 的信息流 物流等能较为顺畅地进行 使企业的管理实现真正 的信息管理 而其依赖的是机械加工车间工艺流程 产品的 加工路线 零件的加工方法等 工艺流程设计的最终目的是 为企业理顺零部件等的物流走向 使企业从零部件到产品的 包装出货等流程能较为 顺畅 地完成 因此 两者原则上是 一致的 成功实施PDM后 公司的工艺流程会根据PDM系统进 行计算机控制 即是在先进工艺流程的基础上实现的一个相 对比较可靠合理的流程 因此 在车间工艺设计时可充分考 虑企业PDM系统的情况 使工艺流程与计算机控制较好地结 合 图1 PDM系统的机械加工工艺过程卡示意图 19 第20卷 第6期 2007年12月 机械研究与应用 MECHAN I CAL RESEARCH APPL ICATI ON Vol 20 No 6 2007212 3收稿日期 2007 08 06 作者简介 许伟民 1981 男 浙江杭州人 助理工程师 主要从事工业工程设计方面的工作 1994 2008 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 此外 企业进行工艺平面设计时 设计人员需要到车间现 场了解企业现状 工作班制 起重能力 轨高等 零部件工艺 流程 加工工时 零部件加工图纸 原有设备规格数量 产品类 型等 而在收集资料时往往由于企业资料混乱而引起困难 若企业实施PDM等信息系统 设计人员在收集此类资料时就 比较轻松 如产品零部件的工艺流程等 可在企业信息系统 的工艺过程卡中得到各类零部件的加工工艺 加工工时 原材 料 加工内容 加工设备等信息 如图1所示 3 基于系统科学法的机械加工车间工艺平面设计 机械加工车间的工艺平面设计是工程设计的主导工种 设计过程中要综合考虑设计项目中技术 工艺 设备 布置 生 产组织等各类问题 作为主导工种 在设计时需系统地考虑 各专业的技术接口等问题 因此 工艺设计人员在设计车间 平面时应注意以下几点 1 根据企业现状 产量及加工特点 计算劳动量及设备 数量 确定生产面积 提总图专业资料 在设备选型及配置的 同时合理比较各设备的优缺点 在设计过程中 不能只根据 产量而定量的增加加工设备 合理淘汰部分旧设备 增加高档 设备以提高生产工艺水平 2 根据厂区物流系统进行车间功能分区 尤其是与其 协作部门的 接口 问题 车间内的物流系统是工艺设计的 关键 直接关系到企业的效益 设计人员在对车间进行工艺 设计时应先对其进行一定的功能分区 理顺物流走向 3 车间内局部功能区配置 合理功能布局能较大程度 地降低零部件的流动过程 降低物流成本 在不 妨碍 各工 序间进行的前提下 合理划分各个功能区域 如铣床零部件 生产车间 应根据产品的零部件特点合理划分为传动箱 铣头 体 丝杠等加工区域 同时 提出对各个区域的环境要求 如 温度 防尘及防噪等 4 根据企业生产组织方式采用合理的设备布置方式 一般的设备布置采用机群式布置 如按 车 铣 刨 磨 等一般 的工艺流程 通常情况下 各加工车间由于加工对象的工艺 不同而采取不同的布置方式 不能盲目地采取机群式布置 如轴 套类等回转类零件以车床组加工为主 对箱体 床身 平 面加工零件等应设置钳工划线以刨 铣 钻 磨等为主 另外 对部分大型机床设备需考虑吊车吊钩能否服务到位 5 合理配置车间内各跨的起重运输能力及其数量 车 间内的起重运输是各个工序间物料流动的运载工具 各跨内 的起重机数量一般根据车间长度进行配置 通常为50m 台 而起重能力则由该跨内最大的加工零部件确定 起重机轨道 高度由最高零件及该跨内的设备极限高度决定 此外 应从 车间各跨建筑方面考虑 如建筑屋面坡度及美观性等因素 在 满足工艺需求的情况下合理确定起重机轨高 同时 某些 特 别 工序 如车间内的小型热处理区域等 由于只采用起重机 运输而造成资源的极大浪费 因此可在此类区域另行合理配 置电动葫芦 悬臂吊 柱型吊或半龙门吊等 6 车间辅助用房的配置 一个车间不是仅要机加设备 或装配设备就可完成零部件的生产任务 还牵涉到众多辅助 设施的辅佐 如工具分发室 磨刀间 调刀间 乳化液配置处 理站 车间配电站及办公用房等 辅助用房一般设在车间的 端头 其设置形式分为 内置式和外贴式 设置在车间端头 有利于方便同车间的联系及个工序的顺利进行 7 理化计量试验室配置 理化计量试验室是负责企业 产品质量的一个关口 一般包括试样加工 机械性能 化学分 析 量具等试验室 各试验室所配置设备对环境要求也不相 同 应根据各试验设备合理提出房间的温度要求 如天平室的 温度一般要求为20 2 众多企业为节约资源 一般都不单 独设置试样加工车间 该工序内容均在机加工车间完成 如 机械性能试验室 一般包括冲击试和拉伸试验 通常对应布 置在加工车间的端头 由于机械性能试验室在工作过程中会 产生较大的冲击震动 而其它理化计量室 一般理化计量室都 是集中布置 如天平室 金相试验室等对环境的震动等要求较 严格 因此需在机械性能试验室四周设置防震沟 从物理上尽 可能地避免震动的影响 8 合理设计车间出入口及运输通道 上面提到车间内 部物流对整个生产过程的重要性 而车间与外部的物流联系 同样重要 原材料的进入 成品 半成品的出厂等 如 同厂 房不同跨之间的运输方式 可采用电动平板车进行零部件的 运输 车间对外大门的设计 需考虑如起重机轨高 零部件尺 寸等相关因素 同时也要考虑全局性 切勿造成 外小内大 的形式 4 机械加工车间内大型加工设备的基础设计 由于零部件加工的特性 企业采用大型加工设备进行加 工制造已成为一种趋势 如大型数控落地镗 重型卧车 大型 龙门铣等 这些大型设备已成为企业的一个标志 代表企业零 件的质量 高质量的零件需要高质量的加工设备来保证其加 工精度 高质量的设备除了设备自身特性外 其基础的质量已 先一步决定了设备的加工精度 如设备在移动荷载作用时 基 础的变形量一般要求达到 0 02mm m 高的甚至为 0 005mm m 一般基础费用约占设备费用的10 因此 大 型设备的基础设计已成为设备保证零件精度的关键因素 3 工艺设计人员作为设备基础设计的先导者 首先应保证 所设计的基础在原始资料的要求下能准确地做出合理设计及 布局 从而保证其它专业在基础设计时为保证变形量而进行 精确配筋等设计 结合笔者的设计经验 在设计基础时需注 意以下几点 1 基础上各尺寸所表示的意义及相互之间的定位 作 为高精度要求的设备基础 基础各部分之间的尺寸要求也很 高 尤其是地脚螺栓孔之间的定位尺寸 它直接决定了在安装 过程中某些部件的调平措施 2 基础上各沟坑的地理位置标高及用途 基础上的沟 坑往往用于设备的各种 驱动 因此 在基础图纸上 需对一 些回油沟等设计成一定的斜度 保证切屑液 冷却油等的顺利 回收 3 基础中的预埋件 如预埋钢板 钢管等 在设计过程 中应准确地表示其预埋深度 尺寸等 同时应标注国标 利于 业主施工 4 了解所设计基础的设备功能及加工特征 各部件在 设备上的基本位置 如基础上对机床的排屑装置 床身 立柱 下转第95页 29 Vol 20 No 6 2007212 机械研究与应用 MECHAN ICAL RESEARCH APPL ICATI ON 第20卷 第6期 2007年12月 1994 2008 China Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved 5 根据以上载荷谱计算半轴对应的使用寿命 根据寿命的疲劳累积原理 对总损伤值取倒数得 1 D i 8728 9916086 再根据所采用的单个UDDS工况12km循环工况 时间 1369s来计算即可得到这个载荷谱情况下的传动轴寿命转换 为里程数为 S 1 D i 12km 8728 9916086 12km 104747 8993032km 处理结果后得传动轴可行驶里程数为104747km 5 结 论 笔者在有限元法的基础上 通过建立半轴三维模型和有 限元模型 利用有限元分析软件ANSYS计算得到半轴的应力 然后根据半轴有限疲劳寿命设计理论 结合某车型实际载荷谱 计算出半轴的疲劳使用寿命 通过计算结果可知 半轴寿命基本 达到使用要求 但不是很理想 还需进行进一步优化设计 参考文献 1 沈宁福 新编金属材料手册 M 北京 科学出版社 2003 2 李裕春 ANSYS LS DYNA基础理论与工程实践 M 北京 中国 水利水电出版社 2006 3 赵少汴 抗疲劳设计 M 北京 机械工业出版社 1997 4 H Bayrakceken S Tasgetiren Two cases of failure in the power transmission system on vehicles A universal joint yoke and a drive shaft C Engineering failure analysis 2007 14 4 716 724 上接第92页 液压站及电气柜等的承受位置并设计基础荷载图 对基础上 的各个荷载及承受部位进行示意 并注明荷载的静 动载之 分 同时考虑机床的最大加工件质量 并指出其在机床上的支 撑位置 对于可移动的荷载部分应指出其移动距离 对荷载 不是很明确的应进行合理估计 保证结构专业设计的准确性 5 设备的具体摆放位置及在车间中的定位 设备最终 要放到车间中去 因此在综合考虑加工工艺 物流等因素后 要确定其摆放位置 一般通过基础上某一主要位置的点与基 础附近的几个柱间的X Y向尺寸 这里的尺寸应充分考虑 柱子承台基础与所设计设备基础间的距离 在一定程度上应 保证两基础互不 干涉碰撞 同时能保证两基础今后的维护 距离 另外 基础外形的各定位尺寸应尽量考虑从该定位尺 寸出发 减少各面之间的定位误差 6 地脚螺栓孔的设计与定位需考虑施工的可行性 基 础一般通过浇注混泥土完成 一般情况下 地脚螺栓主要承受 抗压和抗拉作用 因此 在基础设计时应尽可能将螺栓孔设计 成 八 字形 有利于螺栓抗拉性能的发挥 7 基础图中必要的省略与简化 机床制造商在提供基 础图纸时会将设备基础上的一些部件表示出来 如在螺栓孔 处设计成整个螺栓及调整垫铁等 而并非一个直接的螺栓孔 另外 设计者在进行基础剖面设计时 也往往按照个人习惯进 行多剖面或少剖面设计 这种情况下 设计人员应看清楚哪 些应该是基础上的部分 并从实际情况出发设计其中剖面的 数量 而