汽车变速箱箱体加工工艺及粗铣前后端面夹具设计（全套含CAD图纸）
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毕 业 设 计 (论 文)参 考 文 献 译 文毕业设计(论文)参考文献译文学生姓名： 任东方系 别： 机械工程系专 业： 机械设计制造及其自动化班 级： T913-1学 号: 20090130130译文出处： （节选）11第6章 传统制造系统制造企业在二十一世纪遇到了由于不断增长的竞争力和全球化进程而引起的频繁增长的挑战和不可预测的市场规则。这些包括快速推出新产品，不断变化的产品需求和政府法规的改变。为了保持自己的竞争优势，很多公司不得不使用不仅能提高产品生产效率而且能够迅速应对市场压力和满足顾客不断变化的需求的制造系统。大多数在上世纪八十年代设计的传统制造系统能够应对这些新的要求吗？6.1 制造系统一个制造系统被定义为在原材料上综合执行一系列可控制，可重复操作的生产设备的集合，这改变了材料来实现所需的最终形式或者去组装最终产品（如图6.1）。装配系统和加工系统是特定的制造系统。在制造系统中的每一步操作都是由机器完成，这些切削工具从要么是从大的设备制造企业，要么从工具制造商或得。在装配系统中，这些操作可能是被机器人或者人或者是机器人和人共同执行了。例如机械制造设备包括制造用的铣床、车床、钻床，组装用的机器人和焊接机，金属成型用的辊压机，金属切削和热处理用的激光设备，塑料制造用的注射成型机等等。加工系统通常去除表面材料，以或得加工完成或者更加精细的状态。例如制造的机械零部件有发动机缸体、泵壳体和压缩机。组装系统用来把部件组装到一起，以或得加工完成的产品。例如各种被给定的零部件和子系统被用来组装计算机或者汽车。化学制造业运用复杂的化学反应去制造产品，例如药品和半导体晶片。当制造复杂的产品是，需要许多制造工艺过程。例如，一个加工系统将获得一个被粗加工的变速箱箱体作为输入，以加工完的孔系、铣削表面作为输出。加工完成的壳体将被送到组装生产线和各种齿轮、轴以及其他的附件一起组装成变速箱。组装好的变速箱又被送到汽车整车装配线去组装到车辆上。多级制造系统：对于中级和高级质量的产品制造系统是由多级组合而成的，每一级都包含一个执行一系列给定操作的设备。当这一级操作完成后，和部分操作完成的部件就被送到下一级，继续执行所需的操作直至产品加工完成。多级制造系统可能用于加工，也可能用于装配或者半导体制造，或者造纸等。多级制造系统可以配置成很多不同的方式，依据制造装备的布置形式和零部件在制造装备（材料辅助传送系统，例如传送带或者吊挂的传送机构）间的传送方式。很多制造系统都被安排成连续的，串行的生产线，正如上图6.2所示。串行生产线在很多企业非常常见。当大量产品需要生产或者一系列操作需要大量时间去完成，多级机器或者是组装单元也许被安装到现场去完成相同的操作。6.2 生产复杂的产品 在这部分，我将呈现两个复杂产品的制造流程。两个案例都包含多个制造工艺过程，这些过程都必须同步，以避免生产操作过程中大量的库存。6.2.1 生产汽车你的汽车或者卡车是普通人买的最复杂的产品。它远比你买的计算机和电视机复杂，汽车的生产过程是在多层面上和需要广泛的制造业领域的专业知识：冲压、铸造、注射成型、焊接、机械加工和装配，如图6.3所示。汽车产品从冲压车间开始，薄钢板被放入大量的压力机通过金属模具冲压成型，组成汽车的面板。大量面板被运送到汽车车身自动组装车间，由焊接机器人把这些面板组装起来，构成汽车的整体外形，这就是所谓的白车身。同时，车门在另外一个车间也被冲压成型并且被运送到车身组装车间由人工装配到白车身上。然后汽车车身被送上一条由机器人执行喷涂上漆任务的移动喷涂线上。与车身制造同步，动力车间也同时制造主要的驱动部件：发动机缸体、汽缸盖。曲轴和机加工变速箱。部件的机械加工原材料来源于铸造车间。动力车间主要使用的高静度的加工设备都是按照多级制造系统（通常每个系统50到100台机器）安排的，并且检测设备测量加工零件的精度达到了10um。动力车间在汽车工业是最昂贵的车间，目前比组装车间要贵得多。和主要的动力组件并行生产的还有一级供应商提供制造的动力组件，如活塞。这些组件和电线、油管、传动带等在动力组装部门一起被装配到汽缸体中。同时，别的一级供应商制造了整个前仪表板的组装半成品包括空调和温度控制器，音频系统、安全气囊、仪表等。这些半成品组件由二级供应商提供给一级供应商。别的以及供应商制造座椅，排气系统等。车壳涂装后被送到组装车间。一个典型的组装车间由三部分组成：修配、地盘组装和最终装配。汽车进入修配移动平台，每一辆车有一个独立的平台，运送者一辆接一辆的车。修配是一个手工集中的组装过程；工人成组安排在缓慢移动的装配线旁，装配大量的车内配件，例如半成品和转向柱，挡风玻璃、灯具、保险杠和外边的装饰嵌条。每组工人对一定量约50秒的工作任务负责。他们一整天重复着这样的工作。要强调的是相当复杂的半成品从一级供应商那作为一个子装配系统运送过来，在一个工作循环大约五十秒要被装配到汽车上。紧接着，底盘装配完成。在底盘装配中，汽车的下部分被装配到一起。这些把整个动力系统包括所有预装的动力部件和排气系统组件装配到汽车上的直线循环装配线又一次不到50秒。最后，汽车移动到最后的总装部分，装配车轮以及添加各种燃油、机油和制动液。发动机启动后，汽车依靠自身的动力驶出装配线，大约每分钟装配完一辆车。6.2.2 电器制造6.3 二十世纪末的工艺现状多级制造系统是通过很多机器或者经由材料运输机械的组装单元组成的。传送装置也许是吊挂输送机构，传送带或者是自动导引小车。这些机器也许被安排成固定的操作形式，或者柔性的形式例如装配系统中的机器人，在或者是由计算机程序控制的数控加工工具。数控中心是非常通用化的设备，可以很容易地用于铣削、车削、钻孔、磨削、刨削、激光加工等。被认为是真正意义上的制造系统，至少生产线上关键部位的加工可以通过由计算机控制和同步的监控中心控制。在二十世纪最常见的最有效的制造系统类型是专用生产线和柔性生产线。很多制造企业组合专用生产线和柔性生产线去生产他们的产品。这种方法有了改进，因为两种方法本身来说能够充分满足不断扩张的全球化经济高速发展的挑战需求和顾客的口味，同时满足低价钱。6.3.1 专用生产线专用生产线也即传送线，它被设计于大批量生产一种产品。专用生产线是基于一组相对简单的机床被连续地安排在一条生产线上，被加工的部件同步的从一台机器移动到另一台机器上。当大批量的产品生产时，高效的专用生产线的经济效益很好。例如一个专用生产线由十台专用机器组成，如图6.5所示。这个系统被建成，用于生产一个部件。一个执行器装上毛坯卸下加工完的零件。零件沿着传送带移动，并且在每一个工作站停止，等待被加工。有些工作站，几个加工工具同时加工零件。有两个工作站在图6.5中甚至同时加工零件的两个面。专用生产线控制是由固定自动线完成的，它不能被改变。这种生产线有很多大批量的可互换的部件。一旦就位，专用生产线重复的工作并且适合于大批量的通用部件高效生产。每一个加工单元或者机床在专用生产线上执行着一系列简单的不可改变的操作。特别是多轴刀具在一个固定的平面上一次钻孔多个和攻丝。这些类型的孔只适合一定的几何形状，如图6.6所示。专用生产线的一个基本特征是大批量生产制造。真正的大规模生产模式，正是由于产量高，价格相对较低。一旦就位，专用生产线以一个恒定的节拍大量生产高质量的零件。但是，随着全球化高速增长的竞争压力，对于特殊零部件的需求可以很广泛。当专用生产线没有全负荷工作时，情况总是在发生着变化，并且当这发生时，每个零件的生产价格非常高。例如，一个专用生产线可以每30秒生产一台发动机缸体。只要专用生产线工作在它的额定容量，他就可以以非常有诱惑力的成本生产零件。但是，如果发动机以每30秒每台的速率生产的话，显而易见，他们也同样被组装到相应数量的汽车上，以每30秒一辆车的速度被卖掉。如果车子不能以每30秒一辆的速度被卖掉的话将会发生什么样的情况呢？显然，所需的生产效率被压缩了，也就是每三分钟一辆。当这种情况发生时，专用生产线就未被充分利用，失去了规模经济。每件产品的价格变得更高。事实上，由于不断增长的市场波动和激烈的竞争，专用生产线越来越未被充分利用。1998年意大利的一份报道显示欧洲汽车制造企业专用生产线的平均利用率仅为53%。一个普遍的低利用率的原因是在推出新产品阶段或者在产品生命周期即将结束时，零件需求量很少，大大低于最优量。但是由于全球化竞争激烈，甚至到达了成熟阶段也经常不能满足生产线设计时预期的产量，另一种极端情况是，当需求高于专用生产线设计容量时。如果产品的流行超过所有的市场预测或者是现存的产品找到新的用户时，专用生产线无法对市场迅速做出反应，导致销售损失。如果市场对产品的需求快速增长，专用生产线的固定容量不允许制造商抓住机遇，销售更多的产品。这将导致潜在销售的巨大损失而且事实上承担比未用的容量更大的经济损失。在全球化时代专用生产线的主要缺点是这些生产线不能设计成可变的，因此不能够容易地转向新产品的生产。在全球化时代，产品的生命周期随着竞争产品被越来越快地引入而变得越来越短。这些都使得专用生产线的组装不经济，并且因此它们很快在制造企业消失。6.3.2 柔性制造系统正如我们所说，专用生产线覆盖了大批量、少变化的工作，而独立工作的数控机床适合于另一端范围变化的中小批量，多变的产品生产。中间范围的被柔性制造系统和壳虫结构的制造系统所占据。柔性制造系统被定义为：一个集成的制造单元，例如数控机床，由自动化材料处理系统联系在一起，它的操作完全由监控计算机控制。柔性制造系统的历史：6.3.3 这是一个纯粹的平行的柔性生产线吗？这是一个普遍的设想，柔性制造系统应该能够胜任任何零件或者任何混合零件以任意序列的方式制造。但是仅仅只有平行的柔性制造系统能够高效地满足这些要求而不失去时间是由于处理工艺过程时间平衡的问题。然而一个纯粹的平行的柔性制造系统，不是为多级操作而设计的；它相当于一组数控机床被平行地安排在一起生产整个零件。这些平行的配置提供了瞬间灵活和高效生产各种零件或产品的可能。平行的柔性制造可能被航空航天和光电子机械工业所运用。然而，极大地增加了数量的数控机床并联在一起,创建一个反向的规模经济系统。首先，每一台数控机床必须包含整套完整的工具去生产所有的零件，尽管每次只有一个工具在加工，这意味着非常昂贵的工具闲置着等待被运用。其次，大量的加工工具必须随附着每台数控机床，这增加了每台机床的成本。这两点被放大了，当机器生产几个不同的零件时，各个零件需要他们各自不同的切削工具。未使用的机器功率同样是一个支付成本的问题。一些操作需要大马力，然而在别的一些不需要的情况下却浪费了（例如铸件钻孔需要低的功率）。一个额外的成本因素是每一台数控机床必须被设计成在大范围内运动且适合于加工最大最复杂的零件。这四个（大量的工具、大型工具手册、大功率、机器的几何形状）原因增加了每台数控机床的价格，因此整个并行柔性制造系统的价格变得很高。并行柔性制造系统研究分析表明：在1996年芝加哥国际机械工具展览会上，Makino展示了一整套通用公司加工发动机缸体的机械加工工具和五轴联动数控加工中心。自从首次机械加工展览后，半加工状态的箱体被自动取出机床，被一个特殊的机械手旋转90度或者180度，然后送回机床工作台继续加工。Makino的工作人员在展厅告诉我，通用公司购买了96台五轴联动机床，被安装到纯粹的并行的通用公司的生产车间。他说，每一台能够以同样的方式加工整台发动机缸体或者整个汽缸盖（除了直列孔的加工）的机器被展示在国际机械加工工具展览会上。这96台机床被安装到通用公司的发动机车间加工某一型号的六缸发动机的缸体和缸盖。这个加工系统在1998年初被投入生产，并且有每天精确生产600台发动机的能力。然而，这些机床并没有按Makino的人在国际机械工具展览会上声称地那样，纯粹的按并行构架安装。通用推断通过一台数控机床独立加工发送机缸体或缸盖并不适用他们的生产。首先，零件要被固定在某处，然后一次安装夹紧，任何一个面都不能移动。一个机床用一个特别简单的专用机械手完成两步工作的转换同样不切实际。事实上，它通常不可能获得要求的位置精度。尽管发动机缸体或者缸盖最少的安装加工工位也至少是两个，这仍然只有在发动机装配和机械加工同时进行才可能达到要求。但是加工和装配在同一个工位非常不切实际而且很危险，因为在装配之前必须找到一种不接触部件并且能够清洗的方法。而且，当一个复杂的部件机械加工时，别的操作必须按部就搬。就拿汽缸盖为例，加工气门座套之前必须压入一个金属粉末冶金制造的气门座。但是机加工气门座自身只有在它被压入正确的位置后才能完成加工。这就意味着汽缸盖必须从机床上取下来嵌入气门座，然后放回机床继续加工气门。由于所有这些原因，通用公司的汽缸机械加工系统被安装在六条平行线上，每条生产线上有八台机床运转，加工八个不同的工位。这个系统包含48台Makino的机床。通用公司运行这个系统，在这些平行的生产线上交叉或者不交叉。然而当交叉允许的时候，生产量极大地增加了。发动机缸体的机械加工系统由一个相似的结构。当一个复杂的零件有多个面加工的时候，一个纯粹的平行的数控加工中心是绝对不实用的。通用公司生产这些发动机缸体及缸盖产品直至2002年这些产品被淘汰。总之，无论是否按照平行生产线安排，柔性制造系统非常昂贵。他们昂贵有以下几个原因；尤其是因为设备具有一般的柔性特征，维护和保养费用很高。公司有时购买比他们实际需要的功能更多的设备，这些而外的功能却没有被充分利用，在这
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