论文部分内容阅读
摘 要：介绍公司为了满足市场上对拨叉的多样性需求，及不断提高的质量要求，对已有生产线的技术改造。使其成为适合年产能15万件以上的制造能力，质量有较大提高的拨叉柔性生产线。
关键词：拖拉机拨叉；柔性生产线；技术改造；以铣代磨
拔叉是拖拉机变速箱上的部件，与变速手柄相连，位于手柄下端，拨动中间变速轮，使输入/输出转速比改变。拨叉主要用于离合器换档，拨叉的精度直接影响拖拉机换挡的可靠性。
为适应拨叉多品种、多型号、多批次的市场需求，为了减少由于多次冷校正带来的质量问题，以及为提高拨叉的加工效率，本次规划设计，对原有拨叉工艺进行优化，制造资源进行整合，生产工艺布局进行调整，建立集群式拖拉机零部件数控加工生产基地，提高制造系统，适应产品创新引起的变型产品研制需要的制造水平，提高专业化，自动化，柔性化的生产工艺技术。本次规划设计，为提升拨叉的制造能力和水平，对突破共性关键技术，改进和优化现有流水线，构建具有一定规模、柔性的敏捷制造系统进行了有益探索。
1 原有拖拉机拨叉生产现状
原有拖拉机拨叉生产线是20世纪90年代，将菲亚特机型由意大利引进到公司时建立的，全部为手动普通机床。该生产线的设计理念，单品种、大批量的生产方式。随着市场化进程，多品种，小批量成为拨叉的生产方式。目前为止，我厂的拨叉种类已到达40余种，现有的生产线已经无法满足现在的生产要求。此生产方式在生产新产品时，每道工序都需要进行工装夹具投入，费用很大，但拨叉产量却很小。现有生产流程中有四次的拨叉冷校正工序，造成了拨叉腹板严重变形，导致拨叉与齿轮及齿轮啮合套干涉，无法顺利装配。
2 拖拉机拨叉结构特点及技术要求
拖拉机菲亚特拨叉在大轮拖变速箱装配中，一共有七种，有大有小，形状各异，结构尺寸也相差甚多。但都是作为挂档变速之用，一端有连接变速杆的φ16孔，另一端有装在齿轮啮合套的两个叉口，随着变速杆的拨动带动齿轮的滑动，从而实现变速功能。
菲亚特拨叉是采用模锻件制成，由于变速箱中空间有限，零件厚度很小，一般叉口厚度是10mm左右，腹板厚度是8mm左右，属于薄壁零件。因为起到变速作用，属于整个菲亚特轮拖的关键部件，所以其位置精度都要求很高。我们从上图中可以不难看出，叉口面相对于φ16孔垂直度为0.1mm，这对于一个薄壁零件来说，是很难保证的，这就需要采用特殊的加工工艺来消除加工中产生的零件变形。图1是5127387三四档拨叉简图：
3 原拖拉机拨叉生产工艺
原生产线工艺针对图1的5127387三四档拨叉设计（见表1）：采用立式铣床铣凸台定位面；然后通过立式钻床对定位孔进行钻、扩、铰加工；采用卧式铣床对叉口宽度进行加工；采用矩台式平面磨床进行叉口两侧面的粗精磨加工；钻定位销孔，校正，这种工艺方法适合单品种、大批量的拨叉加工。
从上述工序流程中，我们分析出，为了消除拨叉加工中的变形，工艺中有四道工序有校正工步，而且都是校正叉口平面对φ16孔的垂直度。可见拨叉零件在加工中处处都有可能产生变形。并且叉口侧面粗精磨进行4次加工，加工节拍慢，占用设备多，是影响拨叉加工效率的瓶颈工序。
4 改造后拨叉加工工艺方案及工艺流程
4.1拨叉生产线改造方案简介
拨叉生产纲领：改造后，该生产线针对大轮拖主流产品，满足菲亚特拨叉的生产，年设计生产纲领为15万件。拨叉生产线组成：利用原有的卧式铣床和立式钻床进行小凸台和定位销孔的加工。新增4台加工中心来满足定位孔和叉口各面的加工能力，将铣定位面到精磨叉口侧面的共8道工序集中到加工中心上加工。该方案解決了由于多次冷校正导致的拨叉腹板与齿轮啮合套干涉问题，有效获得品质提升，并提高了生产效率，降低了劳动强度。
4.2拨叉新生产线工艺
4.2.1拨叉加工工艺设计原则
拨叉属于薄壁类零件，刚性差，在装夹及加工过程中容易产生容易变形，所以粗精加工分开，即定位孔、叉口加工完成，叉口侧面粗加工完成后再进行叉口侧面精加工。这样可以消除由于粗加工切削力、切削热和加紧力及工件自身内应力释放对加工精度的影响。
4.2.2拨叉新生产线工艺流程
5127387三四档拨叉工艺流程如表2所示：
6 拨叉生产线技改前后效果对比
6.1生产方式比较
技改前的普通机床生产线由9台普通设备组成，零件的物流路线长，工序分散，适合大批量生产，对机种的更换费时费力。技改前生产线投入新机种，需投入工装9套，对9台设备进行调整，人力物力投入巨大。
技改后的新柔性生产线由立式加工中心（4台）、卧式铣床和立式钻床构成，工序相对集中，为半自动化生产线，实行一人多机，降低操作者劳动强度，提高了劳动生产率。具有较高的柔性，满足多品种拨叉生产，对于新机种的更改更省时省力。新生产线投入新机种，只需投入工装4套，对4台设备进行调整，省时省力。
6.2人员配置对比
技改前的生产线为9台设备配置9个人，人员投入大。
技改后的生产线为4台设备配置3个人，其中两台立式加工中心为面对面布置，一人操作两台设备，大大节约了人工成本。
6.3工艺方案的对比
6.3.1减少校正次数，解决腹板面与齿轮啮合套干涉问题
技改前的工艺方案，为了消除拨叉加工中的变形，工艺中有四道工序有校正工步，而且都是校正叉口平面对φ16孔的垂直度。由于多次校正，腹板面高出了叉口面，导致拨叉根本无法装配到齿轮啮合套的卡槽中，有的即使装到卡槽里，还会与相邻的齿轮发生干涉。
腹板面干涉部位如图2
技改后工艺方案，将四次校正减少到两次，第一次校正的部位由原来的叉口面更改为腹板面，校正的平面度为0.5mm。并且加工中心工序也以腹板面作为定位基准面，解决了多次校正引起的腹板变形问题，也能保证叉口面与腹板面的落差尺寸，保证了零件加工的合格率。 6.3.2磨削工艺更改为铣削工艺
技改前叉口侧面加工工艺为：粗磨叉口两侧面---叉口部高频淬火---精磨叉口两侧面，共计四道磨削工序，占用了大量的设备资源，辅材消耗巨大，劳动生产率低。
技改后叉口面的加工工艺为：粗精铣叉口两侧面---叉口部高频淬火，热处理后叉口不再加工。叉口毛坯厚度为14mm，加工后的尺寸为10.5-0.1 -0.2，叉口部长度为30mm，腹板面厚度为8mm，刚性极差，叉口面的加工质量保证是此次技改中的难点。首先，定位点的选择。叉口部的定位点选择在与叉口距离3mm左右的腹板面上，尽可能接近加工面，增加加工过程中零件的强度，但是加工面仍然完全处于悬空状态。叉口上面加工由一把粗加工面铣刀和一把精加工面铣刀组成，叉口下面的加工由一把粗加工三面刃铣刀和一把精加工三面刃铣刀组成，通过调整粗精加工余量及加工参数保证叉口面加工质量。
6.4关键夹具和刀具
改造后新柔性线的夹具采用拨叉叉口相对，一次装夹2件的设计方案，提高设备生产效率。另外利用先进刀具，例如山特的面铣刀，钴领的钻头等，提高切削效率，同时降低单台加工成本。
7 生产线技术改造实施过程中遇到的问题及解决方案
此次技改最初的工艺方案设计参照磨床加工的定位基准，加工中心工序为：1）铣凸台、叉口一侧面——钻扩铰φ16孔，2）校正——铣叉口——铣叉口另一侧面，分在两台加工中心上完成。第二序的定位基准为一序加工完成的凸台面、叉口侧面和φ16孔，在腹板面上增加辅助支撑，压板压在辅助支撑上的装夹定位方式。但由于叉口面在一序产生的压紧变形误差，及在二序产生的压紧变形，加工后的叉口面厚度偏差達到了0.15mm。经过反复研究，最后将一序夹具进行改造，增加一把三面刃铣刀，在一次装夹中完成叉口两侧面的加工，保证了加工质量，使生产线技术改造顺利完成。
8 此工艺方案在其他设备上的推广
两叉口面的磨削加工是影响拨叉加工产能的瓶颈工序，我厂的卧式铣床产能还很充足，并且根据技改以铣代磨的经验，在卧式铣床的铣刀杆上安装两把三面刃铣刀，并调整两把铣刀的间距，同时铣叉口的两侧面，代替磨床加工，试验大获成功，在整个车间进行推广。
9 结束语
改造后的生产线具有一定的柔性，有利于产品的结构调整，满足多品种拨叉的加工和新拨叉的开发，使生产线具有灵活的加工手段。拨叉是变速箱内的十分精密且非常重要的零件，几乎所有的变速行走机构都要用到拨叉。但拨叉也是较难加工零件，因为属于薄壁件，在加工中不可避免的会产生变形，如何减少拨叉加工中的变形量是提高拨叉加工质量的关键性因素，通过此次的技术改造，减少了拨叉的校正和周转次数，减少了拨叉的变形，提高了拨叉的加工质量。
关键词：拖拉机拨叉；柔性生产线；技术改造；以铣代磨
拔叉是拖拉机变速箱上的部件，与变速手柄相连，位于手柄下端，拨动中间变速轮，使输入/输出转速比改变。拨叉主要用于离合器换档，拨叉的精度直接影响拖拉机换挡的可靠性。
为适应拨叉多品种、多型号、多批次的市场需求，为了减少由于多次冷校正带来的质量问题，以及为提高拨叉的加工效率，本次规划设计，对原有拨叉工艺进行优化，制造资源进行整合，生产工艺布局进行调整，建立集群式拖拉机零部件数控加工生产基地，提高制造系统，适应产品创新引起的变型产品研制需要的制造水平，提高专业化，自动化，柔性化的生产工艺技术。本次规划设计，为提升拨叉的制造能力和水平，对突破共性关键技术，改进和优化现有流水线，构建具有一定规模、柔性的敏捷制造系统进行了有益探索。
1 原有拖拉机拨叉生产现状
原有拖拉机拨叉生产线是20世纪90年代，将菲亚特机型由意大利引进到公司时建立的，全部为手动普通机床。该生产线的设计理念，单品种、大批量的生产方式。随着市场化进程，多品种，小批量成为拨叉的生产方式。目前为止，我厂的拨叉种类已到达40余种，现有的生产线已经无法满足现在的生产要求。此生产方式在生产新产品时，每道工序都需要进行工装夹具投入，费用很大，但拨叉产量却很小。现有生产流程中有四次的拨叉冷校正工序，造成了拨叉腹板严重变形，导致拨叉与齿轮及齿轮啮合套干涉，无法顺利装配。
2 拖拉机拨叉结构特点及技术要求
拖拉机菲亚特拨叉在大轮拖变速箱装配中，一共有七种，有大有小，形状各异，结构尺寸也相差甚多。但都是作为挂档变速之用，一端有连接变速杆的φ16孔，另一端有装在齿轮啮合套的两个叉口，随着变速杆的拨动带动齿轮的滑动，从而实现变速功能。
菲亚特拨叉是采用模锻件制成，由于变速箱中空间有限，零件厚度很小，一般叉口厚度是10mm左右，腹板厚度是8mm左右，属于薄壁零件。因为起到变速作用，属于整个菲亚特轮拖的关键部件，所以其位置精度都要求很高。我们从上图中可以不难看出，叉口面相对于φ16孔垂直度为0.1mm，这对于一个薄壁零件来说，是很难保证的，这就需要采用特殊的加工工艺来消除加工中产生的零件变形。图1是5127387三四档拨叉简图：
3 原拖拉机拨叉生产工艺
原生产线工艺针对图1的5127387三四档拨叉设计（见表1）：采用立式铣床铣凸台定位面；然后通过立式钻床对定位孔进行钻、扩、铰加工；采用卧式铣床对叉口宽度进行加工；采用矩台式平面磨床进行叉口两侧面的粗精磨加工；钻定位销孔，校正，这种工艺方法适合单品种、大批量的拨叉加工。
从上述工序流程中，我们分析出，为了消除拨叉加工中的变形，工艺中有四道工序有校正工步，而且都是校正叉口平面对φ16孔的垂直度。可见拨叉零件在加工中处处都有可能产生变形。并且叉口侧面粗精磨进行4次加工，加工节拍慢，占用设备多，是影响拨叉加工效率的瓶颈工序。
4 改造后拨叉加工工艺方案及工艺流程
4.1拨叉生产线改造方案简介
拨叉生产纲领：改造后，该生产线针对大轮拖主流产品，满足菲亚特拨叉的生产，年设计生产纲领为15万件。拨叉生产线组成：利用原有的卧式铣床和立式钻床进行小凸台和定位销孔的加工。新增4台加工中心来满足定位孔和叉口各面的加工能力，将铣定位面到精磨叉口侧面的共8道工序集中到加工中心上加工。该方案解決了由于多次冷校正导致的拨叉腹板与齿轮啮合套干涉问题，有效获得品质提升，并提高了生产效率，降低了劳动强度。
4.2拨叉新生产线工艺
4.2.1拨叉加工工艺设计原则
拨叉属于薄壁类零件，刚性差，在装夹及加工过程中容易产生容易变形，所以粗精加工分开，即定位孔、叉口加工完成，叉口侧面粗加工完成后再进行叉口侧面精加工。这样可以消除由于粗加工切削力、切削热和加紧力及工件自身内应力释放对加工精度的影响。
4.2.2拨叉新生产线工艺流程
5127387三四档拨叉工艺流程如表2所示：
6 拨叉生产线技改前后效果对比
6.1生产方式比较
技改前的普通机床生产线由9台普通设备组成，零件的物流路线长，工序分散，适合大批量生产，对机种的更换费时费力。技改前生产线投入新机种，需投入工装9套，对9台设备进行调整，人力物力投入巨大。
技改后的新柔性生产线由立式加工中心（4台）、卧式铣床和立式钻床构成，工序相对集中，为半自动化生产线，实行一人多机，降低操作者劳动强度，提高了劳动生产率。具有较高的柔性，满足多品种拨叉生产，对于新机种的更改更省时省力。新生产线投入新机种，只需投入工装4套，对4台设备进行调整，省时省力。
6.2人员配置对比
技改前的生产线为9台设备配置9个人，人员投入大。
技改后的生产线为4台设备配置3个人，其中两台立式加工中心为面对面布置，一人操作两台设备，大大节约了人工成本。
6.3工艺方案的对比
6.3.1减少校正次数，解决腹板面与齿轮啮合套干涉问题
技改前的工艺方案，为了消除拨叉加工中的变形，工艺中有四道工序有校正工步，而且都是校正叉口平面对φ16孔的垂直度。由于多次校正，腹板面高出了叉口面，导致拨叉根本无法装配到齿轮啮合套的卡槽中，有的即使装到卡槽里，还会与相邻的齿轮发生干涉。
腹板面干涉部位如图2
技改后工艺方案，将四次校正减少到两次，第一次校正的部位由原来的叉口面更改为腹板面，校正的平面度为0.5mm。并且加工中心工序也以腹板面作为定位基准面，解决了多次校正引起的腹板变形问题，也能保证叉口面与腹板面的落差尺寸，保证了零件加工的合格率。 6.3.2磨削工艺更改为铣削工艺
技改前叉口侧面加工工艺为：粗磨叉口两侧面---叉口部高频淬火---精磨叉口两侧面，共计四道磨削工序，占用了大量的设备资源，辅材消耗巨大，劳动生产率低。
技改后叉口面的加工工艺为：粗精铣叉口两侧面---叉口部高频淬火，热处理后叉口不再加工。叉口毛坯厚度为14mm，加工后的尺寸为10.5-0.1 -0.2，叉口部长度为30mm，腹板面厚度为8mm，刚性极差，叉口面的加工质量保证是此次技改中的难点。首先，定位点的选择。叉口部的定位点选择在与叉口距离3mm左右的腹板面上，尽可能接近加工面，增加加工过程中零件的强度，但是加工面仍然完全处于悬空状态。叉口上面加工由一把粗加工面铣刀和一把精加工面铣刀组成，叉口下面的加工由一把粗加工三面刃铣刀和一把精加工三面刃铣刀组成，通过调整粗精加工余量及加工参数保证叉口面加工质量。
6.4关键夹具和刀具
改造后新柔性线的夹具采用拨叉叉口相对，一次装夹2件的设计方案，提高设备生产效率。另外利用先进刀具，例如山特的面铣刀，钴领的钻头等，提高切削效率，同时降低单台加工成本。
7 生产线技术改造实施过程中遇到的问题及解决方案
此次技改最初的工艺方案设计参照磨床加工的定位基准，加工中心工序为：1）铣凸台、叉口一侧面——钻扩铰φ16孔，2）校正——铣叉口——铣叉口另一侧面，分在两台加工中心上完成。第二序的定位基准为一序加工完成的凸台面、叉口侧面和φ16孔，在腹板面上增加辅助支撑，压板压在辅助支撑上的装夹定位方式。但由于叉口面在一序产生的压紧变形误差，及在二序产生的压紧变形，加工后的叉口面厚度偏差達到了0.15mm。经过反复研究，最后将一序夹具进行改造，增加一把三面刃铣刀，在一次装夹中完成叉口两侧面的加工，保证了加工质量，使生产线技术改造顺利完成。
8 此工艺方案在其他设备上的推广
两叉口面的磨削加工是影响拨叉加工产能的瓶颈工序，我厂的卧式铣床产能还很充足，并且根据技改以铣代磨的经验，在卧式铣床的铣刀杆上安装两把三面刃铣刀，并调整两把铣刀的间距，同时铣叉口的两侧面，代替磨床加工，试验大获成功，在整个车间进行推广。
9 结束语
改造后的生产线具有一定的柔性，有利于产品的结构调整，满足多品种拨叉的加工和新拨叉的开发，使生产线具有灵活的加工手段。拨叉是变速箱内的十分精密且非常重要的零件，几乎所有的变速行走机构都要用到拨叉。但拨叉也是较难加工零件，因为属于薄壁件，在加工中不可避免的会产生变形，如何减少拨叉加工中的变形量是提高拨叉加工质量的关键性因素，通过此次的技术改造，减少了拨叉的校正和周转次数，减少了拨叉的变形，提高了拨叉的加工质量。