车间工艺设计的方法与步骤

机加工车间工艺设计的方法与步骤

一．前言

工艺设计工作在工厂工程设计中处于主导地位，工艺设计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，主要解决工厂在基建、技改阶段与总体有关的比较重大的问题，为设计项目建成投产后达到纲领产量，提高产品质量，降低消耗，取得良好的经济效益奠定基础。

机械加工车间在机械工厂的各车间中起着十分重要的作用，其产品的精度直接关系到工厂产品质量的好坏，故机械加工车间的工艺设计就显得非常重要。机械加工车间工艺设计是在明确了生产的对象、生产纲领后，就要考虑采用何种工艺技术、选用何种工艺装备，并确定工时定额水平、计算和决定采用一定数量的各种设备及劳动力。选用形式要适宜，应能满足生产技术要求；场地面积足够并具备各种公用设施的厂房，对其进行合理的布置和安排，使整个车间在生产过程中的生产工艺路线合理，物料流程量短，运输工作量最少。

x院承接了某厂调整、扩建的设计任务，其中笔者参与了该厂机械加工车间的工艺设计工作。该厂迁址新建的机械加工车间有200多台金属切削机床，对于设计这样大型的机械加工车间，需要进行全面、综合的分析比较，方能做出技术上先进，经济上合理的设计。

二．生产纲领

车间年生产纲领具体如下：

(1)2.6万套某系列轻型载货气车后桥传动轴零部件的机械加工（每套后桥传动轴包括5种6件机加工零件）；

(2)1.5万套该系列轻型载货汽车前桥总成零、部件的机械加工(每套前桥总成包括13种20件机加工零件)；

(3)1万件火车客车轴承保持架的机械加工；

(4)2千套机床配件的机械加工；

(5)80套烟机配件的机械加工。

由上可知，该车间的生产纲领可分为主产品——某系列轻型汽车零件共18种45.6万件的机械加工；副产品——火车客车轴承保持架1万件、机床配件和烟机配件数百种两千多件的机械加工。

三．工艺设计

1．确定生产组织形式

根据车间的生产纲领，通过详细研究产品零件图样，分析制定各零件机械加工工艺，并参阅国内外有关技术文献，对国内几个先进同行厂家的同类型车间进行考察和参观，结合工厂主产品零件种类较少、批量大，而副产品零件种类繁多、批量小的情况，决定机械加工车间按混合原则组织生产。即主产品按零部件组织流水线生产，副产品按工艺性质组织机群式生产。这种按混合原则的生产组织形式符合产品的结构、工艺特征及产量的大小。

2．确定流水线的类型

车间主产品由于品种少、批量大，选用流水生产线的生产组织形式无疑是先进的。然而应采用什么类型的生产线呢？若采用先进的专机组成流水生产线，生产效率高、加工质量好，但工厂现已有大量的通用机床，若弃之而另购专机，势必花费大量投资。此次迁址新建资金比较紧缺．故从经济上讲购专机是不台理的。从工厂的实际出发，既要做到技术上先进，又要做到经济上合理，在选择流水线类型时，就必须考虑在充

分利用原有设备的基础上适当增加少量必需的先进设备来组成流水线，即适宜采用由通用机床组成单一产品的单向流动的间隙流水生产线。这种流水线的特点是：每条流水线上固定制造一种零件；流水线上所有工作地按工序时间完成零件的加工；在各工作地上按单个零件没有强制的保持节拍传递；零件在流水线上作单方向流动且各设备之间有储量。这样的流水线比较适合利用该厂原有大量通用机床的实际。

3．确定流水线数量

确定了流水线类型后，就根据主产品零件的形状特点，对其进行工艺分析，制定出各零件的机械加工工艺过程。将10种工艺较复杂的零件采用9条流水生产线进行加工。其中后桥传动轴零件采用四条流水线进行加工，前桥主要零件采用五条流水线进行加工。其他工艺简单的一些小杂件归并为一组集中加工。后桥传动轴零件的四条流水生产线为：①焊接叉生产线；②凸缘叉生产线；③滑动叉生产线；④滑动轴生产线。前桥主要零件的五条流水生产线为：①前轴生产线；②转向节总成生产线；③前轮毂生产线；④前制动毂生产线；⑤转向节臂及转向节弯臂生产线。(转向节臂及转向节弯臂工艺相似，故合在一条流水线上加工)

4．工作制度和年时基数

全年工作306天，工作班制除配件车加工组采用三班制外，其余均为两班制。两班制每班工作8h，三班制第一、二班每班工作8h，第三班工作6h。工人和机器的年时基数分别为：

5．劳动量、设备及工人的计算

劳动量的确定主要根据零件工艺过程并参考工厂现行的某汽车零件加工工时，考虑到采用了流水线生产方式等因素，进行了合理的调整后作为本次设计的劳动量。

主要生产设备的数量根据劳动量和工作班制计算确定，计算公式为：

C=T/t

(1)

(1)式中：C——计算设备数；

T——某类设备的全年劳动量：

t——根据工作班制所确定的设备年时基数(h)。

机加工设备是根据产品类型、生产纲领、工艺规程等参数来选择的。如果设备的类型和数量选择得当，不仅可减少投资，提高设备利用率，降低设备维护、运行费用，还对完善设备布局、简化在制品周转、缩短生产链等起着至关重要的作用。设备选型需考虑设备的工艺可能性、加工精度、生产率、可靠性、经济性等。工艺可能性是指加工设备在不同生产要求下实现加工工艺过程的能力。工艺可能性主要包括：加工设备可完成的工序种类；加工对象的类型和尺寸范围；能加工的材料和毛坯种类；切削用量的可能范围等。通常，在大批量生产中，因工序分散，可选用工艺可能性较窄的加工设备，如各种专机、组合机床等；在单件、小批生产中，由于工序集中，一台加工设备要完成尽可能多的工序，宜选用通用机床或数控机床，且工艺可能性要选得宽一些，以适应加工对象多变的需要。加工精度是指加工设备所能达到的尺寸精度、形状精度和位置精度，它受制于加工设备本身的几何精度、运动精度、刚度、抗振性、热稳定性、精度保持性和误差补偿策略等。设备加工精度过高或过低都是不可取的，

我们需要的是经济加工精度，即加工设备在其正常使用条件下能经济合理地达到的加工精度。表面质量主要指被加工工件表面几何学特性及表面层物理品质。要注意其中的表面粗糙度等指标除与加工设备本身的抗振性有关外，还与影响切削稳定性的设备外因素有关，诸如：所采用的切削用量、切削液、工件材料、刀具（或磨具）的几何形状及材料特性等，若选择设备时仅注意设备本身而忽视上述设备外因素将是片面的，其效果可能事倍功半。一般来说，采用自动化程度高的加工设备，避免人为因素干扰，是保证加工精度和表面质量稳定性的有效途径。生产率通常是通过加工设备单位时间内所能加工的工件数量或所能切除的材料量来衡量的。生产率主要取决于加工设备的切削时间、辅助时间以及分摊到每个工件上的调整、准备和结束时间。通常，选择高速、大功率、高刚度的加工设备是提高生产率的有效保证。可靠性是指在规定的时间和条件下，加工设备保持其应有工作性能的能力。它主要与设备中关键零部件的精度保持性、耐磨性、耐用性、精度稳定性和抗干扰性有关，因此，要注意设备中一些关键零部件的选择，必要时可对欲购设备提出附加要求，对一些关键零部件质量或材质作出规定，还要注意设备可靠性与设备合理的使用期限及合理的精度储备有关。经济性是指加工设备质量、功能、成本的合理配合。在满足功能要求的前提下，设备结构要尽可能简单，技术采用合理，并遵循加工设备的系列化、零部件的通用化和标准化的要求，这对降低设备设计、制造及日后的维修、改造成本很重要。另外，选择节能、环保、寿命长的设备也是相当经济的，这可有效降低其使用成本。

本项目根据计算，设备的选型在充分利用原有设备的基础上，适当增加一些先进、高效的设备。如后桥传动轴中滑动轴花键的加工选用半自动花键轴铣床进行加工；前轮毂的车削加工选用了一台微控立式双轴转塔车床，该机的选用不仅保证了加工精度，而且能使加工效率成倍提高。前轮毂和前制动毂装配后的合件选用带数显的单柱立式车床加工，既便于装夹又可提高生产效率。

生产工人按照设计中采用的劳动量并根据设备数量、多机床管理系数和工作班次计算确定。计算公式为：

P=T/toK (2) 式中：P——计算生产工人数；

T——某类设备的全年劳动量；

to——工人的年时基数(h)

K——多机床管理系数

辅助工人和其他人员则按比例配备。

四．车间平面布置

布局设计简单地说就是系统中单元的选择及单元的排列组合。在完成设备选择后就要结合车间场地、空间结构特点及工艺约束对设备进行合理布局。要充分考虑设备之间在空间位置上的协调性，以确保生产系统物流畅通及设备的充分使用，加工设备的合理布局对加工系统中物流的合理性起到关键性作用。

一般采用如下布局原则：

①工艺性原则；要求生产工艺过程合理并连续，生产各环节加工能力相匹配。工艺合理不仅可以避免某些配置的不平衡，减少生产过程中的中断、等待，还可以简化加工过程，减少不必要的作业，消除生产能力的冗余，缩短生产周期，从而充分有效地利用人员、设备、空间和能源。

②经济性原则；必须使系统的配置和布局确保产品综合成本的最低化和企业最终效益的最大化。加工系统的购入成本和使用成本将最终反映到产品成本上，要力求设备投资最低；设备的布置和使用高效、合理；物流经济、畅通。