汽車變速箱箱體加工工藝及粗銑前后端面夾具設計（全套含CAD圖紙）
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畢 業(yè) 設 計 (論 文)參 考 文 獻 譯 文
畢業(yè)設計(論文)參考文獻譯文
學生姓名： 任東方
系 別： 機械工程系
專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化
班 級： T913-1
學 號: 20090130130
譯文出處：<> （節(jié)選）
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第6章 傳統(tǒng)制造系統(tǒng)
制造企業(yè)在二十一世紀遇到了由于不斷增長的競爭力和全球化進程而引起的頻繁增長的挑戰(zhàn)和不可預測的市場規(guī)則。這些包括快速推出新產(chǎn)品，不斷變化的產(chǎn)品需求和政府法規(guī)的改變。為了保持自己的競爭優(yōu)勢，很多公司不得不使用不僅能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率而且能夠迅速應對市場壓力和滿足顧客不斷變化的需求的制造系統(tǒng)。大多數(shù)在上世紀八十年代設計的傳統(tǒng)制造系統(tǒng)能夠應對這些新的要求嗎？
6.1 制造系統(tǒng)
一個制造系統(tǒng)被定義為在原材料上綜合執(zhí)行一系列可控制，可重復操作的生產(chǎn)設備的集合，這改變了材料來實現(xiàn)所需的最終形式或者去組裝最終產(chǎn)品（如圖6.1）。裝配系統(tǒng)和加工系統(tǒng)是特定的制造系統(tǒng)。在制造系統(tǒng)中的每一步操作都是由機器完成，這些切削工具從要么是從大的設備制造企業(yè)，要么從工具制造商或得。在裝配系統(tǒng)中，這些操作可能是被機器人或者人或者是機器人和人共同執(zhí)行了。
例如機械制造設備包括制造用的銑床、車床、鉆床，組裝用的機器人和焊接機，金屬成型用的輥壓機，金屬切削和熱處理用的激光設備，塑料制造用的注射成型機等等。加工系統(tǒng)通常去除表面材料，以或得加工完成或者更加精細的狀態(tài)。例如制造的機械零部件有發(fā)動機缸體、泵殼體和壓縮機。組裝系統(tǒng)用來把部件組裝到一起，以或得加工完成的產(chǎn)品。例如各種被給定的零部件和子系統(tǒng)被用來組裝計算機或者汽車?；瘜W制造業(yè)運用復雜的化學反應去制造產(chǎn)品，例如藥品和半導體晶片。
當制造復雜的產(chǎn)品是，需要許多制造工藝過程。例如，一個加工系統(tǒng)將獲得一個被粗加工的變速箱箱體作為輸入，以加工完的孔系、銑削表面作為輸出。加工完成的殼體將被送到組裝生產(chǎn)線和各種齒輪、軸以及其他的附件一起組裝成變速箱。組裝好的變速箱又被送到汽車整車裝配線去組裝到車輛上。
多級制造系統(tǒng)：對于中級和高級質(zhì)量的產(chǎn)品制造系統(tǒng)是由多級組合而成的，每一級都包含一個執(zhí)行一系列給定操作的設備。當這一級操作完成后，和部分操作完成的部件就被送到下一級，繼續(xù)執(zhí)行所需的操作直至產(chǎn)品加工完成。多級制造系統(tǒng)可能用于加工，也可能用于裝配或者半導體制造，或者造紙等。
多級制造系統(tǒng)可以配置成很多不同的方式，依據(jù)制造裝備的布置形式和零部件在制造裝備（材料輔助傳送系統(tǒng)，例如傳送帶或者吊掛的傳送機構(gòu)）間的傳送方式。很多制造系統(tǒng)都被安排成連續(xù)的，串行的生產(chǎn)線，正如上圖6.2所示。串行生產(chǎn)線在很多企業(yè)非常常見。當大量產(chǎn)品需要生產(chǎn)或者一系列操作需要大量時間去完成，多級機器或者是組裝單元也許被安裝到現(xiàn)場去完成相同的操作。
6.2 生產(chǎn)復雜的產(chǎn)品
在這部分，我將呈現(xiàn)兩個復雜產(chǎn)品的制造流程。兩個案例都包含多個制造工藝過程，這些過程都必須同步，以避免生產(chǎn)操作過程中大量的庫存。
6.2.1 生產(chǎn)汽車
你的汽車或者卡車是普通人買的最復雜的產(chǎn)品。它遠比你買的計算機和電視機復雜，汽車的生產(chǎn)過程是在多層面上和需要廣泛的制造業(yè)領域的專業(yè)知識：沖壓、鑄造、注射成型、焊接、機械加工和裝配，如圖6.3所示。
汽車產(chǎn)品從沖壓車間開始，薄鋼板被放入大量的壓力機通過金屬模具沖壓成型，組成汽車的面板。大量面板被運送到汽車車身自動組裝車間，由焊接機器人把這些面板組裝起來，構(gòu)成汽車的整體外形，這就是所謂的白車身。同時，車門在另外一個車間也被沖壓成型并且被運送到車身組裝車間由人工裝配到白車身上。然后汽車車身被送上一條由機器人執(zhí)行噴涂上漆任務的移動噴涂線上。
與車身制造同步，動力車間也同時制造主要的驅(qū)動部件：發(fā)動機缸體、汽缸蓋。曲軸和機加工變速箱。部件的機械加工原材料來源于鑄造車間。動力車間主要使用的高靜度的加工設備都是按照多級制造系統(tǒng)（通常每個系統(tǒng)50到100臺機器）安排的，并且檢測設備測量加工零件的精度達到了10um。動力車間在汽車工業(yè)是最昂貴的車間，目前比組裝車間要貴得多。和主要的動力組件并行生產(chǎn)的還有一級供應商提供制造的動力組件，如活塞。這些組件和電線、油管、傳動帶等在動力組裝部門一起被裝配到汽缸體中。
同時，別的一級供應商制造了整個前儀表板的組裝半成品包括空調(diào)和溫度控制器，音頻系統(tǒng)、安全氣囊、儀表等。這些半成品組件由二級供應商提供給一級供應商。別的以及供應商制造座椅，排氣系統(tǒng)等。
車殼涂裝后被送到組裝車間。一個典型的組裝車間由三部分組成：修配、地盤組裝和最終裝配。汽車進入修配移動平臺，每一輛車有一個獨立的平臺，運送者一輛接一輛的車。修配是一個手工集中的組裝過程；工人成組安排在緩慢移動的裝配線旁，裝配大量的車內(nèi)配件，例如半成品和轉(zhuǎn)向柱，擋風玻璃、燈具、保險杠和外邊的裝飾嵌條。每組工人對一定量約50秒的工作任務負責。他們一整天重復著這樣的工作。要強調(diào)的是相當復雜的半成品從一級供應商那作為一個子裝配系統(tǒng)運送過來，在一個工作循環(huán)大約五十秒要被裝配到汽車上。
緊接著，底盤裝配完成。在底盤裝配中，汽車的下部分被裝配到一起。這些把整個動力系統(tǒng)包括所有預裝的動力部件和排氣系統(tǒng)組件裝配到汽車上的直線循環(huán)裝配線又一次不到50秒。最后，汽車移動到最后的總裝部分，裝配車輪以及添加各種燃油、機油和制動液。發(fā)動機啟動后，汽車依靠自身的動力駛出裝配線，大約每分鐘裝配完一輛車。
6.2.2 電器制造
6.3 二十世紀末的工藝現(xiàn)狀
多級制造系統(tǒng)是通過很多機器或者經(jīng)由材料運輸機械的組裝單元組成的。傳送裝置也許是吊掛輸送機構(gòu)，傳送帶或者是自動導引小車。這些機器也許被安排成固定的操作形式，或者柔性的形式例如裝配系統(tǒng)中的機器人，在或者是由計算機程序控制的數(shù)控加工工具。數(shù)控中心是非常通用化的設備，可以很容易地用于銑削、車削、鉆孔、磨削、刨削、激光加工等。
被認為是真正意義上的制造系統(tǒng)，至少生產(chǎn)線上關鍵部位的加工可以通過由計算機控制和同步的監(jiān)控中心控制。在二十世紀最常見的最有效的制造系統(tǒng)類型是專用生產(chǎn)線和柔性生產(chǎn)線。很多制造企業(yè)組合專用生產(chǎn)線和柔性生產(chǎn)線去生產(chǎn)他們的產(chǎn)品。這種方法有了改進，因為兩種方法本身來說能夠充分滿足不斷擴張的全球化經(jīng)濟高速發(fā)展的挑戰(zhàn)需求和顧客的口味，同時滿足低價錢。
6.3.1 專用生產(chǎn)線
專用生產(chǎn)線也即傳送線，它被設計于大批量生產(chǎn)一種產(chǎn)品。專用生產(chǎn)線是基于一組相對簡單的機床被連續(xù)地安排在一條生產(chǎn)線上，被加工的部件同步的從一臺機器移動到另一臺機器上。當大批量的產(chǎn)品生產(chǎn)時，高效的專用生產(chǎn)線的經(jīng)濟效益很好。
例如一個專用生產(chǎn)線由十臺專用機器組成，如圖6.5所示。這個系統(tǒng)被建成，用于生產(chǎn)一個部件。一個執(zhí)行器裝上毛坯卸下加工完的零件。零件沿著傳送帶移動，并且在每一個工作站停止，等待被加工。有些工作站，幾個加工工具同時加工零件。有兩個工作站在圖6.5中甚至同時加工零件的兩個面。專用生產(chǎn)線控制是由固定自動線完成的，它不能被改變。這種生產(chǎn)線有很多大批量的可互換的部件。一旦就位，專用生產(chǎn)線重復的工作并且適合于大批量的通用部件高效生產(chǎn)。
每一個加工單元或者機床在專用生產(chǎn)線上執(zhí)行著一系列簡單的不可改變的操作。特別是多軸刀具在一個固定的平面上一次鉆孔多個和攻絲。這些類型的孔只適合一定的幾何形狀，如圖6.6所示。
專用生產(chǎn)線的一個基本特征是大批量生產(chǎn)制造。真正的大規(guī)模生產(chǎn)模式，正是由于產(chǎn)量高，價格相對較低。一旦就位，專用生產(chǎn)線以一個恒定的節(jié)拍大量生產(chǎn)高質(zhì)量的零件。但是，隨著全球化高速增長的競爭壓力，對于特殊零部件的需求可以很廣泛。當專用生產(chǎn)線沒有全負荷工作時，情況總是在發(fā)生著變化，并且當這發(fā)生時，每個零件的生產(chǎn)價格非常高。
例如，一個專用生產(chǎn)線可以每30秒生產(chǎn)一臺發(fā)動機缸體。只要專用生產(chǎn)線工作在它的額定容量，他就可以以非常有誘惑力的成本生產(chǎn)零件。但是，如果發(fā)動機以每30秒每臺的速率生產(chǎn)的話，顯而易見，他們也同樣被組裝到相應數(shù)量的汽車上，以每30秒一輛車的速度被賣掉。如果車子不能以每30秒一輛的速度被賣掉的話將會發(fā)生什么樣的情況呢？顯然，所需的生產(chǎn)效率被壓縮了，也就是每三分鐘一輛。當這種情況發(fā)生時，專用生產(chǎn)線就未被充分利用，失去了規(guī)模經(jīng)濟。每件產(chǎn)品的價格變得更高。事實上，由于不斷增長的市場波動和激烈的競爭，專用生產(chǎn)線越來越未被充分利用。1998年意大利的一份報道顯示歐洲汽車制造企業(yè)專用生產(chǎn)線的平均利用率僅為53%。一個普遍的低利用率的原因是在推出新產(chǎn)品階段或者在產(chǎn)品生命周期即將結(jié)束時，零件需求量很少，大大低于最優(yōu)量。但是由于全球化競爭激烈，甚至到達了成熟階段也經(jīng)常不能滿足生產(chǎn)線設計時預期的產(chǎn)量，
另一種極端情況是，當需求高于專用生產(chǎn)線設計容量時。如果產(chǎn)品的流行超過所有的市場預測或者是現(xiàn)存的產(chǎn)品找到新的用戶時，專用生產(chǎn)線無法對市場迅速做出反應，導致銷售損失。
如果市場對產(chǎn)品的需求快速增長，專用生產(chǎn)線的固定容量不允許制造商抓住機遇，銷售更多的產(chǎn)品。這將導致潛在銷售的巨大損失而且事實上承擔比未用的容量更大的經(jīng)濟損失。
在全球化時代專用生產(chǎn)線的主要缺點是這些生產(chǎn)線不能設計成可變的，因此不能夠容易地轉(zhuǎn)向新產(chǎn)品的生產(chǎn)。在全球化時代，產(chǎn)品的生命周期隨著競爭產(chǎn)品被越來越快地引入而變得越來越短。這些都使得專用生產(chǎn)線的組裝不經(jīng)濟，并且因此它們很快在制造企業(yè)消失。
6.3.2 柔性制造系統(tǒng)
正如我們所說，專用生產(chǎn)線覆蓋了大批量、少變化的工作，而獨立工作的數(shù)控機床適合于另一端范圍變化的中小批量，多變的產(chǎn)品生產(chǎn)。中間范圍的被柔性制造系統(tǒng)和殼蟲結(jié)構(gòu)的制造系統(tǒng)所占據(jù)。柔性制造系統(tǒng)被定義為：一個集成的制造單元，例如數(shù)控機床，由自動化材料處理系統(tǒng)聯(lián)系在一起，它的操作完全由監(jiān)控計算機控制。
柔性制造系統(tǒng)的歷史：
6.3.3 這是一個純粹的平行的柔性生產(chǎn)線嗎？
這是一個普遍的設想，柔性制造系統(tǒng)應該能夠勝任任何零件或者任何混合零件以任意序列的方式制造。但是僅僅只有平行的柔性制造系統(tǒng)能夠高效地滿足這些要求而不失去時間是由于處理工藝過程時間平衡的問題。然而一個純粹的平行的柔性制造系統(tǒng)，不是為多級操作而設計的；它相當于一組數(shù)控機床被平行地安排在一起生產(chǎn)整個零件。
這些平行的配置提供了瞬間靈活和高效生產(chǎn)各種零件或產(chǎn)品的可能。平行的柔性制造可能被航空航天和光電子機械工業(yè)所運用。
然而，極大地增加了數(shù)量的數(shù)控機床并聯(lián)在一起,創(chuàng)建一個反向的規(guī)模經(jīng)濟系統(tǒng)。首先，每一臺數(shù)控機床必須包含整套完整的工具去生產(chǎn)所有的零件，盡管每次只有一個工具在加工，這意味著非常昂貴的工具閑置著等待被運用。其次，大量的加工工具必須隨附著每臺數(shù)控機床，這增加了每臺機床的成本。這兩點被放大了，當機器生產(chǎn)幾個不同的零件時，各個零件需要他們各自不同的切削工具。
未使用的機器功率同樣是一個支付成本的問題。一些操作需要大馬力，然而在別的一些不需要的情況下卻浪費了（例如鑄件鉆孔需要低的功率）。一個額外的成本因素是每一臺數(shù)控機床必須被設計成在大范圍內(nèi)運動且適合于加工最大最復雜的零件。這四個（大量的工具、大型工具手冊、大功率、機器的幾何形狀）原因增加了每臺數(shù)控機床的價格，因此整個并行柔性制造系統(tǒng)的價格變得很高。
并行柔性制造系統(tǒng)研究分析表明：在1996年芝加哥國際機械工具展覽會上，Makino展示了一整套通用公司加工發(fā)動機缸體的機械加工工具和五軸聯(lián)動數(shù)控加工中心。自從首次機械加工展覽后，半加工狀態(tài)的箱體被自動取出機床，被一個特殊的機械手旋轉(zhuǎn)90度或者180度，然后送回機床工作臺繼續(xù)加工。Makino的工作人員在展廳告訴我，通用公司購買了96臺五軸聯(lián)動機床，被安裝到純粹的并行的通用公司的生產(chǎn)車間。他說，每一臺能夠以同樣的方式加工整臺發(fā)動機缸體或者整個汽缸蓋（除了直列孔的加工）的機器被展示在國際機械加工工具展覽會上。
這96臺機床被安裝到通用公司的發(fā)動機車間加工某一型號的六缸發(fā)動機的缸體和缸蓋。這個加工系統(tǒng)在1998年初被投入生產(chǎn)，并且有每天精確生產(chǎn)600臺發(fā)動機的能力。然而，這些機床并沒有按Makino的人在國際機械工具展覽會上聲稱地那樣，純粹的按并行構(gòu)架安裝。通用推斷通過一臺數(shù)控機床獨立加工發(fā)送機缸體或缸蓋并不適用他們的生產(chǎn)。首先，零件要被固定在某處，然后一次安裝夾緊，任何一個面都不能移動。
一個機床用一個特別簡單的專用機械手完成兩步工作的轉(zhuǎn)換同樣不切實際。事實上，它通常不可能獲得要求的位置精度。盡管發(fā)動機缸體或者缸蓋最少的安裝加工工位也至少是兩個，這仍然只有在發(fā)動機裝配和機械加工同時進行才可能達到要求。但是加工和裝配在同一個工位非常不切實際而且很危險，因為在裝配之前必須找到一種不接觸部件并且能夠清洗的方法。
而且，當一個復雜的部件機械加工時，別的操作必須按部就搬。就拿汽缸蓋為例，加工氣門座套之前必須壓入一個金屬粉末冶金制造的氣門座。但是機加工氣門座自身只有在它被壓入正確的位置后才能完成加工。這就意味著汽缸蓋必須從機床上取下來嵌入氣門座，然后放回機床繼續(xù)加工氣門。
由于所有這些原因，通用公司的汽缸機械加工系統(tǒng)被安裝在六條平行線上，每條生產(chǎn)線上有八臺機床運轉(zhuǎn)，加工八個不同的工位。這個系統(tǒng)包含48臺Makino的機床。通用公司運行這個系統(tǒng)，在這些平行的生產(chǎn)線上交叉或者不交叉。然而當交叉允許的時候，生產(chǎn)量極大地增加了。發(fā)動機缸體的機械加工系統(tǒng)由一個相似的結(jié)構(gòu)。
當一個復雜的零件有多個面加工的時候，一個純粹的平行的數(shù)控加工中心是絕對不實用的。通用公司生產(chǎn)這些發(fā)動機缸體及缸蓋產(chǎn)品直至2002年這些產(chǎn)品被淘汰。
總之，無論是否按照平行生產(chǎn)線安排，柔性制造系統(tǒng)非常昂貴。他們昂貴有以下幾個原因；尤其是因為設備具有一般的柔性特征，維護和保養(yǎng)費用很高。公司有時購買比他們實際需要的功能更多的設備，這些而外的功能卻沒有被充分利用，在這個意義上來說設備也很昂貴。然而由于近年來數(shù)控加工中心的價格有了很大幅度的降價，為了提高零件的加工質(zhì)量，柔性制造設備仍然是一個不錯的選擇。
譯 文 要 求
1、 外文翻譯一律采用計算機錄入，用A4紙打印輸出。
2、 譯文內(nèi)容必須與課題(或?qū)I(yè)內(nèi)容)相聯(lián)系，并需注明詳細出處。
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4、 譯文應在畢業(yè)設計前八周內(nèi)完成，并附上英文原件一起裝訂。
(本頁作為封底)
導師評語(應根據(jù)學?！白g文要求”,對學生譯文翻譯的準確性、翻譯數(shù)量以及譯文的文字表述情況等作具體的評價。)
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2013年3月30日
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