钢制托辊生产线分析与设计 毕业论文.doc

钢制托辊生产线分析与设计摘 要车间布局设计是制造系统设计过程中的重要问题之一，长期的生产实践表明，生产线的生产过程的分析与设计对制造系统运行过程中的生产效率、搬运效率、物流费用以及生产系统的产能等有重要影响。生产线设计与分析是物流系统设计与分析的重要环节，合理、有效的生产线布局设计可以提高生产效率、降低生产成本、缩短生产周期。本课题通过调研分析钢制托辊的生产过程，按照一定的生产纲领确定生产线的各组成单位及工作地、设备之间的相互位置关系。根据国内托辊生产的现状与国外的生产现状的对比，结合钢制托辊的生产加工工艺顺序，以及对托辊的生产加工工艺进行分析，运用生产线平衡的一些方法来对托辊的生产线进行平衡设计。通过合理的设计可以促进整个生产系统的人流，物流，信息流更加顺畅，减少人员，物料移动等成本，提高空间时间的利用率，改善整个生产过程的整体效率，帮助整个企业降低成本提高整体生产效益。关键词：钢制托辊，生产工艺，设备，生产线平衡iiproduction line analysis and design of steel rollerabstractworkshop layout design is one of the important issues in the process of manufacturing system design .long-term production practice shows that analysis and design of production line produce process have more and more influence on production efficiency, handling efficiency, logistics costs as well as production capacity and others which lie in the running of the manufacturing system .production line designs and analysis is an important part of the logistics system designs and analysis. rational, efficient production line layout design can improve production efficiency, reduce production costs, shorten production cycle.by doing research on the production process of steel roller, the relationship among the constituent units of work, workplace and equipment of the production line is determined according to the production program .according to the contrast between domestic production of roller status and production status of abroad ,combined with the production and processing of steel roller process sequence ,as well as production and processing technology idlers analysis , we can use some ways of balancing the production line of steel roller. through rational designing can make person flow, logistics flow and information flow more smoothly and reduce the cost of personnel, material and others, as well as can improve the utilization of space-time, simultaneously it can improve the overall efficiency of the production process. through this ways , the enterprise can reduce the costs and improve the overall production efficiency.key words：roller process，production line balancing目 录第1章 绪 论11.1 课题来源与意义11.2 国内外发展状况11.3 研究的目的及主要内容5第2章 托辊及其工艺设备分析72.1 托辊介绍72.1.1 托辊用途72.1.2 托辊分类72.2 托辊结构及零件生产类型92.3 托辊生产纲领102.4 托辊工艺分析102.4.1 滚筒的加工112.4.2 托辊轴加工122.4.3 托辊加工主要技术措施152.5 托辊生产设备及详细参数152.5.1 加工滚筒设备配置152.5.2 加工托辊轴设备配置172.5.3 托辊自动压装20第3章 托辊生产系统设计223.1 生产系统介绍223.1.1 生产系统设计要求223.2 生产系统设计233.2.1 工序时间设计243.2.2 工序时间安排28第4章 生产线平衡分析与设计294.1 生产线平衡的内涵意义294.2 生产线平衡的设计31i4.2.1 托辊轴生产线分析314.2.2 托辊轴生产线平衡设计314.2.3 托辊滚筒生产线平衡设计344.3 设计方案评价354.3.1 方案选择354.3.2 方案生产能力评价364.4 工艺路线布局374.5 生产线布局原则374.6 生产线平面布局图38第5章 结 论40致 谢41参考文献42ii第1章 绪 论1.1 课题来源与意义本课题是针对钢制托辊生产线分析与设计。其中包括托辊零件的加工制造与最终的装配，在其过程中要对托辊与其零件的结构工艺，生产过程进行分析研究，按照一定的生产纲领进行生产过程分析与生产线布局设计。企业的发展壮大，扩大再生产，都涉及到生产线整体设计规划、生产线规划不仅考虑工艺规划一定考虑物流规划，物流是最基本的活动，物流规划的科学性对企业的整体效益有着决定性的影响。而作为运用最广的带式输送机的核心部件托辊。对托辊结构和工艺进行分析，确定合适的工艺路线，然后对生产线进行设计与分析，并进一步完善其工艺过程。确定适合我国生产工艺、使用情况的托辊生产线,提高托辊质量降低托辊生产成本，对我国的带式输送机发展是很有意义的。生产线的设计规划要从工艺及物流两方面入手，不能只考虑工艺规划忽略物流规划，生产线物流规划是为生产作业服务的，必须服从生产作业对物流的整体要求。其核心目的就是降低成本，提高效率，缩短零部件的运输距离，降低物流成本。特别是生产线边的存放地，要尽量靠近作业人员，减少作业人员走动、转身、弯腰所花费的不增值作业时间，提高作业效率物流规划采用科学的工具和方法，将大大减少线边的存量，提高作业的效率。物流作业（配送、装卸、摆放、拆包、交接等）是不增值过程，因此作业应尽量简化或省略，同时也将减少物流作业设备的相关投入而且，生产线的物流规划仅仅是工作的起点，而不是终点，因为零部件的需求量也不是一成不变的。通过分析托辊的物流和工艺，对其进行合理的规划与设计，可以有效地提高托辊的生产率、生产效率、质量和降低生产成本，同时对于改善我国的托辊制造现状也有很大的帮助。 1.2 国内外发展状况随着带式输送机的普遍应用，托辊的适用范围也日益扩大，在欧美、日本等工业发达国家发展迅速，日本的皆爱喜（jrc）公司、美国的朗艾道（longairdoxco）公司等在高质量的托辊研制方面处于领先水平。但是，目前国内外生产的托辊普遍存在的现状为：（1）灰尘和水都会进入托辊中，更何况对极为恶劣的污染源-粘稠流动性物体（如煤泥、湿炉渣和腐蚀性物质等）的污染都未采取任何措施，直接影响着托辊的使用寿命；（2）托辊两端的同轴度和径向圆跳动的几何偏差较大，影响了托辊的灵活转动；（3）由于受生产工艺的限制，采用的钢管的重量都较大，并且装配合格率不能保证100%，致使托辊的运行阻力系数不能减小。因此，托辊普遍存在过早失效、精度较低、重量和旋转阻力过大的严重缺陷。多年来，无数从事输送机械研究和生产的工程技术人员致力于对托辊的研究改造，发明了“注油托辊”、“陶瓷托辊”、“复合材料托辊”、“外座式托辊”等多种新产品。但这些方法都是对托辊上述缺陷的一些局部补救措施，并未能从根本上将其彻底解决。我国生产制造的带式输送机的品种、类型较多。在“八五”期间，通过国家一条龙“日产万吨综采设备”项目的实施，带式输送机的技术水平有了很大提高，煤矿井下用大功率、长距离带式输送机的关键技术研究和新产品开发都取得了很大的进步。如大倾角长距离带式输送机成套设备、高产高效工作面顺槽可伸缩带式输送机等均填补了国内空白，并对带式输送机的减低关键技术及其主要元部件进行了理论研究和产品开发，研制成功了多种软起动和制动装置以及以plc为核心的可编程电控装置，驱动系统采用调速型液力偶合器和行星齿轮减速器。（1）继续向大型化发展。大型化包括大输送能力、大单机长度和大输送倾角等几个方面。水力输送装置的长度已达440公里以上。带式输送机的单机长度已近15公里，并已出现由若干台组成联系甲乙两地的“带式输送道”。不少国家正在探索长距离、大运量连续输送物料的更完善的输送机结构。（2）扩大输送机的使用范围。发展能在高温、低温条件下、有腐蚀性、放射性、易燃性物质的环境中工作的，以及能输送炽热、易爆、易结团、粘性的物料的输送机。（3）使输送机的构造满足物料搬运系统自动化控制对单机提出的要求。如邮局所用的自动分拣包裹的小车式输送机应能满足分拣动作的要求等。（4）降低能量消耗以节约能源，已成为输送技术领域内科研工作的一个重要方面。已将1吨物料输送1公里所消耗的能量作为输送机选型的重要指标之一。（5）减少各种输送机在作业时所产生的粉尘、噪声和排放的废气。就国内的托辊生产发展而言，由于我国的带式输送机的带速较国外偏低，相应的托辊技术与国外相比也有着较为明显的差距，主要表现在：（1）使用寿命短。德国井下托辊使用寿命为45000h，英国规定为50000h，而我国托辊的寿命为30000h左右；（2）运行阻力系数大。国产普通托辊的旋转阻力系数约为0.018左右，进口托辊的旋转阻力一般在0.012左右；（3）托辊重量较大。同型号托辊国内比国外重10%，托辊越重，消耗钢材越多，消耗功率就越大；（4）噪声大。同型号托辊国内的产品要比国外的产品噪声分贝数高30%。相比较以前，国内的托辊技术也有了相当明显的进步，如北京起重运输机械研究所、上海煤炭科学研究院在托辊的技术方面都有了突破性的进展。国外带式输送机技术的发展很快，其主要表现在两个方面：一方面是带式输送机的功能多元化、应用范围扩大化，如高倾角带式输送机、管状带式输送机、空间转弯带式输送机等各种机型；另一方面是带式输送机本身的技术与装备有了巨大的发展，尤其是长距离、大运量、高带速等大型带式输送机已成为发展的主要方向，其核心技术是开发应用了带式输送机动态分析与监控技术，提高了带式输送机的运行性能和可靠性。国外己经使用或己经进行设计的几条典型长距离带式输送机输送线。（1）西班牙的撒哈拉沙漠带式输送机线路是世界最长的长距离输送机线路，该线路长达100km，用两年半时间建成，并于1972年投入使用，用来将位于石质高原地区的布。克拉露天矿的磷灰石矿石运往艾尔阿雍海港。总投资额为两亿马克。预计该线路能达行30年，年平均运输量为1000万吨磷灰石矿石（2000t/h）。整条线路由长为6.911.8km的11台带式输送机组成。带宽为l000mm，采用st3150型钢丝绳芯胶带，带速为4.5 m/s。（2）恰那矿20km地面带式输送机系统是代表了现代带式输送机发展水平的一条输送线。该输送系统由一条长为10.3km的平面转弯带式输送机和一条10.1km的直线长距离带式输送机构成。转弯带式输送机的曲率半径为9km，弧长为4km，两条输送机除线路参数外其他参数相同，运输能力为2200t/h，带宽1050mm，输送带抗拉强度为3000n/mm，安全系数为5，拉紧装置为重锤拉紧。允许行程为25m，驱动采用3台700kw直流电动机，双滚筒驱动。系统采用了先进的托辊制造和安装技术、水平转弯技术和动态分析技术。（3）津巴布韦钢铁公司（zisco）15.6km水平转弯越野带式输送机于1996年投入使用，是世界上单机最长的带式输送机。该输送机将zisco的new ripple creek矿经过二次破碎的铁矿石运送到zimbabwe的炼钢厂附近。输送量为干矿石500t/h，湿矿石600t/h，系统全长15.6km，物料提升高度为90m。近年来，我国在大型带式输送机的设计、制造上也有了长足的进步。从20世纪60年代末我国己经生产200余条钢丝绳芯带式输送机，在煤矿、磷矿、铁矿和港口使用。其中单机长度达7602m的大型带式输送机已投入使用。目前，包括总长l0km的输送线等多条长距离带式输送机系统正在设计计划中。据有关资料显示：近年来，国内对带式输送机主要部件托辊的相关理论研究技术性能明显提高，为带式输送机配件向大型化方向发展奠定了基础。随着对带式输送机配件的可行性和经济性要求的不断提高，其设计观点也在逐步发展。先进的设计观点，设法减小运行阻力，对输送机进行工矿预测和优化。但和国外相比还有着相当大的差距。我国输送机托辊寿命为2万小时，国外托辊寿命5-9万小时，我国现有的托辊生产技术与国外的托辊相比使用寿命短、速度小、阻力大，国产托辊寿命仅为国外产品的30%-40%。托辊是带式输送机的关键运动部件及重要组成部分。国内的托辊绝大部分仍采用钢铁辊，笨重、能耗高、启动力矩大，不耐腐蚀，在腐蚀与磨损联合作用下，使用寿命短。加之一般采用钢质滚动轴承，需定期润滑，且不适于在潮湿、粉尘、腐蚀环境中工作，严重影响着输送机的正常运转和输送效率。而改性超高分子量聚乙烯托辊可取代传统的皮带传输用钢制托辊，具有高韧性、高强度、质量轻的特点。具体来说国内外托辊的差距主要表现在以下三个方面：（1）管体的材质，国外多采用新型材料如聚乙烯托辊，尼龙，塑料，玻璃钢等类型较多，而国内则还大多选用钢制托辊较为笨重且能耗较高。（2）对于密封件的要求，托辊是以滚动体，运动过程伴着磨损，一般必须进行润滑，因此密封件直接关乎托辊寿命。（3）加工与装配，国外的生产技术成熟于国内，且自动化程度高，而国内由于条件限制，还有待提高。因此，现阶段确定适合我国生产工艺、使用情况的托辊生产线，提高托辊质量降低托辊生产成本，对我国的带式输送机发展状况是有很大改观的。1.3 研究目的及主要内容通过本次的钢制托辊的生产线的分析与设计可以熟悉托辊的结构，加工工艺流程、生产设备机床等。同时，对于托辊生产的质量、效率、产品成本的提高有一定的作用。通过合理的设计可以促进整个生产系统的人流，物流，信息流更加顺畅，减少人员，物料移动等成本，提高空间时间的利用率，改善整个生产过程的整体效率，帮助整个企业降低成本提高整体生产效益。通过运用一些物流系统分析与设施规划的方法与理论，可以让我们更深刻的掌握这些我们所学的专业知识。也是对于我们在大学里所获得的的思想及解决问题的方法的一种锻炼与提升。论文主要是通过分析国内外托辊生产技术状况，根据生产纲领，生产对象及生产工艺对托辊生产线工艺、设备、平面布局进行总体设计，以达到生产线可靠、成本低、效率高的设计目标。具体主要内容如下：（1）对生产对象托辊进行初步了解，包括其用途，结构特点等。 （2）通过分析其生产过程确定生产组织类型。（3）通过确定的生产纲领对托辊的生产系统进行设计，并在按其生产工艺流程对生产系统进行设备的配置。（4）通过对其工艺流程分析，进行生产线平衡设计，并对整个生产线进行平面布局设计。43第2章 托辊及其工艺设备分析2.1 托辊介绍2.1.1 托辊用途托辊是用于支承输送带和带上的物料，保证输送带稳定运行的支承装置，通常用无缝钢管制成外壳，为节省材料费、降低成本，也可使用有缝钢管做外壳，但焊缝要求较高，以免刮破胶带。现在也有使用pvc管材，玻璃钢、橡胶、陶瓷管做外壳，后几种好处是耐腐蚀、不生锈、密度小，除玻璃钢外承载负荷比钢管低。2.1.2 托辊分类（1）按形状可分为：槽形托辊、平行托辊、调心托辊缓冲托辊、螺旋托辊、耐腐蚀托辊、立挡辊等。其具体的应用如下： 槽形托辊：用于支承输送散状物料。 平行托辊：平行上托辊用于载输送成件物品，平行下托辊用于回程支撑输送带。 调心托辊：用于调整输送带跑偏，防止蛇行，保证输送带稳定运行。 缓冲托辊：安装在输送机受料段下方，减少输送带所受的冲击，延长输送带使用寿命。 回程托辊：用于下支撑输送带，有平行、v型、反v型几种。 螺旋托辊：用于清除输送带上的粘料，保持带面清洁。（2）按材料可分为：钢制托辊与非金属滚筒托辊。非金属托辊是针对输送环境所选用的。由于托辊选用材料不同，自然也就有不同的特性。这种托辊可适用于化工、冶金、矿山、盐业、轻纺等行业。 陶瓷托辊：由陶瓷制成，具有耐腐蚀、耐磨等特性。不仅具有耐磨,耐酸碱盐，抗氧化，运行稳定，防盗等特点，而且可有效防止皮带跑偏，减少皮带的局部损失。针对传统的钢制托辊遇酸、碱、盐易腐蚀，易粘结、不耐磨、轴承卡壳易划坏皮带、使用寿命短等缺陷，陶瓷托辊，经过在钢铁、化工、化肥、矿山、电力、盐场码头等行业的运行效果证明，该产品不仅具有耐磨、耐酸碱盐、抗氧化，运行稳定，防盗等特点，而且可有效防止皮带跑偏，减少皮带的局部损失，延长皮带使用寿命，减少了频繁更换托辊所浪费的人力、物力和时间，降低了运行成本、提高了皮带运输机的工作效率。在露天恶劣环境下使用，寿命是传统托辊的3-5倍以上。 搪瓷托辊：由以金属为基材，表面为搪瓷的钢瓷复合材料制成辊筒，端头采用单、双级迷宫密封和机械唇式密封制成。此托辊机械强度高、耐磨损耐腐蚀、防水、防尘。 阻燃橡胶托辊：该托辊辊筒是由在金属筒外表面固有一阻燃胶层构成的该胶层能有效地防止托辊因摩擦升温而起火。 非金属抗冲击托辊：辊筒采用抗静电和阻燃材料制成，托辊内部安装抗冲击拉伸弹簧机构，托辊两端采用迷宫密封，具有抗冲击、防腐蚀、耐磨等特性。 塑料托辊：辊筒由硬质工程塑料制成。具有金属托辊的一切优点，另外还有耐腐蚀、耐磨等特性。现主要成分为超高分子量聚乙烯，超高分子量聚乙烯（uhmwpe）一般是指相对分子量在150万以上的聚乙烯，而普通聚乙烯的相对分子量仅为230万。这种大分子链及其无序缠结，使得超高具有优异的性能，尤其是对材料的抗磨损性、抗化学腐蚀性、低摩擦系数、阻燃抗静电、冲击强度高、超低温使用性能、长期使用性能和环保型无毒无异味等有一定要求的场合，超高分子量聚乙烯是其首选。 玻璃钢托辊：辊筒由玻璃钢制成，可用于造纸、纺织、印染等行业。玻璃钢属于优质复合材料。它对酸、碱、盐、油等各种腐蚀介质都具有特殊的防腐功能，不会发生锈蚀。 橡塑托辊：辊筒由在金属筒外面固着一层橡塑材料而成。 尼龙托辊：辊筒由尼龙材料制成。（3）其它托辊 单向托辊：辊筒上设有销座、销轴和卡块，利用卡块保证托辊只能单向转动。这种托辊可防止断裂胶带下滑，从而起到断带保护作用。 不等长托辊组成的托辊组：由三个不同长度的托辊(最长托辊是最短辊的1.52倍)组成槽形托辊组。其中最短的一个托辊位于槽底，另两个在两侧这种结构的托辊能增大输送机运量，还有利于防止胶带跑偏。 一体性槽形托辊：由单件托辊成型制成。托辊的两端有外大内小的锥度，其锥度为1030。故一个托辊起到三个托辊的作用。 防跑偏、不粘带下托辊：这种功能的托辊由辊筒呈螺旋状或在圆柱辊筒上按一定尺度套装上金属圆环或在辊筒上加工成一定距离的凸形环制成。此结构托辊可以清洁胶带，并且还能防止胶带跑偏。2.2 托辊结构及零件生产类型托辊结构主要是由管件、轴承座、轴承、密封件、润滑脂和轴组成。如图3-1所示。钢管采用托辊专用高频焊管，管内做去刺处理，圆度控制在特殊的公差范围之内。轴是按标准公差加工的冷拉钢制造。轴承座采用进口冷扎钢板经多次工艺冲压而成。托辊壳和轴承座被自动焊接机械手焊接在一起，形成一个具有很高强度的整体构造。对于本次设计采用的托辊自制件而言，其托辊轴材料选用q235a冷拉轴，而滚筒，管体采用无缝钢管，材料为20钢。图2-1托辊结构简图托辊的详细零件结构如表2-1所示。表2-1托辊零件明细表序号代号名称材料数量单件质量（kg）备注1iigp2304-1辊体部件13.973自制2iigp2204-2轴2011.595自制3iigp2304-3密封圈尼龙20.01外购4gb276-89轴承20.22外购5iigp2304-4内密封圈尼龙20.014外购6iigp2304-5外密封圈尼龙20.015外购7iigp2304-6内挡圈08f20.042外购8iigp2304-7外挡圈08f20.012外购9iigp2304-8挡板q235-a20.015外购10jb/zq4342-86挡圈20.004外购11iigp2304-9密封盘尼龙20.0073外购2.3 托辊生产纲领企业预备生产的托辊型号及生产纲领如表2-2所示。表2-2托辊型号及生产纲领托辊型号轴承型号轴扁尾生产纲领1083503844g305818400001084654994g305818600002.4 托辊工艺分析工艺流程是生产线设计的基础。加工工艺，即从原材料的投入到产品的产出的制造方法。由前一章节可知自制件为托辊轴和滚筒，因而下面只介绍他们的加工工艺。图2-2为托辊简要加工工艺流程图。图2-2托辊加工工艺流程图2.4.1 滚筒的加工传统的加工方法：锯床下料，车床平端面，车倒角，车止口。这种加工方法有如下缺点：两端止口分，两次装夹，两次车成，同轴度难以保证，会使托辊转动的灵活性差，影响使用寿命。辊体止口中心距靠人工控制，误差较大，容易引起轴向窜动量偏大或者过小，没有调整间隙，影响转动灵活性。比较先进的加工方法：由以下三个步骤完成。（1）切管：采用托辊切管机床，该设备是带式输送机托辊钢管切断、两端倒角一次自动完成的专用设备。倒角切后，不需辅助加工，其精度能满足托辊钢管的技术要求，适用于目前国内外生产的带式输送机托辊钢管的切断加工。（2）镗孔:采用钢管双头自动车孔机床，该机床是加工带式输送机托辊管子两端止口的自动化专用设备，使两端止口同时加工、同时完成，可满足国内外铸铁或冲压轴承座的各类型托辊管子止口的加工。其加工的辊体精度高、速度快、一次装夹，两端止口同时加工能满足同轴度的要求。（3）焊接:托辊辊体与冲压轴承座的焊接，采用双头co2气体保护自动焊机，两端同时焊接，自动化程度高，既保证了同轴度，提高了焊接质量，又减轻了焊工的劳动强度。通过对其图2-4滚筒零件图的分析，对于本次设计滚筒的加工工艺分析过程如下：加工部分主要为止口处，此处用于轴承座的定位。而轴承座本身是焊接到辊筒上的因此还牵扯到焊接工艺。辊筒的工艺流程如图2-3所示：图2-3辊筒的工艺流程2.4.2 托辊轴加工通常采用双顶尖精车或粗车后，双顶尖磨削，这样既保证了同轴度的要求，又保证了装轴承处配合的光洁度要求。通过对图2-6托辊轴的零件图进行分析，总结出本次设计的托辊轴的工艺分析如下：轴的尺寸精度和表面粗糙度应满足与轴承内孔配合的要求轴的直线度应满足托辊的同轴度要求。由图3-6可知此台阶轴的加工重点为与轴承的配合部分。此处精度要求为ra1.6需安排粗加工、半精加工、磨削加工等三道工序。紧接着考虑装配问题，加工适当的台阶，一般粗车即可。为了方便加工及保证精度还可在两端加工中心孔，一般中心钻孔即可。由以上分析可确定托辊轴的工艺初定如下：(1)下料：主要是原材料的切断，由原材料厂商加工。(2)铣端面打中心孔：包括铣削端面和打中心孔两道工序。(3)车外圆：加工台阶轴，在轴28处安排粗车和精车两道工序，以便于后面的磨削加工。图2-4滚筒零件图(4)铣扁槽：因为此处无精度要求，只需一道铣削工序。(5)磨外圆：粗加工和半精加工的基础上进行磨削加工。由于考虑车间的实际生产能力及经济性等问题，上述工艺中下料和磨削外圆两道工艺决定外协完成。托辊轴的工艺流程如图2-5所示。图2-5托辊轴加工工艺流程图2-6托辊轴的零件图2.4.3 托辊加工主要技术措施（1）解决托辊轴加工问题的方法是对原用于托辊生产的普通车床进行经济型数控改造。改造中采用经济型开环数控系统，其伺服系统由步进电机驱动。（2）设计轴向能自动准确限位的梅花顶尖。解决托辊轴双顶尖定位时轴向定位受中心孔大小影响的问题，并可从轴端传递车削动力，使托辊轴在数控车床上一次装夹完成两端轴颈的精加工，消除了同轴度误差。（3）利用数控装置的轴向定位精度，一次装夹中车出两卡簧槽，解决了由于掉头加工难以保证两卡簧槽开档尺寸精度问题。（4）研制新型托辊辊皮镗孔专机。针对薄壁圆筒受力易变形的特点，采用圆弧形钳口来增加夹紧接触面积。（5）夹具钳口采用左右对开的自动定心机构，液压油缸驱动。解决了由于钢管原材料外径尺寸误差较大而导致辊皮轴承孔与外圆偏心严重、托辊径跳超差的问题。（6）采用自行研制的机床微机控制系统对机床进给和夹具的上下工件、定位夹紧等辅助动作进行自动控制，提高机床的加工精度的加工效率。2.5 托辊生产设备及详细参数托辊的生产过程为小品种、大批量生产，而批量生产的产品为定型产品通常采用配以专用工艺装备的通用设备。托辊加工设备的选用就依据此原则采用托辊专用机床，各工艺对应的设备如下。2.5.1 加工滚筒设备本次设计的辊筒加工设备主要包括钢管自动切断机床、钢管双端自动车孔机床、二氧化碳气体保护自动焊接机床等。（1）托辊切管机型号：co160适用管子直径（外径）范围：89、108、133、159、194、219mm适用管子壁厚范围：312mm适用管子原料最大长度：9000mm主机中心高：1000mm主轴转速：50250r/min进刀速度：060mm/min切断长度范围：180mm2600mm切断管子长度800时切断长度误差：0.2mm 长度大于800mm误差达到it9级精度 切断两端平行度公差：9级切断、倒角表面粗糙度：6.312.5图2-7托辊切管机（2） 钢管双端自动车孔机床图2-8钢管双端自动车孔机床主轴中心高：920mm加工钢管外径：89 、108、133、159、194、219 加工钢管长度：3002600mm加工两端止口深度：070mm主轴转速：250,500r/min切削深度：03mm定位精度：0.05mm钢管两端止口直径公差：it8车削表面粗糙度：3.2两端止口加工端面间距公差：it9两端止口直径同轴度：it8主机外形尺寸：582811201200mm（3） 托辊双头自动焊接机图2-9托辊双头自动焊接机输入电源：三相380v 50hz适用焊丝：1.21.6mm保护气体流量：1025l/min可焊工件长度：3002600mm可焊工件直径：89219主轴速度：010rpm夹紧气缸行程：200mm焊枪左右可调角度：20机床尺寸：51008801700mm2.5.2 加工托辊轴设备（1）托辊轴铣端面钻中心孔机床图2-10托辊轴铣端面钻中心孔机床型号：qxz-4.5270主轴中心高：900mm适用工件尺寸：外径20mm50mm 长度320mm2700mm倒角深度：2mm加工精度：不低于it9铣削主轴转速：635rpm钻削主轴转速：730rpm进给速度：液压无级调速左右液压滑台行程：220m机床外形尺寸：450010001400mm（2） 普通车床图2-11普通车床c6140a型号：c6140a中心距：750mm 1000mm 1500mm主轴孔径： 52mm主轴内锥孔：mt6#主轴速度级数：16级主轴速度范围：20-1800r.p.m公制螺纹（30）种0.45-20mm(30种)英制螺纹（30）种40-0.875t.p.i(30种)尾座套孔锥度：mt5#套筒行程：120mm主电机功率：4/5.5kw外形尺寸：235010201250mm（3） 托辊轴槽扁双端铣床图2-12托辊轴槽扁双端铣床型号：xz36-6270工件中心高度：950mm适用工件尺寸：外径20mm50mm 长度320mm2700mm加工槽（或扁）宽度：645mm主轴转速：600、800、1200r/min切削深度：05mm外形尺寸：700015001850mm（4） 托辊轴双端车卡圈槽机床图2-13托辊轴双端车卡圈槽机床工件中心高度：950mm加工托辊轴外径：20mm50mm加工托辊轴长度：320mm2700m加工槽宽度：1mm3mm主轴转速：1200r/min切削深度：03mm外形尺寸：700015001850mm2.5.3 托辊自动压装托辊装配线只有一道装配工序，因而其主要设备只有一个，即托辊自动压装机床。此处选用的设备为托辊自动压装机床，如图3-14所示，该设备主要用以托辊冲压轴承座、铸铁轴承座、轴承密封、防尘盖等依次压装。图2-14托辊自动压装机床机床中心高：920mm托辊长度：3002600mm最大压装力：10000kgf两压装主轴同轴度误差：0.15mm外形尺寸：45008801700mm第3章 托辊生产系统设计3.1 生产系统介绍生产系统设计是一个企业进行正常生产的前提条件，它是指对于厂址的选择、生产部门的的布置、设备布置等的决策过程。总体来说，就是生产系统时间与空间的布置设计。3.1.1 生产系统设计要求为了提高经济效益，各企业在生产中不仅需要各生产工序的加工时间衔接紧密，使得生产过程能够有节奏、协调生产，还应尽可能平行作业，这样才能缩短生产时间，提高工作效率。因此，企业在设计生产系统时首先必须考虑到如何合理组织生产过程的问题，从而根据对该生产系统的组织结构及其产品的具体生产过程，就可以衡量一个生产系统设计的可行性及其运行的有效性。（1） 连续性连续性是指在不同加工阶段、具有多个工序的产品，其生产过程在时间上紧密衔接并一直保持连续生产。即产品在生产过程中始终处于运动状态，不发生或很少发生不必要的停顿和等待时间。连续性包括空间上的连续性和时间上的流畅性。保持和提高生产过程中的连续性，不仅能够有效缩短产品的生产周期，减少在制品数量，加速资金的周转，还有利于更好的利用设备和生产面积，减少各种损失。（2） 比例性比例性是指为了适应产品的加工要求，产品加工时的各阶段、各工序之间在生产能力上保持适当的比例关系。即各个生产环节的工人人数、机器设备、生产效率等不会发生脱节和比例失调的现象。生产过程的比例性原则是保证企业生产顺利进行、合理组织生产过程的前提，它是企业实现连续生产的基础。（3） 节奏性节奏性又称平衡性，它是指产品从开始被加工到最后完工的各工艺阶段，通过合理计划使生产过程保持有节奏的匀衡的进行。在生产过程中，节奏性表现在各个工艺阶段的相等时间间隔内，生产的产品数量大致相等或呈上升趋势。实现生产的节奏性，可以保证生产能力的有效利用，避免了现有资源的浪费及因生产导致的资金的积压。（4） 平行性平行性是指产品在生产过程的各工艺阶段、各工序实行平行交叉作业。平行作业是指相同的在制品同时在数台相同的设备上进行加工；交叉作业是指一批在制品在上道工序还未全部加工完时，将已完成的部分在制品转到下道工序加工。实现生产过程的平行性，从时间上缩短了产品的生产过程，通过平行交叉作业来合理组织生产，减少工时的浪费和损失，使得产品的生产周期大大缩短，并保证了生产过程在时间上的紧密衔接。（5） 适应性适应性又称为柔性，它是指产品的生产过程能够适应市场的变化，及时调整生产方式或生产能力来不断满足社会的需求。为了保证生产过程具有适应性，从而体现出产品加工过程中所具有的灵活性、可变性和可调节性，在生产设计系统中不仅需要满足不同产品的加工需求，而且应尽量以最少的资源、用最短的时间从一种产品的生产切换到另一种产品的生产，从而适应市场的多样化、个性化的要求。（6） 经济性经济性是根据企业的生产管理目标所提出的的生产系统设计要求，是指在生产过程中以追求企业经济效益最大化为目的，利用最少的生产费用并占用最少的资金来进行产品的加工。实现生产过程的经济性，可以从产品的加工、运输、销售等各个环节来减少产品成本，对各项资源进行统筹安排，最终为提高企业的经济效益提供物质保障。3.2 生产系统设计3.2.1 工序时间设计由于本此设计所加工的只有托辊轴与滚筒，因此，主要是对滚筒加工与托辊轴加工时间的确定。下表为本次加工的托辊的车削加工中切断及切槽的进给量。表3-1车削中切断及切槽的进给量工件直径(mm)切刀宽度(mm)加工材料碳素结构钢、合金结构钢及钢铸件铸铁、铜合金及铝合金进给量f(mm/r) 2030.060.080.110.142040360.194060400.2460100540.321001506100.180.260.300.4015010150.280.360.400.55注: 在直径大于60mm实心材料上切断时，当切刀接近零件轴线0.5倍半径时，表中进给量应减小4050。 加工淬硬钢时，表内进给量应减小30（当硬度50hrc时）或50（当硬度50hrc时）。 如切刀安装在六角头上时，进给量应乘系数0.3。（1） 滚筒的工序时间确定由上一章对托辊滚筒加工工艺的分析可知，托辊的主要加工工序为切断、车倒角、镗孔、车止口、焊接轴承座。1） 切断、车倒角由图3-3可知滚筒壁厚为3.2mm，选用的托辊切管机设备主轴转速为50250r/min，本次设计选转速为200r/min，由于滚筒材料为20钢，硬度在43hrc到48hrc之间，由表3-1可知进给量为0.21mm/r，由此可以计算出每分钟切割的厚度为2000.21=42mm，由此可知切断工序需要的时间为4.6s。车倒角的时间为2.2s。表3-2工序时间动作分解工序动作分解时间进料加紧6s切断4.6s车倒角2.2s夹紧装置松开并取下零件5s总计17.8s2） 镗孔、车止口由图2-4可知止口深度为7mm，精度为ra12.5，加工设备钢管双端自动车孔机床的主轴转速为250r/min和500r/min，选500r/min，进给量为0.5mmr/min，同理可以计算出该工序时间大约为2s。由镗孔切削参数可知进给速度为200mm/min，故镗103mm的孔需20s。表3-3工序时间动作分解工序动作分解时间进料加紧6s进刀1s车止口2s镗孔20s退刀1s夹紧装置松开并取下零件5s总计35s3） 焊接轴承座表3-4为自动焊接机的焊接速度及相关参数。由托辊双头自动焊接机设备输入电流为500a，可知焊接速度为26cm/min，焊接处长度为尺寸为103mm，滚筒周长为 108=339.12mm，故焊接滚筒所需要的时间为78s。表3-4自动焊接机有关参数板厚mm焊接方向焊速cm/min电流i电压u比线能量eb名义线能e-kj/cm有效线能e0-kj/cm142662065026300.28041.038.95162664066030320.28546.544.1718正面25650680360.29657.054.15反面2570072036370.3056258.922正面2580083036370.30271.467.83反面2583085036370.29973.669.9225正面2585088038390.30479.975.90反面2588091038390.31482.778.56表3-5工序时间动作分解工序动作分解时间定位7s焊接78s复位1s夹紧装置松开并取下零件5s总计91s（2） 托辊轴加工时间确定1） 铣端面打中心孔由图3-6托辊轴零件图可知，端面直径为25mm，选用的托辊轴铣端面钻中心孔机床铣削转速为635r/min，钻削转速为730r/min，由铣削加工每齿进给量推荐值知，进给量确定为0.5mm/r，可知每分钟进给317.5mm，故铣端面需要的时间为4.7s。打中心孔不需要特殊要求，故设定为2s。该工序动作时间分析如表3-6所示。2） 粗精车外圆倒角 粗车：棒料直径28.5，长度为66mm,19mm，转速650r/min，由表3-7知进给量为0.25mm/r，可知该工序时间为31.4s。图3-6工序时间动作分解工序动作分解时间工序动作分解时间进料3s复位1s定位7s打中心孔2s进刀1s夹紧装置松开并取下零件5s铣端面4.7s总计23.7s表3-7车削每转进给量参考值工件材料fn (mm/rpm) g95粗加工精加工高速钢车刀硬质合金车刀高速钢车刀硬质合金车刀钢01.00.150.10 0.250.02 0.050.10 0.15铸铁0.12 0.200.15 0.30铝合金0.15 0.250.20 0.400.05 0.080.10 0.20 精车：加工长度66-19=47mm，转速为900r/min，则进给量为0.15mm/r，工序加工时间为20.9s。倒角时间约2s，工序分解时间表3-8。表3-8工序时间动作分解 工序动作分解时间工序动作分解时间装夹零件7s对刀2s对刀2s粗车外圆24.4s粗车外圆24.4s退刀、对刀3s退刀、对刀3s粗车外圆7s粗车外圆7s车倒角2s车倒角2s退刀、对刀3s退刀、对刀3s精车外圆20.9s精车外圆20.9s夹紧装置松开并取下零件5s松开并调转零件加工另一端12s总计148.6s3） 铣轴扁槽：扁槽尺寸为，818，主轴转速800r/min，由铣削加工每齿进给量推荐值知，进给量为0.2mm/r，可知该工序加工时间为6.75s。表3-9工序时间动作分解工序动作分解时间工序动作分解时间进料3s铣扁槽6.75s定位7s复位1s进刀1s夹紧装置松开并取下零件5s总计23.75s（3） 托辊的自动压装：托辊的自动压装在托辊专用自动压装机上完成，主要是压装轴承，轴承座，端盖等。表3-10工序时间动作分解工序动作分解时间工序动作分解时间夹紧定位9s 压装挡圈2s压装密封圈2s压装护盖2s压装轴承2s夹紧装置松开并取下零件5s压装密封圈2s总计24s3.2.2 工序时间安排通过各工序的工序时间计算得出以下加工工艺流程图，如图3-1所示。通过对上图的分析可知，托辊轴加工需要的时间为196.05s，托辊滚筒加工所需要的时间为143.8s，整个托辊加工的时间为167.8s。图3-1工艺流程图第4章 生产线平衡分析与设计4.1 生产线平衡的内涵意义生产线平衡是依照流水线作业的工程顺序，以生产目标算出周期时间，将作业分割或者结合，使各个工序的负荷均匀，以提高生产效率的方法。一个产品，少则两三个工程，多则几十个，而每个工程又是由多个作业要素所组成，在生产工场里，制造部门依物料的加工流程分为一组、二组、三组，而每组内又由许多的个别工序所组成，所以又把它联结成一条条的生产线。流程的“节拍”（cycle time）是指连续完成相同的两个产品（或两次服务，或两批产品）之间的间隔时间。换句话说，即指完成一个产品所需