烟草QC成果获奖FOCKE+FX753转塔烙铁调整工具的研制.docx
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烟草QC成果获奖FOCKE+FX753转塔烙铁调整工具的研制
红云红河集团2016年QC成果发布材料
FOCKE-FX753转塔烙铁调整
工具的研制
(创新型)
昆明卷烟厂生产三部
致远QC小组
2016年4月
前言III
一、小组概况1
二、选择课题2
(一)问题提出2
(二)问题调查3
(三)确定课题4
三、目标设定6
(一)可行性分析6
(二)活动目标9
(三)目标可行性验证11
四、方案选择及最佳方案选定12
(一)提出方案12
(二)方案验证13
(三)选定最佳设计方案15
(四)方案细化16
五、制定对策23
六、对策实施24
(一)根据结构设计绘制加工图纸24
(二)加工制造25
(三)现场实施26
七、效果检查29
(一)活动后调查29
(二)课题目标的达成情况29
(三)效益分析30
八、标准化33
九、活动总结34
附件135
附件236
附件337
前言
目前,4台FOCKE-FX机组是昆明卷烟厂生产三部云烟(紫)包装成型的主力机型,产能占到云烟(紫)品牌的20%左右,因此其设备有效作业率、设备检修及维修效率很大程度上影响着硬盒卷烟生产任务的完成。
此外,FOCKE-FX作为超高速机型(700包/分),在短时间内就会有大量产品流入下一环节,一旦生产中某一环节出现质量缺陷,处理和回收大量的缺陷产品将极大地增加人力和物料的消耗,同时也存在部分缺陷产品未能及时发现而流入市场的风险。
在FOCKE-FX机组中,FX753转塔烙铁部分的功能是进行小盒外侧边透明玻璃纸的封装。
其中,有一个维修难点,长期困扰着我厂修理人员,即在进行转塔烙铁部分两把烙铁的维修或定期检修调整时,如果按照维修手册的方法进行调校,很难使烙铁位置调校一次就准确完成,有时即使是熟练的修理人员也需要重复多次,且调校后有可能存在较大误差,严重时甚至会损坏设备。
如果调校存在误差,烙铁热封小包玻璃纸的位置就存在偏离,造成玻璃纸热封出现假封、封装不严、封装错位等质量缺陷。
如果能设计、制作一个工装,使电机调校准确、快速,使砖塔烙铁的调校省时、省力,同时无需考虑角度及相对周转运动带来的误差,不仅大幅缩短调校所需时间,而且精准可靠,减少调校后可能产生的质量缺陷。
一、小组概况
表1小组成员概况表
课题名称
FOCKE-FX753转塔烙铁调整工具的研制
小组名称
昆明卷烟厂生产三部致远QC小组
成立时间
2014年3月
课题类型
创新型
课题注册号
HH1QC-15-32-1
小组出勤率
100%
组长
卢洪林
小组成员
8人
活动时间
2015年2-10月
序号
姓名
性别
职务/职称
组内分工
1
卢洪林
男
生产三部主任
组长、协调组内工作
2
沙利波
男
生产三部设备技术室主任
副组长,协调组内工作
3
李云杰
男
技术员/高级技师
设计实施,把控进度
4
赵国熹
男
技术员/工程师
数据收集、现场实施
5
孙铁海
男
助工
数据收集、现场实施
6
陈涛
男
助工
数据收集、整理
7
巫杨洋
女
助工
数据整理、文稿撰写
8
周宏宇
男
助工
数据整理、文稿撰写
制表人:
陈涛时间:
2015年6月03日
二、选择课题
(一)问题提出
FX753小包透明纸包装机烟包砖塔烙铁部分,在砖塔上共安装有三把烙铁,用于小包长侧边透明纸的热封,一段时间的生产运行后,烙铁会出现磨损和位置偏移等问题,因此需要对转塔烙铁进行更换、维保和检修。
FOCKE-FX机型对烙铁位置精度要求较其它机型都要高,按照维修手册的方法进行调校时,其中,最重要的传动连杆调校通常是修理人员目测或凭借经验来找位,这样存在较大的误差,使得烙铁调校过程需要重复多次,耗时很长,且反复安装极易破坏零件之间的配合,对设备正常生产和长期维护保养均会产生较大的影响。
图1FOCKE-FX机组753部分
制图人:
李云杰时间:
2015年6月3日
(二)问题调查
(1)砖塔烙铁调校用时调查
小组对修理组进行FX753小包透明纸砖塔烙铁检修调校时所用的时间及每次检修出现返工次数进行为期3个月的现场统计,如表2所示:
表216#-19#机组FOCKE-FX753小包透明纸砖塔烙铁2-4月检修记录表
项目
机组
2015/2/10
2015/3/18
2015/4/20
调校时长(min)
返工数(次)
调校时长(min)
返工数(次)
调校时长(min)
返工数
(次)
16#
108
2
112
3
121
3
17#
138
3
130
3
109
1
18#
150
4
115
3
141
3
19#
120
3
104
2
152
4
min/台
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月22日
图216#-19#机组转塔烙铁检修调校平均用时
制图人:
巫杨洋时间:
2015年7月28日
从表2可以看出,在2-4月的检修中,FX753小包透明纸转塔烙铁调校时间均超过了100分/每台,同时每次调校都伴有返工的情况,严重影响着设备的检修效率。
因此,如何尽可能的缩短时间,确保每次调试都能一次达到要求,提高效率,避免返工就显得尤为重要。
(2)产品质量缺陷调查
此外,因FX753转塔烙铁调校误差,会造成产品质量缺陷和异常剔除等不良后果,甚至造成翻箱返工,严重影响生产效率,增加消耗。
如表3所示,我们统计了2-4月因砖塔烙铁调校误差造成质量缺陷的烟包数。
表3FX753转塔烙铁调校误差造成平均质量缺陷统计表(2015年2月-2015年4月)
机组
累计
类别
16#
17#
18#
19#
质量缺陷烟包累计(包/月)
造成翻箱返工累计(次/月)
记录人
玻璃纸假烫
310
280
330
210
1130
1
孙铁海
玻璃纸封烫不严
230
200
120
260
810
0
陈涛
玻璃纸封烫成型差
190
280
150
180
800
0
孙铁海
损坏烟包
1200
1180
1120
1080
4580
0
孙铁海
合计
7320
1
陈涛
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月15日
(三)确定课题
通过小组成员反复讨论与研究,目前,针对FOCKE-FX753小包透明纸转塔烙铁的调校问题,FOCKE公司并没有设计相应的辅助工具,行业内也没有公认的、能够很好解决该问题的方法。
当前,通用的做法还是技术人员凭借经验、相关检测仪表和多次反复调校来寻找最佳位置;经过调查,市场上也买不到相应的辅助调试工具;网络查新也也未找到相应解决方案的相关文献或专利,如图3所示。
图3
“FX753转塔烙铁”网络查新图
制表人:
周宏宇时间:
2015年6月17日
通过分析,项目组决定自主研制一个辅助调校工装来解决该问题。
经过讨论后,小组提出此次QC活动课题为:
“FOCKE-FX753转塔烙铁调整工具的研制”。
三、目标设定
(一)可行性分析
(1)工作原理分析
图4转塔烙铁的运动简图
制图人:
陈涛时间:
2015年6月1日
FX753转塔烙铁的运动由一个专门的伺服电机控制,通过四杆机构将圆周运动转换为烙铁间歇上下运动。
另外,转塔也以30°的旋转步幅把烟包从输入轨道输送到热封烙铁处,在转塔转动同时烙铁进行上下移动,自行下降到烟包高度进行熨烫。
这时烟包长边分两步在转塔内进行热封,第一个阶段在转塔旋转90°时进行预烫,第二个阶段在转塔旋转120°时进行封烫。
转塔烙铁工作的运动简图如图4所示。
(2)原调校方法分析
图5转塔烙铁传动传动连杆位置示意
制图人:
李云杰时间:
2015年5月11日
图6转塔烙铁维修手册调校方法过程示意图
制图人:
李云杰时间:
2015年5月11日
在生产运行中需要更换烙铁或定期维保,分析维修手册中给出的砖塔烙铁调校方法,如图5所示。
拆下防护罩,旋转机器的手轮直至达到伺服电机减速箱45°位置,松开伺服电机
(1)上的螺栓(3),调整连杆
(2),使连杆(4)与电机轴上的连杆
(2)对称中心重合,拧紧伺服电机
(1)上的螺栓(3),检查调整图上的连杆尺寸(414mm),必要时通过旋转连杆(4)重新调整尺寸。
继续旋转机器手轮,直至连杆
(2)到达水平位置,在屏幕单元“服务功能>服务预设定菜单”中将用于转塔加热的伺服电机开关置于位置1,由此伺服电机被示教,如此就定义了相对于机器的基本设置,这就是转塔烙铁的定时调整过程,确保伺服电机
(1)相对主驱动装置的位置正确。
图7转塔烙铁位置平行度和压紧力调整示意图
制图人:
李云杰时间:
2015年5月12日
确定相对位置后,还需进行转塔烙铁的位置调整,如图7所示,主要有两个重要步骤:
一是调整烙铁与烟包的平行度,确保烙铁与烟包保持平行;二是预调和精调压紧压力,确保熨烫合适。
而根据FOCKE-FX753机型的设计原理,烙铁的位置调整对连杆(4)与连杆
(2)的对称中心重合度要求很高,因此如果连杆位置调整出现偏差就会造成转塔烙铁调整费时费力,出现位置调整多次返工“找位”的现象。
通过修理人员的反馈和现场记录的情况可发现转塔烙铁的调整费时费力、误差较大的主要原因是由于松开伺服电机上的螺栓(3)时,伺服电机制动器就会自动打开,这时要使连杆(4)与电机轴上的连杆
(2)对称中心重合就很难一次准确调整到位。
由此可见,转塔烙铁调整过程中耗时过长的主要影响为连杆调整返工次数较多,即步骤4调整连杆误差为直接影响因素。
为了更好地分析连杆调节对烙铁调整的影响,小组统计了2-4月份烙铁检修记录过程的平均时间消耗,如统计表4所示:
表42-4月FX753转塔烙铁检修过程平均消耗时间表
检修过程
平均耗时(min)
时间占比
平均返工(次)
步骤1:
拆下防护罩
3
2.4%
0
步骤2:
盘车至电机45°位置
0.8
0.64%
0
步骤3:
松开电机螺栓
1.6
0.13%
0
步骤4:
调整连杆
111.6
89.28%
3
步骤5:
核对工艺尺寸
步骤6:
调整烙铁平行度
步骤7:
调整烙铁压紧力
步骤8:
拧紧螺栓
2.4
1.92%
0
步骤9:
盘车至连杆水平
0.6
0.48%
0
步骤10:
示教电机
2
1.6%
0
步骤11:
装防护罩
3
2.4%
0
合计
125
-
-
制表人:
巫杨洋时间:
2015年6月15日
(二)活动目标
根据表4所示,因步骤4调整连杆位置偏差造成的步骤4-7反复调整耗时占比为89.28%,且存在3次返工现象,是整个调试环节中时间占比最大的过程。
活动将针对该环节进行,若没有返工,一次调教的时间为111.6÷4=27.9(min)。
活动前后各步骤耗时统计,如表5所示。
表5活动前后消耗时间对比表
检修过程
活动前
活动后
耗时(min)
耗时(min)
步骤1:
拆下防护罩
3
3
步骤2:
盘车至电机45°位置
0.8
0.8
步骤3:
松开电机螺栓
1.6
1.6
步骤4:
调整连杆
111.6
27.9
步骤5:
核对工艺尺寸
步骤6:
调整烙铁平行度
步骤7:
调整烙铁压紧力
步骤8:
拧紧螺栓
2.4
2.4
步骤9:
盘车至连杆水平
0.6
0.6
步骤10:
示教电机
2
2
步骤11:
装防护罩
3
3
合计
125
41.3
制表人:
巫杨洋时间:
2015年6月15日
因此,小组成员将活动后目标设定为,FX7753转塔烙铁调整耗时将由活动前的125分/台,降低至42分/台,如图8所示。
图8目标值设定
制图人:
陈涛时间:
2016年6月15日
(三)目标可行性验证
项目组设定的目标值具有一定的挑战性,表6论证项目的目标是清晰且可实现的。
表6活动目标可行性验证
目标设定理论分析
1、活动前实测FX753转塔烙铁检修调校需要110~150分钟,需反复多次调试,耗时降低空间大;
2、影响FX753转塔烙铁检修调校效率的主要是连杆调整的步骤,关键点明确;
3、如图9所示,只要能在调试“找位”时限制连杆2与连杆4之间的相对运动,提高准确率,就能缩短时间,避免反复调试。
图9连杆4与电机轴上的连杆2相对运动示意
目标设定调查分析
项目组通过对记录转塔烙铁调校步骤耗时的数据分析,检验理论分析的准确性。
如果通过合适的改善方法能够提高烙铁找位的准确性,减少调整连杆这一步骤的时间,避免返工,理论上就能将转塔烙铁调校时间控制在45min以内。
小组能
力分析
小组成员由经验丰富的技术骨干、工程师和青年员工组成,青年员工熟练掌握CAD、CAE技术,技术骨干与工程师对FX机型有丰富的维修改造经验,在部门大力支持下,项目组团队的通力合作,一定能顺利完成该项目,并达到预期目标。
结论
目标设定可行
制表人:
陈涛时间:
2015年6月17日
四、方案选择及最佳方案选定
(一)提出方案
2015年6月,通过现场拆装FX753转塔烙铁,小组成员经过集中讨论,分析其结构和工作原理,总结出了三种初选方案,分别对三种方案进行论证和对比,给出方案选择标准,如图10所示。
图10传动连杆位置调校问题解决方案树图
制图人:
陈涛时间:
2015年6月17日
小组从方案的原理分析、经济性、实用性和可操作性等多个方面综合考虑,决定最终的选择方案,如表7所示。
表7方案选择标准
条件
选择标准
有效性
使用后效果明显,减少操作时间50%以上,减少返工次数80%以上
可实施性
方案容易实现,项目组能够完成
操作性
方便修理人员操作
经济性
符合工厂设备备件管理标准,项目实施成本不超过1万元
可靠性
可靠性高,改善长期有效
制表人:
巫杨洋时间:
2015年6月25日
(二)方案验证
表8电器原理改造方案分析
方案一
电气控制式辅助工装
主要思路
连杆
(2)和连杆(4)处于相对自由运动是造成调试误差的主要原因,驱动连杆运动的伺服电机采用电磁制动,设计一个手动闭合伺服电机制动器的电气控制辅助工装,添加至电机控制电路,可限制电机连杆(3)的运动。
示图
方案特点
经济性:
预估3000元以上;
实施性:
需要在设备内部电路进行操作,不易实施;
可靠性:
电气控制可靠性高;
操作性:
电气控制,易于操作,但可能需要专业电修工操作;
有效性:
只能限制一个相对运动,不能确保连杆对称中心找位准确,未解决问题。
结论
不易实施,有效性不达标,不采用
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月25日
表9专用校准仪方案分析
方案二
测量仪器式辅助工装
主要思路
自主设计制造一个测量相位差的夹具测量式辅助工装,在进行FX753转塔烙铁调校时用仪器显示连杆之间的位差,当显示连杆对称中心重合时可进行电机示教,如对称中心不重合,则说明存在误差,需要返工。
示图
方案特点
经济性:
预估2000元以上(费用主要用于制造检测仪器);
实施性:
自主设计仪器困难,实施耗时较长,依然存在返工现象;
可靠性:
新设计未对设备进行改进,使用辅助测量工具,可靠性对仪器的检测精度要求高,使用寿命长;
操作性:
仪器测量,操作较复杂;
有效性:
能准确找位,不能有效限制连杆间相互运动。
结论
不易实施,不易操作,不采用。
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月25日
表10辅助工装设计方案分析
方案三
机械式辅助工装
主要思路
设计一个机械式辅助工装,在连杆2和连杆4对称中心重合时,用工装卡住连杆4和连杆2的轴承座,限制2和4之间的相对运动。
之后可进行电机示教,而不会产生调校误差。
示图
方案特点
经济性:
800元(费用主要用于制造相关机械组件);
实施性:
设计简单,实施耗时少,容易实现;
可靠性:
新设计未对设备进行改进,使用辅助工装,可靠性高,寿命长。
操作性:
机械式调节,操作简单;
有效性:
能准确找位,能限制连杆间相互运动,但不能显示调校是否存在误差。
结论
成本低,易实施,操作简单,采用
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月28日
经过对三种方案特点的对比,设计制作一种辅助工装的机械改造方案更经济节约,无需改动设备内部结构,简便实用,所用项目选定方案三。
(三)选定最佳设计方案
机械零部件的设计制造,第一要求零部件耐磨性高,结构刚度高;第二要求拆装后不存在重装失准,结构合理,装配简便;第三要求加工简便,制造废料少,结构设计符合人性化使用。
根据这些要求可归纳为如表11所示的设计标准:
表11零件设计标准
条件
标准
操作性
容易操作和使用
可靠性
不易腐蚀、磨损和产生疲劳、表面剥落
力学性能
符合使用应力要求
经济性
制造方便,用料节省,低于1万元
制表人:
陈涛时间:
2015年6月28日
根据以上零件设计标准,我们分别分析对比整体式工装与组合式工装的特点,如表12所示。
表12最佳方案选择对比表
方案
可操作性
问题解决性
是否
采用
成本(元)
研制难易度
操作性
可靠性
问题解决程度
整体式
800
整体设计较容易,结构简单
易操作
一体件强度大,可靠性较高
工装使用方便,不存在自身组合误差影响,能有效解决关键问题。
采用
组合式
1000
设计困难,结构复杂,组合面加工精度要求高
不易操作
承受应力能力强,可靠性高
能有效解决问题,但组合工装本身零件多,组合精度要求高,配合调整增加耗时,且存在自身组合误差。
不采用
制表人:
陈涛时间:
2015年6月8日
通过对比分析,整体式工装研制成本低,可操作性好,不存在工装自身组合误差影响,可从根本上解决连杆对中误差大、耗时较长的问题,故小组决定采用整体式工装结构。
(四)方案细化
小组对选择的方案进行细化,结果如图11所示:
图11设计方案细化树图
制图人:
陈涛时间:
2015年6月18日
(1)工装材料选择
根据本次设计的辅助工装的工作特点,我们提供备选材料有碳素结构钢(Q235钢/45#钢)、铝合金和非金属材料。
分析这三种机械材料的工艺特点如表13所示,最终决定选择,质量轻,易加工,耐磨性相对较好的铝合金材料。
表13材料选择表
材料
碳素结构钢
铝合金
非金属(塑料)
相对价格
1-1.8
0.8-1.2
0.8
特点
钢具有高的强度、韧性和塑性。
可用热处理方法改善其力学性能和加工性能
铝合金密度低,但强度比较高,接近或超过优质钢,塑性好,可加工成各种型材,具有优良的导电性、导热性和抗蚀性
比重小,易于制成形状复杂的零件,不同塑料机械性能差异大,如耐蚀性、绝热性、绝缘性、减摩性、摩擦系数大
可靠性
高
高
低
加工难易
难
一般
容易
选择结果
不采用
采用
不采用
制表人:
孙铁海时间:
2015年6月10日
(2)基本形状确定
辅助工装的基本工作原理是与伺服电机关节轴承外圈、连杆相配合,限制两者相对运动。
轴承外圈和连杆结构如图12所示。
同时,辅助工装要求与轴承外圈的配合采用一定的过渡配合,以保证调整的准确性,为保证电机调试准确的平行度与直角度,工装的一个工作面要求与机体墙板抵平。
根据工装的工作原理和配合要求小组初选的工装基本形状如图13所示:
图12轴承外圈和连杆结构图13工装基本外形结构三维图
制图人:
李云杰时间:
2015年6月15日制图人:
陈涛时间:
2015年6月25日
图14转塔烙铁调整工装虚拟装配
制图人:
陈涛时间:
2015年6月28日
随着计算机辅助设计(CAD)技术的发展,通过利用三维实体建模和仿真配合,虚拟配合关系检验机械零部件的结构设计是否合理,零件间的相互配合关系是否正确,这样可以避免等零件加工完成后才发现结构缺陷而造成不必要的设计返工。
项目组通过现场测量轴承外圈的尺寸,运用solidworks建立三维模型,通过虚拟配合可初步确定辅助工装的结构是否符合装配要求,如图14所示。
(3)工装基本结构尺寸细化
整体尺寸:
考虑到辅助工装整体尺寸在满足工装内孔与轴承外圈的配合要求时,预留一定的加工壁厚即可。
传动连杆轴承座外径尺寸为
,余留加工余量5~10mm,故可确定辅助工装的基本尺寸为
,外圆角R=5mm。
配合面尺寸:
配合孔的尺寸为重要尺寸,要严格按照伺服电机轴承外圈尺寸设计,如表14结构要求所示,根据过渡配合工作的方式,按照基本偏差系列,以基轴制原则,最终确定配合孔尺寸宽度,最大极限尺寸为30+0.5mm。
工作圆角为R=5mm,主要配合表面粗糙度既要满足零件表面的使用功能要求,又要考虑加工的经济性,选取Ra=3.2,精铣加工。
工装底部要留出槽口保证连杆通过,槽口宽度根据量取连杆轴径,定位槽宽=14mm,最大极限尺寸为14+0.5mm。
配合表面要求不应过高,选取粗糙度Ra=6.3,需要精铣加工。
表14配合面结构尺寸选择表
项目
结构要求
尺寸要求
示图
工艺特点
连杆4与连杆2通过轴承座相联,辅助工装与连杆4的配合为基孔制;工装与连杆2配合形式为基孔制,为确保配合准确,没有轴向窜动,要求配合面结构尺寸符合连杆及轴承座形状轮廓。
过渡配合工作的方式,按照基本偏差系列,以基孔制原则,最终确定配合孔尺寸宽度30mm,极限尺寸为
。
槽口宽度根据量取连杆轴径,定位槽宽=14mm,极限尺寸为
。
结论
1,工装内槽口结构尺寸符合连杆、轴承座结构形状;
2,与连杆4配合面纵向尺寸等于连杆厚度
;
3,与连杆2配合槽口宽等于连杆2直径
;
4,与连杆2配合槽口高度值以周向运动与连杆4不发生干涉为原则选取。
制表人:
陈涛时间:
2015年8月8日
图15机械配合基本偏差系列
定位面:
工装主要的定位面有两个,一是保证电机调试准确时的平行度与直角度,工装需要一个定位工作面与机体墙板抵平。
为降低表面平行度的要求,设计在满足配合要求的情况下减少定位表面面积。
二是确定工装与伺服电机轴承外圈配合情况的定位面,定位面到工装一端的尺寸由轴承座厚度确定,其设计尺寸为15mm。
表15定位面结构尺寸选择表
尺寸要求
示图
工艺特点
1,为满足定位要,定位面表面积不宜过大,以免降低对垂直度和平整度的工艺要求,故在工装中部切去一部分,内槽口加开圆弧槽,减小底面和槽口定位面的面积。
2,工装的形位误差对正常使用有很大的影响,也会直接影响到调校精确度与制造成本。
重要定位面应满足形位工差要求,项目中按国标形位公差12个等级选取,如图16所示,充分考虑经济性因素。
结论
1,中部槽口尺寸:
,内圆弧槽尺寸:
圆角
,槽口深
;
2,形位公差按公差等级6级选择
制表人:
陈涛时间:
2015年8月8日
图16形位公差选取表
(4)工装机械加工方案细化
根据方案设计的工
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