王 威 喬益振 竇 堅 段佐翰

（1．海裝沈陽局駐沈陽地區(qū)某軍事代表室，遼寧 沈陽 110043；2．中國航發(fā)沈陽黎明航空發(fā)動機有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110043）

0 引言

現(xiàn)工廠生產(chǎn)的某中介機匣類零組件的生產(chǎn)周期過長，隨著批量生產(chǎn)臺份的逐年增加，該機匣類零組件成品的及時交付任務(wù)對生產(chǎn)部門產(chǎn)生了很大的壓力，在制品積壓的時間過長，無法滿足工廠后續(xù)的生產(chǎn)任務(wù)要求。

經(jīng)過現(xiàn)場統(tǒng)計，分析各個工序加工時間數(shù)據(jù)，影響生產(chǎn)周期的問題點主要如下：1）粗、精加工工序余量不均，精加工局部位置余量過大，導(dǎo)致精加工工序加工時間過長。2）車、銑工序多次穿插進(jìn)行，造成生產(chǎn)回流，同類型設(shè)備多工序生產(chǎn)任務(wù)堆積，無法實現(xiàn)零組件及時流轉(zhuǎn)。3）各數(shù)控工序的單機自動化程度較低，部分加工內(nèi)容需要操作者大量的人為參與，設(shè)備運行比率低。4）零組件投料及周轉(zhuǎn)批量大，投料及周轉(zhuǎn)后生產(chǎn)能力有限，導(dǎo)致大量在制品積壓，隨著生產(chǎn)臺份的增加，該問題尤為凸顯。通過統(tǒng)計分析各個工序加工時間，該機匣零組件的生產(chǎn)節(jié)拍平衡率僅為45%。為保證后續(xù)工廠的生產(chǎn)任務(wù)需求，進(jìn)行縮短該機匣單組件批生產(chǎn)周期的方案研究與現(xiàn)場驗證。

1 研究內(nèi)容及目標(biāo)

為實現(xiàn)該中介機匣批生產(chǎn)周期的縮短，須對其生產(chǎn)過程中存在的爆炸點[1]進(jìn)行排查，針對生產(chǎn)過程的瓶頸問題，從調(diào)整粗精加工工序余量、合并同類型設(shè)備工藝路線、提高數(shù)控工序單機自動化程度和生產(chǎn)安排保證單件流轉(zhuǎn)[2]等方面著手，制定針對性改進(jìn)方案解決存在的爆炸點問題，通過零組件加工驗證及對改進(jìn)措施的迭代優(yōu)化，實現(xiàn)其批生產(chǎn)周期縮短30%以上，將改進(jìn)措施貫徹并應(yīng)用于批量生產(chǎn)，保證生產(chǎn)需求。

2 改進(jìn)方案制定與實施

從工藝文件、數(shù)控程序、生產(chǎn)瓶頸問題等方面進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化[3]，分別制定改進(jìn)措施。工藝文件改進(jìn)內(nèi)容主要包括：1）合并工序。原工藝路線中車加工工序共計14道、銑加工工序共計19道、鉗加工工序共計10余道，為精簡工藝路線，應(yīng)合并相同加工設(shè)備的工序，消除工序回流。2）調(diào)整加工余量。原加工余量分布較為分散，一級單件進(jìn)行局部位置的粗加工及精加工、二級焊接組件進(jìn)行大部分的粗加工及較少的精加工、三級機加組件進(jìn)行局部的粗加工及大部分的精加工，為平衡余量分布，應(yīng)在一級單件狀態(tài)完成全部加工表面的粗加工、保證高效去除余量，將精加工內(nèi)容全部轉(zhuǎn)移至三級機加組件中，保證尺寸精度。3）將普通設(shè)備或鉗工工種加工內(nèi)容向數(shù)控設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)，提高加工過程的自動化程度。數(shù)控程序改進(jìn)內(nèi)容主要包括應(yīng)用機內(nèi)檢測技術(shù)、無人值守加工技術(shù)、自適應(yīng)加工技術(shù)等提高數(shù)控工序的單機自動化程度技術(shù)，實現(xiàn)數(shù)控加工內(nèi)容的一鍵式運行；調(diào)整數(shù)控程序的進(jìn)退刀位置、提高進(jìn)退刀及移刀位置的移動速度，提高程序運行流暢性，消除數(shù)控設(shè)備倍率旋鈕的手動操作；選用硬質(zhì)合金刀具、數(shù)控螺紋銑刀、精密可調(diào)鏜刀等先進(jìn)工藝裝備，結(jié)合分層高速加工程序來縮短切削運行時間。生產(chǎn)瓶頸改進(jìn)內(nèi)容主要包括依據(jù)現(xiàn)場產(chǎn)能分批投料加工；針對周期明顯過長的工序進(jìn)行設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)備份，平衡各工序生產(chǎn)節(jié)拍，實現(xiàn)產(chǎn)品在生產(chǎn)現(xiàn)場的不停滯流轉(zhuǎn)。

2.1 工藝路線調(diào)整

該機匣共計需要進(jìn)行三級單組件的加工，原整體加工路線安排如下：一級單件進(jìn)行部分粗加工內(nèi)容，二級焊接組件進(jìn)行焊接工作以及部分精加工內(nèi)容，三級機加組件進(jìn)行裝配工作以及剩余全部的粗、精加工內(nèi)容。三級單組件總共包括79道工序，其中還有多個外部周轉(zhuǎn)工序，各工序之間周轉(zhuǎn)等待時間長、工序回流問題嚴(yán)重，工序節(jié)拍平衡的難度極大，導(dǎo)致工段排產(chǎn)困難，經(jīng)常因某個設(shè)備被其他工序占用、外部周轉(zhuǎn)加工內(nèi)容排隊等問題導(dǎo)致生產(chǎn)停滯。

為平衡單組件之間的加工余量、消除工序回流，對該機匣單組件的工藝路線進(jìn)行重排：首先將全部的粗加工余量調(diào)整至一級單件進(jìn)行，全加工表面僅留1mm余量進(jìn)行后續(xù)的精加工；然后在二級焊接組件中僅保留焊接相關(guān)的外部周轉(zhuǎn)工序，取消機械加工內(nèi)容；最后將三級機加組件的全部加工內(nèi)容劃分為精車加工、裝配部件、精銑鉆鏜孔加工、鉗工及輔助工作這4個部分內(nèi)容，依據(jù)工作量調(diào)整工序間的加工內(nèi)容、平衡生產(chǎn)節(jié)拍，保證零組件在每個工序的時長相近。根據(jù)其全工序現(xiàn)場實際加工情況，最終確定粗加工單件外部生產(chǎn)、精加工組件建立精益單元的實施方案，依據(jù)精益單元的工序種類構(gòu)成確定具體的加工設(shè)備。

2.2 工藝內(nèi)容優(yōu)化

該機匣毛料的檢測現(xiàn)采用藍(lán)光掃描三維檢測方法，但該技術(shù)在現(xiàn)場應(yīng)用不熟練，導(dǎo)致檢測效率低、成批毛料等待時間過長。為提高毛料的檢測效率，降低投料后的停滯時間，梯度排產(chǎn)藍(lán)光掃描過程，歸納藍(lán)光拍照貼點方法及位置，確定該機匣的貼點具體位置及拍照的擺放位姿，形成典型工作操作說明書，使用白色膠貼作為貼點中轉(zhuǎn)件，降低貼點數(shù)量約20%、減少貼點及拍照時間約38min/件；當(dāng)進(jìn)行檢測結(jié)果數(shù)據(jù)處理及對比分析時，應(yīng)用典型對比模版文件，減少重復(fù)設(shè)置及人工選擇的內(nèi)容，使工藝擬合操作時間減少25min/件。藍(lán)光掃描檢測方案的固化將藍(lán)光掃描總周期縮減約30%。

為提高零件表面質(zhì)量、減少多余物殘留，規(guī)范現(xiàn)場操作過程如下：機匣回油管螺紋處安裝防護(hù)工藝螺母；采用手持式電動砂帶機（圖1）代替?zhèn)鹘y(tǒng)的氣動回轉(zhuǎn)打磨機，提高打磨質(zhì)量的穩(wěn)定性；在機匣安裝邊位置安放防護(hù)墊塊并用真空包裝機將其進(jìn)行密封包裝，防止多余物的二次進(jìn)入并固定防護(hù)墊塊。

2.3 數(shù)控程序優(yōu)化

工藝路線調(diào)整后的數(shù)控加工工序主要在三級加工組件上，結(jié)合該產(chǎn)品精益單元的建設(shè)需求，確定所使用的數(shù)控加工設(shè)備。針對數(shù)控車工序、數(shù)控銑工序及鉆鏜孔工序各自的加工特點分別進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)工作。

精車前后端安裝邊工序原在普通立式車床進(jìn)行加工，普通設(shè)備的運行依托操作者的技能水平，穩(wěn)定性差，存在較大的質(zhì)量隱患，兩道工序共計須16h完成加工。對精車前后端安裝邊工序進(jìn)行數(shù)控設(shè)備轉(zhuǎn)產(chǎn)，提高自動化程度，將車加工參數(shù)穩(wěn)定在vc=15r/min～25r/min、fn=0.2mm/r～0.3mm/r、ap=0.3mm～0.4mm，保證車切削線速度在50m/min～60m/min，同時控制全部的移刀、進(jìn)退刀動作均按快速插補進(jìn)行運動，提高程序的運行速度；使用的刀具也從整體焊接刀具更換為快換合金刀片，提高刀具的更換效率并減少更換刀具導(dǎo)致的二次對刀操作。經(jīng)現(xiàn)場加工驗證，在保證零件加工質(zhì)量及表面粗糙度的前提下，在不同位置調(diào)整相適應(yīng)的進(jìn)給速度，進(jìn)一步提高加工效率。優(yōu)化后車加工前后端安裝邊工序的總加工時間減少至13h以內(nèi)。

鉆鏜端面孔工序須進(jìn)行多種類型端面孔系的加工，加工內(nèi)容主要涉及鉆擴孔、鏜孔、鉸孔、正反倒角和銑螺紋等，其中反倒角及銑螺紋受到刀具規(guī)格及其制造精度的影響，需要調(diào)整刀具半徑補償值及重復(fù)運行加工。為實現(xiàn)工序的自動加工，將刀具半徑補償值“TC_DP6[_TOOL，_TOOLNO]”進(jìn)行多次賦值，利用“Repeat Begin End”循環(huán)指令多次調(diào)用輪廓加工程序，利用“G91 G03 X0 Y0 Z1”模態(tài)增量指令實現(xiàn)牙型的螺旋插補加工，結(jié)合現(xiàn)場已有刀具的加工對比驗證，最終選用某三刃螺紋銑刀（圖2）進(jìn)行批量生產(chǎn)應(yīng)用，該刀刃牙型角的實際值處于公差帶偏下差位置，牙型更尖銳，頂刃為切削刃，中刃及底刃為光整刃，可以實現(xiàn)螺紋的一次加工合格，消除操作者反復(fù)測量與上刀的操作，顯著提高加工效率。固定該刀具在刀庫中的位置及設(shè)定的參數(shù)，實現(xiàn)單條程序的無人干預(yù)加工，該工序的總加工時間減少近3h/臺。

銑外側(cè)平面及安裝邊背面工序加工內(nèi)容涉及銑平面、安裝邊背面、鉆孔和銑螺紋等內(nèi)容，兩道工序總計須換刀約40次，部分加工尺寸需要在加工過程中反復(fù)測量，程序運行連續(xù)性差。通過對比分析兩道工序的加工內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)存在相同規(guī)格刀具反復(fù)調(diào)用的情況，產(chǎn)生多余的換刀時間及空運行移刀等待時間。將兩道銑加工工序合并，使用?20R1mm銑刀按工作臺正向旋轉(zhuǎn)順序逐一加工全部的銑加工內(nèi)容，使用?3mm中心鉆完成全部孔系的打點，根據(jù)不同孔徑規(guī)格，進(jìn)行?5mm鉆孔、?6.5mm擴孔加工，最后使用合金尖頭倒角刀將全部孔系的倒角一次加工完成，極大地減少了換刀時間及工作臺往復(fù)運動時間。使用機內(nèi)檢測裝置檢測、自動比對加工后的平面數(shù)值和孔系間的距離，消除操作者手動檢測及核對工作。改進(jìn)后該工序加工時間減少約25%。

鏜徑向深孔工序須在距離外側(cè)端面140mm深位置加工徑向深孔，原加工過程使用直徑?6mm、刀柄?10mm、總長160mm的變徑鉆頭進(jìn)行加工，由于鉆頭懸長過大，因此

刀尖位置存在一定程度的下擺，導(dǎo)致鉆孔點位不準(zhǔn)確，加工后孔的同軸度易超差且刀具震顫嚴(yán)重，刀具的非正常磨損較重。根據(jù)該位置結(jié)構(gòu)，改用直徑?14mm、總長200mm的側(cè)固型加長刀桿，該刀桿可從外側(cè)兩層孔內(nèi)穿過（圖3），在刀桿前端夾持?6mm鉆頭，加工系統(tǒng)剛性得到顯著改善，刀具非正常磨損下降，加工進(jìn)給速度上升，加工時間減少8%。

2.4 工裝優(yōu)化

該零件的裝夾難點在于銑徑向平面及安裝邊背面工序，當(dāng)裝夾時壓緊下側(cè)安裝邊，但下側(cè)安裝邊存在加工內(nèi)容，加工位置與裝夾位置重疊，雖然可以通過手動調(diào)換裝夾位置的方式保證加工可行，但是操作過程耗時較高且存在零件竄動的風(fēng)險。根據(jù)該工序擺放狀態(tài)，設(shè)計并制作在上側(cè)外環(huán)安裝邊端面整體壓緊的壓蓋（圖4），壓蓋在非加工位置進(jìn)行壓緊，可節(jié)省裝夾調(diào)整時間約45min/臺，并為該工序單機自動化運行提供基礎(chǔ)條件。

原焊接組件銑內(nèi)環(huán)平面及孔工序所用盤銑刀為普通刀具，刀具易損且?guī)齑娌蛔?，加工單臺零件須消耗多把刀具。進(jìn)行合金T銑刀加工試驗，完成合金T銑刀的批量加工驗證，該刀具耐用度和質(zhì)量狀態(tài)良好，加工單臺的刀具消耗顯著降低，加快了銑凹槽的加工效率，加工時間可以減少65%。

加工組件的?60mm精密孔根部圓角尺寸為R3mm，加工精密孔用的鏜刀刀尖圓角尺寸為R0.5mm，鏜刀無法進(jìn)行變徑加工，而使用?20R3mm銑刀加工時，刀具側(cè)刃與精密孔壁易產(chǎn)生痕跡殘留。為消除刀具側(cè)刃的加工殘留，設(shè)計并制作?20R3mm、縮頸?19.8mm銑刀，保證刀具在加工底R時側(cè)刃不會與精密孔壁干涉，保證尺寸精度。

銑內(nèi)環(huán)平面工序存在多個使用三坐標(biāo)測量機進(jìn)行檢測的尺寸，該尺寸為斜孔虛擬中心點的至中心尺寸，無法直接測量，而送檢三坐標(biāo)測量機存在周轉(zhuǎn)等待時間。為減少送檢三坐標(biāo)測量機的等待周期，制作內(nèi)環(huán)斜孔中心點的至中心測具，復(fù)原該點的實際位置，借助該位置與周邊特征的間接尺寸關(guān)系，得到該虛擬點位的測量值，縮短等待時長30min/臺。

2.5 生產(chǎn)過程改善

該機匣投料方式為每月初投料一次，導(dǎo)致現(xiàn)場在制品積壓、工序間等待時間長和等待時間浪費問題，為了減少在制品積壓時長，調(diào)整毛料的月投產(chǎn)計劃，分別在月初、月中及月末各進(jìn)行分批投料，降低毛料等待時長，等待時間縮短35%。

零件批量周轉(zhuǎn)易導(dǎo)致焊接工序、著色工序和真空熱處理工序的零件積壓，工序流動不暢，導(dǎo)致周轉(zhuǎn)返回拖期。將周轉(zhuǎn)批量從每月一次調(diào)整為每旬一次，調(diào)整后的平均返回周期縮短30%。

3 結(jié)論

通過收集零件現(xiàn)場瓶頸問題，從設(shè)計文件、毛料文件、工藝路線、工藝文件、數(shù)控程序、工裝和生產(chǎn)安排等方面進(jìn)行分析，應(yīng)用無人干預(yù)、余量調(diào)整、工藝路線優(yōu)化和節(jié)拍平衡等多種先進(jìn)工具手段優(yōu)化工藝內(nèi)容并完成現(xiàn)場批量應(yīng)用，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，大幅提高某機匣的生產(chǎn)效率，避免該零件因生產(chǎn)周期長而導(dǎo)致的任務(wù)交付超出節(jié)點的情況，節(jié)省了為滿足生產(chǎn)需求而新購設(shè)備的成本。通過這次研究，降低了該機匣的設(shè)備占用時間，對批量生產(chǎn)零件的生產(chǎn)穩(wěn)定性有積極的影響，也可以減少科研任務(wù)的生產(chǎn)壓力。

經(jīng)現(xiàn)場批量生產(chǎn)加工驗證，該機匣三級單組件達(dá)到如下目標(biāo)：1）機加工序的總加工時間降低29%。2）生產(chǎn)節(jié)拍平衡率由45%提升至69%。3）批生產(chǎn)周期縮短34%。