曹鵬CAO Peng；周先慶ZHOU Xian-qing；李偉LI Wei

（陜西華燕航空儀表有限公司，漢中 723102）

0 引言

座體為加速度計(jì)中核心工件，敏感電子元器件均安裝在其上，座體的加工精度將直接影響加速度計(jì)的裝調(diào)精度。座體的加工材料為軟磁合金1J50，材料加工特點(diǎn)軟、粘，加工過程易產(chǎn)生變形，早期加工時(shí)為減少加工應(yīng)力，座體上各型腔、臺(tái)階面采用電切、電穿方式加工，加工效率低下。隨著座體產(chǎn)能需求的大幅增加及生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)加工能力的提升，急需對(duì)其加工工藝方法進(jìn)行改進(jìn)。

1 座體加工材料的特性

座體的加工材料為軟磁合金1J50，該材料主要由鐵和鎳組成，含有其他少量合金元素，材料組織為孿晶奧氏體，原始態(tài)晶粒較細(xì)分布不均勻，晶界多，位錯(cuò)密度大。該金屬是在弱磁場(chǎng)中具有高磁導(dǎo)率及低矯頑力的一類金屬。這類合金廣泛應(yīng)用于無線電電子工業(yè)、精密儀器儀表、遙控及自動(dòng)控制系統(tǒng)中，主要用于能量轉(zhuǎn)換和信息處理兩大方面，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的一種重要材料。由于該金屬鎳含量較高，加工中粘性較大，宜采用較大前角的刀具進(jìn)行切削加工，可用較低的切削速度。材料中的殘余應(yīng)力釋放時(shí)在宏觀上會(huì)表現(xiàn)為尺寸的變化，殘余應(yīng)力越大材料越容易變形。

2 座體的結(jié)構(gòu)精度分析及原加工方案簡(jiǎn)介

座體為某型加速度計(jì)裝調(diào)基準(zhǔn)工件，如圖1 所示，工件上有較多型腔及凸臺(tái)面，安裝孔及各臺(tái)階面的尺寸公差及形位公差精度要求較高。工件結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較差，加之材料特性加工粘性大，加工過程中因殘余應(yīng)力釋放，工件極易產(chǎn)生變形。

圖1 座體結(jié)構(gòu)示意圖

為充分釋放工件加工應(yīng)力，原工藝方法采用粗車成型后，安排熱處理去應(yīng)力退火，磨削加工外圓校正定位基準(zhǔn)，電切加工臺(tái)階面，再次進(jìn)行熱處理去應(yīng)力退火，加工中c6.5H6 安裝孔及型腔穿絲孔后，再次進(jìn)行熱處理去應(yīng)力退火，電切型腔、電穿各臺(tái)階面。電切、電穿加工產(chǎn)生的切削應(yīng)力較小，可減少因變形產(chǎn)生的工件精加工尺寸變化。原工藝方案設(shè)計(jì)39 道工序完成座體的加工內(nèi)容。

3 存在問題

原工藝加工方法受加工設(shè)備及工件結(jié)構(gòu)的限制，主要由車工、銑工、鉗工加工，工序加工內(nèi)容分散，工序冗長(zhǎng)，由鉗工手工操作內(nèi)容多，各工序間使用不同工裝定位夾緊，頻繁裝卸工件，設(shè)備切削率低，同時(shí)，工件在精加工時(shí)采用電穿、電切類低效設(shè)備加工型腔及各臺(tái)階面，嚴(yán)重限制了工件的產(chǎn)能提升。

因加工過程中應(yīng)力釋放不充分，工件經(jīng)常出現(xiàn)變形，導(dǎo)致加工尺寸變化，為加強(qiáng)過程控制，在半精加工、精加工工序增加多處加工前后復(fù)測(cè)尺寸的要求。產(chǎn)品質(zhì)量狀況靠人來把控是極高的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。

4 改進(jìn)思路

隨著數(shù)控設(shè)備的廣泛應(yīng)用，數(shù)控設(shè)備加工尺寸一致性好、效率高的優(yōu)勢(shì)盡顯，座體加工工藝的數(shù)控化改進(jìn)勢(shì)在必行，圍繞提高座體的加工尺寸穩(wěn)定性及提升加工效率開展工藝改進(jìn)分析。

重新構(gòu)建工藝基準(zhǔn)，集中加工內(nèi)容，減少工件裝夾次數(shù)，利于數(shù)控設(shè)備加工，利用數(shù)控設(shè)備高速切削能力，摸索切削參數(shù)，減少加工中切削應(yīng)力，進(jìn)而提高尺寸穩(wěn)定性。

在數(shù)控加工工藝成熟的基礎(chǔ)上，可迅速建立單元化產(chǎn)線，同時(shí)應(yīng)用快換工裝，大幅提高工件產(chǎn)能。

4.1 數(shù)控化工藝

經(jīng)過工件工藝性分析，在工件兩端增加工藝尾，便于裝夾定位，重新建立工藝定位基準(zhǔn)面，轉(zhuǎn)換工藝基準(zhǔn)，由高精度數(shù)控銑替代電切、電穿低效加工設(shè)備，優(yōu)化切削參數(shù)及工裝設(shè)計(jì)，控制工件變形量，以此思路，設(shè)計(jì)如下的工藝方案（見圖2）：

圖2 座體增加工藝尾后的加工示意圖

粗車毛坯成型，工件兩端增加工藝尾，進(jìn)行熱處理去應(yīng)力退火，磨外圓校正定位基準(zhǔn)圓，數(shù)控銑加工兩端工藝尾上的定位基準(zhǔn)面及定位孔，粗銑臺(tái)階面，再次進(jìn)行熱處理去應(yīng)力退火，研定位基準(zhǔn)面，精銑臺(tái)階面，粗車臺(tái)階面上型孔，第三次進(jìn)行熱處理去應(yīng)力退火，磨外圓校正定位基準(zhǔn)圓，研定位基準(zhǔn)面，數(shù)控銑加工各臺(tái)階面、凸臺(tái)、型腔，及鉆孔攻絲、倒角內(nèi)容，精車臺(tái)階面上型孔，最后去除工件兩端工藝尾，進(jìn)行兩端面孔的加工。

在三次熱處理后進(jìn)行精加工，通過人工時(shí)效的方法，充分釋放加工應(yīng)力，減少變形量，獲得了較好工件的加工精度及尺寸穩(wěn)定性。該工藝方案設(shè)計(jì)的工序加工內(nèi)容緊湊，加工工序縮減為25 道工序。

4.2 工藝裝備實(shí)現(xiàn)快速切換

快速切換是指在各工序作業(yè)切換過程中通過簡(jiǎn)化、協(xié)調(diào)操作等方式，持續(xù)改進(jìn)，達(dá)到盡可能少的作業(yè)切換時(shí)間的方法。通過觀察分析當(dāng)前切換操作，分離內(nèi)部切換和外部切換，將工件機(jī)內(nèi)裝夾轉(zhuǎn)移為外部裝夾，要盡可能地將工件組裝在一起，避免一個(gè)一個(gè)地安裝工件，再成套地進(jìn)行安裝或交換。

以此思路設(shè)計(jì)如下轉(zhuǎn)接板安裝工件（見圖3），每個(gè)轉(zhuǎn)接板90°方向上可安裝4 個(gè)工件，再將多個(gè)轉(zhuǎn)接板安裝于托盤上，機(jī)械臂抓取托盤置于數(shù)控銑工作臺(tái)，通過零點(diǎn)定位系統(tǒng)快速切換，在數(shù)控加工程序中設(shè)置好每個(gè)工件的加工原點(diǎn)即可開始加工。該裝夾方式將工件在機(jī)床內(nèi)部裝夾轉(zhuǎn)移到外部，并可一次裝夾多個(gè)工件，縮短了加工設(shè)備停機(jī)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了數(shù)控設(shè)備的連續(xù)切削，提高加工效率。

圖3 轉(zhuǎn)接板示意圖

4.3 切削用量的選擇

選擇合適的切削量，在保證加工質(zhì)量和工具壽命的前提下，應(yīng)盡可能提高加工效率。結(jié)合工件的材料加工特性、切削刀具和機(jī)床性能，粗加工時(shí)，數(shù)控銑用Φ3 立銑刀切削參數(shù)一般選擇：主軸轉(zhuǎn)速3000～4500r/min，切削進(jìn)給速度1000～1500mm/min。半精加工時(shí)，數(shù)控銑用Φ1.5 立銑刀切削參數(shù)一般選擇：主軸轉(zhuǎn)速4500～7500r/min，切削進(jìn)給1500～3000mm/min。精加工時(shí)，數(shù)控銑用Φ1.5 立銑刀切削參數(shù)一般選擇：主軸轉(zhuǎn)速10000～12000r/min，切削進(jìn)給1000～1200mm/min。具體加工刀具參數(shù)表見表1。

表1 座體加工參數(shù)

4.4 單元化產(chǎn)線建設(shè)

為進(jìn)一步提升該工件的產(chǎn)能，組建了單元化產(chǎn)線。從“單元方案設(shè)計(jì)、單元運(yùn)行與管控、績(jī)效管理、持續(xù)改善”四個(gè)維度，明確分類、識(shí)別、優(yōu)化、運(yùn)行具體流程。

①根據(jù)工件的產(chǎn)能目標(biāo)，測(cè)算生產(chǎn)節(jié)拍，通過價(jià)值流分析，識(shí)別瓶頸工序，繪制關(guān)系圖，尋找關(guān)鍵路徑，優(yōu)化工藝流程，進(jìn)行生產(chǎn)線平衡。

②根據(jù)單元物料需求，設(shè)計(jì)物流路線和配送方式，再將工藝方法改進(jìn)、配送方法、管理措施等固化為標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)指導(dǎo)書和管理者標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)操作及各項(xiàng)管理流程。

③在關(guān)鍵路徑上設(shè)置預(yù)警管控機(jī)制。

④在單元內(nèi)實(shí)施SQCDP 等可視化看板管理，對(duì)單元運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，快速處理異常問題。

⑤依據(jù)單元特點(diǎn)開展多能工培養(yǎng)，開展“一人多機(jī)”“流水作業(yè)”，拓展設(shè)備效能、人員效能，開展精益培訓(xùn)，培養(yǎng)精益文化氛圍，讓單元具備持續(xù)改進(jìn)的內(nèi)動(dòng)力。

⑥將質(zhì)量管控嵌入生產(chǎn)制造過程中，質(zhì)量管理由“生產(chǎn)檢驗(yàn)型”向“預(yù)防控制型”轉(zhuǎn)變。實(shí)施單元站位檢驗(yàn)，推進(jìn)自主質(zhì)量控制，改變?cè)幸揽繉Ｂ殭z驗(yàn)成品把關(guān)質(zhì)量控制模式，采取“自檢、互檢、復(fù)檢”相結(jié)合的過程質(zhì)量控制模式，充分調(diào)動(dòng)操作人員在質(zhì)量控制中的主動(dòng)作用，提升自主質(zhì)量控制意識(shí)和能力。

5 實(shí)施效果

①原工藝方案有39 道工序，一批50 件座體從毛坯投入到工件產(chǎn)出至少需50 天，按照改進(jìn)后的工藝方案，工序縮減為25 道工序，加工周期縮短到30 天。

②通過組建生產(chǎn)單元，生產(chǎn)工人兩班制，滾動(dòng)投入，達(dá)到了月產(chǎn)1000 件座體的產(chǎn)能目標(biāo)。

③對(duì)比兩種不同加工工藝方案的座體，改進(jìn)后的工藝方案工件合格率達(dá)99.9%，合格率提高16%，工件加工精度保持穩(wěn)定，經(jīng)裝調(diào)驗(yàn)證，滿足使用要求。

④資源配置（人員、設(shè)備）。1）高效數(shù)控加工設(shè)備替代低效、高運(yùn)行成本設(shè)備（電切、電穿），加工成本下降。2）按原工藝方法參加生產(chǎn)人員17 人。改進(jìn)后參加生產(chǎn)人員減少為8 人，每年節(jié)約人員成本（17-8）×15 萬元／人=135 萬元。

6 結(jié)論

通過對(duì)座體加工工藝方案的研究，在穩(wěn)定加工質(zhì)量的前提下，提高了工件加工效率及產(chǎn)能。工藝方法的改進(jìn)和數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用是提高效率，提升產(chǎn)能，縮短加工周期，降低成本的關(guān)鍵，解決了現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的瓶頸。工藝方案的不斷研究可以持續(xù)提升工藝技術(shù)能力，針對(duì)困擾現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的瓶頸問題，后續(xù)大力開展此項(xiàng)工作。