軌道交通裝備小型產品機加工裝夾的研究及應用

唐岳

摘 要：軌道交通裝備行業，常有各類空心件、形狀特殊件、加工工藝復雜件等小型產品。這類產品往往需要銑削、鉆孔等機加工，一般使用上壓固定、電磁平臺、手工打磨等傳統裝夾方式。如果進行批量生產，這種方法不僅生產效率低下，機床占用率高，產品質量不穩定，而且勞動強度也很大，費時又費力。本文通過理論分析和現場實際對比，根據產品的外形、加工工藝等方面，從經濟性、合理性、效率性方面，制作專用的工裝夾具，解決小型產品在批量生產過程中，加工質量差、工效低等問題。在降本增效的同時，為后續類似產品加工提供了新的思路。

關鍵詞：創新;自制;降本增效;可行性;成本

1 概述

在日常生產過程中，通常遇到空心件、細小件、形狀特殊件、加工工藝復雜件等，都沒有高效快捷的辦法實現批量生產，且生產過程中，產品質量差、無法一次固定。

傳統的加工工藝、加工周期長、無專用工裝、產品質量無法保證、工作效率低。這迫切需求一種先進加工方法，快速解決上述問題。

2 小型產品加工現狀的分析

常見工藝性差、質量難保證產品，主要分為三種類型：

2.1 外形復雜、全周邊坡口加工

存在問題：如加工尺寸為130*60*8 mm且有R30的半圓，全周邊需要倒C5的坡口，由于產品尺寸過小，常用的電磁平臺磁力分散，導致加工過程中容易移動，需減少切削量，稍有不慎將導致報廢。

人工成本：如下表所示，加工256件需要人工成本1 520.64元。

刀片成本：一次性合格率為55.5%，產品在加工中產生位移，導致刀片損傷。產品不合格件數為256*44.5%=114件，每次使用四片刀片，平均損傷2片，單價115元/片，成本為114*2*115=26 220元。

2.2 細小矩形產品單邊加工

存在問題：產品為30*20*10 mm的矩形支撐板，銑削50度坡口且留4 mm頓邊，傳統方法無法裝夾。該類配件為人工打磨，坡口度數靠經驗保障，質量穩定性低。打磨灰塵四起，對環境響應大，影響身體健康。

2.3 細小無棱角產品全周邊加工

存在問題：外輪廓為Φ168安裝板，厚度8 mm，加工Φ146的凸臺，深度2 mm。產品面積小、厚度薄每一件都需找正，試切，每件加工1小時。稍有不平在加工中就會跑偏，造成報廢。

3 簡易工裝的確定與設計

（1）針對加工工藝多元化的產品，根據加工要求、外形特點等進行不同的工裝設計與制作，最終實現小型產品加工工效的提升。

（2）針對外形復雜產品加工全周邊坡口，根據產品外形制作一個適合電磁平臺，既能精準定位、又能完全夾緊的工裝，更實現多件一次多件高效加工。

（3）針對細小規矩形產品加工單邊，由于外形較小，只能根據產品角度要求、自制小型齒狀角度工裝，將單件打磨改變成多件平面加工。

（4）針對細小無棱角產品加工表面，根據產品的特性（無棱角），給安裝板制作“安全固定套”（制作專用夾具）。

4 簡易工裝的實施與應用

通過仔細分析加工中的實際困難，引用三個特例進行分析：

例一：外形復雜、全周邊坡口加工的小型產品

選擇板料厚度不超過產品鈍邊9 mm的邊料作為工裝的底板，根據產品的外形尺寸，從一次裝夾單件轉變成能一次裝夾多件。

（1）方案設計。工裝分為兩個部分，橫向定位約束、縱向定位約束，從而可保證產品在加工過程中，不會因吸附力不足而跑偏廢板。

（2）使用過程展示。1）拆除導磁塊，將產品直接吸附在平臺上，省去導磁塊時間;2）裝夾前清除放置產品、工裝區域內的鐵屑和雜物，保證產品安全加工、工裝能正常使用;3）將產品依次放入工裝內，橫向、縱向裝夾，全面定位。

例二：細小規矩形單邊銑削小型產品

虎鉗可夾緊的范圍只有200 mm，加工產品的角度為50度。根據三角函數計算，畫圖設計工裝，再通過上工序下料切割兩件200*62 mm齒狀工裝模型，通過斜著擺放工件，夾緊工件，實現一次多件加工且保證產品度數。

（1）方案設計。根據產品外形設計齒狀工裝，適合虎鉗的安裝方式。

（2）使用過程展示。1）將齒條工裝嵌入虎鉗夾緊;2）用壓鐵邊敲產品、邊擰緊虎鉗，使產品不會因外力擠壓而不能完全貼合在工裝上面;3）批量裝夾12件，確定角度，使用平面銑削一次成型;4）優化刀具，利用可轉位刀具（有45度/50度/55度/30度）加工平面，充分利用已磨損的廢刀片，實現多件平面加工坡口。

例三：細小無棱角產全周邊加工小型產品

（1）方案設計。根據產品的特性（無棱角），給安裝板制作“安全固定套”（制作專用夾具）。

（2）使用過程展示。1）“固定套”的實施：使用為6 mm銑削出外觀尺寸250*250 mm的“安全固定套”;2）產品只需對一次刀，最終實現一次就好、一次就準;3）通過工裝定位，實現一次裝夾，往復使用。

5 簡易工裝使用效果

5.1 外形復雜產品攻關效果

（1）質量：產品一次性加工合格率從55.5%提升99.8%。

（2）效率：由一次1件到1次加工5件，裝夾工效提升了400%。

（3）節約成本：人工成本+刀片成本+工裝成本=872.47+26 105+2 000=28 977.47元。

1）人工成本：如下表格目前已節約總成本872.47元人民幣;2）刀片成本：攻關后刀片正常磨損加工，加工256件產品成本為115元。節約成本=26 220-115=26 105元;3）自主設計制作工裝節約費用約2 000元人民幣。

5.2 細小規矩形產品攻關效果

攻關前：需加工支撐板數量300件，打磨1件10分鐘（包括測量角度）。

人工成本=（300*10）/60*23.76=1 188（元）

需要班次=（300*10）/60/8=6（個）

攻關后：一次性裝夾12件，只需要20分鐘（包括輔助時間）。

人工成本=（300/12*20）/60*23.76=198（元）

需要班次=（300/12*20）/60/8=1（個）

（1）千葉磨片損耗成本：打磨10件就需要更換一片千葉磨片，300件則需要30片，損耗成本= 30*31.75=952（元）。

（2）攻關后刀片成本：因使用已達到報廢標準的刀片，成本為0。

攻關前總成本=人工成本+千葉磨片損耗=1 188+952=2 140（元）

攻關后總成本=人工成本+刀片（廢刀片）=198（元）

節約成本=攻關前總成本-攻關后總成本=2 140-198=1 942（元）

（3）效率與質量前后對比：

攻關前：質量靠員工經驗，產品質量安全性不高，合格率80%。

攻關后：工裝一性裝夾12件上機床加工，效率提升1 100%，合格率100%。

5.3 細小無棱角產品攻關效果

（1）生產效率由原來的1件/時，提高3件/時，效率提升200%。

（2）產品質量，原來每5～10件有1～2件加工跑偏;現專用夾具加工，無報廢情況，合格率從80%提升至99%。

（3）節約成本：通過前后對比，使用專用工裝加工可以在對刀、試刀、調程序、改參數上，節約36.9小時和878.1（元）。

通過三種案例的實施成效分析，可以得出使用針對小型產品使用專用工裝，可極大提質增效，如下表：

6 結論

本文從三個不同案例進行分析、對比，探討了小型產品加工的質量、工效提升方法，以及工裝的制作思路，通過改進現有加工工藝、細化加工細節、制作專用工裝，解決了小型產品難生存的問題。在該類方法的保障下，成功實現了小型產品的高效、質優的生產加工，從而達到降本增效的目的。

該方法已固化到多種小型產品的機械加工工藝當中，且嚴格按照機械加工工藝卡片執行，此方法推廣范圍非常廣，后續所有車型中小型產品加工都可以運用此方法。

參考文獻：

[1]肖繼德，陳寧平.機床夾具設計[M].機械工業出版社，2007.