縮短某機匣生產周期技術研究

王 威 喬益振 竇 堅 段佐翰

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

0 引言

現工廠生產的某中介機匣類零組件的生產周期過長，隨著批量生產臺份的逐年增加，該機匣類零組件成品的及時交付任務對生產部門產生了很大的壓力，在制品積壓的時間過長，無法滿足工廠后續的生產任務要求。

經過現場統計，分析各個工序加工時間數據，影響生產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，導致精加工工序加工時間過長。2）車、銑工序多次穿插進行，造成生產回流，同類型設備多工序生產任務堆積，無法實現零組件及時流轉。3）各數控工序的單機自動化程度較低，部分加工內容需要操作者大量的人為參與，設備運行比率低。4）零組件投料及周轉批量大，投料及周轉后生產能力有限，導致大量在制品積壓，隨著生產臺份的增加，該問題尤為凸顯。通過統計分析各個工序加工時間，該機匣零組件的生產節拍平衡率僅為45%。為保證后續工廠的生產任務需求，進行縮短該機匣單組件批生產周期的方案研究與現場驗證。

1 研究內容及目標

為實現該中介機匣批生產周期的縮短，須對其生產過程中存在的爆炸點[1]進行排查，針對生產過程的瓶頸問題，從調整粗精加工工序余量、合并同類型設備工藝路線、提高數控工序單機自動化程度和生產安排保證單件流轉[2]等方面著手，制定針對性改進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措施的迭代優化，實現其批生產周期縮短30%以上，將改進措施貫徹并應用于批量生產，保證生產需求。

2 改進方案制定與實施

從工藝文件、數控程序、生產瓶頸問題等方面進行調整優化[3]，分別制定改進措施。工藝文件改進內容主要包括：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，應合并相同加工設備的工序，消除工序回流。2）調整加工余量。原加工余量分布較為分散，一級單件進行局部位置的粗加工及精加工、二級焊接組件進行大部分的粗加工及較少的精加工、三級機加組件進行局部的粗加工及大部分的精加工，為平衡余量分布，應在一級單件狀態完成全部加工表面的粗加工、保證高效去除余量，將精加工內容全部轉移至三級機加組件中，保證尺寸精度。3）將普通設備或鉗工工種加工內容向數控設備轉產，提高加工過程的自動化程度。數控程序改進內容主要包括應用機內檢測技術、無人值守加工技術、自適應加工技術等提高數控工序的單機自動化程度技術，實現數控加工內容的一鍵式運行；調整數控程序的進退刀位置、提高進退刀及移刀位置的移動速度，提高程序運行流暢性，消除數控設備倍率旋鈕的手動操作；選用硬質合金刀具、數控螺紋銑刀、精密可調鏜刀等先進工藝裝備，結合分層高速加工程序來縮短切削運行時間。生產瓶頸改進內容主要包括依據現場產能分批投料加工；針對周期明顯過長的工序進行設備轉產備份，平衡各工序生產節拍，實現產品在生產現場的不停滯流轉。

2.1 工藝路線調整

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

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行重排：首先將全部的粗加工余量調整至一級單件進行，全加工表面僅留1mm余量進行后續的精加工；然后在二級焊接組件中僅保留焊接相關的外部周轉工序，取消機械加工內容；最后將三級機加組件的全部加工內容劃分為精車加工、裝配部件、精銑鉆鏜孔加工、鉗工及輔助工作這4個部分內容，依據工作量調整工序間的加工內容、平衡生產節拍，保證零組件在每個工序的時長相近。根據其全工序現場實際加工情況，最終確定粗加工單件外部生產、精加工組件建立精益單元的實施方案，依據精益單元的工序種類構成確定具體的加工設備。

2.2 工藝內容優化

該機匣毛料的檢測現采用藍光掃描三維檢測方法，但該技術在現場應用不熟練，導致檢測效率低、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，梯度排產藍光掃描過程，歸納藍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件，降低貼點數量約20%、減少貼點及拍照時間約38min/件；當進行檢測結果數據處理及對比分析時，應用典型對比模版文件，減少重復設置及人工選擇的內容，使工藝擬合操作時間減少25min/件。藍光掃描檢測方案的固化將藍光掃描總周期縮減約30%。

為提高零件表面質量、減少多余物殘留，規范現場操作過程如下：機匣回油管螺紋處安裝防護工藝螺母；采用手持式電動砂帶機（圖1）代替傳統的氣動回轉打磨機，提高打磨質量的穩定性；在機匣安裝邊位置安放防護墊塊并用真空包裝機將其進行密封包裝，防止多余物的二次進入并固定防護墊塊。

2.3 數控程序優化

工藝路線調整后的數控加工工序主要在三級加工組件上，結合該產品精益單元的建設需求，確定所使用的數控加工設備。針對數控車工序、數控銑工序及鉆鏜孔工序各自的加工特點分別進行優化改進工作。

精車前后端安裝邊工序原在普通立式車床進行加工，普通設備的運行依托操作者的技能水平，穩定性差，存在較大的質量隱患，兩道工序共計須16h完成加工。對精車前后端安裝邊工序進行數控設備轉產，提高自動化程度，將車加工參數穩定在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、進退刀動作均按快速插補進行運動，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致的二次對刀操作。經現場加工驗證，在保證零件加工質量及表面粗糙度的前提下，在不同位置調整相適應的進給速度，進一步提高加工效率。優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。

鉆鏜端面孔工序須進行多種類型端面孔系的加工，加工內容主要涉及鉆擴孔、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格及其制造精度的影響，需要調整刀具半徑補償值及重復運行加工。為實現工序的自動加工，將刀具半徑補償值“TC_DP6[_TOOL，_TOOLNO]”進行多次賦值，利用“Repeat Begin End”循環指令多次調用輪廓加工程序，利用“G91 G03 X0 Y0 Z1”模態增量指令實現牙型的螺旋插補加工，結合現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）進行批量生產應用，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，可以實現螺紋的一次加工合格，消除操作者反復測量與上刀的操作，顯著提高加工效率。固定該刀具在刀庫中的位置及設定的參數，實現單條程序的無人干預加工，該工序的總加工時間減少近3h/臺。

銑外側平面及安裝邊背面工序加工內容涉及銑平面、安裝邊背面、鉆孔和銑螺紋等內容，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測量，程序運行連續性差。通過對比分析兩道工序的加工內容，發現存在相同規格刀具反復調用的情況，產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順序逐一加工全部的銑加工內容，使用?3mm中心鉆完成全部孔系的打點，根據不同孔徑規格，進行?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運動時間。使用機內檢測裝置檢測、自動比對加工后的平面數值和孔系間的距離，消除操作者手動檢測及核對工作。改進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，導致鉆孔點位不準確，加工后孔的同軸度易超差且刀具震顫嚴重，刀具的非正常磨損較重。根據該位置結構，改用直徑?14mm、總長200mm的側固型加長刀桿，該刀桿可從外側兩層孔內穿過（圖3），在刀桿前端夾持?6mm鉆頭，加工系統剛性得到顯著改善，刀具非正常磨損下降，加工進給速度上升，加工時間減少8%。

2.4 工裝優化

該零件的裝夾難點在于銑徑向平面及安裝邊背面工序，當裝夾時壓緊下側安裝邊，但下側安裝邊存在加工內容，加工位置與裝夾位置重疊，雖然可以通過手動調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險。根據該工序擺放狀態，設計并制作在上側外環安裝邊端面整體壓緊的壓蓋（圖4），壓蓋在非加工位置進行壓緊，可節省裝夾調整時間約45min/臺，并為該工序單機自動化運行提供基礎條件。

原焊接組件銑內環平面及孔工序所用盤銑刀為普通刀具，刀具易損且庫存不足，加工單臺零件須消耗多把刀具。進行合金T銑刀加工試驗，完成合金T銑刀的批量加工驗證，該刀具耐用度和質量狀態良好，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，鏜刀無法進行變徑加工，而使用?20R3mm銑刀加工時，刀具側刃與精密孔壁易產生痕跡殘留。為消除刀具側刃的加工殘留，設計并制作?20R3mm、縮頸?19.8mm銑刀，保證刀具在加工底R時側刃不會與精密孔壁干涉，保證尺寸精度。

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

2.5 生產過程改善

該機匣投料方式為每月初投料一次，導致現場在制品積壓、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，調整毛料的月投產計劃，分別在月初、月中及月末各進行分批投料，降低毛料等待時長，等待時間縮短35%。

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

3 結論

通過收集零件現場瓶頸問題，從設計文件、毛料文件、工藝路線、工藝文件、數控程序、工裝和生產安排等方面進行分析，應用無人干預、余量調整、工藝路線優化和節拍平衡等多種先進工具手段優化工藝內容并完成現場批量應用，達到預期目標，大幅提高某機匣的生產效率，避免該零件因生產周期長而導致的任務交付超出節點的情況，節省了為滿足生產需求而新購設備的成本。通過這次研究，降低了該機匣的設備占用時間，對批量生產零件的生產穩定性有積極的影響，也可以減少科研任務的生產壓力。

經現場批量生產加工驗證，該機匣三級單組件達到如下目標：1）機加工序的總加工時間降低29%。2）生產節拍平衡率由45%提升至69%。3）批生產周期縮短34%。