行星架總成加工工藝的優化

趙春強，康海軍，田健，郭宇斌，喻朋朋

陜西漢德車橋有限公司 陜西西安 710201

1 序言

輪邊減速器的作用是提高汽車的驅動力，以滿足或修正整個汽車傳動系統的力匹配，它是汽車傳動系統中的減速增矩裝置，在總傳動比相同的情況下，輪邊減速器可以有效降低變速器、傳動軸、主減速器、差速器及半軸等部件的載荷和減小尺寸，使驅動橋獲得較大的離地間隙，增大汽車的通過性[1，2]。其被廣泛應用于載重貨車、大型客車、越野汽車及其他一些大型工礦用車。輪邊減速器主要由行星架總成、行星輪、太陽輪及行星輪軸等構成，本文采用ECRS精益理念，通過對行星架總成瓶頸工藝進行優化，有效提高了其加工效率和生產線的節拍。

2 現狀描述

本文介紹的是行星架總成5×φ31mm（IT7）和5×φ32mm（IT7）孔（見圖1）的加工工藝優化，從而提升生產線效率。

5×φ31mm和5×φ32mm孔的作用是安裝行星輪軸，行星輪軸和孔為過盈配合，其尺寸精度和幾何公差要求高：孔精度等級均為IT7級，圓周方向均布，位置度φ0.08mm，同軸度φ0.25mm，5×φ32mm孔口倒角1mm×45°。

圖 1 行星架總成示意

目前5×φ31mm和5×φ32mm孔的加工工藝流程為：U鉆鉆上孔→粗鏜刀鏜上孔→粗鏜刀鏜下孔→倒角鉆上孔口倒角→精鏜刀精鏜上孔→精鏜刀精鏜下孔，所采用的設備為立式加工中心。U鉆、粗鏜刀及精鏜刀均選用標準刀具，采用單孔逐個加工，從加工的工步內容可以看出每把刀具的動作重復性高，其刀具的機動時間長，從而導致加工效率低，目前該工序已成為行星架總成整條生產線的瓶頸工序，制約著其產能。

3 工藝優化

基于上述描述，為了進一步提高該行星架總成五孔的加工效率，消除其瓶頸，計劃在其加工工藝流程上進行優化，采用精益生產ECRS理念，對工藝流程進行取消（E）、合并（C）、重排（R）和簡化（S），在保證加工質量和精度的基礎上，提升加工效率。

3.1 工序分析

從圖1可以看出，該行星架總成有一個特性，即上下孔同心，且上孔為φ32mm，下孔為φ31mm。目前工藝設計為：先用U鉆逐個鉆上孔至5×φ30mm，再粗鏜上孔至5×φ31.7m m，然后粗鏜下內孔至5×φ30.7mm，用倒角刀對上孔5×φ31.7mm孔口倒角，最后用兩把精鏜刀分別鏜削上孔φ32mm和下孔φ31mm兩組孔。每個孔均采用單刀逐個加工，效率較低。通過計算可考慮用復合鏜刀[3，4]同時將上下孔加工并倒角，以滿足加工效率和產能需求。經過查詢相關刀具資料，目前無成品刀具可供直接選用，故需要設計一種復合鏜刀。

3.2 粗鏜工序

粗鏜的目的主要是矯正U 鉆鉆5 個孔后的位置精度，原工藝流程要求將孔分別鏜削至φ（31.7±0.1）mm和φ（30.7±0.1）mm，鏜削量為φ1.7mm，選用的粗鏜刀為進口標準刀具，通過加工過程驗證，其切削參數選擇合理[5-7]。粗鏜孔后，孔口需要倒角，去除孔口飛邊、毛刺，為下一步精鏜孔創造好的加工環境，以降低精鏜刀片的消耗，并且精鏜孔徑的穩定性也得到提高，從而保證孔的尺寸精度和位置精度。根據上述分析，為了進一步提高5個孔的加工效率，可考慮減少刀具，將兩把粗鏜刀與倒角鉆合并（C），采用復合加工的方式來解決，這樣可減少一把粗鏜刀具和一把倒角刀具的換刀時間和機動快進時間。

3.3 精鏜工序

該工序是為了保證最終的孔徑尺寸精度和位置精度等級。精鏜刀由于孔徑尺寸小，選擇刀片也會偏小，因刀片磨損后，需要定期進行調整和試切，造成效率低、切屑細、精鏜單元小、易損壞且尺寸不穩定，容易超差，存在質量風險，對操作人員調刀的技能要求較高。為保證孔徑精度要求，往往采用進口精鏜刀，其費用昂貴，刀具消耗高。

鑒于精鏜刀的上述缺點，查閱孔的加工工藝方法，可考慮選擇鉸孔的加工工藝。鉸孔所用的精鉸鉸刀自身的精度決定了所加工孔的精度，不但孔的尺寸穩定，而且切削效率高[8-10]，φ31mm和φ32mm均有國產成品鉸刀可供選擇，且公差帶符合該兩孔的要求，其費用也比精鏜刀費用低，可加工的孔數量比精鏜刀多，故可考慮將精鏜優化為精鉸工藝[11]。

3.4 優化結論

綜上所述，按精益生產ECRS理念合并（C）對工藝流程優化為：U鉆鉆上孔→復合鏜刀加工（粗鏜刀片鏜上下兩組孔＋倒角刀片上孔口倒角）→精鉸刀鉸上孔→精鉸刀鉸下孔。

4 刀具設計

根據工藝優化方案，自主設計一套用于將上孔φ32mm底孔由φ30mm鏜削至φ（31.7±0.1）mm，以及將下孔φ3 1 m m 底孔由φ2 9 m m 鏜削至φ（30.7±0.1）mm，并同時在上孔口倒角1mm×45°的復合鏜刀。復合鏜刀的優點是：1把刀具可同時加工多個尺寸，加工效率高。其原理是可將多個孔系或倒角設計在同1把鏜刀上，既實現了減少多把刀具降低采購成本，又實現了減少換刀次數提高生產效率，是大批量生產加工的首選。

根據圖1加工內容，設計復合鏜刀如圖2所示。

圖2 復合鏜刀示意

復合鏜刀裝夾于內孔為φ25m m的側固式刀柄中，采用壓緊螺釘夾緊。復合鏜刀刀體上安裝5個CCMT060204刀片，圖2中序號1刀片用于鏜削φ31mm孔至φ（30.7±0.1）mm，序號2刀片用于鏜削φ32mm孔至φ（31.7±0.1）mm，序號3刀片用于φ31.7mm孔口倒角。5個刀片選用相同的型號，可提高采購和更換效率。同時序號1、2鏜刀片刀尖磨損后，可以再次利用到序號3倒角刀片，減少刀片消耗。

使用方法：φ3 2 m m 孔先用U 鉆鉆削至φ30mm，再用圖2復合鏜刀序號1刀片鏜削φ30mm孔至φ30.7m m，序號2刀片鏜削φ30.7m m孔至φ（31.7±0.1）mm，然后刀具快進至下內孔端面，用序號1刀片鏜削φ31mm孔至φ（30.7±0.1）mm，最后由序號3刀片進行1mm×45°倒角。

5 加工與驗證

根據優化后的工藝，即：U鉆鉆上孔→復合鏜刀加工（粗鏜刀片鏜上下兩組孔＋倒角刀片上孔口倒角）→精鉸刀鉸上孔→精鉸刀鉸下孔，對行星架總成5個孔進行試加工及批量驗證，其尺寸、精度和幾何公差均滿足工藝和圖樣要求。

改進后不僅減少了1把粗鏜刀和倒角刀，降低了刀具采購成本，而且經過測算，該工序機動和換刀時間合計節約135s，效率提升了18.6%，消除了其瓶頸工序，提升了整條生產線的產能，同時還節約了1臺立式加工中心。

6 結束語

通過應用ECRS精益生產理念工具，對行星架總成5×φ31mm和5×φ32mm孔的加工工藝進行優化，自主設計復合鏜刀，將單孔粗鏜、倒角改為復合加工，精鏜改為精鉸后，消除了行星架總成的瓶頸工序，提升了其生產效率和加工精度。