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加工中心的端蓋零件生產工藝改進與夾具設計

前言
現承接了一批企業訂單，該批訂單要求在一個月時間內，交付二位五通雙電控電磁閥的端蓋零件五萬件。根據原有的工藝條件，該零件的鉆削工序使用普通鉆床處理，利用預制的定位模定位裝夾，進行鉆削加工。該工序加工處理時間短、輔助準備時間長，工人勞動強度大，生產效率低?；谏a經驗進行工時間核定，熟練工人處理一個零件需時 15 分鐘，平均每班只能生產 32 個零件。生產系統現有 12
臺鉆床，開設三班的情況下，月產量約為 34500 件。訂單交期緊迫、生產批量大、設備資源限制及工藝條件較為落后等因素，使得生產部門不能實現如期交貨。
對該批零件進行工藝分析后發現：因生產模式較為落后，工人在加工過程中需要對零件進行頻繁的定位和裝夾，輔助工時占額定工時的比例極大；此外，鉆模、鉆套的磨損影響加工精度及生產穩定性。基于上述分析，充分利用處理效率高的 VMC850 加工中心資源推行批量生產模式，既能集約使用刀具減少換刀次數以縮短設備停機準備時間，對于優化效率起到立竿見影的作用；又能降低勞動力需求，大幅度降低生產成本。與此同時，應對生產系統進行工藝改良，基于加工中心生產開發新的夾具系統，改善定位和裝夾的效率以壓縮輔助工時，從而滿足該批訂單的生產需要。

圖-1 端蓋零件圖
一、端蓋零件的加工工序
這批訂單的端蓋零件是二位五通電磁換向閥的主要元件，其材質為鋁合金，如圖-1 所示。由零件圖可見，鉆削工序的前道工序為車削工序，端蓋毛坯先經車床車削端蓋的頂面及底面，兩平面有較高的平行度要求。端蓋底面的?22H7 臺階孔與閥體裝配，其尺寸精度要求較高。端蓋頂面的?10H7/?12 臺階孔，亦經車削加工完成，其中
?10H7 沉頭孔處安裝閥芯。
經車床設備加工后的坯件需完成鉆削工序，?4.5/?9 臺階孔及M3 螺紋孔皆為安裝孔，?3 通孔則為氣道孔，該工序的主要工步內容見表-1。其中：為保證端蓋頂面安裝孔的位置精度，在鉆削前使用中心鉆打孔定位；?4.5 通孔及?9 臺階孔使用臺階鉆加工，市面上能買到合適尺寸的標準型號臺階鉆頭；M3 螺紋精度等級較高，且鋁合金坯料的塑性較強，可使用擠壓絲錐攻絲處理，既能解決工作工程中排屑困難問題，又能獲得較高的螺紋精度和表面粗糙度。
綜合分析端蓋零件工步內容、形位和尺寸要求，結合所選用VMC850 加工中心性能和關鍵技術指標，制定鉆削方案并編寫數控加工工藝卡表（表-1）如下：

二、夾具設計原理分析
為改善定位和裝夾的效率，充分發揮加工中心的效率優勢，現因應端蓋零件鉆削工步多，尺寸及形位精度較高的特點，著手改善其工裝夾具系統。要求新開發的夾具系統反應速度塊、操作簡易，定位精度高且有助于提高生產效率。
生產車間已經進行集中供氣系統改造，能不間斷地提供壓力穩定的高純度氣體，這為采用氣動夾具設計方案提供了必要的前提條件。
通過對零件圖（圖-1）進行工藝分析可知，先經車床車削的兩端面平行度要求高，針對該批零件而設計制作的氣動夾具，其底板作為支承板，能保證零件鉆削加工后各孔軸線與上基面的垂直度。車床加工的?22 H7/?24 臺階孔，可考慮與鑲嵌在底板上的?22g6 定位柱作間隙配合，以便于零件的安裝。為簡化夾具的設計制作過程，在設計氣缸時可因材制宜，利用氣缸元件端面限制零件的一個軸向轉動自由度。
傳統的加工工藝，定位裝夾的過程繁瑣復雜、生產效率低。進行氣動夾具設計時，優先考慮刀具集約加工原則，盡可能減少換刀次數，一次換刀完成多個零件的同一加工工步，即采用多工位設計思路。針對生產流程規劃和前道工序的產能狀況，結合鉆削工序處理設備
VMC850 加工中心的技術性能和參數，確定本夾具經一次裝夾，可加工 60 個端蓋零件。
綜上所述，在進行氣壓傳動夾具設計時，以保證零件的尺寸精度和形位精度為前提，采用多工位結構充分發揮加工中心的效率優勢，以“一面一芯一點”定位為核心設計思想。

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總結
采用傳統工裝夾具的生產方式，鉆削不同規格的安裝孔和氣道孔，需要頻繁更換鉆套和刃具。既需要大量的勞動力，而且生產效率低、工作強度大、加工尺寸精度差。熟練工人每處理一個端蓋零件平均耗時 15 分鐘，一名熟練工人每班只能生產 32 個零件。本案選用VMC850 加工中心，并配套多工位氣動夾具進行批量生產，經一次裝夾能加工 60 件端蓋零件。在提高裝定位精度和裝夾穩定性的同時，充分發揮加工中心設備加工效率高的特點，集約使用不同規格的刀具，極大地節省了輔助工時。在應用實踐階段進行工時測定，加工60 件端蓋零件僅需一小時，生產效率較以往提高了 10 多倍。
更為重要的是，根據原工藝條件制定生產計劃，12 臺普通鉆床安排三班，需 36 名工人輪班生產。生產 50000 件零件需耗時 44 天，高昂的勞動力成本削減了原本已顯微薄的利潤。而使用加工中心進行排產，6 名加工中心操作工安排三班，完成訂單任務僅需 18 天，人力成本僅為工藝改善前的 7%，節省了大量的勞動力。
綜上所述，利用 VMC850 加工中心資源推行批量生產模式，并在此基礎上進行裝夾工藝的改良，使生產效率得到大幅度的提升，既能保證按時交付訂單產品，又節省了大量的勞動力資源，并取得了良好的經濟效益。

標簽：加工中心

分類：加工中心

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