前言
现承接了一批企业订单,该批订单要求在一个月时间内,交付二位五通双电控电磁阀的端盖零件五万件。根据原有的工艺条件,该零 件的钻削工序使用普通钻床处理,利用预制的定位模定位装夹,进行 钻削加工。该工序加工处理时间短、辅助准备时间长,工人劳动强度大,生产效率低。基于生产经验进行工时间核定,熟练工人处理一个 零件需时 15 分钟,平均每班只能生产 32 个零件。生产系统现有 12
台钻床,开设三班的情况下,月产量约为 34500 件。订单交期紧迫、生产批量大、设备资源限制及工艺条件较为落后等因素,使得生产部门不能实现如期交货。
对该批零件进行工艺分析后发现:因生产模式较为落后,工人在加工过程中需要对零件进行频繁的定位和装夹,辅助工时占额定工时的比例极大;此外,钻模、钻套的磨损影响加工精度及生产稳定性。 基于上述分析,充分利用处理效率高的 VMC850 加工中心资源推行批量生产模式,既能集约使用刀具减少换刀次数以缩短设备停机准备时间,对于优化效率起到立竿见影的作用;又能降低劳动力需求,大幅度降低生产成本。与此同时,应对生产系统进行工艺改良,基于加工中心生产开发新的夹具系统,改善定位和装夹的效率以压缩辅助工时,从而满足该批订单的生产需要。
图-1 端盖零件图
一、端盖零件的加工工序
这批订单的端盖零件是二位五通电磁换向阀的主要元件,其材质为铝合金,如图-1 所示。由零件图可见,钻削工序的前道工序为车削工序,端盖毛坯先经车床车削端盖的顶面及底面,两平面有较高的平行度要求。端盖底面的?22H7 台阶孔与阀体装配,其尺寸精度要求较高。端盖顶面的?10H7/?12 台阶孔,亦经车削加工完成,其中
?10H7 沉头孔处安装阀芯。
经车床设备加工后的坯件需完成钻削工序,?4.5/?9 台阶孔及M3 螺纹孔皆为安装孔,?3 通孔则为气道孔,该工序的主要工步内容见表-1。其中:为保证端盖顶面安装孔的位置精度,在钻削前使用中心钻打孔定位;?4.5 通孔及?9 台阶孔使用台阶钻加工,市面上能买到合适尺寸的标准型号台阶钻头;M3 螺纹精度等级较高,且铝合金坯料的塑性较强,可使用挤压丝锥攻丝处理,既能解决工作工程中排屑困难问题,又能获得较高的螺纹精度和表面粗糙度。
综合分析端盖零件工步内容、形位和尺寸要求,结合所选用VMC850 加工中心性能和关键技术指标,制定钻削方案并编写数控加工工艺卡表(表-1)如下:
二、夹具设计原理分析
为改善定位和装夹的效率,充分发挥加工中心的效率优势,现因应端盖零件钻削工步多,尺寸及形位精度较高的特点,着手改善其工 装夹具系统。要求新开发的夹具系统反应速度块、操作简易,定位精度高且有助于提高生产效率。
生产车间已经进行集中供气系统改造,能不间断地提供压力稳定的高纯度气体,这为采用气动夹具设计方案提供了必要的前提条件。
通过对零件图(图-1)进行工艺分析可知,先经车床车削的两端面平行度要求高,针对该批零件而设计制作的气动夹具,其底板作为支承板,能保证零件钻削加工后各孔轴线与上基面的垂直度。车床加工的?22 H7/?24 台阶孔,可考虑与镶嵌在底板上的?22g6 定位柱作间隙配合,以便于零件的安装。为简化夹具的设计制作过程,在设计气缸时可因材制宜,利用气缸元件端面限制零件的一个轴向转动自由度。
传统的加工工艺,定位装夹的过程繁琐复杂、生产效率低。进行气动夹具设计时,优先考虑刀具集约加工原则,尽可能减少换刀次数, 一次换刀完成多个零件的同一加工工步,即采用多工位设计思路。针对生产流程规划和前道工序的产能状况,结合钻削工序处理设备
VMC850 加工中心的技术性能和参数,确定本夹具经一次装夹,可加工 60 个端盖零件。
综上所述,在进行气压传动夹具设计时,以保证零件的尺寸精度和形位精度为前提,采用多工位结构充分发挥加工中心的效率优势, 以“一面一芯一点”定位为核心设计思想。
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总结
采用传统工装夹具的生产方式,钻削不同规格的安装孔和气道孔,需要频繁更换钻套和刃具。既需要大量的劳动力,而且生产效率低、工作强度大、加工尺寸精度差。熟练工人每处理一个端盖零件平均耗时 15 分钟,一名熟练工人每班只能生产 32 个零件。本案选用VMC850 加工中心,并配套多工位气动夹具进行批量生产,经一次装夹能加工 60 件端盖零件。在提高装定位精度和装夹稳定性的同时, 充分发挥加工中心设备加工效率高的特点,集约使用不同规格的刀具,极大地节省了辅助工时。在应用实践阶段进行工时测定,加工60 件端盖零件仅需一小时,生产效率较以往提高了 10 多倍。
更为重要的是,根据原工艺条件制定生产计划,12 台普通钻床安排三班,需 36 名工人轮班生产。生产 50000 件零件需耗时 44 天, 高昂的劳动力成本削减了原本已显微薄的利润。而使用加工中心进行排产,6 名加工中心操作工安排三班,完成订单任务仅需 18 天,人力成本仅为工艺改善前的 7%,节省了大量的劳动力。
综上所述,利用 VMC850 加工中心资源推行批量生产模式,并在此基础上进行装夹工艺的改良,使生产效率得到大幅度的提升,既 能保证按时交付订单产品,又节省了大量的劳动力资源,并取得了良 好的经济效益。
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