2011000552_大批量生产中磨加工工序的探讨

大批量生产中磨加工工序的探讨

零件加工工艺的选择、设计与设备有着密不可分的联系：工艺的选用要符合现有设备的状态，也要根据采购设备的性能，而设备的采购要依据初始的工艺要求，结合投资、产能规划，进行比较、选用，为工艺的确定提供基础，两者之间是关联、互动的。零件的整个加工工艺是这样，其中的单个工序也同样如此。

零件加工设备的采购除了要考虑设备满足产品精度的要求，还要考虑设备的节拍、设备间的连线及布局、设备间的节拍平衡、换型零件加工的切换、增量后设备的增添等，其中，设备的节拍是设备选用、工艺工序确定的重要因素。在中小批量生产中，在满足产能要求的基础上，主要考虑工艺流程的简化从而采用较少种类的设备加工多种零件，这就要求在同一工序中完成尽可能多的加工内容，选用的设备要求柔性化较高以满足零件的共线生产。而在大批量生产中，一般一台甚至几台设备用于单一零件的某一工序，因此在考虑上述因素的基础上更要考虑整体的加工节拍，有时需要牺牲柔性来换取高节拍、拆分工艺来获取高节拍。下面结合X44F 项目的轴类零件磨加工工序进行分析。

X44F 项目中有4根轴：相对复杂的外输入轴和相对常规的内输入轴、输出轴1267、输出轴345R ，首期产量规划为30万，换算成单件节拍为57.6秒。这几个零件都有磨加工工序，由于现在发展较快，出现了多种形式的磨床，加上各个厂家的思路不同，因此得出的加工方案有较大的差异，包括装夹定位、节拍等。

首先是外输入轴，结构和加工部位如图1所示。

由图可知，共需加工5档轴颈、3处端面、5档内孔及成形槽，基准是加工完的两处轴颈B-C ，其余对基准分别有不同的跳动要求。考虑到后续的齿轮热后加工及热后齿轮的变形，希望用大齿轮的节圆定位。供应商JUNKER 、USACH 、BUDERUS 的方案如表1所示。

表1

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图2

图2所示为JUNKER 方案示意图，分3步加工，主要以中心孔及加工后的轴颈配合中心架定位，采用组合的CBN 砂轮分别磨削轴颈、内孔。其采用一台3工位的机床完所有内容，相当于3台机床组合起来的专机，占地相比常规机床较大。由上可知，该方案的加工部位间精度可以得到保证，只是没有以大齿轮节圆定位，将影响大齿轮与加工部位的位置关系，从而影响后续的齿轮硬加工。另外第3步中仍用中心孔定位一端可能降低非重要部位加工的精度。从节拍看，由于采用组合砂轮同时磨削轴颈或一侧内孔，速度较快，其1台设备即可满足30万产能。

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图4

图3、4所示为USACH 方案示意图，分2道工序加工，以中心孔、大齿轮节圆及加工后的轴颈、内孔配合中心架定位，采用单个CBN 砂轮分别磨削轴颈、内孔，其中第一台机床完成了主要部位的加工。由上可知，该方案的加工部位间精度可以得到保证，而且首先以大齿轮节圆定位，从而保证了大齿轮与加工部位的位置关系及后续的齿轮硬加工。另外第2序第一步中仍用中心孔定位一端可能降低非重要部位加工的精度。从节拍看，由于逐一磨削各部位，因此整体较慢，各工序各需2台设备才可满足30万产能。

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图5

图5所示为Buderus 方案示意图，分2道工序加工，以大齿轮节圆和加工后的轴颈、内孔配合中心架定位，主要采用单个普通砂轮分别磨削轴颈、内孔，其中第一台机床完成了主要部位的加工。由上可知，该方案的加工部位间精度可以得到保证，其同样先以大齿轮节圆定位，从而保证了大齿轮与加工部位的位置关系及后续的齿轮硬加工。此外，它使用加工过的轴颈、内孔定位，保证了各部位的精度，也避免了中心孔质量的影响。从节拍看，其切削时间与USACH 差不多，但由于采用了普通砂轮，因此所需的砂轮修整等辅助时间较长，因此整体最慢，各工序分别需3台和2台设备才可满足30万产能。

综上，由于该零件结构较复杂，加工部位较多，如要求一道工序（一步）完成，将使机床复杂化甚至无法设计，同时也将影响加工节拍，因此将加工分拆为几步是可取的。受各自技术所限，3家供应商方案不尽相同，比较3种方案，虽然JUNKER 的节拍最快，但其加工定位方式存在风险，而Buderus 的定位方式虽然最优，但其节拍最慢，而USACH 加工定位方式符合要求，节拍相对Buderus 也有优势，因此USACH 的方案相对最好。

接着进行零件内输入轴、输出轴1267、输出轴345R 磨削加工的工序分析。该3种零件如图6、7、8所示，主要加工齿轮两侧的轴颈（包括倒角、轴颈间的过渡圆弧）、端面，其基准都是两中心孔。由于相对常规，在此对两种典型的方案进行分析。供应商JUNKER 、DANOBA T 的方案如表2所示。

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图8

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表2

图9

图9为DANOBA T 方案示意图。3种零件都在一道工序中即一台机床上实现所有部位的加工，其都是以中心孔定位、驱动，采用2个片状CBN 砂轮分别依次磨削齿轮两侧的各档轴颈、端面、花键外径以及窄砂轮磨削凹槽外径，机床型号及主要配置相同。由于机床、片状砂轮相同，可以很方便地在同一台机床上切换加工另一种零件，而且该砂轮也适用与其它类似的零件，柔性较高。也正因为这种加工方式，导致其加工节拍较长，每种零件各需3台机床才能满足产能。

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图10

图10为JUNKER 方案示意图。每种零件均分2道工序完成，也都是以中心孔定位、驱动，其中内输入轴按加工内容分为端面和轴颈加工，先用组合砂轮同时磨削齿轮两侧端面，再用组合砂轮同时磨削各档轴颈。而输出轴由于要磨削花键外径，故按齿轮左右两侧分开加工，第1道序为双工位，采用两组组合砂轮同时分别磨削2个零件的一侧轴颈、花键外径及端面，第2序磨削另一侧的轴颈、端面。内输入轴、输出轴的各道工序分别采用不同型号的机床，砂轮是按零件结构、尺寸定制的，因此在一台机床上切换加工另一种零件比较麻烦，加工其它类似零件时还需添置相应的砂轮，因此柔性较差。由于采用组合砂轮同时加工，因此该方案的节拍较快，各工序只需38秒，每种零件各需2台机床就可满足产能。

以上是这类零件的两种典型加工方案，一种是柔性较高的点磨方式，一种是节拍较快的组合砂轮同时磨削同类型部位的方式。在大批量生产中，考虑机床性能时，节拍要优先于柔性，节拍较快意味着可减少设备数量及投资等，因此类似JUNKER 这种方案较好。

以上对四种零件的磨削加工工序方案进行了分析，可见对应某一工序，往往有较多设备方案，这都影响着设备规划、投资等，因此，结合产量等因素，合理地选用加工设备也意味着选取了合理的工艺。

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