鉆斜油孔工藝優(yōu)化和工序縮減方案

霍睿，郝鵬，尚劍平

陜西法士特齒輪有限責(zé)任公司 陜西寶雞 722409

1 序言

加裝緩速器的客車變速器中，“蝴蝶狀”后軸承蓋（見圖1）作為連接變速器和緩速器的重要組成部分，需要鉆20倍徑斜油孔，需要設(shè)計(jì)5°角度專用斜夾具（見圖2），將需要鉆的油孔位置平行于機(jī)床Z軸，使用啄鉆進(jìn)行加工，加工效率較低，平均加工一個油孔需要4min。

圖1 后軸承蓋

圖2 專用斜夾具

原有生產(chǎn)線使用的是立式加工中心和臥式加工中心，由于油孔的存在，導(dǎo)致原有“一正一反”的立式加工工序需要增加一道鉆油孔工序以及一套斜夾具，因此增加了一臺加工設(shè)備的投入，多一次零件裝夾。

針對以上問題，通過工藝試驗(yàn)，引進(jìn)角度頭加工油孔，并對原有刀具進(jìn)行優(yōu)化，從而減少設(shè)備的投入，提高加工效率。

2 角度頭的使用

想要減少后軸承蓋生產(chǎn)線加工單元的投入，則必須減少工序數(shù)量，使兩工序夾具裝夾在一個立式加工工作臺上，優(yōu)化后的工序如圖3所示，單獨(dú)存在的鉆油孔工序就成為工序優(yōu)化、縮短的主要突破口。然而由于立式加工中心不像臥式加工中心甚至多軸加工中心那樣，可以隨意變換角度，所以立式加工中心一般會使用專用的夾具，使想要加工的斜油孔平行或者垂直于立式加工中心的Z軸[1]。

圖3 優(yōu)化后的工序

由于后軸承蓋所有油孔的角度均為5°，是一個統(tǒng)一的角度，因此成為工序優(yōu)化、角度頭（見圖4）使用的重要前提之一。

圖4 角度頭

根據(jù)前期設(shè)計(jì)的液壓夾具對于零件定位的方向，確定5°角度在立式加工中心的Y軸加工，通過Z軸和Y軸聯(lián)動加工。設(shè)計(jì)專用的角度頭定位塊（見圖5），將角度頭的5°限定在Y軸方向。在設(shè)計(jì)角度頭結(jié)構(gòu)時，還要考慮機(jī)床換刀和刀具在刀庫中的擺放姿態(tài)，盡量避免大刀具設(shè)置和撞刀的風(fēng)險(xiǎn)。

圖5 角度頭定位塊

注意事項(xiàng)：要考慮刀具在機(jī)床內(nèi)的裝夾方向和零件的加工方向，可以通過改變夾具在機(jī)床內(nèi)部的放置方向，調(diào)整刀具在機(jī)床刀架上的位置和方向，從而避免大刀具設(shè)置，減小刀庫使用時數(shù)量不足的壓力。角度頭裝夾如圖6所示。

圖6 角度頭裝夾

3 刀具優(yōu)化

生產(chǎn)線原有刀具方案為使用20倍徑的高速鋼刀具，采用啄鉆形式加工，進(jìn)給速度低，抬刀循環(huán)次數(shù)較多（25次），且刀具耐磨性差，刀具經(jīng)常因?yàn)榱慵毕莺偷毒吣p等原因而斷裂，導(dǎo)致零件及刀具報(bào)廢，增加加工成本。

為了提高效率，進(jìn)一步優(yōu)化角度頭的使用效果，試驗(yàn)采用一款類似于原工藝刀具的進(jìn)口合金刀具（118°鉆尖角鉆頭，見圖7），加工效率明顯提高。但是由于進(jìn)口鉆頭本身的剛性與硬度極高，需要機(jī)床的精度較高，同時也需要大的中心出水壓力（3MPa以上）配合排屑，而車間的機(jī)床中心出水壓力均＜1.5MPa，因此經(jīng)常會出現(xiàn)刀具斷裂現(xiàn)象。進(jìn)口刀具采購成本較高，采購周期較長，發(fā)生斷裂時造成的損失也比較大，車間生產(chǎn)成本較高。

圖7 118°鉆尖角鉆頭

查看生產(chǎn)線刀具使用情況，發(fā)現(xiàn)刀具磨損的主要部位為刀尖，刀尖磨損較快，導(dǎo)致?lián)Q刀頻繁甚至斷刀。118°鉆尖角鉆頭受到的徑向鉆削力較大，軸向鉆削力較小，使得鉆頭可以有較高的進(jìn)給速度[2]；用于延展性較高的材料比如鋁合金加工，性價比較好。140°鉆尖角鉆頭（見圖8）受力情況如圖9所示，受到的徑向鉆削力較小，鉆頭的進(jìn)給速度不宜過高，而加工此斜油孔特征的速度不是很高，因此首先試驗(yàn)了一款進(jìn)口鉆頭，雖然刀具壽命和切削效率有明顯的提高，但是易斷刀，造成很大的成本浪費(fèi)。

圖8 140°鉆尖角鉆頭

圖9 鉆頭受力情況

考慮刀具性價比與制造周期，我公司與國產(chǎn)刀具廠家共同優(yōu)化并制造了鉆尖角為140°的20倍徑合金鉆頭，用于QT500-7球磨鑄鐵斜孔加工，經(jīng)過試驗(yàn)，加工效率為進(jìn)口刀具的2/3，但是刀具成本僅為進(jìn)口刀具的1/6。

各種刀具的性能及存在的問題對比見表1。

表1 各種刀具的性能及存在的問題對比

4 優(yōu)化前后工藝性能比較

工藝優(yōu)化后的加工實(shí)況如圖10所示。經(jīng)連續(xù)加工驗(yàn)證，新工藝方案使用角度頭和140°國產(chǎn)20倍徑合金內(nèi)冷鉆頭，加工穩(wěn)定，相比原工藝方案，鉆油孔加工節(jié)拍由4.5min縮短至1min，零件加工效率為優(yōu)化前的4倍多，工序數(shù)由原來的3序縮減為2序，機(jī)床使用數(shù)量由原來的2臺立式加工中心減少為1臺立式加工中心，刀具壽命由一把刀具加工50件工件提高到了180件，同時解決了工序加工時間不匹配導(dǎo)致的設(shè)備資源浪費(fèi)問題[3]。

圖10 工藝優(yōu)化后的加工實(shí)況

5 結(jié)束語

角度頭的合理運(yùn)用及刀具的優(yōu)化，推進(jìn)了加工單元的優(yōu)化，使后軸承蓋生產(chǎn)線加工單元減少了1臺立式加工中心的投入，為小批量多品種生產(chǎn)模式的生產(chǎn)車間節(jié)省了設(shè)備投入，并且減少了操作人員搬運(yùn)和裝卸零件的次數(shù)，降低了勞動強(qiáng)度，同時也減少了零件因?yàn)榘徇\(yùn)和裝卸而產(chǎn)生的磕碰風(fēng)險(xiǎn)。