大型鑄件加工效率問題探討

張艷華+王大宇+董漢偉

摘 要：一些設備中大型鑄件加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。該文利用工序分析法對其生產工藝進行分析，將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序，并采用流水式分設備模式生產，輔以一種高剛性夾具減少工件裝夾與找正時間，可以將產品的生產周期由7 d降為3 d，滿足產品交貨期要求。

關鍵詞：大型鑄件 加工效率 工序分析 高剛性夾具

中圖分類號：TG24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0052-01

隨著社會的發展與科學技術的進步，客戶對于產品的交付速度提出較高要求。復雜鑄件作為設備的主要構件，屬于大型鑄件，其加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。本文主要以大型鑄件的加工問題為切入點，利用工序分析法對生產工藝進行分析，優化工藝方案，探討縮短其生產周期的方法。

1 產品工藝及特點

1.1 產品特點

鑄件毛坯重量達9 t，外形尺寸3.3 m×1.5 m×1 m，示意圖見圖1。加工內容包括六軸孔和七級減速結構。零件外形無可用加工基準，需劃線并焊接基準塊，人工制作加工基準。

1.2 工藝路線

該零件的主要加工路線為：劃線→鏜削→鉆→轉序，各工序對應加工設備及工時見表1。

根據整機產品生產周期要求，該零件的交付周期為3.5 d。從表1中各工序所需工時來看，時間最長的一道工序為鏜削工序，加工周期為8260 min（約7 d）。即使按照工序劃分進行流水線式儲備生產，由于其生產節拍中鏜削工序耗時較長，導致整機生產周期至少為7 d，鏜削工序成為影響交貨期的瓶頸工序。

2 方案探索與設計

為滿足3.5 d/件的交貨周期，要求整個工序的生產節拍少于3.5 d。然而現有生產節拍為7 d，生產現狀與目標周期差異較大，通過效率提升、刀具改善等方法無法解決。初步解決方案是對瓶頸工序進一步拆分，將一道大工序分解為若干個小工序，由不同機床分別完成相應小工序的加工任務，使產品流起來；減少瓶頸工序的作業時間，達到各工序間基本均衡的目的，最終使得生產節拍滿足交貨期要求。

基于以上原則，對鏜削工序進行拆分。經過仔細分析產品圖紙后，將上述鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序。經過現場試制，各工序的生產節拍均低于交貨期要求的4200 min，因此采用流水式分設備生產模式可以解決生產瓶頸問題。拆分后各工序對應加工設備及工時情況見表2。

3 問題分析與處理

3.1 問題

上述方案雖然解決了生產瓶頸問題，但工序拆分后的三道工序的工時總和為10290 min，高于拆分前的8260 min，導致工時成本增加了21%，影響產品利潤。

3.2 解決措施

經過對現場加工過程進行分析，發現零件的純加工作業時間與改善前基本持平（切削量與切削參數沒有變化），但每次轉換設備時產生了大量裝夾與找正時間，尤其是半精加工到精加工的轉換過程。

針對此問題，在對產品工藝特性進行分析后，設計了一款高剛性夾具。該高剛性夾具基本原理是將零件固定在夾具上，利用特殊設計的定位裝置，實現每次工序轉換時零件與夾具一起轉移，到下工序時僅需對夾具上的定位裝置校正坐標原點后即可進行加工。

4 夾具設計與驗證

4.1 夾具設計

高剛性夾具設計如圖2所示。夾具夾緊過程采用手動操作，輔助支撐采用液壓控制。定位銷經過滲碳處理，滲層深度0.8～1.2 mm，硬度HRC58～62，確保其具有一定的精度維持能力；支撐塊經淬火處理，硬度HRC58～62；吊鉤用于夾具轉運。

裝夾工件時利用工件上已加工完成的底面及兩個側面與夾具匹配找正，然后將工件上預先加工的工藝孔套入夾具體的定位銷，實現最終定位。裝夾時工件相關平面及工藝孔的位置精度是定位準確的前提。裝夾完成后采用機械夾緊與液壓夾緊相結合的方式進行夾緊固定，緊固過程方便快速。設備轉換需要對刀時，通過設置在夾具上表面上的對刀點實現快速找正。

4.2 效果驗證

工件利用高剛性夾具進行固定，并通過拆分后的工序路線進行加工。實踐證明可以顯著降低工件的裝夾與找正時間，提升工作效率，改進后各工序對應加工設備及工時情況見表3。鏜削工序總工時比改善前降低13.3%，達到了降低制造成本的目的。改善后工件的生產周期約為3 d，滿足了3.5 件/d的生產周期要求。

5 結語

針對產品交貨周期問題的解決方案為：①將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序；②采用流水式分設備模式生產；③設計了一種高剛性夾具，減少工件裝夾與找正時間。經過以上三點改進，使產品的生產周期由7 天降為3 天，滿足產品交貨期要求。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2] 李超.采煤機搖臂加工設備的柔性選擇[J].金屬加工（冷加工），2013（8）：25-26.

[3] 蔡學良，董漢偉.焊接組對工裝的研究與設計[J].煤礦機械，2012（6）.endprint

摘 要：一些設備中大型鑄件加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。該文利用工序分析法對其生產工藝進行分析，將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序，并采用流水式分設備模式生產，輔以一種高剛性夾具減少工件裝夾與找正時間，可以將產品的生產周期由7 d降為3 d，滿足產品交貨期要求。

關鍵詞：大型鑄件 加工效率 工序分析 高剛性夾具

中圖分類號：TG24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0052-01

隨著社會的發展與科學技術的進步，客戶對于產品的交付速度提出較高要求。復雜鑄件作為設備的主要構件，屬于大型鑄件，其加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。本文主要以大型鑄件的加工問題為切入點，利用工序分析法對生產工藝進行分析，優化工藝方案，探討縮短其生產周期的方法。

1 產品工藝及特點

1.1 產品特點

鑄件毛坯重量達9 t，外形尺寸3.3 m×1.5 m×1 m，示意圖見圖1。加工內容包括六軸孔和七級減速結構。零件外形無可用加工基準，需劃線并焊接基準塊，人工制作加工基準。

1.2 工藝路線

該零件的主要加工路線為：劃線→鏜削→鉆→轉序，各工序對應加工設備及工時見表1。

根據整機產品生產周期要求，該零件的交付周期為3.5 d。從表1中各工序所需工時來看，時間最長的一道工序為鏜削工序，加工周期為8260 min（約7 d）。即使按照工序劃分進行流水線式儲備生產，由于其生產節拍中鏜削工序耗時較長，導致整機生產周期至少為7 d，鏜削工序成為影響交貨期的瓶頸工序。

2 方案探索與設計

為滿足3.5 d/件的交貨周期，要求整個工序的生產節拍少于3.5 d。然而現有生產節拍為7 d，生產現狀與目標周期差異較大，通過效率提升、刀具改善等方法無法解決。初步解決方案是對瓶頸工序進一步拆分，將一道大工序分解為若干個小工序，由不同機床分別完成相應小工序的加工任務，使產品流起來；減少瓶頸工序的作業時間，達到各工序間基本均衡的目的，最終使得生產節拍滿足交貨期要求。

基于以上原則，對鏜削工序進行拆分。經過仔細分析產品圖紙后，將上述鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序。經過現場試制，各工序的生產節拍均低于交貨期要求的4200 min，因此采用流水式分設備生產模式可以解決生產瓶頸問題。拆分后各工序對應加工設備及工時情況見表2。

3 問題分析與處理

3.1 問題

上述方案雖然解決了生產瓶頸問題，但工序拆分后的三道工序的工時總和為10290 min，高于拆分前的8260 min，導致工時成本增加了21%，影響產品利潤。

3.2 解決措施

經過對現場加工過程進行分析，發現零件的純加工作業時間與改善前基本持平（切削量與切削參數沒有變化），但每次轉換設備時產生了大量裝夾與找正時間，尤其是半精加工到精加工的轉換過程。

針對此問題，在對產品工藝特性進行分析后，設計了一款高剛性夾具。該高剛性夾具基本原理是將零件固定在夾具上，利用特殊設計的定位裝置，實現每次工序轉換時零件與夾具一起轉移，到下工序時僅需對夾具上的定位裝置校正坐標原點后即可進行加工。

4 夾具設計與驗證

4.1 夾具設計

高剛性夾具設計如圖2所示。夾具夾緊過程采用手動操作，輔助支撐采用液壓控制。定位銷經過滲碳處理，滲層深度0.8～1.2 mm，硬度HRC58～62，確保其具有一定的精度維持能力；支撐塊經淬火處理，硬度HRC58～62；吊鉤用于夾具轉運。

裝夾工件時利用工件上已加工完成的底面及兩個側面與夾具匹配找正，然后將工件上預先加工的工藝孔套入夾具體的定位銷，實現最終定位。裝夾時工件相關平面及工藝孔的位置精度是定位準確的前提。裝夾完成后采用機械夾緊與液壓夾緊相結合的方式進行夾緊固定，緊固過程方便快速。設備轉換需要對刀時，通過設置在夾具上表面上的對刀點實現快速找正。

4.2 效果驗證

工件利用高剛性夾具進行固定，并通過拆分后的工序路線進行加工。實踐證明可以顯著降低工件的裝夾與找正時間，提升工作效率，改進后各工序對應加工設備及工時情況見表3。鏜削工序總工時比改善前降低13.3%，達到了降低制造成本的目的。改善后工件的生產周期約為3 d，滿足了3.5 件/d的生產周期要求。

5 結語

針對產品交貨周期問題的解決方案為：①將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序；②采用流水式分設備模式生產；③設計了一種高剛性夾具，減少工件裝夾與找正時間。經過以上三點改進，使產品的生產周期由7 天降為3 天，滿足產品交貨期要求。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2] 李超.采煤機搖臂加工設備的柔性選擇[J].金屬加工（冷加工），2013（8）：25-26.

[3] 蔡學良，董漢偉.焊接組對工裝的研究與設計[J].煤礦機械，2012（6）.endprint

摘 要：一些設備中大型鑄件加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。該文利用工序分析法對其生產工藝進行分析，將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序，并采用流水式分設備模式生產，輔以一種高剛性夾具減少工件裝夾與找正時間，可以將產品的生產周期由7 d降為3 d，滿足產品交貨期要求。

關鍵詞：大型鑄件 加工效率 工序分析 高剛性夾具

中圖分類號：TG24 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）06（b）-0052-01

隨著社會的發展與科學技術的進步，客戶對于產品的交付速度提出較高要求。復雜鑄件作為設備的主要構件，屬于大型鑄件，其加工量大，生產周期長，影響整機交貨周期，成為生產瓶頸。本文主要以大型鑄件的加工問題為切入點，利用工序分析法對生產工藝進行分析，優化工藝方案，探討縮短其生產周期的方法。

1 產品工藝及特點

1.1 產品特點

鑄件毛坯重量達9 t，外形尺寸3.3 m×1.5 m×1 m，示意圖見圖1。加工內容包括六軸孔和七級減速結構。零件外形無可用加工基準，需劃線并焊接基準塊，人工制作加工基準。

1.2 工藝路線

該零件的主要加工路線為：劃線→鏜削→鉆→轉序，各工序對應加工設備及工時見表1。

根據整機產品生產周期要求，該零件的交付周期為3.5 d。從表1中各工序所需工時來看，時間最長的一道工序為鏜削工序，加工周期為8260 min（約7 d）。即使按照工序劃分進行流水線式儲備生產，由于其生產節拍中鏜削工序耗時較長，導致整機生產周期至少為7 d，鏜削工序成為影響交貨期的瓶頸工序。

2 方案探索與設計

為滿足3.5 d/件的交貨周期，要求整個工序的生產節拍少于3.5 d。然而現有生產節拍為7 d，生產現狀與目標周期差異較大，通過效率提升、刀具改善等方法無法解決。初步解決方案是對瓶頸工序進一步拆分，將一道大工序分解為若干個小工序，由不同機床分別完成相應小工序的加工任務，使產品流起來；減少瓶頸工序的作業時間，達到各工序間基本均衡的目的，最終使得生產節拍滿足交貨期要求。

基于以上原則，對鏜削工序進行拆分。經過仔細分析產品圖紙后，將上述鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序。經過現場試制，各工序的生產節拍均低于交貨期要求的4200 min，因此采用流水式分設備生產模式可以解決生產瓶頸問題。拆分后各工序對應加工設備及工時情況見表2。

3 問題分析與處理

3.1 問題

上述方案雖然解決了生產瓶頸問題，但工序拆分后的三道工序的工時總和為10290 min，高于拆分前的8260 min，導致工時成本增加了21%，影響產品利潤。

3.2 解決措施

經過對現場加工過程進行分析，發現零件的純加工作業時間與改善前基本持平（切削量與切削參數沒有變化），但每次轉換設備時產生了大量裝夾與找正時間，尤其是半精加工到精加工的轉換過程。

針對此問題，在對產品工藝特性進行分析后，設計了一款高剛性夾具。該高剛性夾具基本原理是將零件固定在夾具上，利用特殊設計的定位裝置，實現每次工序轉換時零件與夾具一起轉移，到下工序時僅需對夾具上的定位裝置校正坐標原點后即可進行加工。

4 夾具設計與驗證

4.1 夾具設計

高剛性夾具設計如圖2所示。夾具夾緊過程采用手動操作，輔助支撐采用液壓控制。定位銷經過滲碳處理，滲層深度0.8～1.2 mm，硬度HRC58～62，確保其具有一定的精度維持能力；支撐塊經淬火處理，硬度HRC58～62；吊鉤用于夾具轉運。

裝夾工件時利用工件上已加工完成的底面及兩個側面與夾具匹配找正，然后將工件上預先加工的工藝孔套入夾具體的定位銷，實現最終定位。裝夾時工件相關平面及工藝孔的位置精度是定位準確的前提。裝夾完成后采用機械夾緊與液壓夾緊相結合的方式進行夾緊固定，緊固過程方便快速。設備轉換需要對刀時，通過設置在夾具上表面上的對刀點實現快速找正。

4.2 效果驗證

工件利用高剛性夾具進行固定，并通過拆分后的工序路線進行加工。實踐證明可以顯著降低工件的裝夾與找正時間，提升工作效率，改進后各工序對應加工設備及工時情況見表3。鏜削工序總工時比改善前降低13.3%，達到了降低制造成本的目的。改善后工件的生產周期約為3 d，滿足了3.5 件/d的生產周期要求。

5 結語

針對產品交貨周期問題的解決方案為：①將產品工藝路線中的鏜削工序拆分為粗鏜、半精鏜、精鏜三個小工序；②采用流水式分設備模式生產；③設計了一種高剛性夾具，減少工件裝夾與找正時間。經過以上三點改進，使產品的生產周期由7 天降為3 天，滿足產品交貨期要求。

參考文獻

[1] 成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2002.

[2] 李超.采煤機搖臂加工設備的柔性選擇[J].金屬加工（冷加工），2013（8）：25-26.

[3] 蔡學良，董漢偉.焊接組對工裝的研究與設計[J].煤礦機械，2012（6）.endprint