光電金屬外殼機械加工效率提升研究

郭力 汪廣擴 李虎

摘 要：本文以光電金屬外殼機械加工效率提升為題，通過厘清一類典型外殼機械加工各工序，分析影響加工時間的各種因素，提出一些效率提升方案，以期能夠為當前國內光電金屬外殼機械加工企業提升生產效率和產品質量提供一定的理論和實踐參考。

關鍵詞：光電金屬外殼; 生產管理;效率提升

0引言

光電金屬外殼機械加工屬于傳統的機械加工一類，但因該類外殼通常需要與玻璃光窗氣密性封接，此后在裝載芯片后還需要與金屬底座氣密性封接，這就要求光電金屬外殼在材料選用、加工精度以及外觀要求等方面要不同于普通機械加工零件，本文以一款TO類光電金屬外殼為例，通過對影響生產效率的各項因素加以分析，經過對工序的梳理，確保機床在開機時間內能夠得到最大化的應用，最終提升產品的生產效率。

1光電金屬外殼機械加工案例分析

圖1為典型的光電金屬外殼底座，該類底座一般采用可伐（4J29）材料加工，材料較薄，表面光潔度、平面度要求高且20顯微鏡觀察不能有毛刺;圖2為與底座匹配的金屬管帽，結構相對簡單，但由于后續需要與玻璃光窗氣密性封接，所以對管帽毛刺、缺損等外觀要求非常高，本文重點分析TO金屬底座的加工。

1.1生產耗時分析

光電金屬外殼生產耗時包含內容較多，主要包含工藝編制時間、等待時間、機床加工時間、后續處理時間、檢驗及質量問題處置時間;優化加工工藝、降低等待消耗、準確制定機床加工時間是縮短產品加工周期的關鍵因素。

1.1.1優化加工工藝

新產品工藝編制首先要分析圖紙，遍歷整個加工環節，計算工序尺寸及公差，剔除不必要的加工工序，原材料的選購要便捷、加工余量盡量小。在編制工藝時，要與設計圖紙的需求和規范進行對照，如果發現設計圖紙內容要求遠高于實際的加工能力，要在生產加工前與設計人員溝通解決矛盾，確定設計方案和工序后，要將加工生產可能會用到的一些特殊工具、刀具提前準備好，以免出現長時間的機床待機情況;最后還要對每個工序中的技術都要核驗、然后選擇適合的檢驗途徑，編制好數控程序。例如前述的TO金屬底座，按一般的工藝思路，工藝流程圖如圖3所示，但由于光電金屬外殼對孔的高精度要求，單件加工效率較低，且在普通鉆床上鉆孔后續去毛刺工序就非常復雜;圖4為優化后的工藝流程圖。

按優化前的工藝，如圖5所示，由鉆模定位，人工采用鉆床逐個鉆孔;將單件加工方式改為利用互換性夾具批量加工，如圖6所示，裝夾時間約為10分鐘，一個人可以同時操作3-4臺機床，且裝夾過程中不消耗機床等待時間，通過改進后每人每天產能比單件裝夾提高了8-10倍，單件加工成本可降低80%以上。

工藝在執行階段，如果遇到新技術或者工藝環節的引進，或者是生產環境發生了轉變，出現了新材料或者更為科學的設備等，都要求及時對工藝規程進行修訂和完善。因此在工藝運行過程中，對于能夠確定的內容要合理調整，以提高生產效率。一旦產品定型，要留存工藝文件和加工程序以便后續生產調用，老產品的工藝文件要擬定專門制度加以管理，一方面下次生產調用可提高效率，同時也要避免后續技術狀態帶來的質量風險。

1.2科學管理降低等待消耗

在確定加工工藝后，如果立即投入生產，在生產過程中不間斷，那將是比較好的生產狀態，但在實際生產過程中都存在大量的時間浪費，例如無原材料需采購原材料，材料購回后下料到生產現場還需一定的轉運時間，又如車間沒有空間也沒有條件為每一個操作者配備足夠的工具和設備，在眾多員工都需要用到某一個工具或者設備時，一個員工在操作，其他的員工便只能等待。

降低等待消耗是提高生產效率的重要方法，采用6S現場管理等方法以及經典工業工程（IE）改善的ECRS四大原則—取消、合并、調整順序、簡化;除掉不必要的步驟和重復步驟，整合作業過程重新配置，改變作業的順序使作業單純化，改進現有的工序，從而增加新型高效的工序環節，改善細微順序來省去浪費;在實際工作中要堅持利用實踐來優化理論，用理論來推動實踐，最終更好的提高生產效率。

1.3 準確制定機床加工時間

機床加工時間等同于數控機床顯示的時間，是從開機后到關機之間的機床工作時間;加工過程耗費的輔助時間，具體是指員工將材料放置到數控機床，以及一系列的正機進刀、停機退刀、測量、清理殘屑等輔助操作，這些輔助工作不可避免，由此產生了大量的機床加工工作輔助時間耗費，合理選擇切削用量三要素（ 切削速度、進給量、吃刀量）對加工工時影響較大，對此詳細統籌和計算，對提高生產效率有重要意義。

1.3.1切削速度的選擇

數控設備配備多工位刀塔或動力刀塔，具有廣泛的加工工藝性能，并在復雜零件的批量生產中發揮了良好的經濟效果，數控設備加工，設定的切削速度是加工時間的關鍵因素，而零件結構、零件材料、數控機床性能、刀具質量都對切削速度有直接影響。為縮短加工時間，切削速度固然越快越好，但是切削速度越快，產生的熱量越高，相應的刀具壽命便會受到影響，另外，切削速度太快零件的表面狀態、產品精度可能無法滿足要求，長期的設備運轉，如果無法調整出合適的切削速度，刀具損耗加快，一方面造成成本上升，另一方面也會對產品質量造成影響。

如上述TO底座，如果為常規鋁合金材料加工，采用高速整體硬質合金鉆花刀具，切削速度低于90mm/min，如果采用相同的切削速度加工可伐件，則會鉆尖磨損過快，甚至出現崩刀、斷刀，零件質量極不穩定，且刀具成本過高。實踐表明，采用高速整體硬質合金鉆花刀具，切削速度必須高于150mm/min（一般選擇在170-200mm/min），否則其表面粗糙度和尺寸的穩定性不高，刀具的耐用程度下降。

1.3.2進給量的選擇

相比切削速度對切削熱量的影響，進給量的影響要稍低一些，而與進給量相關的因素為切削力和加工精度，因此實際工作過程中的進給量和轉速數值并非完全意義上的反比關系。如果切削力小或者加工精度低，便能適當的提升進給量，反之亦然。由此可知，在相同的加工條件下，已知某個尺寸的零件直徑進給量，便可推出其他尺寸零件的進給量。為了縮短加工時間，提高效率，粗加工時應選用較大的進給量;為了保證表面質量及加工精度精加工時應選用較小的進給量。

如上述TO底座，如果為常規鋁合金材料加工，采用高速整體硬質合金鉆花刀具，進給速度為80mm/min時，進給量為0.1mm/r時，如果采用相同的進給量加工可伐件，則會因為過大的進給速度導致切削刃破壞甚至刀具折斷。實踐表明，采用高速整體硬質合金鉆花刀具，進給量必須小于0.05mm/r，否則加工面容易出現震紋，也會導致排屑不暢引起表面纏傷以及凹坑和斑點。

1.3.3吃刀量的選擇

吃刀量是指的一種垂直距離，衡量的對象是已經加工和沒有加工的兩個表面距離。粗加工時，余量不大，一次走刀切除多余的材料，只留下精加工余量;余量太大，可分多次切削，但第一次的背吃刀量盡可能大。粗加工后留下的余量，精加工時應一次進給切削完成。

光電金屬外殼對吃刀量的選擇尤為重要，上述TO底座的吃刀量需要小于0.1mm，否則會引起加工面的粗糙度不均勻，邊緣處的毛刺飛邊過大，甚至會引起變形。

1.4 提高檢驗及質量問題處置效率

任何企業都難以做到產品零缺陷，特別是光電金屬外殼，在設備運轉加工過程中，會出現諸如產品外觀、尺寸不符合標準被退回要求返修的情況，機械加工過程實際是對零件局部擠壓、切削的過程，即便在工藝過程中進行了預防控制措施按公差范圍內加工，但機械加工零件尺寸較多，加工過程仍會因為工裝等因素造成零件不同程度的變形和回彈，從而導致尺寸的超差，特別是以多品種少批量定制加工為主的機械加工企業，由于交期、成本等原因無法對所有零件以及所有圖紙標注的所有尺寸進行嚴格的過程控制，造成在生產后仍被檢出部分尺寸略微超差的情況。

一般情況，光電金屬外殼都是采用10倍—20倍顯微鏡觀察毛刺、缺損等質量問題，毛刺多見于孔內，缺損棱邊;在零件加工前機械加工企業應與用戶溝通重要尺寸，要求客戶方提供檢驗圖紙或約定統一的尺寸檢驗規范，根據重要程度各類產品的尺寸標準制定上應分級對待。此外，在外觀檢驗標準方面，不能依據“無毛刺”、“無劃痕”、“無缺陷”、“無色差”等模棱兩可的表述，一般情況盡量量化相關標準，若不能量化相關標準，應該采取“封樣”的方式按樣品外觀標準進行比對檢驗。

2 操作人員充分理解加工工藝有助于縮短加工工時

在工藝人員將工藝編制完成后，操作人員還要依托工藝規程及圖紙設計規范操作，完成生產，作為操作人員，要在滿足設計規范的前提下，盡可能地以縮短工時為導向，必要時向工藝人員提出更優化的解決方案，方案的選擇要傾向于易加工的等級和設計，通過細節的變動，從整體上降低工時損耗，提升加工效率以及加工質量。

經驗豐富的操作人員，能準準確的判斷何時該調整加工參數，何時該更換刀具，但新員工一般就缺乏相關經驗，在加工效率上必然比不上經驗豐富的老員工，針對這種情況，企業有必要針對相關操作人員展開專項培訓，培訓內容要涵蓋刀具選擇、切削用量的計算與確定、技能熟練度培訓等。

3 采用先進的工藝措施

隨著時代的發展，工藝措施也要持續改革與創新，需要不斷的研發更為先進的生產工藝，從產品結構、產品制造、加工創造以等各環節進行優化和改進。具體而言則是在保障生產效率和產品質量的前提下應當選擇高效、必要的工藝措施，降低機械加工成本。工藝如何對于提高勞動生產率至關重要，不能僅僅限于機械加工本身，更應當引用新工藝，改造工藝，創新工藝，引入新技術。例如，部分產品利用激光加工等方式來進行加工可以更好的提高精準度，減少切割過程中的人力成本，進一步提升原材料的使用率，還可以利用少量的甚至不用切割技術來代替當前的切割加工技術;在一定情況下還可通過沖壓的方式替代機械加工方式。

如上述TO底座，單批次加工數量在1000以下可以考慮機械加工方式，但單批次加工數量在1000以上且后續持續有需求量，應考慮模具沖壓等批量生產方式，是否開模主要取決于產品批量和開模費用，在持續生產的過程中模具還要不斷的優化，效率還可進一步提升，沖壓行業內類似上述TO底座單臺沖床最高效率可達3000件/天，成本相比機械加工降低10倍以上。

此外，更為先進的粉末冶金、3D打印等技術也逐步普及，在從小批量研發到大批量生產的過程中，要不斷的引入新技術，提高效率，降低成本以適應市場發展。

4 結語

通過對一類光電金屬外殼加工的整個過程進行分析，從構成加工時間的工藝編制等關鍵因素著手分析，進一步探究了工藝優化、合理選擇切削三要素、人員技能水平、采用先進工藝措施等方面對生產效率的影響，為機械加工企業管理提升提供參考。

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